KR100270078B1 - 팽창성 염기성 부정형 캐스타블 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 각종 노체의 내장재 및 전형 벽돌 배면 충진재에 관한 것이며, 그 목적은 내침식성과 슬래그 침투억제성 및 내 스폴링성이 우수한 염기성 부정형 캐스타블 내화물을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네시아 클링커: 50-60중량%, 스피넬클링커: 30-40중량%, 알루미나: 10-20중량%를 기본조성으로 하고, 여기에 전체중량에 대하여 입자크기가 0.3-1mm인 전용규사, 2-5중량%, 입자크기가 0.1-1mm인 카본: 2-5중량%, 인산염: 0.1-0.5중량%가 함유되어 조성되는 팽창성 염기성 캐스타블 내화물에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

팽창성 염기성 부정형 캐스타블 내화물

본 발명은 제철소 각종 노체의 내장재 및 전형 벽돌 배면 충진재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내침식성과 슬래그 침투억제성 및 내 스폴링성이 우수한 염기성 부정형 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

제철소 제선, 제강설비의 용융금속 처리용기인 래들, 턴디쉬, 유도로 등의 내장재로는 정형 및 부정형 내화물이 사용되고 있는데, 성력화 및 보수공정 단축을 위해 최근에는 부정형 내화물 사용이 증가하고 있다. 이러한 내화물의 선택은 조업환경에 따라 내화물이 손상되는 과정이 다르므로 조업조건을 고려하여 설정된다.

상기 부정형 내화물중 조업 온도가 낮으면서 온도변화가 심한 곳에는 산, 중성질 내화물이 주로 사용되고, 조업 온도가 높으면서 온도변화가 심하지 않는 곳에는 염기성질 내화물이 사용되어 왔다. 근래 들어 고급강의 생산이 증가하고, 조업환경이 가혹화 되면서 고온 용융물에 대한 내식성이 약한 산,중성 내화물 대신 고온 내식성이 우수한 염기성질 부정형 내화물의 사용이 증가하고 있는 실정이다.

그러나, 상기 염기성질 부정형 내화물은 고온특성이 우수한 반면 온도변화가 심한 부위에 사용될 때 시공체에 균열이 발생되어 사용중에 탈락하거나 균열부위로 용융물이 침투되는 문제가 발생하여 사용이 중단되는 사례가 종종 발생되고 있다.

최근, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 여러 가지 내화물이 제안되었는데, 이 중 고온내식성을 증가하고 내 스폴링(Spa1ling)성을 증가하기 위해 80-90중량% 이상의 산, 중성질 원료에 염기성질 원료를 10-20중량% 첨가하여 내장 캐스타블이 제안되었다. 그러나, 상기 내화물은 고온 조업시에 충분한 내침식성을 나타내지 못하는 문제가 있다. 또 다른 내화물로 고온에서 용융슬래그가 조직내로 침투되어 매트릭스 부위를 저융점화시켜 내식성을 약화시키는 것을 방지하기 위해 액상의 용융물과 젖음성이 낮은 카본을 첨가하는 부정형 내화물이 있는데, 상기 내화물은 카본을 첨가하면 수분소요량이 높아져 시공체의 물성을 약하시키기 때문에 소량의 카본을 첨가해야하기 때문에 카본 첨가에 의한 특성향상이 그다지 크지 않다.

또 다른 방법으로 상기의 산, 중성질 부정형 내화물의 고온내식성을 증가하고 염기성질 부정형 내화물의 균열 발생을 억제하고 슬래그 침투를 억제하기 위해 마그네시아-알루미나, 마그네시아-알루미나-스피넬 등의 혼합원료에 카본을 첨가하여 물과 혼련하여 유입하는 부정형 캐스타블 내화물이 사용되고 있으나, 고온 내식성이 우수한 염기성질 원료인 마그네시아의 사용량이 낮아 고온 내식성이 약하게 되는 문제가 있다.

