KR101000209B1 - 내화성 세라믹 생성물을 제조하기 위한 방법, 용융물을 상기 생성물로 개질하기 위한 방법, 및 상기 생성물의 용도 - Google Patents
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Abstract
바람직하게 사용될 때, 내화성 성질로 제공되는 생성물, 특히 페이스트와 몰드된 부분은 특히, 강철 용융물(철 용융물), 비철 용융물(예를 들면, 구리 용융물), 유리 용융물, 또는 암석 용융물과 같은 용융물을 수용, 처리 및/또는 전달하기 위한 장치에서 사용되며, 상기 용융물들은 보통 1000℃부터 2000℃까지 온도 범위를 갖는다. 레이들 분석치는 내화성 생성물로부터 계량 방식으로 적어도 하나의 물질을 방출하는 것에 의해 특히 변경된다.
Description
의도된 바에 따라 사용될 때, 제품들, 특히 내화성을 가지는 성형 부품들 및 집합물(mass)은 용융물을 수용, 처리 및/또는 전달하기 위한 장치에서 사용된다. 이러한 용융물은 강철 용융물(철 용융물), 유리 용융물 또는 암석 용융물 같은 비철 용융물(이를 테면 구리 용융물)일 수 있으며, 그러한 용융물은 관례상 1000℃와 2000℃ 사이의 온도를 갖는다.
본 명세서에서 용어 "내화성"은 생성물이 기술적으로 적절한 기간 이상 용융물과 비교하여 기술적으로 충분한 수명을 갖는다는 것을 의미한다.
따라서, 용융 레이들(ladles)들 또는 용융 터브(tubs)들과 같은 대응 장치(유닛)들을 피복하는(jacket) 내화성 물질에 대한 필요 조건들은 높은 온도 저항성, 긴 유효 수명 및 다양한 역학적 특성들, 예를 들어 탄성률에 집중한다. 이것은 유사한 방식으로, 이른바 기능성 생성물들로 사용되는 내화성 물질에 적용한다. 기능성 생성물들은 전술한 특성들에 더하여 또 다른 작업을 충족시키는 내화성 세라믹 생성물들이다. 이것은 다음을 포함한다: 용융물을 운반하고 처리하기 위한 생성물(예를 들어 튜브들, 도관들); 용융물 흐름을 제어/조절하기 위한 생성물(예를 들어 슬라이딩 플레이트, 스토퍼, 턴디쉬 댐들), 충격 보호를 제공하는 생성물(예를 들어 충격 패드들, 충격 포트들) 또는 처리 매질을 안내하기 위한 생성물(예를 들어 가스 정화 장치들).
우수한 부식 거동, 온도변화에 우수한 저항성 또는 우수한 산화 보호는 종종 상기 생성물들을 위한 중요한 역할을 한다.
슬래그들(특히 야금 슬래그들)을 처리하는 내화성 생성물의 부식 저항성은 내화성 산화물(예를 들어 MgO 또는 Al2O3)과 결합하여 탄소(C)의 추가에 의해 개선될 수 있다. 산화하려는 탄소의 경향은 내화성 물질에 산화-억제 첨가제(이른바 산화 방지제)의 첨가에 의해 감소 될 수 있다.
부식 거동과 관련하여 기술된 바와 같이, 신규한 내화성 물질의 개발은 생성물의 유효 수명의 개선에 특히 집중한다.
이것은 성형 부품들과 마찬가지로 모놀리식 집합물에도 적용되며, 벽, 바닥 및 천장(덮개)의 안감을 대기 위해 사용되는 생성물들뿐만 아니라 상기 언급된 기능성 생성물들에도 적용된다.
본 발명은 수십 년 동안 답보상태에 있었던 상기 측면과 다르다. 본 발명의 주요 개념은 생성물이 특별한 공정에서 활발히 사용될 수 있는 방식으로 전술한 종류의 내화성 생성물을 설계하는 것이다. 내화성 물질은 공정 공학의 구성성분으로 만들어진다. 용융물의 품질과 성질 및 용융물로부터 생성된 생성물의 성질의 품질은 내화성 물질의 도움으로 조절 및/또는 최적화될 수 있다. 용융/처리 용기(이하에서 장치라 부름)는, 내화성 생성물의 물질의 활성 역할에 의해, 용융물 및 용융물로부터 생성된 생성물을 조절하기 위한 일종의 반응기가 된다.
다음에서 자세히 기술되는 바와 같이, 내화성 생성물은 예를 들어, 합금 금속들을 금속 용융물에 도입하기 위한 디스펜서로서 또는 의도한 방식(바람직한 방식)으로 특정 용융물의 조성 및/또는 성질을 변화시키기 위하여 유리 용융물 내의 반응 파트너로서, 해당 개조 후에 본원 발명에 따라 사용될 수 있다.
내화성 물질은 예를 들면 적당한 용융 용기들 내 내장재로서 자신의 종래 기능들을 보존해야 한다; 그러나, 내화성 물질은 완전히 새로운 기능을 추가로 수용한다.
