KR0135315B1 - 고강도 마그네시아-카본질 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네시아-카본질(MgO-C) 내화물에 관한 것으로서, 특히 전기로의 바닥재로 사용되는 내화무의 강도와 내식성 내산화성을 향상시킬 목적으로, 전융마그네시아 내화재 10∼25중량%, 소결마그네시아 내화재 70∼85중량%, 85%급 인상흑연 3∼7중량%, 특수카본분말 1∼2.5중량%, 금속규소 1∼2.5중량%, 페놀계 화합물 결합제 4∼5중량%로 이루어지되, 고정탄소를 6∼7중량%로 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네시아-카본질 내화물을 제공한다.

Description

고강도 마그네시아-카본질 내화물

본 발명은 마그네시아-카본질(MgO-C) 내화물에 관한 것으로서, 특히 DC 전기로 등의 바닥재로 사용되는 내화물에 있어서 그 강도를 증대시켜 수명을 연장시킨 고강도 마그네시아-카본질 내화물에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정에 사용되는 전기로의 바닥재는 응력이 집중되는 곳으로서 가장 손상받기 쉬운 부분이며, 전기로의 수명은 특히 이 부분에서 좌우되게 된다.

즉, 로의 바닥부분은 용강에 의해 마모가 수반되고, 응력집중과 용강 및 슬래그의 침투에 의한 표면 박리현상이 스폴링(Spalling)현상의 발생이 수반되며, 출강후에는 열적 스폴링의 발생이 수반되는 부분이기 때문에 특히 고강도와 고내식성 및 저소결성이 요구되는 부분인 것이다.

이러한 벽돌재로서 종래에는 마그네시아-카본질 내화물이 주종을 이루고 있으나, 마그네시아 클리커 및 각종 첨가물의 정량적인 배합률이 적절하지 못하여 충분한 강도와 내산화성 및 내식성을 발휘할 수 없어 로가 조기에 손모되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여 본 발명은 강도와 내식성 및 내산화성이 현저히 향상된 마그네시아-카본질 내화물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적에 따라 본 발명은 전용마그네시아 내화재, 소결마그네시아 내화재를 주원료로 하고, 흑연, 특수카본, 금속분말을 첨가하며, 그리고 페놀계 화합물 결합제를 사용한 것을 특징으로 하는 마그네시아-카본질 내화물을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 마그네시아-카본질 내화물은 전융마그네시아 내화제 10∼25중량%, 소결마그네시아 내화재 70∼85중량%, 85%급 인상흑연 3∼7중량%, 특수카본분말 1∼2.5중량%, 금속규소 1∼2.5중량%, 페놀계화합물 결합제 4∼5중량%로 이루어지되, 고정탄소를 6∼7중량%로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 페놀계 화합물 결합제는 액상 3.1중량%, 분말 1.3중량%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 마그네시아 내화재는 전융마그네시아 및 소결마그네시아를 사용하며, 전용마그네시아의 경우 사용량은 10∼25중량%이지만 가장 바람직하기로는 20중량%이며, 소결마그네시아의 경우 사용량은 70∼85중량%이지만 가장 바람직하기로는 75중량%이다.

본 발명에서 주 원료는 소결마그네시아 내화재로 하되 내식성과 내산화성을 향상시키기 위하여 전융마그네시아 내화재를 첨가한다. 이 전융마그네시아 내화재의 사용량이 10중량%보다 적으면 슬래그에 의한 침식증가로 내식성이 저하되고, 25중량%보다 많으면 내식성 향상에 기여하는 정도가 미약하다.

본 발명에 있어서 중요한 것은 인상흑연과 특수카본분말을 사용하는 것이다. 이는 흑연의 산화를 최소화하고, 카본함량을 높여 강도와 내산화성 내식성을 향상시키기 위함이다.

