KR100569209B1 - 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물 - Google Patents

마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제강용 로나 래들등에 사용되는 염기성 내화물에 관한 것으로서,열충격 저항성, 내식성 및 저열팽창에 의한 구조적 안정성이 우수한 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 전융 마그네시아: 63∼75중량%, 소결 마그네시아: 4∼6중량%, 전융 스피넬: 9∼25중량%, 및 흑연: 9∼13중량%로 이루어지는 주원료와 이 주원료에 대하여 1∼5중량%의 알루미늄, 0.5∼4중량%의 규소 및 2∼5중량%의 페놀수지를 포함하여 구성되는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물을 그 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 전융 스피넬을 적정량 첨가함으로써 열팽창을 저감시켜 열응력 발생을 저감시켜 내스폴링성을 개선시킬 뿐만 아니라 내식성면에도 우수한 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 벽돌을 제공할 수 있다.
염기성, 내화물, 내식성, 내스폴링성, 전융 스피넬

Description

마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물{Magnesia-Spinel-Carbon Basic Refractory}
도 1은 발명재 및 종래재에 있어서 온도에 따른 선변화율을 나타내는 그래프
본 발명은 제강용 로 및 래들등에 사용되는 염기성 내화물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물에 관한 것이다.
일반적으로, 제강공정에 사용되는 로 및 래들등의 바닥 또는 벽체부분은 열응력이 집중되는 곳으로서 용손발생이 심하다.
특히, 래들등의 바닥 및 벽체부분은 용강에 의해 마모가 수반되고, 응력 집중과 용강 및 슬래그 침투에 의한 표면박리현상인 스폴링(spalling)현상이 수반되고, 또한 출강 후에는 열적 스폴링이 수반되는 부분이다.
따라서, 래들등의 바닥 및 벽체부분에 사용되는 내화물로는 특히 고내식성 및 저열팽창성 그리고 우수한 열충격 저항성등의 물성이 요구된다.
래들등에 사용되는 내화물로는 하이 알루미나질, 알루미나-마그네시아-카본질, 마그네시아-알루미나-카본질 내화물이 알려져 있으며, 특히 마그네시아-알루미 나-카본질 내화물의 경우 고내식성 때문에 로 및 래들등의 바닥 및 벽체에 많이 적용되고 있다.
그러나, 상기 내화물중 하이 알루미나질 및 알루미나-마그네시아-카본질 내화물은 내식성이 떨어지는 문제점이 있고, 그리고 마그네시아-알루미나-카본질 내화물은 내식성은 좋으나, 열간에서의 팽창율이 크기 때문에 열 응력발생을 통한 스폴링 이 발생되고, 또한 내화물의 카본산화에 의한 손상등을 가져오는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 열충격 저항성, 내식성 및 저열팽창에 의한 구조적 안정성이 우수한 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 전융 마그네시아: 63∼75중량%, 소결 마그네시아: 4∼6중량%, 전융 스피넬: 9∼25중량%, 및 흑연: 9∼13중량%로 이루어지는 주원료와 이 주원료에 대하여 1∼5중량%의 알루미늄, 0.5∼4중량%의 규소 및 2∼5중량%의 페놀수지를 포함하여 구성되는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 제강용 로 및 래들등에 사용되는 마그네시아-스피넬-카본질 염기 성 내화물에 관한 것으로서, 주요 특징은 전융 알루미나 대신에 열적으로 안정된 특성을 나타내고 또한 내식성이 우수한 전융 스피넬 원료를 적용하여 열응력 발생을 저감시키고 또한 내식성을 향상시키는데 있는 것이다.
본 발명의 염기성 내화물을 구성하는 성분 중 전융 마그네시아는 슬래그에 대한 내식성이 높은 주성분으로서 첨가되지만, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 열간에서의 팽창율이 커 구조적인 스폴링이 발생되므로, 그 함량은 63∼75중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 전융 마그네시아는 입도 5~1mm인 전융 마그네시아 클링커 : 65-75중량% 및 1mm이하인 전융 마그네시아 클링커 : 25-35중량%로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결 마그네시아는 열간에서 소결성 향상을 유도하여 강도을 향상시키기 위하여 첨가되는 것이지만, 그 첨가량이 너무 많은 경우에는 열간에서의 내식성이 저하되므로, 그 함량은 4∼6중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 전융 스피넬은 대체로 열간에서 구조적으로 안정하여 열간팽창율이 낮아 내스폴링성을 향상시키기 위하여 첨가되는 성분으로서, 그 함량이 너무 적은 경우에는 첨가효과가 충분하지 않고, 너무 큰 경우에는 내화물내의 Al2O3성분이 많아 내식성이 저하되므로, 그 함량은 9∼25중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 전융 스피넬로는 그 입도가 5mm이하인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼5mm의 입도를 갖는 전융 스피넬: 40∼60중량% 및 1mm이하의 입도를 갖는 전융 스피넬: 40∼60중량%로 조성되는 것을 사용하는 것이다.
