KR100239939B1 - Refractory material and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각종 공업용 로(爐)에 축조되는 내화벽돌에 대해 내마모성과 내열 충격성 및 내식성, 내스폴링성을 증대시켜 사용수명을 향상시키는 내화재 및 그 제조에 관한 것으로, 그에 따른 구성은 알루미나질 원료 55-71중량부, 지르콘질 원료 22-43중량부, 점토 2-7중량부로 조성된 내화재로 이루어지고, 이를 제조함에 있어서는 상기 조성물을 혼련, 성형후 1630∼1670℃ 온도에서 3∼6시간 소성함을 특징으로 하는 제조방법으로 구성된다.The present invention relates to a fire-resistant material and its manufacture for improving the service life by increasing wear resistance, heat shock resistance, corrosion resistance and spalling resistance to fire bricks constructed in various industrial furnaces. It consists of a refractory material composed of -71 parts by weight, 22-43 parts by weight of zirconate raw material, 2-7 parts by weight of clay, and in the preparation thereof, the composition is kneaded and calcined at 1630-1670 ° C. for 3 to 6 hours. It is composed of a manufacturing method characterized by.
Description
본 발명은 알루미나-지르코니아-멀라이트질로 조성된 내화재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내마모성과 내열충격성 및 내식성, 내스폴링성의 향상으로 사용수명이 증대되는 내화재에 관한 것이다.The present invention relates to a fire retardant composed of alumina-zirconia-mullite and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a fire retardant having an increased service life due to improved wear resistance, thermal shock resistance, corrosion resistance, and spalling resistance.
순환유동층 보일러, 각종 회전로 등의 공업용 로에서는 장입물이나 고온가스 흐름중의 분체에 의한 충돌 혹은 충격을 받는 요로 부위에 내화벽돌이 사용된다.In industrial furnaces, such as circulating fluidized bed boilers and various rotary furnaces, refractory bricks are used in parts of the urinary which are subjected to collisions or impacts by powders in charges or hot gas flows.
순환유동층 보일러는 연료로써 유, 무연탄 혹은 석유코크스등과 탈황제로써 석회석 등을 유동충내에서 연소시킨다.Circulating fluidized bed boilers burn oil, anthracite or petroleum coke as fuel and limestone as a desulfurizer in a fluidized bed.
이 설비의 내부는 연소열에 의한 온도부하 및 연소시 생성된 고체입자들에 의한 마모 등에 내구성을 갖도록 내화물로 내장되어 있다.The interior of this facility is embedded in refractory to be durable such as temperature load by heat of combustion and abrasion by solid particles produced during combustion.
연소로에서 생성된 고체입자들은 연소가스와 함께 설비내부를 고속으로 순환하는데 연소가스와 함께 사이클론에 빠른 속도로 유입된다.Solid particles generated in the combustion furnace circulate with the combustion gas at high speed and flow into the cyclone with the combustion gas at high speed.
이때 경질의 고체입자들은 사이클롤 내부에 약 10m/초 이상의 속도를 가지고 내화물 내장재 표면에 충돌한다.At this time, the hard solid particles collide with the surface of the refractory interior material with a velocity of about 10 m / sec or more inside the cyclol.
특히 사이클론의 타겟존(Target Zone)은 항상 20m/초 이상의 속도이며 사이클론의 타부위에 비해 충돌 입사각이 커서 동일한 내화물 내장재의 상대적 마모에 따른 수명이 ½ 이하이다.In particular, the target zone of the cyclone is always 20m / sec or more, and the impact angle is larger than the other parts of the cyclone, so that the lifetime of the same refractory lining material is less than ½.
또한 내부 온도는 750∼950℃로 내장재의 가동면에서 철피까지 온도기울기가 가파르고 구조적으로 압축응력을 받는다.In addition, the internal temperature is 750 ~ 950 ℃, the temperature gradient from the operating surface of the interior material to the steel bar is steep and structurally subjected to compressive stress.
따라서 온도변화에 대한 내열충격성이 우수해야만 가동중 균열 손상 등을 방지할 수 있고, 열전도율이 가능한 낮아야만 노외부로 열손실을 줄일 수 있다.Therefore, it is possible to prevent crack damage during operation only when the thermal shock resistance against temperature change is excellent, and heat loss can be reduced outside the furnace only when the thermal conductivity is as low as possible.
이 설비에 사용하고 있는 내화물로는 비교적 높은 내열성외에 일정한 경도 및 강도를 지닌 고알루미나(Alumina)질 벽돌이나 인산염결합 알루미나질 람밍(Ramming)재가 있다.Refractory materials used in this facility include high alumina bricks or phosphate-bonded alumina ramming materials with a certain hardness and strength in addition to relatively high heat resistance.
고알루미나질 벽돌은 약 59∼80중량%의 Al2O3함량을 가진 여러종류의 벽돌로 사용되는데 알루미나 함량이 높아질수록 고온에서 소성하므로써 매트릭스(Matrix)의 결합력을 크게 하여 파괴강도를 높이고 있다.High alumina brick is used as various bricks with Al 2 O 3 content of about 59 ~ 80% by weight. As the alumina content increases, the high alumina brick is fired at high temperature to increase the bond strength of the matrix to increase the fracture strength.
