KR101429139B1

KR101429139B1 - 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재

Info

Publication number: KR101429139B1
Application number: KR1020130050684A
Authority: KR
Inventors: 김태완; 김동현; 고진석; 이석근; 박재상
Original assignee: 한국내화 주식회사; 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2014-08-13

Abstract

본 발명은 탄화규소(SiC) 75 내지 85wt%, 규소(Si) 5 내지 15wt%, 및 산화규소(SiO2) 5 내지 10wt%를 포함하는 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재에 관한 것이다.

Description

고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재{Si-SiC FILLER FOR STAVE OF BLAST FURNACE}

본 발명은 고로 스테이브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로 스테이브 보수 시 내부의 빈공간에 충진되어 스테이브 냉각 기능을 회복시키고 냉각 효율을 향상시키는 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재에 관한 것이다.

일반적으로 고로는 24시간 연속적으로 쇳물(이하, 용선이라 함)을 생산하는 설비로서, 상부로 철광석과 코크스를 번갈아 가면서 장입하고, 하부로는 약 1100 ~ 1200℃의 열풍을 불어 넣어 장입물질을 용융시켜, 풍구 아래에 존재하는 용선배출구로 용선을 배출한다.

여기서, 풍구로 들어간 열풍은 연료인 코크스와 반응하여 2,200℃ ∼ 2,400℃의 고열을 만들고, 이 고열을 이용하여 장입 된 원료인 철광석을 녹여 용선을 생산하게 되는 것이다.

이러한 고로의 본체 철피의 내부면에는 고로 내부에서 발생되는 고열로부터 철피를 보호하기 위하여, 주로 그 내부에 냉각수를 순환 공급시키는 냉각수 통로가 구비된 스테이브가 설치된다. 또한, 상기 스테이브의 냉각수 통로에는 냉각수 공급관 및 배출관이 연결된다. 그리고, 스테이브와 철피 사이에는 내화물인 캐스타블이 충진된다.

그런데, 이때 이와 같은 냉각수 라인(냉각수 공급관 및 배출관과 철피 또는 스테이브의 용접부위)에서 크랙이 발생되면, 고로 스테이브의 냉각기능이 상실되어, 크랙이 발생 된 부분의 철피 온도 상승으로 인한 철피 변형 등의 문제점이 발생 될 수 있다.

따라서, 고로 스테이브 구조에서 냉각수 라인에 파손이 발생되면, 파손된 부위를 냉각라인으로부터 분리하고, 질소 가스를 통입하거나 조업에 영향을 주지 않는 정도의 소량의 담수를 통입하여 조치한다.

그러나, 이와 같은 조치는 냉각 기능에 있어서 한계가 있기 때문에, 고온의 고로 가스로 인해 철피가 적열되거나 파손되지 않도록, 고로 가스의 통과량을 줄여주기 위해서 고로에 들어가는 열풍을 줄여주게 되고, 이는 결과적으로 조업도를 낮추는 형태로 작업을 진행하게 된다. 게다가, 심한 경우 고로 스테이브 냉각 능력 확보가 되지 않아 고온의 고로 가스에 의해서 고로 철피가 적열되면서 파손되고, 외부로 고로 내의 고온 가스가 분출되는 심각한 대형 안전 사고가 발생 될 우려도 있다.

한편, 이와 같은 위험을 방지하고 고로 철피의 냉각을 실시하기 위하여, 고로 스테이브 냉각수 라인 파손 시 고로 종방향으로 단위별로 설치된 스테이브 하나의 냉각수 공급을 차단하고, 고로 철피와 스테이브에 구멍을 형성시켜 단위 냉각반들을 삽입시키기도 한다. 이때, 상기 냉각반에는 냉각수 공급 및 배출을 위한 냉각수 통로와 냉각수 관들이 단위별로 연결 사용될 수 있다.

예컨대, 냉각수 라인을 차단시킨 스테이브에 응급적으로 냉각반을 설치하여 냉각수의 고로 유입이나 스테이브의 냉각 능력 확보를 가능하게 하지만, 이와 같은 냉각반 이용을 통하여는 고로 철피의 냉각이 안정적으로 장시간 지속시키는 데에는 한계가 있는 것이다.

