양삼열 사장 (조선내화㈜)

MUD재는 고로 출선구를 열간에서 충진 및 재 출선을 위해 개공이 용이해야 되는 성질과 출선속도를 지속적으로 유지시켜야 하는 내화물로서, 고로에서 만들어진 쇳물을 출선구를 통해 배출하기 위해 이용되는 중요한 내화재이다. 고로에서의 용선생산량 증대는 전 세계적으로 많은 연구들에 의해 진행되고 있음에도 불구하고 장시간 출선 가능한 MUD재 개발은 아직 성공하지 못하고 있는 실정이다. 새롭게 개발된 재질은 Ferro-Silicon Nitride의 질화물을 이용하여 출선구에 사용하는 MUD재가 용선과 Slag에 대한 화학적 저항성 및 열간 강도가 증가하여 출선중 고압의 용선에 내마모성이 증가하는 것이 확인 되었다. 종전 재질은 열간 상태에서 Silica(SiO2)와 Carbon(C)이 반응하여 β-SiC가 형성되어 MUD재 Matrix 내부로 용융물 침투 억제 및 고강도가 발현된다. 여기에 개발된 신 재질은 질화물을 첨가시켜 β-SiC 생성량을 증가시킴으로서 용선과 고로 Slag에 대한 화학적 저항성 및 열간 강도가 현저히 증가 되었다. 이를 통하여 고로 일일 용선생산량이 14,800ton에서 16,000ton 수준으로 향상되었고 장시간 출선을 통해서 고로의 생산성 향상이 가능하여졌으며 이에 따르는 고로 내화물 사용량(원단위) 감소 및 출선 작업 횟수도 감소 되었다.
한편 POSCO는 박slab연속주조법(Thin slab casting process)기술을 기반으로 연속주조에서 권취까지를 끊기지 않고 직접 연결한 Compact endless라는 세계 최초의 혁신기술인 하미밀 공장을 연산200만톤 규모로 준공하였다. 하이밀 공장의 장점은 중간 생산단계의 축소에 따른 투자비 및 에너지절감 다품종 소량생산 가능 및 소규모 공간에서의 조업이 가능하다는 점이다. 본 기술 중 핵심기술은 종래 2m/min주속에서 8m/min 고속주조가 요구되었으며 이러한 고속 주조시에도 Funnel mold내 탕면안정이 안정되어야 하므로 침지노즐 내공 단면적의 확보 및 대형화가 필요하였다. 동시에 몰드와의 간섭까지를 고려한 최적화 설계도 요구되었다. 하이밀 침지노즐 개발과정은 주속 8m/min에 해당하는 수모델 Simulation을 통하여 탕면의 안정 상태를 확인하였으며 3D유동해석을 통하여 수모델 시험결과에 대한 검증과 실 주조 상황을 비교하였다. 탕면의 유속은 초음파장치로 측정하고 컴퓨터 Graphic으로 해석하였고, 유한요소해석(FEM) 결과를 통하여 내화재가 사용 중 열충격에 의한 탈락에 대한 문제를 해결 할 수 있었다. 이렇게 simulation기술과 유동해석의 최적화를 통해서 세계최초의 하이밀 침지노즐이 탄생 될 수 있었다. 그렇지만 최적화된 형상의 침지노즐은 기존형상의 성형기술로는 성형시 아래가 작고 위쪽이 큰 치구를 뺄 수 없어 원형라이나 형성이 불가능하고 내공 라이나는 4각으로 배치되어 사용 중 4각 꼭지점 부위에서 크랙이 발생되었다. 이를 해결하기 위해 정교한 치구의 개선과 작업방법 개선으로 선진내화물사인 유럽제품과 완전히 차별화 하는데 성공하였으며 외국V사 제품은 사용 중 빈번한 균열발생문제로 인하여 공급이 중단되었지만, 당사에서 개발된 제품은 안정하게 사용되므로서 전량 대체 공급되고 있으며 연속 27회 사용이라는 세계신기록도 달성되어 POSCO로부터 World First인증을 받게 되었다. 본 기술의 개발로 세계최초의 하이밀 고속주조 설비가 한국에서 상용화에 성공하는데 크게 기여하였다.

*연락처: 조선내화 대표이사 양삼열 sryang@chosunref.co.kr