KR0156553B1 - 건식 내화성 조성물 - Google Patents

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에이. 헤브론 줄리
에이. 마스티네즈 윌프레드
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에스. 가레트 그레이
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Abstract

특히 응용 금속 주조법에 사용되는 턴디시 또는 레이드르이 영구 라이닝을 피복하는 모모성 일회용 일체 라이닝을 제조하기 위한 건식 전동가능 내화물로서 사용하기 위한 내화 조성물을 기술한다. 조성물은 내와 응결체, 저온 결합제, 하나 이상의 중간 온도 결합제 및, 임의로, 점토를 함유한다. 저온 및 중간 온도 결합제를 둘다 사용함으로써 고온법으로 내화물을 설치할 수 있다.

Description

건식 내화성 조성물
본 발명은 내화성 조성물, 특히 물 없이 사용하는 내화성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 연속 용융 금속 주조 공정에 사용되는 턴디시(tundish) 또는 용융 금속 주조 공정에 사용되는 레이들(ladle)의 영구 라이닝(lining)을 피복시키는 마모성 일회용 일체형 라이닝을 성형시키는데 유용한 내와성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 진동을 이용하거나 이용하지 않고서 건식 도포할 수 있는 내화성 조성물에 관한 것이다.
턴디시란 강철의 연속 주조와 같은 연속 주조 공정에 사용되는 용융된 금속을 담는 대형 중간 수용기이다. 턴디시는 사실상 광석의 실제 용융 또는 용융된 금 속의 정련이 일어나는 노(furmace)로부터 운반 레이들에 의해 배출되는 다량의 용융 금속을 수용한 다음 용융된 금속을 주조 시스템으로 옮기는 중간 공정용 저장기이다. 유입 및 유출 노즐 시스템은 턴디시내외로의 용융된 금속의 흐름을 조절한다.
턴디시 자체는 여러층의 내화성 조성물로 도포된 강철 용기이다. 통상 내화성 벽돌로 이루어진 영구 라이닝은 용기를 보호하는 내부 라이닝 역할을 한다. 영구 라이닝은 통상 건닝(gunning), 스프레잉, 흙손질 또는 건조 진동에 의해 내화성 조성물로 이루어진 마모성 일회용 라이닝으로 피복한다. 일회용 라이닝은 턴디시 내에서 용융된 금속과 직접 접촉하여 영구 라이닝이 용융된 금속에 노출되지 않도록 보호한다.
통상, 일회용 턴디시 라이닝으로서 사용되는 일체형 내화성 조성물에는 2가지 종류가 있는데, 하나는 영구 라이닝에 조성물을 도포하기 위해 액체상, 통상 물을 첨가해야 하는 조성물이고, 다른 하나는 영구 라이닝에 조성물을 도포하기 위한 액체상을 필요로 하지 않는 조성물이다. 액체를 필요로 하는 조성물은 건닝, 스프레잉 또는 흙손질에 의해 도포한다. 액체를 필요로 하지 않는 조성물은 건조 진동가능물(dry Vibratables)이라 한다.
건조 진동가능물은 통상 2가지 방법으로 부착시키는데, 그중 하나는 도포 두께를 조절하기 위해 성형구를 사용하며, 나머지 하나는 성형구를 필요로 하지 않는다. 성형구는 용기의 내부 치수의 윤곽에 맞춰 형성시킨다. 이 방법은 대형 또는 복잡한 용기에 일체형 내화물(건조 진동가능물)을 원하는 두께로 도포할 수 있게 한다. 성형구를 필요로 하지 않는 방법, 즉, 소위 무-형성구 방법에는 용기를 약 1200℉ 내지 약 2000℉로 예열하는 것이 포함된다. 일단 예열한 다음에는 용기를 건식 일체형 내화물로 완전히 충전시킨다. 내화물을 용기 내에서 약 1 내지 5분 동안 경화시킨다. 이 시간이 경과하면, 한정된 두께를 갖는 작업 라이닝이 형성되며 경화되지 않은 내화물은 재사용을 위해 회수한다. 이 방법은 경화에 사용된 기간에 의해 도포 두께를 조절할 수 있게 한다.
