KR101041528B1

KR101041528B1 - 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제

Info

Publication number: KR101041528B1
Application number: KR1020080134771A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2011-06-17
Also published as: KR20100076651A

Abstract

본 발명은 코크오븐용 실리카질 또는 알루미나-실리카질 내화물(예를 들면, 내화벽돌)의 표면에 소정의 조성물을 함유하는 유약을 코팅시켜 카본의 침적이나 부착을 방지하여 내화물의 손상을 방지하는데 유용한 표면 코팅제의 조성물에 관한 것으로,

본 발명에 따른 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제는, 60 내지 70 중량% 페탈라이트(petalite), 20 내지 30 중량% 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고 5 내지 10 중량% 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유한다.

코크오븐, 내화재, 페탈라이트, 붕산소다, 규산소다

Description

코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제{Surface Coating Agent of Bricks for Coke Oven}

본 발명은 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제에 관한 것으로, 특히, 코크오븐용 실리카질 또는 알루미나-실리카질 내화물(예를 들면, 내화벽돌)의 표면에 소정의 조성물을 함유하는 유약을 코팅시켜 카본의 침적이나 부착을 방지하여 내화물의 손상을 방지하는데 유용한 표면 코팅제의 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서는 제철용 원료로 사용되는 코크스를 제조하기 위해서는 실리카질 내화벽돌이 형성된 코크오븐을 사용한다. 코크오븐의 노체는 크게 탄화실과 연소실로 구분되는데 탄화실과 연소실이 연속하여 설치되어 있으며 1기의 코크오븐은 약 100문 이상의 탄화실로 구성된다. 연소실은 탄화실의 내부온도가 약 1200℃ 가 유지되도록 연소버너가 설치되어 있으며, 연소실과 탄화실은 실리카질 내화벽돌로 분리되어 있다.

탄화실은 상부에 장입구가 4개정도 설치되어 원료탄을 장입하도록 되어 있으 며, 일정시간 열처리하여 괴상화된 코크스를 밀어내기 위해 측면에 pusher 측 도아(Door)와 코크스가 나오는 코크 측 도아가 설치되어 있다. 이처럼 탄화실 내부는 내화벽돌로 축조되어 있으며, 내화벽돌은 온도별 상전이에 따른 부피팽창과 수축에 의해 손상되는 특성을 가지고 있기 때문에, 코크오븐이 한번 가동되면 일정 온도에서 계속적으로 조업을 하게 되어 있다.

그러나, 이렇게 조업을 지속적으로 실시하면 석탄에서 발생되는 타르나 피치 성분이 내화벽돌 내부로 스며들어 탄소 성분이 침적되는 침탄 현상이 발생하고, 이 침탄 현상으로 내화벽돌이 손상되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 코크오븐 탄화실 내부에 축조된 실리카질 또는 알루미나-실리카질 표면에 대해 저융점 산화물의 분말로 제조된 액상 슬러리를 내화물에 도포하여, 노체 승온시 저융점 산화물이 저온 영역에서 용융되어 피막을 형성함으로써 내화물 내부의 침탄 현상을 방지하는 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제를 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제는,

60 내지 70 중량% 페탈라이트(petalite), 20 내지 30 중량% 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고 5 내지 10 중량% 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유한다.

상기 페탈라이트는 78 중량% SiO2, 17중량% Al₂O₃, 4 내지 5중량% Li₂O를 함유하는 것이 바람직하다.

상기 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3)은 B2O3를 70 중량%로 함유하는 것이 바람직하다.

상기 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제의 입자 크기는 45um이하인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 내화물 표면에 치밀하고 매끈한 유리층을 형성시켜 타르나 피치의 침탄을 방지함으로써 내화물의 수명은 향상시킬 수 있으며, 코크오븐 가동시 발생하는 불순물인 카본 부착물이 없거나 적어서 카본 부착물 제거 공정이 필요없게 되어, 공정이 간소화되며, 그 결과 공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

전술한 해결 과제를 위해서 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제는 800℃-1000℃ 온도 범위 내에서 용융되어 내화물 표면에 코팅되어야 하며, 코팅된 유리층은 가동시 탄화실의 내부 온도인 1200℃에서 용융되어 흘러내리거나 증발되지 않음과 동시에 내구성을 유지하여야 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제는, 페탈라이 트(petalite)(LiAlSi4O10)와 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고, 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유한다.

상기 페탈라이트는, 예를 들면 78 중량% SiO2, 17중량% Al₂O₃, 4 내지 5중량% Li₂O를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 페탈라이트는 코팅제의 골격을 형성하는 역할을 하게 되며 동시에 유리층의 내구성을 유지하는 역할을 한다. 상기 페탈라이트의 함유 비율은 코팅제의 전체 중량에 대하여 60 내지 70 중량% 범위인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 페탈라이트의 함유 비율이 60중량% 미만이면 코팅제에 첨가되는 저융점 산화물 무수 붕산소다의 첨가량이 상대적으로 많아지게 되고, 이에 따라 코팅제가 용융될때, 충분한 골격이 형성되지 못하여 코팅제 용융물이 흘러내려서 코팅층 형성이 어렵기 때문이다.

