KR20120032940A - 래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 래들에 수용된 용탕을 대류시키기 위해 가스가 주입되는 부분인 포러스 플러그를 고정시키기 위한 지지부가 손상되었을 때, 상기 손상 부위를 보수하기 위해 습식으로 제조되어 소결되는 부정형 내화물인 것을 특징으로 하는 래들의 가스주입부 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법에 관한 것이다.

Description

래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법{WET MENDING MATERIALS OF LADDLE AND MENDING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 연속주조공정 시 제강로에서 용강을 받아 턴디쉬로 공급하는 래들의 손상부위를 보수하기 위한 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법에 관한 것이다.
일반적으로 내화물은 여러 가지 원료나 재료를 사용 특성에 맞도록 잘 조합하여 일정한 형상으로 만들어 열을 가하거나 높은 온도로 구워 만든다.
이는 철, 알루미늄, 구리 등의 금속을 녹이는 용해로와 이를 운반 처리하는 용기 및 장소에 사용될 뿐만 아니라 시멘트 소성로, 도자기 소성로, 유리 용해로 등 각종 공업용 요로에 사용된다. 로에 쌓기 좋도록 형상을 갖춘 것을 정형 내화물, 일정한 형상이 없이 크고 작은 입자로 된 재료를 혼합시켜 분말 상태로 된 것을 부정형 내화물로 구분한다.
따라서 내화물은 높은 열이나 갑작스런 열의 변화에 견뎌야할 뿐만 아니라, 용적이 안정되고, 기계적 강도가 높아야하며, 가스나 용융체 또는 고체 등과 접촉할 때 서로 반응하지 않고 침식되거나 마모되지 않는 특성을 지녀야한다.
본 발명의 목적은 래들의 가스주입부의 손상부위 보수 시, 습식의 보수재를 사용하여 내침식성과 부착성의 개선과 동시에 시공시 발생되는 분진을 감소시키고, 래들의 가스주입 부분이 되는 포러스 플러그의 사용 횟수를 늘려 안정적이고 효율적인 래들 운영을 가능하게 할 수 있는 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 래들의 습식 보수재는, 90 내지 95 중량%의 금속화합물과 나머지 잔부는 수분으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 금속화합물은, 부정형 내화물인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 부정형 내화물은, 알루미나 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 래들의 보수방법은, 래들의 가스주입부의 손상을 검출하는 단계와, 상기 손상 부위를 보수하기 위하여 90 내지 95 중량%의 알루미나 분말과 나머지 잔부는 수분으로 배합된 보수재를 준비하는 단계와, 상기 보수재를 상기 손상 부위에 유입시키는 단계와, 상기 유입된 보수재가 소결되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보수재가 소결되는 단계는, 출탕 후 상기 래들에 남아있는 여열에 의하여 상기 손상부위 내에서 상기 보수재가 소결되는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법에 의하면, 래들의 가스주입부의 손상부위 보수 시, 습식의 보수재를 사용하여 내침식성과 부착성의 개선과 동시에 시공시 발생되는 분진을 감소시키는 효과가 있다. 또한, 래들의 가스주입 부분이 되는 포러스 플러그의 사용 횟수를 늘려 안정적이고 효율적인 래들 운영을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 래들의 내화물의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2은 래들 가스주입부의 손상 전 모습을 도시한 단면도이다.
도 3은 래들 가스주입부의 손상 후 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 래들 가스주입부의 손상부위의 보수방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음설명으로 갈음한다.
도 1은 래들의 내화물의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 래들은 외피(100)와 영구장(200)과 벽체내화물(400)과 바닥내화물(300)과 개구부(304)와 개구부에서 외부로 연장되는 슈라우드 노즐(305)과 가스주입부(10)로 구성된다.
외피(100)는 래들의 외곽 형상을 이루는 것으로, 벽체와 바닥으로 이루어져 용강을 저장하는 공간을 한정할 수 있다. 외피(100)는 강철판재 등으로 형성되는 것일 수 있다.
