KR101772031B1 - Method for improvement of oxidation resistance in graphite for MgO-C refractory through surface modification and MgO-C refractory by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 따라서 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 방법에 대한 것으로서 특히 흑연 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하기 전 흑연 입자 표면을 산 처리에 의한 표면 개질을 하여 금속 전구체를 흑연 표면에 코팅하는 효율을 향상시키고 이에 의해 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법 및 이에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물에 대한 것이다.The present invention relates to a method for enhancing the antioxidative properties of graphite, and particularly relates to a method for improving surface oxidation of a graphite particle surface by an acid treatment before coating the graphite surface with an aluminum precursor to improve the efficiency of coating a metal precursor on the graphite surface The present invention relates to a method for enhancing the antioxidative activity of graphite contained in magnesia-carbon refractories through surface modification capable of enhancing the antioxidative properties of graphite, and to a magnesia-carbon refractory produced thereby.

Description

표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법 및 이에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물 {Method for improvement of oxidation resistance in graphite for MgO-C refractory through surface modification and MgO-C refractory by the same}The present invention relates to a method for enhancing the antioxidative activity of graphite contained in magnesia-carbon refractories through surface modification, and a method for improving the oxidation resistance of graphite for MgO-C refractory by the same}

본 발명은 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 방법에 대한 것으로서 특히 흑연 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하기 전 흑연 입자 표면을 산 처리하여 금속 전구체를 흑연 표면에 코팅하는 효율을 향상시키고 이에 의해 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법 및 이에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물에 대한 것이다.The present invention relates to a method for enhancing the antioxidative properties of graphite. Specifically, the present invention relates to a method for improving the antioxidative properties of graphite by acid-treating the surface of graphite particles before coating the graphite surface with an aluminum precursor, thereby improving the efficiency of coating the metal precursor on the graphite surface, The present invention relates to a method for promoting the antioxidation of graphite contained in magnesia-carbon refractories through surface modification capable of enhancing the properties and a magnesia-carbon refractory produced thereby.

일반적으로 마그네시아 카본 (MgO-C) 내화물은 기본적인 로나 전기 아크로, 그리고 금속 래들에 광범위하게 사용되는데, 이는 용융 금속에 대한 낮은 젖음성으로 인한 내부식성과 카본 소스로서 사용되는 흑연의 존재로 인해 낮은 탄성의 특성 때문이다.Generally, magnesium carbon (MgO-C) refractories are widely used in basic lorna electric arc furnaces and metal ladles because of the corrosion resistance due to low wettability to molten metal and the presence of graphite used as carbon source, It is because of the characteristics.

그러나, 마그네시아 카본(MgO-C) 내화물의 기계적 및 열적 특성은 사용에 따라 지속적으로 악화되는데, 이는 흑연의 산화에 의한 스폴링(spalling) 현상과 기공 생성에 기인한다.However, the mechanical and thermal properties of the magnesia carbon (MgO-C) refractory are continually deteriorated by use, which is due to spalling and pore formation due to oxidation of graphite.

따라서 상기 흑연의 산화를 방지하기 위해 상기 흑연에 산소와 상당한 반응성을 갖는 항산화제를 제조 공정동안 첨가하며 이론적으로는 거의 모든 흑연은 상기 항산화제의 산화가 상당 정도 진행될 때까지 산소와 반응하지 않아야한다.Therefore, in order to prevent the oxidation of the graphite, an antioxidant having considerable reactivity with oxygen is added to the graphite during the production process, and in theory, almost all of the graphite should not react with oxygen until the oxidation of the antioxidant proceeds considerably .

그러나, 현실적으로는 상기 마그네시아 카본 (MgO-C) 내화물에 기공이 발생되는 현상으로 인해 항산화제가 흑연의 산화를 효과적으로 저지할 수 없다.However, in reality, due to the phenomenon that pores are generated in the above-mentioned magnesia carbon (MgO-C) refractory, the antioxidant can not effectively inhibit the oxidation of graphite.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 금속 전구체(특히 알루미늄 전구체)의 코팅제로 하여 흑연을 코팅하여 산소가 흑연에의 접근을 차단하고자 하였다.In order to solve such problems, conventionally, graphite was coated as a coating agent for a metal precursor (particularly, an aluminum precursor) to prevent oxygen from accessing graphite.

그러나 이러한 종래 기술의 경우 상기 금속 전구체를 흑연 표면에 코팅하는 효율이 낮아서 흑연의 항산화성을 증진하기 어려운 문제점이 있었다. However, such conventional techniques have a problem in that the efficiency of coating the metal precursor on the graphite surface is low and it is difficult to enhance the antioxidative properties of the graphite.

한편, 상술한 바와 같은 흑연의 산화 방지를 위한 기술은 널리 사용되고 있는 것으로서 특히 아래의 선행기술문헌에 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명과 도시는 생략한다. On the other hand, the technique for preventing the oxidation of graphite as described above is widely used, and in particular, is described in the following prior art documents, so that detailed description and illustration thereof will be omitted.

