연속 주조 턴디시 내화물 라이닝 솔루션

강철의 연속 주조(CC)에서 턴디시는 주괴통(래들)과 CC 몰드 사이에 위치한 내화물 라이닝된 완충 용기입니다. 턴디시는 저장조와 분배 용기 역할을 합니다. 수년에 걸쳐 CC 턴디시에는 극적인 변화가 있었습니다. 단순한 저장조와 분배 용기에서 오늘날 턴디시는 강철 정련 용기로 간주되며, 제강 공정 기술에서 턴디시 야금학이라는 완전히 새로운 분야가 등장했습니다. 오늘날 턴디시는 액체 강철을 제어된 속도로 몰드에 공급하고, 열적 및 화학적 균질화 등 특정 야금적 기능도 수행합니다. 또한 유체 역학, 단열, 개재물 부상 및 제거, 수소 흡수 등 많은 품질 관련 파라미터의 지속적인 개선에 초점을 맞춥니다.

턴디시 관련 내화물

턴디시와 관련된 다양한 내화물에는 턴디시 라이닝 재료(영구 라이닝과 작업 라이닝 모두), 댐과 위어, 임팩트 패드, 유량 제어 시스템(모노블록 스토퍼 또는 슬라이드 게이트), 턴디시와 몰드 사이의 주입 스트림 보호(슈라우드 또는 침입 노즐, SEN), 턴디시 노즐, 시팅 블록이 포함됩니다. 댐과 위어는 마그네사이트(MgO) 보드 또는 알루미나(Al₂O₃) 벽돌로 만들어집니다. 턴디시에서 몰드로 액체 강철은 몰드 내 용융 강철에 잠긴 노즐로 공급됩니다. SEN은 내식성과 스폴링 저항성이 있어야 하며, 노즐 막힘도 중요합니다. 알루미나 흑연-융합 실리카로 등압 프레스된 SEN이 일반적으로 사용됩니다.

그림 1은 턴디시와 그 내화물을 보여줍니다.

그림 1 일반적인 턴디시와 그 내화물

내화물 라이닝 설계와 라이닝에 사용된 내화물의 품질은 과열 요구 사항, 기계 속도, 초기 콜드 러닝 스토퍼, 노즐 막힘, 턴디시 스루 등 CC 기계의 운영 파라미터에 큰 영향을 미칩니다. 관련된 온도 극한으로 인해 턴디시의 내화물 라이닝은 열충격을 견디고, 열손실을 방지하며, 산화를 방지하고, 침식과 부식에 저항하면서 액체 강철이 원치 않는 불순물로 오염되지 않도록 설계되어야 합니다. 턴디시 내화물 선택은 긴 주조 시퀀스, 빠른 턴디시 턴어라운드, 더 높은 캠페인 수명, 강철 청정도, 턴디시 내화물이 CC 운영에서 높은 특정 비용을 차지하기 때문에 중요합니다.

턴디시 라이닝 재료는 응고 단계에 가깝기 때문에 액체 강철 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 턴디시 작업 라이닝은 강철과 접촉하며 침식은 턴디시 내 액체 강철 수위 변동으로 액체 강철-공기 계면에서 시작됩니다. 액체 강철에 존재하는 다양한 금속 산화물이 턴디시 내화물 라이닝의 주요 침식제입니다. 주조 중 턴디시 내화물과 접촉하는 슬래그와 턴디시 커버 파우더도 침식에 책임이 있습니다. 침식의 시작점은 열 스폴링으로 인한 액체 강철-공기 계면에서의 '헤어 크랙' 형성입니다. 액체 강철과 슬래그가 이 헤어 크랙을 통해 침투하고 이후 침식이 발생합니다. 또한 내화물-액체 강철 계면에서의 복잡한 상호작용은 개재물 형성으로 강철 품질을 저하시킬 수도 있습니다. 작업 라이닝 침식이 적을수록 강철 내 비금속 개재물이 적습니다.

