KR101556820B1

KR101556820B1 - 용광로의 내부 라이닝을 위한 복합재 내화물

Info

Publication number: KR101556820B1
Application number: KR1020127029283A
Authority: KR
Inventors: 야누슈 토말라; 크리스티안 비벨; 프랑크 힐트만
Original assignee: 에스지엘 카본 에스이
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2015-10-01
Also published as: BR112012030203A2; BR112012030203A8; CA2790816A1; PL2546215T3; US9422199B2; JP6129074B2; AU2012283408B2; UA109007C2; JP2013539003A; JP2015222169A; CA2790816C; AU2012283408A1; MX342600B; KR20130031256A; WO2013007408A1; US20130026686A1; RU2573458C2; EP2546215B1; CN103025680A; AU2012283408C1

Abstract

본원 발명에 따르면, 특히 용광로의 내부 라이닝에 사용하기 위한 내화물이 보호층과 전도층을 포함하는 적층식 복합재이며, 각 층들 사이에 층간 결합 강도는 6 MPa보다 크다.

Description

용광로의 내부 라이닝을 위한 복합재 내화물{COMPOSITE REFRACTORY FOR AN INNER LINING OF A BLAST FURNACE}

본원 발명은 특히 용광로의 내부 라이닝을 위한 내화물과, 이러한 내화물을 포함하는 내부 라이닝을 포함하는 용광로와, 용광로의 내부 라이닝에서의 이러한 내화물의 사용에 관한 것이다.

내화물은 예를 들어 1000℃보다 높은 온도와 같은 고온에서 고강도(high strength)를 유지한다는 것에 특징이 있다. 이로 인해, 내화물은, 예를 들어 노(furnace), 가마, 소각로 및 반응 장치의 라이닝에서 용해 등을 위한 도가니용 재료와 같이 높은 내열성이 요구되는 복수의 용례에 사용된다.

용광로에는 그들의 사용수명 동안 항상 열적, 화학적, 기계적 마모가 가해지기 때문에, 용광로의 내부 라이닝에 사용되는 내화물은 특히 높은 내화도, 용광로 설계와 관련된 적절한 열전도율, 최대 2000℃의 온도에서의 높은 압축 강도를 포함하는 높은 기계적 강도, 우수한 내마모성 및 높은 내산화성과 같은 복수의 요구를 충족시켜야 한다. 마지막으로, 용광로의 사용수명은 열적, 화학적, 기계적 마모에 대해 그 내화물의 저항성에 의해 결정된다. 또한, 고온의 액체 금속 및 슬래그에서의 융해(dissolution)에 대한 높은 저항성이 용광로의 내부 라이닝의 내화물에 바람직하다. 전술된 특성들은 특히 용광로의 노변 벽에 사용될 내화물에 중요한데, 이는 노변 벽이 작동 중, 온도 인자, 화학적 공격 및 고온 금속 유동 현상(metal flow phenomena)으로부터의 가장 큰 응력에 노출되기 때문이다.

용광로의 내부 라이닝을 위한 현대 내화물은, 최대 2000℃의 온도에서의 탄소 및 그래파이트의 높은 내화도 및 만족스러운 압축 강도 때문에, 탄소 및 그래파이트 재료를 기반으로 한다. 이러한 내화물은 탄소질 재료를 포함하는 원료 혼합물로부터 그린 블록(green block)을 형성하고, 1000℃보다 높은 온도에서 그린 블록을 열처리함으로써 일반적으로 생산된다. 그러나, 표준 탄소 재료들은 낮은 내마모성만을 제공한다는 단점, 특히 알칼리에 대한 낮은 저항성, 산화에 대한 낮은 저항성, 탄소로 포화되지 않은 경우 고온 액체 금속 및 슬래그(liquid hot metal and slag)에서의 탄소 재료의 융해에 대한 불충분한 저항성 및 그들의 세공으로의 고온 액체 금속의 상대적으로 높은 침투성을 제공한다는 단점을 갖는다. 탄소 및 그래파이트의 상술된 불리한 특성을 적어도 부분적으로 보상하거나 향상시키기 위해, 특정한 첨가제가 탄소 및 그래파이트 재료에 통상적으로 첨가된다. 예를 들면, 미세 분말 실리콘이 종종 이러한 재료에 첨가되는데, 이는 미세 분말 실리콘이 열 처리 동안 탄화규소로의 변환되면서 내화물 내의 세공 직경을 내화물로의 고온 액체 금속의 침투가 감소되거나 심지어 완전히 방지되는 작은 값으로 감소시키기 때문이다. 한편, 산화알루미늄의 첨가는 고온 액체 금속 및 슬래그에서의 탄소의 융해에 대한 재료의 저항성을 증가시킨다.

요구되는 특성 및 특히 탄소계 내화물(carbon based refractory)의 내마모성을 추가로 향상시키기 위해, 하나 이상의 층의 탄소 재료상에 보호층으로서 세라믹 컵(ceramic cup)을 배열하는 것이 제안되었다. 세라믹 컵은 필요한 내마모성을 내화물에 제공하는 기능을 주로 갖는 반면에, 탄소 재료는 요구되는 열전도율을 수행한다. 예를 들면, EP 0 040 440 B1은 용광로용 저부 라이닝을 개시하는데, 이는 아래로부터 위로 그래파이트 박층, 종래의 탄소층, 그래파이트 층, 세미-그래파이트의 중간층, 및 고 함량의 산화알루미늄을 갖는 내화 벽돌 층(layer of firebrick)을 포함한다. 그러나, 세라믹 컵을 포함하는 라이닝은 세라믹 컵의 설치가 비싸고 노동 집약이어서, 내부 라이닝의 설치와 교체 동안 용광로의 정지 시간을 증가시키는 단점을 갖는다.

또한, 다양한 열전도율을 갖고 다양한 내마모성을 갖는 둘 이상의 접착된 층을 포함한 내화 블록이 공지되어 있다. 예를 들면, US 2005/0254543 A1은 그래파이트의 베이스 층 및 그에 접착되는 강옥의 세라믹 코팅층을 갖는 알루미늄의 생산용 탄소열 환원로(carbothermic reduction furnace)의 내부 라이닝을 개시한다. 상위 세라믹층이 필요한 내마모성을 내화물에 제공하는 반면에, 그래파이트의 하위 베이스 층은 필요한 열전도율을 내화물에 제공한다. 그러나, 이러한 내화물 역시 비싸다. 더 중요한 것은, 이러한 내화물은, 접착된 층들 사이의 상대적으로 약한 접합 강도로 인해, 특히 고온에 대해 제한된 저항성만을 제공한다. 이러한 상대적으로 약한 접합 강도와 개별 층의 다양한 열 팽창률로 인해, 특히 내화 블록에 고온이 가해질 때, 내화 블록에 크랙이 쉽게 형성된다. 따라서, 일반적으로 접착 또는 기계적 체결 요소에 의해 용광로 내에 설치되는 라이닝 재료의 조립체는 비교적 짧은 사용수명을 갖는다.