미국 등록 특허 제4824733호United States Patent No. 4824733 미국 등록 특허 제6455159호United States Patent No. 6455159 미국 등록 특허 제6668984호United States Patent No. 6668984

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Microstructure and mechanical properties of Al2O3 composites with surface-treated carbon nanotubes (CNTs): Dispersibility of modified carbon nanotubes (CNTs) on Al2O3 matrix [J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2012,12: 1332-. 1336.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 흑연 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하기 전 흑연 입자 표면을 산 처리에 의한 표면 개질을 하여 금속 전구체를 흑연 표면에 코팅하는 효율을 향상시키고 이에 의해 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법 및 이에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to improve the efficiency of coating the surface of graphite on the surface of graphite by performing surface modification of the surface of graphite particles by acid treatment before coating the surface of graphite with aluminum precursor, The present invention provides a method for promoting the antioxidation of graphite contained in a magnesia-carbon refractory material through surface modification capable of enhancing the antioxidative properties of the magnesia-carbon refractory material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연 입자 표면을 산처리하는 개질 단계(S100)와, 상기 개질된 흑연 입자 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하는 코팅 단계(S200)를 포함하는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법에 일 특징이 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a magnesium-carbon refractory comprising the steps of: (a) modifying a surface of graphite particles contained in a magnesium-carbon refractory material by acid treatment; and (S200) coating the surface of the graphite particle with an aluminum precursor There is a feature in a method for promoting the antioxidation of graphite contained in magnesia-carbon refractories through surface modification.

이때, 상기 개질 단계(S100)는 상기 흑연 입자를 황산과 질산의 혼합물 3:1(부피비)에 투입하는 제11단계(S110)를 포함하는 것도 가능하다.At this time, the reforming step (S100) may include an eleventh step (S110) of injecting the graphite particles into a mixture of sulfuric acid and nitric acid at a ratio of 3: 1 (volume ratio).

또한, 상기 제11단계(S110) 수행 후, 상기 흑연 입자가 투입된 혼합물을 3시간동안 초음파 처리하고 24시간 교반하는 제12단계(S120)와, 상기 교반된 흑연 입자를 증류수로 세척하는 제13단계(S130)와, 상기 세척된 흑연 입자를 건조하는 제14단계(S140)를 포함하는 것도 가능하다.In addition, a twelfth step (S120) in which the mixture containing the graphite particles is ultrasonically treated for 3 hours and then stirred for 24 hours after the execution of the eleventh step (S110), a thirteenth step of washing the agitated graphite particles with distilled water (S130), and a fourteenth step (S140) of drying the washed graphite particles.

또한, 상기 제13단계(S130)는 상기 흑연 입자의 pH가 7이 될 때까지 증류수로 세척하고, 상기 제14단계(S140)는 상기 세척된 흑연 입자를 필터링 한 후 80℃에서 48시간 동안 건조하는 것도 가능하다.The step (S130) of washing the graphite particles with distilled water until the pH of the graphite particles reaches 7, the step (S140) of filtering the washed graphite particles, drying the particles at 80 ° C for 48 hours It is also possible to do.

또한, 상기 코팅 단계(S200)는 상기 개질 단계(S100)를 거친 흑연 입자를 Al(NO3)3 용액에 혼합 및 교반하는 제21단계(S210)를 포함하는 것도 가능하다.The coating step (S200) In addition, it is also possible to include a first step 21 (S210) to the graphite particle subjected to the reforming step (S100) and the mixture stirred for Al (NO 3) 3 solution.

또한, 상기 제21단계(S210) 수행 후, 상기 혼합된 흑연 입자를 필터링하고 나서 건조하는 제22단계(S220)와, 상기 건조된 흡연 입자를 특정 온도로 예열하는 제23단계(S230)를 포함하는 것도 가능하다.In addition, step 22 (S220) of filtering and drying the mixed graphite particles after performing step 21 (S210), and step 23 (S230) of preheating the dried smoke particles to a specific temperature It is also possible to do.

또한, 상기 제21단계(S210)는 상기 Al(NO3)3 용액에 혼합된 흑연 입자를 실온에서 1시간동안 교반하고, 상기 제22단계(S220)는 1시간동안 80℃에서 건조되며, 상기 제23단계(S230)는 수소 분위기에서 1시간동안 300℃로 예열하는 것도 가능하다.The graphite particles mixed in the Al (NO 3) 3 solution are stirred at room temperature for 1 hour, and the 22nd step (S220) is dried at 80 ° C for 1 hour, Step 23 (S230) may be preheated to 300 DEG C for 1 hour in a hydrogen atmosphere.