턴디시의 내화물 라이닝은 라이닝 품질과 턴디시 슬래그 유형에 따라 정해진 수명을 가집니다. 내화물 작업 라이닝 층과 턴디시 슬래그 간의 화학적 반응은 특히 고순서 주조의 경우 매우 중요합니다. 턴디시의 내화물 작업 라이닝은 열화학적 하중으로 인한 다양한 응력을 받습니다. 슬래그 화학과 슬래그 점도는 내화물 라이닝 마모에 중요한 역할을 합니다. 실제로는 단일 시퀀스 기간 동안에도 턴디시 슬래그 조성이 크게 변합니다. 따라서 정상 운전 중 마주치는 모든 유형의 턴디시 슬래그에 대해 좋은 성능을 주는 내화물 조성은 없습니다.

턴디시 내화물 라이닝이 여러 다양한 기능을 수행하기를 원하는데, 여기에는 액체 강철에 대한 저항(높은 고체선 온도), 턴디시 슬래그에 대한 저항, 낮은 열전도도(좋은 단열 특성), 좋은 안정성(주조 중 내화물 침식 없음), 높은 열충격 저항성, 화학적 불활성, 사용 후 폐기 가능, 합리적인 가격 등이 포함됩니다. 또한 턴디시 내화물 라이닝은 낮은 산소 포텐셜, 좋은 기계적 저항, 강철의 낮은 수소 흡수, 쉬운 데스컬링이 필요합니다.

사용 중인 여러 턴디시 내화물 라이닝 관행이 있습니다. 이들에는 (i) 벽돌 라이닝, (ii) 건닝 라이닝, (iii) 턴디시 보드 라이닝, (iv) 스프레이 라이닝, (v) 건식 턴디시 라이닝이 포함됩니다. 각 관행은 운영 측면과 강철 품질 영향 모두에서 장단점이 있습니다. 이러한 턴디시 라이닝 관행은 아래에 설명되어 있습니다.

벽돌 라이닝

벽돌 라이닝은 1960년대 액체 강철 주조를 위한 CC 기술 도입과 함께 등장했습니다. 이는 기본적으로 래들 내화물 관행을 턴디시에 확장한 것입니다. 이 라이닝 유형에서는 일반적으로 고알루미나 벽돌이 사용됩니다. 벽돌은 예열 후 액체 강철과 직접 접촉합니다.

이 라이닝 유형의 장점은 액체 강철의 수소 흡수 위험이 낮고, 재고가 적으며, 특수 라이닝 장비 투자가 필요 없고, 라이닝 씻김 위험이 낮다는 것입니다.

벽돌 라이닝의 단점은 집중적인 양생 필요, 긴 턴디시 준비 시간, 높은 노동 집약성, 열악한 단열, 높은 열전도도로 인한 더 높은 온도 손실, 콜드 스타트 불가능, 약한 이음매로 인한 턴디시 스루 가능성, 사용된 라이닝 박리 어려움, 많은 수의 턴디시 필요 등입니다.

건닝 라이닝

건닝 라이닝은 일본 철강 산업이 벽돌 라이닝 문제를 극복하기 위해 처음 도입했습니다. 이 방법에서는 적절한 조성의 건식 내화물 분말을 유동화한 후 건닝 머신을 사용하여 턴디시 벽에 설치하여 모노리식 라이닝을 얻습니다. 초기에는 알루미노-실리케이트 기반이었고 나중에 야금 관행을 돕기 위해 염기성 유형(마그네사이트 기반)으로 전환되었습니다. 기존 턴디시 건닝 재료는 1000°C~1250°C 사이에서 낮은 강도를 가지도록 설계되었습니다.

이 특징은 백업 라이닝과 소결 구역 사이에 약한 구역 형성을 돕고, 이는 쉬운 데스컬링을 용이하게 합니다. 턴디시 건닝 재료의 많은 단점 중 하나는 고온에서의 수축으로 건닝 재료 성능이 저하된다는 것입니다. 높은 수축은 운전 중 높은 응력과 이후 균열 형성을 일으키는 반면, 낮은 수축은 쉬운 데스컬링의 장벽이 될 수 있습니다.

이 라이닝 유형은 모노리식 이음매 없는 구조와 비교적 개선된 데스컬링 작업을 제공하지만, 건닝 라이닝의 높은 밀도 때문에 예열 시간이나 열손실 측면에서는 거의 얻는 것이 없습니다. 이 라이닝 유형은 급속 예열 시 균열과 스폴링 경향이 있어 건닝 라이닝 턴디시를 콜드 스타트 관행에 적용할 수 없습니다.