이러한 보수 방법을 개선하여 스테이브의 파손된 냉각라인 내부에 별도의 냉각튜브를 삽입하여 냉각수를 유입시키는 방법이 시행되기도 하였다.

그런데, 이와 같이 냉각튜브 삽입으로 인한 냉각수 유입 시, 초기 냉각라인의 파손 부분이 메워지지 않고 냉각라인와 삽입된 냉각튜브 사이에 빈 공간이 형성되어, 파손 부분에 열응력이 집중되어 추가 손상이 유발될 가능성이 있고 냉각튜브에 의한 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 파손된 냉각라인와 내부에 삽입된 냉각튜브 사이의 공간에 충진되어 스테이브의 냉각 기능을 회복하고 추가 손상을 방지하기 위한 별도의 충진재가 요구되는 실정이다. 아울러, 충진재의 시공에 의한 효과를 보장하기 위하여 이와 같은 충진재로는 강도 및 전도도 특성이 우수한 물질이 사용될 필요가 있다.

본 발명은 고로 스테이브의 보수 시, 내부의 빈공간에 충진되어 스테이브 냉각 기능을 회복시키고 추가 손상을 방지하면서도 냉각 효율을 향상시키는 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재는, 탄화규소(SiC) 75 내지 85wt%, 규소(Si) 5 내지 15wt%, 및 산화규소(SiO2) 5 내지 10wt%를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 규소-탄화규소 충진재는, 상기 충진재의 총량을 기준으로 입도 0.1mm 미만의 탄화규소(SiC) 분말이 10 내지 25wt%, 입도 0.1mm이상 1mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 50 내지 70wt% 가 혼합될 수 있다.

상기 규소-탄화규소 충진재는, 상기 충진재의 총량을 기준으로 입도 1mm이상 3mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 10wt% 미만 더 포함될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재는, 강도가 보장되면서도 열전도도가 우수하여, 이를 이용한 스테이브의 보수 시 고로 철피의 냉각이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재는, 고로 스테이브 냉각라인 보수 시 고로 스테이브 내부의 빈공간에 충진되어 고로 스테이브의 냉각 기능을 회복시키고 추가 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재는, 고로 스테이브 냉각라인 보수 시 내부에 삽입된 냉각튜브를 고정함으로써 손상을 방지하여 보수된 고로 스테이브의 사용수명을 연장하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 고로 스테이브의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이고,
도 3은 본 발명에 따라 보수된 고로 스테이브의 구조를 확대하여 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명의 규소-탄화규소 충진재의 제조 과정을 도시한 순서도이고,
도 5는 본 발명의 규소-탄화규소 충진재를 이용한 고로 스테이브 냉각라인 보수방법을 도시한 순서도이며, 그리고
도 6은 본 발명에 의하여 보수된 고로 스테이브 냉각라인 내부에 규소-탄화규소 충진재가 충진 된 상태를 확인하기 위한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 종래의 고로 스테이브의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 종래의 고로 스테이브(20)의 구조는 고로 철피(10), 및 냉각라인(40)이 구비된 스테이브(20)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 스테이브(20)와 철피(10) 사이에는 내화물(30)인 캐스타블이 충진된다. 스테이브(20)는 고로 철피(10)의 냉각을 위하여 철피(10) 내벽에 설치되는 것으로서, 이러한 스테이브(20)는 통상 열전달이 우수한 주철로 된 스테이브와 동으로 된 스테이브가 주로 사용된다.

이때, 동으로 된 스테이브(20)의 경우 높은 열전도도로 인해 냉각 능력이 우수한 반면 열부하에 의한 팽창량이 큰 것이 특징이다. 이에 따라서, 고로(1) 노체 벽부의 열부하가 증가되면 스테이브(20)와 철피(10)의 팽창으로 인하여 동으로 된 스테이브(20)의 냉각라인(40)의 'C'부분(도 2) 등에서 파손이 발생된다. 왜냐하면, 스테이브(20)의 냉각라인(40)의 'C'부분(도 2)은 고로(1) 내부의 가스 또는 장입물에 의하여 스테이브(20)에 시공되어 있던 내화물(브릭, 캐스타블 등)이 주로 탈락되어 냉각 배관이 노출되는 부분이기 때문이다.

