KR100286658B1 - 내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염기성 건-닝재 내화조성물에 관한 것으로, 본 발명은 슬랙에 대한 내침윤성이 우수한 원료인 크롬을 함유하는 마그-크로 클링커를 주원료로 하는 염기성 건-닝재 내화물에 핏치를 펠레트(Pellet)상으로 첨가하여 핏치의 용융금속 및 슬랙에 젖기 어려운 특성을 이용하여 슬랙이 내화재료 내부로의 침투를 억제시키고, 알루미나 초미분에 의하여 조직을 치밀하게 하는 것으로, 고온에서 내침식성이 우수할 뿐만아니라 접착강도가 우수한 염기성 건-냉재 내화조성물을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 염기성 건-냉재 내화조성물에 있어서, 중량 %로, 산화크롬 성분을 30%이상 함유하는 마그-크로 클링커:75-85%, 핏치 펠레트:2-6%, 벤토나이트:2-5%, 알루미나 초미분:2-10%, 알루미나시멘트:2-5%, 생석회:1-4% 및 분산제:0.1-0.5%를 포함하여 조성되는 내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

[발명의 명칭]

내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 각종 고온 용강정련처리용 노체설비의 보수에 사용되는 염기성 건-닝재(gunning material)내화조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내침식성 및 접착강도가 우수한 노체보수용 염기성 건-닝재 내화 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 고온 용강정련처리용 노체설비는 염기성 내화벽돌로 구성되어 있으며, 고온의 진공분위기하에서 용융금속에 의한 심한 와류와 슬랙에 의한 화학반응을 하는 가혹한 조업조건에서 사용되므로 침식이 심하여 빈번하게 열간보수를 하여 노체수명을 연장시키고 있다.

이러한 보수에 사용되는 건-닝용 내화물은 주로 마그네시아를 바탕으로 하고 있으나 조업온도 및 슬랙의 염기도가 높고, 또한 장시간을 요하는 조업조건하에서는 침식이 심하여 내침식성이 우수한 건-닝재의 사용이 요구되고 있다. 그러나, 통상적인 마그네시아 건-닝재는 고온이며 고염기도인 슬랙에 대해서는 비교적 내침식성이 우수하나, 열팽창이 커서 열충격에 약하는다는 단점을 가지고 있다.

상기 노체보수용 염기성 건-냉재에 관해 제안된 종래기술들 중에서 대표적인 것으로는 일본에서 제안된 특허공개공보(평)7-12797호 및 특허공개공보(평)7-10642호를 들 수 있다.

상기 (평)7-12797호는 마그네시아 골재 10-70중량%에 CaO성분을 40중량%이상 함유한 돌로마이트 골재 2-70중량%와 규산염, 탄산칼슘, 실리카초미분 및 유산마그네슘으로 구성된 비인산계 건-닝 보수재에 관한 것이다. 또한, 상기 (평)7-10642호는 마그네시아 30-97중량% 알루미나 2-50중량%에 결합제, 유산알루미늄 및 칼슘염을 첨가하여 되는 것에 관한 것이다.

이들은 모두 염기성 건-닝용 내화재료에 대한 것으로, 이와같은 종래의 염기성 건-닝용 내화재료들은 용강정련처리용 노체설비의 보수재로 사용할 때에 고온의 용융금속 및 슬랙에 의한 침식 및 마모가 심하여 노체설비의 수명연장에 문제가 되고 있다.

이러한 결점은 염기성 건-닝재의 내구성에 영향을 미치기 때문에 내침식성 및 내마모성의 개선이 요구되어지고 있다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 슬랙에 대한 내침윤성이 우수한 원료인 크롬을 함유하는 마그-크로 클링커를 주 원료로 하는 염기성 건-닝재 내화물에 핏치를 펠레트(Pellet)상으로 첨가하여 핏치의 용융금속 및 슬랙에 젖기 어려운 특성을 이용하여 슬랙이 내화재료 내부로의 침투를 억제시키고, 알루미나 초미분에 의하여 조직을 치밀하게 하는 것으로, 고온에서 내침식성이 우수할 뿐만아니라 접착강도가 우수한 염기성 건-닝재 내화 조성물을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

[발명의 구성 및 작용]

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 염기성 건-닝재 내화 조성물에 있어서, 중량%로, 산화크롬 성분을 30중량%이상 함유하는 마그-크로 클링커:75-85%, 핏치 펠레트:2-6%, 벤토나이트:2-5%, 알루미나 초미분:2-10%, 알루미나시멘트:2-5%, 생석회:1-4% 및 분산제:0.1-0.5%를 포함하여 조성되는 내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

상기 마그-크로 클링커에는 소결마그-크로 클링커와 전용 마그-크로 클링커가 있는데, 본 발명에서는 내침식성을 고려하여 내침식성이 우수한 전용 마그-크로로 클링커를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마그-크로 크링커는 크롬의 함량에 따라 원료로서의 특성이 변화하게 되는데, 본 발명에서는 크롬성분을 30중량%이상 함유된 것을 사용한다.