또한, 본 발명은 상술한 방법에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물에 또 다른 특징이 있다.Further, the present invention is further characterized by the magnesia-carbon refractory produced by the above-described method.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다라는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 의하면 흑연 입자 표면을 산 처리에 의한 표면 개질을 하여 금속 전구체를 흑연 표면에 코팅하는 효율을 향상시키고 이에 의해 흑연의 항산화성을 증진할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the surface of the graphite particles is modified by acid treatment to improve the efficiency of coating the surface of the graphite with the metal precursor, thereby enhancing the antioxidative properties of the graphite.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의한 것으로서 흑연 입자의 분산성을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 흑연의 EDS 분석 결과 SEM 사진으로서 도 3a와 도 3b는 코팅층이 없는 경우로서 도 3a는 1000℃에서의 열처리 전이고 도 3b는 1000℃에서의 열처리 후를 나타낸다. 또한, 도 3c와 도 3d는 코팅층이 있는 경우로서 도 3c는 1000℃에서의 열처리 전을 나타내고 도 3d는 1000℃에서의 열처리 후를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 코팅층이 있는 경우와 없는 경우의 개질된 흑연 입자에 대한 연소 테스트 결과로서, 숫자 1부터 4는 개질된 흑연 입자로서 1은 500℃에서의 연소 테스트 후의 사진이고, 2는 700℃, 3은 900℃ 그리고 4는 1000℃에서의 연소 테스트 후의 사진이다. 또한 a1에서 a4는 코팅층이 없는 경우이고 b1에서 b4는 코팅층이 있는 경우이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 코팅층이 있는 경우와 없는 경우의 개질된 그라파이트 XRD 결과로서, 5(a)는 열처리 전으로서 코팅층이 없는 개질된 흑연을 나타내고 5(b)는 1000℃에서 1기간 동안 열처된 후로서 코팅층이 없는 개질된 흑연을 나타내며, 5(c)는 500℃,700℃ 그리고 900℃에서 열처리된 후로서 코팅층이 있는 개질된 흑연을 나타내며, 5(d)는 1000℃와 1200℃에서 열처리된 후 로서 코팅층이 있는 개질된 흑연을 나타낸다.
1 is a flowchart according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the dispersibility of graphite particles by the method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a SEM image of an EDS analysis of surface-modified graphite according to an embodiment of the present invention. FIG. 3a and FIG. 3b show the case where there is no coating layer. FIG. 3a shows the case before heat treatment at 1000.degree. C., Respectively. FIGS. 3C and 3D show the case where the coating layer is present, FIG. 3C shows the state before the heat treatment at 1000.degree. C., and FIG. 3D shows the state after the heat treatment at 1000.degree.
FIG. 4 is a graph showing the results of a combustion test on modified graphite particles with and without a coating layer according to an embodiment of the present invention. Numerals 1 to 4 are modified graphite particles, 2 is 700 ° C, 3 is 900 ° C, and 4 is a photograph after a combustion test at 1000 ° C. In addition, a1 to a4 are cases in which there is no coating layer, and b1 to b4 are cases in which there is a coating layer.
FIG. 5 shows the results of modified graphite XRD with and without a coating layer according to an embodiment of the present invention, wherein 5 (a) shows modified graphite without a coating layer before heat treatment and 5 (b) 5 (c) shows modified graphite with a coating layer after heat treatment at 500 ° C, 700 ° C and 900 ° C, and 5 (d) shows modified graphite after 1000 ° C And modified graphite with a coating layer after heat treatment at 1200 ° C.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.In addition, the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but merely as exemplifications of the constituent elements set forth in the claims of the present invention, and are included in technical ideas throughout the specification of the present invention, Embodiments that include components replaceable as equivalents in the elements may be included within the scope of the present invention.

실시예Example

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연의 항산화성 증진 방법(S10)은 도 1에 도시된 바와 같이 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연 입자 표면을 산처리하는 개질 단계(S100)와, 상기 개질된 흑연 입자 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하는 코팅 단계(S200)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a method (S10) for improving the antioxidative activity of graphite according to an embodiment of the present invention includes a modification step (S100) of acid-treating the surface of the graphite particles contained in the magnesia-carbon refractory material, And a coating step (S200) of coating the particle surface with an aluminum precursor.

즉, 상기 흑연 입자 표면을 금속 즉, 알루미늄 전구체로 코팅하기 전에 흑연 입자 표면을 산처리하면 상기 알루미늄 전구체의 코팅 효율을 향상시킬 수 있어 상술한 바와 같이 흑연의 항산화성을 향상시킬 수 있다.That is, when the surface of the graphite particles is subjected to acid treatment before coating with the metal, that is, the aluminum precursor, the coating efficiency of the aluminum precursor can be improved and the antioxidative property of the graphite can be improved as described above.

이때, 상기 개질 단계(S100)는 상술한 바와 같이 흑연 입자 표면을 산 처리하게 되며 이를 위해 상기 흑연 입자를 황산과 질산의 혼합물 3:1(부피비)에 투입하는 제11단계(S110)를 포함할 수 있다.At this time, the modification step (S100) includes an eleventh step (S110) of adding the graphite particles to a mixture of sulfuric acid and nitric acid at a ratio of 3: 1 (volume ratio) .

이와 같은 제11단계(S110)에 의해 표면을 산 처리한 후 상기 흑연 입자가 투입된 혼합물을 3시간동안 초음파 처리하고 24시간 교반하는 제12단계(S120)를 수행한다. 이후, 상기 교반된 흑연 입자를 증류수로 세척하는 제13단계(S130)를 수행하며, 상기 제13단계(S130)는 상기 흑연 입자의 pH가 7이 될 때까지 증류수로 세척하는 것이 바람직한다.After the surface is acid-treated by the eleventh step (S110), the mixture into which the graphite particles have been introduced is subjected to ultrasonic treatment for 3 hours and then subjected to a twelfth step (S120) for stirring for 24 hours. Then, the thirteenth step (S130) of washing the agitated graphite particles with distilled water is performed. In the thirteenth step (S130), the graphite particles are preferably washed with distilled water until the pH of the graphite particles reaches 7.

