KR100742862B1

KR100742862B1 - 고로 출선구 폐쇄용 마더재 내화조성물

Info

Publication number: KR100742862B1
Application number: KR1020010051238A
Authority: KR
Inventors: 김효준
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2007-07-26
Also published as: KR20030017107A

Abstract

본 발명은 고로 출선구의 폐쇄에 사용되는 마더재의 내화조성물에 관한 것으로, 그 목적은 충진성이 좋으면서 용선 및 슬랙에 대한 내침식성이 우수한 고로 출선구 폐쇄용 마더재의 내화조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 알루미나-흑연질 폐내화물이 5~3mm:5-9중량%, 3-1mm:15-20%, 1-0.5mm:13-18중량% 함유하고, 여기에 스피넬: 8-12중량%, 탄화규소: 18-22중량%, 0.044mm이하의 알루미나: 8-12%, 마이크로 실리카: 3-5%, 벤토나이트:2-3%, 핏치: 4-6%, 질화규소철: 7-11%으로 조성되는 기본조성에 외삽으로 페놀레진:5%와 타르:7%를 함유하여 조성되는 고로 출선구 폐쇄용 머드재 내화조성물에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

고로 출선구, 머드재, 알루미나-흑여질 폐내화물, 마이크로 실리카

Description

고로 출선구 폐쇄용 마더재 내화조성물{Batch composition for tap hole of blast furnace}

본 발명은 고로 출선구의 폐쇄에 사용되는 마더재의 내화조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐내화물을 사용하여 고로 출선구의 폐쇄에 적합한 충진성 및 내침식성이 우수한 고로 출선구 폐쇄용 마더재의 내화조성물에 관한 것이다.

고로의 대형화, 고온, 고압조업으로 출선량, 출선회수가 증가되고 있는 추세에 따라 출선작업부하의 저감 및 고로 노상벽체보호를 위해서도 충진이 잘 되고 내침식성이 우수한 폐쇄용 내화물이 요구되고 있다.

출선구 폐쇄용 마드재 내화조성물에 관한 종래의 기술들 중에서 대표적인 것으로는 일본 특허공개공보 평10-36178, 특허공개공보 평10-36177을 들 수 있다.

상기 일본 특허공개공보 평10-36178호는 에칠렌글리콜모노에칠에텔 및/또는 디에칠 렌글리콜모노에칠에텔로 용해한 노보락형 페놀수지로 되는 결합제와 헥사메칠렌테트라민을 함유하는 고로출선공용 머드재에 관한 것으로, 자동충진장치에 머드재를 투입시 발생하는 삽입관내 부착문제를 해결하여 자동충진장치사용에 의한 공급능률 개선을 목적으로 한 것이다.

일본 특허공개공보 평10-36177호는 카본블랙원료를 제거한 탄산질원료:5~25중량%, 탄화규소:5~50중량%, 질화규소계 원료:10~45중량%, 후탈산디부칠(DBP) 흡유량이 100(ml/100g)이하의 카본블랙원료:2~15중량% 및 내화원료:15~75중량부의 탄소함유결합재를 함유하여 이루어지는 고로출선구개폐재에 관한 것으로, 적정한 충진성을 유지하면서 결합재 첨가량의 저감을 행하여 고로 출선구의 폐쇄에서부터 개공작업환경의 개선과 내슬랙성에 우수한 고내용성의 고로 출선구 폐쇄에 관한 것이다.

이들은 모두 출선구 폐쇄용 내화물의 내침식성 향상을 목적으로 하고 있으나, 출선말기에 슬랙에 의해 출선구의 확대가 일어나는 등 내침식성에 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 충진성이 좋으면서 용선 및 슬랙에 대한 내침식성이 우수한 고로 출선구 폐쇄용 마더재의 내화조성물을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로 출선구 폐쇄용 머드재 내화조성물은, 중량%로 알루미나-흑연질 폐내화물이 5~3mm:5-9중량%, 3-1mm:15-20%, 1-0.5mm:13-18중량% 함유하고, 여기에 스피넬: 8-12중량%, 탄화규소: 18-22중량%, 0.044mm의 알루미나: 8-12%, 마이크로 실리카: 3-5%, 벤토나이트:2-3%, 핏치: 4-6%, 질화규소철: 7-11%으로 조성되는 기본조성에 외삽으로 페놀레진:5%와 타르:7%를 함유하여 조성된다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 고로출선구 내화물의 충진성과 내침성의 특성에 주안점을 두어 내화조성물을 설계하는데, 특징이 있다.

(1) 내침식성 확보

본 발명에서는 충진특성을 확보하기 위해 침식특성에 유리한 알루미나-흑연질 폐내화물을 이용한다. 제강공장에서 쇳물을 운반하는 용기인 래들(ladle) 또는 턴디쉬 하부에 설치되어 출강시에 유량조절하는 슬라이딩 플레이트(sliding plate)는 알루미나-흑연질 내화물을 이용한다. 따라서, 이 슬라이딩 플레이트의 폐내화물은 고순도 알루미나의 표면이 흑연으로 치밀하게 코팅되어 있어 침식, 특히 슬랙에 대한 침식에 강하다. 또한, 본 발명에서는 폐내화물의 충진밀도를 높이기 위해 폐내화물을 5-3mm, 3-1mm, 1-0.5mm의 3종류로 분급하여 사용한다.

