KR100941407B1 - 염기성 보수재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제강 조업 중 발생되는 제강설비의 부분적 손상부위나 연속주조기의 내부 보호를 위해 사용되는 보수재 조성물 중 내화물 골재를 일부 탄산염 골재로 대체함에 따라 용강의 청정도를 높여 고급강 생산에도 유리한 염기성 보수재 조성물에 관한 것으로서, 염기성 보수재 조성물은 탄산염 골재 20 ~ 80 중량%, 첨가제 4 ~ 12 중량% 및 나머지는 염기성 내화골재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
보수재, 청정도 향상, 내침식지수, 백운석, 탄산염 골재, 염기성 내화골재

Description

염기성 보수재 조성물{Repairing Materials Composition}
본 발명은 염기성 보수재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강 조업 중 발생되는 제강설비의 부분적 손상부위나 연속주조기의 내부 보호를 위해 사용되는 보수재 조성물 중 내화물 골재를 일부 탄산염 골재로 대체함에 따라 용강의 청정도를 높여 고급강 생산에도 유리한 염기성 보수재 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 전로 등 각종 제강로는 조업 중 부분적으로 손상된 부위가 발생하면, 로의 수명연장을 위하여 손상부위를 보수하여 사용하게 된다. 손상부위의 보수 방법으로는 열간 보수, 냉간 보수가 있으며, 도포 방식은 스프레이방식, 투입방식 등이 있다. 이러한 보수 작업에 사용되는 종래의 보수재는 염기성 내화골재인 마그네시아 클링커 또는 돌로마이트 클링커에 첨가재가 첨가되어 이루어졌었다. 하지만 종래의 보수재는 내장 내화물을 보호하는 기능만을 가지고 있을 뿐 용강의 청정도 향상을 기대할 수 없었다.
최근에는 청정도가 높은 고급강의 수요가 증대됨에 따라 강중 개재물과 산소량 등을 감소시킨 고청정강을 제조하기 위한 노력이 증가되고 있다. 고청정강을 제조하기 위한 방법은 크게 전로에서 정련용 첨가제를 투입하여 청정도를 높이는 방 법, AOD(Argon Oxygen Decarburization), VOD(Vacuum Oxygen Decar-burization) 등의 단계를 통하여 청정도를 높이는 방법 등 다수의 방법이 사용되고 있다. 이러한 방법의 일환으로 불순물 제거를 위하여 CaCO3계 첨가재를 첨가하는 방법이 적용되고 있으며, CaCO3계 첨가재의 첨가에 따라, CaO가 용강 중 불순물을 포집하여 용강의 청정도를 향상시키는 효과를 얻고 있다. 그러나 이러한 방법에 사용되는 CaCO3계 첨가재는 종래에 보수재로 사용되던 마그네시아 재질에 비하여 그 수명이 짧아 보수재로서의 역할은 미비한 수준이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 보수재 조성물 중 내화물 골재의 일부를 탄산염 골재로 대체함에 따라 적정 보수재의 역할을 하는 동시에 용강의 청정도를 향상시킬 수 있는 염기성 보수재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염기성 보수재 조성물은 탄산염 골재 20 ~ 80 중량%, 첨가제 4 ~ 12 중량% 및 나머지는 염기성 내화골재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 탄산염 골재는 주성분으로 CaO를 포함하는 골재인 것을 특징으로 하고, 특히 상기 탄산염 골재는 백운석인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 첨가제는 실리카 초미분, 인산계 바인더 및 분규계 바인더 중 1종 또는 2종 이상 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클링커, 돌로마이트 클링커 및 마그네시아 크롬 클링커로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 특히 상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클링커인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탄산염 골재 및 염기성 내화골재는 입경이 5mm 이하이고, 첨가제는 수용성 분말인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 보수재의 조성물에 CaO를 함유하는 탄산염 골재를 첨가함에 따라 보수재의 적정 특성을 유지하면서도 용강 내의 불순물을 제거하여 강의 청정도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 염기성 보수재는 특정 제강공정에 한정하여 적용되지 않고, 용강과 접촉이 발생되는 모든 공정에 사용이 가능하고, 예를 들어 전로, 레이들, RH설비, AOD설비, VOD설비, 턴디쉬 등 보수재가 사용되는 모든 단계에서 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 염기성 보수재 조성물은 탄산염 골재, 첨가제 및 염기성 내화골재로 이루어진다.