강철 제조를 위한 연속 주조 공정에 있어서, 턴디시는 통상 2가지 방법, 즉, 상온법 및 고온법으로 사용된다. 상온법은 강철이 레이들로부터 턴디시로 이용될 때 턴디시가 주위 온도에 있음을 의미한다. 고온법은 턴디시를 약 1200℉ 내지 약 2500℉로 예열하는 것을 포함한다. 따라서, 강철은 레이들로부터 고온 턴디시로 이동된다. 강철 제조시 고온법을 사용하면 연속 주조 공정으로부터 품질이 우수한 강철이 수득된다. 고온법으로 인한 우수한 품질은, 무엇보다도, 예열된 내화물 라이닝으로부터 기체 발생의 감소로 인해 예열된 턴디시내에서 냉각 효과가 저하되고, 기체 발생이 감소되며 난류(turbulence)가 감소되는 것과 관계가 있다.
통상적으로, 고온법 턴디시용 일회용 라이닝으로서 건닝, 스프레잉 도는 흙손질 가능한 일체형 내화물만을 사용해오고 있다. 건조 진동가능한 내화물은 예열 온도에서 이의 결합 시스템이 충분하지 않기 때문에 이러한 도포에 사용하지 않았다. 통상적인 건조 진동가능한 결합 시스템은 2부분, 즉 저온 결합제, 통상 유기 수지와 고온 결합 시스템, 통상 규산염으로 이루어진다. 예열을 측진시키기 위해서, 중간 온도 결합제가 필요하다. 이는 규산염 대신 중간 온도 및 고온 둘다에서 내화물에 필요한 강도를 부여하는 인산염 또는 규산염/금속 분말 결합 시스템을 사용하여 달성하여 왔다. 이들 온도에서의 강도는 건조 진동가능한 일체형 내화물이 제자리에서 유지되어 턴디시 작업 라이닝으로서 작용하도록 보장하는데 필요하다.
본 발명자들은 주성분이 마그네시아, 알루미나, 칼시아, 실리카 또는 이들의 배합물과같은 내화성 응결체이고 페놀성 수지와같은 저온 결합제 약 1.0 내지 약 5.0 중량% 및 점토 약 0.0 내지 5.0 중량%를 함유하는 조성물에 있어서, 턴디시용 일회용 라이닝 재료로서 사용하기 적합한 내화재의 특성을 인산염, 인산일나트륨 도는 헥사메타인산 나트륨으로 이루어지거나 무수 규산나트륨과 페로규소 금속 합금 분말과 같은 알칼리 금속 규산염과 금속 분말의 1 : 1 중량비 배합물로 이루어진 중간 결합제를 첨가함으로써 현저하게 개선시킬 수 있다는 것을 발견하게 되었다.
본 발명에 따라 제조된 내화성 조성물은 예열 능력이 탁월한 것으로 밝혀졌다. 재료는 건조 진동가능물로서 도포한다. 턴디시의 영구 라니이 위에 보호 라이닝으 도포시키면, 본 발명의 물빌은 예열 온도(12000 내지 2500℉)에서의 강도가 탁월하여 라이닝 온도를 높이고 턴디시에 주입되는 용융된 강철에 미치는 냉각 효과를 감소시킴으로써 강철의 품질을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 물질은 도포용 물이 필요치 않기 때문에 턴디시 내에서의 수증기 폭발의 위험이 없다. 본 발명의 물질은 또한 디스컬러빌리티(deskullability) 특성이 탁월하여 턴디시의 재사용을 위한 정기 보수 시간을 줄인다. 본 발명의 물질은 내구성이 뛰어나고 이것이 도포되어 있는 턴디시 영구 라이닝 표면의 손상을 거의 또는 전혀 일으키지 않는다.