이를 위하여, 내화성 물질은 추후 응용분야의 공학적 매개변수를 고려하는 자신의 생성과정 동안 이미 개조된다. 이것은 실시예에 의해 나타낼 것이다.
강철 용융물은 내화성 생성물들로 갖춰진(피복된) 레이들에서 야금 처리되어야 한다. 상기 장치에서 상기 강철 용융물의 "실제적인 분석치(actual analysis)"는 "이론적 분석치(theoretical analysis)"로부터 벗어난다. 예를 들면, 합금 성분들, 코발트(Co), 망간(Mn), 및/또는 세륨(Ce)의 함유량은 용융물에서 너무 낮다.
당해 분야의 실정에 따르면, 이러한 부족한 합금 금속들의 공급은 독일 특허 제 29 48 636 A1호에서 기술된 것과 같이, 예를 들어, 이른바 합금 전선들을 통해서 일어난다. 이러한 합금 전선들의 생산은 비용이 많이 든다. 용융물 안으로의 전선의 삽입은 추가적인 공정 단계를 구성한다. 부족한 합금 성분들은 몇 개의 콘크리트 영역에서 전선의 도움으로 용융물로 삽입될 수 있다. 상기 용융물(용융물 조)에서 후속적으로 필요한 분배는 유사하게 비용이 많이 든다.
또 다른 공지 방법은 상기 부족한 합금 성분들을 분말로 용융 조 위로 발사하는 것이다. 문제는 많은 부분이 용융물을 덮고 있는 슬래그에 포획된 채 남아있는 경우에 발생한다. 용융물에서 균일 투여 및 분배는 가능하지 않다.
본 발명은 처리 공정의 가동 중에 별도의 개입을 만들지 않는다. 본 발명에 따르면, 용융물의 부족한 성분들은 용융물과 내화성 물질의 반응에 의해 또는 내화성 물질(특정한 경우에 필요하며 존재하는)로부터 직접적으로 만들어질 수 있다. 그러나, 원래 존재하는 용융물의 일정한 성분들은 내화성 물질과 용융물의 반응에 의해 용융물로부터 또한 제거될 수 있다. 두 가지 경우에, 원래 존재하는 용융물은 개질된다. 특히, "분석치(analysis)"라는 용어에 모두 포함되는 다음의 개질사항들이 언급된다:
- 용융물의 화학적 조성
- 용융물 성분들(예를 들어 금속, 산화물, 탄화물, 질화물)의 화학적 결합 상태
- 금속 용융물에서 합금 성분들 및/또는 비금속 고체의 분배
- 금속 용융물에서 비금속 함유물들의 형태(예를 들어, 크기 및 모양)
내화성 물질에 의한 용융물의 변화 또는 용융물과 내화성 물질의 반응들은, 본 발명에 따라, 예를 들어, 다음의 매개 변수들의 적어도 하나의 의도적인 변화에 의해서 일어날 수 있다.
- 용융물의 온도
- 용융물 부피
- 용융물 처리 시간
- 생성물의 내화성 물질의 조성
- 내화성 생성물의 구조적 조성
- 내화성 생성물의 밀도
- 내화성 생성물과 용융물 사이의 접촉 영역
이에 의해, 생성물의 내화성 물질의 특정한 적용으로의 특정한 개조가 일어난다. "적용"은 일정한 장치에서 개별적인 구체적 용융물에 관계가 있을 수 있다. 그러나, 상기 적용은 해당 장치들에서, 일정한 용융물의 성질과 전형적인 일반적 조건에 또한 관계가 있을 수 있다. 따라서, 상기 생성물은 용융물의 성분과 성분량에서의 편차가 전체적으로 또는 부분적으로 고려되는 그러한 방식에서 개조될 수 있다.
가장 일반적인 실시예에서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는, 용융물을 수용, 처리 및/또는 운반(전달)하기 위한 장치의 내장재 또는 기능적 생성물로서, 의도된 바에 따라 사용될 때 내화성인, 세라믹 생성물을 제조하기 위한 방법에 관계한다;
- 여러 배취(batch) 성분을 포함하는 세라믹 배취(batch)의 제조 단계,
- 배취를 세라믹 생성물로 가공한 후 그리고 응용 분야에 적합한 방식으로 용융물을 상기 생성물과 접촉시킨 후, 장치로부터 취한 용융물의 실제적인 분석치와 이론적 분석치 사이의 차이가, 장치로 공급된 용융물 또는 장치에서 이미 처리된 용융물과 비교한 것보다 적어도 하나의 용융물 성분에 대해 더 작게 되도록 하는 방식으로, 적어도 하나의 배취 성분을 선택 및 개질하는 단계.
본 발명은 내화성 생성물의 제조로 시작되는데, 즉, 특정 응용 분야에서 생성물과 접촉되게 되는 용융물의 성질 및 조성을 고려한다. 예를 들면, 이와 관련하여 다음의 제조 단계들이 수행될 수 있다;
- 내화성 생성물에서의 성분을 형성하는 배취 성분이 의도한 방식으로 배취에 첨가되는데, 이러한 성분은 용융물 내 상기 성분의 함량을 증가시키기 위해, 사용되는 동안(용융물과 접촉함), 생성물에서 용융물로 방출된다.
