KR100824930B1 - 내화보드용 조성물 - Google Patents

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홍기곤
박노형
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Abstract

본 발명은 고 청정강을 생산하기 위한 연속주조용 턴디쉬 설비의 내장재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 염기성 내화 재료 70~95 중량%; 및 보강 재료 5~30 중량%를 포함하는 내화보드용 조성물; 상기 조성물을 이용하여 내화보드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
내화보드, 염기성, 턴디쉬, 고 청정강

Description

내화보드용 조성물 {A COMPOSITION FOR REFRACTORY BOARD}
본 발명은 고 청정강을 생산하는 턴디쉬 설비의 내장 내화물로 사용될 수 있는 내화보드용 조성물; 및 상기 조성물을 이용한 내화보드의 제조방법에 관한 것이다.
철강산업의 연속주조용 턴디쉬 설비에는 알루미나-실리카질 내화물이 시공되고 있으며, 용강의 청정도를 확보하고 잔탕 등을 제거하기 위하여 상기 내화물의 표면에 마그네시아질 도포제가 사용되어 왔고, 상기 마그네시아질 도포제는 마그네시아 골재, 마그네시아 분말, 알루미나 분말, 실리카 분말 등을 물과 혼합하여 스프레이 방식으로 시공하는 것이 일반적이다.
한국 공개 특허 2004-0012142호는 온간시공방법을 이용하여 마그네시아 및 포스테라이트로 구성된 도포제를 사용함으로써 용강 중으로 수소 유입을 방지할 수 있다고 보고하였고, 일본 공개 특허 1998-194851호는 내소화성이 우수한 마그네시아-라임(lime) 골재를 함유한 도포제를 사용함으로써 용강 청정도를 향상할 수 있다고 보고한 바 있다.
하지만, 종래의 마그네시아질 도포제는 시공 후 건조과정을 거쳐 조업에 사용되므로, 장시간의 건조과정이 요구되고, 용강이 턴디쉬에 유입할 때 발생하는 용강류에 의한 가혹한 열적, 기계적 충격에 의해 턴디쉬로부터 탈락된 도포재의 용강 혼입과 같은 문제가 발생한다. 따라서, 마그네시아질 도포제를 가지는 턴디쉬 설비의 내장 내화물은 자동차 외판, 스테인레스 강(SUS) 박판, 하이퍼(Hyper) 엑스트라 딥 드로잉 퀄리티 (Extra Deep Drawing Quality; EDDQ) 강종 등 고 청정성이 요구되는 강종의 조업에는 적용하기 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 시공 후 건조작업이 필요 없으며 표면이 평활하고 강고하여 조업 초기에 용강류에 의한 마모손상이 없는 고 청정강 제조를 위한 염기성 내화보드용 조성물; 및 상기 조성물을 이용하여 내화보드를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 염기성 내화 재료 70~95 중량%; 및 보강 재료 5~30 중량%를 포함하는 내화보드용 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용하는 염기성 내화 재료는 본 발명의 내화보드용 조성물의 주성분으로서, 염기성 내화 재료로 사용되는 염기성 내화 골재 또는 분말은 마그네시아/돌로마이트 혼합물 또는 마그네시아/칼시아/돌로마이트 혼합물이지만 이로 제한되는 것은 아니다. 마그네시아, 칼시아, 돌로마이트는 내화보드의 용강에 존재하는 알루미나성 개재물들과 화학적으로 반응하여 흡착시키는 기능이 우수하다. 마 그네시아, 칼시아, 돌로마이트는 천연, 합성 원료를 사용할 수 있고, 또한 내소화성이 우수한 표면처리된 원료를 사용할 수도 있으나 특별히 한정하지는 않는다.
염기성 내화 재료의 함량은 본 발명의 내화보드용 조성물의 총 중량을 기준으로 70~95 중량%이다. 염기성 내화 재료의 함량이 70 중량% 미만이면 알루마나성 개재물과의 반응성 낮아져 용강 청정도가 미흡하고, 95 중량%을 초과하면 열간 강도가 낮아져서 용강류에 의한 침식이 증대하므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용하는 보강 재료는 본 발명의 내화보드를 제조시, 내화보드용 조성물의 작업성, 내화보드의 열간 강도, 내식성, 용적 안정성 등을 확보하기 위해 사용되는 보조 성분으로서 내화보드의 기지부(matrix)를 구성한다. 본 발명에 따른 보강 재료는 알루미나, 스피넬, 스피넬(마그네시아-알루미나질), 실리카, 알루미나 시멘트, 인산염 분말 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된다. 알루미나와 실리카 등의 원료는 특별히 한정되지는 않지만, 통상의 부정형 내화물 제조에 사용하는 초미분 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 내화보드용 조성물에 포함되는 보강 재료의 함량은 내화보드용 조성물의 총 중량을 기준으로 5~30 중량%이다. 보강 재료의 함량이 5 중량% 미만이면 열간강도가 낮아지고, 30 중량%를 초과하면 개재물과의 반응성이 낮아져 바람직하지 않다. 보강 재료의 순도는 특별히 한정되지는 않지만, 90% 이상인 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명은 내화보드용 조성물을 열간에서 성형시 충전성을 개선하기 위하여 열가소성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 열가 소성 수지는 특별히 제한되지는 않으나, 아크릴 수지; 석유 및 석탄계 핏치: 염화비닐 수지: 초산비닐수지: 폴리에틸렌 수지를 포함한다. 