따라서, 본원 발명의 목적은, 전술된 단점을 극복하는 즉, 비용 효율적이고 설치가 용이하고 사용 수명이 길며, 용광로의 내부 라이닝으로 사용하기 위해 특히 요구되는 우수한 기계적 열적 특성을 갖는 내화물을 제공하는 것이다. 이러한 특성은 적절한 열전도율과, 높은 기계적 강도와, 우수한 내산화성과, 용융된 고온 금속 및 슬래그에서의 융해에 대한 양호한 저항성과, 특히 고온에 대한 우수한 저항성을 포함하는 우수한 내마모성을 포함할 것이다.

본원 발명에 따르면, 이러한 목적은 특히 용광로의 내부 라이닝에 사용하기 위한 내화물에 의해 충족되며, 이러한 내화물은 보호층과 전도층을 포함하는 적층식 복합재이며, 이러한 각각의 층들 사이의 층간 접합 강도(interlayer bonding strength)는 6Mpa보다 크다.

이러한 해법은, 보호층과 전도층을 포함하는 적층식 복합재 형태의 내화물[상기 보호층과 전도층은 높은 접합 강도, 즉 6Mpa보다 큰 층간 접합 강도(interlayer bonding strength)-상기 2개 층의 접착 및/또는 기계적 체결에 의해 얻어질 수 있는 접합 강도보다 큰 접합 강도-로 함께 접합됨]은 우수한 기계적 열적 안정성을 가지며 특히 용광로의 작동 동안 존재하는 혹독한 조건 하에서도 우수한 저항성을 갖는다. 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 인접층 사이의 이러한 강력한 접합은 진동-몰딩(vibro-molding), 블록-프레싱(block pressing), 단축-프레싱(uniaxial-pressing), 등방-프레싱(isostatic-pressing) 또는 압출 단계를 포함하는 방법으로 복합재를 생산함으로써 달성될 수 있다. 본원 발명에 따른 내화물의 고온에 대한 우수한 저항성은, 예를 들어 용광로의 시동 중에 내화물에 고온 또는 빠른 온도 변화 또는 적어도 비교적 빠른 온도 변화가 가해질 때에도 (둘 이상의 접착된 그리고/또는 기계적으로 체결된 층으로 이루어진 개별 조립체와 달리) 각각의 복합재 층의 견고한 접합으로 인해 내화물의 탈적층(delamination)이 확실하게 방지될 수 있다는 사실에 기인한다.

이로 인해, 본 발명에 따른 내화물은 매우 긴 수명을 갖는다.

또한, 본원 발명에 따른 내화물은, 다양한 특성과 관련된 양 측, 즉 용광로의 작동 도중 철 용해물(iron melt)에 대해 배향되는 내화물의 일 측(이후 열적, 화학적 기계적 마모 저항성과 관련하여 고온측 또는 보호측과 같이 지칭됨)과, 내화물의 반대 측[이후 열 유속(heat flux)과 관련하여 저온측 및 전도측으로 지칭됨] 모두를 최적화할 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 보호 측은, 본 위치에(in-situ) 형성된 철 함유 보호층으로서 용광로의 작동 도중 자연적 스컬 형성(natural skull formation)을 지지할 수 있는 그 성능과 관련하여 최적화될 수 있다. 본원 발명에 따른 내화물은 단일의 복합재 내에서 보호층과 전도층에 의해 제공되는 다양한 특성을 조합하기 때문에, 탄소질 재료 한 층과 세라믹 재료의 다른 제2 층을 포함하는 종래의 내화물에 비해 설치가 쉽고 저렴할 수 있다.

본원 발명에 따르면, 용어 "층간 접합 강도"는 그 명칭을 "알루미늄의 생산에 사용되는 탄소질 재료 - 파트 2: 사점법에 의한 휨 강도 결정(Carbonaceous materials used in the production of aluminium - Prebaked anodes and cathode blocks - Part 2: Determination of flexural strength by the four-point method)"으로하는 방법 ISO 12986-2에 설명된 바와 같은 샘플로 계측되는 휨 강도(flexural strength)를 의미하는데, 이러한 샘플은 다음과 같이 준비된다: 내화물의 층간 영역(interlayer area)으로부터, 직경이 30 mm이고 길이가 110 mm인 원통형 시편이 드릴링된다. 더 구체적으로는, 샘플은 내화물의 2개의 인접층들 사이에 위치되는 접경 평면(interface plane)을 수직으로 또는 적어도 거의 수직으로 통과하는 코어-드릴링(core-drilling)에 의해 준비되어, 접경 평면은 도 3에 도시된 바와 같이, 만들어진 코어의 중앙 또는 적어도 거의 중앙에 존재한다. 전체 샘플은 층간 접합 강도의 계측 전에 적어도 1000℃로 처리되는데, 이는 이러한 내화물을 위한 통상의 생산에서 지켜진다. 이후, 층간 접합 강도 자체의 측정은 ISO 12986-2에서 설명된 바와 같이 실온에 수행된다.

또한, 어구 "보호층 및 전도층을 포함하는 적층식 복합재"는, 복합재, 즉 적어도 2개의 상이한 재료의 단일편 조립체가 적어도 2개 층, 즉 적어도 하나의 보호층 및 적어도 하나의 전도층을 포함하지만 예를 들면 보호층과 전도층 사이에 배열되는 하나 이상의 중간층 및/또는 제2 보호층 및/또는 제2 전도층과 같은 추가의 층을 포함할 수 있는 복합재를 의미한다. 적층식 복합재가 얼마나 많은 층을 포함하는지에 상관없이, 복합재의 모든 층은 (외부층의 경우) 하나의 인접 층에 접합되거나, 또는 (내부 층의 경우) 두 개의 인접층에 접합되는데, 모든 2개의 인접한 층 사이의 층간 접합 강도는 본원 발명에 따라 6Mpa보다 크다. 이와 관련하여, 본원 발명에 따르면 중간층은 인접층(들)과는 다른 조성을 갖는 층이라는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 예를 들면 진동-몰딩 단계에서, 이러한 층들의 접경에서 인접층들의 작은 체적의 상호 침투(interpenetration)의 결과로서 복합재의 제조 동안 얻어지는 혼합층은 본 특허 출원에서 경계층(boundary layer)으로 고려되며, 따라서 인접층에 추가되는 별도의 층으로는 고려되지 않는다.

