KR100300854B1 - 제강용기용탄소질부정형내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명품은 제강용기인 래들(Ladle) 등의 각종 로에 정형 내화물의 축로가 불가능한 부위나 정형 내화물 주위 등에 에어 램머(Air Rammer)등으로 타격, 충전 시공하는 탄소질 부정형 내화물로, 요구특성인 제조작업성, 보관성, 시공성, 내식성향상을 목적으로, 해수마그네시아립과 전융마그네시아립으로 구성되며 그 무게비가 1:1인 입경 5mm이하의 마그네시아립 70~74중량%, 입경 0.075mm이하의 알루미나립 5~10중량%를 함유하는 내화성 골재와, 인상흑연과 피치의 입상 카본류 11~13중량%, 및 금속분말의 혼합물에 150℃이상의 고비점융제를 사용하여 이루어진 액상노보락페놀수지로서 수지점도가 25℃ 16~20poise인 액상페놀수지 7~9중량%를 첨가하여 전체 100중량%로 이루어진 제강용기용 탄소질 부정형 내화물이다.

Description

제강용기용 탄소질 부정형 내화물

본 발명은 제강용기용 탄소질 부정형 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강용기, 특히 전로, 래들(Ladle), 전기로 등의 제강용기에 사용하는 마그네시아-카본질 정형 내화물의 축조시나 기타 정형 내화물의 충전재로 사용하는 제강용기용 탄소질 부정형 내화물에 관한 것이다.

통상적으로, 제강로와 같은 용융금속용기에 사용되는 내화물은 1500℃이상의 고온에 견디는 비금속물질 또는 제품으로서, 그 형태에 따라 각종 내화벽돌과 같은 정형 내화물과, 내화 모르타르 및 스프레이재 등의 부정형 내화물로 구분된다.

종래의 전로, 정련로 등의 각종 로에 내화물의 축조시 축로가 불가능한 정형내화물과의 사이 즉, 로의 바닥부분 주위 및 코너부위 등에 에어 램머(Air Rammer)등으로 타격, 충전 시공하는 부정형 내화물의 경우, 여러재질이 사용되고 있으나, 마그네시아-카본질 정형 내화물을 사용하는 부위는 상기 마그네시아-카본질 정형 내화물과 동일재질인 비수계 마그네시아-카본재질의 탄소질 부정형 내화물이 우수한 특성을 발휘한다.

그러나 상기 탄소질 부정형 내화물의 경우, 카본의 부가 및 충전을 용이하게 하기 위해 첨가하는 액상페놀수지가 온도 및 계절에 따른 점도변화로 경시변화를 일으켜 시공하기 어려운 상태가 되며, 특히 시공경계면의 틈새발생으로 용강이 침투하여 유출되는등 조업에 치명적인 손상을 입히게 된다.

따라서, 상기 탄소질 부정형 내화물은 용강과 슬래그에 직접 노출되는 관계로 내식성이 좋아야 할 뿐만 아니라 최밀충전을 위한 입도구성 및 분진발생방지를 위한 액상페놀수지의 점도 및 첨가량의 고려, 미경화 등의 보관성, 시공시 양호한 충전성등이 우수하여야 하며, 더욱이 DC전기로의 경우는 양호한 전기전도성이 요구된다.

그러나, 상기 액상페놀수지의 종류 및 점도에서 가장 근접한 스탬프재(특허출원 제94-79521호)의 경우 제조작업성 및 보관성, 시공성, 내식성면에서 저하되는 문제점이 있었다.

이는 제조작업시 및 보관시 액상페놀수지의 거동에 의해 본 발명과 동일한 점도를 사용하여도 제조시 혼련이 어려우며, 혼련후 수일이 지나면 경화되어 사용할 때 시공이 어렵게 됨과 아울러 경화되지 않은 제품의 경우 이를 시공부위에 작업시는 분진발생 및 미충전되어 내식성이 저하할 뿐만 아니라 미충전부위는 국부침식이 일어나 용강이 유출되는 우려가 있기 때문이다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래에 사용되는 액상페놀수지의 개선, 즉 자체의 보관성 및 제품에 적용시, 혼련물에서의 보관성을 향상하여 제조작업성 및 혼련물의 보관성을 증진시키고, 시공시 충전성이 우수하게 하며, 또한 액상페놀수지와 반응하는 다른 골재 및 카본류를 배합하여 사용할 때 내식성을 향상시킴으로써, 원활한 조업이 이루어지게 하는 제강용기용 탄소질 부정형 내화물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 해수마그네시아립과 전융마그네시아립으로 구성되며 그 무게비가 1:1인 입경 5mm이하의 마그네시아립 70~74중량%, 입경 0.075mm이하의 알루미나립 5~10중량%를 함유하는 내화성 골재와, 인상흑연과 피치의 입상 카본류 11~13중량%, 및 금속분말의 혼합물에 150℃이상의 고비점융제를 사용하여 이루어진 액상노보락페놀수지로서 수지점도가 25℃에서 16~20poise인 액상페놀수지 7~9중량%를 첨가하여 전체 100중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인상흑연에 대한 피치의 입상 카본류의 비율은 3:2의 무게비로 구성되며, 상기 피치는 300℃이상의 고융점피치를 사용한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 적용되는 내화골재의 주원료로는 전체 100중량%에 대하여 입경 5mm이하의 마그네시아립을 70~74중량% 사용한다.