이와 같이 스테이브(20)가 파손되면 고로(1) 스테이브(20)의 냉각기능이 상실되어, 파손된 부분의 철피(10) 온도 상승으로 인한 철피(10) 변형 등의 문제점이 발생 될 수 있다.

고로(1)의 내부로 냉각수가 유입되어 고로(1)의 연료비 변동, 노황 불안정으로 이어지게 된다. 따라서, 고로 스테이브(20) 구조에 파손이 발생되면, 파손된 부위('C'; 도 2)를 냉각라인(40)으로부터 분리하고, 질소 가스를 통입하거나 조업에 영향을 주지 않는 정도의 소량의 담수를 통입하여 임시로 고로(1) 가동을 유지하게 된다.

그러나, 파손된 부위('C'; 도 2)가 확대되어 질소 가스 주입이나 담수의 통입이 어렵다고 판단되면, 스테이브(20)의 냉각라인(40)의 냉각수 공급관(41) 및 배출관(42) 내부로 내화물을 주입하여 밀봉처리하여, 스테이브(20)의 해당 냉각라인(40)의 냉각기능을 완전히 상실시킨다.

이러한 경우, 파손된 해당 냉각라인(40)이 밀봉처리되어 전체적인 스테이브(20)의 냉각능력이 저하되며, 결국 전체적인 고로(1) 철피(10) 냉각이 원활히 이루어지지 않을 뿐만 아니라 조업불량으로도 이어지게 된다.

따라서, 이를 개선하여 도 3에 도시된 바와 같이, 고로 스테이브(20)의 파손된 냉각라인(40) 내부에 별도의 냉각튜브(100)를 삽입하여 냉각수를 유입시키는 방법이 시행되고 있으며, 이때 파손된 냉각라인(40)과 삽입된 냉각튜브(100) 사이의 빈 공간과 냉각라인(40)의 파손된 부위('C'; 도 2)에 본 발명의 고로 스테이브(20)용 규소-탄화규소 충진재(300)가 충진된다.

이로써 본 발명의 고로 스테이브(20)용 규소-탄화규소 충진재(300)가 고로 스테이브(20)의 보수시에 적용되어, 스테이브(20)의 냉각 기능을 회복하고, 냉각라인(40)의 파손 부분에 열응력이 집중되어 발생되는 추가 손상을 방지하게 된다.

한편, 본 발명의 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재(300; 이하, '충진재'로 대신함)는 도 4에 도시된 바에 따라, 원재료를 준비(S10)하고, 준비된 원재료를 배합비율에 따라 혼합(S20)시켜 제조한다.

이를 통하여 제조된 본 발명의 충진재(300)는 탄화규소(SiC) 75 내지 85wt%, 규소(Si) 5 내지 15wt%, 및 산화규소(SiO2) 5 내지 10wt%를 포함하는 것이 특징이며, 따라서, 본 발명의 충진재(300)를 제조하기 위하여 탄화규소(SiC), 규소(Si), 및 산화규소(SiO2)의 각각의 원재료를 미리 준비하는 과정이 선행된다.(S10)

구체적으로 본 발명에서는 탄화규소(SiC)의 원재료로서 탄화규소(SiC) 분말이 사용되는데, 탄화규소(SiC) 분말을 이루는 탄화규소(SiC)의 입도별 혼합비율은 전체 충진재(300)의 총량을 기준으로 입도 0.1mm이상 1mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말을 50 내지 70wt%, 입도 0.1mm 미만의 탄화규소(SiC) 분말을 10 내지 25wt%가 혼합되도록 준비한다. 또한, 경우에 따라서 입도 1mm이상 3mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말을 10wt% 미만 더 준비하여 혼합시킬 수도 있다.

이와 같이 같은 성분의 탄화규소(SiC) 분말을 입도에 따라 각각 준비하는 것은 본 발명의 충진재(300)를 이용하여 보수 시 입도에 따른 혼합비율에 따라 다소 상이한 결과가 도출되기 때문이며, 입도가 작은 입자의 혼합비율이 높으면 충진재의 공극률이 적어 강도가 우수하게 되나 충진재의 제조단가가 상승 될 수 있다.

