KR100562991B1 - 송풍관 내화물 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송풍관 내화물 조성물에 관한 것으로, 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28 내지 39중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22 내지 25중량%, 소결알루미나 미분 17 내지 22중량%, 산화티탄 5 내지 8중량%, 산화크롬 6 내지 8중량%, 알루미나시멘트 4 내지 6중량% 및 세라믹 화이바 7 내지 10중량%를 포함하여 이루어지며, 본 발명에 의한 송풍관 내화물 조성물은 골재로서 무라이트와 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 및 산화크롬을 채택함으로써 단열성 및 내침식성이 우수한 효과가 있다.
고로, 송풍관, 무라이트, 산화티탄, 산화크롬, 세라믹 화이바

Description

송풍관 내화물 조성물{Batch Composition of Blow Pipe Refractories}
본 발명은 송풍관 내화물 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 골재로서 무라이트와 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 및 산화크롬을 채택함으로써 단열성 및 내침식성이 우수한 송풍관 내화물 조성물에 관한 것이다.
고로에 공급되는 열풍은 열풍로에서 생산되어 송풍관을 거쳐 풍구를 통하여 고로내부에 공급되어지며, 송풍관은 고온의 열풍을 계속 공급해야하므로 철피적열의 위험이 많아서 이를 방지하기 위하여 사용재질에 대한 단열성과 팽창수축에 의한 균열발생이 없이 고온에서 안정해야된다. 그리고 때로는 고로내의 미분탄, 슬랙, 용선 등이 침투하여 내화물을 손상시키는 경우가 빈번하므로 내침식성 또한 요구된다.
종래에 일본국 특허공개공보 공개번호 제 평9-157045 호에서는 고내화성 세라믹스의 중공립을 골재로 사용하여 제조되는 단열캐스타블에 관한 것이 게재되어 있다.
또한, 일본국 특허공개공보 공개번호 제 평10-1373 호에서는 알루미나 및 무라이트의 내화성골재와 천이알루미나의 주원료에 소석회, 실리카초미분, 세라믹섬 유(fiber) 및 발포제를 첨가하여 제조되는 단열캐스타블에 관한 것이 게재되어 있다.
그러나, 이들은 모두 공업로 및 용강과 접촉하는 연속주조용의 턴디쉬와 용강운반용기인 래들의 보열카바(cover)에 사용되는 단열내화물에 관한 것으로, 단열효과는 좋지만 침식에는 취약하므로 미분탄, 슬랙 및 용선의 혼합물에 대한 내침식성이 요구되는 부위의 내화물 손상억제에는 근본적인 해결방법이 되지못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 골재로서 열전도율이 비교적 작으면서 단열효과가 좋은 무라이트를 사용하고 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 및 산화크롬을 소량 첨가하여 강고한 치밀조직을 형성하여 침식을 억제함으로써 단열성 및 내침식성이 우수한 송풍관 내화물 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28 내지 39중량%; 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22 내지 25중량%; 소결알루미나 미분 17 내지 22중량%; 산화티탄 5 내지 8중량%; 산화크롬 6 내지 8중량%; 알루미나시멘트 4 내지 6중량%; 및 세라믹 화이바 7 내지 10중량%;를 포함하여 이루어지 는 것을 특징으로 하는 송풍관 내화물 조성물을 제공한다.
상기 세라믹 화이바의 길이는 3 내지 5mm일 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 송풍관 내화물 조성물은 골재로서 열전도율이 비교적 작으면서 단열효과가 좋은 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28 내지 39중량% 및 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22 내지 25중량%를 사용하고, 결합부에 소결알루미나 미분 17 내지 22중량% 뿐만 아니라 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 5 내지 8중량% 및 산화크롬 6 내지 8중량%를 첨가하여 강고한 치밀조직을 형성하여 침식을 억제하고, 결합강도를 높이기 위하여 알루미나 시멘트 4 내지 6중량%를 첨가하고, 팽창수축에 의한 균열을 방지하기 위하여 인성이 좋은 세라믹 화이바 7 내지 10중량%를 첨가하여 제조한다.
본 발명에서 사용되는 무라이트(Mullite, 3Al2O3.2SiO2)는 알루미나 보다는 침식에 약하지만 내화성이 좋고 열전도율이 작으므로 골재로 사용된다. 상기 무라이트가 최적의 내침식성 등의 물성을 나타내기 위해서는 시공체의 조직이 최밀충진구조가 되어야 하며, 이 경우 슬랙 및 용선과 같은 용융물이 침투하기 어렵게된다. 그러나 상기와 같이 시공체의 조직을 최밀충진구조로 하면 내침식성은 양호해지지만 단열성은 저하된다.
