KR101196132B1

KR101196132B1 - 보수재 조성물

Info

Publication number: KR101196132B1
Application number: KR1020100119063A
Authority: KR
Inventors: 양대경
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-10-30
Also published as: KR20120057365A

Abstract

본 발명은 보수재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석회석 골재, 염기성 골재 및 첨가제를 특정 비율로 사용함으로써 자발적으로 분해 가능하여 해체 작업 시 작업성을 크게 향상시키면서도 적정한 내용성을 가진 고급강에 유리한 보수재 조성물에 관한 것이다.

Description

보수재 조성물{Repairing Materials Composition}

본 발명은 자발적으로 분해 가능하여 해체 작업 시 작업성을 크게 향상시키면서도 적정한 내용성을 가진 고급강에 유리한 보수재 조성물에 관한 것이다.

턴디쉬는 전로에서 출강된 용강을 티밍래들에서 수강하여 가스 교반 및 온도조정을 거쳐서 연주주상으로 이동시키고 티밍래들로부터 용강을 받아 몰드에 주입시키는 역할을 하는 주조설비이다. 턴디쉬 내장재에 사용되는 캐스타블 내화물은 일반적으로 알루미나-실리카 재질이 주류를 이루고 있으며, 내장재 보호 및 단열성 확보를 위하여 MgO질의 보호재를 시프레이 시공법으로 적용하고 있다. 이 MgO질 스프레이 재질은 한 번 사용 후 해체하는 재질이다. 근래에는 고급강 생산과 높은 턴디쉬 회전율과 연속주조의 증가로 조업이 가혹해지고 있다. 또한, MgO질을 해체할 때 캐스타블과 용융/부착이 발생되어 캐스타블이 부분적으로 탈락되는 현상이 발생된다. 탈락된 캐스타블 내화물의 보수를 위해서는 캐스타블과 동일재질인 알루미나-실리카 재질이 주로 사용되고 있으나, 낮은 용융점의 화합물 형성으로 해체 작업 시 문제점이 되고 있으며, 알루미나와 실리카 재질은 용강에 나쁜 영향을 미치는 불순물을 형성시키게 된다. 이에 따라 해체 시 작업성이 우수하고 용강에도 무해한 내화물의 개발이 필요한 실정이다.

턴디쉬의 영구장 보수를 위해서 사용되는 보수재는 알루미나-실리카질을 포함하여 마그네시아 재질이 있으나, 해체 작업 시 보수 효과가 낮게 나타나 오히려 보수부위가 확대되는 경우도 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 과다한 시공물량을 발생시키기 때문에 원가적인 부담이 크게 나타나며, 보수작업을 위한 대기시간의 발생 및 설비관리상의 문제점 발생으로 작업 효율성을 떨어뜨리는 단점을 가지고 있다.

따라서, 자발적으로 분해가 발생하여 해체 작업 시 작업성을 크게 향상시키면서도 적정한 내용성을 가진 고급강에 유리한 염기성 보수재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 석회석 골재 20 내지 50 중량부, 염기성 내화골재 50 내지 80 중량부 및 첨가제 3 내지 8 중량부를 포함하는 보수재 조성물을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 보수재 조성물이 적용된 턴디쉬을 다른 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 단순한 보수재가 아니라 시공 및 조업 시에는 기존재 대비 높은 강도와 수명을 갖고 있으나, 조업 후 자발적인 분화로 인하여 해체 작업성을 높이는 보수재의 유용한 효과를 가지고 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 석회석 골재 20 내지 50 중량부, 염기성 내화골재 50 내지 80 중량부 및 첨가제 3 내지 8 중량부를 사용함으로써 자발적으로 분해 가능하여 해체 작업 시 작업성을 크게 향상시키면서도 적정한 내용성을 가진 고급강에 유리한 보수재 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 보수재는 제강공정 중에서 한 번 사용 후 해체해야 되는 턴디쉬 설비의 보수공정에 적용을 목표로 하고 있으며, 기존 보수재가 가져야 하는 설비적, 재질적 특성을 가지고 있어야 한다

본 발명에서, 염기성 내화골재에는 마그네시아 클링커, 마그네시아 크롬 클링커, 돌로마이트 클링커 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이의 함량은 전체 골재 조성 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부가 바람직하다. 만일 이의 함량이 50 중량부 미만이면 내용성이 저하되는 문제가 있고, 80 중량부를 초과하면 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

마그네시아 클링커는 마그네사이트 또는 수산화마그네슘 등을 1500 ℃ 이상 구워 만든 덩어리로 산화마그네슘을 주성분으로 하며 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 마그네시아 클링커는 고온에서 소결한 소결 클링커와 전기 용융한 전융 클링커가 있으며 본 발명에서는 소결 클링커와 전융 클링커 모두 적용이 가능하다. 마그네시아 클링커는 필요에 따라서 일정량의 마그네시아 크롬 클링커로 대체할 수 있다.