인상흑연의 사용량은 3∼7중량%이지만 가장 바람직하기로는 5중량%이다. 인상흑연의 사용량이 3중량%보다 적으면 스폴링이 발생하기 쉬우며, 7중량%보다 많으면 환원소성중 중량감소율이 높게 되어 소성후의 압축강도등 물성의 저하를 가져오게 된다.

특수카본분말의 사용량은 1∼2.5중량%이지만 가장 바람직하기로는 2중량%이다. 특수카본의 사용량이 1중량%보다 적으면 물성을 향상시키는 첨가 효과가 작으며, 2.5중량%보다 많으면 전체적인 카본량이 증가하여 중량감소율이 증가하게 된다.

금속규소(Si)는 산화방지제로서 내용성을 향상시키게 된다. 이는 내산화성을 향상시키고, 열팽창율을 억제하여 구조적 응력의 억제에 기여하도록 하기 위함이다.

금속규소의 사용량은 1∼2.5중량%이나 가장 바람직하기로는 1.5중량%이다. 금속규소의 사용량이 1중량%보다 작으면 흑연 산화방지 및 내화물강도 증진 효과가 미약하며, 2.5중량%보다 많으면 스폴링에 약하게 된다.

페놀계 바인더를 사용하는 것은 내화물의 골재부위와 매트릭스(Matrix)부의 결합력을 증대시켜 우수한 품질의 내화물을 제조하기 위함이다.

페놀계 화합물 결합제의 사용량은 4∼5중량%이나 가장 바람직하기로는 4.4중량%이다. 페놀계 화합물 결합제의 사용량이 4중량%보다 작으면 본 발명에서 의도하는 향상된 물성치를 얻을 수 없으며, 5중량%보다 많으면 전체적인 내화물의 내식성에 좋지 않은 영향을 준다.

또한, 상기 페놀계 화합물 결합제는 혼련성 및 성형성 향상을 위하여 액상(Resol)과 분말(Novolak)을 각각 3.1중량%나 1.3중량%를 사용하는데, 분말의 사용량이 1.3중량%보다 많으면 열간곡강도는 향상되나 혼련성이 불안하며, 1.3중량%보다 작으면 열간곡강도가 저하되게 된다.

이와 같이 배합된 본 발명 내화물의 화학성분중 특히 고정탄소는 6∼7%를 유지하도록 하여야 한다. 이것은 상기한 배합조건에서 인상흑연과 특수카본분말의 첨가에 따라서 얻어지는 것으로서, 보다 향상된 강도와 열적특성을 얻기 위한 최적의 상태인 것이다.

본 발명의 가장 바람직한 실시예와 비교예를 설명한다.

[실시예]

표 1에 나타낸 바와 같이 전융마그네시아 내화재 20중량%, 소결마그네시아 내화재 75중량%,85%급 인상 흑연 5중량%, 특수카본분말 2중량%, 금속규소 1.5중량%, 페놀계 화합물 결합제 액상 3.1중량%, 분말 1.3중량%의 조성비로 고정탄소가 6∼7%로 유지되도록 배합하여 혼련 및 성형한 후 터널건조기에서 180℃ 온도로 48시간 건조하여 시료를 얻은 후 표 2에 나타낸 바와 같이 그 품질특성을 측정하였다.

[비교예]

본 발명에서는 표2에 나타낸 바와 같이 고정탄소가 대략 5%인 마그네시아 내화물을 비교예로 제시한다.

상기 마그네시아 내화물은 본 발명과 유사한 화학성분을 가지고 이미 적용되고 있는 내화물로서 본 발명에서 극복하고자 한 것이며, 특히 이 내화물은 해수 및 천연 소결마그네시아에 약간량의 전융마그네시아를 사용한 것이며, 고정탄소원으로는 피치(Pitch)계통의 결합체(Binder) 및 첨가제를 9∼10중량%를 사용한 것이다.