- 내화성 생성물에서의 성분을 형성하는 배취 성분이 의도한 방식으로 배취에 첨가되며, 이러한 성분은 사용 동안(용융물과 접촉함) 용융물의 반응 짝이 되고, 이에 따라 용융물의 성질 및/또는 조성을 변화시킨다.
내화성 물질은 비례적으로 소비될 수 있다. 예를 들어, 용융물 배취 동안, 부식 및/또는 침식된 내화성 물질로부터, 소정의 성분(들)의 소정 용량이 용융물 내부로 전달되는 방식으로, 생성물의 마모(wear)가 특정 응용분야에 대하여 조절된다. 그러나, 새로운 반응 생성물들이 내화성 생성물 위에 축적하는, 예를 들어 층을 형성하는, 상기 기술된 반응 메커니즘에 의해, 새로운 반응 생성물이 생성물의 내화성 물질과 용융물 사이에 형성되는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우에, 상기 내화성 생성물의 부동 성질(이를 테면 마모 보호 및 온도 보호)조차 변화될 수 있고, 특히, 개선될 수 있다. 그러한 층들(퇴적물들)은 의도적인 방식에서 위치상으로, 예를 들어 슬래그과 야금 장치의 내화성 생성물 사이의 접촉 영역에서 또한 얻어질 수 있다.
생성물의 제조업자는 생성물과 접촉하게 되는 적어도 하나의 용융물의 이론 및 실제적인 분석치들에 관한 구체적인 정보를 얻을 수 있다. 이러한 정보는 또한 생성물을 사용하는 공장에서 얻을 수 있다. 이것은 또한 외부 실험실에 의해 이용되거나 추정될 수 있다. 생성물의 제조업자는 이에 따라 배취-특화적으로 생성물을 위한 조치를 조절하거나, 또는 여러 응용 분야에서 요구되는 일정한 기본 성분들이 일정한 양 및/또는 제조품으로 이용가능한 방식으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 일정한 합금 금속은 일정한 유형의 용융물에서 보통 부족한 일정한 양으로, 또는 너무 낮은 농도로 함유된 일정한 양으로 배취에 첨가될 수 있다. 이것은 예를 들어 특정 귀금속 또는 희토류 금속일 수 있다.
생성물의 제조을 위한 프로그램은 다음과 같다: 본원에 따라 생성물과 접촉하는 용융물은 바람직한 변화를 수용하는 방식으로, 적어도 하나의 물질이 일정한 형태 및 양으로 배취에 추가.
용융물의 조성 변화는 내화성 물질의 마모에 의하여 뿐만 아니라 상기 생성물의 도움으로 물질을 분배함에 의해 이뤄질 수 있다. 예를 들어, 다음의 변화가 생성물의 제조에서 일어날 수 있다:
생성물은 특정한 다공도 특히, 개방 다공도를 갖도록 제조되며, 이에 따라 특정 물질이, 예를 들어 생성물의 침윤 처리에 의하여 생성물의 공극 공간에 퇴적된다.
용융물의 온도는, 내화성 생성물의 성분들인 물질들을 녹이고 그들을 용융물 안으로 분배하기 위하여 사용하는 동안 변경될 수 있다(예를 들어, 온도가 잠시 동안 높아짐). 마찬가지로, 용융물과 내화성 물질 사이의 특정 바람직한 반응들이 이러한 방식으로 용융물을 변화시키기 위해 상승된 용융물 온도에서 시작될 수 있다.
내화성 생성물을 제조하기 위한 배취는, 사용하는 동안 준비된 생성물이 상기 용융물과 함께 화학 반응 안으로 최소한 부분적으로 들어가는 방식으로 개조될 수 있다. 이런 방식에서, 특정 바람직하지 않은 성분은 상기 용융물로부터 제거될 수 있는데, 예를 들면, 비금속 함유물들이 슬래그 층으로 전달될 수 있다.
나중에 언급된 변형들은, 후속적으로 용융물에 의해 합금 성분으로서 직접적으로 용해되는 반응 생성물들을 생성하는 것을 가능하게 한다.
본 발명 개념의 중요한 이점은 예를 들어, 합금 성분들이 매우 적은 양(농도들)으로도 용융물로 균일하게 전달되고 균질화 될 수 있도록, 넓은 내화성 표면이 종종 관련 용융물과 접촉하고 있다는 것이다. 그러므로, 본 발명은 특히 용융물에서의 질량 분률이 <5%, 종종 <1 또는 <0.1%인 성분들과 함께 사용된다. 수정량(오름/내림)은 보통 명백하게 1 질량 퍼센트 미만, 종종 0.5 미만 또는 0.1 중량 퍼센트 미만이고 종종 <500 또는 <100ppm 이다. 그러므로, 본 발명은 매우 작은 양의 첨가제들을 갖는 합금(또한 미소-합금이라고 칭함)을 조절할 수 있는 효과적인 가능성을 제공한다.