상술된 바와 같이, 본원 발명에 따른 복합재의 모든 인접층들 사이의 층간 접합 강도는 6Mpa보다 크다. 본 특허 출원의 각각의 층들 사이의 층간 접합 강도가 높을수록, 고온에 대한 내화물의 저항성이 높아진다. 이로 인해, 복합재의 모든 인접층들 사이의 층간 접합 강도는 가능한 높은 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 각각의 층들 사이의 층간 접합 강도는 적어도 7Mpa인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 적어도 7.5Mpa, 더 더욱 바람직하게는 적어도 8Mpa, 특히 더 바람직하게는 적어도 8.5Mpa, 그보다 더 바람직하게는 적어도 9Mpa, 그보다 더 바람직하게는 적어도 9.5Mpa, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 10Mpa이다. 이러한 강한 접합 강도는 예를 들면 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱 또는 압출에 의해 달성될 수 있다.

특히 양호한 가장 간단한 경우에, 본원 발명에 따른 내화물은 보호층 및 전도층으로만 구성된다. 생산 방법에 따라, 이 실시예의 보호층과 전도층 사이에는 혼합층은 존재할 수 있는데, 이는 복합재의 제조 동안, 예를 들어 진동-몰딩 단계 동안 보호층과 전도층의 작은 체적의 상호 침투의 결과로서 형성된다. 상술된 바와 같이, 이러한 혼합층은 본 특허 출원에서 별도의 층으로 고려되는 것이 아니라 오히려 경계층으로 고려된다. 보호층이 열적 화학적 기계적 마모 저항성에 대해 최적화되고 선택적으로는 용광로의 작동 도중 자연적 스컬 형성을 지지하는 그 성능에 대해서도 최적화된 재료로 구성되는 것이 바람직한 반면에, 전도층은 열 유속에 대해 최적화된 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 자연적 스컬 형성의 지지는 하나 이상의 세라믹스 첨가제, 바람직하게는 산화알루미늄 및 이산화티탄을 포함하는 미세공-구조 보호층(micropore-structured protective layer)을 제공하여 이루어진다.

본원 발명의 대안적 실시예에 따르면, 내화물은 외부 보호층, 외부 전도성 층 및 외부 보호층과 외부 전도성 층 사이에 배열되는 하나 이상의 중간층으로 구성될 수 있다. 원칙적으로, 보호층 위에 추가의 제2 보호층이 배열되고 그리고/또는 전도층 위에 추가의 제2 전도층이 배열되는 것도 가능하다. 그러나, 이는 비용적 측면에서 볼 때 바람직하지 않다.

내화물의 층들 중 적어도 하나의 휨 강도가 층간 접합 강도보다 높은 것이 바람직하다. 내화물의 모든 층의 휨 강도가 층간 접합 강도보다 높은 것이 훨씬 더 바람직하다. 내화물이 2개 층보다 많은 층을 포함하여 각각 둘 이상의 접경 및 경계 층을 포함하는 경우, 바람직하게는 내화물의 층들 중 적어도 하나의 휨 강도는 그리고 더욱 바람직하게는 내화물의 모든 층의 휨 강도는 적어도 가장 낮은 층간 접합 강도보다 높다. 따라서, 층간 접합 강도에 따라, 복합재의 층들 중 적어도 하나의 휨 강도는 그리고 더욱 바람직하게는 복합재의 모든 층의 휨 강도는 6Mpa보다 크고, 바람직하게는 적어도 7Mpa, 더욱 바람직하게는 적어도 7.5Mpa, 더 더욱 바람직하게는 적어도 8Mpa, 특히 더 바람직하게는 적어도 8.5Mpa, 그보다 더 바람직하게는 적어도 9Mpa, 그보다 더 바람직하게는 적어도 9.5Mpa, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 10Mpa이다. 층의 휨 강도는 ISO 12986-2에서 설명된 방법으로 결정되는데, 샘플은 다음과 같이 준비된다: 내화물의 층으로부터, 직경이 30 mm이며 길이가 110 mm인 원통형 시편이 드릴링된다. 더욱 구체적으로는, 샘플은 샘플이 본 발명에 따른 복합재로부터 취해지는 경우 접경 평면과 수직한 또는 적어도 거의 수직한 코어-드릴링에 의해 준비된다. 따라서, 코어 샘플의 가능한 구조적 배향은 복합재 코어 샘플에서와 동일하다. 샘플이 단일의 보호층 또는 단일의 전도성 층으로 구성되는 비교 샘플로부터 취해지는 경우, 샘플은 코어 샘플의 가능한 구조적 배향이 복합재 코어 샘플에서와 동일하도록 복합재 샘플의 방향에 대응하는 방향으로의 코어-드릴링에 의해 준비된다. 전체 샘플은 휨 강도의 계측 전에 적어도 1000℃로 처리되는데, 이는 이러한 내화물의 통상의 생산에서 지켜진다. 그 후, 휨 강도 자체의 계측은 ISO 12986-2에 설명된 바와 같이 실온에서 수행된다.

상술된 바와 같이, 6Mpa보다 큰, 내화물의 각 층들 사이의 높은 층간 접합 강도는, 특히 내화물이 그 준비 도중에 1000℃보다 높은 온도로 열처리될 때, 접착제 및/또는 스크루, 볼트 등과 같은 기계적 체결 요소 수단 의하여 달성될 수 없다. 이러한 이유로, 내화물이 접착제 및/또는 기계적 체결 요소를 포함하는 것은 불필요하며, 본원 발명에 다른 내화물은 접착제 및/또는 기계적 체결 요소를 전혀 포함하지 않다는 것이 실제로 특히 바람직하다.

