KR100939267B1 - Ｆｉｎｅｘ 유동 환원로용 내화 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FINEX 유동 환원로에 사용되는 내 침식성이 우수하여 수명이 긴 내화 조성물에 관한 것으로 Al₂O₃ 함유량은 60중량% 이상이고, Fe₂O ₃ 함유량은 1.5 중량% 이하이며 잔부는 SiO₂ 이고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 용융환원 공정의 유동환원로에 사용되는 내화 조성물을 제공한다.

FINEX, 유동 환원로, 내열충격특성, 내침식성, 내화물, 용융환원

Description

ＦＩＮＥＸ 유동 환원로용 내화 조성물 {Refractory Composition For Using Fluidized Reduction Furnace of FINEX}

본 발명은 내화 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FINEX 공정의 유동 환원로에 적용되는 내화 조성물에 관한 것이다.

고로법이라고 하는 통상의 제철법은 용융선철을 제조하기 위하여 고로에 장입하는 원료를 전처리 공정에서 코크스와 괴상의 철광석으로 가공한 다음 이와 같이 덩어리 상태의 원료를 이용하여 용융선철을 제조하여 왔다.

그러나 이러한 전처리 공정이 필요한 기존의 고로법은 석탄의 코크스화 과정과 괴상의 철광석으로 소결하는 과정에서 많은 유해 가스를 배출하여 환경오염문제를 야기하고 있다.

따라서 최근 들어 이러한 환경오염문제를 극복하면서 아울러 자원고갈에 대한 대비책으로 새로운 제철법인 용융환원법에 대하여 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.

현재 개발되고 있는 용융환원 제철법 중 FINEX 공정은 미립의 석탄과 분체 형태의 철광석을 최초 채광한 상태에서 입도만 분리하여 그대로 사용함에 따라 고 로법에 비해 원료비가 저렴하여 상업화가 진행되고 있다.

FINEX 공정은 크게 분체 형태의 철광석(분광석)을 유동 환원로내에서 환원시키는 유동환원공정과 이와 같이 직접환원된 분철광을 용융가스화로 내에서 용융시키는 용융공정으로 이루어져 있다.

분광석의 환원공정은 유동 환원로 내에서 진행되며, 환원 가스로는 용융 가스화로에서 석탄의 연소에 의해 발생한 다량의 일산화탄소를 사용한다. 용융 가스화로에서 발생한 일산화탄소 가스는 유동 환원로 하부에 형성된 분산판 하부를 통하여 분산판 상부로 공급하면서 이 가스가 유동 환원로 상부로 공급되는 분광석과 혼합되어 분광석-일산화탄소 유동층이 형성된다.

이 때 용융가스화로로부터 공급된 일산화탄소는 약 800℃에 이르는 고온상태이므로 이와 같은 고온의 일산화탄소에 의하여 유동환원로 내에서 분광석이 환원반응을 진행하게 된다.

일산화탄소의 온도가 고온일수록 그리고 일산화탄소의 분압이 높을 수록 분광석의 환원반응이 촉진되므로 가능한 일산화탄소의 온도가 높을수록 유리하지만 일산화탄소의 온도 및 분압이 증가하게 되면 유동 환원로에 축조된 내화물의 침식을 가속시켜 그 침식량이 증가하게 된다.

이와 같은 내화물의 침식은 유동 환원로에 있어 환원공정의 안정성을 떨어뜨리므로 공정운용에 심각한 장애요인으로 작용하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 FINEX 유동 환원로에 사용되는 내 침식성이 우수하여 수명이 긴 내화 조성물을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Al₂O₃ 함유량은 60중량% 이상이고, Fe₂O₃ 함유량은 1.5 중량% 이하이며 잔부는 SiO₂ 이고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 용융환원 공정의 유동 환원로에 사용되는 내화 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 FINEX 공정 중 유동 환원로에 사용되는 내화 조성물이므로 그 물리적 특성은 유동 환원로의 공정 조건인 고온 환원조건에 견딜 수 있는 내열충격특성과 내 침식특성이 좋은 것이 요구된다.

일반적으로 내화물에 열충격이 인가 되었을 경우 내화물의 강도는 크게 저하되고 심한 경우 내화물이 부서져 소실되는 현상이 발생한다.

따라서, 고온의 일산화탄소 가스에 의한 가열 및 냉각이 반복되는 FINEX 유동 환원로용 내화물의 경우 높은 내열충격특성을 가지는 내화재질이 바람직하다.

