KR101645627B1 - 철강 래들용 충진재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 철강 래들용 충진재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철강 래들용 충진재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 철강 래들용 충진재에 관한 것으로, 상기 충진재의 제조방법에 의해 탄소계 물질을 샌드 표면에 균일하게 코팅시킬 수 있으며, 상기 제조방법에 의해 제조된 래들용 충진재는 용강 배출시에 소결 또는 융착, 용강의 침투가 없고, 높은 개공률을 나타낸다.
Description
본 발명은 철강 제조 공정 중에 용융된 철(이하 '용강'이라 함)을 담는 용기인 래들(ladle) 내의 용강 배출시 소결, 융착 또는 용강의 침투 우려가 없고, 높은 개공률을 나타낼 수 있는 철강 래들용 충진재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 철강 래들용 충진재에 관한 것이다.
래들 내에 수강된 용강을 출강할 때, 용강온도가 현재보다 상대적으로 낮았던 종전에는 스토퍼(stopper) 방식으로 개폐를 하였지만, 용강온도가 1700℃ 정도로 높아지면서 스토퍼 헤드(stopper head) 부위가 용손되는 사고가 빈발함에 따라 최근에는 슬라이딩 노즐 방식(sliding nozzle)을 이용하고 있다. 이 슬라이딩 노즐 방식에서는 노즐 내부에 빈 공간이 생기게 되는데, 이 공간을 그대로 두고 수강을 하게 되면, 이 공간은 용강이 있는 래들 본체 내부보다 열 방산이 심하기 때문에, 용강이 응고되어 출강이 불가능하게 된다.
따라서 이 같은 현상을 방지하고자 이 노즐 공간내에 충진재(filler)를 투입하여 용강이 이 공간 내로 들어오는 것을 막는다. 만약 충진재가 용강의 철정압을 이겨내고 있는 중에 슬라이딩 노즐이 열리게 되면 충진재가 빠져나가고 용강이 출강되게 된다. 이때 충진재가 용강의 온도나 철정압 등에 의해서 소결 또는 융착되거나, 용강이 충진재 내에 침투하여 응고되는 경우에는 후속공정으로의 진행이 불가능하게 된다.
이에 따라 철강 래들용 충진재의 소결, 융착, 및 용강 침투를 방지하기 위한 적절한 재료의 선택, 입도분포 조절 등의 기술 개발이 계속하여 이루어지고 있다.
현재 충진재용 재료로 크로마이트(chromite) 샌드 또는 규사가 주로 사용되고 있으며, 그 배합 비율과 입도 분포 등의 구체적인 조건은 사용 목적에 따라서 조정할 수 있으나, 거의 표준화된 정도로 정립되어 있는 실정이다. 이외 규석과 지르콘 역시 충진재 샌드로 사용가능하다.
소결과 융착을 방지하고 용강의 침투를 방지하는 데에 가장 좋은 방법은 쉽게 소결되지 않고 용강의 젖음성(wettability)이 낮은 탄소를 이용하는 것이다. 구체적인 예로 MgO-C, Al2O3-C 등의 내화물이 실용화되어 있다.
일반적으로 충진재의 경우는 입자가 샌드 형태를 취하고 있어 탄소내화물과 같은 형태를 할 수 없기 때문에, 탄소를 충진재와 혼합하거나 코팅하여 사용하는 방법이 다양하게 제안되었다.
구체적으로, 일본특허공개 제1983-061946호에는 카본 코팅 샌드의 제조방법이 개시되어 있으며, 일본특허공개 제1986-169127호에는 열 경화법(hot coating)에 의해 샌드에 그래파이트를 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본특허공개 제1992-084664호에는 카본블랙을 0.05 내지 5.0중량% 배합한 슬라이딩 노즐용 충진재가 개시되어 있고, 일본특허공개 제1994-071424호에는 그래파이트를 1 내지 5중량% 혼합한 래들용 충진재가 개시되어 있다. 또한 일본특허공개 제1998-58126호에는 실리카 샌드를 150 ℃로 가열한 후 노볼락형 페놀수지와 카본을 첨가하여 혼련하는 방식으로 슬라이딩 노즐용 충진재를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 일본특허공개 제1998-052751호에는 카본블랙을 규사나 크로마이트에 코팅하여 래들 충진재를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한 한국특허등록 제0269036호에는 탄소, 점결제, 메탄올을 혼합하여 제조한 코팅액을 샌드와 혼합한 후에 메틸 알코올은 연소시켜 제거하는 방법이 개시되어 있다. 이와 같이 대부분의 종래 기술들은 그래파이트 또는 카본블랙 등의 탄소를 1 내지 5% 첨가하여 충진재 샌드를 피복하고 있으나 피복률이 낮은 문제가 있다.
