KR101047358B1

KR101047358B1 - 철강산업용 내화 조성물

Info

Publication number: KR101047358B1
Application number: KR1020080042464A
Authority: KR
Inventors: 전명곤
Original assignee: 조선내화 주식회사
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR20090116487A

Abstract

본 발명은 제철 및 제강시 사용되는 로의 벽체, 출선구, 탕도, 용융철 및 용강을 담고 처리할 때 사용되는 턴디쉬와 레들, 열연 및 후판을 가열하는 가열로, 소둔로의 벽체 및 천정, 혼선차, 출탕구, 일정한 형상의 캐스터블 블록 등 철강산업에 사용되는 내화조성물에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 일반 내화성 원료 10∼90중량부, 탄화규소 1∼40중량부, 금속 알루미늄 1∼8중량부, 음이온계 분산제 0.02∼1.0중량부, 콜로이드성 실리카 입자가 물에 분산되고, 음이온계 계면활성제와 분산제가 포함된 실리카졸 5∼15중량부로 조성됨을 특징으로 하는 철강 산업용 내화조성물로 이루어진다.

내화조성물, 음이온계 계면활성제, 분산제

Description

철강산업용 내화조성물{refractories for industrial iron and steel}

상기 산업에 이용되는 것 중 일 예로서 혼선차의 경우는 알루미나 50∼80중량부, 탄화규소 5∼20중량부, 탄소 5∼20중량부 및 기타 성분으로 조성되고, 레들의 경우는 알루미나 50∼80중량부, 마그네시아 1∼49중량부, 탄소 5∼20중량부 및 기타 성분으로 조성된다.

그리고 콜로이드성 실리카 입자가 물에 분산된 실리카졸의 내화물 적용은 고로 대풍구 주변 충진용 완충 모르타르에 실리카졸 10∼25중량부, 알루미나 미분 5∼8중량부, 실리카 초미분 5∼8중량부, 세라믹 섬유 15∼30중량부로 조성된 내화조성물이 알려지고 있다(국내 공개 2001-0060401호)

한편 국내 등록특허공보 0121430호(마그네코/메트렐 인코포레이티드)(이하"선기술"이라 함)에서는 하소된 점토, 뮬라이트, 갈색 용융알루미나, 판상알루미나와 그 혼합물 중에서 선택된 55∼90중량%의 입자형 기본 내화성물질과 1∼35중량%의 탄화규소, 물에 15∼70중량%의 콜로이드성 실리카를 분산시켜 형성된 4∼8중량%실리카졸(바인더), 2∼10중량%의 흑연을 포함하는 철강산업용 골(Trough) 및 탕도(runner) 제작에 사용되는 주조용 조성물이 알려지고 있다.

상기 선기술과 같이 콜로이드성 실리카를 결합제로 사용함에 따라 내화 시공체 건조시 건조시간 단축과 건조과정에서 발생되는 균열 및 파손의 위험이 감소되는 등 기존의 알루미나 시멘트를 사용했을 때 보다 우수한 건조상의 사용 특성을 갖고 있다.

한편 칼슘 알루미네이트 시멘트 결합 유입재는 크랙 및 내화물의 폭발현상을 감소시킬 목적으로 금속 Al(알루미늄)을 주로 첨가하는데, 내화조성 물질에서 알루미늄과 물이 반응하여 H₂ gas를 발생시켜 수로를 형성시켜 크랙 및 폭발현상을 감소시키지만 시공상 부풀음 현상이 발생할 수 있어 사용량을 1.0% 이상은 첨가하지 않는다.

그리고 상기에 공지된 실리카졸은 콜로이달 실리카를 물에 분산시킨 것으로 실리카졸의 사용량을 감소시켜 내화물의 강도 향상 및 실리카졸을 사용한 내화 조성물의 분산성 향상이 요구되고 있다.

본 발명은 구상 또는 판상의 금속 알루미늄을 내화 조성물에 적정량 포함시키므로서 Al-C계 물질 형성으로 용융된 상태의 FeO에 대한 화학적 내침식성, 열간강도가 우수한 특성을 갖음과 함께 시공상 내화 시공체의 부풀음 현상이 발생하지 않아 시공상의 문제점을 개선하고, 계면활성제 및 분산제를 첨가한 실리카졸을 사용하여 표면장력 감소로 내화조성물의 균일한 분산 및 뭉침 현상을 감소시키는 특성을 갖음과 함께 실리카졸의 함량을 감소시켜 고강도를 발현하는 우수한 시공체를 만드는데 적합한 철강 산업용 내화물을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 일반 내화성 원료 10∼90중량부, 탄화규소 1∼40중량부, 금속 알루미늄 1∼8중량부, 음이온계 분산제 0.02∼1.0중량부, 콜로이드성 실리카 입자가 물에 분산되고, 음이온계 계면활성제와 분산제가 포함된 콜로이달 실리카졸 5∼15중량부로 조성된 철강 산업용 내화 조성물로 이루어진다.