상기한 바와 같이 종래의 부정형 내화물중 널리 이용되고 있는 염기성 내화물은 열간에서는 크게 팽창하고, 냉각시에는 수축하여 가열, 냉각의 반복에 따른 시공체에 균열이 크게 발생되어, 내식성 및 내스폴링성 또한 열악하여 고온 및 온도변화가 심한 부위에 사용하기 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 염기성원료인 마그네시아에 규사 및 카본을 적절하게 함유함으로써 잔존선변화율이 팽창으로 슬래그 침투량이 낮고, 조직이 치밀하며 내식성 및 내스폴링성이 우수한 팽창성 염기성 캐스타블 내화물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네시아 클링커:50-60중량%, 스피넬클링커:30-40중량%, 알루미나:10-20중량%를 기본조성으로 하고, 여기에 전체중량에 대하여 입자크기가 0.3-1mm인 전용규사: 2-5중량%, 입자크기가 0.1-1mm인 카본:2-5중량%, 인산염:0 1-0.5중량%가 함유되어 조성되는 팽창성 염기성 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 종래 염기성 부정형 캐스타블 내화물의 제반 특성이 열악한 원인을 분석한 결과 온도에 따른 수축, 팽창률의 차이에 의해 균열이 발생되면, 이러한 균열을 통하여 슬래그가 침투하여 저융점 화합물이 형성되어 조직이 과소결 되고, 이후 냉각시에 크게 수축되어 균열이 더욱 성장한다는 것을 알 수 있었다. 또한 상기 형성된 저융점 화합물에 의해 내식성도 함께 저하된다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 염기성 캐스타블 내화물의 사용특성인 내식성, 슬래그 억제성, 내스폴링성, 내침식성을 향상시키기 위해서는 용적안정성을 크게 해야되는 즉, 팽창성을 일정하게 부여해야 되며 이러한 특성을 부여하기 위해서 내화물 성분을 적절하게 설계하는데 본 발명의 특징이 있다.

이를 위해 우선, 상기 내화물 성분증 마그네시아 클링커는 염기성 내화물의 주원료로서, MgO 성분이 90%이상이면 어느 것이나 사용 가능하다. 이때, 배합하는 양이 50중량% 이하로 되면 내스폴링성은 증가하나 내침식성이 약화되며, 이의 사용량이 60중량%이상 되면 내스폴링성이 약화되기 때문에 50-60중량%범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스피넬클링커는 상용되는 MgO/A1₂O₃비가 30/70-50/50이고 불순성분이 낮은 것이면 사용가능하며, 함유되는 양은 30-40중량%의 범위가 바람직하다. 그 이유는 30중량%이하가 되면 내침식성 및 슬래그 침투억제성이 열악하게 되며, 40중량%이상 되면 내식성 및 내스폴링성이 저하되기 때문이다.

상기 알루미나는 Al₂O₃성분이 95%이상 되면 사용가능하며, 초미분 알루미나인 경우 Al₂O₃성분이 99%이상으로 시공성을 고려하여 입자의 크기가 5μm이하가 되면 소결된 것이나, 하소된 것이나 사용 가능하다. 함유되는 양은 10-20중량%의 범위가 바람직한데, 그 이유는 10중량%이하가 되면 유동성이 나빠지고 소성후 팽창이 낮아 본발명의 목적에 부적합하게 된다. 20중량%이상이 되면 팽창이 많이 되어 내식성 및 내스폴링성이 저하되기 때문이다.

