KR102516229B1 - 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도 - Google Patents

칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR102516229B1
KR102516229B1 KR1020187029875A KR20187029875A KR102516229B1 KR 102516229 B1 KR102516229 B1 KR 102516229B1 KR 1020187029875 A KR1020187029875 A KR 1020187029875A KR 20187029875 A KR20187029875 A KR 20187029875A KR 102516229 B1 KR102516229 B1 KR 102516229B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
calcium aluminate
reactive
carbon
metal melt
Prior art date
Application number
KR1020187029875A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190033465A (ko
Inventor
크리스토스 아네지리스
다니엘 베레스
패트릭 게레
크리스토퍼 데이드 파르
Original Assignee
케르네오스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케르네오스 filed Critical 케르네오스
Publication of KR20190033465A publication Critical patent/KR20190033465A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102516229B1 publication Critical patent/KR102516229B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B01D39/2058—Carbonaceous material the material being particulate
    • B01D39/2062—Bonded, e.g. activated carbon blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal
    • B22D11/119—Refining the metal by filtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02—Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5031—Alumina
    • C04B41/5032—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0087—Treatment of slags covering the steel bath, e.g. for separating slag from the molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
    • C21C7/0645—Agents used for dephosphorising or desulfurising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment
    • F27D3/1536—Devices for plugging tap holes, e.g. plugs stoppers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1545—Equipment for removing or retaining slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00431—Refractory materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482—Coating or impregnation materials
    • C04B2111/00577—Coating or impregnation materials applied by spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/0087—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for metallurgical applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/424—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6023—Gel casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 용융물 또는 슬래그의 정련 분야에 관한 것이며, 특히, 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 이를 사용한 금속 용융물의 다양한 정련 방법들을 제공한다.

Description

칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도
본 발명은 특히 비-금속성 함유물을 분리함으로써 금속 용융물 또는 슬래그를 정련하는 분야에 관한 것이다. 비-금속성 함유물은 용융된 금속 내에, 외부 환경으로부터 도입된 대로(외인성 함유물) 또는 금속 내에서 형성된 대로(내인성 함유물) 존재할 수 있다. 이들 함유물은 물질의 제조 및/또는 추가의 가공 동안 형성될 수 있다.
금속 함유물은 금속의 순도에 영향을 미치며, 따라서 물질의 성능에 영향을 미친다. 따라서, 비-금속성 함유물은 예를 들어 금속 컴포넌트(component)의 강도, 신장률(elongation), 파괴 인성(fracture toughness) 및 피로 성능(fatigue performance)의 손실에 책임이 있을 수 있다. 로딩(loading) 동안, 응력 집중(stress concentration)이 이러한 함유물 부근에서 발생된다.
비-금속성 함유물을 제거하고 고순도의 금속 캐스팅의 필요조건을 보장하려는 시도가 있어 왔으며, 달성된다.
금속 용융물 또는 슬래그 내의 비-금속성 함유물의 감소는 일반적으로, 2개의 서로 다른 방식들에서 달성될 수 있다:
· 금속공학 가공(metallurgical processing)의 도움으로 함유물 형성을 피함; 또는
· 세라믹 표면 상에서의 함유물의 증착.
세라믹 필터는 수년 동안 주조업(foundry)과 같은 금속 캐스팅 적용들에 사용되어 왔다. 세라믹 표면에 의한 고체 비-금속성 함유물의 포착은 전형적으로, 3개의 단계들로 발생한다: (i) 고체 비-금속성 함유물이 벌크 용융물로부터 세라믹 표면으로 이송되는 단계, (ii) 고체 비-금속성 함유물이 세라믹 표면에 부착되는 단계, 및 (iii) 고체 비-금속성 함유물이 세라믹 표면과 함께 고체-상태 신터링(sintering)을 겪는 단계.
DE102011109681은 현재의 용융된 금속 필터 기하학적 특성을 기반으로 한 용융된 금속 여과를 위한 세라믹 필터를 개시하고 있으며, 여기서 세라믹 필터는 활성 표면 코팅을 가진 지지체 물질로서 제공되며, 이는 여과되는 용융된 금속 내에 함유된 무기 비-금속성 함유물과 동일한 화학 상(phase) 컴포넌트를 가진다. DE102011109684는, 여과되는 금속 용융물의 금속성 불순물 및/또는 용해된 기체와 반응하는 물질을 포함하는 표면의 필터를 개시하고 있다. 이들 문헌 중 어느 것도 코팅 내에서 칼슘 알루미네이트의 도입을 개시하고 있다.