또한 본 발명은 상기한 조성에 탄소원료 0.5∼6중량부 포함하여 조성시킬 수 있으며, 또한 여기에 경화제를 포함하여 조성시킬 수 있다.

상기한 조성에서 일반적인 내화성 기본물질인 원료는 내화점토, 납석, 뮬라이트, 카오린샤모트, 보오크사이트, 용융알루미나, 소결알루미나, 하소알루미나, 산화바나듐(V₂O₃, V₂O₅)성분이 함유된 코란덤질을 들 수 있으며, 본 발명은 이들 원료 중 적어도 1종 이상을 사용할 수 있는 것으로 한다.

본 발명은 상기한 내화성 기본 물질인 원료에 음이온계 분산제를 혼합한 것은 내화 조성물과 실리카졸의 혼련시 내화물의 뭉침현상 방지 및 분산성 향상을 위한 것으로, 음이온계 분산제로서는 나프탈렌산, 설폰산, 폴리아크릴산을 들 수 있다.

뮬라이트는 내화성 점토와 알루미나를 조합하여 Al₂O₃ 함량 품위를 46∼70중량%까지 조정하여 합성한 뮬라이트를 말한다.

보크사이트는 천연산 뵈마이트와 깁사이트 등의 수경성 알루미나를 소정의 온도로 열처리하여 제조한 것으로 Al₂O₃ 함량 품위를 80∼90중량% 정도로 만들어진 원료이다.

용융알루미나는 Al₂O₃ 92∼99.9중량% 품위를 갖는 갈색 용융알루미나 또는 백색 용융알루미나, 하소알루미나를 들 수 있으며, 소결알루미나는 Al₂O₃ 94∼99.9중량% 품위로 이루어진 원료이다.

하소알루미나는 Al₂O₃ 99중량% 이상이고, 평균입경이 0.5∼10㎛으로 이루어짐이 바람직하다.

산화바나듐을 함유한 코란덤은 합금 제조로 사용되는 Fe-바나듐을 생산하는 과정에서 발생하는 부산물로서 Al₂O₃ 70∼88중량%, V₂O₃ 1∼중량% 정도이며, MgO 5 ∼15중량%, CaO 4∼9중량%와 소량의 불순물을 포함하고 있는 원료이다.

탄화규소는 출탕구, 탕도의 FeO에 대한 침식을 감소시켜 주며, 내화성 물질인 슬래그와 화학반응 하는 것을 막아주는 것으로 5∼40중량부 사용함이 바람직하다.

실리카졸은 입자크기가 1∼100㎚인 콜로이드성 실리카 입자가 물에 5∼50중량부 분산되어 있고, 음이온계 계면활성제가 0.1∼3.0중량부, 분산제 0.5∼0.7중량부, 폐하(pH)가 8.5∼10.5로 이루어진다.

상기 실리카졸에 포함된 음이온계 계면활성제는 내화물과 혼련시 균일한 분산 및 내화물 슬러리의 뭉침현상을 방지하기 위한 것으로 그 함량이 0.1중량부 미만인 경우 내화 조성물의 표면장력이 너무 높아 내화 조성물이 고르게 퍼지지 못하며 3중량부를 초과하면 내화물에 분화구 같은 결점이 생길 수 있어 계면활성제를 첨가한 실리카졸은 5∼15중량부로 함이 바람직하다.

또한 본 발명은 실리카졸 형성시 상기한 계면활성제를 비롯한 0.5∼0.7중량부의 분산제(산화나트륨 등)를 사용하여 내화물과 혼련시 균일한 시공체를 얻을 수 있다.

상기 실리카졸에 포함되는 계면활성제로서는 소듐헥사 설퍼네이트, 소듐헥사 메타포스페이트, 암모늄 아크릴레이트 공중합체, 폴리카르복실사 아킬올암모늄염, 폴리실록사 에멀젼 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

탄소원료는 슬래그 및 FeO와 내화성 물질간의 화학반응을 억제하는 것으로 0.5∼6중량부 첨가함이 바람직한 것으로, 고정탄소 50중량% 이상의 핏치(Pitch)분말과 300㎚ 이하의 입자크기를 갖는 순도 99중량% 이상의 카본블랙, 핏치에 계면활성제를 처리한 고정탄소 70중량% 이상의 핏치분말을 들 수 있다.

