KR101678157B1 - 슬래그 다트 조성용 내화물 및 이를 포함하는 슬래그 다트 - Google Patents

슬래그 다트 조성용 내화물 및 이를 포함하는 슬래그 다트 Download PDF

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Abstract

크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물을 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물 및 상기 내화물을 포함하는 슬래그 다트가 제공된다.

Description

슬래그 다트 조성용 내화물 및 이를 포함하는 슬래그 다트 {REFRACTORY FOR SLAG DART AND SLAG DART INCLUDING THE SAME}
본 기재는 슬래그 다트 조성용 내화물 및 상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 슬래그 다트에 관한 것이다.
철강을 제조하는 공정 중에 선철에서 강을 제조하는 제강공정이 있다. 제강공정에서는 선철과 생석회 및 합금철 등의 부자재를 전로에 장입하고 산소취련을 하여 용강을 제조하는데, 이때 용융슬래그도 용강과 동시에 생성되게 된다.
이 용강을 래들에 장입하여야 후속공정이 진행되는데, 래들에 장입할 때 전로내의 용강뿐만 아니라 용융슬래그도 함께 배출되므로 이를 분리하여야 한다.
따라서 전로에서 용강을 배출할 때 용강과 용융슬래그를 분리하기 위하여 슬래그 다트라는 내화물을 사용하고 있다.
이 슬래그 다트는 비중을 용강보다는 가볍고 용융슬래그보다는 무겁게 제작하여, 전로내의 용강과 용융슬래그가 공존하는 융액 속에 장입하면 배출 말기에 전로 출강구를 막아서 용강과 용융슬래그를 분리하는 작용을 한다.
따라서 슬래그 다트는 용강의 온도인 1600℃ 내지 1800℃ 사이에서 잘 견디어야 하므로 내화물이 사용되고 있다. 또 이 슬래그 다트는 슬리브(sleeve)와 헤드(head)로 구성된 것으로, 중심에는 철근 또는 철봉이 들어있고 그 주위를 내화물이 감싸고 있는 형태이다.
그러므로 이 내화물은 장입순간 급열되게 되므로 열충격에도 대단히 잘 견디어야 하고, 용융슬래그 및 용강과 반응하여 침식되거나 변질되지 않아야 한다.
내화물 재질로는 여러 종류의 내화물이 사용될 수 있는데, 일본 특개평11-006007을 보면 크로마이트 샌드(chromite sand)와 규사를 혼합하여 슬래그 다트용 내화물로 사용하고 있는데, 일본 공개특허공보 2005-113192에서는 크로마이트 샌드(chromite sand)와 규사를 사용한 내화물이 고온부식성과 고온강도가 충분하지 않아 절손사고가 빈발한다는 문제점을 지적하면서, 상기 내화물 재질을 Al2O3-SiO2 계로 바꿀 것을 제안하고 있다.
본 발명의 일 구현예는 소결온도가 높고 열충격 저항성이 우수한 슬래그 다트 조성용 내화물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 슬래그 다트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물을 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물을 제공한다.
상기 탄소 함유 폐내화물은 산화금속을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소 함유 폐내화물은 폐 MgO-C, 폐 Al2O3-C 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폐 MgO-C 및 폐 Al2O3-C는 각각 독립적으로 0.5mm 이상의 평균 입경을 가질 수 있다.
상기 슬래그 다트 조성용 내화물은, 상기 슬래그 다트 조성용 내화물 총량을 기준으로 상기 크로마이트 샌드 70 중량% 내지 90 중량% 및 상기 탄소 함유 폐내화물 10 중량% 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
상기 슬래그 다트 조성용 내화물은 철 분말을 더 포함할 수 있다.
상기 철 분말은 밀 스케일(mill scale)일 수 있다.
상기 철 분말은 0.5mm 내지 1mm의 평균 입경을 가질 수 있다.
상기 철 분말은 상기 크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물 100 중량부 대비 10 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
상기 철 분말은 7.2 내지 8.0의 비중을 가질 수 있다.
상기 크로마이트 샌드는 4.0 내지 4.8의 비중을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 슬래그 다트를 제공한다.
상기 슬래그 다트는 슬리브 및 헤드를 포함하고, 상기 슬리브는 상기 내화물을 포함할 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
일 구현예에 따른 슬래그 다트 조성용 내화물은 고온 내구성이 우수한 슬래그 다트를 제공할 수 있다.
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.
한편, 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 평균 입도는 평균 입경과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