탄산염 골재는 주성분으로 CaO 및 MgO를 포함하는 골재를 사용하며, 그 이유는 CaO 및 MgO가 용강 중의 비금속 개재물, 예를 들어 알루미나(Al2O3)를 포집하여 부상시킴에 따라 용강 중의 불순물을 제거하여 용강의 청정도를 향상시킬 수 있기 때문이다.
탄산염 골재는 열간 활성화된 CaO 및 MgO, 특히 CaO의 공급이 가능한 천연 및 인위적으로 합성한 탄산염을 사용한다. 이러한 탄산염 골재로는 승온기간 중 1000℃ 이상에서 열간 활성화되어 반응성이 높은 상태인 미세한 산화칼슘 및 산화 마그네슘 형태를 유지하는 백운석이 사용된다. 백운석은 용강과 접촉시 용강 내부에 존재하고 있는 개재물과의 반응을 통하여 저비중 화합물을 형성하여 이를 상부로 부상시키는 역할을 하고, 비연신성 개재물을 연신성 개재물화 시키는 역할을 한다. 그러나 백운석과 같은 탄산염 골재는 열간 분해에 따른 비중저하 및 강도저하를 나타내는 내용성 측면에서 단점을 가지고 있기 때문에, 탄산염 골재와 함께 강도를 증대시키고 침식성을 향상시킬 수 있는 염기성 내화골재를 혼합하여 사용한다.
염기성 내화골재는 마그네시아 클링커, 돌로마이트 클링커 및 마그네시아 크롬 클링커로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
마그네시아 클링커는 마그네사이트 또는 수산화마그네슘 등을 1500℃ 이상 구워 만든 덩어리로서, 산화마그네슘을 주성분으로 하며 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 마그네시아 클링커는 고온에서 소결한 소결 마그네시아 클링커와 전기 용융한 전융 마그네시아 클링커가 있으며 본 발명에서는 소결 마그네시아 클링커나 전융 마그네시아 클링커 중 어느 것을 사용하여도 무방하나 고내식성을 얻기 위해서는 전융 마그네시아 크링커를 사용함이 바람직하다. 마그네시아 클링커는 필요에 따라서 일정량 마그네시아 크롬 클링커로 대체될 수 있다.
돌로마이트 클링커는 산화마그네슘 이외에 산화칼슘을 주성분으로 하며 슬래그에 대한 내침식성이 강하고 침투 억제 효과가 우수하다. 또한 빠른 소성능력에 의해 중온강도 유지에 효과적이다. 다만 소화성이 있어 수분과 반응시 잘 분화되는 경향이 있어 일정 성분 이상의 함량은 바람직하지 않다. 또한 산화칼슘을 성분으로 하나 산화마그네슘과 복합적인 조직을 형성하므로 반응성 및 활성도가 떨어져 돌로마이트 클링커 단독으로는 정련효과가 다소 저하된다.
첨가제는 열간 보수인지 냉간 보수인지에 따라 그에 적합한 통상의 첨가제를 사용하며, 예를 들어 결합제로 사용되는 실리카 초미분, 수분감소 및 유동성 향상을 위한 인산계 바인더, 열간 강도를 주기 위한 분규계 바인더 등이 사용된다. 다만 스프레이 형태로 적용되는 것을 고려하여 첨가제는 수용성 분말형태인 것이 바람직하다. 첨가제의 총 배합량이 4 중량% 미만으로 첨가되는 경우 시공시 접착 불량이 발생하고, 12 중량%를 초과하는 경우 내용성이 저하되는 문제가 있는바, 4 ~ 12 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
그리고, 용강이나 슬래그에 대한 고내식성을 얻기 위하여 사용되는 염기성 내화골재와 용강의 청정도를 향상시키기 위하여 사용되는 탄산염 골재는 각 요소들의 적정한 성능을 유지시키기 위하여 적정한 배합비로 혼합되어야 하는데, 이를 고려할 때 탄산염 골재가 20 ~ 80 중량% 첨가되고, 상기와 같이 첨가제가 4 ~ 12 중량% 첨가되며, 그 나머지는 염기성 내화골재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때 상기 탄산염 골재 및 염기성 내화골재는 스프레이 형태로 적용되는 것을 고려하여 입경이 5mm 이하가 되는 것이 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
하기의 표 1과 같이 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 4를 배합하고, 여기에 물을 첨가하여 혼련 후 이를 틀에 넣은 다음 300℃로 가열하여 시편을 제작하였으며, 110℃에서 24시간, 전기로에서 1000℃ 및 1500℃에서 3시간 유지한 다음 상온에서 압축강도를 측정하였다.