금속알루미늄은 Al 99중량% 이상이며 Atomized, flake 등의 형상으로 입도는 0.2mm 이하를 사용하며 카본과 열간에서 반응하여 Al-C계 구성물질을 형성하여 슬래그 및 FeO와 내화성 물질간의 화학반응을 억제하는 것으로 1∼6중량부 첨가함이 바람직하다.

경화제는 습식혼련물의 숏크리닝에 의한 건(Gunning)시공이 가능하도록 하기 위한 경화 급결제로서 실리카졸을 바인더로 혼련할 경우 급경화 현상을 나타낼 수 있는 황산마그네슘, 황산알루미늄, 중탄산나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 등의 양, 음이온계 경화제 수용액으로 이루어진다.

상기 경화제를 사용함에 있어 그 사용량이 2.0중량부 초과시는 경화제에 포함되어 있는 알카리 성분으로 인해 용선이나 슬래그에 대한 화학적 내구성 및 열간강도가 저하되고, 0.3중량부 미만을 사용할 경우에는 상기 효능을 기대할 수 없으므로 0.3∼2.0중량부 사용함이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명은 계면활성제를 첨가한 실리카졸을 금속알루미늄과 일반적인 기존 내화성 원료에 분산제를 적정량 포함시킴으로써, 용선, 용강 즉, 용융된 상태의 FeO 및 슬래그에 대한 화학적 내침식성, 내마모성, 고강도, 용적안정성이 우수한 내화물을 얻을 수 있으며, 양,음이온계 경화제 수용액을 이용하여 실리카졸의 건(Gunning) 부착성이 우수한 시공체를 만드는 철강용 내화물을 얻을 수 있다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

		비교예		실시예
		1	2	1	2	3
용융브라운알루미나10mm이하		74.5	79.5	74.5	74.5	72.5
내화점토		2	2	2	2	2
마이크로실리카		2	0	2	2	2
탄화규소 3mm 이하		17	17	17	17	17
핏치분말0.5mm 이하		1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
카본블랙		0	0	0	0	0
금속알루미늄		0	0	0	0	0
알루미나시멘트(70%Al₂O₃)		3	0	3	3	0
내화원료 합계(중량부)		100	100	100	100	100
분산제		+0.1	0	+0.3	+0.3	0
혼련결합제	수분(%)	+6	0	+6	+6	0
	실리카졸40%	0	+8	0	0	+10
	게면활성제첨가 실리카졸30%	0	0	0	0	0
경화제(%)		0	0	0	+0.5	0
유동성 유지시간(분)		180	180	180	0	180
유동성(MM)		120	145	136	100	88
용선침식지수		100	95	98	100	88
압축강도 (kg/cm²)	1000℃*3hrs	580	906	598	586	978
압축강도 (kg/cm²)	1400℃*3hrs	612	712	631	618	825
열간강도((kg/cm²) 1400℃*3hrs		28	31	30	27	45

		실시예
		4	5	6	7	8
용융브라운알루미나10mm이하		74.5	74	71	71	71
내화점토		2	2	2	2	2
마이크로실리카		0	0	0	0	0
탄화규소 3mm 이하		17	17	17	17	17
핏치분말0.5mm 이하		1.5	0	0	0	0
카본블랙		0	5	5	5	5
금속알루미늄		5	2	5	5	5
알루미나시멘트(70%Al₂O₃)		0	0	0	0	0
내화원료 합계(중량부)		100	100	100	100	100
분산제		0	0	0	+0.3	+0.3
혼련결합제	수분(%)	0	0	0	0	0
	실리카졸40%	0	0	0	0	0
	게면활성제첨가 실리카졸30%	+7.5	+7.4	+7.4	+7.4	+7.4
경화제(%)		0	0	0		+0.5
유동성 유지시간(분)		180	180	180	180	0
유동성(mm)		160	164	168	175	100
용선침식지수		72	70	65	65	66
압축강도 (kg/cm²)	1000℃*3hrs	1070	1012	1345	1410	1450
압축강도 (kg/cm²)	1400℃*3hrs	917	902	1240	1357	1387
열간강도((kg/cm²) 1400℃*3hrs		55	60	76	78	77

주1) 유동성시간: 혼련후 초기 유동성이 유지되는 시간

주2) flow치(mm): 혼련 직후 초기 flow치는 100mm이며, 2분경화후 flow

주3) 용선 침식지수 시험조건: 1500∼1550℃*5hrs, 유도로 용탕 침식시험

상기 (표1)에서 비교예 1은 고로 탕도용 일반질 내화 캐스타블이고, 비교예 2는 공지의 특허에 의한 실리카졸 결합 내화 캐스타블을 나타낸 것이다.