또한, 상기 마그-크로는 마그네시아 클링커와 크롬광을 원료로 하여 각각 일정 비율로 섞어서 사용하여 사용중에 마그네시아와 크롬의 2차 스피넬을 생성시키는 방법과 처음부터 마그-크로 스피넬이 충분힝 생성되어 있는 인공합성 마그-크로 클링커를 사용하는 방법이 있으나, 본 발명에서는 내침식성을 고려하여 생성된 스피넬이 다량 존재하는 인공합성 마그-크로 클링커를 사용하는 것이 보다 효과적이다.

상기한 바와같은 마그-크로 클링커는 그 사용량이 75중량% 이하가 되면 융점이 저하하여 침식이 심하게 되므로 부적당하고, 85중량%이상이 되면 골재량의 과다로 소결이 제대로 되지 않고 부착강도가 낮아 건-닝시 부착되지 않고 튕겨나오는 손실량이 많게 된다. 따라서, 본 발명에서는 마그-크로 클링커의 함량을 75~85중량%로 한정한다.

상기 핏치는 용융금속 및 슬랙에 젖기 어려운 성질을 이용하여 내침윤성 개선의 역할을 하는 것으로, 건-닝시의 작업성을 좋게 하기 위하여 펠레트(pellet)상태로 사용한다.

핏치의 사용량이 2중량%이하에서는 용융금속 및 슬랙의 침투를 억제하기에는 부족하고, 사용량이 6중량%이상에서는 구상이므로 작업성이 불량하여 부착되지 않고 튕겨나오는 손실량이 많게 된다. 따라서, 본 발명에서는 핏치의 함량을 2~6중량%로 한정한다.

상기 벤토나이트는 결합력을 높여 건-닝재의 부착강도를 증진시키는 역할을 한다.

그 사용량이 2중량%이하에서는 부착강도 증진효과가 적고, 사용량이 5중량%이상에서는 과소결이 되어 크랙이 발생하기 쉽고, 다량의 저융점 물질 생성으로 침식이 심하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 벤토나이트의 함량을 2~5중량%로 한정한다.

상기 알루미나 초미분은 건-닝재의 유동성을 향상하여 저수분량에서도 작업성을 좋게할 뿐만 아니라 소결성을 좋게하여 부착강도를 높이는 역할을 한다. 그 사용량이 2중량%이하에서는 사용량이 부족하여 유동성이 불량하고, 소결촉진효과도 적으며, 10중량%이상에서는 알루미나 초미분 첨가량이 과다하여 건-닝시 부착되지 않고 흘러내리므로 부적당하다. 따라서, 본 발명에서는 알루미나 초미분의 함량을 2~10중량%로 한정한다.

상기 알루미나 초미분은 대신하여 실리카 초미분을 사용할 수 있으나, SiO₂성분의 존재로 융점이 낮아져서 과소결현상을 초래하여 크랙이 발생하기 쉽고 내침식성이 저하하기도 하는 문제점이 있다.

상기 알루미나시멘트는 건-닝재의 상온 및 1000℃이하의 강도를 높이는 역할을 하며, 캬스타블 내화물의 상온 및 중간온도에서의 강도를 높이는 역할을 한다. 그 사용량이 2중량%이하에서는 강도증진효과가 없고, 5중량% 이상에서는 과소결로 사용중에 크랙이 발생하기 쉽고, 시멘트중에 함유되어 있는 알카리 성분의 다량존재로 인하여 침식이 심하게 되므로 부적당하다. 따라서, 본 발명에서는 알루미나시멘트의 함량을 2-5중량%로 한정한다.

상기 생석회는 건-닝재의 경화재로서 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 CaO의 공급원으로는 석회석(CaCO₃), 소석회(Ca(OH)₂)등이 사용될 수는 있으나, 상기 석회석은 사용중에 분해하여 탄산가스를 발생하므로 부착력이 저하되고, 상기 소석회는 생석회에 비하여 비활성으로 첨가효과가 적으므로, 본 발명에서는 생석회를 사용하였다. 생석회는 사용량이 1중량%이하에서는 사용량이 부족하여 경화제로서 작용을 못하고, 4중량%이상에서는 경화속도가 빨라서 작업중에 경화되므로 부적당하다. 따라서, 본 발명에서는 생석회의 함량을 1~4중량%로 한정한다.