본 발명에 따른 실시예와 비교예를 한공공업표준 및 일본공업표준에 의한 시험규칙에 의거하여 표 2와 같이 측정한 결과, 화학성분중 고정탄소는 본 발명에서 6.70중량%이며, 비교예에서는 4.65중량%로 나타났다.

환원소정전 물성은 본 발명에서 부피비중이 2.99, 기공율이 2.46%, 압축강도가 736kgf/㎠으로서, 비교예에서의 3.09, 4.77%, 544kgf/㎠에 대비하여 부피비중과 기공율이 낮고, 압축강도가 향상되었음을 알 수 있다.

곡강도는 본 발명에서 상온의 경우는 232kgf/㎠이고, 1400℃의 경우는 73kgf/㎠이며, 비교예에서 상온의 경우는 56kgf/㎠이고, 1400℃의 경우는 36kgf/㎠으로 나타났다. 즉, 본 발명은 비교예에 비해 그 곡강도가 상온의 경우 약 400%, 1400℃의 경우 약 200%가 각각 향상되었음을 확인할 수 있다. 이와 같은 것은 비교예에서는 마그네시아에 피치 바인더만 사용하였으나, 본 발명은 페놀 바인더외에 피치보다 내산화성이 높은 카본 및 산화방지제인 Si의 첨가에 의한 영향이라고 판단된다.

산화 중량감소율은 본 발명에서 7.54%이며, 비교예에서는 6.07%로 나타났고, 탈탄율 및 산화시험후 압축강도는 각각 본 발명에서 78%, 433kgf/㎠이며, 비교예에서는 각각 87% 및 243kgf/㎠으로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해 중량감소율이 약 1.5% 증가하나, 탈탄율 및 산화시험후의 압축강도는 높게 나타나 본 발명은 내산화성 면에서도 보다 향상되었음을 알 수 있다.

이때, 본 발명의 중량감소율이 높은 이유는 비교예에 비하여 카본 사용량이 많기 때문인 것으로 추정된다.

잔존선팽창율은 본 발명과 비교예에 모두 대동소이하다.

열간선팽창율은 본 발명에서 페놀 바인더 사용에 따른 500∼600℃에서의 탄화반응으로 바인더수축에 따른 열팽창율의 억제현상을 보이며, 전반적으로 비교예에 비하여 열팽창율이 다소 낮은 경향을 나타낸다. 이것은 산화방지제로서 금속 Si의 첨가효과로 판단되며, 본 발명의 사용부위는 응력이 집중되는 전기로의 바닥부로 비교예에 대비하여 열팽창율이 낮으므로 구조적 Stress의 억제 효과가 있을 것으로 추정된다.

회전침식길이 및 침식지수는 본 발명에서 3.85mm 및 82%이며, 비교예에서는 각각 4.69mm, 100%로서, 본 발명은 비교예에 비하여 내식성이 향상되었음을 인지할 수 있다. 이것은 본 발명이 인상흑연 및 산화방지제 사용에 따른 내용성의 향상에 기인한다고 할 수 있다.

상술한 품질시험 결과에 의하는 바와 같이 본 발명에 따르면 강도와 내식성 내산화성이 현저히 향상된 고강도 마그네시아-카본질 내화물이 얻어지는 것이다.

결국, 로의 수명을 연장할 수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 전융마그네시아 내화재 10∼25중량%, 소결마그네시아 내화재 70∼85중량%, 85%급 인상흑연 3∼7중량%, 특수카본분말 1∼2.5중량%, 금속규소 1∼2.5중량%, 페놀계 화합물 결합제 4∼5중량%로 이루어지되, 고정탄소를 6∼7중량%로 유지하는 것을 특징으로 하는 고강도 마그네시아-카본질 내화물.
2. 제1항에 있어서, 상기 페놀계 화합물 결합제는 4.4중량%를 유지하되, 액상 3.1중량%, 분말 1.3중량%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 마그네시아-카본질 내화물.