본 발명에 따라, 턴디시 등에 일회용 라이너로서 사용하기 위한 건조 진동가능한 내화성 조성물은 주성분으로서 마그네시아, 알루미나, 칼시아, 실리카, 지르코니아 및 이들의 배합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 내화성 응결체 물질 이외에 저온 결합제로서 유기 수지, 특히 페놀성 수지 약 1.0 내지 약 5.0 중량%, 인산염, 특히 소다를 40.0 중량% 미만 함유하는 인산나트륨 또는 인산일암모늄으로 이루어지거나 알칼리 금속 규산염과 금속 합금 분말의 배합물(바람직하게는 1 : 1 중량비)로 이루어지 s하나 이상의 중간 온도 결합제 약 0.5 내지 약 1.0 중량% 및 표면의 품질을 향상시키기 위한, 보올클레이(ball clay), 고령토, 벤토나이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹중에서 선택된 점토 약 0.0 내지 약 5.0 중량%를 포함한다. 알칼리 금속 규산염과 금속 합금 분말의 배합물에 있어서, 규산염은 무수 규산나트륨 및 수화된 규산나트륨으로 이루어지는 그룹 중에서 선택하며 금속은 바람직하게는 철 함량이 약 20.0 내지 약 30.0 중량%이고 규소 함량이 약 80.0 내지 약 70.0 중량%이며, 가장 바람직하게는 철 함량이 25.0 중량%이고 규소 함량이 75.0 중량%인 페로규소, 바람직하게는 알루미늄 함량이 약 70.0 내지 약 90.0 중량%이고 규소 함량이 약 80.0 내지 약 10.0 중량%이며, 가장 바람직하게는 알루미늄 함량이 80.0 중량%이고 규소 함량이 20.0 중량%인 알루미늄/규소 합금 및 바람직하게는 마그네슘 함량이 약 40.0 내지 약 60.0 중량%이고 알루미늄 함량이 약 60.0 내지 약 40.0 중량%이며, 가장 바람직하게는 마그네슘 함량이 50.0 중량%이고 알루미늄 함량이 50.0 중량%인 마그네슘/알루미늄 합금으로 이루어지는 그룹중에서 선택한다. 조성물의 나머지(합하여 총 100.0 중량%)는 내화성 응결체 원료이다.
금속 합금 분말은 이의 입자 크기가 약 1 내지 500μ 범위일 때 가장 효과적이다.
본 발명의 조성물 중의 바람직한 페놀성 수지 저온 결합제는 헥사민 함량이 약 1.0 내지 약 10.0 중량%이고, 평균 분자량이 약 4000 내지 약 10,000 a.m.u.(원자 질량 단위)인 페놀포름알데히드 중합체이다.
본 발명에 속하는 내화성 조성물의 전체 범위는 다음과 같다.
상기된 조성물을 예열할 수 있도록 하기 위해서는, 조성물 중에 중간 온도 결합제가 적당한 양으로 존재해야 하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 첨가제가 존재함으로써 저온 결합제가 보다 높은 온도에서 강도 강화 능력을 상실한 후에도 내화성 라이닝에 강도를 부여한다. 중간 결합제는 통상의 예열 온도 이하의 온도에서 입자간 결합을 형성한다. 이는 예열 온도에서 강한 물질을 생성시켜 이의 형태와 위치를 유지함으로써 영구 라이닝을 보호한다. 중간 경합체를 첨가하지 않으면 예열 온도에 노출시 내화물이 붕괴되어 부서지는 것으로 밝혀졌다. 이러한 부서짐은 예열 온도에서 내화물에 충분한 분자간 결합이 없기 때문이다.
점토를 약 0.0 내지 약 50.0 중량% 첨가하면 경화된 내화물 라이닝의 표면 품질이 향상되어 중간 온도 결합 강도의 증가를 돕는 것으로 밝혀졌다. 표면 품질 측면은 주로 심미적 효과이며 점토를 첨가하지 않아도 크게 떨어지지는 않는다. 충분한 양의 중간 온도 결합제가 조성물에 공급될 경우, 점토를 사용하지 않아도 조성물의 예열 강도가 손상되지 않는다.
본 발명의 내화성 조성물은 건식 내화성 조성물을 성형시키기 위한 주물-성형 장치를 용기와 주물-성형 장치 사이에 간극이 생기도록 용기 속에 놓고, 용기의 내부 표면을 덮기에 충분한 양의 내화성 조성물(여기서, 내화성 조성물은 저온 결합제 약 1.0 내지 약 5.0 중량%, 하나 이상의 중간 온도 결합제 0.5 내지 약 10.0 중량% 및 점토 0.0 내지 약 5.0 중량% 이외에 나머지 내화성 응결체 물질을 합하여 총 100 중량%를 함유한다)을 간극에 부어 넣고, 용기 속의 온도를 약 300℉ 내지 약 1000℉로 상승시킴으로써 내화성 조성물을 경화시켜 저온 결합제에 의해 내화성 응결체 입자 사이에 입자간 결합이 이루어지도록 하고, 주물 성형 장치를 제거하여 용기의 내부 표면에 내화재의 일체 주물이 남도록 한 다음, 용기 속의 온도를 약 1000℉ 내지 약 2500℉로 상승시켜 내화성 조성물을 예열함으로써 중간 결합제에 의해 내화성 응결체의 입자 사이에 입자간 결합이 형성되도록 하는 단계를 포한하는 건식 방법에 의해 고온법으로 용융 금속 주조 공정, 특히 강철 제조에 사용되는 턴디시 도는 레이들과 같은 용기의 내부 표면에 일체형 라이닝으로서 도포하는데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 하기 비한정적 실시예를 참조로하여 더욱 상세히 이해할 수 있다.