매트릭스의 결합력은 사용원료중 알루미나와 실리카(Silica)성분을 소성중 멀라이트(Mullite; 3Al2O3·2SiO2로 생성시키므로써 증가한다.The binding force of the matrix is increased by producing alumina and silica in the raw materials as mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) during firing.
그러나 멀라이트는 비교적 낮은 열팽창성을 갖는 용적안정성이 우수한 광물임에도 그 파괴강도 값이 한계적이다.However, even though mullite is a mineral having excellent volume stability with relatively low thermal expansion, its fracture strength value is limited.
이러한 벽돌을 타겟존에 사용할 경우 마모에 의한 보수발생이 잦아 설비가동율에 치명적인 영향을 준다.When these bricks are used in the target zone, repairs are frequently caused by wear, which has a fatal effect on facility operation rate.
한편, 인산염 결합 알루미나질 람밍재는 내마모성을 증진하는 고충진 밀도를 달성하고, 또한 용적 안정성을 위해 내화벽돌의 원료에 비해 고온소성한 원료이거나 용융 알루미나 같은 원료를 사용하여 냉간 및 열간에서 수축이 적고 치밀하다.On the other hand, the phosphate-bonded alumina ramming material achieves high filling density which promotes abrasion resistance, and also has low shrinkage and cold compaction in cold and hot using raw materials such as hot-fired or fused alumina for bulk stability. Do.
이 람밍재는 결합재로 인산알미늄을 투입하여 시공, 건조후에 매트릭스내에 Al2O3·nP2O5화합물을 생성하여 비교적 고온영역까지 열간강도를 발현하게 하고 인성증진을 위해 약 2∼3%의 금침을 투입, 내마모성을 유지한다.This ramming material is made by adding aluminum phosphate as a binder to produce Al 2 O 3 · nP 2 O 5 compounds in the matrix after construction and drying, and expresses the hot strength up to a relatively high temperature range. To keep abrasion resistance.
그러나 결합재로 들어 있는 인산염은 수용성으로 건조시 수분의 이동에 따라 결합재를 시공체 표면으로 이동시켜 표면의 P2O5농도를 높게 한다.However, the phosphate contained in the binder is water soluble and moves the binder to the surface of the construction body as the moisture moves during drying, thereby increasing the P 2 O 5 concentration on the surface.
이렇게 시공체간에 농도분포가 틀리므로써 발생하는 본드 미그레이션(Bond Migration)은 표면과 내부의 강도차이로 박리현상을 일으킨다.Bond migration caused by incorrect concentration distribution between constructions causes peeling due to the difference in strength between the surface and the inside.
사이클론의 구조는 원통형 구조로써 내장재의 부분적인 박리 발생시 치명적 손상을 가져오는 문제점이 있다.Cyclone structure is a cylindrical structure has a problem that causes fatal damage when partial peeling of the interior material.
또한 시공과 건조가 잘 되었다 하더라도 사용중 고온에서 내마모성의 한계는 상존하므로 사이클론의 타겟존에 사용하는 경우 벽돌과 마찬가지로 마모에 의한 손모가 커서 보수발생이 잦은 문제점이 있다.In addition, even if the construction and drying is well, the wear resistance at high temperature during use always exists, so when used in the target zone of the cyclone, like the bricks, wear and tear caused by wear is large, there is a problem that frequent maintenance.
내마모성 내화물이 요구되는 또 다른 설비의 부위로써 회전로의 쿨러 슈트부가 있다.Another part of the installation where abrasion resistant refractory is required is the cooler chute of the rotary furnace.
일반적으로 회전로의 쿨러 슈트부에 사용하는 내화물은 제조되는 클링커의 종류 및 쿨러의 구조에 따라 틀리다.In general, the refractory material used for the cooler chute part of a rotary furnace is different according to the kind of clinker manufactured and the structure of a cooler.
그 예로써 시멘트 제조용 회전로의 쿨러 슈트부 내화물은 경질의 클링커의 낙하충격에 의한 마모뿐만 아니라 표면부는 600∼1200℃의 급격한 온도변화에 의한 열충격 손상을 받는다.As an example, the cooler chute refractory material of a revolving furnace for cement manufacture suffers from thermal shock damage due to rapid temperature changes of 600 to 1200 ° C, as well as wear caused by dropping impacts of hard clinkers.
또한 연소가스 성분중의 알카리들은 쿨러 내화물에 광범위하게 응축된다.Alkaline in the combustion gas components also condenses extensively in the cooler refractory.
일반적으로 이 부위에는 Al2O3를 60∼85중량% 함유하는 고알루미나질 벽돌이 사용되어 왔다.Generally, high alumina bricks containing 60 to 85% by weight of Al 2 O 3 have been used in this site.
그러나 고알루미나질 벽돌은 대부분 파괴강도가 한계적인 멀라이트 매트릭스로 이루어져 마모에 의해 쉽게 손모된다.However, high alumina bricks are mostly made of a mullite matrix with a limited fracture strength and are easily damaged by wear.
