KR100332159B1 - 산화물-기재 내화체의 보수방법 및 이를 위한 분말혼합물 - Google Patents
산화물-기재 내화체의 보수방법 및 이를 위한 분말혼합물 Download PDFInfo
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Abstract
산화물-기재 내화체의 수리방법이 서술된다. 이 방법은 산소의 존재하에 고온에서 상기 내화체의 표면에 분말 혼합물을 분사하는 것으로 구성된다. 분말 혼합물은 산화물 입자, 및 산소와 발열 방식으로 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료 입자로 구성된다. 본 발명은 연료 입자가 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물로 부터 선택되고 분말 혼합물이 부가적으로 탄화규소 입자 10 중량% 이하를 함유함을 특징으로 한다. 본 발명은 허용가능한 다공도를 갖는 내화물 수리 매쓰가 형성될 수 있는 산화물-기재 내화체의 수리 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 세라믹 용접법에 의해 산화물-기재 내화체를 수리하는 방법에 관한 것이다.
규소, 지르코늄, 알루미늄 및 마그네슘의 산화물은 산업용 내화성 산화물로서 사용된다. 특히, 알루미늄 및 마그네슘의 산화물이 현재 야금 산업에서 사용되며, 이것들은 고온, 부식 및 용융금속, 슬래그 및 부스러기와 같은 물질에 의한 마손에 대한 내성 때문에 선택된다.
이와 달리 기초 내화재로서 공지된 산화마그네슘-기재 내화재는 용융 강철의 운송을 위한 국자의 라이닝을 형성할 수 있다. 이러한 라이닝은 사용 중에 용융 강철 및 슬래그에 의해 벗겨진다. 라이닝의 부식은 특히 액체 수준에서 일어난다. 따라서 때때로 상기 산화물 기재 내화체를 수리할 필요가 있다.
"세라믹 용접"기술을 사용한 내화체 수리법이 제안되었다. 이 기술에서, 수리될 내화체는 고온으로 유지되고, 내화 물질 입자, 및 산소와 발열 방식으로 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료 입자로 구성되는 분말 혼합물을 산소의 존재하에 분사한다. 이 방법에 의해 내화물 매쓰(mass)가 형성되고 내화체의 수리 위치에 접착된다. 세라믹 용접 기술은 영국특허 GB 1,330,894(Glaverbel) 및 GB 2,170,191(Glaverbel)에 예시되어 있다. 연료입자는 발열반응으로 산소와 반응하면서 내화성 산화물을 형성하고 분사된 내화 입자가 적어도 표면에서 용융하는 데 필요한 열을 방출하는 그런 조성과 입상을 가진 입자이다.
그러나, 산화물 입자 및 연료입자로 구성되는 분말 혼합물을 사용하여 산화물-기재 내화체, 및 특히 산화마그네슘 및 산화알루미늄 같은 고융점 산화물을 기재로 한 내화체를 수리하는 경우에 결과생성된 내화물 매쓰가 다공성이 될 수 있음을 발견했다. 상당한 겉보기 다공도가 있다면, 수리 매쓰는 특정 용도, 특히 수리 매쓰가 용융 물질에 의해 부식 또는 마손되는 경우에는 유용하지 않다.
따라서,본 발명의 목적은 허용가능한 다공도를 갖는 내화물 수리 매쓰가 형성될 수 있는 산화물-기재 내화체의 수리방법을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 우리는 연료 입자를 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물의 입자로부터 선택하는 경우에,이 목적이 분말 혼합물에 탄화규소의 특정량을 혼입함으로써 성취될 수 있음을 발견했다. 이는 내화물 수리 매쓰의 조성과 수리될 내화재 표면의 조성의 조화라는 일반적으로 수용되는 원리에 반한다. 또한, 탄화 규소는 이 세라믹 용접 공정에서 불활성 물질로 보이고 반응 중에 형성되는 액체 상에 의해 젖지 않는다. 따라서 매쓰의 다공도에 대한 탄화규소의 효과는 어느정도 놀랍다.
