KR100804961B1

KR100804961B1 - 장입래들용 알시카질 내화벽돌 조성물

Info

Publication number: KR100804961B1
Application number: KR1020010082228A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20030052342A

Abstract

본 발명은 용선예비처리설비인 용선래들과 장입래들 등에 사용되는 알시카질(Al₂O₃-SiC-C) 내화벽돌에 관한 것으로, 그 목적은 내식성 저하 없이 잔존팽창성을 부여함으로써 반복조업에도 내화벽돌의 탈락을 방지하여 내화물의 수명을 연장할 수 있는 알시카질 내화벽돌 조성물에 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알루미나 크링커 70-78 중량%, 탄화규소 8-12중량%, 인상흑연 10-15중량%, 팽창성 물질인 카이아나이트(kyanite:Al₂O₃·SiO₂)를 3.0-6.0중량%로 조성되고, 여기에 외삽으로 산화방지제인 붕규산 프리트 1-3%, 금속규소분말 2-3%가 포함되는 장입래들용 알시카질 내화벽돌 조성물에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

알시카질, 내화벽돌, 장입래들, 카이아나이트, 붕규산프리트

Description

장입래들용 알시카질 내화벽돌 조성물{Composition of Al2O3-SiC-C brick for charging ladle}

본 발명은 용선예비처리설비인 용선래들과 장입래들 등에 사용되는 알시카질(Al₂O₃-SiC-C) 내화벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성 저하 없이 잔존팽창성을 부여함으로써 반복조업에도 내화벽돌의 탈락을 방지하여 내화물의 수명을 연장할 수 있는 알시카질 내화벽돌 조성물에 관한 것이다.

장입래들은 단순히 용선을 저장 또는 운반하여 제강공정의 전로에 장입하는 설비로서 종래에는 점토질 내화벽돌이나 알루미나질 내화벽돌이 주로 사용되었다. 최근 들어 장입래들에서도 용선예비처리가 이루어지고 있으며, 사용조건이 종전에 비하여 가혹해짐에 따라 사용하는 내화물도 내식성이 우수한 Al₂O₃-SiC-C질 불소성 내화벽돌(이하 알시카 내화벽돌이라 함)로 변경되어 사용되고 있다. 이러한 알시카질 내화물은 혼선차(어뢰정)와 같이 특수한 용기에 내장되는 것을 전제로 재질이 설계되었기 때문에 가열후 냉각시에도 잔존선변화가 거의 영에 가까운 내화벽돌이다. 이러한 알시카 내화물은 혼선차와 같은 구조를 하고 있는 설비에서는 열팽창응력을 해소할 수 있어서 바람직하나, 장입래들과 같은 구조를 하고 있는 설비에서는 잔존팽창성이 부족하여 반복조업시 내화벽돌이 탈락하는 등의 문제점이 있다.

따라서, 장입래들용으로 사용할 알시카 내화벽돌은 적정한 잔존팽창성을 갖도록하여 반복조업시에도 내장 내화물이 탈락되지 않도록 구조적 안정성을 부여하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 장입래들 등에 사용되는 알시카 내화벽돌의 구조적 안정성을 확보하기 위해 주원료로 사용되는 알루미나, 탄화규소, 탄소외에 팽창성 물질을 첨가하여 내식성 저하 없이 잔존팽창성을 부여함으로써 반복조업에도 내화벽돌의 탈락을 방지하여 내화물의 수명을 연장하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 알시카질 내화벽돌은, 알루미나 크링커 70-78 중량%, 탄화규소 8-12중량%, 인상흑연 10-15중량%, 팽창성 물질인 카이아나이트(kyanite:Al₂O₃·SiO₂) 3.0-6.0중량%로 조성되고, 여기에 외삽으로 산화방지제인 붕규산 프리트 1-3%, 금속규소분말 2-3%이 포함된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