또한, 상기 전융 스피넬은 MgO: 24∼25중량%, Al2O3: 73∼75중량%, 및 나머지 불순물로 조성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 흑연은 열간에서의 팽창율을 저하시켜 내 스폴링성을 향상시키고 슬래그에 대한 침식저항성을 향상시키기 위하여 첨가되는 성분으로서, 그 함량이 너무 적은 경우에는 그 첨가효과가 충분하지 않고, 너무 큰 경우에는 열간에서 산화되기 쉽고 기계적 마모저항성을 저하시키므로, 그 첨가량은 9∼13중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 흑연으로는 순도 85%이상급을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알루미늄(Al)은 첨가제로서, 열간에서 흑연과 반응하여 탄화물(Al4C3)를 생성하여 열간강도를 향상시키는 작용을 하지만, 그 첨가량이 많은 경우에는 대기중의 수분과 반응하여 소화반응을 일으켜 벽돌의 부피팽창 및 조직의 붕괴를 일으킬 수 있으므로, 그 첨가량은 1∼5중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 규소(Si)는 벽돌의 강도 향상 및 열간에서의 팽창을 억제하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 그 함량이 너무 많은 경우에는 규소의 산화반응 생성물인 산화규소(SiO2)가 내화물중의 마그네시아와 반응하여 산화규소계 저융점화합물을 형성하여 내화물의 손상을 빠르게 하므로, 그 함량은 0.5∼4중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 페놀수지는 바인더로서 첨가되는 것으로서, 그 함량은 2∼5중량%로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 부합되는 염기성 내화물은 전융 알루미나 대신에 열적으로 안정된 특성을 나타내고 또한 내식성이 우수한 전융 스피넬 원료를 적용한 것으로서, 열응력 발생이 저감될 뿐만 아니라 우수한 내식성을 갖게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
하기 표 1의 조성을 갖는 내화재를 제조한 다음, 환원소성전후의 부피비중, 기공율 및 압축강도를 측정하고, 그리고 곡강도, 산화후 중량감소율 및 압축강도와 침식깊이 및 침식지수를 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 발명재(2)와 종래재에 대한 열간선변화율을 조사하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
구분 종래재 발명재1 발명재2 비교재1 비교재2
조성 (중량%) 전융 마그네시아 클링커 입도 5-1mm 50 40 40 30 25
1mm이하 18 28 23 23 18
소결 마그네시아 클링커 미립분 5 10 5 5 5
전융 스피넬 클링커 입도 5-1mm - 10 10 20 25
1mm이하 - - 10 10 15
전융 알루미나 클링커 입도 5-1mm 10 - - - -
1mm이하 5 - - - -
흑연 순도 85%급 12 12 12 12 12
첨가제 알루미늄 2 2 2 2 2
규소 1 1 1 1 1
바인더 페놀수지: 3.4중량%
종래재 발명재 1 발명재 2 비교재 1 비교재 2
환원 소성전 부피비중 3.07 3.04 3.03 3.03 3.04
기공율(%) 2.2 1.4 1.8 1.5 1.4
압축강도(kg/cm2) 501 596 574 583 568
환원 소성후 부피비중 2.95 2.98 2.97 2.97 2.98
기공율(%) 10.8 10.3 10.4 10.4 10.6
압축강도(kg/cm2) 412 400 412 420 423
곡강도 (kg/cm2) 상온 172 172 160 176 172
환원소성후 63 63 73 85 92
1400℃열간 101 101 101 102 92
산화시험 중량감소율(%) 9.2 8.0 8.2 8.1 8.2
산화후압축강도(kg/cm2) 170 290 274 281 265
침식시험 침식길이(mm) 20.0 14.27 14.98 17.22 18.11
침식지수 100 71 75 86
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 상기한 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명재(1 및 2)는 종래재에 비하여 내식성, 내산화성, 그리고 열간에서의 팽창율이 낮아 응력저감면에서 우수하고, 또한, 비교재(1,2)에 비해서는 특히 내식성이 우수함을 알 수 있다.