또한, 본 발명에서는 타-르 사용량을 저감하여 휘발분을 줄이고 잔탄량을 높이기 위하여 타-르 사용량의 일부를 핏치와 페놀수지로 치환하여, 충진성이 좋으면서 용선 및 슬랙에 대한 내침식성을 개선한다.

(2) 충진성 확보

본 발명에서는 충진성을 좋게하기 위해서 마이크로 실리카와 팽창성원료인 벤토나이트를 사용한다. 기존에는 충진성 확보를 위해 점토를 주로 사용하고 있으나 점토사용량에 따라 타-르(tar)량이 증가하게되어 사용 중에 휘발하여 공극(void)을 형성하여 내화물을 취약하게 한다. 그러므로 점토 대신에 경량이면서 체적이 큰 마이크로 실리카(micro silica)와 팽창성원료인 벤토나이트를 사용하여 소량 사용으로도 충진효과가 좋도록 한다.

이와 같이 내침식성과 충진성의 관점에서 설계된 본 발명의 내화조성물의 각 성분들에 대한 조성범위에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[폐내화물]

본 발명에서 폐내화물로는 고순도 알루미나와 흑연을 주원료로 하는 알루미나-흑연질 폐내화물을 이용한다. 알루미나-흑연질 폐내화물의 대표적인 예로는 제강공장 래들, 연주공장 턴디쉬 하부에 설치되어 유량제어를 하는 슬라이딩 플레이트가 있다. 폐내화물의 입도 및 사용량은 5-3mm:5-9중량%, 3-1mm 15-20중량%, 1-0.5mm 13- 18중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 내화물조직이 치밀하여 충진성이 좋고 슬랙에 대한 내침식성 향상에 효과적이며, 사용범위를 벗어난 경우에는 충진성이 불량하다.

[스피넬]

스피넬은 알루미나-마그네시아 성분으로 구성되어 있는 것으로, 용선에 대한 내침식성 향상에 효과적이다. 스피넬의 함량은 8~12중량%로 하는데, 그 함량이 8중량%이하이면 내침식성 증진 효과가 적고, 사용량이 12중량%이상이 되면 팽창이 심하여 사용에 부적합하다.

[탄화규소]

탄화규소는 슬랙에 대한 내침식성이 좋고 탄소의 산화억제효과가 있으며 내침식성 및 내마모성 증진에 효과적이다. 탄화규소의 함량은 18~22중량%로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 18중량% 이하이면 탄화규소의 산화에 의하여 생성되는 산화규소의 생성량이 적어 산화억제효과가 저하되며, 22중량% 이상 사용은 탄화규소가 자체소결성이 없으므로 강도를 저하시킨다.

[알루미나 미분]

알루미나 미분은 결합부의 소결을 촉진시켜 골재와 결합부간의 결합을 강고하게 하는 역할을 한다. 그 입도는 입자가 0.044mm보다 크면 소결성이 저하되어 부적당하 므로 0.044mm이하를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 8~12중량%로 하는 것이 좋다. 알루미나 미분의 함량이 8중량%이하이면 소결촉진효과가 적고, 사용량이 12중량%이상이면 과소결이 되어 개공성을 저해한다.

[마이크로 실리카]

마이크로 실리카는 경량이고 체적이 커므로 소량사용으로도 소결촉진효과가 크다.이를 위해 함량을 3~5중량% 하는데, 사용량이 3중량%이하이면 소결촉진효과가 적고, 사용량이 5중량%이상이면 내침식성을 저해한다.

[벤토나이트]

벤토나이트는 가소성을 부여하기 위하여 사용하는 것으로 그 함량은 2~3중량%로 한다. 사용량이 2중량%이하에서는 가소성부족으로 충진성이 좋지않고, 사용량이 3중량%이상에서는 저융물을 생성하므로 슬랙에 의한 침식에 심하다.

[핏치]

핏치는 폐쇄용 내화물에서 타-르 사용량을 줄여서 기공율을 낮추고 슬랙에 대한 내침식성을 높이는 역할을 한다. 핏치는 4~6중량% 사용하는데, 그 사용량이 4중량%이하에서는 슬랙에 대한 내침식성 개선 효과가 적고, 사용량이 6중량%이상에서는 기공율이 불규칙하게 커져서 내침식성은 현저하게 저하된다.

[질화규소철]

질화규소철은 고온에서 소결을 촉진하여 고온강도를 높이는 작용을 하며, 함량은 7~11중량%로 하는 것이 바람직하다. 질화규소철의 사용량이 7중량%이하에서는 소결촉진효과가 적으므로 고온강도가 크지 않다. 사용량이 11중량%이상에서는 강도증진효과는 있으나 과소결로 조직이 치밀하게되어 개공성 불량이 되기 쉽다.