본 발명에 따르는 내화성 조성물은 하기 재료를 사용하여 제조한다;
내화물 - 사소(dead burned) 마그네시아(MgO)
저온 결합제 - 페놀성 수지
중간 온도 결합제 - 타입 #1, 산화나트륨 40.0 중량% 미만을 함유하는 조성물의 인산염 및 타이 #2, 알칼리 금속 규산염과 금속 합금 분말의 1 : 1 중량비 배합물
점토 - 공기 부동(floated) 보올 클레이
[실시예 1]
[샘플의 제조-경화]
성분들을 먼저 유성형 패들 타입 전기 혼합기 내에서 1 내지 5분 동안 균질하게 건조 혼합한다. 혼합물을 강철 금형에 부어 표준 7″×1″×1″막대를 제조한다. 막대를 표면이 평탄하게 되도록 한다. 막대를 90분 동안 350℉로 가열한다.
[실시예 2]
[배합예]
모든 조성물은 실시예 1의 방법에 따라 제조된다.
[실시예 3]
[배합예]
모든 조성물은 실시예 1의 방법에 따라 제조된다.
[실시예 4]
[예열 온도에서의 강도에 대한 내화성 조성물의 실험실 평가]
실시예 1에 따라 제조된 샘플을 길이 방향으로 3등분한다. 이들 샘플을 1000℉, 1500℉ 또는 2000℉로 소성시키고 상기 온도에서 1시간 동안 침지시킨다. 침지가 끝날 때, 샘플을 금속 봉으로 연마하여 강도를 정성적으로 평가한다.
등급 눈금을 다음과 같이 설정한다.
등급 3, 4 및 5는 턴디시 도포용 조성물로서 사용가능한 것으로 판단된다.
[실시예 5]
실시예 2 및 3으로부터 수득된 조성물을 실시예 4에 기술된 절차에 따라 시험한다. 결과는 표 1에 나타낸다.
[실시예 6]
[조성물 IA의 현장 평가]
조성물 IA를 실제 턴디시 도포로 평가한다. 예열 온도는 약 2100℉ 내지 약 2600℉이다. 조성물 IA를 연속 캐스터(caster) 상에서 시퀀싱된다. 도포물은 깨끗하고 쉽게 벗겨졌다. 턴디시의 영구 라이닝이 손상되거나 긁히지 않았다.
[실시예 7]
[조성물 IIA의 현장 평가]
조성물 IIA를 실제 턴디시 도포로 평가한다. 예열 온도는 약 1500℉ 내지 약 1800℉이다. 조성물 IIA는 예열을 견디어 내었으며 연속 캐스터 상에서 시퀀싱된다. 도포물은 깨끗하고 쉽게 벗겨졌다. 턴디시 영구 라이닝에는 마모의 흔적이 없었다.
[실시예 8]
[조성물 IIIA의 현장 평가]
조성물 IIA를 주물 공장 주조 레이들 내의 일회용 레이들 라이닝으로서 평가한다. 재료를 무-성형구 방법을 이용하여 도포한다. 재료 도포는 성공적이었으며 레이들을 약 2500℉로 예열하였다. 5회분의 강철을 레이들을 통해 주조하였다. 라이닝은 깨끗하고 쉽게 벗겨졌다. 주물은 조성물 IIIA의 내화성 라이닝으로 도포되지 않은 레이들로부터 제조된 주물에 비해 비금속 개재물 수가 적었다.