내화성 물질로부터 용융물로 일정한 물질들(또는 화합물)의 공급은, 내화성 성형 부품들이, 예를 들면 적절한 데포(depot)와 함께 형성되도록 하는, 순수 물리적 방식으로 수행될 수 있다. 이것은 적어도 하나의 모세관 또는 도관을 통해 상기 용융물과 통하는 생성물에서 속빈 공간일 수 있다. 원하는 물질은 이 데포에서 수용될 수 있다. 데포에 존재하는 물질들은 적절한 압력 조건들을 조절하는 것에 의해 분배된다. 압력은 예를 들어, 일정한 온도에서 상기 내화성 물질의 열 팽창을 통해서 또는 상기 생성물에서 기체의 의도적인 형성을 통해서 조절될 수 있다.
언급된 유형의 생성물들은 종종 긴 수명을 가져야 한다. 만약 생성물들이 본 발명에 따라, 용융물로, 일정한, 특히 적은 양의 물질을 공급함에 있어서 촉매제로 또는 디스펜서로 사용되는 경우, 의도한 마모도는 일정한 특정 용도를 가져온다. 다음 예들은 이것이 가능하다는 것을 나타낸다.
높은 투여량이 필요할 때까지, 상기 물질들은 빠른 마모를 경험하는 내화성 생성물, 예를 들어 배취식으로 재적용되는 단결정 질량물로 통합될 수 있다. 바꾸어 말하면, 용융물로 장치를 채우기에 앞서 필요한 물질들(성분들)을 포함하는 단결정 내화성 코팅이 내장 위에 적용된다. 이러한 층은 장치가 용융물로 채워진 후에 전체적으로 또는 부분적으로 소비된다. 상기 내화성 코팅의 질량, 투여제의 양 및 이에 따른 마모도는 처리된 용융물 양의 함수로서 미리 계산될 수 있고, 적절하게 적용될 수 있다.
비슷한 상황이 충격 패드들 또는 충격 컨테이너들을 사용할 때 이루어질 수 있다. 이들 기능적 생성물들은 스트라이킹 주조 제트(jet)에 대하여 내화성 내장을 보호하고 용융물을 인도한다. 본 발명에 따르면 이들 충격 요소들은 일정한 물질들로 도프될 수 있고, 한정된 용도 특이적 마모도를 가지도록 제조될 수 있다. 그리고 나서 충격체가 일정한 시간에 조금씩 마모하고, 마모와 동시에 바람직한 물질들을 용융물로 분배하는데, 여기서 상기 바람직한 물질들은 금속 유출의 흐름에 의해 균일하게 분포된다. 이러한 적용에서, 일정한 성분들을 용융물로 공급하기 위한 디스펜서로써 내화성 물질의 새로운 기능이 명확해 진다. 이것은, 유사한 방식으로, 슬라이딩 플레이트, 스파우트(spouts), 세라믹 필터 등에서의 사용에 적용된다.
슬라이딩 플레이트들에서, 흐름통과개구(용융물을 위함)을 통과한 흐름 둘레에 인접한 바로 주위의 영역은 특히 빠르게 마모한다. 당해 기술 분야에, 이 영역은 대체될 수 있고/또는 매우 견고하게 설계되었다. 본 발명에 따르면, 특히 상기 슬라이딩 플레이트의 이 부분의 물질은, 용융물이 생성물과 접촉한 후에 원하는 방식으로 변화되는 방식으로 변화된다. 예를 들면 링들 또는 실린더 형태의, 적절한 삽입물들은 용융물 흐름을 제어/조절하는데 유용한 담금 튜브들, 스파우트들, 주조 노즐들 또는 다른 부분들의 흐름통과영역으로 또한 통합될 수 있다. 몇 개의 삽입물들은 하나의 생성물에 대하여 제공될 수 있다. 이런 방식으로, 용융물의 상이한 보정들이 동시에 일어날 수 있다. 비슷하게, 임의의 기하의 내화성 세라믹 바디들(ceramic bodies)은 일정한 물질을 위한 디스펜서로써 또는 후자용의 용융물을 위한 반응 짝으로써 이 방식으로 사용하기 위하여, 용융물과 접촉되는 언급된 유형의 장치의 위치에 추가될 수 있다.
생성물의 내화성 물질의 특정한 조절(적합)의 결과로써, 용융물은 일정한 성분들에 관하여 뿐만 아니라 용융물의 물리적 성질조차 조절될 수 있다. 이것의 예는 다음과 같다:
강철 용융물은 Al2O3의 원하지 않는 부분을 포함할 수 있다. 산화 알루미늄은 금속 알루미늄에 의한 강철 용융물의 환원 동안 생성된다. Al2O3은 단지 일정한 양과 입자 크기로만 용융물에서 허용될 수 있다. 그러므로, 과다한 Al2O3은 알려진 제 2의 야금 공정을 통해 슬래그(slag)으로 전달된다. 본 발명에 따라, Al2O3의 제거는 다양한 방법으로 입증될 수 있다:
- 분리되는 산화알루미늄을 위한 반응 짝, 예를 들어 CaO,은 내화성 생성물로 통합된다. 쉽게 분리되어 나올 수 있는, 칼슘 알루미네이트는 내화성 물질로부터의 CaO와 용융물로부터의 Al2O3의 반응에 의해 형성된다.