종래 충진재 샌드에 탄소를 피복하는 방법에 있어서, 일본특허공개 제1986-169127호 또는 일본특허공개 제1998-058126호에 개시된 열 경화법의 경우, 페놀 수지를 코팅하는데 필요한 온도, 즉 100 내지 110℃ 정도에서 샌드를 가열함으로써 충분히 코팅 공정을 수행할 수 있으나 가열된 샌드를 혼합기로 이동할 때의 온도강하를 고려하여 샌드를 150℃ 이상으로 가열하고 있다. 또한, 가열코팅시 주로 회전로 형태의 가열장치를 사용하기 때문에 열손실이 많다. 일반적으로, 회전로의 경우는 회전로의 하단 부분에만 피가열물이 존재하고 피가열물 상단은 빈 공간으로 존재하게 된다. 그런데 실제 가열버너에서 분출된 화염은 빈 공간을 가열하고 이 열기에 의해서 피가열물이 가열되는 구조로 되어 있다. 따라서 어떤 면에서는 피가열물 가열이 주된 목적이 아니고 빈 공간의 공기 가열이 주된 작업과 같은 가열 방식이 회전로 가열 방법이다. 그 결과 회전로 가열 방식에서는 열 효율이 낮아질 수 밖에 없으며, 또한 150℃ 정도로 가열된 샌드가 냉각될 때 온도 편차가 있을 경우 탄소 코팅이 불균일하게 되는 문제점이 있다.
한편 래들용 충진재의 또 다른 제조방법으로, 페놀수지를 알코올 등의 용제에 용해시켜 제조한 페놀 용액과 탄소계 물질을 샌드에 첨가하여 혼합한 후 용제를 휘발시킴으로써 페놀수지-탄소계 물질 코팅 샌드를 제조하는 저온코팅법(cold coating)이 있다. 그러나, 페놀 수지를 알코올 등의 용제에 용해시킬 때 코팅 공정시 충분한 작업성을 나타내도록 하는 양으로 알코올을 사용하게 되면 페놀수지의 점도가 대단히 낮아지게 된다. 이 같이 점도가 낮아진 페놀 용액에 탄소계 물질을 첨가하면 탄소계 물질은 균일하게 분산되지 않고 페놀 용액 중 바닥부로 침강하여 페놀용액과 탄소계 물질은 분리되는 상태가 된다. 이 페놀 용액과 페놀 용액중의 탄소계 물질이 잘 분산되도록 흔들면 첨가된 탄소계 물질이 페놀 용액중에 분산되는 듯 하다가도 곧바로 침강하게 된다. 따라서, 페놀 용액중에 탄소계 물질이 균일하게 분산된 분산액을 제조하기는 대단히 어렵다. 또한, 탄소계 물질이 분산된 페놀 용액을 샌드가 들어있는 혼합기에 투입하면 혼합액이 혼합기 바닥부로 내려가는 동시에 혼합액 내의 탄소계 물질이 침강하게 된다. 이 같은 상태에서 교반을 실시하면 일부는 혼합이 되지만 교반기 전체 및 상하방향으로 보면 탄소계 물질은 균일하게 분산되지 않고 샌드 위치별로 분포량에 차이를 나타낸다. 즉, 탄소계 물질의 편석이 발생됨으로써 샌드 입자 표면에 탄소계 물질의 균일 코팅이 어렵다. 또한 알코올을 제거할 때도 계속해서 균일 분산을 시키면서 알코올을 제거하지 않으면 탄소계 물질이 불균일하게 코팅되는 문제점이 있다. 이와 같이 저온 코팅법은 상술한 탄소계 물질 코팅량의 편석이라는 문제와 함께 작업자체도 번거로워 현재는 거의 사용되지 않고 있다.