한편, 상기 제13단계(S130)에 의해 흑연 입자를 세척한 후 상기 세척된 흑연 입자를 건조하는 제14단계(S140)를 수행하는데, 상기 제14단계(S140)를 위해 상기 세척된 흑연 입자를 필터링 한 후 80℃에서 48시간동안 건조하는 것도 가능하다.In the 14th step (S140) of washing the graphite particles with the cleaned graphite particles in the 13th step (S130), the cleaned graphite particles are dried for the 14th step (S140) After filtering, it is possible to dry for 48 hours at 80 ° C.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 개질 단계(S100)에 의해 표면을 산처리한 후 상기 코팅 단계(S200)를 수행한다.After the surface is acid-treated by the modification step (S100) of the present invention as described above, the coating step (S200) is performed.

이때, 상기 코팅 단계(S200)는 상기 개질 단계(S100)에 의해 산처리된 흑연 입자를 Al(NO3)3(질산 알루미늄) 용액에 혼합 및 교반하는 제21단계(S210)를 포함한다.In this case, the coating step (S200) includes the steps of claim 21 (S210) of the graphite particles by acid treatment in the modification step (S100) and the mixture stirred for Al (NO 3) 3 (aluminum nitrate) was added.

이러한 제21단계(S210)에 의해 상기 흑연 입자 표면에 알루미늄 코팅이 이루어지게 되며, 이 때, 상기 Al(NO3)3 용액에 혼합된 흑연 입자를 실온에서 1시간동안 교반하는 것이 바람직하다.In this step 2110, an aluminum coating is formed on the surface of the graphite particles. At this time, the graphite particles mixed in the Al (NO 3 ) 3 solution are preferably stirred at room temperature for 1 hour.

상기 제21단계(S210) 수행 후, 상기 혼합된 흑연 입자를 필터링하고 나서 건조하는 제22단계(S220)를 수행하며, 상기 제22단계(S220)는 1시간동안 80℃에서 건조하는 것이 바람직하다.After performing the twenty-first step (S210), the twenty-second step (S220) of filtering and drying the mixed graphite particles is performed, and the twenty-second step (S220) is preferably performed at 80 ° C for one hour .

한편, 상기 제22단계(S220) 수행 후, 상기 건조된 흡연 입자를 특정 온도로 예열하는 제23단계(S230)를 수행하며, 이 때, 상기 제23단계(S230)는 상기 제23단계(S230)는 수소 분위기에서 1시간동안 300℃로 예열하는 것이 바람직하다.In operation 23, the operation S230 of S230 is performed to pre-heat the dried smoke particles to a specific temperature after the operation S220. In operation S230, ) Is preferably preheated to 300 DEG C for 1 hour in a hydrogen atmosphere.

상술한 본 발명의 효과에 대해 표면 개질이 있는 상태와 없는 상태에서의 흑연 표면에 대한 알루미늄 전구체의 코팅 효율이 상기 전구체의 분산도를 통해 검토된다. 그리고 알루미늄 코팅된 흑연의 산화 거동이 연소 시험 후의 상기 흑연의 미세 구조와 상태 분석에 의해 검토된다.With respect to the effect of the present invention described above, the coating efficiency of the aluminum precursor on the graphite surface in the state of the surface modification and the state of no surface modification is examined through the degree of dispersion of the precursor. The oxidation behavior of the aluminum-coated graphite is examined by the microstructure and state analysis of the graphite after the combustion test.

우선 흑연 입자의 미소 조식 분석과 원소 분석을 위해 주사형 전자 현미경(SEM ; Model JSM-5610; JEOL, Tokyo, Japan)과 에너지 분산 x선 분광계(EDS; 에너지 분해능 133eV, Oxford Inst., Oxford, UK)가 각각 사용되었다.First, a scanning electron microscope (SEM; Model JSM-5610; JEOL, Tokyo, Japan) and an energy dispersive x-ray spectrometer (EDS; energy resolution of 133 eV, Oxford Inst., Oxford, UK Respectively.

또한, 후술되는 바와 같이 알루미늄 전구체로 코팅된 후 또는 코팅되기 전 개질된 흑연 입자를 위한 연소 테스트가 1시간동안 500℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 수행되는데, 연소 시험 후의 위상 분석은 X 선 회절 장치 (모델 3040 PW 필립스 X'pert MPD 아인트호벤, 네덜란드)를 사용하여 수행 하였다.Further, as described later, a combustion test for the graphite particles modified with the aluminum precursor before or after coating with the aluminum precursor is performed for 1 hour at a temperature range of 500 ° C to 1000 ° C. The phase analysis after the combustion test is carried out by an X- (Model 3040 PW Philips X'pert MPD Eindhoven, The Netherlands).

상술한 바와 같이 마그네시아-카본 내화물에서 흑연의 산화를 효과적으로 저지하기 위해 알루미늄 전구체가 흑연 표면에 균일하고 균질하게 코팅되어야 하고 상기 알루미늄 전구체의 코팅 효율이 강화되어야 한다.As described above, in order to effectively inhibit the oxidation of graphite in the magnesia-carbon refractory, the aluminum precursor must be uniformly and uniformly coated on the graphite surface and the coating efficiency of the aluminum precursor should be enhanced.