즉, 상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 전융 스피넬 함량 증가에 따른 환원소성 전,후의 부피비중은 일정하게 나타남을 알 수 있다.
단지 환원소성 후 압축강도면에서 전융 스피넬 함량이 증가할수록 향상되는 경향을 나타내고 있으며 이는 환원소성후 곡강도 결과와 일치하는 경향을 나타내고 있다.
이는 전융 스피넬이 환원분위기에서 첨가제로 사용된 알루미늄 및 규소와의 반응성면에서 전융 마그네시아 원료 대비 우수한 것으로 판단된다.
상온 및 열간곡강도의 경우 전융 스피넬 함량에 따른 변화경향은 거의 없이 일정한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한 중량감소율면에서도 전융 스피넬 함량에 따라 뚜렷한 차이없이 대체로 일정한 값을 유지하고 있으며 산화 시험후 압축강도면에서도 뚜렷한 차이가 없음을 알 수 있다.
전융 스피넬을 첨가한 발명재(1) 및 (2), 비교재(1) 및(2)는 전융 알루미나를 첨가한 종래재에 비하여 중량감소율이 낮아 산화 후 압축강도가 높게 나타나고 있는데, 이는 전융 스피넬이 전융 알루미나 대비 열간에서의 저융점 생성이 용이하여 산화보호막 형성이 용이하기 때문이다.
한편, 내식성측면에서, 전융 스피넬 함량이 증가할수록 침식길이는 증가하는 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이는 전융 스피넬 함량이 증가할수록 전체 내화물의 Al2O3함량이 증가하게 되고 따라서 슬래그 성분인 CaO나 SiO2와의 반응에 의한 화학적 용손이 커지게 되는 것에 기인한 것으로 판단된다.
그러나, 그 함량이 30중량%이상인 경우에는 침식길이가 큰 폭으로 증가함을 알 수 있다.
따라서, 내마모성 및 내식성 그리고 내산화성을 기준으로 전융 스피넬 적정함량은 25중량%까지 사용이 가능한 것으로 판단되었다.
도 1은 발명재(2)와 종래재에 대한 열간선변화율을 조사한 결과를 나타내는 것으로서, 도 1에 나타난 바와 같이, 발명재(2)와 종래재는 800℃까지는 거의 동일한 열간선변화율을 나타내나 800℃이상부터는 종래재가 발명재(2)보다 더 큰 값을 나타내고 있는데, 이는 전융 스피넬이 전융 알루미나에 비하여 열간에서 매우 안정하다는 것을 의미하는 것이다.
이러한 결과는 전융 스피넬 원료를 첨가할 경우 래들의 열간에서의 팽창에 따른 응력이 적음을 알수 있으며 따라서 열응력 발생에 따른 스폴링 저감에 효과적이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전융 스피넬을 적정량 첨가함으로써 열팽창 저감을 통한 열응력 발생을 저감시킴으로써 내스폴링성을 개선시킬 뿐만 아니라 내식성면에도 우수한 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 벽돌을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 전융 마그네시아: 63∼75중량%, 소결 마그네시아: 4∼6중량%, 전융 스피넬: 9∼25중량%, 및 흑연: 9∼13중량%로 이루어지는 주원료와 이 주원료에 대하여 1∼5중량%의 알루미늄, 0.5∼4중량%의 규소 및 2∼5중량%의 페놀수지를 포함하여 구성되고; 그리고 상기 전융 스피넬은 1∼5mm의 입도를 갖는 전융 스피넬: 40∼60중량% 및 1mm이하의 입도를 갖는 전융 스피넬: 40∼60중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물
  2. 제1항에 있어서, 전융 마그네시아는 입도 5~1mm인 전융 마그네시아 클링커 : 65-75중량% 및 1mm이하인 전융 마그네시아 클링커 : 25-35중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전융 스피넬은 MgO: 24∼25중량%, Al2O3: 73∼75중량%, 및 나머지 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 마그네시아-스피넬-카본질 염기성 내화물
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