KR100490991B1

KR100490991B1 - 탄소함유 내화재 조성물

Info

Publication number: KR100490991B1
Application number: KR10-2000-0079224A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-05-24
Also published as: KR20020049900A

Abstract

탄소함유 내화재조성물이 제공된다.

본 발명의 내화재조성물은,

중량%로, 탄소질 원료: 5~30%와 알루미나질 내화원료: 70~95%로 이루어진 조성을 기본으로 하고, 여기에 상기 기본조성에 대한 중량%로 포리카보실란 포리머 분말을 1-7% 추가로 포함하여 이루어진다.

본 발명은 내스폴링성과 열간강도가 우수할 뿐만 아니라 내산화성과 내식성도 우수한 탄소함유 내화물의 제조에 유용하다.

Description

탄소함유 내화재 조성물{Refractories composition containing carbon}

본 발명은 탄소함유 내화재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소질원료와 알루미나질 내화원료를 함유하는 내화재료에 세라믹 전구체인 포리카보실란 포리머를 적정량 첨가함으로 얻어지는 우수한 내스폴링성과 열간강도를 가질 뿐만 아니라 내산화성과 내식성을 갖는 탄소함유 내화재 조성물에 관한 것이다.

흑연등의 탄소질 원료를 함유하는 내화물은 알루미나, 마그네시아등의 내화재료에 비해 높은 열전도율과 낮은 열팽창율 때문에 내스폴링성이 우수할 뿐만 아니라 용융금속이나 슬래그등에 젖기 어려워 내식성도 우수한 것으로 종래부터 알려져 있다.

또한, 최근에는 이러한 탄소질 내화물에 대해 과소결 방지등의 기능을 부여한 까닭에 그 사용범위가 급속히 확대되고 있는 실정인데, 예컨데, 소결알루미나, 전융알루미나, 복사이트와 인상흑연을 사용한 알루미나-카본질 내화물은 전기로, 혼선차, 등에 사용되어 로의 수명연장에 기여하고 있다.

그러나 상술한 탄소함유 내화물은 연와 조직간의 결합이 주로 탄소결합에 의한 것이기 때문에 열간강도가 낮으며, 특히, 고온에서 내산화성이 약한 결점이 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 Al,Si,Mg등의 산화하기 쉬운 금속을 단독 또는 그 합금을 내화재료에 첨가하거나, B₄C, SiC등의 탄화물을 첨가하는 방법이 알려져 있으며, 또한 육붕화규소(SiB₆)나 저융점복합산화물로 흑연을 피복하는 방법도 제안되고 있다.

그러나 상기 산화하기 쉬운 금속이나 탄화물을 첨가하는 방법으로는 탄소질원료의 충분한 산화방지효과를 확보할 수 없었으며, 아울러 육붕화규소등의 첨가에 의한 방법의 경우도 안정한 피막을 형성하기 전에 용손 또는 마모에 의해 내화물 표면에 손상을 받게되고 이에 따라 품질이 불안정하다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소원료, 알루미나질 내화원료를 함유하는 내화원료에 포리카보실란(polycarbosilane) 포리머(polymer)를 소정량 첨가함으로써 우수한 내스폴링성과 열간강도를 가질 뿐만 아니라 내산화성과 내식성을 갖는 탄소함유 내화재 조성물을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, 탄소질 원료: 5~30%와 알루미나질 내화원료: 70~95%로 이루어진 조성을 기본으로 하고, 여기에 상기 기본조성에 대한 중량%로 포리카보실란 포리머 분말을 1-7% 추가로 포함하여 이루어지는 탄소함유 내화물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자는 탄소함유 내화물의 낮은 열간강도와 고온에서의 내산화성 열화문제를 햐결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, 탄소질원료와 아루미나질원료로 구성된 내화재료에 포리카보실란 포리머 분말을 적정량 첨가혼합할 경우 약 1200℃ 정도에서 포리카보실란이 SiC화됨으로써 알루미나-탄소벽돌의 내스폴링성과 열간강도를 유지할 수 있으며, 아울러 고온에서는 SiC가 우선 산화되어 탄소의 소실을 억제함과 동시에 조직을 치밀화시켜 내산화성과 내식성을 향상시킬 수 있음에 착안하여 본 발명을 제시하는 것이다.

즉, 본 발명은 탄소함유 내화재료에 포리카보실란 포리머 분말을 첨가혼합하여 고온 내산화성 및 내식성등을 향상시킴에 그 특징이 있다.

이하, 구체적인 구성성분 제한사유를 설명한다.

상기 탄소질원료로서 본 발명에서는 토상흑연, 석유코크스, 석탄피치코크스, 주물용 코크스, 카본블랙등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 인상흑연을 이용하는 것이다. 본 발명은 상기 탄소질원료의 입경에 특별히 제한되는 것은 아니나, 통상 1mm이하로 제한함이 바람직하다.

상기 탄소질원료의 사용량은 그 사용목적에 따라 다를 수 있지만 본 발명에서는 중량%로 5-30%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면 그 사용량이 5%미만이면 내스폴링성이 저하되는등 탄소함유 내화물의 장점을 충분히 발휘할 수 없으며, 30%를 초과하면 열간강도가 저하되어 바람직하지 않기 때문이다.

상기 알루미나질 원료로서 본 발명에서는 소결알루미나, 전융알루미나, 복사이트등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 이러한 알루미나질원료의 사용량은 내화물의 사용목적에 따라 다소 차이가 있지만 70-95%로 제한함이 바람직한데, 이는 이들 범위외에서는 내스폴링성, 열간강도 및 내식성이 저하되어 바람직하지 않기 때문이다.