마그네시아는 염기성 내화골재로 제강용기의 용강 및 슬래그에 탁월한 내식성을 나타내는 재료로서, 천연마그네시아, 해수마그네시아, 전융마그네시아등이 있으나 용강 및 슬래그에 직접 닿는 부위의 사용에 따라 재료특성중 내식성이 중요한 특성인 관계로 본 발명에서는 해수마그네시아립과 전융마그네시아립을 1:1로 병용하여 사용한다.

이는, 상기 천연마그네시아나 그외의 내화골재는 내식성을 저하시키기 때문이다.

또한, 본 발명에 적용되는 내화골재의 부원료로는 알루미나립을 사용하는데, 이는 주원료인 마그네시아립이 수축 및 팽창차가 커서 시공경계면에 틈새가 발생하여 용강이 침투하는 것을 방지하기 위함이다.

즉, 알루미나(Al₂0₃)는 열간에서 마그네시아(Mg0)와의 반응으로 스피넬(Spinel:MgAl₂0₄)을 형성하여 마그네시아 수축에 의한 틈새를 메꾸어 줄 뿐만 아니라 치밀한 소결체를 이루어 내식성 및 내스폴링성을 향상시킨다.

이때, 사용되는 알루미나는 어느종류를 사용하여도 무방하나 입경 0.075mm이하의 알루미나립을 전체 100중량%에 대하여 5~10중량%로 한정한다.

이와 같은 수치한정이유는 다음과 같다.

상기 알루미나립의 입경이 0.075mm이상이면 스피넬화 반응이 늦고, 그 함량이 5중량%이하이면 앞서 기술한 스피넬 형성량이 적어 효과가 없게되며, 10중량% 이상인 경우는 알루미나 과다량으로 내식성이 저하되기 때문이다.

한편, 본 발명에 의한 카본질 부정형 내화물에 사용하는 입상 카본류로는 용강 및 슬래그에 젖기 어려울 뿐만 아니라 고온에서 강고한 마그네시아-카본 결합을 이루어 내식성이 우수한 인상흑연과 고융점피치를 사용한다.

이와 같이 입상 카본류로 인상흑연과 고융점피치를 사용하는 이유는 다음과 같다.

상기 인상흑연의 단독으로는 고정탄소량이 높은 반면, 산화가 용이하며 시공체의 과다한 기공으로 최밀충전이 어려울 뿐만 아니라 액상결합제와의 혼련이 어려운 문제점이 있으므로, 열간에서 녹아 기공을 메꾸며, 강고한 카본결합을 이루는 피치를 첨가하여야 하는 것이다.

이때, 추가로 피치와 병용으로 분말페놀수지를 첨가하여도 좋으나 그 함량은 인상흑연과의 비율이 3:2가 되어야 한다.

한편, 인상흑연에 첨가된 피치는 융점이 낮을수록 고정탄소량이 낮을 뿐만 아니라, 휘발분이 많아 골재와의 사이에 기공이 많아지므로 목적하는 강고치밀질인 카본결합을 이룰수가 없기 때문에 연화점 300℃이상의 고융점피치가 요구된다.

이와 같은 입상 카본류는 전체 100중량%에 대하여 인상흑연과 고융점피치를 합하여 5~10중량%가 첨가되는 것이 좋으며, 상술한 바와같이 인상흑연과 피치의 첨가비율은 3:2로 한정한다.

또한, 본 발명에 사용하는 결합제로는 액상노브락페놀수지를 사용한다. 이는 분말이 아닌 액상으로 제조할 때 분진발생이 없어, 제조 및 운반 보관이 용이하며, 특히 층진하기 쉬워 시공성이 양호하기 때문이다.

