KR100567918B1 - 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물에 관한 것으로, 돌로마이트 클링커 70 내지 97중량부 및 인상 흑연 3 내지 30중량부를 포함하는 주성분 100중량부, 액상 수지 결합재 2 내지 5중량부, 고상 결합재 1 내지 5중량부 및 알루미늄 금속염 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어지며, 본 발명에 의한 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 채택함으로써 강도 및 내산화성 뿐만 아니라, 내스폴링성이 우수한 효과가 있다.
알루미늄 금속염, 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말, 돌로마이트 클링커, 인상흑연, 액상 수지 결합재

Description

카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물{Dolomite Refractories Composition With Carbon}
본 발명은 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 채택함으로써 강도 및 내산화성 뿐만 아니라, 내스폴링성이 우수한 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물에 관한 것이다.
카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물은 스테인리스 제강공정의 정련공정에서 사용되는 염기성 내화벽돌이다. 상기 내화물은 1600℃ 이상에서 사용되기 때문에 상온강도, 고온강도 등의 기계적성질 뿐만 아니라, 탄소의 산화에 의하여 내화물이 열화되지 않도록 내산화성을 갖어야 하고, 용강에 의해 젖음성(wettability)을 나타내지 않으며 갑작스런 열충격에 의해 내화물이 파손되는 스폴링(spalling)에 대한 저항성이 우수해야 한다.
종래에는 고온강도를 향상시키기 위하여 클링커(clinker) 및 탄소원으로서 인상(flake) 흑연을 혼합하고, 이를 성형하여 성형체를 제조한 후, 이 성형체를 소 성하여 흑연을 포함하는 내화물을 제조하는 방법이 시도되었다. 그러나, 상기와 같이 클링커와 인상 흑연만 사용하여 성형체를 제조하면 성형체 제조가 어렵고, 제조된 성형체의 강도가 약한 문제점이 있었다. 그래서, 성형조제인 결합재로서 수지를 사용하여 성형체를 제조하는 방법이 일반적으로 실시되고 있다(G.I.Antonov, Refractory and Industrial Ceramics, 39(9-10) 329 (1998), E.V.Krivokorytov et.al., Glass and Ceramics, 55(5-6) 144 (1998), W. Sinclair, Materials Forum 20 193 (1996)).
즉, 상기 주성분인 골재성분과 결합재를 혼합하여 성형하고 소성하면, 결합재가 중합되면서 골재성분들이 결합되어 우수한 강도를 갖는 성형체가 제조될 수 있다.
상기 결합재로서는 액상, 고상 또는 이들 복합체의 페놀 수지가 사용되고 있으나, 수지의 가격이 고가이며, 수지를 사용하여 제조된 내화물을 실제 제강조업중에 사용할 때 이 수지가 흑연으로 결정화되기 어려운 난흑연화성 탄소로 되어 제조된 내화물이 취성을 갖는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 가능한한 결합재의 양을 최소로 하면서 성형시의 결합력을 부여하기 위하여 결합재 수지의 점도를 조절하거나 유기용매로 변성시킨 수지를 사용하는 등의 연구가 진행되어 왔으나, 수지의 변성에 의해서 결합재의 가격은 더욱 상승하였고, 강도, 내산화성, 내스폴링성 등의 특성이 현저히 상승하지 못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 채택함으로써 강도 및 내산화성 뿐만 아니라, 내스폴링성이 우수한 카본을 포함하는 돌로마이트질 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, 돌로마이트 클링커 70 내지 97중량부 및 인상 흑연 3 내지 30중량부를 포함하는 주성분 100중량부; 액상 수지 결합재 2 내지 5중량부; 고상 결합재 1 내지 5중량부 및 알루미늄 금속염 1 내지 10중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 제공한다.
상기 고상 결합재가 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말일 수 있다.
상기 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말의 연화점은 80 내지 250℃일 수 있다.
상기 고상 결합재가 주성분 100중량부에 대하여 고상 페놀계 수지 1 내지 3중량부일 수 있다.
상기 액상 수지 결합재가 액상 페놀계 수지일 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 돌로마이트 클링커 및 인상 흑연의 주성분과 함께 성형조제로서 결합재를 사용하며, 특히 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 사용하고, 아울러 산화방지제 뿐만 아니라 결합재의 중합촉매작용을 하는 알루미늄 금속염을 첨가함으로써 생산원가를 절감하면서 높은 고온강도를 나타내고, 산화저항성도 우수하며 동시에 높은 내스폴링성을 갖는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 제공한다.
상기 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 돌로마이트 클링커 70 내지 97중량부 및 인상 흑연 3 내지 30중량부를 포함하는 주성분 100중량부, 액상 수지 결합재 2 내지 5 중량부, 고상 결합재 1 내지 5중량부 및 알루미늄 금속염 1 내지 10중량부를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 사용되는 알루미늄 금속염은 산화방지 뿐만 아니라 결합재의 중합 촉매 작용을 한다. 즉, 상기 주성분인 골재성분 사이에는 결합재 수지로부터 유도된 탄소재료가 분포하게 되므로 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물의 특성은 결합재 수지로부터 유도된 탄소재료의 특성에 크게 의존하게 된다. 따라서, 결합재 수지로부터 유도된 탄소재료의 특성을 향상시키기 위하여 알루미늄 금속염을 사용하며, 상기 알루미늄 금속염은 결합재의 중/축합 촉매 작용을 하게 되고, 이에 따라 결합재 수지의 중/축합 반응이 활발하게 일어나서, 골재성분들을 더욱 견고하게 결합시켜 강도, 내산화성 및 내스폴링성이 우수해진다.
상기 알루미늄 금속염은 특별히 한정하는 것은 없으며, 황산염, 질산염 등 통상의 염을 사용해도 무방하다.
상기 알루미늄 금속염의 사용량은 주성분 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부가 바람직하다. 그 사용량이 1중량부 미만일 경우 중/축합 촉매로서의 작용은 가능할 것이나 산화방지효과 및 내스폴링성이 저하되는 문제점이 있으며, 10중량부를 초과할 경우 중/축합 촉매로서의 역할 및 사용중의 산화방지제로서의 역할은 기대할 수 있으나 분해반응시의 물의 증발에 기인한 기공의 형성으로 산화방지효과가 결여될 가능성이 있으며 동시에 높은 기공율을 나타낼 것이므로 강도가 떨어지고 내스폴링성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 주성분은 골재성분인 돌로마이트 클링커 70 내지 97중량부와 인상 흑연 3 내지 30중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 돌로마이트 클링커 70 내지 90중량부와 인상 흑연 10 내지 30중량부를 사용하는 것이 좋다.
