KR101705231B1

KR101705231B1 - 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물

Info

Publication number: KR101705231B1
Application number: KR1020100135912A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR20120073976A

Abstract

본 발명은 폐마그크로 연와 분쇄물, 마그네시아 분말, 알루미나 분말을 포함하는 주원료;와 부원료인 스케일 분말;을 포함하는 원료 및 상기 주원료와 부원료를 결합시키는 결합재;를 포함하는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물에 관한 것으로, 상기 원료는 폐마그크로 연와 분쇄물 60~70중량%, 마그네시아 분말 7~10중량%, 알루미나 분말 3~5중량%, 스케일 분말 20~25중량%를 포함하고, 상기 결합재는 상기 원료 100중량부에 대하여 5~8중량부를 포함하는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물 을 제공하여,
제강공장의 RH 설비, STS공장 VOD 래들, 석회소성공장, 시멘트 제조용 로타리 킬른 등에서 사용하고 난 후 다량으로 발생하는 폐마그크로 내화벽돌을 유용하게 재활용하여, 처분 또는 폐기에 요하는 비용을 절감함과 동시에 자원의 활용성을 높일 수 있는 효과가 있으며, 폐마그크로를 재활용하여 전로 출강구 슬래그 제어용 고내용성의 플러그를 제조할 수 있는 내화조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 유한의 자원을 효율적으로 사용함과 동시에 폐기물을 줄여 폐기처분에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

Description

폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물{REFRACTORY COMPOSITIONS OF HIGH STRENGTH PLUG FOR TAP HOLE OF CONVERTER USING BY WASTE Mg-Cr BRICK}

본 발명은 RH 설비 등의 내장 내화물로 사용된 후 발생하는 폐연와의 분쇄물을 내화물에 재활용하여 플러그를 제조할 수 있는 내화조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐마그크로 내화벽돌에 마그네시아 분말, 알루미나 분말, 스케일 분말 및 결합재를 포함하는 고강도의 전로 출강구용 플러그를 제조할 수 있는 내화조성물에 관한 것이다.

제강공장에서는 전로, 래들, RH설비등의 내장내화재로서 MgO-C계 연와, MgO계 연와, MgO-Cr₂O₃계 연와등 각종의 내화물이 사용되고 있다.

이들 내화물은 일정기간 사용한 후 신품의 내화연와와 교체하는데, 이 때, 다량의 폐연와가 발생한다. 이렇게 발생된 폐내화물의 대부분은 매립장에 매립하여 처리하는 것이 대부분이다. 이렇게 폐내화물을 매립하면 환경오염문제가 수반될 수 있으며, 매립지도 한계인 것이 문제이다.

따라서, 제강공장에서 나온 폐연와를 재이용할 수 있으면, 내화물 경비의 절감측면과 자원의 재활용 측면에서 바람직하다. 또한, 폐연와를 본래의 용도인 내화물로 재생할 수 있으면, 내화물 가격이 높기 때문에 보다 바람직하다 하겠다.

지금까지는 일본국 특개 평8-319152 에서처럼 폐연와의 일부를 파쇄하여 내화벽돌의 골재로 첨가하여 사용하는 정도이며, 전로 출강구 스래그 유출제어용 플러그에 적용한 예는 많지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, RH 설비등의 내장내화물로 사용한 후 대수리시 남은 폐마그크로 내화벽돌을 분쇄하여 만든 재활용 내화원료와 마그네시아 분말, 알루미나 분말, 철(Fe)분말을 원료로 하고, 결합재로 페놀레진을 이용하는 전로 출강구 스래그 유출 제어용 고강도 플러그의 내화조성물을 공급하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 폐마그크로 연와 분쇄물, 마그네시아 분말, 알루미나 분말을 포함하는 주원료;와 부원료인 스케일 분말;을 포함하는 원료 및 상기 주원료와 부원료를 결합시키는 결합재; 를 포함하는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 원료는 폐마그크로 연와 분쇄물 60~70중량%, 마그네시아 분말 7~10중량%, 알루미나 분말 3~5중량%, 스케일 분말 20~25중량%를 포함하고, 상기 결합재는 상기 원료 100중량부에 대하여 5~8중량부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 결합재는 분말상 페놀레진 및 액상 페놀레진으로 구성될 수 있고, 상기 분말상 페놀레진은 1~3중량부이고, 액상 페놀레진은 4~5중량부일 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 분말상 페놀레진은 노볼락이고, 액상 페놀레진은 레졸인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 폐마그크로 연와 분쇄물은 1~5mm, 마그네시아 분말은 0.074mm이하, 알루미나 분말은 0.045mm이하, 스케일 분말은 0.074mm이하인 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 제강공장의 RH 설비, STS공장 VOD 래들, 석회소성공장, 시멘트 제조용 로타리 킬른 등에서 사용하고 난 후 다량으로 발생하는 폐마그크로 내화벽돌을 유용하게 재활용하여, 처분 또는 폐기에 요하는 비용을 절감함과 동시에 자원의 활용성을 높일 수 있는 효과가 있으며, 폐마그크로를 재활용하여 전로 출강구 슬래그 제어용 고내용성의 플러그를 제조할 수 있는 내화조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 유한의 자원을 효율적으로 사용함과 동시에 폐기물을 줄여 폐기처분에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.

