KR100446898B1

KR100446898B1 - 알시카 내화벽돌 조성물

Info

Publication number: KR100446898B1
Application number: KR10-1999-0059889A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2004-09-04
Also published as: KR20010060405A

Abstract

본 발명은 알시카 내화벽돌 조성물에 관한 것으로, 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 내화물 100 중량부에 대하여 Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속규소분말 3 중량부와 Na₂O를 20 내지 25 중량%, P₂O₅를 60 내지 65 중량% 및 B₂O₃를 10 내지 15 중량% 함유하는 복합산화물 0.3 내지 1.0 중량부를 첨가하여 내화벽돌을 제조하면 용선용기인 혼선차에 사용될 수 있는 내산화성이 우수한 알시카 내화벽돌을 제조할 수 있다.

Description

알시카 내화벽돌 조성물{Compositions of Alsica brick}

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은 알시카 내화벽돌 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용선용기인 혼선차 또는 용선래들 등에 사용될 수 있는 내산화성이 우수한 (a) 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 내화물, (b) Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속 규소분말 3 중량부 및 (c) Na₂O를 20 내지 25 중량%, P₂O₅를 60 내지 65 중량% 및 B₂O₃를 10 내지 15 중량% 함유하는 복합산화물 0.3 내지 1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알시카 내화벽돌 조성물에 관한 것이다.

[종래기술]

혼선차에서 사용하는 내화물은 Al₂O₃-SiC-C 질 불소성 내화벽돌( 이하 "알시카 내화벽돌"이라 한다)이 주류를 이루고 있다. 이러한 알시카질 내화물은 탄소를 함유하고 있기 때문에 내산화성을 향상시키기 것이 매우 중요하다. 따라서 알루미나-탄화규소-탄소로 이루어진 내화물에 대해 내산화성을 증진시킬 목적으로 산화방지제인 금속분말(Al, Si, Al-Mg), 탄화물(B4C), 저융점 복합산화물(붕규산계 프리트) 등이 사용되고 있다.

그러나 기존 저융점 복합산화물에 대하여 수 차례 산화시험을 실시한 결과 고온영역인 1400 ℃에서는 산화방지효과가 뚜렷하게 나타나고 있으나, 상대적으로 저온인 800 내지 1000 ℃ 영역에서는 탄소의 산화방지 효과가 미흡한 문제점이 있었다.

따라서 용성수선을 위해 혼선차를 승온할 때나, 수선 대기시 산화가 진행되어 내화물의 손상이 심한 문제점이 있었다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 고온 영역에서뿐만 아니라 저온 영역에서도 내산화성을 우수한 알시카 내화벽돌 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 100 중량부, (b) Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속 규소분말 3 중량부, (c) Na₂O를 20 내지 25 중량%, P₂O₅를 60 내지 65 중량% 및 B₂O₃를 10 내지 15 중량% 함유하는 복합산화물 0.3 내지 1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알시카 내화벽돌 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

알시카 내화벽돌은 탄소를 10 내지 15 중량% 정도 함유하기 때문에 내화물로서 제기능인 용선 또는 스래그에 대한 젖음성이 낮아 내침윤 및 내식성이 우수해야 하는 특성을 발휘하기 위해서는 탄소의 산화방지가 매우 중요한 과제이다. 본 발명자는 기존에 알시카 내화벽돌의 산화방지를 위하여 첨가되었던 붕규산계 프리트 첨가제에 대하여 수 차례 산화시험을 실시한 결과 고온 영역인 1400 ℃ 영역에서는 산화방지 효과가 뚜렷하게 나타나고 있으나, 저온인 800 내지 1000 ℃ 영역에서는 탄소의 산화방지 효과가 미흡한 것으로 나타났다. 이처럼 고온에서 산화방지 효과가 뚜렷한 것은 금속분말과 탄화규소가 탄소나, CO 가스와 작용하여 탄소를 재석출시키거나, 복합산화물이 용융되어 알루미나 또는 탄화규소와 반응하여 연화의 표면부가 치밀한 층을 형성하기 때문에 탄소의 산화가 억제되는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명자는 인산계 프리트가 저온의 영역에서도 용융되어 알시카 연화벽돌의 산화방지를 할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

하기 표 1은 종래에 산화방지제로 사용되던 붕규산계 프리트와 본 발명의 산화방지제인 상기 인산계 복합 산화물의 화학 조성을 나타낸 것이다.