고순도의 금속, 예컨대 높은 시큐러티 강철(security steel)에 대한 증가하는 요구를 충족시키기 위해, 세라믹 폼 필터(CFF), 특히 지르코니아 및 탄소 결합된 알루미나를 기반으로 하는 것들이 수년 동안 성공적으로 이용되어 왔다. 그러나, 지르코니아 필터는, 변화하는 필터 기하학적 특성으로 인해 캐스팅 동안 유속을 감소시키는 크리프(creep)를 나타내는 단점을 갖고 있다. 이와는 대조적으로, 탄소 결합된 시스템은 다량의 탄소로 인해 무시할 만한 크리핑(creeping)을 나타낸다.
오늘날, 50 μm 미만의 비-금속성 함유물의 여과 효율은 75%보다 낮고, 특히 10 μm 미만의 함유물의 경우 60%보다 낮다. 이들 미세 함유물(1 내지 10 μm)이 필터를 통과할 경우, 이들 함유물은 응집하고, 좋지 못한(critical) 응집물 및 150 내지 300 μm 범위의 함유물 클러스터를 형성하는 경향이 있다. 이들 큰 함유물 클러스터는 금속 컴포넌트, 예컨대 강철 컴포넌트의 기계적 특성에 유해한 영향을 미친다. 따라서, 특히 10 μm 미만의 미세한 함유물 내에서 함유물을 효율적으로 포착하기 위한 해결방안을 제공하는 것이 바람직하다.
이들 목적 및 다른 목적들은 칼슘 알루미네이트와 탄소의 혼합물을 제공하는 본 발명에 의해 도달되는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명은 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 포함하는 반응성 물질에 관한 것이다.
제1 목적에 따르면, 본 발명은 기판을 포함하는 수합기 물질(collector material)에 관한 것이며, 여기서 상기 기판은:
- 분말 형태의 칼슘 알루미네이트 50 내지 90 %(중량);
- 분말 형태의 탄소 10 내지 50 %(중량);
- 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제, 금속 또는 이들의 혼합물
을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 이는:
- 칼슘 알루미네이트 50 내지 80%; 및
- 탄소 20 내지 50%
를 포함한다.
또한,
- 칼슘 알루미네이트 50 내지 95 중량%, 특히 50 내지 80 중량%;
- 탄소 5 내지 50 중량%, 특히 20 내지 50 중량%
를 포함하는 상기 반응성 물질이 개시되어 있다.
추가의 실시형태(들)에 따르면:
- 칼슘 알루미네이트 분말의 입자 크기는 100 μm 미만, 바람직하게는 10 내지 70 μm이며; 및/또는
- 탄소의 입자 크기는 20 내지 50 μm의 범위이다.
본 발명의 수합기 물질은 금속 용융물 또는 슬래그와 접촉 시,
- 칼슘 알루미네이트가 탄소와 반응하고, 1000℃ 이상의 온도에서 칼슘 알루미네이트 서브옥사이드(suboxide)를 형성하며;
- 칼슘 및/또는 알루미늄이 금속 용융물과 접촉 시 적어도 부분적으로 탈탄소화된(decarburized) 칼슘 알루미네이트 구역 상에 증착되고;
- 얇은 고체 칼슘 알루미네이트 층이 이들 서브옥사이드와 금속 용융물의 산소와의 반응으로 인해 인 시추에서 형성됨으로써,
활성화된 수합기 물질이 형성된다는 점에서, 반응성이다.
일반적으로, 칼슘 알루미네이트 서브옥사이드는 1000℃ 내지 1600℃ 범위의 온도에서 형성될 수 있는 기체이다.
본 발명은 형성되는 층이 고체인 점에서 선행 기술의 방법을 능가하여 특색이 있다.
본 발명의 물질은 일반적으로 1300℃ 내지 1600℃, 전형적으로 약 1400℃ 내지 약 1500℃ 범위의 용융점을 가진다. 이는 일반적으로, 이러한 물질에 불순물이 없으므로 달성된다.
상기 기판 상에 칼슘 알루미네이트 코팅층을 갖는 본 발명의 수합기 물질은 본원에서 "활성화된" 것으로 지칭된다.
본원에 사용된 바와 같이 "얇은"은 층의 두께를 지칭하며: 일반적으로, 코팅층은 200 nm 내지 10 μm 범위의 두께를 가진다.