원칙적으로, 내화물은 임의의 공지된 3차원 구성을 가질 수 있다. 그러나, 용광로에 쉽게 설치 가능하게 하기 위해, 내화물은 블록, 즉 적어도 실질적으로 입방형인 구성의 형태를 갖는 것이 바람직하다. 블록의 각각의 인접층들은 그들의 베이스 표면을 따라 또는 그들의 측방향 표면을 따라 함께 접합될 수 있다. 처음 언급된 경우에, 블록은 샌드위치형 디자인을 갖는 반면에, 나중에 언급된 복합재 구성은 시시 케밥(shish kabob)형 디자인을 갖는다. 처음 언급된 구성이 용광로의 저부 라이닝에 사용하는데 특히 바람직한 반면에, 나중에 언급된 복합재 구성은 특히 용광로의 노변-벽의 라이닝에 사용하기 적합하다.

본원 발명의 양호한 제1 실시예에 따르면, 내화물은 이층 복합재(bilayer composite)로서, 즉 보호층과 전도층으로 구성되고, 적어도 실질적으로 입방형인 구성을 가지며, 보호층과 전도층이 그들의 베이스 표면을 따라 함께 접합된다. 이 실시예에서, 보호층의 두께는 내화물의 전체 두께의 10 내지 50%인 것이 바람직하고, 전도층의 두께는 내화물의 전체 두께의 50 내지 90%인 것이 바람직하다. 특히, 내화물이 열 유속에 대해 최적화될 때, 보호층의 두께는 내화물의 전체 두께의 10 내지 25% 정도가 되고 전도층의 두께는 양호하게는 내화물의 전체 두께의 75 내지 90%인 것이 바람직하다. 이와 달리, 내화물이 스컬 형성의 촉진에 대해 최적화될 때, 보호층은 내화물의 전체 두께의 30 내지 45% 정도가 되고 전도층의 두께는 양호하게는 내화물의 전체 두께의 55 내지 70%인 것이 바람직하다. 당연히, 보호층의 두께와 전도층의 두께의 합은 100%가 된다. 이 실시예에 있어서, 8 내지 9Mpa인 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱 또는 압출에 의해 이 복합재를 준비함으로써 쉽게 얻어질 수 있다.

본원 발명의 양호한 제2 실시예에 따르면, 내화물은 이층 복합재로서, 즉, 보호층과 전도층으로 구성되고, 적어도 실질적으로 입방형인 구성을 가지며, 보호층과 전도층은 그들의 측방향 표면을 따라 함께 접합된다. 또한 이 실시예에서, 보호층의 두께는 내화물의 전체 두께의 10 내지 50%인 것이 바람직하고 전도층의 두께는 내화물의 전체 두께의 50 내지 90%인 것이 바람직하다. 다시, 내화물이 열 유속에 대해 최적화될 때, 보호층의 두께는 내화물의 전체 두께의 10 내지 25% 정도가 되고 전도층의 두께는 양호하게는 내화물의 전체 두께의 75 내지 90%인 것이 바람직하다. 이와 달리, 내화물이 스컬 형성의 촉진에 대해 최적화될 때, 보호층은 내화물의 전체 두께의 30 내지 45% 정도가 되고 전도층의 두께는 양호하게는 내화물의 전체 두께의 55 내지 70%인 것이 바람직하다. 보호층의 두께와 전도층의 두께의 합은 또한 이 실시예에서 100%에 이른다. 10 내지 11Mpa인 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱 또는 압출에 의해 이 복합재를 준비함으로써 쉽게 얻어질 수 있다.

본원 발명의 양호한 제3 실시예에 따르면, 내화물은 보호층, 전도층 및 보호층과 전도층 사이에 배열되는 하나 이상의 중간층으로 구성되며, 내화물은 적어도 실질적으로 입방형인 구성을 갖고, 보호층, 전도층 및 하나 이상의 중간층은 그들의 베이스 표면을 따라 함께 접합된다. 이 실시예에서, 보호층의 두께는 내화물 전체 두께의 10 내지 40%인 것이 바람직하고, 모든 중간층의 전체 두께는 내화물 전체 두께의 5 내지 25%인 것이 바람직하며, 전도층의 두께는 내화물의 전체 두께의 45 내지 85%인 것이 바람직하다. 당연히, 이 실시예에서 보호층의 두께와 전도층의 두께의 합은 또한 100%에 이른다. 더욱이, 이러한 복합재는 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱 또는 압출에 의해 쉽게 얻어질 수 있다.

본원 발명의 양호한 제4 실시예에 따르면, 내화물은 보호층, 전도층 및 보호층과 전도층 사이에 배열되는 하나 이상의 중간층으로 구성되며, 내화물은 적어도 실질적으로 입방형인 구성을 갖고, 보호층, 전도층 및 하나 이상의 중간층은 그들의 측방향 표면을 따라 함께 접합된다. 이 실시예에서, 보호층의 두께는 내화물의 전체 두께의 10 내지 40%인 것이 바람직하고, 모든 중간층의 전체 두께는 내화물의 총 두께의 5 내지 25%인 것이 바람직하고, 전도층의 두께는 내화물의 전체 두께의 45 내지 85%인 것이 바람직하다. 당연히, 보호층의 두께와 전도층의 두께의 합은 또한 이 실시예에서 100%에 이른다. 이러한 복합재는 또한 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱 또는 압출에 의해 쉽게 얻어질 수 있다.

상술된 바와 같이, 전도층은 열 유속에 대해 최적화된 재료로 구성되는 것이 바람직한 반면에, 보호층은 열적 화학적 기계적 내마모성 및/또는 용광로의 작동 동안 자연적 스컬 형성을 지지하기 위한 성능에 관련된 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 전도층은 보호층보다 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 전도층이 1500℃의 작동 온도에서 보호층의 열전도율보다 예를 들어 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 100% 높은 열전도율을 갖는다면, 특히 좋은 결과는 달성된다. 예를 들면, 보호층은 예를 들어 1500℃의 작동 온도에서 최대 10W/(m·K)의 열전도율을 가질 수 있으며, 전도층은 적어도 12.5W/(m·K), 바람직하게는 적어도 15W/(m·K) 그리고 가장 바람직하게는 적어도 20W/(m·K)의 열전도율을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 내화물의 고온에 대한 저항성을 더욱 향상시키기 위해, 전도층의 열 팽창 계수와 보호층의 열 팽창 계수 사이의 차이를 가능한 작게 하는 것이 본원 발명의 바람직한 추가 실시예에 따라 제안된다. 실온, 즉, 23℃와 예를 들어 1500℃의 작동 온도 사이의 온도에서 그리고 바람직하게는 실온, 즉, 23℃와 예를 들어 1500℃의 작동 온도 사이의 모든 온도 또는 적어도 거의 모든 온도에서, 전도층의 열 팽창 계수와 보호층의 열 팽창 계수 사이의 차이를 가능한 작게 할 때 특히 좋은 결과가 달성된다. 각각 동일 온도에서 측정되었을 때, 실온, 즉, 23℃와 예를 들어 1500℃의 작동 온도 사이의 온도에서 전도층의 열 팽창 계수와 보호층의 열 팽창 계수 사이의 차이가 최대 0.6㎛/(K·m), 바람직하게는 최대 0.4㎛/(K·m), 더욱 바람직하게는 최대 0.2㎛/(K·m)일 때, 특히 좋은 결과가 달성된다.