[페놀레진과 타르]

페놀레진은 타-르와 마찬가지로 결합제로서 역할을 하고, 잔탄율이 높으므로 고온에서 카본결합을 하여 강도를 높이고 내침식성을 향상시킨다. 잔탄율을 높이기 위하여 타-르와 혼용해서 사용하며 그 합을 약 12~17중량%로 하는 것이 좋다. 페놀레진과 타르의 양이 12중량% 미만의 경우에는 작업성이 좋지 않고 17중량%를 넘으면 유동성이 작아서 좋지 않다. 타르와 페놀레진의 배합비(타르:페놀레진)는 1:0.5~1.2로 하는 것이 바람직하다. 이들의 배합비가 0.5미만의 경우에는 점성이 높은 페놀레진의 함량이 낮다 충진성이 떨어지며, 1.2보다 클 경우에는 너무 점성이 높아 오히려 충진하기가 어렵다. 가장 바람직하게는 외삽으로 타르를 7중량%로 하고 페놀레진을 5중량%로 하여 이들을 15중량% 첨가하면 혼련성이 좋다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표1와 같은 조성비를 가진 고로 출선구 폐쇄용 내화물의 조성물에 타-르와 레진을 가해 혼련하여 소정의 크기로 성형한 후, 이 시편의 냉간강도, 열간강도, 내 침식성을 평가하고 그 결과를 나타내었다. 300℃ 및 1500℃에서의 소성강도를 측정하고, 환원분위기하에 1200℃에서 1시간 유지하여 열간곡강도를 측정하였으며, 내침식성시험은 고주파 유도용해로에서 고로 수재를 사용하여 1550℃에서 1시간 유지한 후 출선하여 시편의 잔존두께를 측정하였다. 충진성시험은 자체제작한 시험장치를 이용하여 충진압(압출저항치)을 측정하였다.

			발명예				비교예					종래재
			1	2	3	4	1	2	3	4	5	종래재
폐내화물		5-3mm	5	7	9	8	3	10	9	5	10	-
		3-1mm	17	15	17	20	22	17	19	11	18	-
		1-0.5mm	18	17	13	15	15	24	15	19	15	-
소결알루미나			-	-	-	-	-	-	-	-	-	30
보키사이트			-	-	-	-	-	-	-	-	-	20
스피넬			10	8	12	9	9	5	8	13	6	-
탄화규소			22	20	18	19	26	20	23	21	13	20
알루미나 미분			10	12	9	8	10	6	5	10	14	-
점토			-	-	-	-	-	-	-	-	-	10
마이크로 실리카			5	4	3	4	1	4	6	2	3	-
벤토나이트			2	3	2	3	4	2	1	3	5	-
핏치			4	5	6	4	5	4	2	6	7
코크스			-	-	-	-	-	-	-	-	-	12
질화규소철			7	9	11	10	5	8	12	10	9	8
페놀레진(외삽)			5	5	5	5	5	5	5	5	5	-
타-르(외삽)			7	7	7	7	7	7	7	7	7	15
충진성(kg/cm²)			27	25	20	24	35	38	43	41	42	14
냉간 곡강도 (kg/cm²)	300℃x24Hr		83	87	90	92	65	60	68	62	59	50
냉간 곡강도 (kg/cm²)	1500℃x3Hr		135	129	132	128	97	86	100	88	80	74
열간강도 (kg/cm²)	1200℃x1Hr		64	58	60	62	42	40	38	39	45	31
내침식성 (침식깊이mm)			4.3	4.0	4.5	4.7	7.5	7.2	7.0	6.9	7.1	8.9

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(1-4)는 비교예 (1-5) 및 종래재와 비교하여 냉간강도, 열간강도가 크고 내침식성 및 충진성이 우 수함을 알 수 있었다.

상기한 바와같이, 본 발명에 따른 내화조성물을 갖는 고로 출선구 폐쇄용 마드재는 충진성 및 내침식성 우수한 고강도의 재질로서 출선시간 연장 및 출선회수 저감에 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로 알루미나-흑연질 폐내화물이 5~3mm:5-9중량%, 3-1mm:15-20%, 1-0.5mm:13-18중량% 함유하고, 여기에 스피넬: 8-12중량%, 탄화규소: 18-22중량%, 0.044mm이하의 알루미나: 8-12%, 마이크로 실리카: 3-5%, 벤토나이트:2-3%, 핏치: 4-6%, 질화규소철: 7-11%으로 조성되는 기본조성에 외삽으로 타르와 페놀레진을 12~17% 함유하여 조성되는 고로 출선구 폐쇄용 머드재 내화조성물.
제 1항에 있어서, 상기 알루미나-흑연질 폐내화물은 제강공장의 래들 또는 연주공장의 턴디쉬 하부에 설치된 슬라이딩 플레이트의 폐내화물임을 특징으로 하는 고로출선구 폐쇄용 머드재 내화조성물.
제 1항에 있어서, 상기 타르와 페놀레진의 배합비(타르:페놀레진)는 1:0.5~1.2을 만족하는 것을 특징으로 하는 고로출선구 폐쇄용 머드재 내화조성물.