한편, 본 발명은 상기 탄소질원료와 알루미나질원료로 구성된 내화재의 기본조성에, 내산화성등의 향상을 꾀하기 위해 포리카보실란 분말을 추가로 첨가함을 특징으로 한다.

상세하게 설명하면, 상기 내화재의 기본조성에 포리카보실란 분말을 첨가하여 불활성 분위기에서 가열하면, 첨가된 포리카보실란 분말은 약 500℃에서 분해되기 시작하여 약 800℃에서 비정질 무기 포리머로 변화되고, 1200℃정도가 되면 SiC 결정으로 석출된다. 이렇게 생성된 SiC는 상기 내화재료내에 함유된 탄소주위를 피복하게되고 이에 의해 조직을 치밀화시켜 기계적 강도 및 내산화성을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명에서는 포리카보실란 분말의 첨가량은 상기 내화재의 기본조성에 대한 중량%로 1-7%범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 그 첨가량이 1%미만에서는 그 첨가에 따른 효과를 얻을 수 없으며, 7%를 초과하면 내산화성 측면에서는 문제가 없지만 내식성이 저하되어 바람직하지 않기 때문이다.

상기 포리카보실란 분말의 입도를 44㎛이하로 제한함이 반응성, 균일성, 분산성을 고려할 때 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상술한 탄소함유 내화물에는 잔류탄소량이 많고 고 탄소수율을 가질 뿐만 아니라 성형시 작업성이 우수한 타르피치, 페놀레진 등의 바인더를 단독 또는 병용할 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 탄소질원료로서 인상흑연을 이용하고 알루미나질 원료로서 전융알루미나를 이용한 탄소함유 내화조성물을 각각 마련하였으며, 여기에서 첨가되는 포리카보실란은 하기 표 2와 같다. 그리고 이렇게 마련된 각각의 조성물에 레졸(resol)형 레진을 외삽으로 5.5중량%를 첨가하고 상온에서 20분간 혼련하였으며, 이후 1000kgf/cm²의 압력으로 40×40×160mm 형상으로 가압성형한후 180℃에서 15시간 열처리하였다.

이와 같이 마련된 각각의 시편을 이용하여 통상의 방법으로 기공율을 측정하였으며, 또한, 1400℃에서의 2시간 소성후의 중량감소율과 탈탄층두께를 측정하여 그 결과치를 하기 표 3에 나타내었다. 그리고 이로부터 얻어진 내화물 시편들에 염기도(CaO/SiO₂의 중량비)2의 슬래그를 사용하여 1600℃에서 2시간 회전침식시험을 행하였으며, 이에 따른 용손지수를 또한 하기 표 3에 나타내었다.

		전융알루미나	인상흑연	Al	Si	Al-Mg	SiC	포리카보실란
발명예	1	85	15	-	-	-	-	+1
	2	85	15	-	-	-	-	+3
	3	85	15	-	-	-	-	+5
비교예	1	85	15	+3	-	-	-	-
	2	85	15	-	+3	-	-	-
	3	85	15	-	-	+3	-	-
	4	85	15	-	-	-	+3	-
	5	85	15	-	-	-	-	+0.5
	6	85	15	-	-	-	-	+8

구분		특 성
분자량		1400~2000
용융점(℃)		230~245
화학조성(중량%)	Si	47~50
	C	40~42
	H	8.1~8.4
	O	0.5~0.7
	N	0.7~2.6
1000℃ 질소분위기 에서의 세라믹 수율(중량%)		62~64

		물 성
		기공율	1400℃ 2시간 소성후중량감소율(%)	1400℃ 2시간 소성후탈탄층두께(mm)	용손지수
발명예	1	3.2	4.0	2.8	76
	2	3.4	3.5	2.8	80
	3	3.6	3.2	2.3	85
비교예	1	3.3	4.5	3.5	100
	2	3.6	5.2	4.0	110
	3	3.4	4.3	3.5	110
	4	3.6	5.5	4.2	115
	5	3.2	5.0	4.0	78
	6	4.0	3.0	2.0	110

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 탄소질원료와 알루미나질원료로 구성된 기본조성에 포리카보시란을 소정량 첨가한 본 발명예(1~3)의 경우 모두 우수한 내산화성 및 내침식성을 나타내었다.

이에 반하여, 포리카보실란을 첨가치 않은 비교예(1~4) 및 너무 과소하게 첨가된 비교예(5)는 원하는 수준의 내산화성 및 내침식성을 나타내지 못하였다.

또한, 포리카보실란을 너무 과다하게 함유한 비교예(6)는 비록 내산화성은 우수하나 기공율이 나빠서 내침식성이 좋지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 포리카보실란을 소정량 첨가·이용함으로써 우수한 내스폴링성과 열간강도를 가질 뿐만 아니라 내산화성과 내식성을 갖는 탄소함유 내화재 조성물을 제공함에 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로, 탄소질 원료: 5~30%와 알루미나질 내화원료: 70~95%로 이루어진 조성을 기본으로 하고, 여기에 상기 기본조성에 대한 중량%로 포리카보실란 포리머 분말을 1-7% 추가로 포함하여 이루어지는 탄소함유 내화재조성물.
제 1항에 있어서, 상기 포리카보실란의 입도가 44㎛이하인 탄소함유 내화재조성물.