KR100213313B1 - 턴디쉬용 염기성 댐블럭의 부정형 내화 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 턴디쉬용 염기성 댐블럭으로 사용되는 부정형 내화 조성물에 관한 것으로, 내화조성물을 주원료로는 마그네시아 크링커를, 결합제로는 알루미나 시멘트, 헥사메타인소다 및 방해석(CaCO3)을, 열간강도 및 내침윤성 증진제로는 알루미나 분말을 적절히 조성하여 상온 및 고온에서 충분한 강도를 발현할 수 있도록 하므로서, 내침식성, 내침윤성 및 내스플링성이 우수한 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미나 분말 : 5-9중량%, 알루미나 시멘트 :2-5중량%, 헥사메타인산소다 : 3-5중량%, 방해석 : 상기 헥사메타인산소다에 대하여 몰비로 1 : 6-1 : 8.5의 범위 및 나머지 : 마그네시아 크링커로 조성되고, 유입성형되는 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화조성물에 관한 것을 그 요지로 한다.
Description
본 발명은 턴디쉬용 염기성 댐블럭으로 사용되는 부정형 내화 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내침식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 우수한 염기성 댐블럭의 내화 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 턴디쉬의 댐은 전로나 전기로등의 제강로에서 정련된 용강이 래들을 거쳐 턴디쉬에 주입될 때 용강류의 난류를 억제시켜, 강에 대한 산화물의 혼입을 방지하거나 강증의 개재물을 부상분리 시키도록 하는, 즉 개재물을 물리적으로 감소시키는 역할을 하고 있다.
이러한 턴디쉬용 댐으로는 고알루미나(Al2O3-SiO2계) 질의 프리 캐스트 블럭 또는 질의 프리 캐스트 블럭 또는 마그네시아-카본질의 내화벽들을 사용하며, 특히 용강중에 알루미나계의 개재물의 형성되는 것을 꺼리는 경우에는 지르콘질의 프리캐스트 블럭, 마그네시아-카본질의 내화벽들 또는 CaO 질의 댐을 사용한다. 상기 경우들중 어느 경우에도 턴디쉬 댐의 역할을 물리적인 방법에 의한 강중 개재물의 감소를 위함에 지나지 않는다.
상기한 턴디쉬용 댐블럭 중, 종래 주로 사용되던 고알루미나질의 프리캐스트 블럭은 그 재질이 Al2O3-SiO2계이기 때문에, 용손에 의해 용강중의 산소 공급원이 되기 쉽고 용강중 개재물의 제거 효과는 없는 단점이 있다. 이 때문에 첨정도가 요구되는 강종예 Al2O3-SiO2계 턴다쉬 댐을 사용할 경우에는 턴디쉬 댐의 외부에 MgO질의 코팅재를 코팅하여 사용하고 있늘 실정이다.
그러나 상기와 같은 턴디쉬 댐 외부에 MgO의코팅 작업은 노력 및 시간이 걸림 뿐만아니하 코팅제중의 수분이 댐 내부로 침투하고, 침투된 수분이 승온중에 수증기로된다. 이러한 턴디쉬 댐 내부의 수증기가 온도 상승이 큰 경우에는 댐 내부에서 급격히 체적팽창을 일으켜 댐이 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
또한 알루니마 개제물은 제거하는데 효과적인 턴디쉬용 댐블럭들 중 일본공개 특허공보소 58-193306호 및 63-207457호에 제안된 경우, CaO가 스레이킹되거나 대단히 쉽기 때문에 보존중에 균열이 발생되거나, 분화를 일으키기 쉬운 문제점이 있어 실용화 하기가 어렵다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기한 종래의 턴디쉬 댐 블럭들 중 고알루미나질 프리캐스트 블럭 및 CaO질의 블럭의 문제점을 해결하여 내침식성, 내침윤성 및 내스롤링성이 우수한 염기성 댐 블럭의 부정형 내화 조성물을 제공하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과를 근거하여 본 발명은 제안하게 된 것이다.
본 발명은 내화조성물을 주원료로는 마그네시아 크링커를, 결합제로는 알루미나 시멘트, 헥사메타인산소다 및 방해석(CaCO3)을, 열간강도 및 내침윤성 증진제로 알루미나 분말을 적절히 조성하여 상온 및 고온에서 충분한 강도를 발현할 수 있도록 하므로서, 내침식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 우수한 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대해서 설명한다.
본 발명은 알루미나 분말 : 5-9중량%, 알루미나 시멘트 : 2-5중량%, 헥사메타인산소다 : 3-5중량%, 방해석 : 상기 헥사메타인산소다에 대하여 몰비로 1 : 6-1 : 8.5의 범위 및 나머지 : 마그네시아 크링커로 조성되고, 유입성형되는 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대해서 보다 상세히 설명한다.
