KR100670905B1 - 카본함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본함유 내화물 표면에 코팅하여 사용되는 코팅재에 대하여 카본 내화물의 표면 산화를 방지하고, 표면으로부터의 열방산을 억제함과 함께 용강 및 슬라그 성분에 대한 우수한 내용성으로 사용수명을 향상시키는데 적합한 코팅재에 관한 것이다.
이에 따른 구성은 중공지르코니아 1∼95중량부, 중공알루미나-실리카 5∼50중량부, 점토 3∼15중량부, 프리트(frit) 2∼30중량부, 질석 3∼15중량부, 석영, 뮬라이트, 지르코니아, 마그네시아, 스피넬, 알루미나, 납석, 파이버 중 적어도 1종이 2-10중량부, 액상바인더 20-180중량부로 조성됨을 특징으로 하는 카본 함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재로 이루어진다.
중공지르코니아. 코팅재

Description

카본함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재{coating merterials for coating on surface refractories contained carbon}
본 발명은 카본함유 내화물의 코팅재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카본 내화물의 표면 산화를 방지하고, 단열층으로서 표면으로부터의 열방산을 억제함과 함께 용강 및 슬라그 성분에 대한 우수한 내용성으로 사용수명을 향상시키는데 적합한 코팅재에 관한 것이다.
강의 연속주조용으로 사용되는 주조용 내화물에는 일반적으로 알루미나-카본질, 지르코니아-흑연질 등의 카본함유 내화물이 사용되고 있다.
카본 내화물은 예열중 및 사용중의 카본 산화방지를 위해 표면에 주로 유리 함유물인 산화방지제가 도포되고 있다.
또한 카본 함유 내화물은 통상 예열 종료후 및 사용중에 표면으로부터의 열방산에 의한 온도 저하를 방지하기 위해 유리상의 파이버 또는 세라믹 페이퍼의 단열 보온재를 외 표면에 감아서 사용하는 것이 지금까지의 일반적인 방법이다.
그러나 최근 유리상의 파이버 또는 세라믹 페이퍼 등의 보온재가 환경에 문제가 ㎛있어 유럽 등 일부 지역에서는 보온단열재의 성분 중 알루미나 함량 30중량 %, 파이버의 평균 직경을 5㎛ 이상으로 규제하고 있는 실정이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 예를 들면 일본 공개특허평7-147174호 공보는 300∼1200℃에서 가열처리한 질석을 3∼30중량%, 800℃ 이상의 열에 중공 조직화하는 흑요석, 진주암, 송지암, 팽창혈암 중에 1종류 또는 2종류 이상을 미가열상태로 1∼30중량%, 400∼1500℃에서 연화 용융하는 유리분말 또는 납석, 규석, 샤모트, 뮬라이트, 알루미나, 용융실리카, 지르코니아, 마그네시아를 1종류 이상의 내화분말을 40∼96중량%로 되는 혼합물에 추가적으로 액상바인더를 20∼250중량% 배합한 단열성을 갖는 흑연 함유 내화물의 단열성 산화방지제가 개시되고 있다.
또한 일본 공개특허공보 평11-49577호에서는 입도 0.5∼6.0mm의 중공알루미나를 15∼70중량%, 입도 1mm 이하의 마그네시아, 스피넬을 주성분으로 하는 적어도 1종류의 제1 미분을 2∼30중량%, 입도가 1mm 이하인 알루미나, 뮬라이트, 실리카, 지르코니아 중 적어도 1종류를 주성분으로 하는 제2 미분의 내화원료를 8∼60중량%, 수경성 알루미나, 알루미나 성분 65중량%, 알루미나 시멘트 5∼45중량% 혼합물로 구성되는 부정형 내화물이 개시되고 있다.
또한 일본공개특허공보 2003-95757호에서는 알루미나 및 실리카를 함유한 중공 내화원료(실리카 40∼80중량%, 알루미나 20∼60중량%, 입도 30∼800㎛) 50∼97중량%, 잔량의 일부 또는 전부가 점토(점토 함량 30%이하)이고, 추가적으로 액상바인더가 20∼170% 첨가하여서 된 카본 함유 내화물의 단열 코팅재가 개시되고 있다.
그러나 상기한 특개평 7-147174호는 미가열 상태의 흑요석 · 진주암 · 송지암 · 팽창혈암(이하"발포성 펄라이트"라 칭함)의 함유량이 1∼30중량%로 조성되 고 있으나, 이와 같이 발포성 펄라이트를 배합해도 가열시 충분한 발포단열층이 얻어지지 않는다. 또한 발포성 펄라이트는 가열시 발포하여도 모재인 흑연 함유 내화물과 밀착성이 좋지 않고, 모재와 발포층의 간극이 발생하고 사용시 박리 가능성도 있다.
