KR101378300B1 - 고비중 및 고강도 Ｍｇ―Ｃｒ계 내화재 및 그 제조방법 - Google Patents

고비중 및 고강도 Ｍｇ―Ｃｒ계 내화재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재는 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 65~80 중량%, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 20~35 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 액상 바인더: 4~8 중량부를 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법은 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 혼련하는 제 1단계, 상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 액상 바인더를 첨가하여 혼련하는 제 2단계 및 상기 액상바인더가 첨가된 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 투입하여 혼련하는 제 3단계를 포함할 수 있다.

Description

고비중 및 고강도 Ｍｇ―Ｃｒ계 내화재 및 그 제조방법{Mg-Cr BASED REFRACTORY MATERIAL WITH HIGH SPECIFIC GRAVITY AND STRENGTH AND THE MANUFACTURING METHOD THE SAME}
본 발명은 제철공정시 사용되는 래들용 배면 충진재에 관한 것으로서, Mg-Cr계 내화재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용선/용강 작업은 철강 공정에 있어 철강 제품의 품질과 생산성에 중요한 영향을 미치는 공정이다. 하나의 래들(Ladle)에서 수백 톤의 용선/용강이 이송되기 때문에, 작업 생산성의 증대에 있어서 빠르고 안전한 래들의 이송이 중요시된다. 고로나 전로에서 추출된 용선/용강은 래들을 통하여 다음 공정으로 이송이 된다.
래들에 의하여 이송되는 용강의 온도는 보통 섭씨 1,500도 내외의 고온이고, 수백 톤의 용강이 한꺼번에 이송이 되기 때문에, 래들의 내화연와나 충진재 특성이 래들의 수명에 있어서 매우 중요한 부분을 차지하다. 상기 충진재의 역할은 내화연와가 용강 및 슬래그에 의하여 국부 침식이 일어나거나, 내화연와의 수축 및 팽창에 의해 생성된 균열을 통하여 용강이 침투할 경우, 충진재에 의하여 이를 저지할 수 있는 것이다. 지금까지의 일부 내화재는 전기로의 열간 보수재에 물을 첨가하여 사용하고 있으나, 조업 도중 소결성이 저하되어, 충진 및 강도가 미비하여 팽창대의 역할을 하기 어려웠으며, 시공시 마다 물을 첨가하는 공정이 반드시 필요하여 작업성이 현저히 떨어졌다. 특히, 상온 및 중온에서의 강도가 낮아 조업간 이동중 분말상태로 이동하게 되어 팽창대 역할하지 못하는 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하고, 고비중 및 고강도의 특성을 확보하여야 하며, 이에 대한 연구가 절실히 필요하다.
더불어, 내화물은 일정기간 사용하면 수명이 다하여, 새로운 내화재로 교체가 필요하다. 이에 따라, 다량의 폐내화재가 배출되는데, 이와 같은, 페내화재를 매립할 경우 환경오염문제가 발생한다. 따라서, 이를 재활용하여 상기 래들용 배면 충진재로 이용함으로서, 생산성을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구 또한 함께 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2006-0024248호 한국공개특허공보 제10-1994-0011404호
본 발명의 일측면은 래들 배면 충진재로 사용할 수 있으며, 고비중과 고강도를 확보한 Mg-Cr계 내화재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재는 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 65~80 중량%, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 20~35 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 액상 바인더: 4~8 중량부를 포함할 수 있다. 상기 Mg-Cr계 원료는 MgO: 50~60 중량%, Al2O3: 5~10 중량%, CaO: 0~2 중량%, SiO2: 1~3 중량%, Fe2O3: 5~10 중량%, Cr2O3: 15~25 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 Mg-Cr계 원료는 폐내화재 분쇄물인 것이 바람직하다. 상기 액상 바인더는 식물성 유지 및 동물성 유지 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법은 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 혼련하는 제 1단계, 상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 액상 바인더를 첨가하여 혼련하는 제 2단계 및 상기 액상바인더가 첨가된 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 투입하여 혼련하는 제 3단계를 포함할 수 있다. 상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료와 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료의 총 투입량비(중량)는 65~80 : 20~35인 것이 바람직하다. 또한, 상기 액상바인더는 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 4~8 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 혼련시 온도는 5~30℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재 및 그 제조방법에 따르면, 액상 바인더를 사용함으로서 시공시 수첨가 공정이 필요하지 않아 분진 발생을 최소화시킬 수 있으며, 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전 온도영역에서 고비중 및 고강도를 확보할 수 있어서, 시공후 이동이 발생되지 않아 안정하게 래들에 사용되는 벽돌을 보호할 수 있다
그리고, 추가적으로 폐내화재를 사용하는 경우, 비철업계에서 상기 폐내화재 등의 공급이 원활하여 안정적으로 원료를 공급받을 수 있으며, 생산단가를 현저하게 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한 폐내화재 사용에 의한 친환경적 효과도 부수적으로 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 Mg-Cr계 내화재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 발명예 1과 비교예 1 및 2의 외관사진이다.
본 발명자들은 생산성이 우수하고, 비중 및 강도가 높은 내화재의 제조방법에 대한 연구를 거듭한 결과, 재활용 Mg-Cr계 원료와 액상 바인더를 혼련하여 내화재를 제조할 수 있음을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재에 대하여 상세히 설명한다.
상기 Mg-Cr계 원료는 마그-크로계 원로라고도 지칭할 수 있으며, 마그네시아 성분이 50 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 Mg-Cr계 원료가 MgO: 50~60 중량%, Al2O3: 5~10 중량%, CaO: 2 중량% 이하, SiO2: 1~3 중량%, Fe2O3: 5~10 중량%, Cr2O3: 15~25 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
상기 Mg-Cr계 원료는 폐내화재를 재활용한 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 내화물은 일정기간 사용하면 수명이 다하기 때문에, 상기 내화물은 폐내화재로서 배출이 되는데, 이러한 폐내화재를 이용하여 Mg-Cr계 원료를 분리하여 사용한다면, 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 친환경적인 Mg-Cr계 내화재를 제공할 수 있는 것이다.