따라서, 상기 무라이트는 입도별로 적당한 사용량을 사용하여야 하며, 예를 들어 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28 내지 39중량% 및 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22 내지 25중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 각 입도별로 사용량 미만이거나 초과할 경우 열전도율이 커져 단열성이 떨어지거나 내침식성이 저하되어서 양 특성을 모두 만족할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 고순도의 소결알루미나 미분은 내화물의 결합부를 치밀하게 하여 용선 및 슬랙의 침투를 억제하는 역할을 한다. 또한, 제조방법에 따라 소결알루미나, 전융질알루미나, 하소알루미나 등의 인조 알루미나를 사용할 있다. 또한, 상기 소결알루미나의 입도가 0.044mm인 것을 사용할 수 있다.
상기 소결알루미나 미분은 17 내지 22중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 17중량% 미만일 경우 시공체의 조직이 치밀하지 못해 강도가 작고 내침식성이 저하되는 문제점이 있으며, 22중량%를 초과할 경우 원료의 분산효과가 좋아져 수분첨가량이 적어지므로 치밀한 조직이 얻어져서 내침식성이 양호해지나 열전도율은 오히려 높아져 단열성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 산화티탄(TiO2)은 결합부 구성원료들의 소결을 촉진시켜 강고한 조직을 만드는 역할을 하며, 입도는 0.044mm인 것을 사용할 수 있다. 상기 산화티탄은 5 내지 8중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량이 5중량% 미만일 경우 사용량이 적어 소결촉진효과가 떨어져 내침식성이 저하되는 문제점이 있으며, 8중량%를 초과할 경우 팽창이 커져 골재와 결합부간에 균열을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 산화크롬(Cr2O3)은 상기 산화티탄과 마찬가지로 결합부의 소결을 촉진시켜 골재와 결합부를 강고하게 결합시키는 역할을 하며, 입도는 0.044mm인 것을 사용할 수 있다. 상기 산화크롬은 6 내지 8중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량이 6중량% 미만일 경우 소결촉진에 의한 강도증가 효과가 작아져 내침식성이 저하되는 문제점이 있으며, 8중량%를 초과할 경우 소결촉진효과가 오히려 지나치게 커져서 결합부의 팽창을 유발하므로 골재와 결합부간에 균열을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 알루미나 시멘트는 내화물의 상온 및 1000℃부근에서의 결합강도를 높이는 역할을 한다. 상기 알루미나 시멘트는 4 내지 6중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량이 4중량% 미만일 경우 상온결합강도가 저하되는 문제점이 있으며, 6중량%를 초과할 경우 상온결합강도는 향상되나 알루미나 성분중에 함유되어있는 산화칼슘(CaO) 성분의 영향으로 침식이 심해지고 조직이 치밀해지며 열전도율도 커져 단열성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 세라믹 화이바(ceramic fiber)는 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiO2)로 구성되며, 상기 세라믹 화이바들이 서로 얽혀서 시공체의 결합력을 높이고, 균열발생을 억제시키며, 미세기공을 형성하여 수증기 유출을 향상시키는 역할을 한다.
상기 세라믹 화이바는 소량 첨가되므로 시공체에 크게 영향을 미치지 못하나, 세라믹 화이바의 길이는 작업성에 영향을 미친다. 상기 세라믹 화이바의 길이 는 3 내지 5mm가 바람직하며, 3mm 미만일 경우 길이가 짧아서 시공체의 결합력 증진효과가 저하되는 문제점이 있으며, 5mm를 초과할 경우 길이가 길어 서로 얽혀서 형성된 기공경이 커지는 문제점이 있다.
상기 세라믹 화이바의 사용량은 7 내지 10중량%가 바람직하며, 7중량% 미만일 경우 사용량이 적어 결합력 증진효과가 저하되는 문제점이 있으며, 10중량%를 초과할 경우 사용량이 많아서 섬유 상호간에 얽혀서 시공체의 조직이 치밀해지지 못해 내침식성이 저하되는 문제점이 있다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 25중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 22중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 5중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 7중량%, 알루미나시멘트 6중량% 및 세라믹 화이바 7중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 31중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 19중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 7중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 8중량%, 알루미나시멘트 5중량% 및 세라믹 화이바 8중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 39중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 17중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 5중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 6중량%, 알루미나시멘트 4중량% 및 세라믹 화이바 7중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 24중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 17중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 8중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 8중량%, 알루미나시멘트 5중량% 및 세라믹 화이바 10중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
입도가 0.5mm 미만인 무라이트 8중량%, 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 30중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 50중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 5중량% 및 알루미나시멘트 7중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 40중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 18중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 15중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 7중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 9중량%, 알루미나시멘트 6중량% 및 세라믹 화이바 5중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 26중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 26중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 24중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 4중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 7중량%, 알루미나시멘트 7중량% 및 세라믹 화이바 6중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 4]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 29중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 20중량%, 입도가 0.044mm인 산화티탄 9중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 9중량%, 알루미나시멘트 4중량% 및 세라믹 화이바 7중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 5]
입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 29중량%, 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 23중량%, 입도가 0.044mm인 소결알루미나 미분 24중량%, 입도가 0.044mm인 산화티 탄 7중량%, 입도가 0.044mm인 산화크롬 5중량%, 알루미나시멘트 3중량% 및 세라믹 화이바 9중량%를 혼합하여 송풍관 내화물 조성물을 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 하기 표 1과 같은 조성비를 가진 송풍관 내화물 조성물을 평량한 후, 만능혼련기에서 건식으로 혼련하고 수분 7중량%를 첨가하여 10분간 혼련하였다. 시편의 제조는 40x40x160mm 크기의 형틀에서 성형하여 공기중에서 24시간 자연건조시킨 후, 건조기에서 110℃로 24시간 건조하였다. 상기 시편을 이용하여 하기와 같은 시험방법으로 물성을 측정하였다.