- Al2O3의 미세 입자들은 내화성 생성물로 통합된다. 그들은 강철 용융물과 접촉 시에 분리되어 나오는 산화알루미늄을 위한 결정 핵을 형성한다. 이런 식으로 형성된 조립 Al2O3 입자는 더 쉽게 슬래그으로 전달될 수 있다.
생성물 상에 용융물 성분들의 계획하지 않은 분리(소위 막힘, clogging)는 유사한 방식으로 예방될 수 있다.
몇 가지 실시예들을 설명하고자 하는데, 이는 본원으로부터 그 밖의 다른 성분들을 제외시키고자 하는 것은 아니며, 본원의 목적을 위한 그 밖의 다른 성분들도 본원 발명에 따라 내화성 재료에 통합될 수 있다.:
강철 용융물 또는 비철 용융물과의 접촉에 사용하기 위한 생성물에서:
- Al, Ti, Zr, Ni, Mn, Sc, Ce, Nb, V 같은 금속 또는 금속과 다른 원소들의 합금
- 산화물, 붕소화물, 질화물, 탄화물
본 발명에 따르면, 합금 성분들은 내화성 물질을 통해 금속 용융물로 만들어질 수 있게 된다. 따라서, Nb, Ti, 또는 V 같은 금속은 강철 강도와 강철의 크리프 거동에 실제로 영향을 줄 수 있다. Nb는 부식성 환경에서 사용된 합금의 성질을 개선하는데 또한 도움이 된다.
유리 용융물과 접촉하는 용도를 위한 생성물에서:
- 산화물, 특히 SiO2, Al2O3, B2O3, Nb2O5, Na2O, MgO, PbO, CeO2, La2O3 같은 금속 산화물들
본 발명은 내화성 물질의 의도적인 성형에 의해 유리 품질에 영향을 주는 것을 가능하게 한다. 이 점에 있어서, 유리 용융물은 조절된다.
Nb2O5는 광학 유리의 품질을 개선할 수 있다. CeO2는 유리의 투명도를 증가시키는데 도움이 된다. La2O3 첨가제는 유리의 온도 성질을 개선한다.
본 발명은 또한 의도된(허가된) 용도에서의 용융물을 수용, 처리, 및/또는 운반하기 위한 장치의 기능적 제품 또는 내장재로써 내화성인 세라믹 생성물의 용도를 포함한다. 상기 용도는 상기 생성물이 용융물의 의도적인 조절을 위해 다음에 의해 사용된다는 사실에 있다.
- 생성물로부터 용융물로 적어도 하나의 물질의 일정량의, 용도 특이적 분배 및/또는
- 생성물로부터 적어도 하나의 물질과 적어도 하나의 용융물 성분의 용도 특이적 반응
본 발명은 또한 용융물과 접촉 영역에 있는 세라믹 생성물을 포함하는 장치에서 처리된 용융물의 의도적인 조절을 위한 공정과 관련이 있으며, 생성물은 공인된 방식으로 사용될 때 내화성이며, 이 생성물은 적어도 하나의 다음의 반응 메카니즘에 의해 용융물을 변화시키는 적어도 하나의 물질을 포함한다:
- 상기 물질은 허가된 바에 따라 사용될 때, 일정량의 투여 방식으로 상기 생성물의 상기 내화성 물질로부터 상기 용융물로 분배됨
- 상기 물질은 적어도 하나의 용융물 성분과 반응함
상기 생성물의 조성은 제조하는 동안 용융물의 원하는 조절에 따라 항상 조절된다. 그 합성 및/또는 물리적/기계적 성질에서, 동일한 적용을 위해 사용되는/사용되었던 당해 기술 분야에서 알려진 생성물과 다른 새로운 생성물이 제조된다.
상기 새로운 생성물은 더 이상 부동의 보호 기능만을 가지는 것이 아니라 오히려 결합된 용융물과 제어된/조절된 화학적/야금학적 상호작용을 시작한다. 전술한 설명을 참고하라.
상기 용융물에 의해 수용된 및/또는 상기 용융물에 의해 분배되는 성분(들)의 바람직한 양은 보통 시간 단위를 기준으로 및/또는 질량의 단위당 및/또는 부피의 단위당 계산된다.
비연속적 용융 공정에서, 이 수치는 배취 당 용융물의 양에 관련될 수 있다.
연속적 용융 공정에서, 성분들의 양은, 그 중에서도, 시간 단위당 용융물의 흐름통과량에 관련될 수 있다.
본 발명은 이미 제조하는 동안 내화성 성질을 갖는 생성물들뿐만 아니라 허가된 용도로 사용시 단지 내화성이 되는 생성물들과 관련이 있다. 예를 들면, 본 발명은 다음에 언급된 유형의 생성물을 포함한다:
- MgO-C 벽돌들
- 알루미나에 기초한 덩어리 및 성형된 부품들
- 산화 지르코늄 생성물들
- 이산화규소 벽돌들
상기 각각은 언급된 유형의 첨가제들을 가짐.
