KR20140056711A - 고탄소강용 턴디쉬 코팅재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염을 감소시키는 코팅층과 내장재와의 분리를 용이하게하는 코팅층을 각각 구비한 고탄소강용 턴디쉬 코팅재에 관한 것으로, 턴디쉬의 형상을 유지하는 철피층, 상기 철피층 상부에 Al₂O₃-SiO₂ base로 형성된 내화물층, 상기 내화물층 상부에 위치하고, 내화물층과 열팽창율 차이가 큰 소재를 base로하는 제1 코팅층, 및 상기 제1 코팅층 상부이면서, 용강이 닿는 상기 턴디쉬 내부에 고탄소강과의 접촉으로도 개재물 생성이 저감되는 소재를 베이스로 하는 제2 코팅층을 제공한다.

Description

고탄소강용 턴디쉬 코팅재 {MATERIAL FOR COATING TUNDISH FOR HIGH CARBON STEEL}

본 발명은 고탄소강용 턴디쉬 코팅재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강 오염을 감소시키는 코팅층과 내장재와의 분리를 용이하게하는 코팅층을 각각 구비한 고탄소강용 턴디쉬 코팅재에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 침지노즐을 통해 몰드로 전달되어, 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2009-0053248호(공개일:2009.05.27, 명칭: 턴디쉬 코팅제 및 이를 이용한 턴디쉬 코팅방법)가 있다.

본 발명은 용강과의 반응을 저감시켜 개재물 생성을 감소시키고, 턴디쉬 내부에 남아 있는 잔탕을 용이하게 박리하기 위한 고탄소강용 턴디쉬 코팅재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고탄소강용 턴디쉬 코팅재는, 턴디쉬의 형상을 유지하는 철피층; 상기 철피층 상부에 Al₂O₃-SiO₂ base로 형성된 내화물층; 상기 내화물층 상부에 위치하고, 내화물층과 열팽창율 차이가 큰 소재를 base로하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상부이면서, 용강이 닿는 상기 턴디쉬 내부에 고탄소강과의 접촉으로도 개재물 생성이 저감되는 소재를 베이스로 하는 제2 코팅층;을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 코팅층은 마그네시아 베이스(MgO base)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 코팅층은 알루미나 베이스(Al₂O₃ base)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 내화물층은 내장재 및 영구장을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 코팅층은 5mm 이상 30mm 미만일 수 있다.

또한, 상기 제2 코팅층은 용강이 닿는 주조시간에 따라 두께를 가변시켜 형성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이,

본 발명은 Al₂O₃ Base로 형성된 제2 코팅층을 형성함으로써, 고탄소강 주조시 발생되는 용강의 오염이 감소되며, 이를 통해 제조되는 주편 결함을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 Al₂O₃ Base로 형성된 제2 코팅층 하면에 MgO Base로 형성된 제1 코팅층을 형성함으로써, 내화물층과의 열팽창 차이로 턴디쉬 잔탕 제거가 용이하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도2의 턴디쉬를 위에서 본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고탄소강용 턴디쉬 코팅재의 구조를 갖는 턴디쉬의 절단 사시도이다.
도 5는 도 4의 "A"에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 고탄소강용 턴디쉬 코팅재의 층을 나타낸 도면이다.
도 6은 고탄소강의 내화물 재질별 개재물 생성량을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸, 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화, 질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 연주주편을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스 토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화, 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

한편, 상기 도 1에서 지지롤(60)과 스프레이수단(65) 및 핀치롤(70) 등을 포함한 설비를 스트랜드(strand)라고도 한다.

도 3은 도 2의 턴디쉬(20)를 위에서 본 사시도로써, 본 도면을 참조하면, 턴디쉬(20)는 래들(10, 도 2)에서 출강되는 용강(M, 도 2)을 수용하기 위하여 상부가 개구된 몸체(22)를 가진다. 몸체(22)는 외측에 배치되는 철피와, 상기 철피의 내측에 배치되는 내화물층을 포함할 수 있다.

몸체(22)의 형태는 다양한 형태, 예를 들어 일자형 등이 있을 수 있으나, 본 실시예에서는 'T'자 형인 몸체(22)를 예시하고 있다.