이를 위해 흑연 표면에 음이온의 수산기를 제공하여야 하고 상기 수산기를 제공하기 위해 흑연의 표면이 산에 의해 개질되는 것이다.For this purpose, a hydroxyl group of an anion should be provided on the graphite surface, and the surface of the graphite is modified with an acid to provide the hydroxyl group.

상기 표면 개질의 효과를 확인하기 위해 개질이 된 경우와 되지 않은 경우의 흑연 입자를 알루미늄 코팅된 흑연 입자를 포함하는 수용액에 분산되며 이하 도 2를 참조하여 설명한다.In order to confirm the effect of the surface modification, graphite particles in the case of being modified or not are dispersed in an aqueous solution containing aluminum-coated graphite particles, which will be explained with reference to Fig.

상기 도 2는 흑연 입자의 분산성을 나타내는 사진으로서 숫자 1은 코팅층이 없는 흑연을 나타내고, 숫자2는 코팅층이 있는 경우로서 3분 경과한 상태의 흑연을 나타내고, 숫자3은 코팅층이 있는 경우로서 3일 경과한 상태의 흑연을 나타낸다. 또한, a1,a2,a3는 표면 개질 하지 않은 원래의 흑연을 나타내고 b1,b2,b3는 표면 개질이 이루어진 흑연을 나타낸다.2 is a graph showing the dispersibility of graphite particles. Numeral 1 indicates graphite free of a coating layer, numeral 2 indicates graphite in a state where a coating layer is present, and numeral 3 indicates graphite in a state of having a coating layer. Graphite in the state of being aged. Further, a1, a2, and a3 denote original graphite that has not been surface-modified, and b1, b2, and b3 denote graphite that has undergone surface modification.

도시된 바와 같이 산 처리 후, 표면 개질된 흑연이 응집 없이 잘 분산되었으며(도 2의 b1), 이는 상기 산에 의해 흑연 표면에 음전하를 가지는 수산기가 생성되어 알루미늄 코팅이 잘된 것을 나타낸다.As shown in the figure, after the acid treatment, the surface-modified graphite was well dispersed without agglomeration (b1 in FIG. 2), indicating that a hydroxyl group having a negative charge on the graphite surface was generated by the acid,

이에 비해 도 2의 (a1)에 나타난 바와 같이 표면 개질이 되지 않은 흑연은 몇 분이내에 침전됨을 확인할 수 있어 알루미늄 코팅의 효율 향상을 위해 상술한 바와 같이 산 처리에 의한 표면 개질이 필요함을 알 수 있다.On the other hand, as shown in (a1) of FIG. 2, it can be confirmed that the graphite which has not undergone the surface modification precipitates within a few minutes, and it is found that the surface modification by the acid treatment is necessary for improving the efficiency of the aluminum coating .

특히 , 알루미늄 전구체로 코팅된 경우를 비교해 보면 표면 개질되지 않은 흑연(도 2의 a2)은 표면 개질된 흑연(도 2의 b2)보다 빨리 침전됨을 확인할 수 있어 상술한 바와 같이 표면 개질이 흑연 표면의 코팅에 유리함을 다시 확인할 수 있다.Particularly, as compared with the case of coating with an aluminum precursor, it can be confirmed that graphite (a2 in Fig. 2) that is not surface-modified precipitates faster than surface-modified graphite (b2 in Fig. 2) The advantage of coating can be confirmed again.

다시 말해서 알루미늄 전구체가 본 발명에 의해 개질된 흑연 표면에 보다 코팅이 잘 되는 것을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the aluminum precursor is better coated on the graphite surface modified by the present invention.

이하 도 3을 참조하여 코팅층이 있는 경우와 없는 경우에 대해 표면 개질된 흑연 입자에 대한 미소 조직과 원소 분석 결과를 열 처리 함수를 통해 검토한다.Referring to FIG. 3, the microstructure and elemental analysis results of the surface-modified graphite particles with and without the coating layer are examined through a heat treatment function.

이때, 상기 도 3은 표면 개질된 흑연의 EDS 분석 결과 SEM 사진으로서 도 3a와 도 3b는 코팅층이 없는 경우로서 도 3a는 1000℃에서의 열처리 전이고 도 3b는 1000℃에서의 열처리 후를 나타낸다. 또한, 도 3c와 도 3d는 코팅층이 있는 경우로서 도 3c는 1000℃에서의 열처리 전을 나타내고 도 3d는 1000℃에서의 열처리 후를 나타낸다.FIG. 3 is a SEM photograph of the surface-modified graphite as an SEM image, and FIGS. 3A and 3B show the case where there is no coating layer. FIG. 3A shows a state before heat treatment at 1000.degree. C. and FIG. 3B shows a state after heat treatment at 1000.degree. FIGS. 3C and 3D show the case where the coating layer is present, FIG. 3C shows the state before the heat treatment at 1000.degree. C., and FIG. 3D shows the state after the heat treatment at 1000.degree.

도 3a에서는 코팅층이 없는 경우로서 흑연에 O와 C만이 탐지된다. 또한 도 3c에서는 코팅층이 없는 경우로서 흑연에 알루미늄 원소가 추가적으로 탐지되는데 이러한 것은 알루미늄 층이 300℃에서 예열 처리된 후의 조직이 비정질이기 때문이다.In Fig. 3A, only O and C are detected in the graphite when there is no coating layer. Further, in FIG. 3C, aluminum element is additionally detected in graphite as a case without a coating layer, since the structure after the aluminum layer is preheated at 300 ° C. is amorphous.