돌로마이트 클링커는 산화마그네슘 이외에 산화칼슘을 주성분으로 하며 슬래그에 대한 내침식성이 강하고 침투 억제 효과가 우수하다. 또한, 빠른 소성능력에 의해 중온 강도 유지에 효과적이다. 다만 소화성이 있어 수분과 반응 시 잘 분화되는 경향이 있어 일정 성분 이상의 함량은 바람직하지 않다.

자연적으로 분화되는 골재로 사용하는 것은 시공 및 대기 상태에서는 안정적인 골재상태로 유지를 하다가 승온 중에 분해반응을 일으켜 조업 후 자연적으로 분해 가능한 역할을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 골재는 CaO 공급이 가능한 천연 및 인위적으로 합성한 석회류를 사용한다. 그 중 석회석을 기본으로 적용한다. 상기 골재는 승온 기간 중 700 ℃ 이상에서 열간 활성화된 반응성이 높은 상태인 미세한 산화칼슘 형태로 유지되어 존재하다가 사용 후 냉각이 되면서 주위에 존재하는 수분을 흡수하여 순수한 산화칼슘이 수산화칼슘으로 변화되면서 급격한 부피팽창과 조직의 분해를 발생시키게 된다[반응식 1 및 반응식 2].

[반응식 1]

CaCO₃ → 700 ℃ 이상 → CaO + CO₂↑

[반응식 2]

CaO + H₂O → 300 ℃ 이하 → Ca(OH)₂

이러한 변화로 인하여 캐스타블 및 MgO 스프레이 재질 사이의 분리를 촉진시켜 해체 시 작업성을 크게 향상시키는 역할을 하게 된다.

또한, 이러한 골재를 적용하기 위해서는 보수재의 특성인 내용성을 확보 가능한 함량의 범위에서 적정한 사용량을 선정해야 한다.

본 발명에서 석회석 골재는 CaC0₃가 90 내지 97 중량%를 가지고 있으며, 가열에 의해 산화칼슘이 될 경우 함량이 45 내지 55 중량%인 것을 사용할 수 있다. 석회석 골재의 바람직한 함량은 전체 골재 조성 100 중량부에 대하여 20 내지 50 중량부이며, 20 중량부 미만이면 작업성이 떨어지며, 50 중량부를 초과하면 내용성이 떨어져 보수재의 특성을 갖지 못한다,

또한, 본 발명에서 염기성 내화골재, 석회석골재는 모두 수첨 후 보수 가능한 슬러리 형태로 적용되는 것을 고려하여 입경이 5 mm 이하(바람직하게는 0.01 내지 5 mm)가 되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 첨가제는 SiO₂를 주성분으로 하는 초미분 실리카 바인더, 수분감소 및 유동성 측면을 위한 인산계 바인더, 열간 강도를 주기 위한 분규계 바인더 등이 있다. 슬러리 보수 형태로 적용되는 것을 고려하여, 수용성 분말 형태인 것이 바람직하다. 첨가제는 전체 골재 조성 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 만일 첨가제의 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 시공 시 접착 불량이 발생하고, 8 중량부를 초과하는 경우에는 내용성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 높은 강도와 치밀질을 형성하기 위하여 기존재(실리카계 바인더 3.5 중량부, 인산계 바인더 0.5 중량부 포함)에 비하여 인산계 바인더의 함량을 약 4배 증가하여(실리카계 바인더 2 중량부, 인산계 바인더 2 중량부 포함) 적용하였다.

본 발명은 또한 상기 보수재 조성물이 적용된 턴디쉬를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1에 사용한 원료의 주요 화학 성분은 다음과 같다.

마그네시아 클링커는 산화마그네슘 90 중량% 및 기타 불순물 10 중량%로 이루어져 있고, 입경은 5 mm인 것을 사용하였다.

마그네시아 크롬 클링커는 산화마그네슘 70 중량%, 산화크롬 20 중량% 및 기타 불순물 10% 중량%로 이루어져 있고, 입경은 3 mm인 것을 사용하였다.

또한, 자발적인 분해 효과를 가진 골재로 석회석은 탄산칼슘 95 중량%이고, 가열에 의해 산화칼슘 형태가 되면 50 중량%이며, 입경은 1 mm인 것을 사용하였다.

시공체 표면에 슬러리 형태로 사람이 직접 시공하는 보수재 형태를 택했다.

하기 표 1과 같이, 비교예 1 ~ 4과 발명예 1 ~ 4를 배합하고 여기에 물을 첨가하여 혼련 후 이를 틀에 넣은 다음 24시간 건조하여 시편을 제작하였으며, 110 ℃에서 24시간, 전기로에서 1500 ℃에서 3시간 유지한 다음 상온에서 압축강도를 측정하였다.

재질의 내용성 평가를 위해서는 회전 침식시험을 실시하였으며, 침식 횟수는 6회로 정하고 온도는 1650 (± 50) ℃ 을 기준으로 실시하였다. 회전 침식 시 슬라그 조성은 CaO/SiO₂ = 1.5를 사용하였다. 각 회전침식시험 결과는 지수비로 나타내었다(기존품=100).

