KR100264980B1 - 진공탈가스설비용 염기성 부정형내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공탈가스설비의 환류관에 사용되는 염기성 부정형내화물에 관한 것이며, 그 목적은 내침식성 및 내스폴링성이 우수한 저팽창성 염기성 부정형내화물을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 크롬성분을 20-30중량% 함유하는 전융 마그-크로 클링커:55~80중량%, 알루미나-마그네시아계(Al₂O₃-MgO) 스피넬 클링커:12-30중량%, 소결마그네시아(MgO) 클링커:5-15중량%, 유산마그네슘:3-5중량%로 조성되는 진공탈가스설비용 염기성 부정형 내화물에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

진공탈가스설비용 염기성 부정형내화물

본 발명은 진공탈가스설비의 환류관에 사용되는 염기성 부정형내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내침식성 및 내스폴링성이 우수한 저팽창성 염기성 부정형내화물에 관한 것이다.

일반적으로 제철소 제강공정의 진공탈가스설비의 내부는 내화물인 염기성 마그-크로벽돌로 구성되어 잇으며, 고온의 진공분위기하에서 용강에 의한 심한 와류와 슬랙에 의한 화학 반응을 하는 가혹한 조업조건에서 사용되므로 내화물의 침식이 심하다. 특히, 상기 진공탈가스설비의 환류관에 사용되는 내화물은 용강의 순환에 의하여 열간에서 마모를 가장 심하게 받으므로 진공탈가스설비의 사용수명을 좌우하는 주요인자로 작용하고 있다. 즉, 상기 환류관용 내화물은 마그-크로질 벽돌을 주로 사용하고 있는데, 고온의 가혹한 작업조건으로 사용되므로 수리회수가 많고, 또한 수리시에는 내화벽돌의 부분수리가 곤란하므로 내화벽돌의 전면교체에 많은 시간이 소요되고 있다. 상기 마그-크로질 내화벽돌은 고온의 용강 및 슬랙에 대해서는 내침식성이 우수하지만, 열충격에 약하다는 단점을 가지고 있다.

종래, 진공탈가스설비용 내화물의 대표적인 것으로는 일본 특허공개공보 (평)7-33540호 및 일본 특허공개공보 (평)7-25669호에 제시된 내화물을 들 수 있다. 상기 (평)7-33540호에 제시된 내화물은 CaO와 MgO의 함량이 90중량% 이상의 CaO-MgO 클링커 20-80중량%, 입경 1mm 이하의 마그네시아 클링커 10-65중량%, 지르콘 미분 1-25중량%, 물유리 1-10중량%를 함유하는 진공탈가스장치보수용 부정형내화물에 관한 것이며, 상기 (평)7-25669호에 제시된 내화물은 150메쉬 이하의 마그네시아계 원료:4-25중량%, 입경 5μm 이하의 실리카계 원료:0.5-5중량% 및 나머지는 알루미나계 원료, 알루미나시멘트로 구성되는 용융금속용기내장용 부정형 내화물에 관한 것이다. 그러나, 상기의 염기성 부정형 내화재료들은 공통적으로 진공탈가스설비의 보수재로 사용할 때에 고온의 용강 및 슬랙에 의한 침식과 마모가 심할 뿐만 아니라 팽창율이 커서 내열충격성이 저하되어 노체의 사용 수명 유지에 문제가 되고 있다.

이러한 문제는 진공탈개스설비의 수명에 직접적인 영향을 미치므로 제철업계에서는 고온의 진공분위기하에서 내침식성과 내마모성 및 열충격성이 우수함과 동시에 내스폴링성이 우수하고 시공과 수리가 간편한 염기성 부정형 내화물의 필요성이 점점 커지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 용강에 대한 침식에 우수한 마그-크로 클링커를 골재로 하고, 여기에 스피넬 미분과 마그네시아 초미분을 사용하여 골재간의 결합부를 고내화도의 강고한 저팽창성 마그네시아 스피넬광물로 결합하여 내화재료 계면에의 용강의 침투를 억제시키고, 또한 유화마그네슘을 첨가하여 내화재료의 고온강도를 높임으로서 열간에서 침식 및 마모에 강한 저팽창성 염기성 부정형 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 크롬성분을 20-30중량% 함유하는 전융 마그-크로 클링커:55-80중량%, 알루미나-마그네시아계(Al₂O₃-MgO) 스피넬 클링커:12-30중량%, 소결마그네시아(MgO) 클링커:5-15중량%, 유산마그네슘:3-5중량%로 조성되는 진공탈가스설비용 염기성 부정형 내화물에 관한 것이다.

