KR100265005B1 - 피치 함침 캐스타블 블록의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피치함침 캐스타블 블록의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 캐스타블 내화물 블록을 제조함에 있어, 피치를 함침시키는 과정을 거치게 하는 것에 의해, 알루미나-스피넬질 또는 알루미나-마그네시아질 등의 캐스타블 내화물 블록의 기공을 통한 슬래그 침윤을 억제하므로서 캐스타블 블록의 내침식성 및 구조적 내스폴링성을 향상시키고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 캐스타블 블록을 제조하는 방법에 있어서, 캐스타블 내화조성물을 물과 혼련하는 단계; 상기 혼련에 의해 얻어진 혼련물을 성형하고 건조하는 과정을 통하여 건조물을 얻거나, 또는 상기 혼련물을 성형하고 건조한 후 1750℃ 이하로 소성하여 소성품을 얻는 단계; 상기 건조품 또는 소성품에 가열에 의해 얻어진 액상의 피치를 함침시켜 건조품 또는 소성품의 기공을 피치로 채우는 단계; 및 상온으로 냉각하는 단계를 포함하여 구성되는 피치함침 캐스타블 블록의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

피치 함침 캐스타블 블록의 제조방법

본 발명은 래들벽체, 래들바닥, 래들웰블록(well block), 전기로 소천정, VOD 래들덮개 등에 이용할 수 있는 캐스타블 블록에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피치에 함침시키는 공정이 포함된 캐스타블 블록의 제조방법에 관한 것이다.

캐스타블 블록은 일반적으로 캐스타블 내화조성물을 물과 혼련하여 원하는 모양의 형틀에 부어넣어 성형한 다음 이를 양생, 건조하여 제조하는 제품을 말한다. 캐스타블 블록은 소성벽들에 비해 대형 내화구조물을 제조할 수 있으며 복잡한 모양을 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.

최근 알루미나-스피넬질 캐스타블 내화물, 알루미나-마그네시아질 캐스타블 내화물이 개발되었으며 슬래그에 대한 내침식성이 우수하여 래들벽체 및 바닥 등에 사용되고 있다.

일반적으로 캐스타블 내화물은 시멘트 및 초미분체를 결합재로하여 물과 혼련한 후 성형하는 것으로 건조후에는 혼련수가 증발하고 혼련수가 차지하고 있던 부분이 기공(pore)으로 남게된다. 또한 열을 더욱 가하면 시멘트 수화물의 탈수로 인해 기공율이 증가하며 이후에는 미분성분들의 소결수축으로 인해 기공율은 더욱 증가하게 된다. 그 일예를 들어 보면 알루미나-스피넬질 캐스타블 내화물의 겉보기 기공율이 건조후 20%인 것을 1500℃로 소성후 26%정도로 되고, 알루미나-마그네시아질 캐스타블 내화물의 겉보기 기공율이 건조후 19%인 것을 1500℃로 소성후 28%정도로 되는 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. 이러한 기공은 슬래그의 침투를 용이하게 하여 캐스타블 내화물 구조체의 침식에 의한 손상, 구조적 스폴링에 의한 손상을 가속시키는 단점으로 작용한다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 단점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 캐스타블 내화물 블록을 제조함에 있어, 피치를 함침시키는 과정을 거치게 하는 것에 의해 알루미나-스피넬질 또는 알루미나-마그네시아질 등의 캐스타블 내화물 블록의 기공을 통한 슬래그 침윤을 억제하므로서 캐스타블 블록의 내침식성 및 구조적 내스폴링성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 캐스타블 블록을 제조하는 방법에 있어서, 알루미나-스피넬질 또는 알루미나-마그네시아질 캐스타블 내화조성물을 물과 혼련하는 단계; 상기 혼련에 의해 얻어진 혼련물을 성형하고 건조하는 과정을 통하여 건조품을 얻거나, 또는 상기 혼련물을 성형하고 건조한 후 1750℃ 이하로 소성하여 소성품을 얻는 단계; 상기 건조품 또는 소성품에 가열에 의해 얻어진 액상의 피치를 함침시켜 건조품 또는 소성품의 기공을 피치로 채우는 단계; 및 상온으로 냉각하는 단계를 포함하여 구성되는 피치함침 캐스타블 블록의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 알루미나-스피넬질 캐스타블 내화조성물은 알루미나질 원료 40-80중량%, 스피넬(Mg.Al₂O₃)질 원료 15-45중량%, 알루미나 시멘트 5-15중량%로 이루어지며, 여기에 3중량% 이하의 초미분 실리카 원료를 첨가할 수도 있다.