마그네시아 크링커는 본 발명의 내화조성물의 주원료로서, 제조되는 댐블럭의 내화도 및 하중연화온도를 높게 유지하고 용강이나 스래그에 대하여 고내식성을 얻을 뿐만 아니라 용강중의 개재물을 억제하는 역항을 하는 성분이며, 그 함량을 후술되는 성분들, 즉 알루미나 분말, 알루미나 시멘트, 헥사메타인산소다 및 방해석을 제외한 나머지 부분을 차지한다. 이때, 마그네시아 크링커는 상기한 역할을 충분히 수행하기 위한 MgO함량이 높은것을 사용함이 바람직 하다.
알루미나 분말은 초미분으로 5-9중량% 사용하여야 한다. 초미분의 알루미나 분말을 사용하면 유입재의 유동성을 높여주는 동시에 열간에서 사용시 마그네시아와 반응하여 스피넬의 생성이 용이화 되고, 생성된 스피넬에 의해 용강이나 스래그의 침윤을 억제하는데 유리하며, 열간에서의 강도는 증진된다. 이러한 초미분의 알루미나 분말을 5중량% 이하로 사용시는 열간에서의 강도가 충분치 못하며, 9중량 % 이상으로 사용시에는 과량의 스피넬 생성으로 열간에서 사용시 과도하게 팽창되어 붕괴할 가능성이 있고, 또한 다량의 스피넬 생성 내화물의 조직이 느슨하게되어 스래그 침윤 억제효과도 감소되고 문제점이 있으므로, 알루미나 분말의 함량은 초미분으로 5-9중량% 범위로 제한함이 바람직 하다.
알루미나 시멘트는 마그네시알질 캐스타블에서 경화제 및 결합제 역할을 하는 것으로, 그 함량이 2중량% 이하일 경우에는 경화제 및 결합제로서의 기능이 미약하며 경화시간이 길 뿐아니라 건조강도가 부족한 문제점이 있으며, 5중량% 이상일 경우에는 내착식성 및 용적 안전성이 저하되는 문제점이 있으므로, 알루미나 시멘트의 함량은 2-5중량% 범위로 제한함이 바람직 하다.
헥사메타인산소다는 시판되고 있는 통상의 공업용 분말로서, 마그네시아질 유입제에 대하여 유동성을 부여하는 동시에 상온 및 고온에서 결합제로서의 강도발현 역할을 한다. 유입재에 사용시 저온에서는 알루미나 시멘트 및 마그네시아에 대하여 경화제로서 작용하기 때문에 건조강도를 향상시키고, 중간온도 범위에서는 알루미나 시멘트의 강도 저하를 보상해 준다. 또한 고온에 있어서는 방해석의 CaO성분과 반응하여 고온에서 안정한 물질인 Na2O·2CaO·P2O5를 생성하여 열간강도를 부여하게 된다. 이러한 역할을 하는 헥사메타 인산소다의 함량이 3중량% 이하일 경우에는 수분 소요량이 많아지고 경화도 빨리 진행되어 시공하기가 어려워지며, 블럭이 제조되더라도 댐 블럭을 건조할때 건조체에 균열이나 휨이 발생하여 댐으로서 부적합하며, 건조강도도 충분치 못한 문제점이 있으며, 5중량% 이상일 경우에는 열간강도 및 소성강도가 저하되며 내침식성도 저하되는 문제점이 있으므로, 헥사메탄인산소다의 함량은 3-5중량% 범위로 제한함이 바람직 하다.
방해석은 마그네시아질 댐블럭의 고온강도 발현을 위해 첨가되는 헥사메타인소다에 대하여 올비로 1 : 6-1 : 8.5 범위가 되도록 첨가하여야 한다. 방해석은 함량이 상기 헥사메탄인산소다와의 몰비로 1 : 6 이하일 경우에는 헥사 메탄인산소다의 함량이 소성강도가 취약하게 되는 문제점이 있으며, 몰비가 1 : 8.5 이상으로 방해석이 많이 첨가되면 과잉으로 첨가된 방해석중의 CaO성분이 알루미나와 반응하여 칼슘알루미네이트계(C12A7,CA)의 저융점 물질을 생성하므로 댐블럭의 물성에 나쁜 영향을 끼치게 되는 문제점이 있으므로, 방해석의 함량은 헥사메탄인산소다와의 몰비로 1 : 6-1 :8.5 범위가 되도록 제한함이 바람직 하다.