이하, 상기 진공탈가스설비용 염기성 부정형 내화물의 성분한정 이유를 설명한다.

우선, 상기 내화물 성분중 마그-크로 클링커에는 소결 마그-크로 클링커와 전융 마그-크로 클링커가 있는데, 본 발명에서 내침식성을 고려하여 내침식성이 우수한 전융 마그-크로 클링커를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마그-크로 클링커도 크롬성분의 사용량에 따라서 원료의 특성이 변화하며, 크롬성분을 20-30중량% 함유하는 원료를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 크롬성분이 20중량% 이하에서는 열간강도가 낮고 내침식성이 저하되고, 30중량% 이상에서는 크롬광에 불순물로서 존재하는 산화철의 영향으로 내화도가 낮아지고, 또한 버스팅(Bursting) 현상을 일으키므로 골재로서 사용이 곤란하기 때문이다.

상기와 같이 크롬성분이 20-30중량% 함유된 마그-크로 클링커는 사용량이 55중량% 이하가 되면 융점이 저하하여 침식이 심하게 되므로 부적당하고, 80중량% 이상이 되면 골재량이 많고 상대적으로 미분량이 부족하게 되어 소결이 잘 되지 않아 강도가 저하되고 작업성이 불량하므로 55-80중량%의 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 마그-크로 원료로는 마그네시아 클링커와 크롬광을 각각 일정비율로 섞어서 사용하여 사용중에 마그네시아와 크롬의 스피넬화합물을 생성시키는 방법과 처음부터 마그-크로 스피넬이 충분히 생성되어 인공합성 마그-크로 클링커를 사용하는 방법이 있는데, 본 발명에서는 상기 두가지 어느 것도 좋으나, 보다 바람직하게는 내침식성을 고려하여 스피넬이 다량 존재하고 있는 인공합성 마그-크로 클링커를 사용하는 것이 좋다.

상기 알루미나-마그네시아계 스피넬 클링커는 사용중에 골재간의 계면, 즉 결합부를 고내화도의 강고한 저팽창성 마그네시아 스피넬결합을 형성한다. 따라서 이와같은 역할을 하기 위해서는 입도 구성이 중요하므로 입도가 1-0.5mm의 미립과 10μm 이하의 초미분의 2종을 사용하여 충진이 잘되게 하는 것이 바람직하며, 입도크기에 따른 구성의 비율은 내화물 특성에 크게 영향을 미치지 않으리라 사료된다. 즉, 1-0.5mm의 미립과 10μm이하 초미분 2종이 적절하게 섞이는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 알루미나-마그네시아계 스피넬 클링커는 사용량이 12중량% 이하가 되면 결합부의 저팽창성 유지가 곤란하고, 30중량% 이상이 되면 사용량이 과량으로 내화물의 용점이 낮아져서 침식이 심하게 되므로 12-30중량%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마그네시아 클링커는 사용중에 골재간의 계면인 결합부를 고내화도의 강고한 저팽창성 마그네시아 스피넬결합을 형성하는데, 그 함유량은 5중량% 이하가 되면 결합부의 고융점 유지가 어렵고, 15중량% 이상이 되면 소결성 불량으로 열간에서의 강도가 저하되고 침식이 심하게 되므로 5-15중량%의 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 유산마그네슘은 마그네시아 초미분과 작용하여 상온 및 중간온도에서의 염기성내화물의 결합 강도를 높이고 소결을 촉진시키는 역할을 하며, 유산마그네슘은 주성분이 MgO로서 침식에 악영향을 미치지 않는다. 이와 유사한 역할를 하는 원료중에 알루미나시멘트가 있으나, 알루미나시멘트는 주성분인 CaO와 Na₂O 성분이 골재와 반응을 하여 저융점물질을 생성하여 침식을 조장하므로 사용이 곤란하므로 유산마그네슘을 사용하는 것이 좋다. 이때 유산마그네슘을 사용하는 것이 좋다. 이때 유삼마그네슘은 사용량이 3중량% 이하에서는 결합력이 부족하고 소결촉진효과도 적으며, 사용량이 5중량% 이상에서는 건조중에 크랙이 발생하기 쉽고, 폭열을 일으키기 쉬워 사용에 주의를 요하므로 3-5중량%의 범위로 사용하는 것이 좋다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 조성비를 가진 염기성 부정형내화물의 각 성분을 평량, 혼련하여 만능혼련기에서 수분을 8중량% 첨가하여 염기성 부정형재를 제조하였다. 이것을 이용하여 40×40×160mm의 크기로 시편을 성형하여 공기중에 24시간 자연건조한 후, 110℃에서 24시간 건조하여 전기로에서 1450℃에서 3시간 유지하여 꺽임강도를 측정하였다. 내침식성 시험은 산소-프로판가스를 열원으로 하는 회전침식시험기를 사용하여 1,600℃의 온도에서 3시간 유지한 후, 슬랙을 부어낸 후에 침식깊이를 측정하였다. 스폴링성은 전기로에서 1300℃에서 1시간 유지한 다음 꺼내어 10분간 공냉하고 다시 동일온도에서 가열, 공냉하는 작업을 반복하여 시편의 외관상태를 관찰, 기록하였다. 유동성은 유동시험기를 사용하여 20회 타격을 가한 후에 퍼짐상태를 측정하였다.