일반적으로 알루미나-마그네시아질 캐스타블 내화조성물은 알루미나질 원료 55-92중량%, 스피넬질 원료는 첨가할 경우 30중량% 이하, 마그네시아 분말원료 2-8중량%, 알루미나 시멘트 5-15중량%로 이루어지며, 여기에 3중량% 이하의 초미분 실리카원료를 첨가할 수도 있다.

통상의 캐스타블 블록은 상기와 같은 조성물에 5-10중량%의 물을 첨가하여 혼련한 다음, 이 혼련물을 원하는 형태의 형틀에 부어넣고 10시간 이상 양생한 다음 100-400℃의 온도에서 건조하여 건조품으로 제조한다. 건조온도 및 건조시간은 블록의 크기, 종류, 용도에 따라 결정되지만 일반적으로 대형블록의 경우 100℃에서 300℃까지 약 8-120시간동안 승온하면서 건조한다.

또한, 통상의 소성 캐스타블 블록은 상기와 같은 건조품을 1750℃ 이하의 온도에서 소성하여 소성품으로 제조한다. 이때 소성품의 소성온도는 1750℃를 초과해서는 안되는데 이 온도이상에서는 용액생성으로 인해 기공율 증가, 내스폴링성 저하, 블록형태의 변형등이 초래될 수 있기 때문이다.

본 발명은 이러한 통상의 알루미나-스피넬 또는 알루미나-마그네시아질 캐스타블 블록 건조품 또는 소성품에 피치를 함침시켜 제조한다.

이때 사용되는 피치의 종류에는 제한이 없지만 대표적인 것들을 열거하면, 콜타르피치, 석유피치, 합성피치, 나무타르피치 등이 있다.

본 발명에서는 상기의 피치에 열을 가해 액상으로 만든 다음, 상기 통상의 캐스타블 블록 건조품 또는 소성품과 함께 진공조에서 진공처리하여 캐스타블 블록의 기공(pore)을 피치액으로 채운 다음, 이를 상온 냉각하므로서 피치함침 캐스타블 블록을 제조하게 된다.

본 발명에서 함침에 이용되는 상기 피치는 80-400℃의 열을 가하면 점성이 저하하여 진공처리에 의해 캐스타블의 기공속으로 침투하여 캐스타블 블록의 기공을 매우게 된다. 이 피치는 냉각에 의해 고화된 상태로 기공속에서 존재한다.

로(爐) 등에 사용중 이 피치는 약 500℃에서 탄화하는데, 이때 휘발가스 등의 분출압에 의해 이 탄화물을 주로 기공의 중앙이 아니라 벽쪽에 위치하게 된다. 이 탄화물은 슬래그에 대한 젖음성(wetting)이 낮아 슬래그의 침투를 억제할 뿐만 아니라 구조체의 열팽창, 수축을 흡수하여 내스폴링성 향상에도 도움이 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같은 배합비를 갖는 캐스타블 내화조성물을 물과 주도(flow값) 200으로 혼련한 후 형틀에 부어 230 x 150 x 80mm의 크기로 성형하였다. 이 성형품을 상온에서 24시간 양생한 후, 12시간 동안 100℃까지 승온하고 300℃까지 100시간 건조하였다.

또한, 발명예(1)과 비교예(2)는 이 건조품을 각각 1350℃에서 10시간, 1760℃에서 3시간 소성하여 소성품을 제조하였다.