원칙적으로, 본원 발명에 따른 내화물은 인접한 층들이 6Mpa보다 큰 층간 접합 강도로 서로에 접합되는 복합재가 되게 하는 임의의 공정에 의해 준비될 수 있다. 예로서, 내화물은 다음과 같은 단계를 포함하여 과정에 의해 얻어질 수 있다:

a) 보호층을 위한 혼합물, 전도층을 위한 혼합물 그리고 선택적으로 하나 이상의 중간층을 위한 혼합물을 제공하는 단계,

b) 단계 a)에서 제공된 혼합물로부터 적층식 그린 블록을 형성하는 단계, 및

c) 단계 b)의 그린 블록을 베이킹(baking)하는 단계.

단계 b)에서 그린 블록의 형성은 인접층들이 6Mpa보다 큰 층간 접합 강도로 서로에게 접착되는 임의의 방법에 의해, 즉 예를 들면 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 등방-프레싱, 또는 압출에 의해 수행될 수 있다.

상술된 바와 같이, 보호층은 우수한 열적 화학적 기계적 내마모성 그리고/또는 용광로의 작동 동안 자연적 스컬 형성을 지지하는 높은 성능을 갖도록, 그 조성에 대해 최적화되는 것이 바람직하다. 따라서, 용광로의 내부 라이닝의 마모는 보호층에 의해 특히 용광로의 초기 작동 동안 상당히 감소될 수 있다. 보호층은 고온 금속에서 탄소의 융해와 내화물의 개방 세공 시스템(open pore system)으로의 액체의 침투를 추가로 방지한다. 바람직하게는, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 적어도 20중량%의 탄소질 재료, 바람직하게는 배소 무연탄(calcined anthracite)와, 건조 집합체(dry aggregate)에 기초한 적어도 3중량%의 실리콘과, 결합제를 포함한다. 무연탄에 대한 대안으로서 그리고 바람직하게는 무연탄에 추가하여, 하나 이상의 다른 탄소질 재료가 혼합물에 추가될 수 있다. 실리콘의 추가는, 보호층으로의 고온 액체 금속의 침투가 용광로의 작동 동안 감소되거나 심지어 완전히 방지되도록, 보호층의 세공 직경을 감소시킨다. 더욱 상세하게는, 실리콘은 미세공 구조의 형성을 초래하는데, 이는 1㎛보다 큰 직경을 갖는 세공으로부터의 축적 공극률(cumulated porosity)이 샘플 체적의 5%를 초과하지 않는다는 것을 의미한다[수은 다공도측정법(mercury porosimetry)에 의해 계측됨].

단계 a)에서 추가되는 결합제는 콜타르 피치, 석유 피치, 페놀수지, 푸르푸릴 수지(furfurylic resin), 콜타르, 석유 타르 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있는, 본 기술 분야에서 공지된 임의의 결합제일 수 있다. 결합제의 양은 작동가능 페이스트(workable paste)가 얻어지는 방식, 즉 형성 공정을 위해 페이스트의 적절한 점도가 얻어지는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것이 더욱 바람직한 산화세라믹(oxidic ceramic)을 포함한다. 산화알루미늄의 추가는 고온 액체 금속 및 슬래그에서의 융해에 대한 재료의 저항성을 증가시킨다. 고도의 이러한 유리한 효과를 얻기 위해, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 보호층의 건조 집합체에 기초한 6 내지 14중량%의 산화세라믹 그리고 더욱 바람직하게는 8 내지 12중량%의 산화세라믹을 포함한다는 것이 바람직하다. 또한, 규산알루미늄의 추가는 고온 금속에 대한 보호층의 저항성을 향상시킨다.

이에 추가하여, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 보호층의 내마모성을 추가로 향상시키기 위해, 비산화세라믹(non-oxidic ceramic)을 더 포함할 수 있다. 비산화세라믹은 금속 탄질화물(carbonitride), 금속 탄화물, 금속 붕소화물, 금속 질화물 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특정 예로서, 이붕소화 티탄이 언급된다.

열전도율을 조절하기 위해, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 적절한 양의 그래파이트를 추가로 포함할 수 있다.

단지 예로서, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 다음을 포함할 수 있다:

- 건조 혼합물로서,

- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 10 내지 95중량%의 배소 무연탄,

- 3 내지 20중량%의 실리콘,

- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 2 내지 30중량%의 산화세라믹,

- 0 내지 20중량%의 비산화세라믹, 및

- 0 내지 30중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물의 건조 혼합물, 및

- 적어도 하나의 결합제.

본원 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 단계 a)에서 제공되는 보호층을 위한 혼합물은 다음을 포함한다:

- 건조 혼합물로서,

- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 30 내지 90중량%의 배소 무연탄,

- 5 내지 15중량%의 실리콘,

- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 5 내지 20중량%의 산화세라믹,

- 0 내지 10중량%의 비산화세라믹, 및

- 적어도 하나의 결합제.

추가로 상술된 바와 같이, 전도층은 우수한 열 유속을 갖도록 그 조성에 대해 최적화되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 전도층의 요구되는 높은 열전도율을 조절하기 위해, 혼합물의 건조 집합체에 기초한 적어도 20중량%의 그래파이트와, 결합제를 포함한다. 보호층에서와 같이, 단계 a)에서 전도층을 위한 혼합물에 첨가되는 결합제는 콜타르 피치, 석유 피치, 페놀수지, 푸르푸릴 수지, 콜타르, 석유 타르, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있는, 본 기술 분야에 공지된 임의의 결합제일 수 있다. 결합제의 양은 작동가능 페이스트가 얻어지는 방식, 즉 형성 공정을 위해 페이스트의 적절한 점도가 얻어지는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 바람직하게는 배소 무연탄인 적어도 10중량%의 추가 탄소질 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

이에 추가하여, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술한 화합물의 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것이 바람직한 산화세라믹을 추가로 포함한다. 이러한 세라믹 재료는 보호층과 관련하여 상술된 바와 같이 동일한 기능을 갖는다.