임의 이론에 구애됨이 없이, 부가적인 탄화규소 입자가 내화물 수리용 매쓰에 열을 전도하고 때맞춰 긴 시간 고온에 노출되면 탄화규소 입자의 분해를 야기하여, 우수한 슬래그 마손 내성을 갖는 내화물 수리용 매쓰를 제공한다고 공지된 원소 탄소를 생성한다고 생각된다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 측면에 따라, 고온에서 산소의 존재하에 산화물 기재 내화체의 표면에 분말 혼합물(이 분말 혼합물은 내화성 산화물 입자, 및 산소와 발열 방식으로 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료 입자로 구성된다)을 분사함으로써 상기 내화체를 수리하는 방법에 있어서, 연료 입자는 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물로부터 선택되고 분말 혼합물은 탄화규소 입자 10 중량% 이하를 더 함유함을 특징으로 하는 내화체 수리 방법이 제공된다.
상기 분말 혼합물내 탄화규소의 함량은 적어도 1 중량%가 바람직하다. 지나치게 많은 탄화규소가 포함되면, 수리 물질이 수리 부위로부터 흘러내리기 때문에 수리 매쓰가 전혀 형성되지 않음을 알았다. 임의 이론에 구애됨이 없이 이는 수리공정 후에 지나치게 많은 열의 지체로 인해 저점도 액체 상을 결과시키기 때문이라고 예측할 수 있다. 지나치게 적은 규소를 사용한다면 본 발명의 이점이 더 이상 유의한 정도로 얻어지지 않을 것이다.
탄화규소는 작은 입자 크기, 예컨대 200 ㎛미만을 갖는다. 본원에서 사용하는 바의 "입자크기"란 관심있는 물질이 입자의 적어도 9O중량%가 주어진 한계 내에 있는 입자 크기 분포를 갖는 것을 의미한다. 본원에 사용된 바의 "평균 크기"란 입자의 5O중량%가 이 평균 보다 작은 치수를 갖는 정도의 치수를 의미한다.
내화성 산화물 입자는 내화체를 형성하는 산화물 적어도 하나를 함유할 수 있다. 따라서, 내화성 산화물체가 산화알루미늄 함유체라면 내화성 산화물 입자는알루미나 입자를 함유할 수 있다. 내화성 산화물체가 산화마그네슘 함유체라면 내화성 산화물체 입자는 마그네시아 입자를 함유할 수 있다.
바람직하게 상기 분말 혼합물의 주요 분량은 마그네시아, 알루미나, 및 그의 혼합물로부터 선택된 내화성 산화물 입자로 형성된다. 이들은 이의 존재하에 발열반응이 가장 활발한 산화물이고 따라서 매우 다공성의 수리 매쓰를 결과할 위험성을 갖는다. 산화물 내화 입자가 2.5 mm 미만의 크기를 가지고 실질적으로 4 mm 이상의 크기를 갖는 입자가 없는 것이 바람직하다.
연료 입자는 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물의 입자로부터 선택된다. 알루미늄 및 규소의 혼합물이 특히 유리하다. 혼합물에 사용된 연료 입자는 바람직하게 50 ㎛미만의 평균 치수를 갖는다.
수리 작업은 일반적으로 내화체가 뜨거울 때 수행된다. 이는 장비가 실질적으로 그의 작업 온도에 있으면서 부식된 내화체를 수리할 수 있도록 한다.
고온은 수리될 내화체의 표면에서 측정한 바 600℃이상일 수 있다. 이 온도에서, 연료입자는 산소의 존재하에 연소하여 내화성 산화물을 방출하고 충분한 열을 생성하여 산화물 입자가 연료의 연소 생성물과 함께 수리할 내화 수리 매쓰로 형성될 것이다.
또한 본 발명은 그의 두번째 측면에 따라
- 내화성 산화물을 함유하는 내화성 입자 80-95중량% : 및
- 발열 방식으로 산소와 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료 입자 5-20 중량%로 구성되는, 산화물-기재 내화체의 수리용 분말 혼합물을 제공하는 데,
상기 연료 입자는 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물로부터 선택되며, 상기 내화성 입자는 전체 혼합물을 기준으로 탄화규소 입자를 1O 중량% 이하 함유함을 특징으로 한다.
균질한 수리 매쓰를 얻기 위하여, 산화물 입자를 포함하는 내화성 입자가 적어도 80%의 양으로 분말 혼합물에 존재해야 한다.
