KR100450222B1 - 고로 출선통 신속 보수용 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 출선통의 손상부위를 신속하게 보수하는 내화물에 관한 것으로, 알루미나 성분이 90 중량% 이상 함유된 전융질 알루미나의 입도가 3∼1 mm인 것이 5∼10 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 1∼0.5 mm인 것이 25∼35 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 0.044 mm 이하인 것이 10∼15 중량%, 순도가 80%이고 입도가 0.074 mm인 탄화규소가 7∼15 중량%, 입도가 0.044 mm 이하인 하소알루미나가 7∼13 중량%, 점토가 7∼10 중량%, 붕사가 3∼6 중량%, 금속실리콘이 3∼5 중량%, 페로실리콘나이트라이드가 5∼7 중량%, 핏치가 5∼10 중량% 포함되고, 페놀레진이 외삽으로 5 중량% 포함됨으로써, 부착성이 좋고 내침식성이 우수한 고강도의 재질로서 침식이 심한 대통 및 기타 다른 출선통의 국부적인 손상부위를 열간에서 신속하게 보수하므로 출선통의 보수시간이 단축되고 출선통의 수명이 향상되는 효과가 있다.

Description

고로 출선통 신속 보수용 내화물 {Rapidly repairing refractories for trough of blast furnace}

본 발명은 고로 출선통의 손상부위에 사용되는 신속보수용 내화물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출선통의 국부적인 손상부위에 대한 부착성이 우수하고 내침식성이 우수한 고로 출선통 신속보수용 내화물에 관한 것이다.

일반적으로 고로 출선통에는 용도에 따라 여러 가지 종류가 있으며, 그 중에서 대통의 손상이 가장 심하다.

대통은 출선 중에는 고열하에서 용선 및 슬래그에 의해서 심한 침식을 받고, 출선이 종료된 후에는 냉각에 의해 급격한 열충격을 받는 가혹한 조건하에서 사용되므로 침식 및 열충격에 강한 고급질 알루미나를 주원료로 사용하고 있다.

고로 출선통에서 손상형태를 보면 용선의 흐름이 빠른 바닥 모서리 부분의 손상이 심하고 그 다음으로 용선과 슬래그의 경계면의 손상이 심하다. 이들 손상부위에 대한 보수방법으로는 건닝기(gunning machine)에 의한 건닝보수인 응급조치와, 출선통을 완전히 냉각시켜 형틀을 사용하여 유입시공재로 부분보수를 하는 방법이 있다.

출선통을 보수하는 종래방법에는 내화분말, 경화제, 알루미늄 분말 및 수분으로 구성된 혼합물을 노즐에 공급함과 동시에 노즐 선단부에서 경화촉진제를 내뿜어서 시공하는 부정형 내화물의 열간 건닝 시공방법이 있다.

또 다른 종래방법으로는, 실리카계 가소제 및 결합제를 함유하는 배합조성물을 미리 혼련한 것을 노즐에 압송하여 노즐 내에 규산소다 수용액 및 양이온계 고분자 수용액을 첨가하여 내뿜는 내화물 건닝 시공방법이 있다.

그러나, 이러한 종래방법들은 모두 고로 출선통의 보수에만 국한된 것이 아니고 일반적인 건닝 시공방법이며, 수분을 사용하므로 열간에서 건닝시에 수분의 증발에 의한 폭열발생이 예상되므로 출선통의 열간에서의 보수방법으로는 효과적인 해결방법이 되지 못하는 결점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 열간에서 작업이 안전하고도 간단하게 이루어지고 신속보수가 가능하며 수분을 사용하지 않는 재질의 내화물을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알루미나 성분이 90 중량% 이상 함유된 전융질 알루미나의 입도가 3∼1 mm인 것이 5∼10 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 1∼0.5 mm인 것이 25∼35 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 0.044 mm 이하인 것이 10∼15 중량%, 순도가 80%이고 입도가 0.074 mm인 탄화규소가 7∼15 중량%, 입도가 0.044 mm 이하인 하소알루미나가 7∼13 중량%, 점토가 7∼10 중량%, 붕사가 3∼6 중량%, 금속실리콘이 3∼5 중량%, 페로실리콘나이트라이드가 5∼7 중량%, 핏치가 5∼10 중량% 포함되고, 페놀레진이 외삽으로 5 중량% 포함된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 고로 출선통 신속보수용 내화물에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 고로 출선통 신속보수용 내화물의 주원료로서 알루미나 성분을 90 중량% 이상 함유하는 전융질 알루미나를 사용한다. 전융질 알루미나는 용선에 대해 침식에 강하므로 내화물의 내침식성을 향상시키는 역할을 한다. 전융질 알루미나 대신에 소결알루미나를 사용할 수도 있으나 소결알루미나보다는 전융질 알루미나가 내침식성이 우수하므로, 전융질 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다.