알루미나질 내화벽돌은 열충격에 약하고 스래그가 쉽게 침윤되어 구조적 스폴링을 일으키기 쉽다. 이러한 단점을 보강하기 위해 열전도성이 높고, 스래그에 대한 젖음성이 낮은 흑연을 알루미나와 복합화하여 알루미나-탄소질 내화물을 만들고, 알루미나-탄소질 내화물은 탄소가 쉽게 산화되는 단점이 있어 이를 보강하기 위해 고온에서 산화방지제 역할을 하는 탄화규소와 저온에서 산화방지제 역할을 하는 금속규소분말 및 저융점 물질의 프리트 분말 그리고, 팽창성물질을 혼합하여 특성이 우수한 알시카 내화물이 제조되는데, 이를 각 성분별로 설명한다.

· 알루미나 클링커: 70~78중량%

알루미나 크링커는 스래그나 용선에 대한 내식성을 높여주는 내화재료로서 그 사용량이 70% 미만이면 내식성이 저하되고 78% 이상이면 내열충격성이 저하되어 바람직하지 않다. 알루미나 크링커 중에서도 내식성을 위해 바람직한 것은 전융(전기용융) 알루미나 크링커를 사용하는 것이 바람직하다.

· 인상흑연 : 10~15중량%

인상흑연은 알시카 내화물의 내열충격성과 스래그에 대한 내침윤성을 향상시키는 재료로서 10중량% 미만에서는 내열충격성이 저하되어 바람직하지 않으며, 15중량 % 이상 첨가하면 충진성이 나쁘고 기계적 강도가 약하여 바람직하지 않다.

· 탄화규소: 8~12중량%

탄화규소는 알시카 내화물의 내산화성을 증진시키기 위한 것으로 탄소의 첨가량에 상응하여 첨가하며, 8-12중량%가 바람직하다. 사용하는 입도는 74 마이크론이하의 미세한 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

· 카이아나이트(kyanite:Al₂O₃·SiO₂): 3~6중량%

팽창성 물질인 카이아나이트는 3.0 중량% 미만이면 알시카 내화물의 잔존 팽창성이 부족하여 반복사용시 내화벽돌이 탈락되기 쉽고, 6.0중량% 이상 첨가하면 잔존팽창성이 너무 크기 때문에 내화벽돌의 이음부가 파괴될 수 있다. 카이아나이트는 실리마나이트(sillimanite)족 광물중의 하나로 화학성분이 Al₂O₃·SiO₂로 구성된 광물로서 1390-1420℃에서 현저한 흡열 반응을 나타내며, 이러한 변화(kyanite→ 실리마나이트→뮬라이트+SiO₂)에 의해 매우 큰 영구 팽창을 일으킨다.

· 붕규산 프리트: 1~3중량%

붕규산프리트는 저온에서 용융되어 주위에 있는 탄소 입자의 표면을 피복하여 외부의 분위기로부터 탄소의 산화를 방지하는 작용을 하는데, 1% 미만에서는 산화방지 효과가 미흡하며, 3%를 초과하면 내산화성은 증진되나 내식성이 저하되어 바람직하지 않다. 그 대표적인 성분의 일례가 표 1에 제시되어 있다.

· 금속규소분말 :2~3중량%

금속규소분말은 탄소보다 먼저 산화되거나 탄소와 반응하여 탄화규소가 된 후 다시 산화되면서 탄소를 석출시켜 내산화성을 부여하는 것으로 2% 미만에서는 산화방지 효과가 미흡하며, 4%를 초과하면 내식성이 저하되어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

아래 표 2와 같이 알루미나, 탄화규소, 인상흑연, 카이아나이트의 합계가 100중량%의 알시카에 대해 산화방지제로서 금속규소를 외삽으로 2 중량%, 붕규산계 프리트(표 1) 2.0 중량% 첨가한후 결합제인 페놀수지를 외삽으로 4 중량% 첨가하여 가압혼련후 1200kg/cm²의 압력으로 25x25x150mm 크기의 시편을 제조하였다. 제조된 시편을 250℃정도에서 건조시킨후 각 온도에서 잔존선 변화율과 내침식성을 비교 평가하여 표2 에 나타내었다.