한편, 알루미늄 전구체가 흑연 표면에 균일하게 코팅되었다라는 전제 아래 1000℃ 열처리 후 상기 비정질 알루미늄 층에서 변환된 다각형 Al2O3입자들은 도 3d에 나타난 바와 같이 흑연 표면에 완벽하게 덮여져 있으며 이에 대해 보다 상세히 검토한다.On the other hand, the polygonal Al 2 O 3 particles converted from the amorphous aluminum layer after the heat treatment at 1000 ° C. under the premise that the aluminum precursor was uniformly coated on the graphite surface were completely covered with the graphite surface as shown in FIG. Review in detail.

1000℃에서의 열처리후 코팅층이 있는 경우와 없는 경우의 흑연 입자는 다른 양상을 보인다. 즉, 도 3b에 나타난 바와 같이 코팅층이 없는 경우 흑연에 다양한 불순물이 탐지되는데 이는 코팅층 없는 경우의 흑연이 쉽게 분해됨을 나타낸다.Graphite particles with and without a coating layer after heat treatment at 1000 ° C exhibit different shapes. That is, as shown in FIG. 3B, when there is no coating layer, various impurities are detected in graphite, which indicates that graphite is easily decomposed in the absence of a coating layer.

그러나 상기 코팅층이 있는 그라파이트에서 Al, O, 그리고 C원소만이 탐지되며 열처리 후 Al과O는 증가하고 C는 감소되는 경향을 보인다(도 3d)However, only Al, O, and C elements are detected in graphite with the coating layer, and Al and O are increased and C is decreasing after heat treatment (FIG. 3D)

그러므로 그라파이트 산화는 표면에 형성되는 알루미늄 층(산소 차단층 역할)에 의해 억제되는 것으로 추측될 수 있다.Therefore, it can be assumed that the graphite oxidation is suppressed by the aluminum layer (serving as the oxygen barrier layer) formed on the surface.

이하 도 4를 참조하여 코팅층이 있는 경우와 없는 경우의 개질된 흑연 입자에 대한 연소 테스트 결과를 검토한다.Referring to FIG. 4, the combustion test results for modified graphite particles with and without a coating layer will be examined below.

상기 도 4에서 숫자 1부터 4는 개질된 흑연 입자로서 1은 500℃에서의 연소 테스트 후의 사진이고, 2는 700℃, 3은 900℃ 그리고 4는 1000℃에서의 연소 테스트 후의 사진이다. 또한 a1에서 a4는 코팅층이 없는 경우이고 b1에서 b4는 코팅층이 있는 경우이다.In FIG. 4, numerals 1 to 4 are modified graphite particles, 1 is a photograph after a combustion test at 500 ° C, 2 is 700 ° C, 3 is 900 ° C, and 4 is a photograph after a combustion test at 1000 ° C. In addition, a1 to a4 are cases in which there is no coating layer, and b1 to b4 are cases in which there is a coating layer.

연소 테스트에서 온도가 증가함에 따라 코팅층이 없는 경우의 흑연은 분해되고 산화되어(도 4의 a참조) 700℃에서 그레이 색채를, 900℃에서 브라운 색채를 각각 나타낸다.As the temperature increases in the combustion test, graphite in the absence of a coating layer is decomposed and oxidized (see Fig. 4a) to exhibit gray color at 700 ° C and brown color at 900 ° C, respectively.

실제로, 코팅층이 없는 흑연은 700℃에서 반응을 시작하고 900℃에서 완전히 반응한다.In fact, graphite without a coating layer starts to react at 700 ° C and reacts completely at 900 ° C.

그러나, 도 4의 b에 나타난 바와 같이 알루미늄 전구체로 코팅된 흑연은 700℃ 연소 테스트에서 바람직한 조건을 나타내고 900℃에서 산소와 반응을 시작한다.However, as shown in Fig. 4 (b), graphite coated with an aluminum precursor exhibits favorable conditions in a 700 ° C combustion test and starts to react with oxygen at 900 ° C.

최종적으로 알루미늄 코팅된 흑연(코팅층이 산소와 1000℃에서 완전한 반응을 시작함)은 화이트 칼라를 나타낸다.Finally, the aluminum-coated graphite (the coating layer starts a complete reaction at 1000 ° C with oxygen) represents a white color.

이는 코팅층(알루미늄 전구체)이 흑연 표면에 연속적이고 균질한 코팅에 의해 흑연의 산화를 지연시키는 항산화제로서 상당한 효과를 나타내는 것을 의미한다.This means that the coating layer (aluminum precursor) has a considerable effect as an antioxidant which delays the oxidation of graphite by a continuous and homogeneous coating on the graphite surface.

또한, 알루미늄 코팅된 흑연의 질량 손실은 연소 테스트 후 10%(질량 분율)이하이다. 따라서 코팅 과정은 코팅층의 산화에 의한 질량 획득이 고려되더라도 흑연의 산화 억제가 강화되는 것으로 볼 수 있다.In addition, the mass loss of aluminum coated graphite is less than 10% (mass fraction) after the combustion test. Therefore, it can be seen that the coating process strengthens the inhibition of oxidation of graphite even though mass acquisition by oxidation of the coating layer is considered.