열가소성 수지의 함량은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 염기성 내화 재료 및 보강 재료의 총 중량을 100 중량부로 하여 5~20 중량부, 바람직하게는 10~15 중량부이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 내화보드용 조성물은 염기성 내화 재료인 내화 골재 및 분말의 성형성을 확보하기 위한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 유동화제; 경화 조정제; 점증제; 해교제; 및 펄프섬유를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 유동화제의 예는 멜라닌계 유동화제; 나프탈린계 유동화제; 리그닌계 유동화제; 및 Na-P계 유동화제를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 경화 조정제의 예는 황산염계 경화 조정제; 및 아세테이트염계 경화 조정제를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 점증제의 예는 폴리비닐아세테이트; 벤토나이트 또는 카올린과 같은 천연 점토 분말; 초미분 점토; 폴리비닐알콜; 및 메틸셀룰로스를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 해교제의 예는 헥사메타인산소다와 같은 인산나트륨계 해교제, 인산칼륨, 인산칼슘, 규산소다 및 규산칼륨을 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 펄프섬유의 예는 목분; 발포성 무기질 섬유; 폴리프로필렌 섬유; 지분; 및 알루미나-실리카질 섬유를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 상기 첨가제들의 순도와 첨가량은 특별히 한정되지는 않지만 통상의 부정형 내화재의 성형성, 작업성 등을 확보하기 위한 순도와 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 유동화제, 경화 조정제, 점증제, 해교제 및 펄프섬유의 함량은 특별히 제한 되지는 않으나, 바람직하게는 염기성 내화 재료 및 보강 재료의 총 중량을 100 중량부로 하여 각각 0.1~1 중량부, 0.1~0.5 중량부, 0.1~2 중량부, 0.1~1 중량부 및 0.1~0.3 중량부이다.
또한, 본 발명은 상기 내화보드용 조성물을 성형시키는 단계; 및 성형된 내화보드용 조성물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화보드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 내화보드용 조성물은 이로 제한되는 것은 아니나, 가압 성형, 진동성형과 같은 통상의 성형법을 이용하여 일정한 형상을 갖추게 되며, 혼합된 골재, 분말, 수분 혹은 수지 등이 편재되지 않도록 성형하는 것이 바람직하다. 진동성형법은 회전모터 또는 초음파 발생기를 이용하는 방법을 사용할 수 있다. 열가소성 수지를 이용할 경우 사용하는 수지의 연화점과 용융점에 따라 몰드를 가열하면서 성형하는 것이 필요하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 내화보드용 조성물의 성형은 성형성을 보다 좋게 하기 위하여 물의 존재하에 수행될 수 있다. 상기 내화보드용 조성물에 추가로 첨가되는 물의 양은 염기성 내화 재료 및 보강 재료의 총 중량을 100 중량부로 하여 5~9 중량부이다.
성형된 내화보드용 조성물은 일정 수준의 물을 함유하고 있으므로, 본 발명에 따른 내화보드 제조방법은 성형된 내화보드용 조성물을 열처리하는 단계 이전에 건조 단계를 추가로 포함하여 상기 조성물에 포함된 물을 제거하는 것이 바람직하다. 성형된 내화보드용 조성물을 건조하는 방법은 당업계에 공지된 건조 방법 중에서 자유롭게 선택될 수 있다. 건조 조건은 특별히 제한되지는 않으나, 통상의 조건인 100~200℃의 온도에서, 6~12 시간 건조시키는 것이 바람직하다.
바람직하게, 성형된 내화보드용 조성물을 열처리하는 단계는 400~1200℃의 온도에서 1~7 시간, 바람직하게는 1~5 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 400~1200℃이고 열처리 기간이 1~7 시간이면, 결정수, 바인더 등의 제거가 우수하므로, 제조된 내화보드의 열간 강도를 향상시키고, 조업에 사용시 용강 오염이 저감되어 고 청정강을 확보하는 것이 가능하다. 성형된 내화보드를 열처리하는 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 가스로, 전기로와 같은 통상의 고온로를 사용하여 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떠한 의미로든 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 당업자는 통상의 부정형 내화재와 내화블록의 사용원료 및 제조방법을 기준으로 본 발명을 다른 형태로 구체화할 수 있을 것이다.
실시예 1: 내화보드용 조성물 및 내화보드의 제조