더구나 알칼리화합물의 침투에 대한 저항성이 약해 구조적 스폴링(Spalling)을 일으키므로써 수명이 크게 단축되는 문제점이 있다.Moreover, there is a problem that the lifespan is greatly shortened by causing structural spalling due to poor resistance to penetration of alkali compounds.
다른 클링커를 생산하는 회전로로써 소결 알루미나 제조설비가 있다.There is a sintered alumina manufacturing facility as a rotary furnace to produce another clinker.
이 요로의 쿨러 슈트부위는 600∼1300℃의 온도변화에 의한 열충격과 함께 경도가 큰 알루미나의 낙하 충격으로 마모가 극심하다.The cooler chute part of the urinary tract wears excessively due to the thermal shock caused by the temperature change of 600 to 1300 ° C. and the drop impact of the alumina having a high hardness.
사용실적이 있는 내장재의 재질도 금속재인 주강, 전주질 벽돌, 경질점토질 벽돌 등으로 다양하다.The materials used in interior materials are also various, such as cast steel, all-round brick, and hard clay brick.
금속인 주강은 타재질에 비해 마모에 의한 손모는 적으나 열간에서의 변형이 커서 장기 적용에 문제점이 있다.Cast steel, which is a metal, has less wear and tear due to wear than other materials.
또한 전주질 벽돌은 열간에서의 변형이 적고 마모에 의한 손모도 작은편이지만 수명대비 고가인 것이 문제점이다.In addition, the main column brick is less hot deformation and wear due to wear is small, but the problem is that it is expensive compared to the life.
경질점토질 벽돌은 이 온도 범위에서 고알루미나질 벽돌등과 함께 마모에 의한 보수발생이 잦아 로의 가동효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.Hard clay brick has a problem of reducing the operation efficiency of the furnace because of frequent occurrence of repair due to wear together with high alumina brick in this temperature range.
일반적으로 내열충격성 및 내마모성이 우수한 재질로는 탄화규소(SiC)질 내화물이 있지만 탄화규소질은 산화물계 내화물에 비해 열전도율이 약 2∼5배가 크기 때문에 노외부로의 방산 열손실이 큰 문제점이 있다.Generally, silicon carbide (SiC) nitride refractory material is a material having excellent thermal shock resistance and abrasion resistance, but silicon carbide has a problem that the heat dissipation heat loss outside the furnace is large because the thermal conductivity is about 2 to 5 times larger than that of the oxide refractory material. .
고온하에서 경질의 장입물 혹은 고온의 가스흐름중의 분체에 의해 마모되는 정도와 내화물이 가진 물성과의 관계는 그다지 많이 연구되지 않았지만 일반적으로 내마모성은 열간강도, 사용된 골재의 경도, 매트릭스의 인성이 큰 내화물이 보다 우수한 것으로 알려져 있다.The relationship between the degree of wear and the properties of refractory materials in hard charges or high-temperature gas flows under high temperature has not been studied much, but generally the wear resistance is characterized by hot strength, hardness of the aggregate used, and toughness of the matrix. Large refractory is known to be better.
지금까지 내마모성 알루미나-지르코니아-멀라이트 벽돌에 대한 연구로서 소개된 것은 없었다.To date, nothing has been introduced as a study on wear resistant alumina-zirconia-mullite bricks.
다만 종래에는 통상 소결AZS(Bonded Al2O3-ZrO2-SiO2)벽돌이라 불리는 알루미나-지르콘-벽돌 혹은 지르콘-멀라이트질 벽돌이 유리용융물에 대한 내침식성이 뛰어나 유리로의 유리 접촉부위용 내화물로 사용되어 왔다.However, conventionally, alumina-zircon-brick or zircon-mullite brick, commonly referred to as sintered AZS (Bonded Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 ) brick, has excellent corrosion resistance against the glass melt and is a refractory material for contacting glass with glass. Has been used.
예컨대, 미국특허 3,437,499호에는 지르콘, 알루미나, 용융멀라이트, 가소카이아나이트(Calcined Kyanite), 점토 등의 조성으로 지르콘의 해리온도 이하에서 소성한 소결체로써 유리에 대한 침식저항성이 크고 내열충격성이 큰 내화물 제조에 대해서 알려져 있고, 미국특허 4,045,233호에는 알루미노실리케이트(Alumino-Silicate)원료, 가소알루미나, 지르콘, 점토, 납석(Pyrophyllite)을 조성으로 하여 유리용해로의 적용을 만족하는 기공율 8.5∼15%인 내화조성물에 대해서 보고되어 있으나, 기계적 특성에 대한 언급이 없고 골재로서 알루미노실리케이트질 원료를 사용했기 때문에 경도 및 기계적 특성이 낮을 수밖에 없다.For example, U.S. Patent No. 3,437,499 has a composition of zircon, alumina, molten mullite, calcined Kyanite, clay, etc., and is a sintered body sintered below the dissociation temperature of zircon and has high erosion resistance and high thermal shock resistance. Known for the production of refractory materials, U.S. Patent No. 4,045,233 has a porosity of 8.5 to 15% to satisfy the application to glass melting by using alumino-silicate raw materials, plasticized alumina, zircon, clay, pyrophyllite as a composition. Although fire-resistant compositions have been reported, there is no mention of mechanical properties, and since the aluminosilicate material is used as aggregate, the hardness and mechanical properties are low.