바람직한 실시양태로 혼합물은 하기로 구성된다 :
- 알루미나, 마그네시아 및 그의 혼합물의 입자로 부터 선택된 내화성 산화물 입자 80-94 중량% :
- 탄화규소 입자 1-5중량% : 및
- 상기 연료 입자 5-15 중량%
분말 혼합물내 내화입자는 탄화규소 입자를 포함하여 적어도 10 ㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 지나치게 작은 입자를 사용하면 반응 동안에 손실될 위험이 있다.
수리될 내화체의 표면에 분말 혼합물을 이동시키는 데 유용한 기술은 산소-함유 가스와 함께 분말 혼합물을 분사하는 것이다. 일반적으로 고농축 산소의 존재하에 예컨대 가스 캐리어로서 상업 등급의 산소를 사용하여 입자의 분사를 수행하는 것이 권장된다. 이런 방식으로 수리 매쓰는 입자가 분사될 표면 상에 접착되도록 용이하게 형성된다. 세라믹 용접 반응이 도달할 수 있는 매우 높은 온도 때문에 이는 처리될 내화체의 표면 상에 존재하는 슬래그에 침투할 수 있고 처리된 표면과 새롭게 형성될 내화 수리 매쓰의 사이의 우수한 결합이 형성되는 그런 방식으로 표면을 연화시키거나 용융시킬 수 있다.
이런 방법은 편리하게 란스(lance)를 사용하여 수행된다, 본 발명의 방법에서 사용하는 데 적당한 란스는 임의로 하나 이상의 보조 가스용 출구와 함께 분말 스트림의 배출용 출구 하나 이상을 포함한다. 고온 환경에서 수리를 수행하기 위해 가스 스트림은 그를 통해 순환하는 유체에 의해 냉각되는 란스로부터 방출될 수 있다. 이런 냉각은 란스에 수류를 제공함으로써 용이하게 성취될 수 있다. 이런 란스는 30-500 kg/h의 속도로 분말을 분사하는 데 적당하다.
분말의 규칙적 분사의 형성을 용이하게 하기 위하여, 내화성 입자는 바람직하게 4 mm이상의 크기, 가장 바람직하게 2.5 mm이상의 입자를 갖는 입자가 실질적으로 포함되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명은 특히 용융-강철 국자의 수리 또는 유지에 유용한데, 이는 본 발명이 국자 충전 중에 고온에서 신속하게 수행될 수 있기 때문이며, 상기 국자의 일부를 형성하는 내화체는 특히 용융 금속 및 슬래그의 접촉에 의해 영향 받는다. 최대 수리를 요구하는 영역은 액체 표면의 선이기 쉽다.
본 발명은 이제 하기 비제한적인 실시예에 더 설명될 것이다.
실시예 1
내화물 수리 매쓰를 용융 강철 국자의 산화 마그네슘-기재 라이닝의 벽 상에 형성한다. 내화성 입자 및 연료 입자의 혼합물을 이들 브릭(brick) 상에 분사한다. 벽의 온도는 약 850℃ 이다. 혼합물을 순수 산소의 스트림 내로 150 kg/h의 속도로 분사한다. 혼합물은 하기 조성을 갖는다.
MgO 87 중량%
SiC 5%
Si 4%
Al 4%
MgO 입자는 대략 2 mm의 최대 치수를 갖는다. 탄화규소 입자는 125 ㎛의 입자크기, 57 ㎛의 평균 치수를 갖는다. 규소입자 및 알루미늄 입자는 45 ㎛ 미만의 최대 치수를 갖는다.
실시예 1A(비교)
비교를 위해, 하기 조성의 분말 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1에 서술된 바와 동일한 방식으로 동일한 수리를 수행한다 :
MgO 92 중량%
Si 4%
Al 4%
실시예 1 및 1A에 형성된 내화물 수리 매쓰의 겉보기 밀도 및 겉보기 다공도 (즉,개방 다공도)를 측정했고 결과는 다음과 같았다 :
실시예 1의 변형으로, 산화 알루미늄-함유 내화물을, 분말 혼합물을 동일한입상의 알루미나 입자 동일양으로 대체하는 것을 제외하고 동일한 방식으로 수리할 수 있다.