한편, 용제로서 알코올을 사용하기 때문에 탄소계 물질의 균일 분산액을 제조하는 것이 물을 사용하는 것에 비해 훨씬 어렵다. 즉, 물속에서의 고체분말 분산에 관한 연구 및 분산제는 많이 개발되어 있으나, 알코올 중에서의 고체분말의 분산에 관한 연구 및 분산제는 수계에 비하면 거의 미미한 실정이다.
본 발명의 목적은 래들(ladle) 내의 용강 배출시 소결, 융착 또는 용강의 침투 우려가 없고, 높은 개공률을 나타낼 수 있는 철강 래들용 충진재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 철강 래들용 충진재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 샌드와 건식 혼합한 후 가열하거나, 또는 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 포함하는 분산액을 샌드 표면에 분사한 후 가열하여 샌드 표면에 탄소계 물질과 페놀수지가 융착된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 제조하는 단계; 상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말에 대해 경화제를 분사하면서 교반하여 페놀 수지의 경화 및 샌드의 해쇄를 동시에 진행하는 단계; 및 상기 해쇄된 샌드에 대해 블로킹 방지제를 분사하는 단계를 포함하는 철강 래들용 충진재의 제조방법을 제공한다.
상기 샌드는 0.1 내지 1.3mm의 입도를 가질 수 있다.
상기 샌드는 실리카 샌드, 크로마이트 샌드, 지르콘 샌드, 알루미나, 뮤라이트계 세라믹 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 탄소계 물질은 44㎛ 이하의 입도를 가질 수 있다.
상기 탄소계 물질은 그래파이트, 카본블랙, 케첸블랙, 아세틸렌블랙, 플러렌, 활성탄소, 불칸블랙 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 탄소계 물질은 탄소계 물질, 페놀수지 분말 및 샌드의 총 중량에 대하여 1 내지 5중량%로 사용될 수 있다.
상기 페놀수지 분말은 100nm 내지 30㎛의 입도를 가질 수 있다.
상기 페놀수지 분말은 탄소계 물질, 페놀수지 분말 및 샌드의 총 중량에 대하여 0.5 내지 1중량%로 사용될 수 있다.
상기 건식 혼합 공정시 부착제와 분산제를 물에 분산시켜 제조한 비산 억제용 조성물을 분사하는 공정을 동시에 실시할 수 있다.
상기 부착제는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 아라비아검 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 부착제는 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 분산제는 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 열처리 공정은 100 내지 200℃의 온도에서 실시될 수 있다.
상기 경화제는 지방족 폴리아민류, 유기산 경화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 블로킹 방지제는 지방산, 지방산금속염, 및 지방산금속염과 탄소계 물질의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 블로킹 방지제는 해쇄된 샌드 100중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기한 제조방법에 의해 제조되는 철강 래들용 충진재를 제공한다.
상기 충진재는 샌드를 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸며, 탄소계 물질, 페놀 수지 및 블로킹 방지제를 포함하는 표면처리층을 포함할 수 있다.
상기 충진재는 탄소계 물질:페놀 수지의 중량비가 10:1 내지 1:1이 되도록 탄소계 물질과 페놀 수지를 포함할 수 있다.
상기 표면처리층은 50㎚ 내지 10㎛의 두께 균일도를 가질 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
상기 철강 래들용 충진재의 제조방법에 의해 그래파이트(graphite) 등의 탄소계 물질을 샌드 표면에 균일하게 코팅시킬 수 있다. 또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 철강 래들용 충진재는 샌드 표면에 균일하게 코팅된 탄소계 물질을 포함함으로써 용강 배출시에 소결 또는 융착, 용강의 침투가 없고, 높은 개공률을 나타낸다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
용강을 수강하기 전에 래들의 노즐 내부 공간을 충진재로서 채우고 난 후 수강하고, 수강이 끝나면 용강을 노즐을 통하여 배출하면서 후속 공정을 진행하게 된다. 이때 충진재에 소결 또는 융착이 발생하거나 용강이 침투하여 응고하게 되면 용강 배출이 불가능하게 되므로 공정상 큰 문제를 야기하게 된다.