건닝 라이닝의 장점은 액체 강철의 수소 흡수 위험 낮음, 낮은 재고, 이음매 없음, 덜 노동 집약적, 비교적 적은 시간에 설치 용이, 비교적 데스컬링 용이입니다.

이 라이닝 유형의 단점은 집중적인 양생 필요, 반동 손실로 인한 높은 폐기율, 열악한 단열, 콜드 스타트 불가능, 높은 씻김 위험, 낮은 열 안정성, 분진 문제, 에너지 집약적, 높은 비용, 가변 두께 적용 어려움, 건닝 장비 투자 필요 등입니다.

턴디시 보드 라이닝

연속 주조 도입 직후 내화물 비용을 줄이고 단열을 개선하기 위해 일회용 라이닝이 필요하다는 것이 인식되었습니다. 벽돌과 기존 건닝 제품은 신뢰할 수 없었고 열단열을 제공하지 않았습니다. 1970년대 중반 저밀도, 일회용, 사전 성형 및 사전 양생된 턴디시 보드 도입으로 좋은 열단열과 낮은 내화물 소비를 제공했습니다. 그러나 턴디시 보드 라이닝은 준비에 더 많은 인력과 시간이 필요하다는 단점이 있습니다.

실리카(SiO₂) 기반 보드 라이닝은 인건비가 낮고 적용 기술이 쉽게 이용 가능하지 않은 지역에서 인기를 얻었습니다. 턴디시 보드 라이닝의 인기는 낮은 비용, 장비 투자 불필요, 쉬운 데스컬링 때문이기도 합니다. SiO₂ 기반 보드는 콜드 스타트 관행만 허용합니다. 1980년대 마그네사이트(MgO) 기반 보드가 고합금 고품질 강 제조 시 저수소 고려사항에 필요한 예열 가능한 핫 스타트 관행 요구를 충족하기 위해 도입되었습니다. SiO₂ 기반 보드는 연강에, MgO 보드는 특수강과 고칼슘 강에 사용됩니다. 그 이유는 실리카가 강철에 존재하는 석회, 알루미나, 산화철에 의해 공격받기 때문입니다.

턴디시 보드 라이닝의 장점은 턴디시 재고 감소, 핫 스타트 보드 사용 시 낮은 수소 흡수, 균일한 라이닝 형상, 양생 불필요, 좋은 단열, 콜드 스타트 가능으로 에너지 절약, 쉬운 데스컬링, 낮은 에너지 필요, 장비 투자 불필요, 낮은 씻김 위험, 더 나은 작업 환경입니다.

턴디시 보드 라이닝의 단점은 이음매 존재, 모래 백킹, 콜드 스타트 시 수소 흡수 위험, 노동 집약적, 높은 재고 필요, 취급/파손 문제, 마그네사이트 기반 보드 경우 높은 비용 등입니다.

스프레이 턴디시 라이닝

스프레이 턴디시 라이닝은 1982년 처음 개발되어 1980년대 후반부터 널리 사용되었습니다. 현재 전 세계 턴디시의 50% 이상에서 사용되고 있습니다. 이 라이닝 유형은 턴디시 보드 라이닝과 건닝 라이닝의 많은 장점을 성공적으로 결합하면서 이음매, 모래 백킹, 반동 손실, 분진 문제, 열악한 단열 같은 단점을 제거합니다. 라이닝 품질은 스프레이 작업자의 숙련도와 건조 장비에 의존합니다.

스프레이 턴디시 라이닝에서는 내화물 재료의 두꺼운 슬러리를 완전히 혼합하고 압축 공기로 분무하여 턴디시에 이송 및 증착합니다. 사용되는 내화물 재료는 주로 MgO와 SiO₂입니다. MgO 함량은 보통 70%~90% 범위이며 나머지는 SiO₂입니다. 더 긴 시퀀스 주조에는 더 많은 양의 MgO와 더 두꺼운 라이닝 두께가 필요합니다. 라이닝 작업은 로봇 적용 시스템으로도 수행할 수 있습니다.

제품이 적용되기 전에 균질 혼합이 이루어지므로 특수 화학 첨가제 첨가가 가능하여 라이닝의 열 안정성 특성을 개선하고 좋은 유연성을 부여합니다. 스프레이된 질량의 화학적 결합을 위해 약 1000°C에서 예열이 필요합니다.