이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 실시예는 주원료인 폐마그크로 연와 분쇄물 60~70중량%와 마그네시아 분말 7~10중량%, 알루미나 분말 3~5중량%와, 부피비중을 조정하기 위해 부원료로 Fe스케일 분말 20~25중량%를 포함하고, 상기 주원료와 부원료를 결합하기 위한 결합재는 상기 원료 100중량부에 대하여 5~8중량부를 첨가하며, 상기 결합재는 페놀레진으로 분말상 페놀레진(노볼락) 1~3중량부, 액상 페놀레진(레졸) 4~5중량부를 포함하는 내화조성물에 관한 것이다.

상기의 본 발명은 RH 설비 등에서 발생된 폐마그크로 연와를 분쇄하여 내화물의 내화성 골재로 재생하여 사용하는 것이다. RH 설비에서 발생된 폐마그크로 연와의 가동부에 슬래그(slag)나 지금같은 불순물이 부착되거나 열작용에 의해 약간 변질된 상태이지만 내화성 골재로서의 역할을 하기에는 충분한 상태인데, 노벽 해체시 잔존 연와의 가동부에 부착된 슬래그 성분 즉, SiO₂, Fe₂O₃, CaO 등은 증가하지만 전체적으로 보면 사용 전의 원래의 연와와 큰 차이가 없다. 따라서 폐마그크로 연와를 분쇄하여 내화물의 내화 골재용으로 재활용이 가능하다.

이에 본 발명에 따른 실시예에서는 전로 출강구 슬래그 제어용으로 사용되는 플러그의 원료에 사용하는 마그네시아 크링커의 일부를 폐마그크로 연와의 분쇄물로 대체하여 마그크로질 플러그를 공급하도록 한 것이다.

이하에서는 폐마그크로 연와 분쇄물, 마그네시아 분말, 알루미나 분말을 주원료라고 칭하고 Fe 스케일 분말을 부원료라고 칭하기로 한다. 이하에서는 상기 주원료, 부원료 및 결합재의 수치 한정 이유에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 폐마그크로 연와 분쇄물의 첨가량은 상기 원료의 60~70중량%인데, 플러그용 내화물의 시공성과 내식성을 저하시키지 않는 범위라면 폐마그크로 연와의 분쇄물을 많이 사용하는 것이 좋지만, 만약 70중량%를 초과하면 소성 후의 결합강도가 약하게 되고, 60중량%미만으로 사용한다면 비중이 저하되고 내화도가 저하된다.

상기 마그네시아 분말은 입자크기가 0.074mm이하인 것을 사용하고, 함량이 7중량% 이하이면 하중연화온도가 미약하여 용강 중에 사용시 결합강도가 약하고, 함량이 10중량% 이상이면 열충격에 약하여 바람직하지 못하다.

상기 알루미나 분말은 입자크기가 0.045mm이하의 미세한 분말을 사용하고, 열간에서 사용중 마그네시아와 반응하여 스피넬(MgAl₂O₄)을 생성함으로써 소성강도를 증진시킨다. 만약, 상기 알루미나 분말의 함량이 3중량% 미만이면 강도증진 효과가 미약하며, 함량이 5중량%를 초과하면 과도한 스피넬의 생성으로 균열발생 및 부피비중이 저하되어 바람직하지 못하다.

상기 Fe 스케일 분말(철 분말)은 다트(플러그)용 내화물의 비중이 용강의 비중과 슬래그의 비중의 중간점을 취할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 함량이 20중량% 미만이면 비중이 작아져서 슬래그 제어용 플러그가 용강 상부에 존재하는 슬래그 위로 부상하기 때문에 슬래그 유출을 제어하지 못하게 되는 반면, 함량이 25중량% 이상이면 내식성이 저하되어 바람직하지 못하다.

또한, 결합재로 사용되는 페놀레진은 상온에서의 강도 및 열간에서의 강도를 부여하기 위하여 사용되는 것으로서, 액상의 페놀레진과 분말상 페놀레진을 혼합하여 원료 100중량부에 대하여 5~8중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 페놀레진의 첨가량이 5중량부 미만으로 사용하면 성형성이 나쁘고, 결합강도가 충분치 않으며, 8중량부를 초과하면 과도한 충진으로 층간에 균열 발생 등 성형성이 나빠지며, 비중이 낮아져서 바람직하지 않다.