한편, 이때 일반적으로 준비되는 탄화규소(SiC) 분말은 주로 95wt% 함량을 갖는 탄화규소(SiC) 분말일 수 있다.

이러한 탄화규소(SiC)는, 열팽창계수가 낮고 열전도율이 높은 탄화규소(SiC)의 고유한 물성에 따라 급열 및 급냉에 대한 저항성이 우수한 것이 특징이며, 내열성뿐만 아니라 내식, 내마모성 등도 우수한 고온 구조재료이다. 게다가, 탄화규소(SiC)는 열팽창율이 비교적 적은 재료로서, 고온에서도 이상열팽창현상이 나타나지 않는 특징이 있다.

그리고, 본 발명의 규소(Si)의 원재료로서 규소금속분말(Si Metal pawder)이 사용되는데, 규소금속분말(Si Metal pawder)의 혼합비율은 전체 충진재(300)의 총량을 기준으로 5 내지 15wt%가 되도록 준비한다. 한편, 규소금속분말(Si Metal pawder)은 주로 실리콘(Si) 97wt% 함량을 갖는 규소금속분말(Si Metal pawder)이 준비될 수 있다.

그리고, 본 발명의 산화규소(SiO2)의 원재료로서 점토(Clay) 및 마이크로실리카가 사용된다. 여기서 점토(Clay) 및 마이크로실리카는 전체 충진재(300)의 총량을 기준으로 5 내지 10wt%의 혼합비율이 되도록 준비한다. 한편, 이때 점토(Clay)는 주로 함수 알루미늄 규산염광물로 이루어진 천연산의 미립자 집합체가 사용될 수 있고, 마이크로실리카는 금속 실리콘 또는 규소 합금을 제조할 때 발생되는 부산물인 실리카 퓸이 사용될 수 있다.

여기서, 점토(Clay)는 수분을 가하여 습한 상태로 반죽하면 가소성을 나타내고, 반죽 이후 이것을 건조하면 강성을 나타내는 특징이 있으나, 미세한 입자가 많을수록 수축률이 커지고 균열이 발생 될 가능성이 증가되므로 혼합비율을 적절히 조절하여야 한다. 또한, 마이크로실리카는 평균 공극률 20~30%를 갖는 본 발명의 충진재(300)를 소성시킨 이후 제품의 공극률을 8~16%로 감소시켜 기계적 강도를 증가시키게 된다.

한편, 이와 같은 원재료를 상기에서 준비된 배합비율에 맞추어 혼합시킨다.(S20)

원재료의 혼합은 드라이믹싱(dry-mixing)에 의하여 이루어진다. 드라이믹싱이란, 준비된 재료들을 별도의 바인더나 바인더 등의 첨가 없이 분말 상태로 혼합시키는 것을 말한다.

상기 개시된 원재료의 배합비율은 본 발명의 충진재(300)를 배합하기 위한 실시예로서, 다른 가학적인 온도, 습도 등의 조건에서 본 발명의 충진재(300)의 화학조성을 구현하기 위하여 실시되는 다른 실시예들 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 함은 당연하다.

한편, 이러한 제조과정을 통하여 제조된 본 발명의 충진재(300)의 화학조성비는 탄화규소(SiC) 75 내지 85wt%, 규소(Si) 5 내지 15wt%, 및 산화규소(SiO2) 5 내지 10wt%를 포함한다.

여기서, 탄화규소(SiC)는 전체 충진재(300)의 총 중량을 기준으로 75 내지 85wt%가 포함된다. 이는, 입도 0.1mm이상 1mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 50 내지 70wt%, 입도 0.1mm 미만의 탄화규소(SiC) 분말이 10 내지 25wt%, 그리고 입도 1mm이상 3mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 10wt% 미만으로 혼합되어 이루어진 값이다.

이때, 탄화규소(SiC)의 함량이 75wt% 미만이면 본 발명의 충진재(300)에서 기대하고자 하는 내열성, 내식성, 내마모성의 주요 특징이 저하될 수 있으며, 탄화규소(SiC)의 함량이 85wt%초과이면 상대적으로 다른 성분들의 함량이 부족하여 기타 다른 특징에 영향을 줄 수 있다.

