Corrosion mechanism of zirconia/graphite SEN by molten steel and slag

용강 및 슬래그에 의한 지르코니아/흑연계 침지노즐의 침식기구

Corrosion mechanisms by molten steel and slag were investigated in the zirconia/graphite composite as a material of submerged entry nozzle (SEN) using for producing high quality steel. Most of corrosions were started by the dissolution of zirconia particles into molten steel and oxidation of graphite, but subsequently three modes of corrosion were observed. Firstly, the penetration of slag into zirconia matrix was induced to the diffusion of stabilizing agent outward cubic zirconia grains, and the destabilization of cubic to fine monoclinic zirconia particles, which is enhanced to the decomposition and dissolution of them into slag. Secondly, molten slag penetrates into large cubic zirconia particles along grain boundary and decomposed them to fine cubic grains, which is also enhanced to the dissolution of zirconia grains into slag. Lastly, reaction between carbon and cubic zirconia was formed porous ZrC and enhanced the dissolution of it into slag.

침지노즐(SEN)의 재료로 사용되는 지르코니아/흑연 재질에서 용강 및 슬래그에 의한 침식의 형태를 살펴본 결과, 침식의 첫번째 기구는 부분안정화 지르코니아 내 안정화제인 CaO가 용강 및 슬래그에 의해 용해되면서 입방정 안정화 지르코니아가 단사정상으로 상전이하여 일어났는데, 상전이 시 부피팽창에 의한 균열이 발생하고 파괴가 진행되었고, 이로 인하여 미세 $ZrO_2$입자의 용해 및 탈락이 촉진되었다. 침식의 두 번째 기구는 슬래그가 큰 c-$ZrO_2$입자의 입계를 따라 침투하여 작은 입자들로 분리시키고, 작은 입자들이 용강과 슬래그에 탈락되어 진행되었다. 마지막 기구로는 입방정 지르코니아와 흑연이 반응하여 다공질의 미세한 ZrC 상을 형성하고, 이들이 slag에 용해되면서 침식이 진행되었다.