하지만, 다른 점결제로도 타르, 당밀등 여러 액상이 있으나 본 발명에서 액상노보락페놀수지를 사용하는 것은 상기 액상노보락페놀수지가 고정탄소량이 높고 열가소성(Novolac Type)이어서 상온에서는 경화하지 않고, 열간에서는 입상카본류인 인상흑연 및 피치와 용이하게 카본결합을 이룰 수 있기 때문이다.

특히, 본 발명에 사용하는 액상노보락페놀수지의 제조시 사용하는 용제는 150℃이상의 고비점융제가 사용되는데, 이는 150℃이하의 용제를 사용하여 제조된 액상페놀수지는 휘발이 빨라서 수지의 보관기간이 짧을 뿐만 아니라 제품에 적용시 역시 분진발생 및 충전성이 저하되며, 상기 저비점 용제를 사용하여 제조한 액상페놀수지의 다량 첨가시는 용이하게 경화되며, 이의 시공시에는 밀림현상 및 미충전등의 문제점이 있기 때문이다.

따라서, 본 발명에 사용하는 액상노보락페놀수지의 제조시 사용하는 용제는 150℃이상의 고비점융제를 사용하여야 하며, 이의 점도는 25℃에서 16~20poise를 나타내어야 한다. 예컨대, 16poise이하의 점도는 용제의 과다로 고정탄소량이 적어 내식성에 영향을 미치며, 20poise이상인 경우, 동절기나 낮은 기온일 때에는 제조가 불가하며, 쉽게 경화하기 때문이다.

이와 같은 액상노보락페놀수지의 첨가량은 전체 100중량%에 대하여 7~9중량%로 한정하는데, 이는 상기 액상노보락페놀수지의 첨가량이 전체 100중량%에 대하여 7~9중량%의 범위를 벗어나면, 보관기간, 충전성, 이상침식 등의 내용성이 저하하기 때문이다.

그 밖에 카본류의 산화방지를 위하여 금속분말을 첨가하는 것이 필수적이며, 이의 종류 및 첨가량에 대하여 본 발명에 명시하지 않은 일반적인 사항일지라도 본 발명의 범위에서 벗어나는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예]

발명의 상세한 설명에서 기술한 내용에 대한 실시예 및 비교예의 배합에 대해 믹서기(Wet Pan Mixer)에서 혼합한 후 25℃에서 18poise인 액상페놀수지를 8중량%첨가하여 제조하였다. 제조한 혼련물에 대하여 40×40×160mm 성형압 150kgf/㎠로 시편을 제조하여 전기로에서 110℃, 1000℃, 1500℃로 소성한 다음 선변화율, 부피비중, 기공율, 압축강도, 곡강도를 비교측정하였으며, 300g의 혼련물을 50φmm×150kgf/㎠로 가압한후 시편의 무게를 충전된 체적으로 나눈 수치를 충전율로 하였으며, 용강 및 슬래그에 대한 내식성을 측정하기 위해 회전식드럼침식기에서 1650℃±50℃×30분/ch×6ch(ch=charge)실시한 후 침식길이를 측정하여 비교하였으며, 발명효과를 실로에서 확인하기 위해 스테인네스 공장 주조래들에 현장시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명의 실시예의 경우 해수마그네시아와 전융마그네시아의 비율을 1:1로 혼합한 내화원료에 인상흑연과 피치(분말페놀수지 추가)를 첨가하고, 고비점융제를 사용하여 제조한 액상페놀수지로 혼련한 혼련물에 대해 실험실 시험결과, 충전성, 내식성 및 기타 물성에서 비교예에 비해 우수하였다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의한 제강용기용 탄소질 부정형 내화물은 보관성, 충전성, 경계면에서의 용강 및 슬래그 침투, 내식성등에서 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 해수마그네시아립과 전융마그네시아립으로 구성되며 그 무게비가 1:1인 입경 5mm이하의 마그네시아립 70~74중량%, 입경 0.075mm이하의 알루미나립 5~10중량%를 함유하는 내화성 골재와, 인상흑연과 피치의 입상 카본류 11~13중량%, 및 금속분말의 혼합물에 150℃이상의 고비점융제를 사용하여 이루어진 액상노보락페놀수지로서 수지점도가 25℃에서 16~20poise인 액상페놀수지 7~9중량%를 첨가하여 전체 100중량%로 이루어진 제강용기용 탄소질 부정형 내화물.
2. 제1항에 있어서, 상기 인상흑연에 대한 피치의 입상 카본류의 비율은 3:2의 무게비로 구성되며, 상기 피치는 300℃이상의 고융점피치를 사용한 것을 특징으로 하는 제강용기용 탄소질 부정형 내화물.