KR100446873B1

KR100446873B1 - 고내마모성 염기성 캐스타블 내화물

Info

Publication number: KR100446873B1
Application number: KR10-2001-0084536A
Authority: KR
Inventors: 전웅; 이성영
Original assignee: 주식회사 포스렉; 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원; 포스코신기술연구조합
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2004-09-07
Also published as: KR20030054394A

Abstract

본 발명은 내마모성이 우수한 염기성 캐스타블 내화물에 관한 것으로, 그 목적은 크롬을 함유하지 않으면서도 열충격 저항성 및 침식 저항성이 높은 염기성 캐스타블 내화 조성물을 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 염기성 캐스타블 내화물은 MgO와 Al₂O₃를 20~30 : 80~90 중량비로 함유하고 1mm 이하 직경의 MgO-Al₂O₃스피넬(spinel)계 원료를 15 내지 25중량% 포함하고, 1mm 이상 직경의 MgO계 원료를 40중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고내마모성 염기성 캐스타블 내화물 {Basic castable refractory with high wear resistance}

본 발명은 염기성 내화물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성이 우수한 염기성 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

현재 염기성 내화물을 사용하고 있는 비철업계, 일반제강업계, 및 양회업계에서는 가격이 비쌀 뿐 아니라 축조비용이 높은 정형내화물의 사용을 지양하고 저가격일 뿐 아니라 축조비용이 저렴하며 형상에 제한이 없는 캐스타블 내화물의 사용을 증대시키고 있다.

한편, 제강업계에서는 내화물 장착설비의 유지, 보수 시 수리작업의 기계화 및 자동화를 추진하여 각종 내화물 라이닝(lining)을 캐스타블 내화물을 이용한 구조로 개선하고 있다. 그러나 고급강 생산에 따른 조업조건 가혹화에 따라 내화물 라이닝이 과다침식 또는 과다마모되어 용강을 오염시키는 현상 등이 발생하기도 하기 때문에, 용강을 오염시키지 않을 뿐 아니라 고수명을 가지는 염기성 캐스타블의 개발이 요구된다.

상술한 요구조건을 만족시키기 위하여 마그네시아(MgO) 및크롬산화물(Cr₂O₃) 를 주성분으로 하는 염기성 캐스타블이 개발되었다. MgO-크롬계 캐스타블은 열적 안정성 및 침식저항성이 우수하여 널리 사용되고 있으나 캐스타블 내화물 중에 함유되어 있는 크롬 성분이 특정환경의 고온에서 사용 중 인체에 유해한 6가의 크롬(hexavalent chromium)으로 변환되는 단점이 있어 MgO-크롬계 캐스타블을 사용하는 비철, 일반제강, 양회업계 등에서 크롬의 유해성에 대하여 우려를 나타내고 있다.

따라서, 상술한 환경문제에 대응하기 위하여 MgO-크롬계 캐스타블 내화물의 사용을 억제하고 있어 크롬을 함유하지 않으면서 높은 열충격 저항성 및 용융 슬래그에 대한 침식저항성이 높아 고온에서 사용 시 마모저항성을 가지는 무크롬(non-chrome)계 캐스타블 내화물의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 크롬을 함유하지 않으면서도 열충격 저항성 및 침식 저항성이 높은 염기성 캐스타블 내화 조성물을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 염기성 캐스타블 내화물은 MgO와 Al₂O₃를 20~30 : 80~90 중량비로 함유하고 1mm 이하 직경의 MgO-Al₂O₃스피넬(spinel)계 원료를 15 내지 25중량% 포함하고, 1mm 이상 직경의 MgO계 원료를 40중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 염기성 캐스타블 내화물에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 크롬을 함유하지 않으면서도 열충격 저항성 안정성 및 침식저항성을 확보하기 위하여 크롬계 원료 대신에 고온에서 안정하며 열충격 저항성 및 침식 저항성이 높은 MgO-Al₂O₃스피넬(spinel)계 원료를 사용하며, 여기서 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료는 MgO와 Al₂O₃를 20~30 : 80~90 중량비로 함유하는 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료이다.

또한, 캐스타블 내화물 시공시 수분이 과다 첨가되면 폭열에 의한 시공체 탈락 현상이 발생하므로, 본 발명에서는, 캐스타블 내화물 시공 시 캐스타블 내화물에 첨가되는 수분량을 억제하면서 적은 수분량으로도 높은 유동특성을 확보하기 위하여 수분흡수특성을 가지는 MgO계 원료를 1mm 이상 직경의 조립부에 사용하였고 수분흡수특성을 가지지 않는 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료는 1mm 이하 직경의 미분부에 사용하였다.

이 때, 캐스타블 내화물 내의 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료의 함유량은 15 내지 25 중량%로 하고, MgO계 원료의 함유량은 40 중량% 이상으로 한다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1 내지 3

실시예 1 내지 3에서는 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료의 함량을 각각 25, 20 15 중량% 포함하는 염기성 캐스타블 내화물을 이용하여 가로7cm X 세로7cm X 높이7cm의직육면체 시편을 제조하고 상온의 시편들을 1400℃로 가열된 전기로에 장입하여 30분간 유지하고 이들을 다시 로 외부로 꺼내어 찬 공기를 송풍함으로써 열충격을 인가하는 공정을 10회 반복한 후 시편들의 압축강도를 측정하여 열충격 저항성을 측정하였다.

한편, 열간 곡강도의 경우, 캐스타블 내화물을 이용하여 가로5cm X 세로20cm X 두께5cm인 시편을 제작하고 이들을 전기로에서 서서히 가열하여 1400℃에서 30분 유지한 후 3점 곡강도를 측정하였다.