이에 대해 본 발명에서는 저온 코팅법을 이용한 철강 래들용 충진재의 제조시, 샌드에 비해 비표면적이 큰 미세한 페놀수지 분말과 미세한 탄소계 물질의 분말을 물 중에서 분산제와 함께 분산시킨 후 결과로 수득된 분산액을 샌드 분말이 들어있는 혼합기 내에 투입하지 않고 샌드 분말에 대해 직접 분사함으로써, 종래 저온코팅법에서의 탄소계 물질의 농도 편석과 불균일 분산이라는 문제점을 해결하여 탄소계 물질이 샌드 표면에 균일하게 코팅된 철강 래들용 충진재를 제조할 수 있으며, 또한 제조된 충진재를 이용하여 용강 배출시에 소결 또는 융착, 용강의 침투가 없고, 높은 개공률을 얻을 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 래들용 충진재의 제조방법은, 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 샌드와 건식 혼합한 후 가열하거나, 또는 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 포함하는 분산액을 샌드 표면에 분사한 후 가열하여 샌드 표면에 탄소계 물질과 페놀수지가 융착된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 제조하는 단계(단계 1); 상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말에 대해 경화제를 분사하면서 교반하여 페놀 수지의 경화 및 샌드의 해쇄를 동시에 진행하는 단계(단계 2); 및 상기 해쇄된 샌드에 대해 블로킹 방지제를 분사하는 단계(단계 3)를 포함한다.
이하 각 단계별로 설명하면, 단계 1은 샌드 표면에 탄소계 물질과 페놀수지가 융착된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 제조하는 단계이다.
상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말의 제조를 위한 일 방법(제1방법)은 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 샌드와 건식 혼합한 후 가열하는 것이다.
상기 샌드로는 실리카 샌드(silica sand), 크로마이트 샌드(chromite sand), 지르콘 샌드(zircon sand), 알루미나(alumina), 뮤라이트계 세라믹(mullite ceramics) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 샌드는 0.1 내지 1.3mm의 입도를 갖는 것이 개공률면에서 바람직하다.
상기 탄소계 물질로는 그래파이트, 카본블랙, 케첸블랙, 아세틸렌블랙, 플러렌, 활성탄소, 불칸블랙 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소계 물질은 탄소계 물질, 페놀수지 및 샌드의 총 중량에 대하여 1 내지 5중량%로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 페놀수지는 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 제조하는 단계 1에서 샌드에 대한 접착제 역할을 하는 것으로, 통상 래들용 충진재의 제조시 샌드에 대한 접착제로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로는 레졸형 페놀수지, 노볼락형 페놀수지 등이 사용될 수 있다. 상기 페놀수지는 고체의 분말상으로 사용될 수 있으며, 탄소계 물질, 페놀수지 및 샌드의 총 중량에 대하여 0.5 내지 1중량%로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 샌드에 대한 탄소계 물질의 균일한 코팅을 위해서는 탄소계 물질 및 페놀 수지 분말의 부피가 샌드 코팅에 필요한 부피와 비슷하도록 탄소계 물질과 페놀수지의 분말 입도를 조정하는 것이 바람직하다. 즉 탄소계 물질 및 페놀수지 분말의 입도가 작을수록 샌드 코팅에 필요한 부피가 쉽게 된다.
구체적으로는 상기 탄소계 물질은 44㎛ 이하의 입도를 가지고, 상기 페놀수지 분말은 100nm 내지 30㎛의 입도를 갖는 것이 샌드 표면에 균일한 코팅층을 형성할 수 있어 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 탄소계 물질은 30nm 내지 20㎛의 입도를 가지고, 상기 페놀 수지 분말은 100nm 내지 20㎛의 입도를 갖는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같이 미세한 탄소계 물질과 페놀수지 분말 사용함으로써 샌드와의 건식 혼합시 미세 분말의 비산이 발생할 수도 있다. 이때 미세분말의 비산을 방지하는 동시에 샌드에 대한 탄소계 물질과 페놀수지 분말의 균일 코팅이 가능하도록 부착제와 분산제를 물에 분산시켜 제조한 비산 억제용 조성물을 분사하는 공정을 상기 건식 혼합 공정과 동시에 실시할 수도 있다.