일 구현예에 따른 슬래그 다트 조성용 내화물은 크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물을 포함한다.
종래 슬래그 다트 조성용 내화물은 크로마이트 샌드 및 규사의 혼합물을 포함하였는데, 이 경우 1300℃ 이상에서 비교적 쉽게 소결되고, 고비중의 제품을 제조하기 어렵다는 문제가 있었다.
그러나, 일 구현에에 따르면, 규사 대신에 탄소 함유 폐내화물을 사용하는데, 상기 폐내화물 내에 존재하는 탄소는 산화되면서 빈 공간을 만들고, 상기 빈 공간이 철계 물질의 열팽창을 흡수하여, 고온 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 크로마이트 샌드의 입도는 제강 래들 필러로 사용하는 입도와 동일하다. 예컨대 상기 크로마이트 샌드의 입도는 0.1 mm 내지 1 mm 일 수 있다.
상기 탄소 함유 폐내화물은 산화금속을 더 포함할 수 있다. 상기 산화금속의 금속은 금속원소(1족 및 2족 원소), 전이후 금속원소(Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, Bi, Fl, Lv) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 탄소 함유 폐내화물은 폐 MgO-C, 폐 Al2O3-C 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 폐 MgO-C 및 폐 Al2O3-C는 크로마이트 샌드보다 소결온도가 훨씬 높기 때문에, 소결 수축감소는 물론, 고온 내식성이 매우 우수한 바, 슬래그 다트 조성용 내화물의 열간 고온 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 폐 MgO-C 및 폐 Al2O3-C는 각각 독립적으로 0.5mm 이상, 예컨대 0.5 mm 이상 3 mm 이하의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 폐 MgO-C 및 폐 Al2O3-C가 상기 범위의 평균 입경을 가질 경우, 고온 강도가 높아지는 효과가 있다.
상기 슬래그 다트 조성용 내화물은 상기 슬래그 다트 조성용 내화물 총량을 기준으로 상기 크로마이트 샌드 70 중량% 내지 90 중량% 및 상기 탄소 함유 폐내화물 10 중량% 내지 30 중량%를 포함할 수 있다. 크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물이 상기 범위 내로 포함될 경우, 열충격 저항성이 우수한 슬래그 다트를 경제적으로 제조할 수 있다.
상기 슬래그 다트 조성용 내화물은 철 분말을 더 포함할 수 있다. 상기 철 분말이 더 포함됨으로써, 일 구현예에 따른 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 슬래그 다트의 비중을 증가시킬 수 있다.
상기 철 분말은 열팽창 계수가 매우 크나, 탄소 함유 폐내화물 내에 존재하는 탄소가 산화되면서 빈 공간이 형성되므로, 상기 빈 공간에 의해 철 분말의 열팽창이 충분히 완화될 수 있고, 결국에는 슬래그 다트 조성용 내화물의 열충격 저항성이 매우 우수해지게 된다.
상기 철 분말은 밀 스케일(mill scale)일 수 있다. 예컨대, 상기 철 분말은 예비 처리 후, 즉 채(sieve)로 쳐서 입도가 작은 입자를 먼저 제거한 후, 산화철이 많이 포함된 미립자가 제거된 밀 스케일(mill scale)일 수 있다. 상기 산화철이 많이 포함된 미립자는 예컨대 0.5 mm 미만의 평균 입도(또는 평균 입경)를 가질 수 있다. 즉, 상기 철 분말은 0.5 mm 이상의 평균 입도(또는 평균 입경)를 가지는 밀 스케일(mill scale)일 수 있다.
상기 철 분말은 0.5mm 내지 1mm의 평균 입경(또는 평균 입도)을 가질 수 있다. 철 분말이 상기 범위의 평균 입경을 가질 경우, 철 분말의 열팽창을 완화시킬 수 있다.
상기 철 분말은 상기 크로마이트 샌드 및 탄소 함유 폐내화물 100 중량부 대비 10 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 철 분말이 상기 범위로 포함되는 경우, 열충격에 강한 슬래그 다트 조성용 내화물을 제조할 수 있다.
상기 크로마이트 샌드는 4.0 내지 4.8의 비중, 예컨대 4.3 내지 4.5의 비중을 가질 수 있다.
상기 철 분말은 7.2 내지 8.0의 비중, 예컨대 7.4 내지 7.8의 비중을 가질 수 있다.
일반적으로 슬래그 다트의 비중은 용강의 비중 및 용융 슬래그의 비중 사이의 값을 가져야 하므로, 슬래그 다트 제조 시 철편을 장입하기도 한다. 그러나, 철의 열팽창계수는 크로마이트 샌드의 열팽창계수보다 훨씬 크기 때문에, 철을 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물은 열충격 저항성이 저하되는 문제가 있다.
그러나, 일 구현예에 따라 비중이 7.2 내지 8.0의 비중, 예컨대 7.4 내지 7.8인 철 분말을 내화물에 이용하면, 전술한 바와 같이 열충격 저항성이 매우 우수한 슬래그 다트 조성용 내화물을 제조할 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 슬래그 다트는 상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬래그 다트는 슬리브(sleeve) 및 헤드(head)를 포함하고, 상기 슬리브는 상기 내화물을 포함할 수 있다.