본 발명에서는 이상과 같이 댐 블럭용 내화 조성물을 조성한 후 이를 유입성형하게 되면 내침식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 우수한 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화 조성물을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
하기 표1과 같은 조건으로 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화 조성물을 조성한 후, 이 조성물의 시공성 평가를 위한 플로우(Flow)값, 곡강도, 압축 강도, 열간선 팽창율, 열간 곡강도, 스폴링 시험시 시편의 탈락시점, 침식 깊이 및 침윤 깊이를 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타 내었다.
상기와 같은 특성평가 시험시, 플로우 값의 측정은 내경 100㎜의 프로우 콘(flow cone)을 유동도 측정기의 금속제 원판 중앙에 놓고 혼련된 시료를 약 1kg충진한 다음, 플로우 콘을 제거하여 괴상의 시료만 남긴 상태에서 원판에 충격을 가한다. 그러면 원판의 상하 충격에 의해 원판상의 시료는 유동성의 크기에 따라 넓게 퍼지게 되는데, 이러한 타격을 15회 준 후, 유동되 재료의 최장부와 최단부를 측정하여 그 평균값을 플로우 값으로 하였다.
그리고 일만 물성용 시편은 40㎜×40㎜×160㎜의 크기로, 침식시험용 시편은 50㎜(뒷편)×30㎜(앞면)×20㎜(두께)×160㎜(길이)크기의 횡제리형으로 유입성형하여 25℃로 일정하게 유지된 항온항습조에서 24시간 양생한 후 건조기에서 110℃로 24시간 건조하여 제 특성을 측정하였다.
* 1. 스폴링시험 : (1300℃×30분)×15분공냉을 반복하였을 때 내화시편의 탈락시점
* 2. 침식시험: 염기성 3.5의 래들 슬래그, 1550℃×3시간
상기 표1에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 실시예(1-4)의 경우에는 본 발명에서 목적하는 내화 조성물의 특성인 내침식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 모두 우수하게 나타남을 알 수 있다.
이에 반하여, 비교예(1)의 경우에는 알루미나 분말의 사용량을 본 발명의 범위보다 적게 첨가한 것으로 내침윤성이 개성되지 않았으며, 열간에서의 강도 발현이 미약하여 턴디쉬 댐으로 사용중 붕괴될 가능성이 있다. 비교예(2)의 경우에는 알루미나 분말을 다량 첨가한 것으로, 열간에서 스피넬이 과도하게 생성되어 열간 선팽창율이 심하였으며, 내침윤성도 개선되지 않았다. 비교예(3,4)의 경우에는 알루미나 시멘트의 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 건조강도 및 내침식성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 비교예(5)는 헥사메타인산소다의 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 혼련시 수분이 많이 소요되며, 경화가 빨리 진행되어 시공성이 좋지 못하였고 건조된 시편은 균열이 발생되거나 휨현상이 발생 나타났다. 따라서 상온강도 및 열간강도가 약하였다. 비교예(6)은 헥사메타인산소다가 많이 첨가된 것으로 상온에서의 강도는 우수하나 열간에서 저융 물질로 인하여 열간강도 및 내침식성이 약하였다. 비교예(7)은 방해석(CaCO)의 사용량이 헥사메타인산소다의 사용량에 대하여 몰비가 1:6이하의 것으로 미반의 헥사메타인산소다에서 기인하는 과잉의 NaO 나 PO가 MgO나 AlO와 반응하여 저융점 물질을 생성하기 때문에 강도 및 내침식성이 저하된다. 비교예(8)은 헥사메타인산소다와 방해석의 몰비가 1 : 8.5의 범위를 넘은 것으로 미반응의 방해석이 알루미나와 반응하여 저융점물질을 생성하기 때문에 열간강도 및 내침식성이 저하되고 내스플링성도 약하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 마그네시아 크링커를 주원료로 사용하고 결합제로 알루미나 시멘트와 헥사메타인산소다 및 방해석을 그리고 열간강도 및 내침윤성 증진제로 알루미나 미분을 적절히 조성하여, 조성된 내화조성물이 상온 및 고온에서 충분한 강도를 발현할 수 있도록 하므로서, 내침식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 우수한 턴디쉬용 염기성 댐의 부정형 내화 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 알루미나 분말 : 5-9중량%, 알루미나 시멘트 :2-5중량%, 헥사메타인산소다 : 3-5중량%, 방해석 : 상기 헥사메타인산소다에 대하여 몰비로 1 : 6-1 : 8.5의 범위 및 나머지 : 마그네시아 크링커로 조성되고, 유입성형됨을 특징으로 하는 턴디쉬용 염기성 댐 블럭의 부정형 내화조성물.
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