그리고, 규소(Si)는 전체 충진재(300)의 총 중량을 기준으로 5 내지 15wt%가 포함된다. 이때, 규소(Si)의 함량이 5wt% 미만이면 소결성이 저하되어 강도가 낮아질 수 있다. 또한, 규소(Si)의 함량이 15wt%초과이면 전체 충진재(300)에 포함된 탄화규소(SiC)의 함량이 상대적으로 감소되어 본 발명의 충진재(300)의 열전도율이 저하될 수 있다.

이외, 산화규소(SiO2)는 전체 충진재(300)의 총 중량을 기준으로 5 내지 10wt%가 포함된다. 이는, 원재료로서 포함된 산화규소(SiO2) 및 규소금속분말이 산화되어 얻어진 산화규소(SiO2)를 모두 포함한 산화규소(SiO2)의 화학성분 비율이다.

이때, 산화규소(SiO2)의 함량이 5wt% 미만이면 충진재(300)의 유동성이 적어 시공이 유용하지 못하고, 강도가 저하되어 충진재(300)의 수명이 짧아질 수 있다. 그리고, 산화규소(SiO2)의 함량이 10wt%초과이면 소성 수축이 과도하게 되어 충진재(300)의 시공 후 충진된 내부에 빈 공간이 생길 수 있어 이로 인한 크랙 등의 균열이 발생 될 우려가 있다.

이하, 본 발명의 충진재(300)의 실시예들의 원재료 혼합비율 및 화학조성비를 구체적으로 설명한다.

<혼합비율>

<화학조성비>

여기서, 혼합비율은 제품을 제조하기 위하여 혼합된 원재료의 중량비(wt%)를 의미하며, 화학조성비는 상기 원재료의 혼합으로 제조된 각각의 실시예들(1~6)의 계산된 이론함량을 의미한다.

한편, 이와 같이 제조된 충진재(300)는 별도의 바인더와 혼합되어 반죽의 상태로 고로 스테이브(20)에 시공된다. 여기서, 별도의 바인더는 콜로이달 실리카가 사용될 수 있으며, 혼합되는 콜로이달 실리카의 양은 준비된 충진재(300)의 총량을 기준으로 10 내지 15 중량부를 평량하여 혼합시키는 것이 바람직하다.

이때, 콜로이달 실리카의 혼합량이 10 중량부 미만이면 혼합된 반죽의 유동성이 낮아 시공을 위한 주입 및 충진이 원활하지 않으며, 콜로이달 실리카의 혼합량이 15 중량부를 초과하면 혼합된 반죽이 과도하게 흘러내려 충진 완료 후 반죽의 흘러내림이 발생 될 수 있다.

이하, 본 발명의 반죽된 충진재(300)의 물성에 대한 실험결과를 구체적으로 설명한다. 각각의 반죽된 충진재(300)는 상기된 각각의 실시예들(1~6)에 콜로이달 실리카를 15 중량부 첨가하여 혼합시킨 것이다.

표 1은 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 비중(g/cm2)을 측정한 결과이다.

표 1에 따르면, 약 40℃의 저온에서 약 700℃의 고온영역에 이르기까지의 온도범위에서 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 비중을 측정한 결과, 온도가 높아질수록 비중이 점차 줄어드는 경향을 확인하였다. 이는 온도가 높아질수록 바인더로서 첨가된 콜로이달 실리카가 증발되어 소실되었기 때문이다.

그리고, 표 2는 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 선변화율(%)을 측정한 결과이다. 이와 같은 선변화율 시험은 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)을 각각의 온도에서 약 3시간 동안 건조 후 측정된 값이다.