상기 저융점 산화물 무수 붕산소다(Na2O-2B2O3)는, 예를 들면, B2O3를 70 중량%로 함유하는 것이 바람직하다. 상기 저융점 산화물 무수 붕산소다는 코팅제의 용융온도와 밀접한 관련이 있다. 상기 저융점 산화물 무수 붕산소다의 함유 비율이 클수록 코팅제의 용융온도는 낮아지고, 작을 수록 코팅제의 용융온도는 높아진다. 본 발명에서 달성하고자 하는 목적을 위해, 상기 저융점 산화물 무수 붕산소다의 함유 비율은 코팅제의 전체 중량에 대하여 20 내지 30 중량% 범위인 것이 바람직하다. 함유 비율이 코팅제의 전체 중량에 대하여 20중량% 미만이면 코팅제의 용융현 상부족으로 균질한 코팅층의 형성이 어려워져서 내산화성이 부족하게 되며, 30중량%를 초과하면 과용융으로 코팅층의 형성이 어렵고 내구성이 저하된다.

규산소다는 조성에 따라 메타규산나트륨 Na2SiO3, 그 수화물인 오르토규산나트륨 Na4SiO4, 이규산나트륨 Na2Si2O5 등 여러 가지가 있으나, 통상 메타규산나트륨을 지칭한다. 상기 규산소다는 코팅제 슬러리 제조시 분산성과 도포성을 증진시키기 위해 첨가된다. 상기 규산소다의 함유 비율은 코팅제의 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량% 범위인 것이 바람직하다.

상기 규산소다의 함유 비율이 5중량% 미만이면 코팅제의 슬러리의 분산성과 부착성이 미흡하고, 10 중량%를 초과하면 휘발 성분이 많아져서 코팅제에 잔류 기공이 많아지게 하고, 그로 인하여 코팅층의 효과가 미흡해진다. 또한, 상기 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제의 입자 크기는 45um이하인 것이 바람직하다.

상기와 같이 페탈라이트(petalite)(LiAlSi4O10)와 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유한 본 발명에 따른 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제의 산화 방지효과를 조사하기 위하여 [표 1]에 다양한 조성을 가진 코팅제(비교예1~3, 실시예1,2))에 수분을 50% 첨가하여 슬러리를 제조하고, 내화재의 표면에 도포한 후, 전기로에 넣어 1000℃에서 2시간 열처리한 다음, 코팅제의 슬러리 안정성, 도포성, 용융온도, 내구성 등을 측정하여 기재하였다.

[표 1]

상기 [표 1]에서 슬러리 안정성은 10일 이상 균일하게 분산되는 지 여부로 판단하여 균일하게 분산되면 '○', 그렇지 않으면 '×'로 표시하고, 도포성은 도포 후 건조시에 균열이 발생하는 지 여부로 판단하여 균열이 없으면 '○', 균열이 있으면 '×'로 표시하며, 내구성은 1개월 이상 사용 후 표면코팅 상태를 점검하여 표면 상태가 양호하고 탄소 부착이 없으면 '○', 탄소 부착이 있으면 '×'로 표시한 것이다.

상기 [표 1]을 살펴보면, 비교예1의 경우, 저융점 산화물 무수 붕산소다가 적게 함유되어 용융온도가 1300℃로 탄화실의 내부 온도(1200℃)보다 높게 나타나며, 도포성과 슬러리 안정성은 있으나, 내구성이 없음을 확인할 수 있었다.

비교예2의 경우, 저융점 산화물 무수 붕산소다가 과다하게 함유되어 용융온도가 700℃로 낮게 나타나고, 상대적으로 골격 역할을 수행하는 페탈라이트 분말의 함유량이 적게되어 내구성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

비교예3의 경우, 저융점 산화물 무수 붕산소다와 규산소다가 적게 함유되어 높은 용융온도를 나타내며, 도포성과 내구성, 슬러리 안정성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

실시예1과 실시예2, 실시예3을 보면, 저융점 산화물 무수 붕산소다가 20~30 중량%로 함유되면 용융온도가 약 900℃임을 알 수 있다. 또한, 페탈라이트 분말이 60~70 중량%로 함유되고, 규산소다가 5~10 중량%로 함유되면 도포성과 내구성, 슬러리 안정성을 구비함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에서와 같이 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제가, 60 내지 70 중량% 페탈라이트(petalite), 20 내지 30 중량% 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고 5 내지 10 중량% 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유하면, 슬러이 안정성과 도포성, 내구성이 있으며, 탄화실의 내부온도인 약 1200℃이 되기 전에 용융되어 탄화실의 내화물에 코팅되어, 내화물 표면에 치밀하고 매끈한 유리층을 형성시키게 되어 타르나 피치의 침탄을 방지할 수 있게 되고, 그 결과 내화물의 수명은 향상시킬 수 있다. 또한, 코크오븐 가동시 발생하는 불순물인 카본 부착물이 없거나 적어서 카본 부착물 제거 공정이 필요없게 되어, 공정이 간소화된다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅 제에 대해 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims

60 내지 70 중량%의 페탈라이트(petalite), 20 내지 30 중량%의 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3), 그리고 5 내지 10 중량%의 규산소다(Na2O-SiO2)를 함유하는 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제.
청구항 1에 있어서,

상기 페탈라이트는 78 중량% SiO2, 17중량% Al₂O₃, 4 내지 5중량% Li₂O를 함유하는 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제.
청구항 1에 있어서,

상기 저융점 산화물 무수 붕산소다 (Na2O-2B2O3)은 B2O3를 70 중량%로 함유하는 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제.
청구항 1에 있어서,

상기 내화물 표면 코팅제의 입자 크기는 45um이하인 코크오븐 탄화실 내화물 표면 코팅제.