이하 도 5를 참조하여 코팅층이 있는 경우와 없는 경우의 개질된 그라파이트 XRD 결과에 대해 검토한다.Referring to FIG. 5, the modified graphite XRD results with and without a coating layer will be discussed below.

상기 도5의 5(a)는 열처리 전으로서 코팅층이 없는 개질된 흑연을 나타내고 5(b)는 1000℃에서 1시간 동안 열처된 후로서 코팅층이 없는 개질된 흑연을 나타내며, 5(c)는 500℃,700℃ 그리고 900℃에서 열처리된 후로서 코팅층이 있는 개질된 흑연을 나타내며, 5(d)는 1000℃와 1200℃에서 열처리된 후 로서 코팅층이 있는 개질된 흑연을 나타낸다.5 (a) of FIG. 5 represents modified graphite having no coating layer before heat treatment, 5 (b) represents modified graphite having no coating layer after heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour, and 5 5 (d) shows modified graphite with a coating layer after heat treatment at 1000 ° C and 1200 ° C. Fig. 5 (d) shows modified graphite with a coating layer after heat treatment at 700 ° C, 700 ° C and 900 ° C.

코팅층이 없는 경우 열처리 전에는 흑연 피크가 탐지되나(도5(a)), 1000℃에서의 열처리후에는 사라진다.(도 5(b))In the absence of a coating layer, a graphite peak is detected before the heat treatment (FIG. 5 (a)), but disappears after the heat treatment at 1000 ° C. (FIG.

그러나 코팅층이 있는 경우 900℃ 열처리까지는 흑연 피크가 탐지된다.(도 5(c))However, when a coating layer is present, graphite peaks are detected until the heat treatment is performed at 900 캜 (Fig. 5 (c)).

알루미나(Al2O3)와 흑연의 피크는 1000℃ 열처리 후 비정질 피크 특성을 가지는 열처리후 공존하며, 이는 상기 흑연이 분해되고 상기 코팅층이 완전히 결정화되지 않음을 나타낸다.(도 5(d))Peaks of alumina (Al 2 O 3 ) and graphite coexist after heat treatment at 1000 ° C. after heat treatment with amorphous peak characteristics, indicating that the graphite is decomposed and the coating layer is not completely crystallized (FIG. 5 (d)).

최종적으로 상기 알루미늄 코팅된 흑연은 1200℃에서 알루미나로 변환된다. 상기 결과는 연소 테스트의 결과와 잘 일치한다. 상 분석 결과로서 흑연의 산화 저항은 알루미늄 전구체의 코팅에 의해 강화된다.Finally, the aluminum-coated graphite is converted to alumina at 1200 ° C. The results are in good agreement with the results of the combustion test. As a result of the phase analysis, the oxidation resistance of graphite is enhanced by the coating of the aluminum precursor.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 경우 흑연이 알루미늄 전구체의 코팅 효율 향상을 위해 산 처리되었다. 상기 표면 개질된 흑연은 원래의 흑연보다 향상된 분산성을 나타낸다. As described above, in the case of the present invention, graphite is acid-treated to improve the coating efficiency of the aluminum precursor. The surface-modified graphite exhibits improved dispersibility than the original graphite.

알루미늄 전구체로 코팅된 개질 흑연 입자는 시간에 따라 침전되며 이는 알루미늄 전구체의 양이온과 흑연 음이온사이의 반응에 의한 전하가 사라지기 때문이다.The modified graphite particles coated with the aluminum precursor precipitate with time because the charge due to the reaction between the cation of the aluminum precursor and the graphite anion disappears.

알루미늄 전구체가 흑연 표면에 잘 코팅됨은 증명되었다. 알루미늄 전구체의 코팅에 대한 증거는 미소 조직과 원소 분석에 의해 관찰될 수 있다. 흑연의 표면 개질은 흑연 표면에 대한 알루미늄 전구체의 코팅 효율을 향상시키며, 표면 개질이 없는 경우 질량 획득은 1.5%이고 표면 개질이 있는 경우 1.9%였다.It has been proved that the aluminum precursor is well coated on the graphite surface. Evidence for the coating of the aluminum precursor can be observed by microstructure and elemental analysis. The surface modification of graphite improves the coating efficiency of the aluminum precursor on the graphite surface. In the case of no surface modification, the mass gain is 1.5% and the surface modification is 1.9%.

한편, 표면이 개질되지 않은 흑연은 700℃의 연소 테스트에서 산소와 반응을 시작하였으며 900℃에서 완전히 반응을 하였다.On the other hand, graphite whose surface was not reformed started to react with oxygen in a combustion test at 700 ° C and completely reacted at 900 ° C.

그러나 알루미늄 코팅된 흑연은 연소 테스트에서 700℃에서 건전한 조건을 나타내고 900℃에서 반응을 시작하였다. 상기 알루미늄 코팅된 흑연은 칼라가 화이트로 변하더라도 1000℃까지는 유지되었다.However, aluminum coated graphite showed good conditions at 700 ℃ in the combustion test, and the reaction started at 900 ℃. The aluminum coated graphite was maintained up to 1000 DEG C even if the color changed to white.

