KR100262670B1 - 내산화성과열간강도가개선된탄소함유내화물의산화방지용피복금속분말제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내산화성과 열간강도가 개선된 탄소함유 내화물의 산화방지용 피복 금속 분말 제조 방법에 관한 것으로, 마그네시아, 알루미나, 스피넬 등의 1종 이상의 무기물 내화원료에 탄소가 첨가되어 구성되는 탄소함유 내화물에 산화방지제로 첨가하는 금속 분말의 조기 산화를 억제하기 위하여 금속 분말의 표면을 피복하는데 있어서, 콜타르 핏치 50-80중량% 및 페놀 수지 20-80중량%로된 혼합물을 용융시키는 단계; 및 상기 용융물에 금속분말을 용융물 : 금속 분말이 1:0.2의 중량비가 되도록 첨가, 분산시켜 금속분말을 용융물로 피복하는 단계; 로 이루어지는 피복 금속 분말 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 피복 금속 분말을 사용함으로써 탄소 함유 내화물내 잔탄량을 높여 내산화성과 열간 강도가 현저히 개선되어 사용 수명을 연장할 수 있다.
Description
본 발명은 내산화성과 열간강도가 개선된 탄소 함유 내화물의 산화방지용 피복 금속 분말 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소함유 내화물에 첨가되어 탄소의 산화를 억제함과 동시에 잔탄량을 증가시키는 피복 금속 분말 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄소 함유 내화물에는 탄소의 산화를 방지하기 위하여 Al, Mg-Al, Si 등의 금속 분말이 사용되고 있다. 이러한 금속 분말은 공기중의 산소 및 수분과 쉽게 결합하여 산화물이나 수화물로 되기 때문에 보관시에도 밀폐 용기에서 특별히 관리해야 하는 번거러움이 있다.
이중 정형용 내화물에 사용되는 금속 분말은 내화물이 장시간 사용되는 도중 배면에 존재하는 산화방지용 금속 분말의 산화로 인해 산화방지 효과가 감소되는 문제점이 발생하고, 산화물의 체적 팽창에 의한 내화물 조직의 이완으로 인해 강도가 약해지는 문제가 있다.
반면 탄소가 함유된 부정형 내화물은 물을 사용하기 때문에 특별히 산화방지용 금속 분말의 표면을 처리하여 수화되지 않도록 할 필요가 있다. 이들 부정형 내화물은 물을 이용하여 습식 시공하는 경우, 시공, 양생, 건조 및 예열 도중에 부정형 내화물의 원료가 되는 마그네시아 및 알루미나 시멘트 등에 의해 사용된 물의 pH가 알칼리성으로 되므로 금속 분말과 반응하여 가스를 발생시키는 수화반응을 일으킨다.
이러한 가스의 발생으로 인하여 부정형 내화물의 폭열을 방지하는 효과는 있으나, 금속 분말의 수화에 의한 시공체의 변화로 시공체의 치밀화가 억제되고 균열이 발생되어 시공체의 물성이 나빠지는 결과를 초래한다.
이와 같이 금속 분말의 수화에 의해 시공체가 약화되는 것을 방지하기 위해 금속 분말과 수분의 접촉을 방지할 수 있는 피치, 페놀수지, 왁스등으로 피복하는 방법이 제안되고 있다.
또한 금속 분말의 산화를 억제하기 위해 일보 특허 공개평 5-43336호 '부정형 내화물용 금속 분말'에는 금속 분말에 왁스와 열가소성 수지를 사용함으로써 균일하게 금속 분말을 피복하는 방법이 제안되어 있다.
상기 종래의 피복 방법은 금속 분말의 수화방지 억제 효과만을 위해 합성 수지와 왁스 등의 잔탄량이 낮은 피복재를 사용하였기 때문에 잔탄량의 증가가 낮아 내산화성, 내스폴링성 및 슬래그 침투 억제성등은 상대적으로 크게 효과가 없다.