[표 1]

단위:중량%	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	CaO	MgO	PbO	Na₂O	P₂O₅
붕규산계	60	10	15	5	1	4	5	-
인산계	-	-	10	-	-	-	20	70

상기 표 1은 붕규산계 프리트가 용융점이 높은 물질(SiO_2,Al₂O₃)을 다량 함유하고 있으며, 본 발명에 사용되는 인산계 프리트는 P₂O₅를 다량 함유하고 있음을 보여 준다.

하기 표 2는 상기 붕규산계 프리트와 인산계 프리트를 온도를 달리 하여 열처리했을 때 프리트의 연화상태를 요약한 것이다. 상기에서 각 프리트의 시편은 10 mm × 10 mm (직경)의 펠렛을 사용하였다.

[표 2]

열처리 온도(℃)	붕규산계 프리트	인산계 프리트
500	변화없음	용융 개시
600	변화없음	직경 15 mm
700	변화없음	직경 20 mm
800	20 % 수축	직경 27 mm (퍼짐)

상기 표 2는 붕규산계 프리트는 800 ℃가 되어도 소성 수축만 진행될 뿐 용융은 일어나지 않고 있으나, 인산계 프리트는 500 ℃부터 용융함을 보여 준다. 상기 결과로부터 인산계 프리트는 저온에서 용융되어 주위에 있는 탄소 입자의 표면을 피복하여 외부의 분위기로부터 탄소의 산화를 방지하는 작용을 하는 것을 알 수 있다.

또한 상기 붕규산계 프리트와 인산계 프리트의 산화억제 영향을 조사하기 위해 알루미나(Al₂O₃) 60 중량%, 탄화규소(SiC) 20 중량% 및 그라파이트 20 중량%로 이루어진 알시카 내화벽돌 조성물 100 중량부에 대하여 상기 2종류 프리트를 10 중량부씩 첨가하고, 결합제인 페놀레진을 바인더로 혼련한 후 1톤/cm²으로 시편을 제조하여 각 온도에서 산화시험을 하여 무게감소율의 결과를 하기 계산식 1에 의하여 계산한 후 하기 표 3에 나타내었다. 또한 참고예로서 상기 프리트를 전혀 첨가하지 않고 상기와 같은 방법으로 시편을 제조하여 산화시험을 하였다.

[계산식 1]

무게감소율 = {(W₁-W₂)/W₁} × 100

상기 계산식에서 W₁은 산화시험 전의 시편의 최초 무게이고, W₂는 산화시험 후의 시편의 무게이다.

[표 3]

	무첨가	붕규산계 프리트 첨가	인산계 프리트 첨가
800 ℃ × 2 시간	11.2	10.3	4.6
1000 ℃ × 2 시간	16.3	13.0	2.7
1200 ℃ × 2 시간	16.9	4.8	3.8

상기 표 3에서 알 수 있듯이 프리트를 첨가하지 않은 것에 비해 프리트 첨가품은 내산화성이 개선됨을 알 수 있다. 분규산계 프리트의 경우 1200 ℃ 이상에서는 내산화성이 뚜렷이 개선되나 그 이하의 온도에서는 큰 효과를 나타내지 못하였다. 반면 연화점이 낮은 인산계 프리트는 1000 ℃ 이하의 온도에서도 산화억제 효과가 뚜렷하게 나타남을 알 수 있다.