몇 개의 가능한 예시적인 적용들을 다음에 나타내었다.
실시예 A.
유리 용융물은 내화성 벽돌들로 내장된 유리 용융물 용기에서 처리될 것이다. 이러한 용기는 관례상 연속적으로, 즉 연속적으로 실시되는 작업에서, 작동된다. 그러나, 편의상, 비연속적 작동이 다음의 계산을 위해 출발점으로서 고려 된다.
용기는 톱 뷰(top view)에서 직사각형이다(5×6.67m 내화성 벽들 사이의 유 효 내부 길이/너비). 채울 수 있는 높이는 1.0m이다. 이것은 33.33m3의 유효 용기 부피를 산출한다. 상기 용기는 3,000kg/m3의 용융물의 가정된 비중에서 100,000kg 용융물을 수용할 수 있다.
용융물은 용기의 바닥 표면(생성물) 및 내화성 벽 표면과 접촉하며, 전체 56.66m2로 계산된다. 상기 내화성 내장은 하소 규산 지르코늄 벽돌(calcined zirconium silicate)들로 만들어졌다.
물질(여기에서 CeO2)의 5ppm의 양은 내화성 생성물의 마모를 통해서 유리 용융물로 공급된다고 가정 된다. 이것은 100,000kg 용융물과 비교하여, 0.5kg CeO2의 추가량과 일치한다. 이것은, 생성물의 생성 동안, 최종 생성물이 균일한 분포로 1.0 중량% CeO2를 포함하는 방식으로 고려된다. 상기한 바에 따르면 4,000kg/m3의 내화성 물질의 비중에서, 상기 용융물로 CeO2의 원하는 양을 전달하기 위해서 0.0125m3 내화성 물질은 용해되어 용융물로 전달되어야만 한다.
이것은, 56.67m2의 내화성 물질/유리 용융물의 전체 접촉 표면과 비교하여, 상기 내화성 물질이 5ppm CeO2를 100,000kg의 용융물이 되게 하기 위해 0.00022m(=0.22mm)의 두께에서 제거되어야 한다는 것을 의미한다. 게다가, 상기로부터 대략 450 배취들(총 용융물량 45,000,000kg) 후에, 대략 0.1m(=100mm)의 내화 성 내장의 총 마모가 생성된다.
만약 첨가제(CeO2)가 10배 높게 생성물에 투여되면, 상기 생성물의 바람직한 마모는 각각의 100,000kg 용융물에 관하여 10의 지수에 의해 0.02mm로 감소 된다. 따라서, 대략 100mm(0.1m)의 가정된 허용 총 마모는 대략 4,500 배취(450,000,000kg 용융물)들 후에만 획득될 것이다.
여러 첨가제들(도핑 물질)이라도 동시에 생성물의 내화성 물질로 흡입될(구성될) 수 있는 것으로 이해된다. 동일한 비율이 주어지면, 상기 내화성 물질의 필요 마모는 또한 변함없이 남아 있다.
다른 실시예는 산화 알루미늄(Al2O3)에 기초한 생성물에 미세한(<100㎛) 란탄 산화물(Lanthanum oxide)의 첨가를 제공한다.
실시예 B.
이 실시예는 시멘트 클링커(clinker)를 태우기 위한 회전식 소성로(rotary kiln)의 내장과 관련이 있다. 상기 회전식 소성로는 10m의 유효 길이(이 길이를 따라 내장의 내화성 물질이 시멘트 클링커와 접촉하게 됨)와 3m의 내화성 내장 벽의 유효 내부 반경을 가져야 한다. 이것은 188.5m2의 클링커와 접촉되는 생성물의 총 표면을 산출한다.
본 발명에 따라, 용어 "용융물"은 또한 클링커 연소 동안 발생하는 것들과 같은 고체-액체 시스템을 포함한다. 용융물의 일정량은 고체 클링커 부분 외에 소 성로에 항상 존재한다.
50,000kg/h의 클링커 작업 처리량을 가정한다. 시간당 25m3 시멘트 클링커의 작업 처리 부피는 2,000kg/m3의 시멘트 클링커의 비중에서 생성된다.
5ppm 황산 주석(II)이 상기 시멘트 클링커에 첨가되어야 한다. 이 성분은 하소 시멘트 클링커를 위해 보조 분쇄 조제의 역할을 한다(EP 0976695 B1). 이것은 시멘트 클링커와 비교하여 0.25kg/h의 양에 해당한다. 따라서, 소성로 내장의 내화성 물질(하소 마그네시아-크로마이트 벽돌, 황산 주석(II) 세척제에 함침됨)에서 1중량% 황산 주석(II)의 첨가된 양에서, 25kg 내화성 물질은 황산 주석(II)의 바람직한 양을 클링커로 전달할 수 있도록 시간당 "소비"되어야 한다.
시간당 소비되는 0.00833m3 내화성 물질의 부피는 위에서 기술한 바와 같이, 3,000kg/m3의 내화성 물질의 가정된 비중에서 계산된다.