실시예 2-4
내화물 수리 매쓰를 용융 강철 국자의 산화 마그네슘-기재 라이닝의 벽 상에 형성한다. 내화성 입자 및 연료 입자의 혼합물을 이들 브릭상에 분사한다. 벽의 온도는 약 850℃ 이다. 혼합물을 순수 산소의 스트림 내로 60 kg/h의 속도로 분사한다. 혼합물은 하기 조성을 갖는다(중량비) :
MgO 입자는 대략 2 mm의 최대 치수를 갖는다. 탄화규소 입자는 125 ㎛의 입자 크기, 57 ㎛의 평균 치수를 갖는다. 규소 입자 및 알루미늄 입자는 45 ㎛ 미만의 최대 치수를 갖는다.
실시예 2 내지 4에 형성된 내화물 수리 매쓰의 겉보기 밀도 및 겉보기 다공도(즉, 개방 다공도)를 측정했고 결과는 다음과 같았다 :
실시예 5
세라믹 용접 분말은 하기 조성으로 구성된다 (중량%) :
알루미나 87%
탄화규소 5%
알루미늄 6%
마그네슘 2%
사용된 알루미나는 전자주조 알루미나였다. 알루미나는 700 ㎛의 공정 최대 입도를 가지며, 탄화규소는 상기 실시예 1에 제시된 바와 동일한 입상을 가지며, 알루미늄 입자는 45 ㎛ 이하의 최대 치수를 가졌고 마그네슘 입자는 75 ㎛ 이하의 최대 치수를 가졌다.
상기 분말 혼합물을 실시예 1에 서술된 바대로 사용하여 수리 부위에 접근할 수 있도록 탱크를 부분적으로 배출시킨 후에 용융물의 작업 표면 높이 아래의 유리 용융 탱크 로내 Corhart (상표) Zac 내화 블록(조성 : 알루미나/지르콘/지르코니아)을 수리할 수 있다.
Claims (9)
- 고온에서 산소의 존재하에 분말 혼합물 (이 분말 혼합물은 내화성 산화물 입자, 및 산소와 발열 방식으로 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료 입자로 구성된다)을 분사함으로써 상기 내화체를 수리하는 방법에 있어서,상기 연료 입자는 마그네슘, 알루미늄, 규소 및 그의 혼합물로부터 선택되고, 상기 분말 혼합물은 탄화규소 입자 10 중량% 이하를 더 함유함을 특징으로 하는 내화체의 수리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 분말 혼합물내 탄화규소의 함량이 적어도 1 중량%인 내화체의 수리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 탄화규소가 200 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 내화체의 수리 방법.
- 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화성 산화물 입자가 내화체를 형성하는 산화물 적어도 하나를 함유하는 내화체의 수리 방법.
- 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화성 산화체는 산화 알루미늄-함유체 및 산화 마그네슘-함유체로 부터 선택되는 내화체의 수리 방법.
- 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말 혼합물의 주요 분량은 마그네시아, 알루미나 및 그의 혼합물로 부터 선택된 내화성 산화물 입자로 형성되는 내화체의 수리 방법.
- 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수리될 내화체가 용융-강철 국자의 일부인 내화체의 수리 방법.
- - 내화성 산화물로 구성되는 내화성 입자 80-95% 중량%: 및- 발열 방식으로 산소와 반응하여 내화성 산화물을 형성하는 연료입자 5-2O 중량%로 구성되는, 산화물-기재 내화체의 수리용 분말 혼합물에 있어서,상기 연료 입자는 마그네슘, 알루미늄,규소 및 그의 혼합물로부터 선택되며, 상기 내화성 입자는 전체 혼합물을 기준으로 탄화규소 입자를 1O 중량% 이하 함유함을 특징으로 하는 산화물-기재 내화체의 수리용 분말 혼합물.
- 제 8항에 있어서, 하기로 구성되는 산화물-기재 내화제의 수리용 분말 혼합물:- 알루미나, 마그네시아, 및 그의 혼합물의 입자로 부터 선택된 내화성 산화물 입자 80-94 중량% :- 탄화규소 입자 1-5중량%-상기 연료 입자 5-15 중량%.
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