본원 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 실리콘을 포함한다.

단지 예로서, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 다음을 포함할 수 있다:

- 건조 혼합물로서,

- 20 내지 80중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물,

- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 20 내지 80중량%의 배소 무연탄,

- 0 내지 20중량%의 실리콘, 및

- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 0 내지 20중량%의 산화세라믹의 건조 혼합물, 및

- 적어도 하나의 결합제.

본원 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 단계 a)에서 제공되는 전도층을 위한 혼합물은 다음을 포함한다:

- 건조 혼합물로서,

- 30 내지 70중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물,

- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 20 내지 50중량%의 배소 무연탄,

- 5 내지 15중량%의 실리콘, 및

- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 5 내지 15중량%의 산화세라믹의 건조 혼합물, 및

- 적어도 하나의 결합제.

내화물이 하나 이상의 중간층을 포함하면, 중간층(들)은 보호층 또는 전도층에 대하여 상술된 바와 같이 구성될 수 있다.

본원 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 단계 c)에서 그린 블록은 1100℃와 1400℃ 사이의 온도, 바람직하게는 1100℃와 1300℃ 사이의 온도, 그리고 더욱 바람직하게는 1150℃와 1250℃ 사이의 온도에서 베이킹된다.

본원 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 열 처리된 블록은 최종 제품의 겉보기 밀도, 기계적 강도 및 열전도율을 증가시키기 위해, 단계 c)에 따른 베이킹 후에, 세공이 충진되도록 예를 들어 콜타르, 석유 타르, 콜타르 피치, 석유 피치, 수지 등과 같은 함침제(impregnation agent)로 함침될 수 있다. 함침 후에, 함침제를 탄화하기 위해, 블록은 바람직하게는 900℃와 1300℃ 사이의 온도에서, 더욱 바람직하게는 1000℃와 1200℃ 사이의 온도에서, 더 더욱 바람직하게는 1100℃와 1200℃ 사이의 온도에서 재베이킹된다. 함침과 재베이킹(rebaking)은 여러 번 반복될 수 있다.

또한, 본원 발명은, 상술된 내화물 중 적어도 하나를 포함하는 내부 라이닝을 포함하는 용광로에 관한 것이다.

본원 발명의 추가적 요지는 용광로의 내부 라이닝에서의 상술된 내화물의 사용이다.

본원 발명은 첨부된 도면을 단지 예로서 참조하여 설명되고 도시된 실시예를 참조로 더욱 상세하게 후술될 것이다.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 내화물을 도시한다.
도 2는 본원 발명의 다른 실시예에 따른 내화물을 도시한다.
도 3은 본원 발명에 따른 층간 접합 강도의 계측을 위한 샘플이 준비되는 방법을 개략적으로 도시한다.

도 1에 도시된 내화물(10)은 보호층(12)과 전도층(14)을 포함하고, 입방형 구성을 갖는 이층 복합재이다. 복합재의 양 층은 복합재가 샌드위치형 디자인을 갖도록 그들의 베이스 표면을 따라 함께 접합된다. 즉, 보호층(12)은 전도층(14)의 위에 접합된다. 이러한 복합재 디자인은 용광로의 저부 라이닝에서의 내화물의 사용에 특히 바람직하다.

또한, 도 1에 도시된 내화물(10)은 보호층(12)과 전도층(14)을 포함하는 입방형 구성을 가진 이층 복합재이다. 복합재의 양 층은 복합재가 시시-케밥형 디자인을 갖도록 그들의 베이스 표면을 따라 함께 접합된다. 이 디자인을 가진 복합재는 용광로의 노변-벽의 라이닝의 내화물에서의 사용에 특히 적합하다. 즉, 보호층(12)은 전도층(14) 다음에 접합된다.

도 3은 ISO 12986-2에 설명된 방법에 따른 층간 접합 강도의 계측을 위한 샘플이 본 발명에 따라 준비되는 방법을 개략적으로 도시한다. 내화물(10)의 층간 영역으로부터, 직경이 30mm이고 길이가 110mm인 원통형 시편(16)이 드릴링된다. 더 상세하게는, 샘플은 접경 평면(18)이 만들어진 코어(16)의 중앙 또는 거의 중앙에 있도록, 내화물(10)의 두 개의 인접층(12, 14) 사이에 위치되는 접경 평면(18)을 수직하게 또는 적어도 거의 수직하게 통과하는 코어-드릴링하여 준비된다. 그 후, 층간 접합 강도 자체의 계측은 ISO 12986-2에서 설명된 바와 같이, 실온에 수행된다.

이하에서는, 본원 발명이 비제한 예로서 더욱 상세하게 개시될 것이다.

예 1

우수 열 유속에 대해 특히 최적화된 이층 내화물이 보호층을 위한 혼합물과 전도층을 위한 혼합물을 준비함으로써 준비되었으며,

보호층을 위한 혼합물은:

- 75 중량부의 배소 무연탄,

- 15 중량부의 합성 그래파이트

- 10 중량부의 산화알루미늄, 및

- 10 중량부의 실리콘을 포함하였으며,

- 이 혼합물에는, 콜타르 피치가, 작동가능 페이스트, 즉 형성 공정을 위해 적절한 점도를 갖는 패이스트가 얻어지는 양만큼 결합제로서 첨가되었으며,

전도층을 위한 혼합물은:

- 46 중량부의 합성 그래파이트,

- 36 중량부의 배소 무연탄,

- 8 중량부의 실리콘, 및

- 10 중량부의 산화알루미늄을 포함하였으며,

- 이 혼합물에는, 콜타르 피치가, 작동가능 페이스트, 즉 형성 공정을 위해 적절한 점도를 갖는 패이스트가 얻어지는 양만큼 결합제로서 첨가되었다.

보호층을 위한 혼합물과 전도층을 위한 혼합물은, 보호층을 위한 혼합물의 높이체가 전체 높이체의 약 40중량%가 되도록 그리고 전도층을 위한 혼합물의 높이체는 전체 높이체의 약 60중량%가 되도록, 몰드 내로 적층되었다. 그 후, 블록이 1200℃의 최대 온도에서 해탄 패킹(coke breeze packing) 내에서 베이킹되기 전에, 두 혼합물 모두는 진동-몰딩에 의해 500 x 400 x 2500mm(W x H x L)의 치수를 각각 갖는 그린 블록으로 형성되었다.