상기 부착제로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC), 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 아라비아검(arabic gum), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것이 사용될 수 있다. 상기 부착제는 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하, 바람직하게는 0.1 내지 1중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 분산제로는 헥사메타인산소다, 나프타린술포네이트 축합물, 트리폴리인산소다 등이 사용될 수 있다. 상기 분산제는 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하, 바람직하게는 0.1 내지 1중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 비산 방지용 조성물의 분사량은 특별히 한정되지 않으며, 미세분말의 비산을 방지할 수 있는 정도인 것이 바람직하다.
상기와 같이 탄소계 물질, 페놀수지 분말 및 샌드의 건식 혼합 후 열처리를 수행한다.
상기 열처리는 건식 혼합 후 수득된 건식 혼합물을 직접 가열방법, 열풍을 송풍하는 방법 등 통상의 열처리 방법으로 수행될 수 있다.
상기 열처리 공정은 건식 혼합 공정이 완료될 시점에 실시되는 것이 바람직하며, 건식혼합물에 대한 탄소계 물질과 페놀수지가 샌드 표면에 융착되도록 하는 온도, 구체적으로 100 내지 200℃의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 열처리에 의해 탄소계 물질과 페놀수지가 샌드 표면에 융착된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말이 제조된다.
상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말의 제조를 위한 다른 일 방법(제2방법)은 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 포함하는 분산액을 샌드에 표면에 분사한 후 가열하는 것이다.
상기 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 포함하는 분산액은 탄소계 물질 및 페놀수지를 물에 분산시켜 제조될 수 있으며, 탄소계 물질과 페놀수지 분말 외에 부착제 및 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 탄소계 물질, 페놀수지 분말, 샌드, 부착제 및 분산제의 구체적인 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 동일하다.
이어 단계 2에서는 상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말에 대해 경화제를 분사하면서 교반하여 페놀 수지의 경화 및 샌드의 해쇄를 동시에 진행한다.
상기 경화제로는 헥사아민, 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 디에틸렌트디아민, 트리에틸렌테트라아민 또는 펜타에틸렌헥사아민과 같은 지방족 폴리아민류; 또는 벤젠술폰산, 톨루엔술폰산, 알킬벤젠술폰산, 또는 벤조산과 같은 유기산 경화제 등이 사용될 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 경화제는 물에 용해시킨 수용액 상태로 사용될 수 있다.
상기 경화제의 분사에 의해 샌드 분말에 융착된 페놀수지가 경화되는 동시에 연속 교반 공정으로 샌드 입자가 각각 분리되는 해쇄가 발생한다. 여기에서 상기 해쇄는 복수의 입자로 구성된 융착 샌드 분말이 각각의 입자로 분리됨을 의미한다.
단계 3에서는 상기 해쇄된 샌드에 대해 블로킹 방지제를 분사하여 래들용 충진재를 제조한다.
상기 블로킹 방지제로는 스테아린산, 라우린산 등과 같은 지방산; 스테아린산 칼슘, 라우린산 칼슘 등과 같은 지방산금속염; 또는 지방산금속염과 제2 탄소계 물질(그래파이트 등)의 혼합물 등이 사용될 수 있으며, 이중에서도 스테아린산 칼슘과 그래파이트의 혼합물과 같이 지방산금속염과 제2 탄소계 물질의 혼합물을 사용할 경우 제2 탄소계 물질이 코팅입자 사이의 블로킹 발생 가능성을 낮출 수 있어 바람직하다.