영구장(200)은 외피(100)의 내측면을 따라 형성되는 내화물인 것이 가능하다. 영구장(200)은 외피(100)를 보호하는 역할을 할 뿐 아니라 용강이 누출되지 않도록 하는 것으로, 고온에서 견딜 수 있는 내열성 재질인 것이 가능하다. 영구장(200)은 외피(100)의 내측면을 따라 축조되는 내화물 연와 형태인 것일 수 있다. 영구장(200)은 외피(100)의 보호를 위하여 바닥과 벽체 내측면 전부에 축조되는 것이 바람직하다.
벽체내화물(400)은 슬래그 라인(401)과 메탈 라인(405)으로 이루어진다.
슬래그 라인(401)은 벽체내화물(400)의 상단부위에 해당된다. 슬래그 라인(401)은 조업 중에 용강 속의 불순물을 제거하기 위하여 취하는 각종 기계적 화학적 조치에 의해 야기되는 부유 생성물과 용강의 온도를 낮추기 위해서 투입된 무기물 등이 무질서하게 용융된 슬래그가 직접적인 영향을 미치는 부위이다. 슬래그 라인(401) 용 내화물은 전극 아크에 의해서 생성되는 매우 높은 온도를 견딜 수 있도록 충분한 내화도를 갖을 수 있다. 또한, 슬래그와 발생할 수 있는 고온 반응에 대한 높은 침식 저항성을 갖을 수 있다. 또한, 공기와의 지속적인 접촉에 대한 높은 내산화성을 갖을 수 있다. 또한, 슬래그와 내화물의 화학적 반응에 의한 부착 저항성 및 지속적인 용강의 와류에 대한 마모 저항성을 갖을 수 있다. 슬래그 라인(401) 용 내화물 연와는 염기성 내화물이 주로 사용되며, 구체적으로는 마그네시아-흑연질 내화물이 주로 사용된다.
메탈 라인(405)은 벽체내화물(400)의 하단부위에 해당된다. 메탈 라인(405)은 용강과 직접 맞닿는 부위로서, 용강의 와류에 의한 기계적 손상 야기될 수 있다. 메탈 라인(405) 용 내화물은 고온의 용강에 대한 충분한 내화도를 갖을 수 있다. 또한, 고밀도의 용강에 대한 높은 기계적 강도와 마모 저항성을 갖을 수 있다. 또한, 용강과 슬래그 등과의 고온 하에서 일어나는 화학적 반응에 대한 높은 내화학성과 침식 저항성을 갖을 수 있다. 또한, 급격한 온도 변화에 대한 높은 열 충격 저항성을 갖을 수 있다. 메탈 라인(405) 용 내화물 연와는 Al2O3-MgO-C(이하 AMC라 칭함)질 내화물이 주로 사용된다.
래들의 바닥내화물(300)은 상기 메탈 라인(405)과 마찬가지로 용강과 직접 맞닿게 되는 부분이다. 바닥용 내화물은 전반적으로 메탈 라인(405) 용 내화물의 특성을 갖을 수 있다. 구체적으로는 메탈 라인(405) 용 내화물과 같은 AMC 질 내화물이 주로 사용된다.
메탈 라인(405)과 바닥의 내화물(300)로 사용되는 AMC 질 내화물은 주로 연와(벽돌)의 형태이며, 알루미나(Al2O3 )와 마그네시아(MgO) 또는 스피넬(Spinel, MgAl2O4)을 주 재료로 하는 부정형 내화물 유입제의 형태일 수도 있다. AMC는 조업 시, 고온 하에서 알루미나와 마그네시아가 스피넬을 생성하고 이 반응의 결과로 내화물 연와가 팽창하여 연와와 연와의 틈새가 밀착될 수 있다. AMC 질 연와를 축조한 경우에는 연와 틈새로 용강이 손실되는 현상이 매우 적어질 수 있다. 또한, 고온 반응으로 생성된 스피넬은 열 충격 저항성의 개선 효과를 발현하여 전체적인 내 스폴링(Spalling)성을 높이는 역할을 할 수도 있다.