마그네시아 (CCM-96, 중국 Tianjin TEDA사) 70 중량부 및 돌로마이트 (돌로마이트, 중국 Tianjin TEDA사) 30 중량부로 구성된 염기성 내화 재료; 초미분 알루미나 (A-161SG, 일본 Showa Denko) 20 중량부, 초미분 실리카 (RH24, Rhodia Silica사) 20 중량부 및 스피넬 분말 (AM70, Luoyang Hongfeng) 60 중량부로 구성된 보강 재료; 상기 염기성 내화 재료 및 보강 재료의 총 중량을 100 중량부로 하여 Na-P계 해교제로서 헥사메타인산소다 (일신화공약품) 0.3 중량부, 점증제로서 초미분 점토 (벤토나이트, Shanxi Huading) 1 중량부 및 물 7 중량부와 혼합하였다. 그 후, 혼합물을 진동성형기 위에 장착된 몰드에 붓고 성형을 실시하였다. 진동 성형기 하부에는 초음파 발생기가 8개 균일하게 배열되어 있으며, 40kHz의 초음파로 1 분간 진동하였다. 성형된 보드를 상온에서 12 시간 유지한 후 100℃에서 24시간 건조시켰다. 건조물을 가스 소성로를 이용하여 400~1400℃ 조건에서 30분~6시간 열처리하여 내화보드를 제조하였다. 구체적으로, 하기 표 1의 조성으로 실시예 1 내지 5의 내화보드를 제조하였다.
비교예 1
철강업체에서 통상적으로 사용하는 MgO 95% 이상의 습식 도포제 (TD-1, 포스렉) 100 중량부 및 물 15 중량부를 혼합하였다. 혼합물을 실시예 1의 진동성형기 위에 장착된 몰드에 붓고 40kHz의 초음파로 1 분간 진동하였다. 성형된 보드를 상온에서 12 시간 유지한 후 100℃에서 24시간 건조시켜 비교예 1의 내화보드 시편을 제조하였다.
비교예 2 및 3
실시예 1에 기재된 방법을 이용하여, 하기 표 1의 조성으로 비교예 2 및 3의 내화보드를 제조하였다.
실험예
통상의 부정형 재료 시험법을 이용하여 시편의 열간 강도 및 용강 청정도를 하기와 같이 평가하였다.
열간 강도: 열간 꺾임강도 측정장치를 이용하여 1400℃ 열간에서 시편의 꺾임강도를 측정하였다.
용강 청정도: 유도용해로를 이용하여 용강 청정도를 측정하였다. 유도용해로 내부에 설치되는 도가니 내부에 제조시편을 시공하고 고순도의 전해철을 투입하여 용해하였다. 5 시간 유지한 후 전해철을 채취하여 성분분석을 행하였다. 투입 전 전해철 성분을 기준으로 외래성분의 함량을 측정하여 용강의 청정도를 평가하였다 (외래성분 함량이 높을수록 청정도는 감소한다).
실시예에 따른 내화보드의 조성 및 물성 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 물성 값은 비교예 1의 시험 결과를 100으로 하여 백분율 지수로 환산하여 나타내었다.
제조조건 시험결과
염기성 내화재료 (중량%) 보강재료 (중량%) 소성온도 (℃) 소성시간 (hr) 열간강도 (1400℃) 용강 청정도
비 교 예 1 종래의 마그네시아질 도포제 100 100
2 60 40 1200 3 100 90
3 97 3 1200 3 90 90
실 시 예 1 90 10 1400 3 150 130
2 90 10 1000 6 145 134
3 90 10 1100 4 145 132
4 85 15 1000 2 150 130
5 95 5 1200 5 147 135
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 염기성 내화보드는 높은 열강 강도와 용강 청정도를 나타내므로, 고 청정강 생산을 위한 연속주조용 턴디쉬 설비의 내장재로 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 내화보드용 조성물로부터 제조된 내화보드는 종래의 마그네시아질 도포제에 비하여 기계적 내구성과 내식성이 우수하고, 주성분이 염기성질 내화원료로 구성되므로 용강의 청정성을 향상시킬 수 있으므로 연속주조에 사용되는 턴디쉬용 내장 내화재로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 마그네시아/돌로마이트 혼합물 또는 마그네시아/칼시아/돌로마이트 혼합물인 염기성 내화 재료 70~95 중량%; 및
    알루미나, 스피넬, 실리카, 알루미나 시멘트, 인산염 분말 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 보강 재료 5~30 중량%;
    를 포함하는 내화보드용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 유동화제, 경화 조정제, 점증제, 분산제, 해교제 및 펄프섬유로부터 선택된 첨가제; 및 열가소성 수지 또는 물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내화보드용 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 열가소성 수지가 아크릴 수지, 석유 및 석탄계 핏치, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지 및 폴리에틸렌으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 내화보드용 조성물.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 내화보드용 조성물을 물의 존재 하에 성형시키는 단계; 및
    성형된 내화보드용 조성물을 400~1200℃의 온도에서 1~7시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화보드의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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CN107857573A (zh) * 2017-11-17 2018-03-30 吉林建筑大学 一种以煤矸石为主要原料的保温砌块的制备方法
CN110357645A (zh) * 2019-07-26 2019-10-22 贵州大学 一种利用白云石质磷尾矿制备镁钙质耐火材料的制备方法

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