KR102440272B1 - 용융금속의 부착방지용 이형제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속의 부착을 방지하기 위해 피도포물의 표면에 분사 또는 도포하는 이형제에 관한 것으로서, 액상실리카 10~20중량%, 인상흑연 2~8중량%, 세라믹섬유 4~10중량%, 알루미나분말 2~14중량%, 물 50~75중량%를 포함하여 이루어진다. 이에 따라 본 이형제는 피도포물에 보다 양호한 접착상태를 유지할 수 있고, 내열성, 내구성 및 분사성을 향상시킬수 있다.

Description

용융금속의 부착방지용 이형제{RELEASE AGENT COMPOSITION FOR PREVENTING ADHESION OF MOLTEN METAL}

본 발명은 용융금속의 부착방지용 이형제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철소의 제선, 제강 설비에 도포하여 용융금속의 비산이나 접촉에 따른 부착, 슬래그 발생이 방지되도록 하는 용융금속의 부착방지용 이형제에 관한 것이다.

고로에서 생산된 용선(molten iron)이나 용강을 다루는 설비에서는, 조업 중, 발생된 쇳물의 비산, 잔탕에 의해 일부 용융금속이 설비에 부착된 상태로 남는 지금(地金) 발생이 문제가 되고 있다.

이러한 금속용탕의 일부가 설비에 부착된 경우, 부착부위로부터 이물질 탈락에 의한 용강 오염이 발생할 수 있고, 부착되어 굳은 상태의 용융금속을 설비의 표면으로부터 제거하는 과정에서 설비의 내화물이 동반 탈락하는 문제도 있다.

그러한 문제를 해결하기 위해, 한국특허공보 제10-1743825호에는 액상 실리카 40~45중량%, 인상흑연 2~6중량%, 세라믹 섬유 8~12중량%, 물 40~45중량%의 비율로 포함된 이형제를 제시한다.

그러한 이형제를 설비에 도포하여 조업함으로써, 금속용탕의 비산이나 배출구 등에서의 접촉으로 인해 용융금속의 일부가 부착되는 지금 생성을 억제할 수 있다.

그러나, 고온의 용융 쇳물을 생산하는 제선, 제강 설비에는 고온 접착성이 우수한 이형제가 사용되어야 하지만, 전술한 조성의 이형제는 200℃ 이상의 열간 상태의 철편 및 내화물에 도포 시 부착되는 상태가 불량하여 금속용탕에 대한 확실한 이형제 효과를 발휘할 수 없는 문제가 있다.

또한, 현장에서 이형제 사용 시 주로 넓은 부위에 효율적으로 도포하기 위하여 주로 스프레이 설비를 이용하여 피도포물에 분사하나, 종래 이형제는 용액 내 고형분들이 잘 분산되지 않아 뭉치는 현상이 발생하고 이것이 스프레이 노즐을 빈번히 막는 문제도 있다.

그러한 피도포물에 대한 부착불량 및 양호한 스프레이(분사) 성능을 위해, 단순히 종래 이형제에서 액상 실리카 및 무기 세라믹 고형분의 투입량을 조절하여 이형제의 농도를 낮춤으로써 부착성 및 분산성을 일부 개선시킬 수는 있으나, 내열성 및 내구성이 떨어지게 되어 피도포물에서 고온 용융금속의 이형성과 내구성이 훼손되는 또 다른 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고온의 피도포물에 대한 부착성이 향상되어 피도포물에 대한 양호한 이형제 효과를 발휘할 수 있는 용융금속의 부착방지용 이형제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내열성 및 내구성을 높일 수 있고 분사성을 확보하여 양호한 스프레이 성능을 나타낼 수 있는 용융금속의 부착방지용 이형제를 제공한다.

이에 따라, 본 발명은 용융금속의 부착을 방지하기 위해 피도포물의 표면에 분사 또는 도포하는 이형제에 있어서, 액상실리카 10~20중량%, 인상흑연 2~8중량%, 세라믹섬유 4~10중량%, 알루미나분말 2~14중량%, 물 50~75중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 플레이크 형태의 마이카를 2~20중량%로 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 물이 60~70중량%이고, 상기 마이카의 비율이 4~6중량%인 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 마이카가 합성 마이카인 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 세라믹섬유의 굵기가 1 ~ 5㎛이고 길이가 0.1 ~ 1.0㎜인 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용융금속의 부착방지용 이형제는, 플레이크(flake) 형태의 마이카(mica)가 입자마다 판상의 평면부분이 피도포물의 표면에 접촉하여 붙을 수 있으므로, 젖은 낙엽이 도로에 달라 붙어 쉽게 떨어지지 않는 것과 같이 피도포물에 붙어 보다 양호한 부착상태를 유지할 수 있다.