몸체(22)의 일부분에는 주탕부(23)가 형성된다. 주탕부(23)는 래들(10)의 슈라우드노즐(15)을 통해 유동하는 용강(M)이 낙하되는 부분이다. 주탕부(23)는 그 보다 넓은 면적을 가지는 출탕부(24)에 연통될 수 있다.

출탕부(24)는 주탕부(23)를 통해 수강한 용강(M)을 몰드(30)로 안내하는 부분이다. 출탕부(24)에는 복수의 출강구(24a)가 개구될 수 있다. 각 출강구(24a)에는 침지노즐(25)이 연결되고, 이 침지노즐(25)은 턴디쉬(20)의 용강(M)이 몰드(30)로 유동하도록 안내한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고탄소강용 턴디쉬 코팅재를 나타낸 도면으로서, 턴디쉬 코팅재는 철피층(110), 내화물층(120), 제1 코팅층(130) 및 제2 코팅층(140)를 포함한다.

철피층(110)은 턴디쉬의 외벽에 위치하고, 턴디쉬(20)의 형상을 유지한다. 즉, 철피층(110)은 턴디쉬(20)의 외형을 이루도록 용기 형상을 갖는다.

내화물층(120)은 철피층(110) 상부에 위치하고, 영구장(121) 및 내장재(122)을 포함한다. 이때, 영구장(121) 및 내장재(122)는 각각 Al₂O₃-SiO₂ base로 형성하되, 비율에 차이가 있다. 여기서, 철피층(110) 상부라 함은 턴디쉬(20)의 외형을 이루는 용기 형상을 모두 덮도록 내화물층(120)도 철피층(110)과 마찬가지로 턴디쉬(20)의 외형을 갖을 수 있다.

영구장(121)은 Al₂O₃ 보다 SiO₂ 의 비율이 높으며, 주 목적은 단열로 용강을 보온하는 기능을 한다.

내장재(122)는 Al₂O₃ 보다 SiO₂의 비율이 낮으며, 주 목적은 영구장(121)과 마찬가지로 단열로 용강을 보온하는 기능을 하지만 용강의 유출 방지를 위해 내침식성이 부가적으로 필요하여 영구장(121)보다 Al₂O₃비율이 상대적으로 높다.

또한, 상기 철피층(110)과 내화물층(120)사이에 단열을 위한 단열보드(미도시)를 더 형성할 수 있다.

제1 코팅층(130)은 내화물층(120) 상부에 위치하고, 내화물층(120) 보다 열팽창 차이가 큰 소재를 베이스로 한다. 이때, 제1 코팅층(130)은 Al₂O₃-SiO₂ base로 형성되는 내화물층(120)보다 열팽창율 차이가 큰 마그네시아 베이스(MgO base) 일 수 있다. 여기서, 마그네시아 베이스(MgO Base)인 제1 코팅층(130)은 바인더 제외한 총 비율이 100wt%인 경우, Mgo는 약 80 내지 95wt%를 차지하고 SiO₂ 성분의 불순물이 다소 포함될 수 있다.

또한, 제1 코팅층(130)은 직접적으로 용강과 접촉하지 않는다.

또한, 제1 코팅층(130)은 상기 제1 코팅층은 5mm 이상 30mm 미만인이어야 한다. 5mm 미만인 경우, 제2 코팅층(140)과 제1 코팅층(130)이 반응하여 용탕을 제거하기 위한 제1 코팅층(130)의 열팽창을 방해할 수 있다.

제1 코팅층(130)은 5mm 이상의 두께이면 어느 정도이든 무관하지만 제1 코팅층(130)의 두께가 두꺼울수록 재료비가 증가된다는 단점이 있어 필요이상의 두께로 형성할 필요는 없다. 따라서, 바람직하게 제1 코팅층(130)은 5mm 내지 10mm이다.

제2 코팅층(140)은 제1 코팅층(130) 상부이면서 용강이 닿는 턴디쉬(20) 내부에 위치하여 알루미나 베이스(Al₂O₃ Base)로 형성한다. 이때, 여기서, 알루미나 베이스(Al₂O₃ Base)로 형성된 제2 코팅층(140)은 바인더 제외한 총 비율이 100wt%인 경우, Al₂O₃는 적어도 90wt%를 차지하고, 원료 불순물인 FeO, TiO₂, 및 SiO₂ 성분이다소 포함될 수 있다. 이때, 바인더는 내화물을 굳히는 역할을 한다.