특개평11-49577호는 부정형 내화물의 입도가 큰 중공알루미나를 사용하고 있기 때문에 단열층 형성이 곤란하고, 수경성 알루미나 또는 알루미나 시멘트를 사용하기 때문에 사용시 균열 발생 및 조재와의 박리 가능성이 높다.
또한 특개평2003-95757호는 실리카 함량의 증가에 의한 사용 수명 향상이 곤란하여 2003년 일본의 YTK에서는 상기의 중공 원료 및 입자 100∼1000㎛의 중공 알루미나를 사용하여 침지노즐의 사용 수명을 연장하는 것으로 되어 있으나, 안정한 산화방지와 단열층을 형성하고 보다 획기적인 수명 향상을 도모하지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 중공지르코니아에 여러 원료를 적절히 조성하여 고온 가열시 내화물의 표면 산화방지 및 단열층 형성으로 용강 및 슬라그 성분에 대한 내용성 증대로 사용수명이 향상된 카본 함유 내화물의 코팅재를 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중공지르코니아 1∼95중량부, 중공알루미나-실리카 5∼50중량부, 점토 3∼15중량부, 프리트(frit) 2∼30중량부, 질석 3∼15중량부, 석영, 뮬라이트, 지르코니아, 마그네시아, 스피넬, 알루미나, 납석, 파이버 중 적어도 1종이 2-10중량부, 액상바인더 20-180중량부로 조성됨을 특징으로 하는 카본 함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재로 이루어진다.
또한 본 발명은 상기한 코팅재에 필요에 따라 안정화조제인 CaO, MgO, Y2O3 중 적어도 1종이 10중량부 이하 조성될 수 있다.
중공지르코니아는 0.02∼2.0mm 입도 범위를 사용함이 바람직하다. 이와 같은 입도 범위는 카본 함유 내화물 표면에 코팅층을 형성하는 방법에 따라서 첨가 원료의 입도범위가 달라지며, 스프레이 도포시에는 0.02∼1.0mm가 양호하다.
중공지르코니아는 중공알루미나에 비해 융점이 높고 열전도율이 수분의 1 정도로 내열성 및 단열성이 우수하고, 용강 및 슬라그 성분과 반응하지 않기 때문에 내침식성 또한 기존에 사용하는 통상적인 원료에 비해 대단히 우수하다.
상기와 같은 중공지르코니아는 원료 자체의 특성이 뛰어나므로 기존의 중공원료를 일부 또는 전부 대치하여 단열성 및 내식성 증가로 사용수명의 향상을 도모할 수 있다.
상기 조성에서 점토는 그 사용량이 15중량부 이상일 경우는 배합 성분에 차이가 있지만 예열이나 실 사용시에 단열층의 소결 수축에 의해서 박리가 일어날 가능성이 높다. 따라서 3∼15중량부 사용함이 바람직하다.
중공지르코니아와 점토 이외의 성분으로는 단열층의 조직을 보다 저온에서 결합하기 위해서 프리트(frit)와 같은 유리생성물 또는 규회석과 같은 원료를 30중량부 이하 첨가하되, 바람직하기로는 2∼30중량부이고, 이와 같은 유사한 목적으로 중공알루미나-실리카원료도 50중량부 미만 첨가하여 단열층의 결합력 향상을 도모할 수 있으며, 바람직하기로는 5∼50중량부이다.
본 발명은 상기 원료 외에 용융 석영, 뮬라이트, 지르코니아, 마그네시아, 스피넬 , 알루미나, 납석 등의 내화분말과 파이버 중에서 적어도 1종이 2∼10중량부 조성된다.
상기 파이버의 경우 평균 입경이 5㎛ 이상인 실리카, 지르코니아 등의 파이버를 1종 이상 사용할 수 있다.
이상의 원료를 배합한 코팅제는 액상바인더로서 규산칼슘, 인산, 인산알루미늄, 물유리, 콜로이달 실리카 중에서 적어도 1종 배합하여 사용되며, 첨가량은 20∼180중량부이다.
또한 본 발명은 상기한 조성에 안정화조제인 CaO, MgO, Y2O3 가 적어도 1종이 10중량부 이하 조성할 수 있다.
본 발명품의 코팅재를 사용하여 크팅층을 형성하는 방법은 액상바인더 첨가량의 조정 및 입자 크기를 조정하여 스프레이 도포, 붓이나 로울러 도포, 케스팅, 테이핑 등의 방법을 이용할 수 있다.
이하 실시예에 따라 설명한다.
하기 (표 1) 및 (표 2)에 나타낸 조성의 코팅재를 카본 함유 내화물인 연속주조용 침지노즐의 외부 표면에 약 3∼4mm 두께로 스프레이 도포하여 110℃에서 6시간 건조하였다.
상기 코팅제가 도포된 침지노즐을 상부가스 버너를 이용하여 표면부가 1200℃될 때까지 가열하였다. 그리고 3시간 유지 후 가열을 중지한 뒤 대기중에 방치하여 온도 강하 속도 측정 및 코팅재의 부착상태, 모재의 산화 유무를 확인하였다.
또한 용강과 슬라그에 대한 내식성의 평가를 위해 상기 조성의 연속주조용 침지노즐로 별도의 시편을 제작하여 유도로 침식 시험을 실시하였다.