표 2에 따르면, 약 110℃에서 약 700℃의 온도범위에서 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 선변화율을 측정한 결과, 전반적으로 길이 감소가 일어남을 확인할 수 있다. 이는, 충진재(300) 반죽의 건조에 의한 것으로 과도한 선변화율의 감소는 좋은 물성을 의미하지 않는다. 그러나, 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 선변화율은 약 0.25% 미만인 것이 특징이다. 이때, 만약 선변화율이 0.25 초과하여 발생되면, 이러한 과도한 수축으로 인하여 충진 된 부위에 공극이 발생된다. 그리고 이는 충진재가 시공된 스테이브(20)의 강도 저하 및 파손을 유발시킬 수도 있다.

그리고, 표 3은 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 곡강도(MOR) (Kgf/cm2) 결과이다.

표 3에 따르면, 약 110℃에서 약 700℃의 온도범위에서 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 곡강도를 측정한 결과, 고온의 조건이 될수록 점차 곡강도가 증가됨을 확인할 수 있다. 이는, 고로(1) 온도조건에서 본 발명의 충진재(300)의 곡강도가 매우 향상됨을 의미한다.

그리고, 표 4는 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 압축강도(CCS) (Kgf/cm2) 결과이다.

표 4에 따르면, 약 110℃에서 약 700℃의 온도범위에서 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 압축강도를 측정한 결과, 고온의 조건이 될수록 점차 곡강도가 증가됨을 확인할 수 있다. 이는, 고로(1) 온도조건에서 본 발명의 충진재(300)의 압축강도가 매우 향상됨을 의미한다.

그리고, 표 5는 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~6)의 열전도도(Kcal/단위확인) 결과이다.

표 5에 따르면, 25℃와 400℃ 각각의 온도에서 5회에 걸쳐 본 발명의 반죽된 충진재(300) 실시예들(1~3)의 열전도도를 측정한 결과, 25℃에서의 실시예1의 열전도도 평균값은 11.9W/mk이며, 25℃에서의 실시예2의 열전도도 평균값은 11.7W/mk고, 25℃에서의 실시예3의 열전도도 평균값은 11.8W/mk이었다. 그리고, 400℃에서의 실시예1의 열전도도 평균값은 8.85W/mk이고, 400℃에서의 실시예2의 열전도도 평균값은 8.61W/mk이며, 400℃에서의 실시예3의 열전도도 평균값은 8.46W/mk으로 측정되었다. 이러한 측정 결과로서 본 발명의 충진재(300)가 종래의 세라믹계 충진재에 비하여 매우 높은 열전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 충진재(300) 실시예4 내지 실시예5는 열전도도 측정 시 시편파손으로 열전도도 측정이 불가하였다. 이는 충진재(300) 실시예4 내지 실시예6가 입도 1mm이상 3mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 포함되었기 때문이다.

즉, 본 발명의 충진재(300)로서는 실시예1 내지 실시예3과 같이 입도 1mm 미만의 탄화규소(SiC) 분말이 포함되는 것이 발명의 효과를 높이는 데 유리함을 알 수 있다. 그러나, 이러한 결과가 본 발명의 충진재(300) 실시예4 내지 실시예6가 본 발명의 목적을 이루지 못한다는 것은 아니다. 왜냐하면, 전술된 <표1> 내지 <표4>의 설명을 참조하면, 본 발명의 충진재(300) 실시예4 내지 실시예6 또한 종래의 세라믹계 충진재에 비하여 곡강도 및 압축강도가 우수함을 확인할 수 있으며, 입도가 큰 탄화규소(SiC) 분말을 포함하여 충진재의 제조단가를 줄이는 효과가 있기 때문이다.

이외, 도 5는 본 발명의 규소-탄화규소 충진재(300)를 이용한 고로 스테이브(20) 냉각라인(40) 보수방법을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 규소-탄화규소 충진재(300)를 이용한 고로 스테이브(20) 냉각라인(40) 보수는 고로 스테이브(20)의 파손을 확인하는 단계(S100), 냉각튜브(100)를 삽입하는 단계(S200) 및 충진재(300)를 반죽하고 빈공간에 충진시키는 단계(S300)를 포함하여 이루어진다.