이 때, 상기 분말상 페놀레진은 노볼락을 사용하고, 액상 페놀레진은 레졸을 사용하고, 분말상 페놀레진은 1~3중량부를 첨가하고, 액상 페놀레진은 4~5중량부를 첨가한다. 만약, 분말상 페놀레진을 1중량부 미만을 첨가하면 결합강도가 약하고, 3중량부를 초과하면 혼합시 성형성이 나빠진다. 이 때, 분말상 페놀레진의 입자크기는 0.074mm이하인 것을 사용하는데, 이는 액상 페놀레진과의 반응성을 높이기 위해서이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

표1과 같은 조성의 플러그에 대해 10분간 혼합-혼련, 400kg/㎠의 성형압으로 20x20x80mm크기의 시편을 성형, 110℃에서 24시간 건조, 1500℃에서 5분간 환원소성하여 제조된 시편의 물리기계적 특성을 평가하였다. 또한, 직경50mm, 높이 50mm 크기의 원통형시편을 제조하여 하중연화온도를 측정하였다.

실시예 1~4는 본 발명에 따른 실시예에 따른 강도가 우수한 특성을 갖는 전로 출강구 스래그 유출제어용 플러그용 내화물이다. 비교예들 중 비교예 1은 폐마그크로 연와의 분쇄물을 과도하게 첨가하고, 알루미나 분말을 적게 첨가한 것으로 소성 후의 결합강도가 약하다. 이는 열간에서 가열처리시 스피넬의 형성이 미약하기 때문이다. 또한, 폐연와 분쇄물의 사용량이 많아짐에 따라, 폐연와의 표면에 부착된 스래그의 혼입량이 많아지기 때문이다.

비교예 2는 내화조성물에 알루미나 분말이 과도하게 첨가되고, Fe 스케일 분말이 본 발명에 따른 실시예를 벗어나는 것으로 부피비중이 낮아 플러그로서의 기능이 문제로 된다. 비교예 3과 비교예 4는 결합재의 첨가량이 본 발명에 따른 실시예의 범위를 벗어난 것으로 성형시 균열발생과 강도가 약하거나, 부피비중이 저하되어 바람직하지 못하다.

비교예 5는 폐마그크로 연와의 분쇄물을 적게 첨가하고, 마그네시아 분말을 많이 첨가한 것으로 강도가 부족하여 바람직하지 못한 것을 알 수 있다.

(중량%)

구분		실시예				비교예
구분		1	2	3	4	1	2	3	4	5
조성물 구성	폐마그크로벽돌 분쇄물 (1~5mm)	65	65	70	65	73	65	65	65	55
	마그네시아 분말(-0.074mm)	7	10	7	7	5	10	10	10	15
	알루미나분말 (-0.045mm)	3	5	3	3	2	10	5	5	5
	Fe 스케일 분말 (-0.074mm)	25	20	20	25	20	15	20	20	25
	페놀레진(powder)	+3	+3	+1	+3	+3	+3	+1	+3	+3
	페놀레진(liquid)	+3	+3	+4	+5	+3	+3	+2	+7	+3
특성	성형상태	O	O	O	O	O	O	O	X	X
	부피비중	3.3	3.2	3.1	3.3	3.1	2.8	3.2	2.9	2.8
	110℃x24hr 건조 곡강도(kg/㎠)	220	215	220	240	205	210	60	120	80
	소성강도(kg/㎠) (1500℃x 5min)	80	90	80	85	40	80	50	80	40
	하중연화온도(T) (℃)	1550	1560	1550	1550	1450	1540	1500	1550	1480

Claims

폐마그크로 연와 분쇄물, 마그네시아 분말, 알루미나 분말을 포함하는 주원료;와
부원료인 스케일 분말;을 포함하는 원료 및
상기 주원료와 부원료를 결합시키는 결합재;를 포함하고,
상기 원료는 폐마그크로 연와 분쇄물 60~70중량%, 마그네시아 분말 7~10중량%, 알루미나 분말 3~5중량%, 스케일 분말 20~25중량%를 포함하고, 상기 결합재는 상기 원료 100중량부에 대하여 5~8중량부를 포함하며,
상기 알루미나 분말의 입도는 0.045mm 이하인 것인 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 결합재는 분말상 페놀레진 및 액상 페놀레진으로 구성되는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물
제3항에 있어서,
상기 분말상 페놀레진은 1~3중량부이고, 액상 페놀레진은 4~5중량부인 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물.
제4항에 있어서,
상기 분말상 페놀레진은 노볼락이고, 액상 페놀레진은 레졸인 것을 특징으로 하는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물.
제5항에 있어서,
상기 폐마그크로 연와 분쇄물은 1~5mm, 마그네시아 분말은 0.074mm이하, 스케일 분말은 0.074mm이하인 것을 특징으로 하는 폐마그크로 내화물을 이용한 전로 출강구용 고강도 플러그의 내화조성물.