이 방법에 의해서 얻어진 블록의 단일층은 다음과 같은 특성을 갖는다:

보호층:

- 겉보기 밀도: 1.71 g/㎤,

- 냉 파쇄 강도(cold crushing strength): 50Mpa,

- 휨 강도: 12Mpa,

- 1500℃에서의 열전도율: 12 W/m·K, 및

- 세공 크기 분포: 1㎛보다 큰 직경을 갖는 세공으로부터의 개방 공극도(open porosity)의 합은 샘플 체적의 1.9%와 동일함.

전도층 :

- 겉보기 밀도: 1.70 g/㎤,

- 냉 파쇄 강도: 45Mpa

- 휨 강도: 11Mpa

- 1500℃에서의 열전도율: 23 W/m·K, 및

- 세공 크기 분포: 1㎛보다 큰 직경을 갖는 세공으로부터의 개방 공극도(open porosity)의 합은 샘플 체적의 2.3%와 동일함.

상술한 바와 같이 결정된 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 9Mpa이었다.

예 2

스컬 형성의 촉진에 대해 최적화된 이층 내화물은 스컬 형성 보호층을 위한 혼합물과 전도층을 위한 혼합물이 다음 사항을 포함되는 것을 제외하면, 예 1에서 설명된 방법과 유사하게 준비되었다:

스컬 형성 보호층을 위한 혼합물은

- 45 중량부의 배소 무연탄,

- 30 중량부의 합성 그래파이트

- 10 중량부의 실리콘, 및

- 10 중량부의 산화알루미늄을 포함하였으며,

전도층을 위한 혼합물은:

- 67 중량부의 합성 그래파이트,

- 15 중량부의 배소 무연탄,

- 8 중량부의 실리콘, 및

- 10 중량부의 산화알루미늄을 포함하였으며,

이러한 방법에 의해서 얻어진 블록의 단일층은 다음과 같은 특성을 갖는다:

보호층:

- 겉보기 밀도: 1.72 g/㎤,

- 냉 파쇄 강도(cold crushing strength): 60Mpa,

- 휨 강도: 13Mpa,

- 1500℃에서의 열전도율: 11 W/m·K, 및

- 세공 크기 분포: 1㎛보다 큰 직경을 갖는 세공으로부터의 개방 공극도(open porosity)의 합은 샘플 체적의 1.7%와 동일함.

전도층:

- 겉보기 밀도: 1.71 g/㎤,

- 냉 파쇄 강도: 35Mpa

- 휨 강도: 11Mpa

- 1500℃에서의 열전도율: 30 W/m·K, 및

- 세공 크기 분포: 1㎛보다 큰 직경을 갖는 세공으로부터의 개방 공극도(open porosity)의 합은 샘플 체적의 3.5%와 동일함.

상술한 바와 같이 결정된 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 8Mpa이었다.

비교 예 1

이층 내화물이 보호층을 위한 혼합물과 전도층을 위한 혼합물을 준비함으로써 준비되었으며, 보호층을 위한 혼합물은 포함했다:

보호층을 위한 혼합물은:

- 75 중량부의 배소 무연탄,

- 15 중량부의 합성 그래파이트

- 10 중량부의 산화알루미늄, 및

- 10 중량부의 실리콘을 포함하였으며,

전도층을 위한 혼합물은:

- 36 중량부의 배소 무연탄,

- 46 중량부의 합성 그래파이트,

- 8 중량부의 실리콘, 및

- 10 중량부의 산화알루미늄을 포함하였으며,

양 혼합물 모두는 다음과 같은 치수를 갖는 각각의 그린 블록으로 형성되었다:

보호층: 500 x 160 x 2500 mm, 및

전도층: 500 x 240 x 2500 mm.

이러한 블록은 해탄 패킹 내에서 베이킹되었으며 1200℃의 온도에서 처리되었다.

이후에 베이킹된 블록의 표면은 밀링 가공되었으며, 양 블록 모두는 페놀수지를 이용하여, 표면들을 함께 접착함으로써 그들의 베이스 표면에 의해 함께 접합되었다. 150℃에서의 접착제의 경화(curing) 후, 접착된 블록은 1000℃까지 가열되었다.

그렇게 얻어진 블록은 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도가 상당히 작아진 것을 제외하면, 예 1에서 개시된 블록과 유사한 특성을 가졌다. 더 상세하게는, 상술한 바와 같이 결정된 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 3Mpa이었다.

비교 예 2

블록이 1000℃에서의 후속 열처리 없이 150℃에서의 접착 후 경화되는 것을 제외하면, 이층 내화물이 비교 예 1에서 개시된 방법과 유사하게 준비되었다.

상술한 바와 같이 결정된 얻어진 블록의 보호층과 전도층 사이에 층간 접합 강도는 5 Mpa보다 작다.

이와 관련하여, 두 층이 접착제로 함께 접합되는 이층 블록의 층간 접합 강도는, 블록이 내화물의 베이킹에 요구되는 약 1000℃와 같은 고온에서 열처리되지 않을 때, 비교적 높을 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 비교 예 1과 비교 예 2 사이의 비교로 나타내어진 바와 같이, 약 1000℃에서의 열처리는 접착층의 층간 접착 강도의 상당한 감소를 초래한다.