래들 바닥면의 일측에는 개구부(304)가 형성될 수 있다. 래들 내부로 용강이나 스크랩의 장입 시, 용강의 하중이 래들 바닥의 중앙부위에 집중된다. 개구부(304)는 래들 바닥의 중심에서 벗어난 위치에 형성되어 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 개구부(304)는 외부의 턴디쉬를 향해 연장되는 슈라우드 노즐(305)이 설치된다. 슈라우드 노즐(305)은 용강이 공기에 노출되어 산화?질화 되지 않도록 턴디쉬 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(305)의 일부에는 용강의 출탕을 조절하기 위한 개폐장치가 형성될 수 있다.
래들 바닥면의 또 다른 일측에는 가스주입부(10)가 형성될 수 있다. 이하 가스주입부(10)의 자세한 설명은 도 2에 대한 설명으로 대신한다.
도 2는 래들 가스주입부의 손상 전 모습을 도시한 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 가스주입부(10)는 가스 저장기(30)와 가스 공급관(20)과 포러스 플러그(Porous Plug, 11)와 포러스 플러그(11)를 고정시키기 위해 형성된 지지부(15)로 구성된다.
포러스 플러그(11)는 래들 내부에서 전로나 전기로 등에서 용해 및 정련 된 용강을 제조 목적에 따라 추가로 정련하기 위한 용강 교반 장치의 하나이다. 포러스 플러그(11)는 래들 내부로 가스를 공급하여 용강을 대류 시킬 수 있다. 대류에 의해 용강이 교반되어 용강의 부분적 온도 편차나 성분의 편차를 줄여 균일화할 수 있다. 또한, 인 등의 불순물이 제거될 수 있다. 또한, 첨가원소의 장입 시, 용해 속도를 빠르게 할 수 있다.
포러스 플러그(11)의 일단에는 가스 공급관(20)이 연결되고 또 다른 일단에는 배출구(12)가 형성될 수 있다. 포러스 플러그(11)는 내부를 통과하여 가스 등의 유동체의 이동이 가능한 형태일 수 있다. 포러스 플러그(11)는 래들로부터 탈착 가능한 형태일 수 있다. 구체적으로는 래들 외부에서 탈착이 용이하도록 형성될 수 있다. 포러스 플러그(11)는 원뿔 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로는 원뿔 형상에서 면적이 넓은 부분에는 외부에서 연장된 가스 공급관(20)이 연결되고, 면적이 좁은 부분에는 래들 내부로 가스를 공급하는 배출구(12)가 형성될 수 있다. 포러스 플러그(11)는 다공성 내화물 소결체일 수 있다. 상기 다공성 내화물은 내부에 형성된 다수의 공기구멍을 통해 가스의 이동이 가능할 수 있다. 포러스 플러그(11)는 내부에 가스 공급관(20)에서 배출구(12)로 연장되는 복수 개의 가느다란 관이 다발의 형태로 형성된 것일 수 있다. 상기 다발 형태의 관을 통하여 가스의 이동이 가능할 수 있다.
포러스 플러그(11)로부터 래들 내부로 주입되는 가스는 매우 안정되어 용융 금속 또는 금속 합금과 화학적 반응이 잘 일어나지 않는 불활성 가스(G, 비활성 가스)가 사용될 수 있다. 구체적으로는 아르곤(Ar), 질소(N2) 등이 불활성 가스가 사용될 수 있다.
포러스 플러그(11)의 주변에는 포러스 플러그(11)를 고정시키기 위해 지지부(15)가 형성될 수 있다. 지지부(15)는 포러스 플러그 주변을 습식의 보수재로 유입시켜 밀착 형성되는 것일 수 있다. 보수재의 재료는 부정형 내화물 일 수 있다. 구체적으로, 보수재는 알루미나 재질일 수 있다.