그리고 이런 벽돌은 기공율이 높고 매트릭스가 치밀하지 않아 낮은 강도와 경도를 가지므로 기계적 특성이 떨어지고, 또한 주로 지르콘으로 이루어져 있어 고온에서의 지르코니아의 변태특성에 의한 인성증진 효과를 기대할 수 없으므로 내마모특성이 발현되지 않는다.And because these bricks have high porosity and low matrix, they have low strength and hardness, so they have low mechanical properties, and they are mainly composed of zircon, so they cannot be expected to increase the toughness due to the transformation properties of zirconia at high temperatures. It is not expressed.
N.Claussen 등은 기계구조용 세라믹스로써 멀라이트질 재료의 기계적 특성의 한계 때문에 알루미나와 지르콘의 혼합물을 고온에서 반응소결하므로써 멀라이트 매트릭스내에 지르코니아를 분산시키고, 강도와 인성을 증진하므로써 기계적 특성을 향상시키는 것으로 발표(J. Am. Ceram. Soc., 63, 3-4, p228-229, 1980)하였다.N.Claussen et al. Are mechanical structural ceramics that disperse zirconia in mullite matrix by improving the strength and toughness by dispersing the mixture of alumina and zircon at high temperature due to the limited mechanical properties of mullite materials. (J. Am. Ceram. Soc., 63, 3-4, p228-229, 1980).
그 외에 멀라이트-지르코니아에 대해 많이 연구되어져 왔으나 내마모특성을 갖는 내화벽돌로의 실용화에 이르지 못했다.Besides, mullite-zirconia has been studied a lot, but it has not been brought to practical use as a refractory brick with wear resistance.
한편 국내특허공보 95-14492호는 초미분 실리카졸 및 보헤마이트-지르코니아 분말을 사용하여 여과, 건조, 하소, 분쇄, 압축 성형후 가열 소결하는 단계의 기물이 작은 알루미나-멀라이트-지르코니아 복합체의 제조방법이 알려져 있으나 실용성이 없다.On the other hand, Korean Patent Publication No. 95-14492 describes the preparation of a small alumina-mullite-zirconia composite of ultra-fine silica sol and boehmite-zirconia powder, which is subjected to heat sintering after filtration, drying, calcination, grinding and compression molding. The method is known but not practical.
또한 이러한 방법으로 제조한 복합체는 기공율을 전혀 갖고 있지 않아 고온에서 열충격저항성과 동시에 내마모성을 요구하는 요로의 사용조건에서 내화물로써 적용은 불가능하다.In addition, the composite prepared by this method does not have any porosity, so it is impossible to apply it as a refractory material under the conditions of use of the urinary tract requiring heat shock resistance and wear resistance at high temperature.
또한 지르코니아의 변태에 의한 인성강화 특성과 내열충격성이 우수한 것으로 알려진 지르코니아-멀라이트가 내화물 원료로써 제조, 시판되고 있고 최근 이를 내화물에 사용하여 내열충격성과 기계적 특성을 향상하기 위한 노력이 진행되고 있다.In addition, zirconia-mullite, which is known to have excellent toughening properties and thermal shock resistance due to transformation of zirconia, has been manufactured and marketed as a refractory raw material. Recently, efforts have been made to improve thermal shock resistance and mechanical properties by using it in refractory materials.
예를 들면, 탄화수소 제조공업의 요로에 사용하는 내화물은 내마모 및 고강도, 저열전도, 열충격저항성이 우수한 내화캐스타블이 더욱 요구되고 있어 AZS골재를 투입하여 내마모성을 강화했으나 가격은 종래의 캐시타블에 비해 높다고 보고하고 있다.(O. Hunter et al, Proceeding UNITECR `95congress, 京都, p197-201, 1995)For example, refractory casters used in the urinary tract of hydrocarbon manufacturing industry are required to be more resistant to abrasion, high strength, low thermal conductivity, and thermal shock resistance. (O. Hunter et al, Proceeding UNITECR `95congress, Gyeonggyo, p197-201, 1995).
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 멀라이트 매트릭스내에 지르코니아를 생성시킴과 함께 폐기공 형성 및 매트릭스의 치밀화 도모로 파괴강도를 증진시켜 내마모성과 내열충격성이 우수하고, 내식성 및 내스폴링성 증대로 사용수명이 향상된 내화물로 조성된 내화재를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The present invention provides zirconia in the mullite matrix and promotes fracture strength by forming pores and densification of the matrix, thereby providing excellent wear resistance and thermal shock resistance. The purpose of the present invention is to provide a refractory material composed of refractory materials having improved service life due to increased spalling resistance.