일반적으로 부정형 내화물의 제조시에는 작업성 및 최적의 물성을 얻기 위하여 크기가 다른 입자를 혼합하여 사용하고 있는데, 본 발명에서는 보수재의 작업성을 고려하여 대립은 사용하지 않고 3∼1 mm, 1∼0.5 mm 및 0.044 mm 입도의 세종류를 사용한다.

입도에 따른 전융질 알루미나의 사용량은 입도가 3∼1 mm인 것은 5∼10 중량%, 입도가 1∼0.5 mm인 것은 25∼35 중량%, 입도가 0.044 mm 이하인 것은 10∼15 중량%이다. 각 입도별로 사용량이 상기한 범위를 벗어날 경우에는 작업성이 불량하고 물성이 저하되어 보수재로서 부적합하므로, 상기한 양만큼 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 전융질 알루미나에 순도가 80%이고 입도가 0.074 mm인 탄화규소를 7∼15 중량%, 입도가 0.044 mm 이하인 하소알루미나를 7∼13 중량%, 점토를 7∼10 중량%, 붕사를 3∼6 중량%, 금속실리콘을 3∼5 중량%, 페로실리콘나이트라이드를 5∼7 중량%, 핏치를 5∼10 중량% 혼합하고, 외삽으로 페놀레진을 5 중량% 포함하여 혼합하며, 각각의 원료에 대해 설명하면 다음과 같다.

탄화규소(SiC)는 슬래그에 대한 내침식성이 우수하므로 출선통의 용선부와 슬래그부간의 경계면의 내침식성을 높이는 역할을 한다. 탄화규소의 입도가 미세할수록 반응성은 좋은 반면에 고가이므로, 경제성을 고려하여 본 발명에서는 0.074 mm인 것을 사용하였다.

탄화규소의 사용량이 7 중량% 미만이면 그 양이 부족하여 슬래그에 대한 내침식성을 높이는 역할을 수행하기 못하고, 15 중량%를 초과하면 슬래그에 대한 내침식성은 양호하였으나 탄화규소 자체가 소결성이 좋지않아 작업성이 불량하고 강도도 저하되었다. 따라서, 탄화규소의 사용량은 7∼15 중량%인 것이 바람직하다.

하소알루미나는 1000℃에서 보수재의 소결을 촉진하여 강도를 높이는 역할을 한다. 하소알루미나의 사용량이 7 중량% 미만이면 그 양이 부족하여 소결성 증진으로 인한 강도향상의 역할을 수행하지 못하고, 13 중량%를 초과하면 과소결이 되어 강도가 지나치게 높아서 통재와의 부착성이 저하되어 부적합하였다. 따라서, 하소알루미나의 사용량은 7∼13 중량%인 것이 바람직하다.

점토는 분말상태인 것을 사용하였으며 점력이 좋으므로 보수재의 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 점토의 사용량이 7 중량% 미만이면 그 양이 부족하여 부착성이 저하되고, 10 중량%를 초과하면 점력이 과도하여 균열이 발생하고 이로 인해 용선 및 슬래그의 침투를 용이하게 하여 부적합하였다. 따라서, 점토의 사용량은 7∼10 중량%인 것이 바람직하다.

붕사(borax)는 저융점 물질로서 보수재의 융점을 낮추어 낮은 온도에서 통재와의 부착성을 높이는 역할을 한다. 붕사의 사용량이 3 중량% 미만이면 그 양이 부족하여 보수재의 융점을 낮추는 효과가 없고, 사용량이 6 중량%를 초과하면 보수재 중의 저융점 물질량이 과다하여 부착성은 좋으나 침식이 심하여 부적합하였다. 따라서, 붕사의 사용량은 3∼6 중량%인 것이 바람직하다.