이는 본 발명의 이형제를 피도포물에 분사 또는 도포 시, 열간 부착성을 향상시키고 조업 중 용융금속의 비산 등이 반복되더라도 고온인 피도포물의 표면에서 이형재가 높은 내구성을 가지도록 한다.

또한, 본 발명의 이형제는, 내열성 및 내구성을 높일 수 있고 분사성을 향상시킬수 있는 알루미나분말을 첨가하여, 내열성 및 내구성과, 배합된 재료가 고르게 분산되도록 하여 스프레이 작용이 양호하도록 분사성을 높이고 있다.

도 1은 이형제의 고온부착성 시험을 진행하는 사진
도 2는 도 1에 따라 이형제의 고온부착성을 시험한 결과를 나타내는 사진
도 3는 분사기에 의한 이형제의 분사성을 시험하는 사진
도 4는 도 3에 따라 이형제의 분사성을 시험한 결과를 나타내는 사진
도 5은 이형제가 코팅된 철판에 용접쇳물을 비산시켜 내구성, 내열성 시험을 진행하는 사진
도 6은 도 5에 따라 이형제의 내구성, 내열성을 시험한 결과를 나타내는 사진

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 용융금속의 부착방지용 이형제는, 제철소의 제선, 제강 설비 등 피도포물의 표면에 고르게 분사 또는 도포하여 용융금속의 비산물이나 잔탕이 제선, 제강 설비 등에 부착되지 않도록 한다.

본 실시예의 이형제는, 전체 중량에서 액상실리카 10~20중량%, 인상흑연 2~8중량%, 세라믹섬유 4~10중량%, 알루미나분말 2~14중량%, 물 50~75중량%의 비율로 포함되어 배합이 이루어진다.

또한, 이형제의 고온부착성, 내구성 및 내열성을 향상시키도록, 플레이크 형태의 마이카도 전체 중량에서 2~20중량%를 포함하여 배합된다.

상기 액상실리카는 기본적인 바인더 역할을 하는 것으로서, 상온에서 액상이고 결정수에 의하여 고온에 발포되어 발포단열층을 형성할 수 있는 무기물이다.

상기 액상 실리카는 이산화규소의 함량이 증가하면 발포막의 밀도가 증가되어 보다 우수한 내화성능을 나타낼 수 있는데, 본 발명에서는 SiO2 40 ~ 41중량%, Na2O 0.3 ~ 0.5중량%, 물 58.5 ~ 59.7중량%의 비율로 구성된 알칼리금속 실리케이트를 사용한다.

상기 액상실리카는 수용성으로 이산화규소의 적절한 함량으로 인하여 접착성, 내열성 및 내수성을 증가시킴은 물론 평탄한 지지층을 형성하여 건조 후에 크랙이나 수축이 발생하지 않으면서 강도가 우수한 도막을 형성할 수 있다.

상기 인상흑연은, 층상물질로 토상흑연에 비해 윤활성이 우수하여 코팅제를 도포할 시 윤활작용을 한다.

인상흑연에는 결정질 석회암, 장석, 운모 등이 수반광물인 반면, 토상흑연은 석탄, 우라늄, 운모, 규암 등이 수반광물로 나타난다.

상기 인상흑연은 2~8중량%로 첨가하게 되는데, 인상흑연의 양이 2중량% 미만이면 코팅층에 드러나는 인상흑연의 입자수가 적어 윤활성에 따르는 지금부착 억제효과가 낮고 첨가되는 세라믹 섬유를 적합한 분포로 배열되게 지지하기 어려우며, 8중량%를 초과하면 인상흑연의 분산성 저하와 함께 코팅제의 점도가 높아 설비의 표면에 불균질하게 도포되기 때문에 코팅층의 접착력 저하와 작업성에 문제가 있다.

상기 인상흑연의 입자크기는 분산성과 코팅 시의 부착성을 좋게 할 수 있도록 30 ~ 50㎛ 범위의 것이 적합하다.

상기 세라믹 섬유는 4~10중량% 범위로 함유되는 것으로서, 코팅층 표면에 미세한 나노 섬유상 돌기를 형성하여 슬래그를 포함하는 비산된 용융금속에 대한 마찰저항을 줄이는 역할을 한다.

세라믹섬유는 SiO2 48 ~ 55중량%, Al2O3 26 ~ 33중량%, ZrO2 15 ~ 21중량%, Cr2O3 2 ~ 3.5중량%의 비율로 구성된 것이 적합하고, 굵기가 1 ~ 5㎛이고 길이가 0.1 ~ 1.0㎜인 섬유상 조직으로 하되, 통상 코팅층 표면에 대한 세라믹 섬유의 연속성을 높이기 위해 섬유상 조직의 굵기와 길이가 작을수록 좋다.