제1도는 Al2O3대 ZrSiO4혼합비에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the apparent porosity and the volume specific gravity according to the Al 2 O 3 to ZrSiO 4 mixing ratio.
제2도는 Al2O3미분대 ZrSiO4미분 혼합비에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프.2 is a graph showing the apparent porosity and the volume specific gravity according to the Al 2 O 3 fine powder ZrSiO 4 fine powder mixing ratio.
제3도는 Al2O3의 입도별에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프.3 is a graph showing the apparent porosity and volume specific gravity according to the particle size of Al 2 O 3 .
제4도는 소성온도에 따른 파괴강도를 나타낸 그래프.4 is a graph showing the fracture strength according to the firing temperature.
제5도는 소성유지 시간에 따른 파괴강도를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the fracture strength according to the plastic holding time.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 알루미나질 원료 55∼71 중량부, 지르콘(Zircon)질 원료 22∼43중량부, 점토 2∼7중량부로 조성된 내화물로 구성된다.The present invention for achieving the above object consists of a refractory composition of 55 to 71 parts by weight of alumina raw material, 22 to 43 parts by weight of zircon raw material, and 2 to 7 parts by weight of clay.
상기 조성중 알루미나질 원료는 Al2O3성분품위를 99중량% 이상 함유한 전융 알루미나 또는 소결알루미나 중 1종 또는 이들을 혼합사용할 수 있다.The alumina raw material in the composition may be used one or a mixture of electrolytic alumina or sintered alumina containing 99% by weight or more of Al 2 O 3 component quality.
상기 알루미나질 원료 55∼71중량부 중에는 5∼1㎜ 입자가 8∼40 중량부, 초미분이(100㎛ 이하가 50% 이상 포함된 입도분포를 가진 것) 나머지로 구성됨이 바람직하다.The 55 to 71 parts by weight of the alumina raw material is preferably composed of 8 to 40 parts by weight of particles 5-5 mm, the remainder of the ultra fine powder (having a particle size distribution containing more than 50% 100㎛ or less).
지르콘질 원료 22∼43 중량부 내에는 ZrO2성분을 64∼69중량% 함유한 품위를 갖는 원료이고, 250㎛ 이하를 70중량% 이상 함유한 입도분포를 갖는 것이 바람직하다.Zircon in a quality raw material 22-43 parts by weight, preferably has a particle size distribution, and material having a goods containing 64-69% by weight of the ZrO 2 component containing less than 70% by weight 250㎛.
점토 2∼7 중량부 내에는 Al2O3가 29중량% 이상의 품위를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that Al 2 O 3 have a quality of 29% by weight or more in 2 to 7 parts by weight of clay.
상기 배합원료를 이용한 소성방법에 있어서는 상기 조성물에 바인더를 첨가하고 혼련, 성형하여 얻어진 성형체를 건조하고, 지르콘의 해리온도 이상의 고온인 1630∼1670℃에서 3∼6시간 소성하여 필요용도의 벽돌등과 같은 소결체를 얻는다.In the firing method using the blended raw material, a molded product obtained by adding a binder to the composition, kneading and molding is dried, and fired for 3 to 6 hours at 1630-1670 ° C., which is higher than the dissociation temperature of zircon, and fired for 3 to 6 hours. The same sintered body is obtained.
본 발명에 사용되는 원료에 따른 첨가이유를 설명하면 알루미나 원료는 다음 반응식 1과 같이 지르콘의 실리카 성분과 반응 소결하여 멀라이트 매트릭스에 지르코니아를 잘 형성하는 원료로서 전융 알루미나를 사용한다.When explaining the reason for the addition according to the raw material used in the present invention, the alumina raw material uses electrolytic alumina as a raw material that forms zirconia in the mullite matrix by reacting and sintering with the silica component of zircon, as shown in
그 이유는 적당량의 알칼리성분을 함유하므로서 별도의 광화제를 첨가하지 않고도 지르콘의 해리를 촉진하여 상기 반응식이 오른쪽으로 진행하는 것을 쉽게 하고, 소결진행중 매트릭스의 멀라이트와 지르코니아 입계사이에 고온강도 및 열충격 저항성을 저하시키는 액상이 과도하게 생성되는 것을 방지한다.The reason is that it contains an appropriate amount of alkali and promotes dissociation of zircon without adding a separate mineralizer, making it easier for the reaction to proceed to the right, and the high temperature strength and thermal shock between the mullite and zirconia grain boundaries of the matrix during sintering. It prevents excessive generation of liquid phase that lowers the resistance.
또 다른 이유로서 전융알루미나는 소결알루미나에 비해 폐기공과 β-Al2O3(Na2O ·11Al2O3)를 보다 많이 함유하여 매트릭스내에 골재로 존재할 때 응력을 효과적으로 분산, 내열충격성이 우수하고 결정크기가 커서 경도와 화학적 내식성도 크기 때문이다.As another reason, electrolytic alumina contains more waste holes and β-Al 2 O 3 (Na 2 O.11Al 2 O 3 ) than sintered alumina, so it effectively disperses stress and exhibits excellent thermal shock resistance when present as aggregate in the matrix. This is because the crystal size is large and the hardness and chemical corrosion resistance are large.