스프레이 턴디시 라이닝은 건닝 라이닝에 비해 라이닝 밀도가 낮고 라이닝 두께 제어가 더 잘된다는 상당한 장점이 있습니다. 이 라이닝 유형에서는 일반적으로 섬유와 기타 화학물질을 내화물 질량에 첨가합니다. 핫 스타트 턴디시의 경우 라이닝을 예열하거나, 실온으로 냉각시켜 콜드 스타트 턴디시로 가져갑니다. 라이닝 무결성은 양생 중 보장되어야 하며, 이는 영구 라이닝 온도가 100°C 미만으로 떨어진 후 라이닝 재료를 증착하는 것을 요구합니다. 최대 30% 물을 사용하는 습식 공정이고 호스와 넘침이 있어 산업 보건 및 안전 문제를 일으킵니다.

스프레이 턴디시 라이닝의 장점은 수소 흡수 위험 낮음, 이음매 없음, 낮은 재고, 덜 노동 집약적, 쉬운 데스컬링, 좋은 단열 특성, 콜드 스타트 가능, 제어 가능한 라이닝 두께입니다.

라이닝의 단점은 장비 투자 필요, 집중적인 양생 필요, 중간 정도의 씻김 위험입니다.

건식 턴디시 라이닝

건식 턴디시 라이닝은 스프레이 턴디시 라이닝과 동시에 개발되었습니다. 그러나 페놀 수지 분말의 높은 가격과 관련된 보건 안전 문제로 건식 턴디시 라이닝은 소수의 제철소에서만 사용되었습니다. 최근 수지 없는 바인더 시스템(규산나트륨 바인더, 포도당 바인더)이 보건 안전 문제를 제거했고, 건식 턴디시 제품의 2세대가 도입되어 턴디시 준비 시간이 크게 단축되었습니다.

건식 턴디시 라이닝 공정은 건식 분말 형태로 적용되고 물 첨가가 필요하지 않으므로 다른 라이닝 공정과 다릅니다. 일반적으로 이 라이닝은 수지 결합을 사용합니다. 첨가된 수지는 소량의 열을 가하여 활성화됩니다. 라이닝 성형은 포머를 사용하여 영구 라이닝과 포머 사이의 간극에 건식 분말을 공급하여 수행합니다. 이 질량을 약 300°C에서 24시간 동안 건조하여 수지의 중합을 개발하여 강도를 부여하는 특수 건조 장치가 필요합니다. 결합을 개발하기 위해 수지를 활성화하려면 약 400°C의 뜨거운 공기가 필요합니다.

건식 분말의 진동 필요성은 사용되는 제품에 따라 다릅니다. 건식 턴디시 라이닝은 더 높은 밀도로 인해 상대적으로 낮은 단열성을 가집니다. 턴디시 베이 크레인 서비스가 설치에 필요합니다. 건식 라이닝의 경우 물이 사용되지 않으므로 영구 턴디시 라이닝에 직접 접착되지 않습니다. 이는 좋은 데스컬링을 돕고 턴디시 라이닝 수명을 연장합니다.

건식 턴디시 라이닝의 한 장점은 물이 필요하지 않으므로 강철의 수소 흡수가 느리다는 것입니다. 스프레이 턴디시 라이닝에서 1.8~2.4ppm에 비해 약 0.7~0.9ppm의 수소 흡수가 보고되었습니다. 건식 라이닝의 매끄러운 마감과 라이닝 형상을 일관되게 재현하는 능력은 강철 품질 개선과 더 나은 침식 저항성을 제공하여 시퀀스 길이 증가 가능성을 줍니다. 이 제품이 자유 유동 분말이므로 설치 장비가 상대적으로 단순하고 유지보수하기 쉽습니다. 건식 라이닝의 기타 장점은 모노리식 라이닝, 낮은 재고, 덜 노동 집약적, 낮은 턴디시 준비 시간, 낮은 씻김 위험, 영구 라이닝에 직접 접착되지 않아 쉬운 데스컬링, 환경 친화적 적용, 긴 시퀀스 가능, 쉽고 빠른 설치입니다.

라이닝의 단점은 높은 투자 필요, 낮은 단열성, 작업장 크레인 의존성입니다.