이것은 대략 188.5m2의 상기 내화성 물질의 총 표면에서, 0.00004m/h(=0.04mm/h)의 내화성 물질의 필요 마모에 해당한다.
상기 필요 마모률은 상기 내화성 물질에서 10wt% 황산 주석(II)의 추가된 양에서 시간당 0.004mm로 감소한다. 이 실시예에서, 내화성 내장을 생성하기 위해 배취에서 첨가제의 매우 균일한 분포가 가정된다.
일반적으로, 균일한 분포가 특히 희귀한 및/또는 비싼 물질의 경우에 반드시 필요한 것은 아님에 주의해야 한다. 만약 내화성 내장이 안정성의 이유로 일정한 잔여 두께를 항상 가져야 한다고 가정되면, 특히, 용융물로부터 떨어져 있는, 내화성 내장의 이 부분은 추가 물질과 혼합될 필요가 없어짐이 명백해 진다. 이것은 벽돌의 생성 동안, 다른 배취들이 벽돌의 압축 동안 압축 몰드 내부로 채워진다는 점에서 쉽게 도달될 수 있다.
게다가, 이미 기술한 바와 같이, 본 발명에 따라 도프된 층들은, 예를 들어 종래에 방식으로 제작된 영구 내장 위에, 단결정 질량물로서 또한 적용될 수 있다.
실시예 C.
이 실시예는 마지막에 인용된 단결정 질량물의 적용 영역을 나타낸다. 출발점은 여기에서 이상적으로 원통형(cylindrical) 모양을 가져야 하는 레이들(ladle)이다. 레이들은 영구 내장으로써 다음에서 지정되는 알루미나(Al2O3)에 기초한 내화성 벽돌들로 만들어진 내장을 갖는다. 이 영구 내장에 있어서, 레이들의 내부 반경은 1.23m 이고, 높이 3m이다. 23.2m2 의 영구 내장의 내부 표면은 위에서 기술한 바로부터 계산된다. 4.76m2의 바닥 표면에 더하여, 대략 27.96m2의 내화성 물질의 총 표면이 생성된다.
유효 레이들 부피(14.29m3)는 7,000kg/m3의 금속 용융물의 비중에서 100,000kg 용융물의 수용을 허락한다.
금속 용융물은 합금 금속 란탄(La)과 티탄(Ti)의 각각 250ppm으로 추가로 도 프 될 수 있다.
이러한 경우에, 본 발명은 상기 영구 내장 위에 적용되는 단결정 거닝(gunning) 질량물의 용도를 제공한다. 거닝 질량물의 배취는, 알루미나 기질과 결합체에 추가로, 15중량%의 합금 금속 란탄과 15중량%의 합금 금속 티탄을 함유한다. 두 금속들은 제조 동안, 상기 배취 성분에서 미세 분말(<100㎛)로서 배취성분 내부로 균일하게 혼합된다. 용융물로 합금 금속들의 50kg(2×25kg)을 전달할 수 있도록 하기 위해, 166.67kg 내화성 물질이 상응하게 소비되어야 한다. 3,000kg/m3의 혼합된 상기 거닝의 비중에서, 0.055m3의 소비되어야 하는(100,000kg 용융물에서 계산됨) 내화성 물질을 위한 부피가 계산된다.
이것은, 27.96m2의 언급된 총 접촉 표면(그것은 또한 여기에서 영구 내장 위에 적용된 거닝 질량물의 접촉 표면을 위해 가정됨)에서, 0.00199m(=1.99mm)의 내화성 물질의 소비(제거)에 해당한다.
100,000kg 용융물 당 1.19mm의 거닝 화합물의 필요한 마모도는 거닝 화합물의 내화성 물질에서 10wt%의 추가량과 각각의 합금 금속의 100ppm의 필요 합금 양에서 계산된다.
실시예 D.
출발점은 실시예 C의 강철 레이들이다. 용융물의 양 또한 실시예 C와 비교하여 변함없이 유지되어야 한다.
그러나, 실시예 C와 구별하여, 이 실시예에서는, 용융물이 5ppm 니오브(niobium, Nb)의 양으로 도프 된다고 가정한다. 따라서, 0.5kg 니오브가 100,000kg 용융물 당 필요하다.
여기에서 고도의 마모를 가지는 거닝 질량물의 사용은 금속 용융물 내부로 전달되게 될 생성물 중의 니오브 성분의 적은 양으로 인해 제거될 수 있다. 니오브의 필요량은 내화성 벽의 마모의 최소량을 통해 용융물로 전달될 수 있다. 이를 위해, 상기 벽돌을 제조하기 위한 배취는 최종 생성물(MgO-C에 기초함)이 합금철 만큼 미세 입자(<100㎛)인 1wt% 니오브를 포함하게 하는 방식으로 조절된다. 이어서, 100,000kg 용융물 당, 50kg 내화성 물질(알루미나에 기초함)이 소비되어야 한다(또는 3,000kg/m3의 내화성 물질의 비중에서 0.0167m3).