상기 전융알루미나 55∼71중량부 내에는 5∼1㎜ 크기의 입도를 갖는 골재를 8∼40중량부로 구성함이 바람직한데, 5∼1㎜ 입도가 8중량부 이하인 경우는 벽돌의 성형성이 저하되고 배합물중에 골재들이 편재되어 균일한 품질을 얻기 어렵고, 40중량부 이상인 경우는 매트릭스에 비해 골재가 많아 파괴강도가 낮고 기공율이 높아 내마모 특성이 발현되지 않는다.In 55 to 71 parts by weight of the molten alumina, the aggregate having a particle size of 5 to 1 mm is preferably composed of 8 to 40 parts by weight, but when the 5 to 1 mm particle size is 8 parts by weight or less, the moldability of the brick is reduced. In the formulation, aggregates are ubiquitous, so that it is difficult to obtain a uniform quality, and when the content is 40 parts by weight or more, aggregates are much higher than the matrix, so the fracture strength is low and the porosity is not high.
지르콘질 원료는 22∼43중량부 사용하되, ZrO2와 SiO2가 몰비로 약 1:1의 구성으로 ZrO2함량의 품위를 64∼69중량%, 불순물로써 CaO + MgO + Fe2O3성분의 함량 품위가 0.5중량% 이하이고, 상기 지르콘질 원료입도는 250㎛ 이하를 70중량% 이상 함유함이 바람직하다.Zirconium raw materials are used in the range of 22 to 43 parts by weight, but the ratio of ZrO 2 is 64 to 69% by weight in a molar ratio of ZrO 2 and SiO 2 , and CaO + MgO + Fe 2 O 3 as impurities. It is preferable that the content grade is 0.5% by weight or less, and the zirconium raw material particle size contains not less than 250㎛ 70% by weight or more.
상기 불순물(CaO + MgO + Fe2O3)이 0.5중량% 이하가 바람직한 이유는 지르콘은 ZrSiO4로 결합되어 있다가 가열하면 광화제의 첨가없이도 1580℃ 부근에서 특성을 가지게 되는데, ZrO2와 SiO2이외의 상기 불순물은 해리온도를 일정치 않게 하고 고온에서 반응소결후에 지르코니아-멀라이트의 매트릭스간에 액상을 생성하여 기계적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 과도할 경우에는 벽돌 표면에 액상을 삼출(Exudation)하여 외관 불량을 발생시키기 때문이다.The reason why the impurity (CaO + MgO + Fe 2 O 3 ) is preferably 0.5% by weight or less is that zircon is bonded with ZrSiO 4 and heated to have characteristics at around 1580 ° C. without addition of a mineralizer. ZrO 2 and SiO The impurities other than 2 do not dissociate the temperature and produce liquid phase between the matrix of zirconia-mullite after reaction sintering at high temperature. This is because appearance defects are caused.
그리고, 지르콘질 원료 사용량이 43중량부 이상일 경우는 고온에서 소결시 생성된 과잉의 SiO2액상이 열간강도와 내열충격성을 저하시키고, 부피비중이 너무 높아 축로체의 하중을 증가시키는 결점으로 작용한다.In addition, when the amount of zirconium raw material used is 43 parts by weight or more, excessive SiO 2 liquid generated during sintering at high temperature lowers the hot strength and thermal shock resistance, and the volume specific gravity is so high that it acts as a drawback to increase the load of the condenser. .
또한 그 사용량이 22중량부 이하일 경우는 매트릭스에 지르콘의 해리로 생성되는 지르코니아와 멀라이트 양이 너무 작아 매트릭스 인성의 감소, 강도저하와 기공율 증가로 기계적 특성이 현저히 저하된다.In addition, when the amount is less than 22 parts by weight, the amount of zirconia and mullite produced by dissociation of zircon in the matrix is so small that the mechanical properties are remarkably deteriorated due to a decrease in the toughness of the matrix, a decrease in strength and an increase in porosity.
점토는 잔사 및 염화합물이 없는 것이 좋은 것으로, 배합물 사이를 잘 충전하고 혼련물의 가소성과 성형성을 부여한다.The clay is preferably free of residues and salt compounds, which provide good filling between the blends and impart plasticity and formability of the blend.
그 사용량이 2중량부 이하일 경우는 상기 효과를 얻을 수 없고, 7중량부 이상일 경우는 지르코니아-멀라이트 매트릭스에 과도한 액상을 생성하여 기계적 특성을 저하시킨다.If the amount is 2 parts by weight or less, the above effect cannot be obtained, and if the amount is more than 7 parts by weight, excessive liquid phase is generated in the zirconia-mullite matrix to lower the mechanical properties.
본 발명에서 상기의 구성에 의한 성형체를 가열처리하여 반응소결하는 온도 및 시간으로서 1630∼1670℃에서 3∼6시간을 유지하는 것이 치밀한 지르코니아-멀라이트 매트릭스 형성 및 해리된 지르콘 입자주위의 폐기공을 형성시키는데 바람직하다.In the present invention, the compacted zirconia-mullite matrix is maintained at 1630 to 1670 ° C. for 3 to 6 hours as the temperature and time to heat-treat the molded article according to the above-described structure. Preferred to form.