그리고 시편의 분화 정도를 평가하기 위해서는 증기 및 압력에 의해 중력증가를 측정하는 오토 크래이브 방법을 사용하였으며, 시험조건은 각 원료를 전기로에서 1200도 3시간 소성시킨 후 무게 측정 ▶ 오토 크래이브 127도, 0.15Mpa 조건에서 5시간 유지 ▶ 100도에서 0.5시간 건조 후 무게 측정하여 초기 무게와 나중 무게의 차이를 측정하였다.

구분		비교예				발명예
구분		1	2	3	4	1	2
골재 (중량부)	마그네시아 클링커	100	-	100	-	70	50
	마그네시아 크롬	-	100	-	100	-	-
	석회석					30	50
첨가제 (중량부)	실리카 바인더	3.5	3.5	2	2	2	2
	분규계 바인더	1	1	1	1	1	1
	인산계 바인더	0.5	0.5	2	2	2	2
압축강도(1500도)		130	120	420	410	230	180
내용성		100	98	330	315	190	150
중량증가율(%, 원료)		0	0	0	0	10	15

비교예에서 보듯이, 실리카 바인더에 비하여 인산계 바인더를 증가 사용하게 되면 압축강도와 내용성이 약 3배 정도 증가된다. 그리고 비중도 크게 증가된다. 그러나, 자발적으로 분화 가능한 골재가 없기 때문에 고비중/고강도의 치밀한 조직을 갖게 된다. 이러한 경우 고강도를 나타내어 오히려 작업성을 저하시키는 원인이 되며, 한 번 융착이 발생된 부분에서는 제거하기가 훨씬 더 어려워진다.

발명예 1 ~ 2의 경우는 비교예 1 ~ 2에 비하여 높은 강도를 나타내며, 상대적으로 높은 내용성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 그러나, 분해성 원료에 의해서 중량 증가가 10 ~ 15% 정도 발생되고 부피비로는 10 ~ 20% 정도의 팽창이 발생되어 쉽게 제거가 가능하였다. 발명예의 경우와 같이 비교예 1 보다는 높은 강도/내용성을 나타내면서도 해체 작업이 유리해지는 영역을 찾기 위해 하기 표 2와 같은 시험을 실시하였다.

구분		비교예				발명예
구분		1	3	5	6	3	1	4	2
골 재 (중량 부)	마그네시아 클링커	100	100	90	40	80	70	60	50
골 재 (중량 부)	석회석	-	-	10	60	20	30	40	50
첨 가 제 (중량 부)	실리카 바인더	3.5	2	2	2	2	2	2	2
	분규계 바인더	1	1	1	1	1	1	1	1
	인산계 바인더	0.5	2	2	2	2	2	2	2
압축강도(1500도)		130	420	330	-	300	230	210	180
내용성		100	330	280	70	250	190	180	150
중량증가율 (%, 원료)		0	0	3	19	7	10	12	15

비교예 5 ~ 6은 자발적인 분해가 발생하는 골재인 석회석량이 너무 적은 함량일 경우와 너무 많이 첨가된 경우의 예를 나타내고 있다. 비교예 5는 높은 강도와 내용성을 나타내긴 했지만 해체 시 강도가 높게 나타나 충분한 작업성의 향상이 나오지 않는 경우였으며, 비교예 6은 과도한 석회석의 사용으로 실제 보수재가 가져야 할 내용성 보다도 더 낮아져 보수재의 특성을 못 나타낼 경우가 된다.

상기 표 2의 발명예의 경우에 따르면 자발적인 분화원료로 사용되고 있는 석회석의 함량은 30 ~ 50%를 포함하고 있을 때 가장 적당한 것으로 판단된다. 즉, 작업의 향상을 위한 해체성 향상을 위해서는 오토 크래이브 기준 중량증가율 기준 7% 이상이 되어야 할 것이며, 본 발명에서는 중량 증가율 7 ~ 15% 사이에서 기존 보수재 이상의 효능을 나타내면서도 해체 시 작업성이 우수한 CaO질로 판단된다.

비교예 1과 발명예 1을 가지고 현장 적용을 통하여 해체 작업성을 평가해 보았다. 기존 MgO질과 동일한 시공 두께를 시공하여 조업 후 상태와 해체 작업성을 확인한 결과를 하기 표 3에서 나타내었다.

구분	적용부위	조업 후 상태	해체상태
기존재(비교예 1)	턴디쉬 바닥부	양호	인력작업 후 해체
발명예 1	턴디쉬 바닥부	양호	자연 해체

Claims

석회석 골재 20 내지 50 중량부, 염기성 내화골재 50 내지 80 중량부 및 첨가제 3 내지 8 중량부를 포함하되, 상기 석회석은 CaC0₃가 90 내지 97 중량%를 가지고 있으며, 가열에 의해 산화칼슘이 될 경우 함량이 45 내지 55 중량%인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클링커, 마그네시아 크롬 클링커 및 돌로마이트 클링커로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 첨가제는 실리카 바인더, 인산계 바인더 및 분규계 바인더로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 석회석은 입경이 5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 염기성 내화골재는 입경이 5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 첨가제는 수용성 분말인 것을 특징으로 하는 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물.
제 1 항에 따른 자발적으로 분해 가능한 보수재 조성물이 적용된 턴디쉬.