이렇게 측정된 열충격 저항성 및 열간 곡강도 평가 결과는 아래의 표 1에 나타내었다.

또한, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1 내지 3과, 종래 MgO계 캐스타블, MgO-크롬계 캐스타블 내화물에 대해서도 동일한 방법으로 시편을 제조하고 열충격 저항성 및 열간 곡강도를 측정한 다음, 그 결과를 표 1에 같이 나타내었다.

	MgO-Al₂O₃스피넬계 원료의 함량 (중량%)	열충격 저항성(kg/cm²)	열간 곡강도
실시예 1	25	615	54
실시예 2	20	600	50
실시예 3	15	598	52
비교예 1	5	198	10
비교예 2	10	214	12
비교예 3	30	360	18
비교예 4	MgO계 캐스타블	시편 파손	5
비교예 5	MgO-크롬계 캐스타블	215	25

상기 표 1에 나타난 것과 같이 미분부에 함유된 MgO-Al₂O₃스피넬 원료를 15~25 중량% 함유하는 캐스타블 내화물인 실시예 1 내지 3의 경우, 종래 MgO계 및MgO-크롬계 캐스타블 내화물에 비하여 높은 열충격 저항성 및 높은 고온강도를 가지는 것으로 나타났다.

또한, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우, 미분부에 함유된 MgO-Al₂O₃스피넬 원료의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1 내지 3에 비해 열충격 저항성 및 열간강도가 높은 것을 확인하였다.

실시예 4

실시예 4에서는 MgO-Al₂O₃스피넬계 원료의 함량을 25 중량% 포함하는 염기성 캐스타블 내화물을 제조하고 이를 시공할 때 필요한 최적 수분첨가량을 구하였다.

즉, 최적 수분첨가량을 구하기 위해, MgO-Al₂O₃스피넬 원료를 25 중량% 포함하는 염기성 캐스타블 내화물을 제조하고 5.5%, 5.8%, 6%, 6.5%, 7%의 서로 다른 수분량을 첨가한 후 혼련을 실시하였다. 이렇게 혼련된 캐스타블 내화물을 플로우 테이블(flow table)을 이용하여 타격횟수를 변화시키면서 유동도를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

	수분첨가량
	5.5%	5.8%	6%	6.5%	7%
타격횟수	0	100	120	124	226	260
	10	126	164	175	248	300
	20	157	195	209	265	300 이상

일반적으로 캐스타블 내화물의 적정 시공성이 확보되기 위해서는 20회 정도 타격했을 때 유동도가 약 200 정도 나타나야 한다. 따라서, 20회 타격시 유동도가195인 5.8%, 또는, 유동도가 209인 6%가 최적수분량임을 알 수 있었다.

비교를 위해, 종래 MgO계 및 MgO-크롬계 캐스타블 내화물에 대하여 동일한 방법으로 유동성을 측정하고 그 결과를 각각 표 3 및 표 4에 나타내었다.

MgO계 캐스타블 내화물

	수분첨가량
	7%	8%	9%	10%
타격횟수	0	100	100	123	213
	10	126	144	183	257
	20	142	165	214	278

MgO-크롬계 캐스타블 내화물

	수분첨가량
	7%	8%	9%	10%
타격횟수	0	108	112	134	224
	10	136	157	195	263
	20	153	182	228	291

표 3 및 4에 나타난 바와 같이, MgO계 또는 MgO-크롬계 캐스타블 내화물에서는 20회 타격시 유동도가 각각 214 및 228인 9%가 최적 수분첨가량임을 알 수 있었다.

그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 캐스타블 내화물 시공시 수분첨가량은 폭열에 의한 시공체 탈락 문제점을 고려할 때 적을수록 선호된다. 따라서, 본 발명의 실시예 4가 종래 MgO계, 또는, MgO-크롬계 캐스타블 내화물에 비해 적은 수분첨가량으로도 원하는 유동성을 가져 우수한 시공성을 나타냄을 알 수 있다.

이것은, 본 발명에 따른 캐스타블 내화물을 시공할 때에는 낮은 수분사용량으로 폭열현상을 억제하면서 높은 유동도를 얻을 수 있음을 의미한다.

실시예 5

실시예 5에서는 MgO-Al₂O₃스피넬 원료를 25중량% 함유하는 염기성 캐스타블 내화물 시편을 제조하고 회전침식장치를 이용하여 용강 및 래이들 슬래그(ladle slag)를 이용하여 1650℃에서 각각 30분씩 총 1시간 동안 침식시험을 수행하거나(시험 1), 또는 래이들 슬래그만을 이용하여 1650℃에서 1시간 동안 침식시험을 수행하였다(시험 2). 이 때 MgO계 캐스타블 내화물의 침식율을 100으로 설정하고, 이에 대한 실시예 5 및 MgO-크롬계 내화물의 침식율을 표 5에 나타내었다.

	실시예 5	MgO계 내화물	MgO-크롬계 내화물
시험1	71	100	81
시험2	57	100	69

표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 5의 경우, 종래 MgO계 또는 MgO-크롬계 캐스타블 내화물에 비해 침식율이 매우 낮음을 알 수 있었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 염기성 캐스타블 내화물에는 MgO-크롬계 원료를 사용하지 않으면서도 열충격 저항성 및 침식저항성이 높아서, 고온에서 사용시 내마모성이 우수한 효과가 있다.

Claims

MgO와 Al₂O₃를 20~30 : 80~90 중량비로 함유하고, 직경이 0보다 크고 1mm보다 작거나 같은 MgO-Al₂O₃스피넬(spinel)계 원료가 15 내지 25중량% 포함되고, 1mm 보다 큰 직경의 MgO계 원료가 40중량% 이상 포함되는 염기성 캐스타블 내화물.