세라믹섬유가 너무 굵거나 너무 길면 바인더인 액상실리카와의 접착이 불량하게 되고 인상흑연과의 결합력도 떨어진다.

상기 알루미나분말은, 이형제의 전체 중량에서 2~14중량%로 첨가되어 배합된다.

알루미나(Al2O3)는 분자량 101.96, 용융점 2072℃, 비중 3.965이고 육방정의 결정구조를 갖는 것으로서, 본 발명에서 분말형태로 제조하여 첨가하고 있다.

알루미나분말을 첨가하는 것은 내열성 및 내구성을 보강하는 역할을 하도록 하고, 원료의 배합을 고르게 하여 서로 뭉치는 것을 완화함으로써, 스프레이 노즐에서 분사되는 분사성을 향상시키기 위함이다.

한편, 상기 마이카(mica)는 전체 중량에서 2~20중량%의 비율로 첨가된다.

상기 마이카는 플레이크(flake) 형태를 가지는 천연 마이카가 사용될 수도 있으나, 내열성이 보다 우수한 합성 마이카를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

일반적인 마이카(mica)는 납작한 판 모양의 결정구조를 갖고 있어 매우 엷게 벗겨지는 것으로서, 본 명세서의 플레이크(flake) 형태는 비늘과 같이 얇게 벗겨진 조각의 형태를 의미하는 것이고, 통상의 천연 마이카 또는 합성 마이카의 입자들이이러한 플레이크 형태를 가진다.

플레이크 형태의 마이카는 입자마다 판상의 평면부분이 피도포물의 표면에 접촉하여 붙을 수 있으므로, 젖은 낙엽이 도로에 달라 붙어 잘 떨어지지 않는 것과 같이 피도포물에 붙어 보다 양호한 부착상태를 유지하는 역할을 한다.

합성(인조) 마이카는, 실리카, 알루미나, 마그네시아, 헥사플루오로규산칼륨을 원료로 하여 천연 마이카와 비슷한 조성으로 합성된 것으로서, K(AlSi3O10)(OH)2Mg6(OH)2(AlSi3O10)K, K(AlSi3O10)(OH)2Al4(OH)2(AlSi3O10)K 속의 OH기를 F(불소)로 치환한 형식이다.

합성 마이카는 결정학적 성질, 물리적 성질은 천연 마이카와 같으나, 결정수(結晶水)를 포함하고 있지 않으므로 내열성이 우수하다.

마이카는 미립상태로 분쇄하여 첨가하고 분쇄하여 미립상태로 제조된 경우 그 입자크기가 특별히 한정되지는 않으나, 플레이크(flake) 형태의 입자크기가 0.1~1.0mm 범위로 분쇄되는 것이 적절하다.

상기 마이카의 배합비율은, 고온에서의 부착성과 내구성 및 내열성을 고려할 때 4~6중량%가 가장 적합하고, 이때 죽상인 이형제의 분사성도 고려해야 하므로 물을 60~70중량% 범위로 배합하는 것이 가장 바람직하다.

상기 마이카는 고온부착성, 내구성, 내열성 향상을 위해 첨가하나, 마이카의 배합비율이 높아질수록, 그리고 물의 배합비율이 낮아질수록, 분사성을 저해하게 되므로, 마이카의 배합비율과 물의 배합비율을 전술한 정도로 조절하는 것이 가장 바람직하다.

실시예 및 비교예

실시예 1 ~ 3은 액상실리카, 인상흑연, 세라믹섬유 및 물에 알루니마분말을 아래 표 1에 나타난 바와 같이 첨가하여 배합함으로써 이형제를 제조하였다.

실시예 4 ~ 7은 액상실리카, 인상흑연, 세라믹섬유, 알루미나분말 및 물에 플레이크 형상을 가진 마이카를 표 1의 비율로 첨가하여 배합함으로써 이형제를 제조하였다.

비교예 1은 종래 이형제의 비율에 따라 액상실리카, 인상흑연, 세라믹섬유와 물을 배합하여 이형제를 제조하였고, 비교예 2는 비교예1의 분사성을 높이기 위해 액상실리카의 함량을 낯주고 물의 함량을 표 1의 비율로 높여 원료들을 배합함으로써 제조하였다.

고온부착성 시험

도 1의 사진과 같이, 철판을 준비하고 200℃로 가열한 후, 실시예 및 비교예에 따라 제조된 이형제를 스프레이노즐에 의해 분무한 후, 각각의 부착상태를 확인하였다.