상기 블로킹 방지제는 해쇄된 샌드 100중량부에 대하여 0.1 내지 3중량부로 사용되는 것이 충분한 블로킹 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
상기 단계 1 내지 3은 단계별로 생성된 생성물의 분리없이 연속적으로 실시될 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 의해 그래파이트 등의 탄소계 물질을 샌드 표면에 균일하게 코팅시킬 수 있다. 그 결과 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 래들용 충진재는 용강 배출시에 소결 또는 융착, 용강의 침투가 없고, 높은 개공률을 나타낸다.
이에 따라 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 제조방법에 의해 제조된 충진재를 제공한다.
상세하게는 상기 충진재는 샌드를 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸며 탄소계 물질, 페놀 수지 및 블로킹 방지제를 포함하는 표면처리층을 포함한다.
상기 샌드, 탄소계 물질 및 페놀수지의 종류는 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 충진재는 탄소계 물질과 페놀 수지를 10:1 내지 1:1의 중량비, 바람직하게는 5:1 내지 1:1의 중량비로 포함하는 것이 우수한 충진재 효과를 나타낼 수 있어 좋다.
상기 표면처리층내 존재하는 블로킹 방지제는 충진재의 충진 밀도를 증진시킬 수 있다.
또한 상기 표면처리층은 코어물질에 대하여 균일하게 형성되는데, 구체적으로 상기 표면처리층은 50㎚ 내지 10㎛의 두께 균일도를 갖는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1
그래파이트 분말(입도: 44㎛ 이하) 5g과 페놀 수지 분말(입도: 30㎛ 이하) 5g을 교반중인 샌드(입도: 0.2 내지 1.0mm) 1kg 중에 투입하고 건식 혼합하였다. 이때 미세분말의 비산을 막기 위하여 부착제로서 폴리비닐알코올(PVA) 및 분산제로서 헥사메타인산소다를 각각 0.1%씩 용해시켜 제조한 수용액을 교반기 상부에서 분사하였다.
계속 교반하면서 분말의 교반이 완료될 시점에 열풍을 통과시킬 수 있는 교반용 임펠러(impeller)로 120℃의 열풍을 송풍하여 그래파이트와 페놀수지 분말이 샌드에 융착되도록 하였다.
결과로 수득된 그래파이트-페놀수지 융착 샌드 분말에 대해 3% 농도의 헥사메틸렌디아민 수용액을 분사하면서 계속 교반하여 페놀수지의 경화와 샌드 입자 해쇄를 동시에 진행하였다. 결과로 해쇄된 샌드에 대해 스테아린산 칼슘과 미세 그래파이트의 3:1 혼합중량비로 혼합된 혼합분말을 해쇄된 샌드 100중량부에 대하여 0.5 중량부로 분사하고 교반하여 철강 래들용 충진재를 제조하였다.
실시예 2
그래파이트 분말(입도: 44㎛ 이하) 5g, 페놀 수지 분말(입도: 30㎛ 이하) 5g, 폴리비닐알코올 0.5g 및 분산제로서 헥사메타인산소다를 0.3g 포함하는 수분산액을 샌드(입도: 0.2 내지 1.0mm) 1kg에 대해 표면분사한 후 120℃의 열풍을 송풍하여 제조된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 철강 래들용 충진재를 제조하였다.
비교예
페놀수지 5g을 알코올로서 메틸알코올 50ml에 용해시켜 제조한 페놀 용액과 그래파이트(입도: 44㎛ 이하)를, 샌드(입도: 0.2 내지 1.0mm) 1kg가 들어있는 교반기에 첨가하여 혼합한 후, 용제를 휘발시킴으로써 철강 래들용 충진재를 제조하였다.
시험예 : 물성평가
1) 유동도 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 충진재를 각각 유동도 테스트용 상하 개공 실린더에 넣은 후, 실린더를 들어 올려 충진재의 높이(H)를 측정하였다.
실험결과 실시예 1 및 2의 충진재는 비교예의 충진재에 비해 높이(H)가 낮았다. 특히 비교예의 충진재를 혼합기 내의 여러 부위에서 채취하여 유동도를 측정한 결과 편차가 발생되었다.
2) 내블로킹(anti-blocking)성
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 충진재 각각 50g을 알루미나 도가니에 장입하고, 100℃, 200℃ 및 300℃로 각각 유지된 건식 오븐(dry oven) 내에 넣어 30분간 유지한 후 부착 정도를 비교하였다.