상기와 같이 조성되는 기본 조성인 내화원료에 함유되는 전융 규사는 상기 내화원료인 마그네시아, 알루미나, 스피넬과 팽창성이 다르기 때문에 매트리스 조직내에 미세 기공을 형성시켜 균열의 성장을 억제하며, 또한 생성된 미세기공이 소결을 억제하도록 하는데, 이러한 규사는 SiO₂성분이98%이상이 되면 천연산이나 합성품을 사용할 수 있고, 입자의 크기는 0.3-1.0mm이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 0.3mm이하의 미세한 것을 사용하면 알루미나 및 MgO와 반응하여 저융점물이 다르게 형성되고 매트릭스 부위에 미세 균열형성이 낮아지고, 1.0mm 이상의 것을 사용하면 매트릭스 부위에 미세균열 형성이 균일하게 형성되지 못하기 때문이다. 또한, 상기 기본 내화원료에 전체량에 대하여 함유되는 전융규사의 양은 3-5중량%가 바람직한데, 3중량% 이하로 되면 1500℃ 소성후 선변화율이 수축하고 5중량%이상 첨가하면 1500℃ 소성후에 팽창이 너무 많이 되어 용적 안정성을 불량하게 된다.

상기 카본은 슬래그 침투를 억제하는 효과와 더불어 조직의 치밀화 및 내식성의 저하를 억제하는 역할을 하는데, 종래 카본을 첨가하면 소요수분량이 증가되는 것으로 알려져 있는데, 표면이 처리된 카본을 사용하여 소요수분량 증가를 억제할 수 있었다. 또한, 상기 카본은 C 함량이 95%이상인 카본으로 표면이 개질 되어 소요 수분량이 낮게 된 것으로 입자의 크기는 0.1-1.0μm이하의 것이 사용되는 것이 바람직한데, 그 이유는 입자의 크기가 0.1mm이하로 되면 수분과 혼련시 부상하여 조직내에 골고루 분산이 잘 안되기 때문이며, 1.0mm이상이 되면 열간에서 산화된 후 그 공극이 크게 생겨 표면의 침식상태가 불 균일하게 되며 슬래그 침투가 부위별로 다르게 나타나기 때문이다. 또한, 카본은 상기 기본 조성인 내화원료에 대하여 2-5중량%의 범위로 함유되는 것이 바람직한데, 그 이유는 2중량%이하가 되면 용적안정성이 저하되어 수축이 일어나고 슬래그 침투억제성, 내스폴링성이 열악하며, 5중량%이상이 되면 내식성이 크게 저하되기 때문이다.

상기 인산염은 알루미나 분말 덩어리를 적은 수분이 들어가서도 분산하기 용이하게 하는 즉, 해교재로서 함유되는데, 함유되는 양은 유동성을 고려하여 기본조성에 대하여 1-0.5중량%의 범위가 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 입도별로 구분된 마그네시아 클링커 50-60중량%와, 입도별로 구분된 스피넬 클링커 30-40중량%, 초미분 알루미나 10중량%로 이루어진 원료배합에 카본 2-5중량%, 전융규사 2-7중량%, 인산염 0.2중량%를 첨가하여 혼합기에 투입하여 10분간 혼련한 후 혼합물을 6중량%의 수분으로 5분간 혼련하여 유동성을 측정하고 40×40×160mm 시편 성형틀에 주입한 후 30회 타격하여 상온에서 24시간 양생한 후, 내스폴링성 및 선변화율등의 사용특성에 따른 물성치를 시험방법에 준하여 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이때, 시험방법으로 상기 유동성 측정방법은 일정량 수분으로 10분간 혼련한 시료를 유동성 측정 테이블에 올려놓고 15회 타격한 후 퍼짐길이(mm)를 측정하였다. 또한, 스폴링 시험은 1400℃ 승온된 전기로내에 시편 (40×40×160mm)을 장입하여 30분이 경과한 후에 꺼내어 10분간 수냉하고 다시 전기로에 투입, 수냉하는 과정을 반복하면서 시편외관의 균열발생, 조각으로 분해 탈락되는 현상을 관찰하였다.