분사성 시험

도 3의 사진과 같이, 실시예 및 비교예의 이형제를 분무할 수 있는 스프레이를 준비하여 상온에서 준비된 철판에 분무노즐로부터 분무한 후, 분무된 상태를 확인하였다.

내열성, 내구성 시험

도 5의 사진과 같이, 실시예 및 비교예의 이형제를 준비된 철판에 분사하여 표면 전체가 코팅된 상태가 되도록 도포한 후, 아크용접 시 발생하는 용접쇳물이 철판의 표면으로 비산되게 용접스패터 시험을 진행하고, 그 결과를 각각 확인하였다.

		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	비교예1	비교예2
성분	액상실리카	15	14	14	14	14	13	12	43	8
	인상흑연	4	4	4	4	4	4	3	5	4
	세라믹섬유	7	7	6	6	6	6	5	9	8
	알루미나분말	4	8	12	8	8	7	7	-	-
	플레이크 마이카	-	-	-	2	5	8	19	-	-
	물	70	67	64	66	63	62	54	43	80
시험결과	고온부착성	△	△	△	○	◎	◎	○	Ｘ	△
	분사성	◎	◎	○	◎	◎	○	△	Ｘ	◎
	내구성/내열성	△	○	○	○	◎	◎	◎	○	Ｘ

시험결과 평가

먼저, 고온부착성 시험과 관련하여, 도 2의 사진을 참고하면, 종래 이형제인 비교예 1에 비해 실시예 1~7의 경우가 부착상태가 상대적으로 양호한 것을 확인할 수 있다.

특히, 플레이크 형태의 마이카가 첨가된 실시예 4~7에서는, 고온 상태의 철판에서도 이형제의 부착상태가 균일하고 안정화되고 있음을 알 수 있다.

종래의 이형제인 비교예 1의 경우, 고온상태인 철판의 열에 의해 이형제가 부분적으로 말리듯이 벗겨지는 현상이 발생하여 부착상태가 불량하게 되었다.

한편, 분사성과 관련하여, 도 4의 사진을 참고할 때, 비교예 1을 제외하면, 분사된 상태가 대체로 양호하게 나타났다.

종래 이형제인 비교예 1에서는 이형제가 분무노즐로부터 토출 시 배합된 원료들이 서로 뭉친 상태로 토출됨으로써 철판에 균일한 두께로 분무되지 못하고 코팅상태가 불량하게 나타났다.

한편, 내구성, 내열성과 관련하여, 도 6의 사진을 참고할 때, 용접쇳물이 철판에 부착되는 것을 방지하는 이형제 효과를 모두 발휘하고 있으나, 비교예 2와 같이 종래의 이형제에 물의 비율을 높여 묽게 제조한 경우, 용융쇳물의 부착을 차단하는 작용이 진행되는 과정 중에 이형제가 철판으로부터 부분적으로 탈락되어 이형제의 코팅상태가 쉽게 불량해진다. 즉, 용접쇳물에 의해 이형제가 함께 철판으로부터 쉽게 벗겨져 내구성 및 내열성 저하가 나타났다.

실시예 4~7과 같이 플레이크형태의 마이카를 첨가한 이형제의 경우, 용접쇳물이 철판의 표면에 비산되고 부착 및 스패터 발생을 차단하는 작용의 진행 시, 이형제가 철판의 표면에 양호한 부착상태를 계속 유지하고 있다. 이에 따라, 조업과정 중 지속적으로 이형제 효과를 발휘할 수 있는 내구성, 내열성이 높은 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

1. 쇳물의 비산 또는 잔탕에 의한 용융금속의 부착을 방지하기 위해 피도포물의 표면에 분사 또는 도포하는 용융금속의 부착방지용 이형제에 있어서,
   액상실리카 10~20중량%,
   인상흑연 2~8중량%,
   세라믹섬유 4~10중량%,
   알루미나분말 2~14중량%,
   물 60~70중량%
   를 포함하여 이루어지되,
   입자크기가 0.1~1.0mm 범위로 분쇄된 플레이크 형태의 마이카를 4~6중량%로 더 포함하고, 상기 마이카는 합성 마이카로 함으로써,
   플레이크 형태의 마이카가 입자의 판상의 평면부분이 피도포물의 표면에 붙어 이형제가 피도포물에 대하여 고온에서의 부착성을 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 용융금속의 부착방지용 이형제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹섬유는 굵기가 1 ~ 5㎛이고 길이가 0.1 ~ 1.0㎜인 것을 특징으로 하는 용융금속의 부착방지용 이형제

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