실험결과, 실시예 1 및 2에서 제조한 충진재는 모두 부착됨 없이 양호한 내블로킹성을 나타내었다. 특히 스테아린산 칼슘과 미세 그래파이트분말의 혼합분말을 사용한 것이 보다 우수한 내블로킹성을 나타내었다.
한편, 비교예의 충진재도 비교적 양호한 내블로킹성을 나타내었지만 혼합기 부위별로 다소 편차가 있었다.
3) 소결성
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 충진재 각각 50g을 알루미나 도가니에 장입한 후 진공 전기로 내에 세팅(setting)하고, 1500℃에서 30분 동안 유지시킨 후 소결 정도를 비교하였다.
실험결과, 실시예 및 비교예의 충진재 둘 모두 소결되지 않았지만, 비교예의 충진재의 경우 부위별로 일부가 약간 엉키는 현상이 발생하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (18)
- 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 샌드와 건식 혼합한 후 교반하면서 100 내지 200℃의 열풍을 송풍하여 가열하거나, 또는 탄소계 물질 및 페놀수지 분말을 포함하는 분산액을 샌드 표면에 분사한 후 교반하면서 100 내지 200℃의 열풍을 송풍하여 가열함으로써 샌드 표면에 탄소계 물질과 페놀수지가 융착된 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말을 제조하는 단계(여기에서 상기 페놀수지 분말은 100nm 내지 30㎛의 입도를 가짐);
상기 탄소계 물질-페놀수지 융착 샌드 분말에 대해 경화제를 분사하면서 교반하여 페놀 수지의 경화 및 샌드의 해쇄를 동시에 진행하는 단계(여기에서 상기 해쇄는 복수의 입자로 구성된 융착 샌드 분말이 각각의 입자로 분리됨을 의미함); 및
상기 해쇄된 샌드에 블로킹(blocking) 방지제를 분사하여 해쇄된 샌드 분말간 블로킹을 방지하는 단계
를 포함하고,
상기 블로킹 방지제는 지방산 금속염과 그래파이트의 혼합물인 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 샌드가 0.1 내지 1.3mm의 입도를 갖는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 샌드가 실리카 샌드, 크로마이트 샌드, 지르콘 샌드, 알루미나, 뮤라이트계 세라믹 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질이 44㎛ 이하의 입도를 갖는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질이 그래파이트, 카본블랙, 케첸블랙, 아세틸렌블랙, 플러렌, 활성탄소, 불칸블랙 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질이 탄소계 물질, 페놀수지 분말 및 샌드의 총 중량에 대하여 1 내지 5중량%로 사용되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 페놀수지 분말이 탄소계 물질, 페놀수지 분말 및 샌드의 총 중량에 대하여 0.5 내지 1중량%로 사용되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 건식 혼합시 부착제와 분산제를 물에 분산시켜 제조한 비산 억제용 조성물을 분사하는 공정을 동시에 실시하는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 부착제가 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 아라비아검 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 부착제가 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하의 함량으로 포함되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 분산제가 비산 억제용 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 이하의 함량으로 포함되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 경화제가 지방족 폴리아민류, 유기산 경화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 지방산 금속염은 스테아린산 칼슘인 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 블로킹 방지제가 해쇄된 샌드 100중량부를 기준으로 0.1 내지 3중량부로 사용되는 철강 래들용 충진재의 제조방법. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 철강 래들용 충진재.
- 제15항에 있어서,
상기 충진재가 샌드를 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸며, 탄소계 물질, 페놀 수지 및 블로킹 방지제를 포함하는 표면처리층을 포함하는 철강 래들용 충진재. - 제15항에 있어서,
상기 충진재가 탄소계 물질과 페놀 수지의 중량비가 10:1 내지 1:1이 되도록 탄소계 물질과 페놀 수지를 포함하는 철강 래들용 충진재. - 제16항에 있어서,
상기 표면처리층이 50㎚ 내지 10㎛의 두께 균일도를 갖는 철강 래들용 충진재.
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