이 1630℃를 못미치는 온도에서 소성하는 경우, 200㎛ 이상의 지르콘 입자는 해리가 완전히 진행되지 않아 소성후 입자 주위에 폐기공이 형성되지 않는다.When firing at a temperature below this 1630 ° C., zircon particles of 200 μm or more do not dissociate completely and do not form waste holes around the particles after firing.
그리고 매트릭스에 과량의 액상이 존재, 결과적으로 열간강도와 열충격 저항성을 저하시킨다.Excess liquid phase is present in the matrix, resulting in a decrease in hot strength and thermal shock resistance.
한편, 1670℃ 이상의 경우에는 겉보기 기공율이 더 이상 감소되지 않을 뿐 아니라 벽돌 표면으로 액상성분 삼출이 커서 외관불량을 일으킨다.On the other hand, in the case of 1670 ℃ or more, the apparent porosity is not reduced anymore, the liquid component oozes out to the surface of the brick, causing a poor appearance.
그리고 최고온도에서 3시간 미만의 소성시간 유지는 지르콘의 해리시간 부족으로 바람직한 지르코니아-멀라이트의 매트릭스 구조를 얻을 수 있고, 최고 온도에서 너무 오래 유지할 경우 또한 폐기공 형성에 도움이 되지 않고 오히려 벽돌 표면에 액상 삼출이 심하게 일어난다.In addition, maintaining a calcination time of less than 3 hours at the highest temperature yields a desirable zirconia-mullite matrix structure due to the lack of dissociation time of zircon, and if it is kept too long at the maximum temperature, it also does not help in the formation of pores, but rather a brick surface. Severe liquid exudation occurs.
다음은 실시예에 따라서 설명한다.The following is described according to the embodiment.
[실시예 1]Example 1
본 실시예는 배합물로서 사용된 알루미나와 지르콘원료의 입도와 그 양에 따른 치밀화 소결특성을 알기 위해 표 1에 나타낸 내화벽돌 배합물에 바인더로서 당밀을 3중량%를 더하여 성형용 배합물로 조정하였다.This Example was adjusted to the molding formulation by adding 3% by weight of molasses as a binder to the refractory brick formulation shown in Table 1 in order to know the densification sintering characteristics according to the particle size and the amount of the alumina and zircon raw materials used as the formulation.
그 후 300톤 용량의 마찰프레스 성형기를 이용하여 230 × 114 × 65㎜ 크기로 성형하고, 실온에서 1일 이상, 120℃에서 2일 이상 건조한 후 1650℃에서 3시간 유지 소성 제조하였다.Thereafter, the mold was molded into a size of 230 × 114 × 65 mm using a friction press molding machine having a capacity of 300 tons, dried at 120 ° C. for at least 1 day, and then dried at 120 ° C. for at least 2 days.
제1도와 제2도는 표 1과 관련하여 제조된 벽돌의 겉보기공율과 부피비중을 보여주고 있다.1 and 2 show the apparent porosity and the specific gravity of the bricks manufactured in connection with Table 1.
제1도는 알루미나와 지르콘의 중량비(Al2O3/ZrSiO4)가 0.59에서 1.77(배합물 번호 4, 3, 2, 1순)일 때 지르콘 미분량을 고정하고 알루미나 미분을 감소하여 (Al2O3/ZrSiO4미분비는 0.19에서 1.03) 사용하면 과잉으로 배합된 지르콘의 해리가 많아지면서 효과적으로 지르코니아-멀라이트 매트릭스가 생성하고, 부피비중 및 강도 증가, 겉보기기공율이 감소하므로써 바람직한 물성을 나타낸다.FIG. 1 shows that when the weight ratio (Al 2 O 3 / ZrSiO 4 ) of alumina to zircon is 0.59 to 1.77 (compound Nos. 4, 3, 2, and 1), the amount of zircon fine is fixed and the alumina fine is reduced to (Al 2 O When 3 / ZrSiO 4 fine fraction is used from 0.19 to 1.03), the excess dissociation of the excessively mixed zircon leads to the formation of a zirconia-mullite matrix, which shows the desirable physical properties by increasing the volume specific gravity and strength and decreasing the apparent porosity.
또한 제2도는 전체 Al2O3/ZrSiO4의 비가 0.59에서 3.61(배합물 번호 4, 5, 6, 7순)일 때 알루미나 미분량은 증가, 지르콘 미분량은 감소(Al2O3/ZrSiO4미분비는 0.19에서 4.60)하면 부피비중 및 강도증가, 겉보기기공율 감소에 바람직한데 알루미나와 지르콘의 비표면적에 따라 반응하지 않고 매트릭스내에 과잉지르콘이 줄어 들어 효과적인 소결을 나타내는 것을 보여준다.Also, FIG. 2 shows that when the ratio of total Al 2 O 3 / ZrSiO 4 is 0.59 to 3.61 (
[실시예 2]Example 2
본 실시예는 알루미나 원료의 종류 및 미분 입도의 사용특성을 알기 위한 것으로 표 2에 나타낸 내화벽돌 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.This example was to know the type of the alumina raw material and the use characteristics of the fine particle size was prepared in the same manner as in Example 1 for the refractory brick blend shown in Table 2.