잔존선변화율의 측정 시험은 전기로를 이용 분당 5℃로 1400℃까지 승온하여 3시간 동안 유지한 후 냉각하여 길이를 측정하였으며, 잔존선변화율 계산은 건조했을 때의 길이와 1400℃에서 열처리 하였을 때의 길이변화를 측정하고, 변화된 길이편차를 건조하였을 때의 시편길이로 나누어 백분율로 계산하였다.

침식시험은 유도용해로를 이용 1500℃온도에서 120분간 실시하였으며, 30분마다 스래그를 교체하였다. 침식제로는 용선과 혼선차 스래그를 사용하였다.

내스폴링성 시험은 1300℃로 유지된 전기로에 시편을 넣고 급열하여 30분 유지하였다가 외부로 꺼내어 공냉시키는 것을 8회 반복하여 시편의 외관을 관찰하였다.

단위:중량%	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	CaO	MgO	PbO	Na₂O
붕규산계	60	10	15	5	1	4	5

	실시예			비교예
	1	2	3	1	2	3	4	5	6
Al₂O₃	74	72	70	77	76	70	71	85	69
SiC	10	10	12	10	10	10	10	6	12
C(인상흑연)	13	13	15	13	13	13	13	8	16
카이아나이트	3	5	3	-	1	7	-	3	3
납석	-	-	-	-	-	-	6	-	-
금속규소	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2
붕규산 프리트	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2
액상 페놀레진	+4	+4	+4	+4	+4	+4	+4	+4	+4
잔존선변화율(%) 1400℃x3시간	+0.1	+0.5	0.17	-0.17	-0.12	+0.81	+0.07	+0.17	+0.13
침식깊이(mm) ( 1500℃x30분, 4회)	5.5	6.4	6.0	5.3	5.5	7.2	8.5	5.2	7.4
침식지수	100	116	109	96	100	130	154	94	134
내스폴링성	○	○	◎	○	○	○	○	×	◎

표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1과 비교예 2는 팽창성 물질인 카이아나이트의 첨가량이 본 발명 보다 적게 첨가된 것으로 내식성이나 스폴링성 등에는 문제가 없으나 잔존팽창성이 부족하여 실로에 적용시 내화벽돌이 탈락될 가능성이 높은 재질이다. 반면에 비교예 3은 카이아나이트의 첨가량이 본 발명의 범위를 초과한 것으로 잔존팽창성이 과다하며, 내식성이 저하되어 바람직하지 않다. 비교예 4는 팽창성 물질로서 납석을 첨가한 것으로 잔존팽창성의 효과가 미흡하며 내식성 저하가 심하여 바람직하지 않다. 비교예 5는 알루미나와 탄화규소의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 내식성은 우수하나 내스폴링성이 부족하다. 비교예 6은 알루미 나와 탄소의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 내스폴링성은 우수하나 내식성이 저하되는 단점이 있다.

이에 반해, 실시예 1, 실시예2 그리고 실시예3은 팽창성물질인 카이아나이트의 첨가량, 알루미나, 탄화규소, 흑연의 첨가량이 본 발명의 범위를 만족하는 것으로서, 내침식성의 큰 저하없이 잔존팽창성이 적정범위에 있는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 내식성 저하 없이 잔존팽창성이 확보되는 알시카질 내화벽돌을 제공하는 것으로, 반복조업에도 내화벽돌의 탈락을 방지하여 내화물의 수명을 연장하는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

알루미나 크링커 70-74 중량%, 탄화규소 8-12중량%, 인상흑연 10-15중량%, 팽창성 물질인 카이아나이트(kyanite:Al2O3·SiO2) 3.0-6.0중량%로 조성되고, 여기에 외삽으로 산화방지제인 붕규산 프리트 1-3중량%, 금속규소분말 2-3중량%이 포함되는 장입래들용 알시카질 내화벽돌 조성물.