이를 위하여 합성 수지와 왁스 등에 비해 상대적으로 잔탄량이 높은 피치나 페놀수지를 사용하여 피복하는 방법(일보특허공개 소58-190875호 '탄소함유 유입용 내화물')도 제안되었으나, 단독으로 사용하기 때문에 피치나 페놀수지에 함유된 본래의 잔탄량이외에는 잔탄량의 증가 효과를 얻지 못하였다.
이에 본 발명의 목적은 피치와 페놀 수지를 혼합사용하여 상호반응에 의한 잔탄량을 높이고 이와 동시에 상기 혼합물을 융액화하여 금속 분말 표면에 치밀하게 피복된 산화방지용 피복 금속 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 마그네시아, 알루미나, 스피넬 등의 1종 이상의 무기물 내화원료에 탄소가 첨가되어 구성되는 탄소함유 내화물에 산화방지제로 첨가하는 금속 분말의 조기 산화를 억제하기 위하여 금속 분말의 표면을 피복하는데 있어서, 콜타르 핏치 50-80중량% 및 페놀 수지 20-50중량%의 혼합물을 용융시키는 단계; 및 상기 용융물에 대하여 금속분말을 용융물 : 금속 분말이 1:0.2∼1중량비가 되도록 첨가, 분산시켜 금속분말을 용융물로 피복하는 단계; 로 이루어지는 내산화성과 열간 강도가 개선된 탄소함유 내화물의 산화방지용 피복 금속 분말 제조 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서 피복하려는 금속 분말은 금속 분말 20-100중량%에 대하여 콜타르 피치 50-80중량% 및 페놀수지 20-50중량%로 구성된다.
상기 금속 분말로는 일반적으로 내화물에 사용되고 있는 입경이 0.3mm이하인 Al, Al-Mg, Si등을 단독으로 혹은 혼합하여 사용한다.
피복제를 구성하는 피치는 융점이 80-150℃, 고정 탄소가 50-60중량%이고, 상온에서 고체상으로, 잔탄량은 63%이고, 페놀수지는 융점이 80-120℃이고, 고정 탄소가 40-50중량%이며, 상온에서 고체화되며, 잔탄량은 45% 정도이다.
상기 피치와 페놀 수지의 혼합물에 있어서 페놀 수지가 20%이하 사용되면 차후 내화물 제조시 휘발하고 남은 고정 탄소가 90%이상 잔류하지 못하며, 페놀 수지가 50%를 초과하는 경우에는 비경제적이다.
따라서 콜타르 핏치 50-80중량%와 페놀 수지 50-20중량%를 혼합하여 사용하는 것이 잔탄량을 90%정도까지 증가시키는 상승 효과 측면에서 바람직하다.
상기 피치와 페놀 수지 분말을 80-150℃에서 용융시킨 피복제에 금속 분말을 상기 용융물에 대하여 용융물 : 금속분말이 1:0.2-1중량비가 되도록 첨가한다. 또한 이때 추가 산화방지제로써 B4C, SiC 등의 탄화물을 콜타르 핏치와 페놀수지의 용융물에 대하여 용융물 : 산화방지제 탄화물을 1:0.2-1중량비로 첨가할 수 있다.
상기 첨가물을 교반시켜 균일하게 분산시킨 다음 자중에 의해 배출되게 하면서 떨어지는 혼합액을 압축 공기로 분사시켜 입상으로 제조한다.
여기서 피치와 페놀 수지 용융 피복제에 첨가하는 금속 분말의 사용량이 낮을 때는 혼합액의 자중에 의해 토출되기 때문에 압축 공기로 분사하는 것으로 충분하나, 그 사용량이 높을 때는 혼합액의 점도가 높아져 자중에 의한 토출이 안되기 때문에 압축 공기로 가압하여 토출시키면서 압축 공기로 분사시켜 입상으로 제조한다.