또한 본 발명의 알시카 내화벽돌 조성물은 Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속 규소분말를 포함한다. 상기 금속 규소분말은 상기의 인산계 복합산화물과 함께 산화방지제로 작용한다. 본 발명의 알시카 내화벽돌 조성물에 있어서, 상기 금속 규소분말의 사용량은 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 내화물 100 중량부에 대하여 상기 금속 규소분말을 3 중량부 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 알시카 내화벽돌 조성물은 상기 알시카 내화물, 금속규소, 인산계 복합산화물 외에도 통상적으로 알시카 내화벽돌의 제조에 사용되는 첨가제를 포함할 수 있으며, 상기 첨가제의 예로서 페놀수지 등의 결합제를 들 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

알루미나 75 중량%, 탄화규소 10 중량% 및 탄소 15 중량%를 함유하는 알시카 내화물 100 중량부에 대하여 금속규소를 3 중량부와 인산계 복합산화물 0.3 중량부 및 결합제인 페놀수지 4 중량부를 첨가하여 혼련 후 일정압력으로 성형하여 알시카 내화벽돌을 제조하였다.

[실시예 2 및 비교예 1 내지 3]

하기 표 4에서 기재한 것과 같이 복합산화물의 종류와 양을 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다.

[실험 1]

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 시편을 250 ℃에서 건조시킨 후 각 온도에서 내산화성과 내침식성을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다. 상기에서 산화시험은 가스로를 이용하여 각 온도에서 3 시간 유지한 후 냉각하여 산화층의 두께를 비교하여 지수로 나타내었다. 또한 상기에서 침식성은 유도용해로를 이용하여 1500 ℃에서 1 시간 실시하였으며, 침식제로는 용선과 혼선차 스래그를 사용하였다.

[표 4]

	실시예	비교예
	1	2	1	2	3
Al₂O₃	75	75
SiC	10	10
C	15	15
금속 규소 분말	+3	+3
복합산화물	붕규산계 프리트	-	-	+1	-	-
복합산화물	인산계 프리트	+0.3	+1.0	-	+0.2	+1.2
산화지수	1000 ℃ × 3hr	90	70	100	100	60
산화지수	1400 ℃ × 3hr	80	62	100	108	65
침식지수	85	90	100	100	120

상기 표 4에서 비교예 1은 기존의 붕규산계 프리트를 첨가한 것으로 고온에서의 내산화성은 실시예의 것과 유사하나 저온에서의 산화방지 효과는 없는 것으로 나타났다.

상기 표 4에서 비교예 2 및 3은 인산계 프리트의 사용량이 바람직한 범위를 벗어난 경우로, 비교예 2는 인산계 프리트를 너무 적게 첨가하여 내산화성이 증진되지 않음을 알 수 있고, 비교예 3은 인산계 프리트를 지나치게 많이 첨가한 경우로 내산화성은 우수하나 저융점생성물의 과다로 알시카 내화벽돌의 내식성이 떨어짐을 알 수 있다.

상기 표 4에서 실시예 1 및 2는 내침식성의 저하 없이 내산화성이 우수함을 보여 준다.

상기에서 살펴본 바와 같이 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 내화물 100 중량부에 대하여 Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속 규소분말 3 중량부와 Na₂O를 20 내지 25 중량%, P₂O₅를 60 내지 65 중량% 및 B₂O₃를 10 내지 15 중량% 함유하는 복합산화물 0.3 내지 1.0 중량부를 첨가하여 내화벽돌을제조하면 고온 영역에서뿐만 아니라 저온 영역에서도 내산화성이 우수한 알시카 내화벽돌을 제조할 수 있다.

Claims

(a) 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 탄소(C)를 함유하는 알시카 내화물 100중량부;

(b) Al, Si 및 Mg-Al을 함유하는 금속 규소분말 3 중량부;

(c) Na₂O를 20 내지 25 중량%, P₂O₅를 60 내지 65 중량% 및 B₂O₃를 10 내지 15 중량% 함유하는 복합산화물 0.3 내지 1.0 중량부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 알시카 내화벽돌 조성물.