이를 위하여, 상기 폐내화재를 분쇄하는 것이 바람직하며, 그 입도는 본 발명의 일측면이 제어하는 바와 같이, 1~3㎜와 1㎜ 이하로 구분할 수 있다. 1㎜ 이하인 Mg-Cr계 원료는 집진분이라고 지칭할 수 있으며, 입도 차이에 따른 각각의 함량을 제어하여 본 발명의 일측면인 내화재의 강도 및 비중을 높게 확보할 수 있다.
본 발명의 일측면인 내화재는 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 65~80 중량%, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 20~35 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료가 80 중량%를 초과하고, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료가 20중량% 미만인 경우에는 조대한 입도롤 인하여 승온도중 내화재가 붕괴현상이 발생할 수 있다. 반면에, 1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료가 65 중량% 미만이고, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료가 35중량%를 초과하는 경우에는 미분이 상대적으로 많아서, 충진재로서 충진효과가 저하되는 문제가 생긴다.
더불어, 상기 내화재는 액상 바인더를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 액상 바인더의 함량은 상기 총 Mg-Cr계 원료 100중량부 대비 4~8중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 액상 바인더의 함량이 4중량부 미만인 경우에는 액상 바인더로서 역할을 하지 못하여, 내화재의 붕괴현상이 발생할 수 있으며, 조업도중 많은 분진이 발생할 수 있다. 반면에, 그 함량이 8중량부를 초과하는 경우에는 액상 바인더가 과량 포함되어, 내화재로 사용시 내화재 내부에 발생한 가스의 탈출이 용이하지 못하여 균열이 발생할 수 있다.
또한, 상기 액상 바인더는 식물성 유지 및 동물성 유지 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 액상 바인더를 포함함으로서, 따로 물을 첨가하지 않아도 되며, 이로 인하여, 공정을 간략하게 단축시킬 수 있다. 더불어, 조업 도중 분진이 발생하는 것을 크게 저하시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 일측면인 제조방법은 혼련방법을 통하여, 내화재를 제조하는데, 혼련이란, 열과 압력을 이용하여, 재료를 고르게 섞어 이기는 공정을 총칭한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 혼련이 시작되면, 제 1단계로 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 투입할 수 있다(S100). 투입 후 혼련시간은 특별히 한정되지 않으지만, 1분 내지 3분간 실시하는 것이 바람직하다.
이 후, 제 2단계로, 상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에, 액상 바인더를 추가한다(S200). 여기서 액상 바인더는 결합재로서 역할을 한다. 상기 액상 바인더는 식물성 유지 및 동물성 유지 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 액상 바인더를 포함함으로서, 상술한 바와 같이, 추가적으로 물을 첨가하지 않아도 되며, 분진이 발생하는 것을 크게 저하시킬 수 있다. 투입 후 혼련시간은 특별히 한정되지 않으지만, 4분 내지 6분간 실시하는 것이 바람직하다.
이 후, 제 3단계로, 상기 액상바인더가 첨가된 0.1~3㎜의 입경을 갖는 Mg-Cr계 원료에 0.1㎜ 이하의 입경을 갖는 Mg-Cr계 원료를 투입한다(S300). 투입 후 혼련시간은 특별히 한정되지 않으지만, 8분 내지 12분간 실시하는 것이 바람직하다.
상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료와 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료의 총 투입량비(중량)는 65~80 : 20~35인 것이 바람직하다. 이러한 투입량비의 제어는 상술한 바와 같이, 적절한 입도 제어를 통하여, 비중 및 강도가 높은 내화재를 제공할 수 있다. 더불어, 액상바인더의 투입량은 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 4~8 중량부로 투입하는 것이 바람직하다. 액상 바인더의 함량이 4중량부 미만인 경우에는 액상 바인더로서 역할을 하지 못하여, 내화재의 붕괴현상이 발생할 수 있으며, 조업도중 많은 분진이 발생할 수 있다. 반면에, 그 함량이 8중량부를 초과하는 경우에는 액상 바인더가 과량 포함되어, 내화재로 사용시 내화재 내부에 발생한 가스의 탈출이 용이하지 못하여 균열이 발생할 수 있다.
여기서, 상기 혼련공정의 온도 및 압력에 관하여 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 혼련공정은 5~30℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 온도가 5℃ 미만인 경우에는 혼련성 저하의 문제가 있으며, 상기 온도가 30℃를 초과하는 경우에는 혼련중 증발되는 문제가 있다.
상기 제조방법에 의하여 제조한 내화재는 2.5 이상의 비중을 확보할 수 있으며, 상온에서 100 kg/㎠ 이상의 강도를 확보할 수 있어서, 래들용 내화재로서 적용하기 적합한 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(실시예)
하기 표 1에 나타낸 성분 비율에 따라 내화재의 성분계를 제어하였으며, 25℃ 온도에서 시편을 혼련하였다. Mg-Cr계 원료의 구체적인 성분은 MgO: 56.3, Al2O3: 9.0 중량%, CaO: 1.7 중량%, SiO2: 2.0 중량%, Fe2O3: 8.9 중량%, Cr2O3: 20.9 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하였다. 제조된 시편의 선변화율, 부피비중, 기공율 및 압축강도를 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다. 더불어, 발명예 1과 비교예 1 및 2의 외관사진을 도 2에 나타내었다. 선변화율은 1500℃에서 3시간 온도유지후 시편의 크기변화를 측정한 내용이다
구분 MgO계 원료
(기존)		 Mg-Cr계 원료 바인더
(중량부)		 선변
화율		 부피
비중		 기공율
(%)		 압축강도(Kg/㎠)
(0.1~3㎜) (0.1㎜이하)
비교예1 100 - - 4 -1.53 2.32 31.8 32
비교예2 100 - - 5 -1.62 2.30 32.8 35
비교예3 100 - - 6 -1.70 2.26 34.1 39
비교예4 100 - - 7 -1.77 2.20 34.6 38
비교예5 - 90 10 5 -0.85 2.65 27.6 58
비교예6 - 40 60 5 -0.92 2.69 26.9 55
발명예1 - 80 20 5 -0.48 2.84 21.2 162
발명예2 - 70 30 5 -0.47 2.85 20.9 173
발명예4 - 70 30 4 -0.50 2.86 20.8 153
발명예5 - 70 30 7 -0.52 2.85 20.6 152
종래예인 비교예 1 내지 4와 같이, MgO계 원료를 100%이용한 경우에는 선변화율, 부피비중, 기공율이 모두 열위하여, 압축강도가 32~39kg/㎠로 낮게 측정되었다.
그리고, 본 발명이 제어하는 입도범위를 만족하지 못한 비교예 5 및 6 역시 비교예 1 내지 4보다는 우수한 기계적 물성을 나타내나, 후술하는 발명예에 비하여 낮은 압축강도를 나타내었다.
이에 반하여, 본 발명이 제어하는 성분계 및 입도범위를 만족하는 발명예 1 내지 5는 선변화율, 부피비중, 기공율이 모두 우수하고, 그 압축강도가 152~173kg/㎠로 높게 측정되었다.