우선 고로 스테이브(20)가 파손되면 고로 철피(10)의 냉각이 원활히 이루어지지 않게 된다. 따라서, 이러한 이상 상황이 발생되면 고로 스테이브(20)의 파손을 긴급하게 확인할 필요가 있다.(S100)

이와 같이, 고로 스테이브(20)의 파손이 확인되면 이어 파손이 확인된 고로 스테이브(20)의 냉각라인(40) 내부로 냉각튜브(100)를 삽입한다.(S200) 이때, 삽입되는 냉각튜브(100)는 유연하면서도 고로(1)의 고온을 견디는 금속섬유 등의 재질로 이루어지는 것이 특징이다. 냉각튜브(100)는 고로 스테이브(20) 냉각라인(40)의 길이방향을 따라, 냉각라인(40)의 냉각수 공급관(41)에서 냉각수 배출관(42)까지 통과되도록 삽입된다.

마지막으로, 충진재(300)를 반죽하고 빈공간에 충진시킨다.(S300)

충진재(300)는 본 발명의 충진재(300)로서 일정량의 바인더를 첨가하여 반죽한다. 이때 사용되는 바인더는 콜로이달실리카를 사용하는 것이 좋다. 이러한 콜로이달 실리카는 액상바인더로서 저온에서 화학적인 결합을 유도하지 않으며, 100℃ 부근에서 콜로이달 실리카 성분 중 95wt%를 차지하는 수분이 쉽게 증발되어 응결이 이루어지게 되는 특징이 있다. 또한 콜로이달 실리카는 내폭열성 및 내침식성이 강하고, 건조시간이 빨라 신속한 시공을 가능하게 하며, 특히 산화칼슘(CaO) 성분이 없어 저융점 화합물 생성이 발현되지 않는 장점이 있다.

또한, 이와 같은 반죽에서 첨가되는 바인더의 양은 반죽할 충진재(300)의 총 중량을 기준으로 10 내지 15 중량부를 평량하여 첨가하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 바인더의 양이 10 중량부 미만으로 첨가되면 균일한 혼합을 기대할 수 없을 뿐만 아니라 유동성이 미미하여 원활한 충진이 이루어지지 않을 수 있고, 바인더의 양이 15 중량부 초과로 첨가되면 반죽이 흘러내려 이전 공정에서 냉각라인(40) 내부에 삽입된 냉각튜브(100)의 지지를 기대하기 어렵게 된다.

이렇게 반죽된 충진재(300)는 별도의 압입장치를 사용하여 냉각라인(40)과 삽입된 냉각튜브(100) 사이의 빈 공간에 압입된다. 충진재(300)의 압입이 완료되면 전술된 도 3에서 볼 수 있듯이, 충진재(300)에 의하여 고로 스테이브(20) 파손부분이 메워질 뿐만 아니라 냉각라인(40) 내부에 삽입된 냉각튜브(100)가 지지된다.

도 6은 본 발명에 의하여 보수된 고로 스테이브(20) 냉각라인(40) 내부에 규소-탄화규소 충진재(300)가 충진 된 상태를 확인하기 위한 사진이다. 본 사진을 참조하면, 본 발명의 충진재(300)가 고로 스테이브(20) 냉각라인(40)과 삽입된 냉각튜브(100) 사이의 공간에 고밀도로 충진되어 있음을 육안으로 확인할 수 있다.

상기와 같은 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

1: 고로 10: 철피
20: 스테이브 30: 내화물
40: 냉각라인 41: 냉각수 공급관
42: 냉각수 배출관 100: 냉각튜브
300: 규소-탄화규소 충진재

Claims

탄화규소(SiC) 75 내지 85wt%, 규소(Si) 5 내지 15wt%, 및 산화규소(SiO2) 5 내지 10wt%를 포함하는 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재.
청구항 1에 있어서,
상기 규소-탄화규소 충진재는,
상기 충진재의 총량을 기준으로 입도 0.1mm 미만의 탄화규소(SiC) 분말이 10 내지 25wt%, 입도 0.1mm이상 1mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 50 내지 70wt% 가 혼합된 탄화규소(SiC) 분말인 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재.
청구항 2에 있어서,
상기 규소-탄화규소 충진재는,
상기 충진재의 총량을 기준으로 입도 1mm이상 3mm미만 사이의 탄화규소(SiC) 분말이 10wt% 미만 더 포함되는 고로 스테이브용 규소-탄화규소 충진재.