상기 분산제로는 헥사메타인산소다, 피로인산소다, 트리포리인산소다 및 제 1인산소다 등과 같은 인산염이 사용될수 있다. 이러한 분산제의 사용량이 0.1중량% 이하에서는 극미량이 되어 분사제로서의 역할을 못하고, 사용량이 0.5중량% 이상에서는 과량이 되어 오히려 응집현상이 생기고, 특히 헥사메타인산소다의 경우에는 함유되어 있는 산화나트륨(Na₂O)성분이 침식에 나쁜 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 분산제의 함량을 0.1~0.5중량%로 한정한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같은 조성비를 가진 염기성 건-닝재의 각 성분을 평량, 혼련하여 만능혼련기에서 수분을 12중량% 첨가하여 염기성 건-닝재를 제조하였다. 이것을 이용하여 40×40×160㎜의 크기로 시편을 성형하여 공기중에서 24시간 자연건조한 후, 110℃에서 24시간 건조하여 전기로에서 1,000℃에서 3시간 유지하여 소성 성변화율, 곡강도 및 부피비중을 측정하여 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

또한, 내침식성시험은 산소-프로판가스를 열원으로 하는 회전침식시험기를 사용하여 1,600℃의 온도에서 3시간 유지한 후, 슬랙을 부어낸 후에 침식깊이를 측정하여, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다. 또한, 시공성 시험은 소형 건-닝기를 사용하여 마그네시아질벽돌위에 10㎜두께로 건-닝 시험을 하여 부착상태를 관찰하여, 그 결과를 양호(○)와 불량(×)으로 구분하여 하기표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 알수 있는 바와같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(1-6)는 종래예에 비하여 선변화율, 곡강도, 부피비중, 내침식성 및 시공성에 있어 우수하였다.

이에 반하여 마그-크로 클링커의 함량이 본 발명의 범위로 벗어난 비교예(1-2)는 침식이 심하고, 시공성도 불량하였다.

비교예(3)은 핏치량이 본 발명의 범위보다 적은 경우로 시공성은 양호하였으나 침식이 심하였다. 비교예(4)는 핏치량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 소성강도가 작고, 침식이 심하고, 시공성이 불량하였다.

비교예(5)는 벤토나이트량이 본 발명의 범위보다 적은 경우로 소성강도가 작고, 내침식성이 불량하였다. 비교예(6)은 벤토나이트량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 소결이 잘되어 소성강도가 크고, 시공성도 비교적 양호하였으나 크랙이 발생하였으며, 저융물 생성량의 다량 존재로 침식이 심하였다.

비교예(7)은 알루미나 초미분을 사용하지 않는 경우로 고온강도가 작았고, 유동성이 불량하여 시공시 노-즐 끝에서 막힘현상이 있었다.

비교예(8)은 알루미나 초미분량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로서 시공성이 불량하여 흘러내렸고 SiO₂성분의 다량존재로 내침식성이 불량하였다.

비교예(9)는 알루미나시멘트를 사용하지 않은 경우로 상온 및 중간온도에서의 강도가 작고 내침식성은 비교적 양호하였으나 시공성이 불량하였다.

비교예(10)은 알루미나시멘트량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 상온 및 중간온도에서의 강도가 크고 시공성도 양호하였으나 크랙이 다량 발생하고 시멘트의 주성분인 CaO의 영향으로 침식이 심하였다.

비교예(11)은 생석회를 사용하지 않은 경우로 경화속도가 늦어 시공성이 불량하였다. 비교예(12)는 생석회량이 본 발명의 범위보다 많은 경우로 경화속도가 빨라서 사용중에 노즐끝에서 경화되므로 시공이 곤란하였다.

비교예(13-14)는 헥사메타인산소다를 사용하지 않고, 사용량이 많은 경우로 분산이 잘 되지 않아 강도가 작고, 침식이 심하였으며 시공성이 불량하였다.

[발명의 효과]

상술한 바와같이, 본 발명은 마그-크로 클링커를 주원료로 하여 내침식성을 향상시키고, 펠레트상태의 핏치를 사용하여 용융금속 및 슬랙에 대한 내침윤성을 높힘으로써 고온에서 내침식성이 우수한 염기성 건-닝용 내화재료를 제공할수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 염기성 건-닝재 내화 조성물에 있어서, 중량%로, 산화크롬 성분을 30%이상 함유하는 마그-크로 클링커:75~85%, 핏치 펠레트:2~6%, 벤토나이트:2-5%, 알루미나 초미분:2-10%, 알루미나 시멘트:2-5%, 생석회:1~4% 및 분산제:0.1~0.5%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 헥사메타인산소다, 피로인산소다, 트리포리인산소다 및 제 1인산소다로부터 선택되어지는 1종인 것을 특징으로 하는 내침식성 및 부착성이 우수한 염기성 건-닝재 내화조성물.