또한, 선변화율은 선변화율 시험방법인 JIS R에 준하여 측정하였으며, 내침식성은 산소-프로판을 열원으로 하는 드럼식 회전침식기로 슬래그(CaO/SiO 2:1.5)와 철을 투입하여 용융시켜 1시간 반응침식시킨 후 배출하고 슬래그와 철을 재투입하여 용융 반응시키는 것을 6회 반복한 후 시편의 가운데를 절단하여 침식된 길이와 슬래그가 침투된 길이를 측정하였다.

이때의 침식율은 아래 산식으로 계산하였다.

또한, 재가열 선변화율은 선변화율을 측정한 시료를 1,500℃전기로에서 3시간 소성한 후 냉각시켜 길이의 변화를 측정하였다. 또한 기타 물성인 압축강도 열간곡강도는 캐스타블 내화물 물성 측정방법에 준하여 측정하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이 발명예 (1-3)의 경우 전융규사 첨가량이 2-5중량%, 카본 첨가량이 2-5중량%으로 잔존선변화율이 크지 않고, 시공체 표면균열발생이 육안으로 관찰되지 않으며, 또한 시공체의 부피변화에 의한 용적변화가 없는 등 여러 가지 일반물성 및 사용특성이 우수하게 나타났다.

반면 비교예 (1)의 경우 내화원료구성 및 카본첨가량은 발명예와 동일하게 하고 전융규사 첨가량을 증가하여 발명예 배합과 같은 조건하에서 동시비교 시험을 실시하였다. 전융규사양이 증가하면 잔존선변화율이 크게 팽창하여 시공체가 부풀어올라 용적안정성이 불량하고 침식율이 증가하는 것으로 나타났다.

또한, 비교예(2,3)의 경우 내화원료 구성은 발명예와 동일하며 전융규사 및 카본을 각각 3중량%씩 첨가하여 같은 조건하에서 실시예와 비교하여 동시비교 시험을 실시하였다. 카본만 첨가한 비교예(2)의 경우 슬래그 침투량은 감소하였으나 잔존선변화율이 수축하는 것으로 나타나고 내스폴링성이 약한 것으로 나타났다. 전융규사만 첨가한 비교예(3)의 경우 잔존선변화율이 크게 수축하는 것으로 나타났고, 슬래그 침투량 역시 높으며 내스폴링성이 약한 것으로 나타났다. 또한, 비교예(4)의 경우 최근 사용되고 있는 혼합 부정형 내화물 구성으로 한 배합으로 다량의 중성질 알루미나 원료에 스피넬 및 염기성 원료를 배합한 것으로 내스폴링성은 발명예와 유사하지만 침식율 및 슬래그 침투량이 높은 것으로 나타났다.

또한, 비교예 (5)의 경우 현재 사용되고 있는 고순도 염기성 캐스타블 내화물 배합으로 구성된 것으로서, 내침식성은 우수하지만 잔존선변화율, 재가열 선변화율이 크게 나타나 용적 안정성이 불량하며 중요한 내스폴링성이 아주 낮게 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 염기성 내화물에 규사 및 카본을 적절하게 함유하므로써 종래재와 비교하여 내화물이 팽창성이 일정정도 확보되어 내침식성과 슬래그 침투억재성 및 내스폴링성이 우수한 내화물을 제공할 수 있고, 또한 종래재인 경우 카본을 첨가하면 수분 소요량이 높아져 시공체의 물성이 약화되었는데, 본 발명의 경우 표면이 처리된 카본을 사용하여 소요수분량의 증가를 억제하여 시공성이 양호 하였다. 특히, 상기 제공된 내화물은 고온 및 온도변화가 심한 극환경의 제철소 각종 노체에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 마그네시아 클링커 : 50-60중량%, 스피넬클링커 : 30-40중량%, 알루미나, 10-20중량%를 기본조성으로 하고, 여기에 전체중량에 대하여 입자크기가 0.3-1mm인 전용규사 : 2-5중량%, 입자크기가 0.1-1mm인 카본 : 2-5중량%, 인산염 : 0.1-0.5중량%가 함유되어 조성되는 팽창성 염기성 캐스타블 내화물.