상기 돌로마이트 클링커의 사용량이 70중량부 미만이거나 97중량부를 초과할 경우 인상흑연의 첨가효과가 발현되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 인상 흑연의 사용량이 3중량부 미만일 경우 인상흑연의 첨가효과가 발현되지 못하는 문제점이 있으며, 30중량부를 초과할 경우 탄소가 용강중으로 용해되어 용강을 오염시킬 뿐만 아니라 내화물의 강도를 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 액상 수지 결합재는 액상 페놀계 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 그 사용량은 주성분 100중량부에 대하여 2 내지 5중량부가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 고상 결합재는 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말, 고상 페놀계 수지 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 주성분 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부가 바람직하다. 또한, 고상 결합재로는 고상 페놀계 수지보다 더 저렴한 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말은 연화점이 80 내지 250℃인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 연화점이 80℃ 미만일 경우 탄화 수율이 저하되는 문제점이 있으며, 250℃를 초과할 경우 유동성이 결여되어 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말의 탄화 반응중 용융된 용융 핏치가 주성분 사이로 흘러들어가기 어려우며, 이로 인해 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물의 특성이 열화될 수 있으며, 내스폴링성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말의 사용량은 주성분 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부가 바람직하며, 그 사용량이 1중량부 미만일 경우 결합재의 역할이 저하되는 문제점이 있으며, 5중량부를 초과할 경우 열처리중 점도가 낮은 용융 핏치가 외부로 배출되어 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물 전체의 성능이 열화될 수 있으며, 내스폴링성이 저하되는 문제점이 있다.
고상 페놀계 수지는 주성분 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 그 사용량이 1중량부 미만일 경우 결합재의 역할이 미미하며, 3중량부를 초과할 경우 사용중에 휘발물질의 증가로 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물의 물성을 저하시키는 문제점이 있다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
주성분으로 돌로마이트 클링커 80중량부와 인상 흑연 20중량부를 혼합하였다. 상기 혼합물 100중량부에 대하여 액상 페놀계 수지 3중량부, 연화점이 200℃인 석유계 고상 핏치 분말 2중량부 및 알루미늄 금속염 5중량부를 상기 주성분 혼합물에 첨가한 다음, 이를 성형하여 성형체를 제조한 후, 이 성형체를 1000℃에서 소성처리하여 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
연화점이 200℃인 석유계 고상 핏치 분말 2중량부 대신에 고상 페놀계 수지 2중량부를 적용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 첨가한 다음, 이를 성형하여 성형체를 제조한 후, 이 성형체를 1000℃에서 소성처리하여 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
알루미늄 금속염 5중량부를 제외하고 실시예 1과 동일하게 첨가한 다음, 이를 성형하여 성형체를 제조한 후, 이 성형체를 1000℃에서 소성처리하여 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조한 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물을 7초 내에 소정의 온도에 도달하는 급속승온에 의해 내부에 균열이 발생하는 온도를 측정하는 내스폴링성을 측정하였다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 사용하여 제조된 실시예 1의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 1820℃에서 파괴가 일어난 반면에, 알루미늄 금속염을 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 1550℃에서 파괴가 일어남을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따라 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 고상 페놀계 수지를 사용하여 제조된 실시예 2의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 1780℃에서 파괴가 일어난 반면에, 알루미늄 금속염을 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 1550℃에서 파괴가 일어남을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따라 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 사용하여 제조된 실시예 1의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 본 발명과 달리 알루미늄 금속염을 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물에 비해 내스폴링성이 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물은 산화방지제 및 중/축합 촉매제로서 알루미늄 금속염과 고상 결합재로서 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말을 채택함으로써 강도 및 내산화성 뿐만 아니라, 내스폴링성이 우수한 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 (5)

  1. (정정)돌로마이트 클링커 70 내지 97중량부 및 인상 흑연 3 내지 30중량부를 포함하는 주성분 100중량부;
    액상 수지 결합재 2 내지 5중량부;
    석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말인 고상 결합재 1 내지 5중량부; 및
    알루미늄 금속염 1 내지 10중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물.
  2. 삭제
  3. (정정)제 1 항에 있어서,
    상기 석탄계 또는 석유계 고상 핏치 분말의 연화점은 80 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고상 결합재가 주성분 100중량부에 대하여 고상 페놀계 수지 1 내지 3중량부인 것을 특징으로 하는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상 수지 결합재가 액상 페놀계 수지인 것을 특징으로 하는 카본을 포함하는 돌로마이트질 내화물 조성물.
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CN110357491A (zh) * 2019-07-31 2019-10-22 杨腾跃 一种耐火复合材料及其制备方法

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