실시예 1

본 발명에 의한 실시예 1는 비교예 1에서 나타낸 것과 같은 일반적으로 적용중인 고로 탕도용 캐스타블로써 결합제로 알루미나 시멘트를 사용하는 경우에 분산제를 적용하는 경우 유동성 증가의 효과가 있었다.

실시예 2

본 실시예는 실시예 1의 내화조성물에 경화제를 사용하면 경화성을 유도하여 습식 숏크리트 시공법으로 적용가능하다.

실시예 3

본 실시예는 결합바인더로 실리카졸을 사용하였으며, 실리카졸 결합제로 사용하는 경우 금속알루미늄을 원재료로 사용하는 내화조성의 예로서 용선, 슬래그의 내식성은 알루미나시멘트를 사용하지 않으므로 소량 내식성이 증가하였고, 건조 중의 균열이나 강도 조하가 발생하지 않았다.

실시예 4

본 실시예는 결합바인더로 계면활성제를 첨가한 실리카졸 30%를 사용한 예로서 실리카졸 40%를 사용한 조성보다 유동성 증가 및 용선침식지수가 감소하며, 압축강도, 열간강도도 증가하였다.

실시예 5

본 실시예는 카본블랙을 사용한 예로서 금속알루미늄과 카본블랙과 반응하여 Al-C계 물질 형성으로 용선에 대한 저항성이 증가하였다. 금속알루미늄과 카본성분이 결합하여 Al-C계 물질 형성시키기 위하여는 실시예 처럼 핏치분말 또는 흑연, 카본블랙 등의 카본성분을 첨가하는 것이 바람직하다.

실시예 6

본 실시예는 금속알루미늄의 함량을 증가하면 압축강도, 열간곡강도가 증가하는 경향을 나타낸다.

실시예 7

본 실시예는 실리카졸을 결합제로 사용한 조성물에 대하여 분산제를 적용한 예로서 분산제를 사용할 경우 실리카졸의 첨가량을 줄였으며 유동성이 증가하였다.

실시예 8

본 실시예는 경화제를 사용하므로써 실시예 2에 나태낸 것과 같이 일반적인 유입이나 캐스팅 시공이 아닌 습식 숏크리트 시공법으로도 적용 가능함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 금속알루미늄과 탄소원료를 내화조성 원료에 적정량 포함시키므로서 용융된 상태의 FeO, 슬래그에 대하여 화학적 내구성이 우수하며, 금속알루미늄 첨가에 따른 시공상의 문제점을 일으키지 않고, 혼련 결합재로 계면활성제가 첨가된 실리카졸을 사용하므로 내화조성물의 유동성을 증가하는 제선, 제강 산업용 내화물을 얻을 수 있다.

Claims

일반 내화성 원료 10∼90중량부,

탄화규소 1∼40중량부,

금속 알루미늄 1∼8중량부,

핏치분말, 카본블랙, 흑연 중 적어도 1종인 탄소 0.5∼8중량부,

나프탈렌산, 설폰산, 폴리아크릴산 중 적어도 1종인 음이온계 분산제 0.02∼1.0중량부, 및

콜로이드성 실리카 입자가 물에 분산되고, 아크릴산계, 설폰산계, 암모늄염계열 중 적어도 1종인 음이온계 계면활성제와 암모늄계, 설폰산계 중 적어도 1종 인 분산제가 포함된 실리카졸 5∼15중량부

로 조성됨을 특징으로 하는 철강 산업용 내화조성물.
삭제
제 1항에 있어서

핏치분말은 고정탄소 50% 이상이고, 연화점이 100∼150℃이며, 카본블랙은 300㎚이하의 입자크기를 갖는 순도 99중량% 이상인 것을 특징으로 하는 철강산업용 내화조성물.
제 1항에 있어서,

내화성 원료가 내화점토, 뮬라이트, 카오린사모트, 보오크사이트, 용융알루미나, 소결알루미나, 하소알루미나, 산화바나디움 성분이 함유된 코란덤질 골재 중 선택한 적어도 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 철강산업용 내화조성물.
제 1항에 있어서,

실리카졸은 입자크기가 1∼100㎚인 콜로이드성 실리카 입자가 물에 5∼50중량부 분산되어 있고, 음이온계 계면활성제 0.1∼3.0중량부 및 분산제 0.5∼0.7중량부 포함되고, pH가 8.5∼10.5인 것을 특징으로 하는 철강산업용 내화조성물.
삭제
삭제
제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조성에 경화제가 0.3∼2.0중량부 더 포함됨을 특징으로 하는 철강산업용 내화조성물.
제 8항에 있어서.

경화제는 황산마그네슘, 황산알루미늄, 중탄산나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 중 선택한 적어도 1종의 양, 음이온계 경화제 수용액으로 이루어짐을 특징으로 하는 철강산업용 내화조성물.