상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다른 일 구현예에 따른 슬래그 다트는 고온 내구성이 우수하여, 용강과 용융슬래그를 용이하게 분리할 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 슬래그 다트 조성용 내화물을 몰드에 유입하는 단계; 및 상기 몰드에 진동을 가하여 성형하는 단계를 포함하는 슬래그 다트의 제조방법을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
( 슬래그 다트 조성용 내화물 제조)
실시예 1 내지 실시예 6
하기 표 1에 기재된 조성으로, 크로마이트 샌드, 폐 MgO-C 및 폐 Al2O3-C를 혼합하여, 슬래그 다트 조성용 내화물을 제조하였다.
실시예 7 내지 실시예 10
하기 표 2에 기재된 조성으로, 크로마이트 샌드, 폐 MgO-C, 폐 Al2O3-C 및 철 분말을 혼합하여, 슬래그 다트 조성용 내화물을 제조하였다.
비교예 1 및 비교예 2
크로마이트 샌드 및 규사를 하기 표 1의 조성으로 혼합하여, 슬래그 다트 조성용 내화물을 제조하였다.
(단위: 중량%)
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2
폐 MgO-C 10 20 30 - - - - -
폐 Al2O3-C - - - 10 20 30 - -
규사 - - - - - - 30 20
크로마이트 샌드 90 80 70 90 80 70 70 80
(단위: 중량%)
실시예
7 8 9 10
폐 MgO-C 30 30 - -
폐 Al2O3-C - - 30 30
철 분말 10 20 10 20
규사 - - - -
크로마이트 샌드 70 70 70 70
평가
실시예 1 내지 실시예 10, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 슬래그 다트 조성용 내화물을 실리카 졸(silica sol)에 첨가한 후, 성형하여 슬래그 다트를 제조하였다. 한편, 슬리브 및 헤드를 가지는 슬래그 다트 형태로는 물성비교가 어렵기 때문에, 4×4×4cm의 시편을 제조하여, 열충격 실험 및 소결실험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
열충격 실험은 1500℃로 유지된 전기로 내에 제작된 시편을 넣고 15분간 유지시킨 후 끄집어내서 찬 물 속에 급속 냉각시킨 후 다시 같은 방법으로 반복하여 몇 회에서 크랙(crack)이 발생되는지를 조사하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2
spalling test
(회)		 7 9 9 9 10 10 8 7 10 9 1 1
소결온도 1600℃ 이상 1550℃ 이상 1350℃ 이상
상기 표 3을 통하여, 일 구현예에 따른 슬래그 다트 조성용 내화물은 크로마이트 샌드 및 규사를 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물보다 소결온도가 높고 열충격 저항성도 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 크로마이트 샌드 및 폐 Al2O3-C을 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물이고,
    상기 슬래그 다트 조성용 내화물은,
    상기 슬래그 다트 조성용 내화물 총량을 기준으로
    상기 크로마이트 샌드 70 중량% 내지 80 중량% 및 상기 폐 Al2O3-C 20 중량% 내지 30 중량%를 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 폐 Al2O3-C는 0.5 mm 이상의 평균 입경을 가지는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 슬래그 다트 조성용 내화물은 철 분말을 더 포함하는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  7. 제6항에서,
    상기 철 분말은 밀 스케일(mill scale)인 슬래그 다트 조성용 내화물.
  8. 제6항에서,
    상기 철 분말은 0.5 mm 내지 1 mm의 평균 입경을 가지는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  9. 제6항에서,
    상기 철 분말은 상기 크로마이트 샌드 및 폐 Al2O3-C 100 중량부 대비 10 중량부 내지 20 중량부로 포함되는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  10. 제6항에서,
    상기 철 분말은 7.2 내지 8.0의 비중을 가지는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  11. 제1항에서,
    상기 크로마이트 샌드는 4.0 내지 4.8의 비중을 가지는 슬래그 다트 조성용 내화물.
  12. 제1항, 제4항 및 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항의 내화물을 포함하는 슬래그 다트.
  13. 제12항에서,
    상기 슬래그 다트는 슬리브 및 헤드를 포함하고,
    상기 슬리브는 상기 내화물을 포함하는 슬래그 다트.
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