KR100265004B1 - 내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네시아-크로미아질 내화재에 관한 것으로, 그 목적은 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 마그네시아 잉여 그핀넬 분말을 첨가하여 내침 윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화벽돌을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네시아-크로미아질 내화재에 있어서, 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료를 주성분으로 하고, 여기에 마그네시아와 알루미나의 함량이 중량비로 40:60∼65:35이면서 입자크기가 1.Omm이하인 마그네시아 잉여 스핀넬 분말을 상기 내화재료 대비 1∼15중량%로 첨가하여 조성되는 내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화재에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화재

본 발명은 정련용기인 진공 탈 가스 처리설비용 내장 내화물로 사용되는 마그네시아-크로미아질 내화재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 마그네시아 잉여 스핀넬(MgO-rich spinel)을 첨가하여 내침윤성을 향상시킨 마그네시아-크로미아질 내화재에 관한 것이다.

마그네시아-크로미아질 내화재(벽돌)는 그 원료구성의 관점으로 부터 직접결합(direct bond)내화벽돌과 재결합(rebond)내화벽돌로 크게 나눌 수 있다. 전자는 마그네시아 및 크로미아의 공급원으로서 각각 고순도의 합성 마그네시아 클링커 및 천연크롬철광을 사용하여 그 배합물에 적당한 결합재를 가하여 성형하고 1700℃이상의 고온에서 소성하여 제조된다. 한편, 후자는 마그네시아 클링커와 크롬철광을 미리 전기로에서 용해-냉각-분쇄한 불순물의 함유량이 작은 전용 마그크로 클링커를 사용하여 전자와 동일하게 성형-소성하여 제조된다. 또한, 직접결합과 재결합의 중간적 성질을 갖는 것으로 준재결합(semi-rebond)마그네시아-크로미아질 내화벽돌이라 부르는 것이 있는데, 이것은 마그네시아 클링커, 크롬철광 및 전용 마그크로의 배합물을 혼합하여 사용한다.

일반적으로 내화벽돌은 3-1mm정도의 조립, 1-0.1mm정도의 중립 및 0.1mm이하의 세립으로 이루어져 있다. 내화벽돌의 미세조직을 살펴보면 조립과 중립은 그 주위가 세립으로 채워져 있는데, 이러한 조립과 중립의 주위부분이 기지(matrix)이다. 내화벽돌의 조직을 보다 효과적으로 치밀화 하기 위해서는 중립과 기지부위에 적절한 첨가제들을 첨가하여 균일하게 분산시키는 것이 중요하다.

마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 경우, 전체에 함유되어 있는 크로미아의 함유량을 기준으로 살펴보면 10-20중량% 정도의 크로미아가 함유되어 있는 직접결합 마그네시아-크로미이아질 내화벽돌이 주류를 이루고 있지만, 일본 특허공개공보(소)59-190257호에 따르면 크로미아의 함유량이 30중량% 전후인 마그네시아-크로미아질 내화벽돌도 일부 사용되고 있다.

이러한, 마그네시아-크로미아질 내화벽돌은 내화도가 높고 염기성 슬래그에 대한 내식성이 우수한 특징이 있으므로 정련처리용 진공 탈 가스 설비의 내장 내화물로서 사용되고 있지만, 슬래그나 용강의 산화에 의하여 생성되는 FeO 성분의 침윤에 의하여 구조적 스폴링을 일으키므로 내침윤성의 향상이 필요하다.

이에 본 발명자들은 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내침윤성을 향상시키기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 마그네시아 잉여 스핀넬 분말을 첨가하여 내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화벽돌을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 마그네시아-크로미아질 내화재에 있어서, 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료를 주성분으로 하고, 여기에 마그네시아와 알루미나의 함량이 중량비로 40:60∼65:35 이면서 입자크기가 1.Omm이하인 마그네시아 잉여 스핀넬 분말을 상기 내화재료 대비 1∼15중량%로 첨가하여 조성되는 내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화재에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 마그네시아 잉여 스핀넬 클링커는 마그네시아로 이루어진 결정립(grain)의 주위에 정스핀넬(stoichiometry spinel, 마그네시아와 알루미나의 중량비는 28:72)이 분포되어 있으며, 열팽창율의 차이 때문에 마그네시아와 정스핀넬사이에는 매우 미세한 틈(gap)이 발생되어 있는 미세구조를 나타낸다. 이러한 특징 때문에 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 열적 내스폴링성의 저하를 야기시키지 않으면서, 스핀넬이 슬래그(slag)에 우선적으로 용해된다는 스핀넬 고유의 특징을 이용하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내침윤성의 향상이 가능하다.