여기서, 제2 코팅층(140)은 용강이 닿는 주조시간에 따라 그 두께를 가변시킬수 있으며, 용강의 양이 많아 주조시간이 길어진다면, 제2 코팅층(140)을 두껍게 형성될 수 있다.

제1 코팅층(130) 및 제2 코팅층(140)의 합한 두께는 약 20mm 내지 30mm 임이 바람직하다.

알루미나 베이스(Al₂O₃ Base)로 형성된 제2 코팅층(140)을 형성하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로 고탄소강 주조시 턴디쉬(20) 코팅층 재질로 마그네시아 베이스(MgO base)만 사용하였으나, 고탄소강에 마그네시아 베이스(MgO base)를 적용할 경우, 주조 온도에서 하기의 반응식에 의해 용강 오염이 발생되었다.

반응식 1

MgO+C -> Mg + CO

도 6과 같이, MgO는 Al₂O₃에 비해 현저히 많은 개재물을 생성함을 알 수 있다. 따라서, MgO에 비해 현저히 개재물 생성량이 낮은 알루미나 베이스(Al₂O₃ Base)로 형성된 제2 코팅층(140)을 형성한다.

그러나, 그 동안 MgO를 사용한 이유는 주조 완료 후, 턴디쉬(20) 내의 코팅층에 굳어 완전히 제거되지 않고 남아 있는 잔탕을 제거하기 위해 코팅층을 턴디쉬(20)로부터 박리해야 했으나, MgO는 내장재(122)와 열팽창율이 큰 재료로 잔탕 제거를 용이했기 때문이다.

즉, Al₂O₃-SiO₂ 베이스를 갖는 내장재(10)보다 MgO의 열 팽창율이 높아 용이하게 잔탕을 제거할 수 있었다.

Al₂O₃의 코팅층만 턴디쉬(20)내에 코팅하여 사용하는 경우, 용강과의 반응이 적어 용강 오염이 감소되어 주편 결함을 방지하는 효과는 클 수 있으나, 내장재와의 열팽창율 차이로 인해 턴디쉬(20) 내에 남아 있는 잔탕을 완전히 제거하기 용이하지 않다는 문제가 있었다.

주조가 완료되면, 턴디쉬(20) 내의 잔탕을 제거하기 위해 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 모두 박리하여 잔탕을 제거한다.

따라서, 본 발명은 Al₂O₃ Base로 형성된 제2 코팅층을 형성함으로써, 고탄소강 주조시 발생되는 용강의 오염이 감소되며, 이를 통해 제조되는 주편 결함을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 알루미나 베이스(Al₂O₃ Base)로 형성된 제2 코팅층 하면에 마그네시아 베이스(MgO Base)로 형성된 제1 코팅층을 형성함으로써, 내화물층과의 열팽창율 차이로 턴디쉬 잔탕 제거가 용이하다는 효과가 있다.

상기와 같은 고탄소강용 턴디쉬 코팅재는 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: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 40: 몰드 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점
110 : 철피층 120 : 내화물층
121: 영구장 122 : 내장재
130: 제1 코팅층 140 : 제2 코팅층

Claims (6)

1. 턴디쉬의 형상을 유지하는 철피층;
   상기 철피층 상부에 Al₂O₃-SiO₂ base로 형성된 내화물층;
   상기 내화물층 상부에 위치하고, 내화물층과 열팽창율 차이가 큰 소재를 base로하는 제1 코팅층; 및
   상기 제1 코팅층 상부이면서, 용강이 닿는 상기 턴디쉬 내부에 고탄소강과의 접촉으로도 개재물 생성이 저감되는 소재를 베이스로 하는 제2 코팅층;을 포함하는 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 코팅층은 마그네시아 베이스(MgO base)로 형성하는 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 코팅층은 알루미나 베이스(Al₂O₃ base)로 형성하는 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 내화물층은 내장재 및 영구장을 포함하는 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 코팅층은 5mm 이상 30mm 미만인 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 코팅층은 용강이 닿는 주조시간에 따라 두께를 가변시켜 형성하는 고탄소강용 턴디쉬 코팅재.

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