이러한 건조품과 소성품을 하기 표 1과 같은 종류의 피치를 녹여 놓은 진공조내에 투입하고 진공처리하여 피치를 함침시켜 피치 함침품을 제조하였으며, 종래예는 함침시키지 않았다.

각 시편을 60x60x60mm로 가공하고 이를 환원분위기에서 1400℃까지 승온＜-＞수냉을 반복하여 시편중 일부가 탈락될 때까지의 반복횟수를 내스폴링성으로 하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내였다.

소성품을 110(길이)x40(높이)x87.8(윗변)x115.9(아랫변)mm 크기의 횡제리형으로 가공하고 1600℃에서 래들슬래그(CaO/SiO₂: 6.0, Al₂O₃: 21%)로 회전침식 시험(1600℃x1시간x10회)을 행한 후 침식 깊이와 슬래그 침투깊이를 측정하였다. 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타난 바와같이, 발명예(1-5)는 본 발명의 조건을 만족하는 알루미나-스피넬질, 알루미나-마그네시아질 피치 함침 캐스타블 블록으로서 종래예에 비해 높은 내스폴링성과 내침식, 침투성을 보임을 알 수 있었다.

이에 반하여, 비교예(1)은 알루미나-실리케이트질 캐스타블 내화블록을 피침함침 처리한 것으로서 종래예(4)에 비해 내침식성이 일부 개량되었지만 용강 접촉부위용으로는 사용이 부적합하였다. 비교예(2)는 피치함침 대상 소성품의 소성온도가 너무 높은 것으로 어느정도 피치함침에 의해 내침식성의 개선효과는 있으나 변형이 심하여 실로에 적용이 불가능하였다.

종래예(1)은 발명예(1)과 같은 조성의 캐스타블 블록을 건조까지만 행한 것으로 본 발명예에 비해 내스폴링성 및 내침식성이 취약하다.

종래예(2)와 (3)도 각각 발명예(3)와 (3)과 같은 조성의 캐스타블 블록을 건조까지만 행한 것으로 본 발명예에 비해 내스폴링성 및 내침식성이 취약하다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서의 발명예(1),(2)와 종래예(1),(2)로 462(높이)x150(두께)x500(배면폭)x460(가동면쪽)mm 크기의 블록을 제조하여(제조조건은 실시예 1과 같음) 100톤용량의 용강래들벽체에 시공하고 160ch(charge) 사용후 잔존두께를 측정하여 두께 감소율을 계산하였으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

발명예(1),(2)와 종래예(1),(2)를 현장시험한 결과를 나타낸 상기 표 2에서 알 수 있는 바와같이 본 발명품의 두께 감소율이 종래예에 비해 현저히 낮아 로 전체의 내화물 수명을 25-30% 증가시킬 수 있었다.

본 발명에 의한 알루미나-스피넬질 또는 알루미나-마그네시아질 피치 함침 캐스타블 블록은 종래의 캐스타블 블록에 비해 내스폴링성 및 슬래그에 대한 내침투, 침식성이 향상되어 래들벽체, 바닥, 웰블록 등에 적용시 내화물 사용수명을 증가시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 캐스타블 블록을 제조하는 방법에 있어서, 알루미나-스피넬질 또는 알루미나-마그네시아질 캐스타블 내화조성물을 물과 혼련하는 단계; 상기 혼련에 의해 얻어진 혼련물을 성형하고 건조하는 과정을 통하여 건조물을 얻거나, 또는 상기 혼련물을 성형하고 건조한 후 1750℃ 이하로 소성하여 소성품을 얻는 단계; 상기 건조품 또는 소성품에 가열에 의해 얻어진 액상의 피치를 함침시켜 건조품 또는 소성품의 기공을 피치로 채우는 단계; 및 상온으로 냉각하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피치함침 캐스타블 블록의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 피치는 콜타르피치, 석유피치, 합성피치, 나무타르피치로 이루어진 그룹으로부터 선택되어지는 것임을 특징으로 하는 피치함침 캐스타블 블록의 제조방법.