이러한 관점으로 부터 출발한 본 발명에서는 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 첨가되는 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 조성을 마그네시아:알루미나의 비가 중량비로 40:60∼65:35범위가 되도록 한정한다.

이는 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 조성에 있어서 마그네시아의 함유량이 40이하가 되면 알루미나 성분이 과다하여 소결시에 자유 마그네시아(free MgO)와의 반응에 의하여 정스핀넬의 생성이 촉진되고 이에 따른 체적팽창으로 인하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌 내부에 균열의 발생 및 기공생성량이 증가되므로, 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내침윤성의 증진효과가 저하되기 때문이다.

또한, 마그네시아의 함유량이 65이상이 되면 내침윤성 및 내스폴링성이 취약한 마그네시아 고유의 특성에 근접하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내침윤성 및 내 스폴링성이 저하되기 때문이다.

본 발명에서는 상기 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 입자크기를 1.0mm이하로 제한한다. 그 이유는 상기 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 입자크기가 1.Omm를 초과하면 소결성이 저하되어 기공율의 증가에 의하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내식성이 저하되기 때문이다.

한편, 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 원료로서는 특별히 한정하는 것은 없으나, 불순물의 영향을 최소화하기 위하여 순도 95% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 상기에서 한정한 마그네시아 잉여 스핀넬 분말을 1∼15중량% 첨가해야 한다.

상기 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 첨가량이 1중량% 미만일 경우에는 첨가량이 미약하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내침윤성 향상이 이루어지지 않으며, 마그네시아 잉여 스핀넬 분말의 첨가량이 15중량% 이상일 경우에는 마그네시아-크로미아질 내화벽돌중에 함유되는 알루미나의 양이 과다하여 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 내식성이 저하되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 나타낸 바와같은 성분을 함유하는 소결 마그네시아 클링커 및 천연크롬철광을 사용하여 하기 표 2에 나타낸 조성으로 칭량한 후, 결합제로서 페놀수지를 2.5중량% 첨가하여 800kg/cm²와 압력으로 성형하였다. 이들 성형체를 1750℃에서 소성하여 발명예(1-4) 및 비교예(1-6)의 내화재를 얻었다.

얻어진 내화재들의 기공율, 침윤지수, 침식지수 및 내스폴링성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

이때, 침윤지수 및 침식지수는 염기도의 비가 2.0인 슬래그를 사용하여 1700℃×1시간×슬래그배제×4회반복의 조건하에서 회전침식시험을 행한 후, 비교예(6)을 1로 하였을 때의 상대 값으로 측정하였으며, 내스폴링성시험은 55×55mm의 크기로 절단한 시편을 사용하여 1400℃× 30분×공냉×반복의 시험조건하에서 시편의 박락회수로 측정 하였다.

상기 표 2에서 알수 있는 바와같이, 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료에 첨가되는 마그네시아 잉여 스핀넬 분말에 있어서 마그네시아:알루미나의 비가 중량비로 40:60∼65:35이고 입자크기가 1.Omm이하이며, 그 첨가량이 1-15 중량%인 발명예(1-4)는 본 발명의 목적이 달성되었으나, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예(1-6)은 내식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 저하되었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하여 제조되는 마그네시아-크로미아질 내화재는 기존의 마그네시아-크로미아질 내화재가 가지고 있는 높은 내화도와 염기성 슬래그에 대한 우수한 내식성을 갖으면서도, 슬래그나 철산화물에 대한 내침윤성이 우수한 특성을 갖는다.

Claims (1)

1. 마그네시아-크로미아질 내화재에 있어서, 마그네시아와 크로미아질로 이루어진 내화재료를 주성분으로 하고, 여기에 마그네시아와 알루미나의 함량이 중량비로 40:60∼65:35 이면서 입자크기가 1.Omm이하인 마그네시아 잉여 스핀넬 분말을 상기 내화재료 대비 1∼15중량%로 첨가하여 조성되는 것을 특징으로 하는 내침윤성이 우수한 마그네시아-크로미아질 내화재.