이러한 결과는 코팅층이 균일하고 연속적으로 흑연 표면을 코팅하여 흑연의 산화를 지연시킴을 뜻한다.This result means that the coating layer uniformly and continuously coating the graphite surface to retard the oxidation of the graphite.

부가적으로 알루미늄 코팅된 흑연은 900℃까지 검출되고 알루미나와 흑연은 1000℃에서 피크가 공존한다.In addition, aluminum coated graphite is detected up to 900 ° C, and alumina and graphite coexist at 1000 ° C.

최종적으로 알루미늄 코팅된 흑연은 1200℃에서 완전히 알루미나로 변환되었다. 결과적으로 알루미늄 코팅된 흑연의 높은 항산화성이 표면 개질된 흑연에 의해 달성되고 이 연구에서 알루미늄 코팅된 흑연은 MgO-C 내화물의 항산화성을 증진할 수 있다.Finally, the aluminum-coated graphite was completely converted to alumina at 1200 ° C. As a result, the high antioxidative properties of aluminum-coated graphite are achieved by surface-modified graphite and in this study aluminum-coated graphite can enhance the antioxidant properties of the MgO-C refractory.

Claims (8)

마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연 입자 표면을 산처리하는 개질 단계(S100); 및
상기 개질된 흑연 입자 표면을 알루미늄 전구체로 코팅하는 코팅 단계(S200); 를 포함하고,
상기 코팅 단계(S200)는,
상기 개질 단계(S100)를 거친 흑연 입자를 Al(NO3)3 용액에 혼합 및 교반하는 제21단계(S210);
상기 혼합 및 교반된 흑연 입자를 필터링하고 나서 건조하는 제22단계(S220); 및
상기 건조된 흡연 입자를 특정 온도로 예열하는 제23단계(S230); 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법.
A modification step (S100) of acid-treating the surface of graphite particles contained in the magnesia-carbon refractory; And
Coating a surface of the modified graphite particle with an aluminum precursor (S200); Lt; / RTI >
The coating step (S200)
A first step 21 in which the graphite particle subjected to the reforming step (S100) and the mixture stirred for Al (NO 3) 3 solution (S210);
(S220) filtering and drying the mixed and agitated graphite particles; And
(S230) of pre-heating the dried smoking particles to a specific temperature; Characterized in that the magnesium-carbon refractory comprises graphite.
제1항에 있어서,
상기 개질 단계(S100)는 상기 흑연 입자를 황산과 질산의 혼합물 3:1(부피비)에 투입하는 제11단계(S110)를 포함하는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법.
The method according to claim 1,
The reforming step (S100) comprises eleventh step (S110) of injecting the graphite particles into a mixture of sulfuric acid and nitric acid at a ratio of 3: 1 (volume ratio) to increase the antioxidative properties of the graphite contained in the magnesia- Way.
제2항에 있어서,
상기 제11단계(S110) 수행 후, 상기 흑연 입자가 투입된 혼합물을 3시간동안 초음파 처리하고 24시간 교반하는 제12단계(S120)와,
상기 교반된 흑연 입자를 증류수로 세척하는 제13단계(S130)와,
상기 세척된 흑연 입자를 건조하는 제14단계(S140)를 포함하는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법.
3. The method of claim 2,
A twelfth step (S120) of performing ultrasonic treatment of the mixture in which the graphite particles are charged for 3 hours and stirring for 24 hours after the 11th step (S110)
A thirteenth step S130 of washing the agitated graphite particles with distilled water,
And a step (S140) of drying the washed graphite particles. The method for enhancing the antioxidative activity of graphite contained in a magnesia-carbon refractory material by surface modification.
제3항에 있어서,
상기 제13단계(S130)는 상기 흑연 입자의 pH가 7이 될 때까지 증류수로 세척하고,
상기 제14단계(S140)는 상기 세척된 흑연 입자를 필터링 한 후 80℃에서 48시간동안 건조하는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법.
The method of claim 3,
In the thirteenth step S130, the graphite particles are washed with distilled water until the pH of the graphite particles reaches 7,
The method for enhancing the antioxidative activity of graphite contained in the magnesia-carbon refractory material by surface modification in which the washed graphite particles are filtered and dried at 80 ° C for 48 hours in the 14th step (S140).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제21단계(S210)는 상기 Al(NO3)3 용액에 혼합된 흑연 입자를 실온에서 1시간 동안 교반하고,
상기 제22단계(S220)는 1시간동안 80℃에서 건조되며,
상기 제23단계(S230)는 수소 분위기에서 1시간동안 300℃로 예열하는 표면 개질을 통한 마그네시아-카본 내화물에 함유된 흑연의 항산화성 증진 방법.
The method according to claim 1,
In step 21, the graphite particles mixed in the Al (NO 3 ) 3 solution are stirred at room temperature for 1 hour,
The twenty-second step (S220) is performed at 80 DEG C for one hour,
The method for enhancing the antioxidative activity of graphite contained in the magnesia-carbon refractory material by surface reforming at a temperature of 300 DEG C for 1 hour in a hydrogen atmosphere in the step S230.
제1항에 기재된 방법에 의해 제조된 마그네시아-카본 내화물.A magnesia-carbon refractory produced by the method according to claim 1.
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