비중, 선변화율 및 곡강도는 건조된 시편을 전기로에서 1000℃로 3시간 소성하여 측정하였다.
내침식성은 소형고주파 유도용해로(용량 3kg)에서 고로 슬랙을 사용하여 1500℃에서 1시간 유지시킨 후 출선하여 시편의 잔존두께를 측정하였다.
열전도율은 1200℃에서 소성한 시편(병형연와 3매)을 사용하여 열선법으로 1000℃에서 측정하였다.
작업성은 혼련이 된 시료를 유동성시험기의 형틀에 투입하여 30회 타격한 후 형틀을 제거했을 때 시료의 퍼짐상태를 측정하였고, 양호할 경우 ◎로, 불량할 경우 ×로 표시하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에 대한 물성측정결과를 하기의 표 1에 정리하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
조성 (중량%) 무라이트 (입도; 3 내지 10mm) 25 22 22 24 50 18 26 22 23
무라이트 (입도; 0.5 내지 3mm) 28 31 39 28 30 40 26 29 29
무라이트 (입도; 0.5mm 미만) - - - - 8 - - - -
소결알루미나 (입도;0.044mm) 22 19 17 17 5 15 24 20 24
산화티탄(입도;0.044mm) 5 7 5 8 - 7 4 9 7
산화크롬(입도;0.044mm) 7 8 6 8 - 9 7 9 5
알루미나 시멘트 6 5 4 5 7 6 7 4 3
세라믹 화이바 7 8 7 10 - 5 6 7 9
물성 선변화율(%) (1000℃×3Hr) -0.12 -0.10 -0.08 -0.09 -0.24 -0.18 -0.20 -0.19 -0.21
곡강도(㎏/㎠) (1000℃×3Hr) 180 175 160 165 140 150 152 148 145
내침식성(침식깊이, mm) 3.0 3.2 3.7 3.4 4.9 4.0 4.2 4.3 4.2
부피비중 2.43 2.42 2.45 2.46 2.59 2.50 2.51 2.53 2.52
열전도율(k㎈/mh℃) 1.70 1.68 1.71 1.69 1.94 1.78 1.79 1.82 1.80
작업성 ◎ ◎ ◎ ◎ × × × × ×
상기의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 골재로서 무라이트와 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 및 산화크롬을 사용하여 제조된 실시예 1 내지 4의 송풍관 내화물 조성물은 본 발명과 달리 결합부의 소결 촉진제로서 산화티탄 및 산화크롬을 사용하지 않은 비교예 1 및 본 발명의 사용범위를 벗어나는 비교예 2 내지 5의 송풍관 내화물 조성물에 비해 작업성 및 강도가 우수하고, 부피비중 및 침식깊이가 작으며, 열전도율이 낮음을 알 수 있었다. 즉, 단열성 뿐만 아니 라 내침식성이 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 송풍관 내화물 조성물은 단열성 및 내침식성이 우수하여 장기간 사용에도 철피적열이 없고 미분탄, 슬랙 및 용선에 의한 침식손상을 저감시키는 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.
상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (2)

  1. 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 28 내지 39중량%;
    입도가 3 내지 10mm인 무라이트 22 내지 25중량%;
    소결알루미나 17 내지 22중량%;
    산화티탄 5 내지 8중량%;
    산화크롬 6 내지 8중량%;
    알루미나시멘트 4 내지 6중량%; 및
    세라믹 화이바 7 내지 10중량%;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 송풍관 내화물 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 화이바의 길이는 3 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 송풍관 내화물 조성물.
KR1020030095327A 2003-12-23 2003-12-23 송풍관 내화물 조성물 KR100562991B1 (ko)

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