유동 환원로의 공정조건 중에서 출선구 내화벽돌이 열 충격에 많이 노출되어 있으며 이러한 출선구 내화벽돌이 열 충격을 받으면 이로 이하여 탈락되는 현상이 발생한다 따라서 높은 열 충격 저항성을 갖는 재질이 필요하다.

또한 내화물이 고온의 일산화탄소와 접촉할 경우 일산화탄소에 의해 내화물 이 환원되어 부피밀도가 감소하고 강도가 저하되어 박리되거나 탈락하여 침식되는 경향을 나타내고 있다.

따라서, 고온의 일산화탄소와 접촉하는 FINEX 유동 환원로에 사용되는 내화물은 일산화탄소에 대한 환원저항성을 가져야 한다.

이와 같이 유동 환원로의 공정조건 중에서 내화물은 일산화탄소 가스에 의해 내화물이 환원되어 박리되거나 탈락되므로 이를 억제하기 위해서는 FINEX 슬래그와의 반응성이 낮은 재질이 필요하다.

상기와 같은 특성에 부합하는 내화물이 Al₂O₃-SiO₂ -Fe₂O ₃ 조성물이다.

이하에서는 각 성분의 영향에 대하여 상세히 설명한다.

실시예 1.

서로 다른 함량의 Al₂O₃ 원료를 함유한 Al₂O₃-SiO₂ 내화물을 성형한 다음 각각의 시편에 ΔT = 800℃의 열충격을 가한 후 곡강도를 측정하였다. 이러한 방법으로 측정된 각각의 시편들의 곡강도가 아래의 표 1에 정리하였다

Al2O3 원료 함량	ΔT = 800℃의 열충격을 인가한 후 시편의 곡강도
99	161
90	152
80	140
70	132
60	124
50	92
40	83
30	71
20	64

표 1은 Al₂O₃ 함량에 따른 FINEX 유동 환원로용 내화물의 열충격 후 강도 변 화를 나타낸 것으로 표 1에 나타난 것과 같이 알루미나 함량이 60중량% 이상일 경우 열충격이 인가 된 후에도 높은 강도를 유지한다.

따라서, FINEX 유동환원로의 출선구용 내화물로는 알루미나 함량이 60% 이상인 내화재질이 바람직하다.

실시예 2.

서로 다른 함량의 Fe₂O₃ 원료를 함유한 Al₂O₃ 내화물들을 성형하고 각각의 시편을 일산화탄소 70%와 질소 30%로 구성된 800℃의 환원가스에 8시간 동안 가열, 냉각한 후 곡강도 및 부피밀도를 측정하였다.

이러한 방법으로 측정된 각각의 시편들의 곡강도 및 부피밀도를 아래의 표 3에 정리하였다.

Fe2O3 원료 함량	800℃ 고온가스침식시험 후 내화물의 부피밀도 (g/cm3)	800℃고온가스침식시험 후 내화물의 곡강도 (kgf/cm3)
0.1	3.75	159
0.5	3.73	154
1.0	3.73	153
1.5	3.71	146
2	3.62	92
3	3.51	83
4	시료 파단	시료 파단
5
6

표2는 Fe₂O₃ 함량에 따른 FINEX 유동 환원로용 내화물의 곡강도 및 부피밀도 변화를 나타낸 것으로 표 2에 나타난 것과 같이 Fe₂O₃ 함량이 1.5 중량% 이상인 경우 내화물의 일산화탄소에 대한 환원저항성이 낮아져 침식량이 증가하는 것으로 나 타나고 있다.

따라서, FINEX 유동 환원로용 내화물을 제조하는데 있어 Fe₂O₃ 함량이 1.5 중량% 이하인 경우 일산화탄소에 대한 환원저항성이 높아 고수명인 FINEX 유동 환원로 내화물을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 Al₂O₃-SiO₂ -Fe₂O₃ 조성물은 각 성분의 함유량을 최적화 함으로써 내열충격특성과 일산화탄소에 대한 환원저항성이 우수하여 고온 환원성 분위기에서 가동되는 유동 환원로의 내화물로서 사용하기에 적합하다.

Claims (1)

1. Al₂O₃ 함유량은 60중량% 이상이고, Fe₂O₃ 함유량은 1.5 중량% 이하이며 잔부는 SiO₂ 이고 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 용융환원 공정의 유동 환원로에 사용되는 내화 조성물.