Claims (8)

  1. 0.1~3㎜의 입도를 갖는 폐내화재 분쇄물인 Mg-Cr계 원료: 65~80 중량%, 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료: 20~35 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 액상 바인더: 4~8 중량부를 포함하고, 상기 액상 바인더는 식물성 유지 및 동물성 유지 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Mg-Cr계 원료는 MgO: 50~60 중량%, Al2O3: 5~10 중량%, CaO: 2 중량% 이하, SiO2: 1~3 중량%, Fe2O3: 5~10 중량%, Cr2O3: 15~25 중량% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 0.1~3㎜의 입도를 갖는 폐내화재 분쇄물인 Mg-Cr계 원료를 혼련하는 제 1단계;
    상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 식물성 유지 및 동물성 유지 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 액상 바인더를 첨가하여 혼련하는 제 2단계; 및
    상기 액상바인더가 첨가된 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료에 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료를 투입하여 혼련하는 제 3단계를 포함하는 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 0.1~3㎜의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료와 0.1㎜ 이하의 입도를 갖는 Mg-Cr계 원료의 총 투입량비(중량)는 65~80 : 20~35인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 액상바인더는 총 Mg-Cr계 원료 100중량부에 대하여, 4~8 중량부를 포함하는 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 Mg-Cr계 원료 혼련시 온도는 5~30℃인 고비중 및 고강도 Mg-Cr계 내화재의 제조방법.
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