Claims (11)

  1. 마그네시아, 알루미나, 칼시아, 실리카, 지르코니아 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 내화성 응결체 물질을 기본 재료로 하는 건식 내화물용 내화성 조성물에 있어서, 페놀성 수지 저온 결합제 1.0 내지 5.0 중량% ; 및 나트륨 함량이 40.0 중량% 미만인 인산염 함유 화합물 및 알칼리 금속 규산염과 금속 분말과의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된, 하나 이상의 중간 온도 결합제(여기에는 인산염 함유 화합물 및 규산염 함유 화합물 중의 하나 이상의 존재이다) 0.5 내지 10.0 중량 %를 포함하고(상기 중간 온도 결합제는 조성물에 있어 10.0 중량%를 초과하는 양으로 존재하지 않는다). 상기 내화성 응결체 물질을, 총 100 중량%인 조성물의 나머지를 차지하도록 포함함을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 페놀성 수지가 페놀 포름알데히드 중합체인 내화성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 인산염 함유 화합물이 인산일나트륨, 헥사메타인산나트륨 및 인산일암모늄으로 이루어진 그룹 중에서 선택되고, 알칼리 금속 규산염이 무수 규산나트륨 및 수화된 규산나트륨으로 이루어진 그륩 중에서 선택되며, 금속 분말이 페로규소 합금, 알루미늄/규소 합금 및 마그네슘/알루미늄 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 내화성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 알칼리 금속 규산염과 금속 분말이 이들의 혼합물에 동량으로 존재하고 금속 분말의 입자 크기가 1μ 내지 500μ 임을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 페놀 포름알데히드 중합체가 헥사아민을 1.0내지 10.0 중량% 함유하고 평균 분자량이 4,000 내지 10,000 a.m.u.(원자 질량단위) 임을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  6. 제3항에 있어서, 페로규소 합금의 철을 20.0 내지 30.0 중량% 함유하고 규소를 80.0 내지 70.0 중량%를 함유하며, 알루미늄/규소 합금 금속 분말이 알루미늄을 70.0 내지 90.0 중량% 함유하고 규소를 30.0 내지 10.0 중량%를 함유하며, 마그네슘/알루미늄 금속 분말이 마그네슘을 40.0 내지 60.0 중량%를 함유하고 알루미늄을 60.0 내지 40.0 중량 %를 함유하는 내화성 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 보올 클레이, 고령토, 벤토아이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 점토를 0.0 내지 5.0 중량% 함유량을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 저온 결합체가 300℉ 내지 1,000℉의 온도 범위에서 내화재 입자 사이의 입자간 결합 형성을 개시하며, 중간 온도 결합제가 1,000℉ 내지 2500℉의 온도 범위에서 내화재 입자 사이의 입자간 결합 형성을 개시하는 내화성 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 진동가능물임을 특징으로 하는 내화성 조성물.
  10. 페놀 포름알데히드 2.5 내지 3.5 중량%, 인산 일나트륨 2.5 내지 3.5 중량%, 무수 규산나트륨과 페로규소 합금 금속 분말의 50/50 중량% 혼합물 2.5 내지 3.5 중량%, 밑 점토 0.0 내지 5.0 중량%를 포함하는 건식 내화물용 내화성 조성물.
  11. (a) 건식 내화성 조성물을 성형시키기 위한 주물 성형 장치를 용기와주물 성형장치 사이에 간극이 생기도록 용기 속에 놓는 단계. (b) 용기의 내부 표면을 피복시키기에 충분한 양의 내화성 조성물(여기서, 내솨성 조성물은 저온 결합체 1.0 내지 5.0 중량%, 하나 이상의 중간 온도 결합제 0.5 내지 10.0 중량% 및 점토 0.0 내지 5.0 중량%를 함유하고 나머지를 응결체 물질로 합하여 총 100 중량%로 만든다)을 간극에 부어 넣는 단계. (c) 용기 속의 온도를 300℉ 내지 1,000℉로 상승시킴으로써 내화성 조성물을 경화시켜 저온 결합제에 의해 내화성 응결체 입자 사이에 입자간 결합을 형성시키는 단계. (d) 주물 성형장치를 제거하여 용기의 내부 표면에 내화재의 일체형 주물이 남도록 하는 단계, 및 (e) 용기 속의 온도를 1,000℉ 내지 2,500℉로 상승시킴으로써 내화성 조성물을 예열하여 중간 온도 결합제에 의해 내화성 응결체 입자 사이에 입자간 결합이 형성되도록 하는 단계를 포함하여, 고온 수행법으로 턴디스(trndish)와 같은 용기의 내부 표면에 일체형 내화성 라이닝을 건식 도포하는 방법.
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