금속실리콘 및 페로실리콘나이트라이드(ferro silicon nitride)는 각각 보수재의 소결촉진제 역할을 하며, 이 둘을 혼합하여 사용할 때 그 효과가 크다. 금속실리콘 및 페로실리콘나이트라이드의 사용량이 각각 3 중량%와 5 중량% 미만이면 소결성을 높이기에는 그 양이 부족하여 강도가 낮고, 사용량이 각각 5 중량%와 7 중량%를 초과하면 과소결이 되어 강도는 매우 높으나 실리콘의 산화생성물인 SiO2의 영향으로 침식이 심하여 부적합하였다. 따라서, 금속실리콘과 페로실리콘나이트라이드의 사용량은 각각 3∼5 중량%와 5∼7 중량%인 것이 바람직하다.

핏치는 혼련이 잘 되도록 펠릿(pellet)상인 것을 사용하였으며, 융점이 낮아서 용융된 후에는 보수재의 부착성을 좋게 하고 미세기공을 형성하므로 폭열방지 역할을 한다. 핏치의 사용량이 5 중량% 미만이면 그 양이 부족하여 부착성 향상의 역할을 수행하지 못하고, 사용량이 10 중량%를 초과하면 사용량이 과다하여 시공시 여분의 핏치가 녹아서 내화물 표면에서 흘러내리고 또한 지나치게 큰 기공율은 침식저하의 원인이 되므로 부적합하다. 따라서, 핏치의 사용량은 5∼10 중량%인 것이바람직하다.

페놀레진은 상기한 바와 같은 내화물 원료들에 대한 결합제로 사용되며 상온강도 및 1000℃에서의 결합강도를 높이는 역할을 한다. 페놀레진의 사용량은 전체 원료를 충분히 코팅할 수 있는 정도로서, 외삽으로 5 중량%이면 적당하다.

실시예

본 발명의 실시예 1∼5에 따른 고로 출선통 신속 보수용 내화물의 조성이 표 1에 나타나 있으며, 표 1에 나타난 바와 같은 조성으로 각각의 원료, 즉, 입도에 따른 전융질 알루미나, 탄화규소, 하소 알루미나, 핏치, 점토, 붕사, 금속실리콘, 페로실리콘나이트라이드를 평량하여 온도조절이 가능한 습식 팬 믹서(wet pan mixer)에 넣고 가온하면서 페놀레진을 첨가하여 약 1시간 동안 혼련함으로써 원료의 표면이 레진으로 충분히 도포가 되도록 하였다.

보수재의 작업성 평가는 혼련과정에서 레진 첨가시의 원료의 도포상태를 보고 판단하였다. 부착성은 40×40×160 mm의 형틀에 통재를 절반가량 채우고 전기로에서 1000℃로 가열된 상태일 때 꺼낸 후 보수재를 충진하고 다시 전기로에서 1 시간 동안 가열한 다음 측정하였다.

내침식성, 부피비중 및 곡강도 측정을 위해 시편을 제작하였는데, 시편은 40×40×160 mm의 형틀에서 성형하고 공기 중에서 24 시간동안 양생시킨 후, 110℃의 건조기에서 24시간 동안 건조하여 제조하였다. 건조된 시편은 각각 1000℃ 및 1450℃의 전기로 내에서 3시간을 유지하여 소성 후의 부피비중 및 곡강도를 측정하였다.

내침식성 시험은 산소-프로판 가스를 열원으로 하는 버너가 설치된 회전침식시험기를 이용하여 선철과 슬래그를 투입하고 1550℃에서 1시간 동안 유지한 후, 용산과 슬래그를 부어내고 시편의 침식깊이를 측정하였다.

이러한 작업성, 내침식성, 부피비중 및 곡강도의 측정결과는 표 2에 나타나 있으며, 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.