상기와 같이 시편의 소성선변화율, 부피비중, 열간강도, 스폴링성, 내침식성 및 유동성을 측정하여 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 1,2에 나타난 바와같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(1-6)는 종래예에 비하여 특히 열간강도, 스폴링성, 내침식성에서 우수하였다.

이에 반하여 마그-크로 클링커의 함량이 본 발명의 범위보다 적은 비교예(1)은 골재의 사용량이 적어서 침식이 약하고 유동성이 불량하였다.

비교예(2)는 마그-크로 클링커량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 골재량에 비해 미분량이 적어 유동성이 불량하고 열간강도가 작았다. 비교예(3)은 스피넬량이 본 발명의 범위보다 많고 마그네시아량이 적은 경우로 내스폴링성이 양호하였으나 내화도가 낮아 침식이 심하고 열간강도가 작았다. 비교예(4)는 스피넬량이 본 발명의 범위보다 적고 마그네시아량이 많은 경우로 내화도가 높고, 팽창율이 커서 내스폴링성이 불량하였다.

비교예(5)는 마그네시아량이 본 발명의 범위보다 적은 경우로 열간강도가 비교적 컸으나 유동성이 불량하였다. 비교예(6)은 마그네시아량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 팽창율이 커서 내스폴링성이 불량하였고 내화도가 높아 소결이 잘 되지 않아 조직이 치밀하지 못해 침식이 심하였다.

비교예(7)은 유산마그네슘을 사용하지 않은 경우로 유동성이 불량하고 전반적으로 사용한 조합에 비해 물성이 저하되었다. 비교예(8)은 유산마그네슘량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로서 열간강도는 컸으나 과소결로 침식이 심하고 크랙이 발생하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 내화물의 적절한 성분 설계를 통하여 내화재료의 고온강도를 증강하여 열간에서 내침식성 및 내마모성이 우수한 저팽창성 염기성 부정형내화물을 제공할 수 있고, 상기 제공된 내화물은 진공탈가스 설비내부의 어떤 부위에도 적용될 수 있으며, 특히 더욱 우수한 특성이 요구되는 진공탈가스 설비중 환류관에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 크롬성분을 20-30중량% 함유하는 전융 마그-크로 클링커:55-80중량%, 알루미나-마그네시아계(Al₂O₃-MgO) 스피넬 클링커:12-30중량%, 마그네시아(MgO) 클링커:5-15중량%, 유산마그네슘:3~5중량%로 조성됨을 특징으로 하는 진공탈가스설비용 염기성 부정형 내화물.
2. 제1항에 있어서, 상기 알루미나-마그네시아계(Al₂O₃-MgO) 스피넬 클링커는 입자크기가 1-0.5mm인 분말과 10μm이하인 분말이 혼합된 것임을 특징으로 하는 진공탈가스설비용 염기성 부정형 내화물.