실 시 예 종래
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4
중공지르코니아 95 85 70 55 40 25 10 1
중공알루미나-실리카 - - 10 25 30 35 40 49 74 78 72 85
점토 3 5 - 5 15 10 15 10 10 8 13 6
질석 - - 5 - 10 15 15 5 5 5 2
규회석 - 5 3 10 - - 15 30 2
유리상분말 2 3 8 - - 10 - - 3 3 1 2
석영유리 - - - - 3 - - - 2 - - -
뮬라이트 - - 2 - - - - - 6 - - -
마그네시아 - 2 - - - - - 3 - - - 2
지르코니아 - - 2 - - - - - - 6 - -
스피넬 - - - 5 - - - - - - - -
알루미나 - - - - 2 - - - - - 7 -
지르코니아 화이바 - - - - - 5 - 2 - - - -
납석 - - - - - - - - - - - -
액상바인더(물초자) +60 +80 +100 +140 +110 +130 +180 +160 +110 +100 +110 +80
스프레이 작업성 ◎ ○ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
온도강하 470 490 400 420 390 450 450 470 400 390 400 360
카본함유내화물과의 부착성 ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ○ ◎ ○ ○ ◎
카본함유내화물의 산화 ○ ○ ○ × × × × ○ × × × ×
내침식성 80 92 95 98 100 122 130 136 110 90 105 95
실 시 예
9 10 11 12 13 14 15 16 17
중공지르코니아 40 50 55 60 65 70 75 80 85
중공알루미나-실리카 30 40 - 30 - 20 - 10 -
점토 15 5 10 5 8 5 10 5 10
질석 10 - 10 - 5 3 - - -
규석회 - 3 20 3 10 - - - -
유리상분말 - - 3 - 7 - 10 - 2
석영유리 3 2 - - - - - - -
뮬라이트 - - - - 2 - - - -
마그네시아 - - 2 - - - - - 3
지르코니아 - - - 2 - - - - -
스피넬 - - - - 3 - - - -
알루미나 2 - - - - 2 - - -
지르코니아화이바 - - - - - - 5 - -
납석 - - - - - - - 5 -
액상바인더(물초자) +110 +95 +110 +100 +120 +110 +110 +95 +90
스프레이작업성 ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
온도강하 390 350 390 360 380 360 370 350 370
카본함유내화물과 부착성 ◎ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ○
카본함유내화물과의 산화 × × × × × × × × ×
내침식성 100 78 85 72 82 70 75 62 68
온도강하: 가열후 방치 10분후
이상에서와 같이 본 발명은 주성분으로 하는 중공지르코니아에 여러 원료를 적절히 조성하여 고온 가열시 내화물의 표면 산화방지 및 단열층 형성으로 용강 및 슬라그 성분에 대한 우수한 내용성 증대로 사용수명이 향상된 카본 함유 내화물의 코팅재를 얻게 된다.

Claims (3)

  1. 중공지르코니아 1∼95중량부, 중공알루미나-실리카 5∼50중량부, 점토 3∼15중량부, 프리트(frit) 2∼30중량부, 질석 3∼15중량부, 석영, 뮬라이트, 지르코니아, 마그네시아, 스피넬, 알루미나, 납석, 파이버 중 적어도 1종이 2-10중량부, 액상바인더 20-180중량부로 혼합 조성됨을 특징으로 하는 카본 함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조성에 안정화조제인 CaO, MgO, Y2O3 가 적어도 1종이 10중량부 이하 조성됨을 특징으로 하는 카본 함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 중공지르코니아가 0.02∼2.0mm 입자범위로 이루어짐을 특징으로 하는 카본 함유 내화물 표면에 코팅되는 코팅재
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한국공개특허공보 1985-8187호

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