비교예

표 1에는 본 발명에서 제시한 범위를 벗어난 조성인 비교예 1∼5의 조성이 실시예와 함께 나타나 있다. 표 1에 나타난 바와 같은 비교예 1∼5의 조성으로 내화물을 제조하고 본 발명의 실시예와 동일한 방법으로 내화물의 작업성, 부착강도, 내침식성, 부피비중, 곡강도를 측정하였다. 그 측정결과는 표 2에 나타나 있다.

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1∼5에 따른 내화물이 비교예 1∼5에 따른 내화물보다 작업성, 부착성, 내침식성이 우수하고 부피비중이 크며 곡강도가 큼을 알 수 있었다.

한편, 표 1에는 종래 보수용 내화물의 조성이 나타나 있으며, 그 조성으로 종래 보수용 내화물을 제조하여 물성을 측정하였다. 그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1∼5에 따른 내화물이 종래의 내화물보다 작업성, 부착성, 내침식성이 우수하고 부피비중이 크며 곡강도가 큼을 알 수 있었다.

조성	실시예	비교예	종래
	1	2		3	4	5	1	2	3	4	5
전융질알루미나	3∼1 mm	5	7	8	10	10	-	5	8	10	15	10
	1∼0.5 mm	35	30	30	25	25	31	40	26	27	20	40
	0.044mm이하	15	15	15	10	10	20	10	15	12	5	25
탄화규소	0.074 mm	10	10	12	15	7	12	7	5	15	20	-
하소알루미나	0.044mm이하	10	10	7	7	13	17	7	12	3	8	8
핏치	5	6	5	7	10	5	3	8	15	10	-
점토	7	7	10	10	10	7	14	10	10	4	5
실리카 초미분	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	6
붕사	3	4	3	6	5	-	9	3	4	4	-
금속 실리콘	5	5	5	3	3	3	-	7	4	5	-
페로실리콘나이트라이드	5	6	5	7	7	5	5	6	-	9	-
알루미나 시멘트	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	6
페놀레진(외삽)	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5

물성	실시예	비교예	종래
	1	2		3	4	5	1	2	3	4	5
작업성	Ｏ	Ｏ	Ｏ	Ｏ	Ｏ	×	×	×	×	×	△
부착강도(kg/㎠)	6.0	6.2	6.0	7.0	6.7	3.4	5.0	4.2	4.7	4.0	2.9
내침식성(침식깊이,mm)	3.2	3.0	3.4	4.2	3.9	7.2	10.4	6.7	7.0	6.2	6.4
부피비중(1000℃, 3hr)	2.36	2.38	2.35	2.31	2.33	2.02	1.92	2.06	2.01	2.10	2.12
곡강도(1000℃,kg/㎠)	63	68	60	53	57	32	28	38	32	40	33

Ｏ:양호, ×:불량, △:보통

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 핏치와 페놀레진을 결합제로 사용하고 저온에서 소결성이 좋은 붕사와 금속실리콘 분말과 같은 소결촉진제를 사용함으로써 조기강도가 발현되도록 하여 단시간에 강도가 높은 치밀한 조직을 형성하고 용선 및 슬래그의 침식에 견디는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고로 출선통 신속보수용 내화물은 부착성이 좋고 내침식성이 우수한 고강도의 재질로서 침식이 심한 대통 및 기타 다른 출선통의 국부적인 손상부위를 열간에서 신속하게 보수하므로 출선통의 보수시간이 단축되고 출선통의 수명이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 알루미나 성분이 90 중량% 이상 함유된 전융질 알루미나의 입도가 3∼1 mm인 것이 5∼10 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 1∼0.5 mm인 것이 25∼35 중량%, 상기 전융질 알루미나의 입도가 0.044 mm 이하인 것이 10∼15 중량%, 순도가 80%이고 입도가 0.074 mm인 탄화규소가 7∼15 중량%, 입도가 0.044 mm 이하인 하소알루미나가 7∼13 중량%, 점토가 7∼10 중량%, 붕사가 3∼6 중량%, 금속실리콘이 3∼5 중량%, 페로실리콘나이트라이드가 5∼7 중량%, 핏치가 5∼10 중량% 포함되고, 페놀레진이 외삽으로 5 중량% 포함된 고로 출선통 신속보수용 내화물.