한편 적정 시공품질 및 승온상태를 평가하기 위하여 모델 턴디쉬에서 직접 시공하여 시험을 진행했으며, 건조 24시간 후 버너를 이용하여 1000℃로 승온시험을 실시하였다.
실시예 1 내지 4의 경우 본 발명에 따른 실시예이고, 비교예 1의 경우는 탄산염 골재 단독으로 첨가한 비교예이며, 비교예 2의 경우는 종래에 정련용으로 사용된 조성물로 석회석만 첨가된 비교예이며, 비교예 3의 경우 탄산염 중 석회석만 첨가한 비교예고, 비교예 4의 경우 종래에 보수용으로 사용된 조성물로 마그네시아 클링커만 첨가된 비교예이다.
실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 4에 사용된 원료의 주요 화학 성분은, 마그네시아 클링커가 산화마그네슘 90중량%와 기타 불순물이 10중량%이고, 돌로마이트 클링커는 산화칼슘 25중량%와 산화마그네슘 70중량%와 기타 불순물 5중량%이며, 분화발생에 따른 품질편차 감소를 위하여 입경 0.3mm이상의 조립분으로 적용하였다.
탄산염 골재는 백운석을 95 중량% 이상 포함하는 골재를 가열하여 사용하였으며, 백운석은 가열에 의해 산화칼슘 35 중량% 및 산화마그네슘 15 중량% 정도를 유지하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4
마그네시아 클링커 74.4 54.4 34.4 14.4 29.4 95.6
돌로마이트 클링커 15
탄산염골재(석회석) 50 94.4
탄산염골재(백운석) 20 40 60 80 93.3
실리카 초미분 2 2 2 2 2 2 2 0
해교제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2
실리카 플라워 3 3 4 4 4 3 3 4
Fiber 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2
소요수분량 21 ~ 22%
강도 (kgf/cm2) 110℃ X 24hr 20 18 15 11 - 5 14 26
1500℃ X 3hr 107 89 65 44 - 62 - 138
승온 후(1000℃) 상온 냉각시 시편상태 양호 양호 양호 양호 부품 양호 부품 양호
건조상태(Crack) 전체 양호
승온상태 양호 양호 양호 양호 양호 양호 부품 양호
내침식지수 90 70 60 55 - 30 - 100
표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 4의 경우 저온 및 고온 강도가 양호하고, 승온 후 상온으로 온도를 낮출 경우 3시간 이상 유지할 수 있는 특성을 보이며, 승온상태도 양호하였다.
그러나 백운석을 과도하게 첨가한 비교예 1의 경우 승온 후 상온으로 냉각시 시편이 조기에 분화가 되거나 건조중 부품이 생겨 물성 측정이 불가능하였다. 비교예 2의 경우에서는 종래에 정련용으로 사용된 조성물로서 정련 성질은 양호한 효과를 기대할 수 있었으나, 내침식지수가 실시예에 비하여 낮은 수치를 나타내었다. 비교예 3의 경우는 과도한 석회석을 첨가한 경우로서, 승온상태 및 물성상태가 모두 부품형태를 나타내었다. 비교예 4의 경우 종래에 부수용으로 사용된 조성물로서, 저온 및 고온에서 모두 양호한 압축강도를 나타내며 1000℃로 승온 후 상온으로 냉각한 경우에도 부품이 발생하지 않는 양호한 성질을 나타내었다. 다만 실시예 4의 경우는 탄산염 골재가 첨가되지 않아 청정효과를 기대할 수 없다.
그리고, 비교예 1 내지 4의 경우 청정강 생산을 위한 탄산염 골재의 함량을 비교예 2에 비하여 많이 첨가하더라도 회전침식시험을 통한 내침식지수 면에서 높게 나타나 침식 안정성을 확보했다. 따라서, 비교예 1 내지 4의 경우 침식 안정성을 확보하는 동시에 백운석에 포함된 CaO에 따른 용강 중의 비금속 개재물을 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 백운석 20 ~ 80 중량%, 첨가제 4 ~ 12 중량% 및 나머지는 염기성 내화골재로 이루어지고,
    상기 첨가제는 실리카 초미분, 인산계 바인더 및 분규계 바인더 중 1종 또는 2종 이상 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 염기성 보수재 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클링커, 돌로마이트 클링커 및 마그네시아 크롬 클링커로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 염기성 보수재 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클링커인 것을 특징으로 하는 염기성 보수재 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 백운석 및 염기성 내화골재는 입경이 5mm 이하이고, 첨가제는 수용성 분말 형태인 것을 특징으로 하는 염기성 보수재 조성물.
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