상기와 같이 제조된 용융 혼합액을 저압의 압축 공기로 분사시켜 제조하면 0.1-1.5mm의 큰 구형 입자로 되고, 압력이 5kg/㎠ 이상의 고압 압축 공기로 분사하면 0.8-0.05mm의 미세 구형 입자로 된다. 이하, 실시예를 따라 본 발명을 설명한다.
[실시예]
하기표 1에 본 발명의 산화방지용 피복 금속 분말과 종래 방법에 의한 산화 방지용 금속 분말의 조성을 각각 기재하였다.
[표 1]
금속분말 피복 장치의 용기에 상기표에 기재된 양의 피치와 수지를 투입하고 교반하여 균일하게 혼합한 다음 LPG버너로 용기를 가열하여 상기 혼합물을 용융시켰다. 유동성이 충분히 나타난 다음 금속 알루미늄 분말을 투입하고 교반기로 교반시켜 균일하게 혼합하였다. 이 혼합액을 압축 공기로 분사,냉각하여 산화방지용 피복 금속 분말을 제조하였다.
이와 같이 제조된 산화방지용 피복 금속 분말의 산화방지성 및 열간 강도를 평가하기 위하여 시편을 제조하는데 필요한 조성을 하기표 2에 기재하였다.
[표 2]
우선 가압 혼련기에 MgO 성분이 95%인 해수 마그네시아 원료 100중량%를 투입하고 혼련기를 작동시키면서 액상 페놀수지 4중량%를 각각 투입하여 원료에 코팅하였다.
이어서 인상 흑연 분말 10중량%와 앞서 제조한 실시예 A-C(실시예 1-3)나 비교예 A-C(비교예 1-3)를 각각 5중량%씩 첨가하였다.
제조된 혼합물을 500kg/㎠의 압력으로 가압하여 40mm×40mm×160mm 크기의 물성 시험용 시편과 60mm×60mm×60mm 크기의 산화 시험용 시편을 성형하였다.
상기 산화 시험용 시편을 1400℃로 유지된 산화분위기의 전기로에서 3시간동안 소성시킨 다음 냉각 절단하여 그 단면에 나타나는 탈탄층의 면적을 계산하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.
또한 앞서 제조한 물성 시험용 시편을 1400℃로 가열된 환원 분위기 전기로에서 1시간동안 유지시켜 열간 곡강도를 측정하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.
[표 3]
상기표 3에 의하면, 비교예 A-C의 피복 금속 분말을 사용한 경우에 비하여 실시예 A-C의 피복 금속 분말이 1400℃ 산화 시험에서 탈탄층의 면적이 적게 나타나 내산화성이 향상된 것을 알 수 있고, 또한 본 발명에서 제조한 실시예 A-B의 피복 분말을 첨가한 시편이 1400℃에서의 열간 곡강도가 보다 높게 나타난 것을 알 수 있다.
상기한 바에 따르면, 본 발명의 피복 금속 분말을 사용함으로써 탄소 함유 내화물내 잔탄량을 높여 내산화성과 열간 강도가 현저히 개선되어 사용 수명을 연장할 수 있다.
Claims (2)
- 마그네시아, 알루미나, 스피넬 등의 1종 이상의 무기물 내화원료에 탄소가 첨가되어 구성되는 탄소함유 내화물에 산화방지제로 첨가하는 금속 분말의 조기 산화를 억제하기 위하여 금속 분말의 표면을 피복하는데 있어서, 콜타르 핏치 50-80중량% 및 페놀 수지 20-50중량%의 혼합물을 용융시키는 단계; 및 상기 용융물에 금속분말을 용융물; 금속 분말이 1:0.2-1중량비가 되도록 첨가, 분산시켜 금속분말을 용융물로 피복하는 단계; 로 이루어지는 내산화성과 열간 강도가 개선된 탄소함유 내화물의 산화방지용 피복금속분말 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 콜타르 핏치와 페놀 수지 혼합물을 용융시킨 다음, B4C 및 SiC의 산화방지제를 용융물의 중량을 기준으로 용융물: 산화방지제가 1:0.2-1중량비가 되도록 첨가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 피복 금속분말 제조방법.
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