10: 내화물
12: 보호층
14: 전도층
16: 원통형 시료/코어
18: 접경 평면

Claims

용광로의 내부 라이닝에서 사용하기 위한 내화물(10)이며,
내화물은 보호층(12)과 전도층(14)을 포함하는 적층식 복합재이며, 상기 각 층들 사이에 층간 결합 강도는 6 MPa보다 크며,
내화물(10)은 접착제 또는 체결 요소를 포함하지 않는
내화물(10).
제1항에 있어서,
상기 각 층들 사이에 층간 결합 강도는 적어도 7 MPa인
내화물(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
보호층(12)과 전도층(14)으로 구성되는
내화물(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
보호층(12), 전도층(14), 및 보호층(12)과 전도층(14) 사이에 배열되는 하나 이상의 중간층을 포함하는
내화물(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
보호층(12) 및 전도층(14) 중 적어도 하나의 휨강도가 층간 결합 강도보다 높은
내화물(10).
제5항에 있어서,
보호층(12) 및 전도층(14) 중 적어도 하나의 휨강도가 6 MPa 초과인
내화물(10).
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
내화물(10)은 입방형인 구성을 가지며,
보호층(12) 및 전도층(14)은 상기 보호층(12) 및 전도층(14)의 베이스 표면 또는 상기 보호층(12) 및 전도층(14)의 측방향 표면을 따라 함께 접합되는
내화물(10).
제3항에 있어서,
내화물(10)은 입방형인 구성을 가지며, 보호층(12)과 전도층(14)은 상기 보호층(12) 및 전도층(14)의 베이스 표면을 따라 함께 접합되고, 보호층(12)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 10 내지 25% 또는 30 내지 45%인
내화물(10).
제3항에 있어서,
내화물(10)은 입방형인 구성을 가지며, 보호층(12)과 전도층(14)은 상기 보호층(12) 및 전도층(14)의 측방향 표면을 따라 함께 접합되고, 보호층(12)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 10 내지 25% 또는 30 내지 45%인
내화물(10).
제4항에 있어서,
내화물(10)은 입방형인 구성을 가지며, 보호층(12), 전도층(14), 및 하나 이상의 중간층은 상기 보호층(12), 전도층(14) 및 중간층의 베이스 표면을 따라 함께 접합되고, 보호층(12)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 10 내지 40%, 모든 중간층의 전체 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 5 내지 25%, 전도층(14)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 45 내지 85%인
내화물(10).
제4항에 있어서,
내화물(10)은 입방형인 구성을 가지며, 보호층(12), 전도층(14), 및 하나 이상의 중간층은 상기 보호층(12), 전도층(14) 및 중간층의 측방향 표면을 따라 함께 접합되고, 보호층(12)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 10 내지 40%, 모든 중간층의 전체 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 5 내지 25%, 전도층(14)의 두께는 내화물(10)의 전체 두께의 45 내지 85%인
내화물(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
전도층(14)은 1500℃에서, 보호층(12)의 열전도율보다 적어도 25% 높은 열전도율을 갖는
내화물(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
23℃와 1500℃ 사이의 온도에서 전도층(14)의 열 팽창 계수와 보호층(12)의 열 팽창 계수 사이의 차이는 최대 0.6㎛/(K·m)인
내화물(10).
제1항에 있어서,
내화물(10)은
a) 보호층(12)을 위한 혼합물, 전도층(14)을 위한 혼합물, 및 선택적으로 하나 이상의 중간층을 위한 혼합물을 제공하는 단계,
b) 단계 a)에서 제공된 혼합물로부터 적층식 그린 블록을 형성하는 단계, 및
c) 단계 b)의 그린 블록을 베이킹하는 단계를 포함하는 공정에 의해 얻어질 수 있는
내화물(10).
제15항에 있어서,
단계 b)에서의 형성은 진동-몰딩, 블록-프레싱, 단축-프레싱, 또는 등방-프레싱에 의해 수행되는
내화물(10).
제15항 또는 제16항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 보호층(12)을 위한 혼합물은 결합제와 혼합물의 건조 집합체에 기초하여, 적어도 20중량%의 탄소질 재료와, 적어도 3중량%의 실리콘을 포함하는
내화물(10).
제17항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 보호층(12)을 위한 혼합물은 산화세라믹을 추가로 포함하며, 이 산화세라믹은 산화알루미늄, 이산화티탄, 규산알루미늄, 및 산화알루미늄, 이산화티탄, 규산알루미늄 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는
내화물(10).
제17항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 보호층(12)을 위한 혼합물은 비산화 세라믹을 추가로 포함하고, 이 비산화 세라믹은 금속 탄질화물, 금속 탄화물, 금속 붕소화물, 금속 질화물, 및 금속 탄질화물, 금속 탄화물, 금속 붕소화물, 금속 질화물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
내화물(10).
제17항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 보호층(12)을 위한 혼합물은, 상기 탄소질 재료에 더하여, 그래파이트를 추가로 포함하는
내화물(10).
제17항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 보호층(12)을 위한 혼합물은
- 건조 혼합물로서,
- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 10 내지 95중량%의 배소 무연탄,
- 3 내지 20중량%의 실리콘,
- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 2 내지 30중량%의 산화세라믹,
- 0 내지 20중량%의 비산화 세라믹, 및
- 0 내지 30중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물의 건조 혼합물, 및
- 적어도 하나의 결합제를 포함하는
내화물(10).
제15항 또는 제16항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 전도층(14)을 위한 혼합물은 결합제와 혼합물의 건조 집합체에 기초한 적어도 20중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물을 포함하는
내화물(10).
제22항에 있어서,
단계 a)에서 제공되는 전도층(14)을 위한 혼합물은, 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물에 더하여, 적어도 10 중량%의 추가의 탄소질 재료를 포함하는
내화물(10).
제22항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 전도층(14)을 위한 혼합물은 산화세라믹을 포함하고, 이 산화세라믹은 산화알루미늄, 이산화티탄, 규산알루미늄, 및 산화알루미늄, 이산화티탄, 규산알루미늄 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는
내화물(10).
제22항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 전도층(14)을 위한 혼합물은 실리콘을 추가로 포함하는
내화물(10).
제22항에 있어서,
단계 a)에서 제공된 전도층(14)을 위한 혼합물은
- 건조 혼합물로서,
- 20 내지 80중량%의 합성 또는 천연 그래파이트 또는 양자의 혼합물,
- 선택적으로 다른 탄소질 재료와 혼합되는, 20 내지 80중량%의 배소 무연탄,
- 0중량% 초과 20중량% 이하의 실리콘, 및
- 산화알루미늄, 이산화티타늄, 규산알루미늄, 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 0중량% 초과 20중량% 이하의 산화세라믹의 건조 혼합물, 및
- 적어도 하나의 결합제를 포함하는
내화물(10).
제15항 또는 제16항에 있어서,
단계 c)에서 그린 블록은 1100℃와 1400℃ 사이의 온도에서 베이킹되는
내화물(10).
제15항 또는 제16항에 있어서,
열 처리된 블록은 단계 c)에 따른 베이킹 전, 베이킹 후, 또는 베이킹 전 및 후에 콜타르, 석유 타르, 콜타르 피치, 석유 피치, 수지 및 전술된 화합물 중 둘 이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 함침제로 함침될 수 있으며, 함침된 그린 블록은 900℃와 1300℃ 사이의 온도에서 재베이킹되는
내화물(10).
내부 라이닝을 포함한 용광로이며,
내부 라이닝은 제1항, 제2항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 내화물(10)을 포함하는
용광로.
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