제3도는 표 2와 관련하여 제조된 벽돌의 겉보기기공율과 부피비중을 보여주고 있다.Figure 3 shows the apparent porosity and volume specific gravity of the bricks manufactured in connection with Table 2.
전융알루미나 미분입자의 크기가 큰 경우가 기공율의 감소를 보여주고 있는데, 이는 지르콘의 해리에 의한 소결반응 및 매트릭스 치밀화에 효과적인 것을 나타낸다.The large porosity of the fused alumina fine particles shows a decrease in porosity, which is effective for sintering reaction and matrix densification by dissociation of zircon.
또한 같은 입도에서는 전융알루미나가 소결알루미나에 비해 치밀화에 보다 효과적임을 보여 준다.In addition, the same particle size shows that the molten alumina is more effective in densification than the sintered alumina.
[실시예 3]Example 3
본 실시예는 소성온도 및 유지시간에 따른 소결특성을 알기 위한 것으로 표 3에 나타낸 내화벽돌 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였고, 소성후 외관상태 및 물성시험 결과를 나타냈다.This example is to know the sintering characteristics according to the firing temperature and the holding time was prepared in the same manner as in Example 1 for the refractory brick blend shown in Table 3, and the appearance and physical property test results after firing.
표 3에서와 같이 소성온도와 유지시간을 증가할수록 치밀화가 진행되어 기공율이 감소되는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, as the firing temperature and the holding time increase, the densification proceeds and the porosity decreases.
제4도와 제5도는 표 3과 관련하여 제조된 벽돌의 구성광물을 보여주고 있다.4 and 5 show the constituent minerals of the bricks manufactured in connection with Table 3.
구성광물의 양은 X-ray 회절분석기를 이용하여 측정된 각 구성물의 회절강도 갑세 대해 배합물번호 13의 지르콘 회절강도값을 100으로 하여 측정된 값을 비교 도시한 것이다.The amount of the constituent minerals is shown by comparing the values measured using the zircon diffraction intensity value of Formulation No. 100 with respect to the diffraction intensity accelerating value of each component measured using an X-ray diffractometer.
제4도와 제5도에서와 같이 소성온도와 유지시간을 증가할수록 지르콘의 해리가 완전히 진행되어 지르콘의 잔존이 확인되지 않고, 멀라이트의 생성량이 많아져 파괴강도를 증진하는 멀라이트에 지르코니아가 분산되는 조직화에 효과적으로 작용하고 있음을 보여준다.As shown in FIG. 4 and FIG. 5, as the firing temperature and the holding time increase, the dissociation of zircon proceeds completely, and the remaining of zircon is not confirmed, and the production of mullite is increased, so that zirconia is dispersed in mullite, which promotes fracture strength. It is effective in organizing.
[실시예 4]Example 4
본 실시예는 종래기술 및 비교예와 같이 설명하므로써 본 발명의 효과를 구체적으로 알기 위한 것이다.This embodiment is described in detail like the prior art and the comparative example to understand the effect of the present invention in detail.
표 4에 나타낸 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였고, 그 특성을 종래기술 및 비교예와 비교하였다.The formulations shown in Table 4 were prepared in the same manner as in Example 1, and their properties were compared with those of the prior art and comparative examples.
표 4에서와 같이 본 발명은 종래의 기술들에 비교하여 벽돌의 치밀도가 높고, 냉.열간 강도가 월등하여 내마모성, 내열충격성, 내알칼리특성 등에 우수한 명백한 결과를 나타내었다.As shown in Table 4, the present invention showed clear results superior in wear resistance, thermal shock resistance, alkali resistance, etc., due to the higher density of bricks and superior cold and hot strength compared to conventional technologies.
또한 본 발명은 실제 요로에서의 적용성능이 2배이상 우수한 효과를 보인다.In addition, the present invention shows an effect that is more than twice as effective in the actual urinary tract.
이상에서와 같이 본 발명은 알루미나질 원료, 지르콘질원료, 점토에 대한 조성을 적절히 배합함과 함께 각 원료의 입도를 조절함으로써, 멀라이트 매트릭스 내에 지르코니아를 생성시킴과 동시에 폐기공형성 및 매트릭스치밀화를 도모하여 내마모성과 내열충격성, 내스폴링성의 증대로 장기간 사용수명을 갖는 내화벽돌을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the composition of alumina raw material, zircon raw material, and clay is appropriately blended, and the particle size of each raw material is adjusted, thereby producing zirconia in the mullite matrix, and at the same time, forming waste pores and matrix densification. Therefore, it is possible to obtain a fire brick having a long service life by increasing wear resistance, thermal shock resistance and spalling resistance.
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