도 3은 래들 가스주입부의 손상 후 모습을 도시한 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 불활성 가스가 포러스 플러그(11)에서 래들 내부로 주입 시, 용강의 교반이 이루어짐과 동시에 가스주입부(10) 주변에 와류가 발생할 수 있다. 상세하게는 상기 와류가 포러스 플러그(11)의 지지부(15)의 상단면을 침식시킴으로써 손상 부위(19)가 형성될 수 있다.
손상 부위(19)는 지지부(15)의 상단면에서 하단 방향으로 움푹 파인 형태로 형성될 수 있다. 손상 부위(19)는 점차 그 영역이 확장될 수 있다. 손상 부위(19)가 형성되면 지지부(15)의 가운데 부분에 고정 설치되었던 포러스 플러그(11)가 상단부부터 용강 중에 노출될 수 있다. 손상 부위(19)가 확장되면서 포러스 플러그(11)의 노출된 상단부위(18)가 점차 넓어질 수 있다.
손상 부위(19)가 일정부분 이상 확장되면 지지부(15)는 약해지게 되고, 더 이상 포러스 플러그(11)를 고정하지 못하게 될 수 있다. 이 경우, 포러스 플러그(11)의 노출된 상단부(18)가 침식되는 현상이 발생될 수 있다. 또한, 포러스 플러그(11)의 노출된 상단부(18)가 부러지는 현상이 발생될 수도 있다.
포러스 플러그(11)의 노출된 상단부(18)가 침식 또는 부러짐에 의하여 줄어들다가 임계부분을 알리는 지표(13)가 드러나면 포러스 플러그(11)를 교체해야 할 수도 있다. 지표(13)는 임계 부분까지 침식되면 외부로 노출되도록 포러스 플러그(11) 내부에 형성된 것일 수 있다. 지표(13)는 포러스 플러그(11)와 대비되는 색상으로 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 지표(13)의 색상은 보라색이나 빨간색 등으로 육안으로 확인이 용이한 것일 수 있다.
포러스 플러그(11)의 교체 작업 시, 가스주입부(10)의 주변을 산소세척으로 슬라그를 제거한 후, 지그를 이용하여 포러스 플러그(11)를 해체하고 사용 전 상태의 포러스 플러그를 다시 조립하는 과정을 거치게 될 수 있다. 손상 부위(19)가 확장되어 포러스 플러그(11)의 교체가 필요한 상황이 발생하기 이전에, 지지부(15)의 손상 부위(19)를 보수함으로써 포러스 플러그(11)의 수명을 연장시킬 수 있다.
손상 부위(19)의 보수는 금속화합물을 습식 보수재의 형태로 배합시켜 손상 부위(19)에 유입시켜 소결시키므로 이루어질 수 있다. 보수재의 재료가 되는 금속화합물은 부정형 내화물일 수 있다. 상기 부정형 내화물은 알루미나 재질일 수 있다. 보수재는 습식으로 제조되어 보수 시공시, 부착성이 향상되고 분진 발생이 없는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 보수재는 90 내지 95 중량%의 알루미나(Al2O3) 분말과 나머지 잔부는 수분으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보수 시공 후, 보수재의 수분은 래들의 여열에 의하여 소결되면서 증발되어 사라진다. 알루미나 질 내화물의 소결체는 높은 내마모성과 기계적 강도를 갖을 수 있다. 또한, 고온 하에서 일어나는 화학적 반응에 대한 높은 내화학성을 갖을 수 있다.
보수재의 알루미나 분말의 중량 %가 95 초과인 경우 습식 보수재에서 기대할 수 있는 상기 특성들이 저하될 수 있다. 상세하게는, 보수재가 수분과 배합이 적절히 이루어지지 않아, 보수 시공시, 부착성이 떨어질 수 있다. 또한, 수분이 증발되면서 적절히 배합되지 못한 알루미나 분말이 비산되어 분진이 발생 될 수 있다. 보수재의 알루미나 분말의 중량 %가 90 미만인 경우 알루미나 질 소결체에서 기대할 수 있는 상기 특성들이 저하될 수 있다. 상세하게는, 보수재로 사용된 알루미나 질 소결체의 내마모성과 강도 및 내화학성이 낮아질 수 있다. 또한, 필요 이상의 유동성이 발생되어 손상 부위(19)에 대응되도록 유입시키는 것이 용이하지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 래들 가스주입부의 손상 부위의 보수방법을 도시한 순서도이다.
