동합금 전기유도용해로에 사용되는 Silica 내화재의 특성 연구

Abstract

본 연구는 백동(Cu 75wt% - Ni 25wt%)소재 Former 를 사용하는 조건에서의 동합금 용해를 위한 전기유도 용해로의 안정적 소결 방법을 연구하였다. Silica 기반의 내화재는 온도 변화에 따라 상온의 α-quartz 상이 573℃에서 β-quartz 로, 870℃에서 Tridymite 로, 1,470℃에서 Crystobalite 로의 상 변태가 발생되며, 상 변태 시 α-quartz 일 때 2.65 인 비중이 β-quartz 에서 2.52, Tridymite 에서 2.21 로 점진 감소하므로 약 15% 체적 변화가 수반된다. Silica 계열 내화재는 Alumina 계열 내화재에 비에 융점이 낮아 사용 할 수 있는 합금에 제한이 있지만, Corson 계열 동합금 양산을 위해 수반되어야 하는 slag 제거 작업의 물리적 충격 저항이 높아 Corson 계열 동합금 전기유도 용해로에 사용 중이다. 하지만 우리나라 “화학물질 관리법(이하 화관법)“과 “화학물질 등록 및 평가에 관한 법률(이하 화평법)”의 개정 고시(2015-01-01, 2019-10-15)에 따라 내화재의 안정적 소결 작용을 위해 사용되는 Binder 인 Boron 산화물에 대한 법정 규제가 2015 년과 2019 년에 개정 고시되었다. 이에 의해 기존 사용되는 Binder 가 규제에 따라 변경되며 로 바닥부 소결 미흡에 의해 내화재가 소결되지 못하고 용탕에 젖는 현상(이하 침윤)이 지속 발생되었다. 해당 설비에서 용해, 주조하는 Corson 계열 동합금은 압연 후 자동차용 단자재와 커넥터재로 사용되나, 지속적인 설비 이상에 따른 공급량 부족으로 국내 자동차용 부품소재 시장에 공급 불안정이 발생되어, Corson 계 동합금 전기유도용해로에 사용되는 Silica 내화재의 소결 방법에 대한 연구와 개발이 시급히 요구되었다. 양산형 전기유도용해로의 축로 및 소결과 동일한 조건으로 시험편을 제작하여 소결을 진행 한 후 XRF 를 통한 상분석 결과 600℃ 이상의 온도에서 β-quartz 상으로의 상변태를 확인하였다. 이를 통해 Silica 계열 내화재의 1 차 상변태 온도를 규명했고, 양산형 전기유도용해로의 바닥부 내화재의 온도 측정방법을 개발하여, 소결 중 용탕 생성 전 1 차 상변태 온도에 도달하게 하기 위한 소결 조건을 실험을 통해 수립하였다. 본 연구는 Binder 의 영향을 최소화 한 Silica 의 열적 거동을 연구하여, 백동 former 를 사용하는 전기유도용해로의 조건 내 Silica 내화재의 상변태 특성을 규명하고 이에 따른 안정적 소결 방법을 연구하여 동합금의 안정적 양산을 위한 축로 초기 로 사용 조건을 개발 하고자 하였다.