100,000kg 용융물 당 0.6mm 내화성 물질의 소비는 총 접촉 표면과 비교하여, 내화성 물질/강철 용융물을 생성한다. 100 배취들로 전환하면, 이것은 대략 60mm(0.06m)의 내화성 물질의 총 마모에 해당한다.
만약 내화성 물질에서 니오브의 양이 1부터 10wt%로 증가 된다면, 각각 100 배취들을 사용하여 이 총 마모는 10의 지수에 의해(0.006m으로) 감소 될 수 있다.
상기 내화성 물질은 또한 질화 규소로 안정화된 탄화 규소 물질일 수 있다.
이 예는 비철 용융물, 예를 들어, 알루미늄 합금을 구성하는 용융물을 용융/처리는 것과 유사한 방식으로 실질적으로 전달될 수 있다.
실시예 E.
강철 용융물을 처리하기 위한 공정의 범위에 속하는, 산화 지르코늄(ZrO2)의 주입 노즐의 원통형 ZrO2 삽입물을 통해서 100,000kg 강철을 흐르게 한다. 상기 원통은 0.2m의 높이와 0.03m의 내부 반경, 그에 따른 0.0377m2의 내부 재킷 표면을 갖는다.
본 발명에 따르면, 이러한 공정 단계는 1ppm 티탄(Ti)을 가지는 금속 용융물을 합금하는데 사용된다. 그 다음에 100,000kg 용융물을 위해 0.1kg 티탄이 필요하다. 원통형 동체를 생성하기 위한 배취는 30wt% 티탄으로 제조된다.
만약 0.33kg 내화성 물질(=3,000kg/m3의 내화성 물질의 비중에서 0.00011m3 내화성 물질)이 용해되면, 1ppm 티탄을 가지는 강철 용융물이 합금 될 수 있다.
이것은 0.0377m2의 재킷 표면과 비교하여, 0.00295m(=2.95mm)의 내화성 물질의 소비에 해당한다.
이것은 0.01m(=10mm)의 상기 내화성 물질의 기술적으로 타당할 수 있는 마모에서 상기 언급된 크기의 대략 3 배취에 해당한다.
실시예는 티탄이 제 1 티탄으로써 합입되는 다공성 ZrO2 세라믹 물질을 제공한다
용이함의 이유로, 내화성 물질의 참조된 접촉 표면(내장 표면)은 종래의 계 산에서 변화되지 않았다. 이 표면은 일정하게 각각의 마모와 함께 따라서 넓어지게 된다는 것이 명백하다. 부피로 계산된, 상기 내화성 물질의 필요 마모는 상기 내화성 물질의 마모 깊이가 일정하게 작아지게 되는 결과를 갖는다. 이것은 유사한 방식으로 내화성 물질의 가능한 사용 수명을 증가시킨다.
이 효과는 내화성 생성물의 생성에서 다양한 방식으로 산업상 고려될 수 있다:
- 예를 들어, 내화성 물질의 마모 정도는, 예를 들어, 용융물과 접촉 표면의 다공성은 반대쪽 바깥 표면의 방향에서 감소한다는 점에서 및/또는 길이가 증가한다는 점에서 다르게 조절될 수 있다.
- 더 적은 마모 깊이에 따라 바람직한 성분의 동일한 양이 그럼에도 불구하고 용융물로 전달되도록 용융물과 접촉 표면에 수직으로 인용된 성분의 농도 기울기를 증가시키는 것이 또한 가능하다.
상세한 설명과 청구항에서 기술된 본 발명의 특징은 본 발명의 실현을 위해 개별적 뿐만 아니라 연합하여 이용될 수 있다. 적당하다면, 개별적 성분, 범위, 공정 단계, 물질 군들 또는 생성물 군들 또는 적용 영역들이 배제될 수 있다.
Claims (3)
- 장치 내에서 용융물을 개질하는 방법에 있어서,상기 장치는 상기 용융물과의 접촉 영역에서 세라믹 생성물을 포함하며, 그에 따라 상기 용융물과 상기 세라믹 생성물의 접촉 이후의 상기 용융물의 분석치와 상기 용융물의 이론적 분석치의 차이가, 상기 용융물과 상기 세라믹 생성물의 접촉 이전의 상기 용융물의 분석치와 상기 용융물의 이론적 분석치의 차이보다 작으며,여기서 상기 세라믹 생성물은 상기 장치 내에서 사용될 때 내화성이며, 그리고 상기 용융물과 상기 세라믹 생성물의 접촉 이후에 다음 수단들 중 적어도 하나에 의해 상기 용융물을 개질하는 적어도 하나의 물질을 포함하며:a) 상기 물질은 적어도 부분적으로 상기 용융물에 분배(dispense)됨;b) 상기 물질은 적어도 하나의 용융물 성분과 반응하여, 상기 용융물 내 상기 용융물 성분의 양을 조절함;c) 상기 물질은 상기 용융물과 반응하여, 부족 용융물 성분(lacking melt component)이 상기 용융물에 대한 이러한 반응에 의해 만들어짐;한편, 상기 내화성 세라믹 생성물은 자신의 종래 기능을 보존함을 특징으로 하는,장치 내에서 용융물을 개질하는 방법.
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