본 도면을 참조하면, 래들의 가스주입부(10)의 손상을 검출한다.(S10) 손상 부위(19)는 래들에서 용강이 모두 출탕된 후, 육안으로 검출될 수 있다. 손상 부위(19)는 래들의 사용 정도에 따라 그 범위가 달라질 수 있다. 손상이 심하여 포러스 플러그(11)가 부러지거나 포러스 플러그(11)의 임계 지표(13)가 드러날 경우, 포러스 플러그(11)는 교체과정을 거치게 될 수 있다. 손상이 심하지 않은 경우, 포러스 플러그(11) 주변의 지지부(15)의 손상 부위(19)는 보수작업을 거치게 될 수 있다.
다음으로, 상기 손상 부위를 보수하기 위하여 90 내지 95 중량%의 알루미나 분말과 나머지 잔부는 수분으로 배합된 보수재를 준비한다.(S20) 보수재는 교반기를 사용하여 배합될 수 있다.
다음으로, 보수재를 상기 손상 부위에 유입시킨다.(S30) 보수재는 쇠손이나 기타도구를 사용하여 패칭(patching)하는 방법으로 손상 부위(19)에 유입시킬 수 있다. 또는 보수재는 비닐 등으로 포장되어 래들 상단에서 손상 부위(19)를 향하여 투하하는 방법으로 유입시킬 수 있다.
다음으로, 래들 내부에서 유입된 보수재가 소결되어진다.(S40) 유입된 보수재는 출탕 후 래들에 남아있는 여열에 의하여 손상 부위(19) 내에서 소결될 수 있다. 보수재 내부의 수분이 모두 증발되어 보수재가 소결되면, 포러스 플러그(11)가 안정적으로 고정될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법에 의하면, 래들의 가스주입부의 손상 부위 보수 시, 습식의 보수재를 사용하여 내침식성과 부착성의 개선과 동시에 시공시 발생되는 분진을 감소시키는 효과가 있다. 또한, 래들의 가스주입 부분이 되는 포러스 플러그의 사용 횟수를 늘려 안정적이고 효율적인 래들 운영을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 래들의 습식 보수재 및 이를 이용한 보수방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 가스주입부 11: 포러스 플러그
12: 배출구 13: 지표
15: 포러스 플러그 지지부 18: 노출된 상단부위
19: 지지부 손상 부위 20: 가스 공급관
30: 가스 저장기 100: 외피
200: 영구장 300: 바닥내화물
304: 개구부 305: 슈라우드 노즐
400: 벽체내화물 401: 슬래그 라인
405: 메탈 라인 G : 불활성 가스

Claims (5)

  1. 90 내지 95 중량%의 금속화합물과 나머지 잔부는 수분으로 구성되는, 래들의 습식 보수재.
  2. 청구항 1에서,
    상기 금속화합물은, 부정형 내화물인, 래들의 습식 보수재.
  3. 청구항 2에서,
    상기 부정형 내화물은, 알루미나 재질인, 래들의 습식 보수재.
  4. 래들의 가스주입부의 손상을 검출하는 단계;
    상기 손상 부위를 보수하기 위하여 90 내지 95 중량%의 알루미나 분말과 나머지 잔부는 수분으로 배합된 보수재를 준비하는 단계;
    상기 보수재를 상기 손상 부위에 유입시키는 단계;
    상기 유입된 보수재가 소결되는 단계;를 포함하는 래들의 보수방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보수재가 소결되는 단계는,
    출탕 후 상기 래들에 남아있는 여열에 의하여 상기 손상부위 내에서 상기 보수재가 소결되는, 래들의 보수방법.
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KR101412545B1 (ko) * 2012-06-28 2014-06-26 현대제철 주식회사 교반체

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