반응성 물질은 선택적인 성분, 예컨대 첨가제, 예컨대 10 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
부가적인 성분은 겔화제 및/또는 고형화제, 예컨대 소듐 알기네이트 및 칼슘 클로라이드를 포함할 수 있다.
적합한 첨가제로는, 물질의 촉매 성능을 개선하기 위한 첨가제가 있다. 첨가제는 특히: 붕산, 시트르산, 카스타멘드(castamend) VP9 L, 코브트라품(cobtrapum) K 1012, 암모늄 리그니설포네이트 등일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 반응성 물질은 철, 니켈, 알루미늄, 지르콘, 마그네슘, 실리콘(silicon), 티타늄 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 금속 또는 다른 금속 첨가제는 금속 용융물, 예를 들어 철-함유 용융물의 촉매 성능을 증가시키기 위해 본 발명의 반응성 물질에 혼입될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "금속"은 철함유(ferrous) 금속 및 철-무함유(non-ferrous) 금속을 둘 다 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "칼슘 알루미네이트"는 석회(CaO)와 알루미나(Al2O3)의 임의의 혼합물, 예컨대 식 CA, CA2, CA6의 다양한 칼슘 알루미네이트들을 지칭하며, 여기서 C는 CaO를 나타내고, A는 Al2O3를 나타낸다.
본원에 사용된 바와 같이, "탄소"는 임의의 형태의 탄소 및/또는 임의의 공급원 유래의 탄소를 지칭하고, 그래파이트, 블랙 카본, 그을음(soot), 피치(pitch), 합성 피치(예컨대 Carbores P), 수지, 피치 결합제, 종이 또는 목재의 열분해를 통해 발생되는 탄소, 또는 탄소 나노튜브 또는 이들 모든 것들의 조합을 포함한다.
특히, 탄소 나노튜브는 반응성을 증가시키는 데 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "정련"은 금속 용융물 또는 슬래그의 순도를 증가시키는 임의의 공정을 지칭한다. 정련은 특히, 용융물/슬래그로부터 비-금속 함유물을 여과하는 방법, 뿐만 아니라 용융물/슬래그로부터 비-금속 함유물을 분리하기 위한 임의의 다른 방법들을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "반응성"은 금속 용융물 또는 슬래그와 반응하여 비-금속 함유물을 수합할 수 있는 층을 생성하는 본 발명의 물질의 능력을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 금속 용융물 또는 슬래그는 특히, 금속(들) 및 불순물을 포함하는 융합된 혼합물을 지칭하며, 상기 혼합물은 금속의 제련(smelting) 또는 정련 동안 형성된다.
본 발명에 적합한 상기 금속 용융물 또는 슬래그는 일반적으로 1000℃ 이상의 용융점을 가진다.
본 발명에 따른 정련에 적합한 금속 용융물은 티타늄-, 실리콘-, 철-, 강철-, 니켈-, 구리- 용융물 등을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "수합"은 용융물/슬래그로부터 비-금속 함유물을 분리하기 위해 물질 층에 의한 비-금속 함유물의 보유(retaining)를 지칭한다.
반응성 물질은 함유물과 상호작용하고, 2개의 방식을 통해 비-금속성 함유물을 제거할 수 있는 것으로 확인되었다:
a) 금속공학 적용에서 내화물(refractory) 또는 첨가제 응집물의 표면 상에 기능적인 코팅을 제공하는 방식; 및/또는
b) 용융된 금속 여과를 위해 세라믹 필터의 여과 효율을 개선하는 방식.
보다 특히, 칼슘 알루미네이트와 탄소의 조합은 미세 함유물의 반응성 수합기로서 작용하고, 많은 이점들을 제공하는 것으로 확인되었다:
칼슘 알루미네이트 탄소를 포함하는 본 발명의 반응성 물질이 예를 들어 철 또는 강철 용융물과 접촉하는 경우, 하기 메커니즘들이 활성화된다:
I) 칼슘 알루미네이트가 탄소와 반응하여, 칼슘 알루미네이트 서브옥사이드, 칼슘 및/또는 알루미늄을 형성하며, 이들은 금속 용융물과 접촉 시 칼슘 알루미네이트 탈탄소화된 또는 부분적으로 탈탄소화된 구역 상에 증착된다. 이들은 이들 서브옥사이드와 금속 용융물의 산소와의 반응으로 인해, 매우 활성인 얇은 칼슘 알루미네이트 층을 발생시킨다. 탈탄소화된 구여과 금속 용융물 사이의 이러한 매우 활성의 얇은 층은 내인성 함유물의 활성 수합기로서 기여한다.
II) 또한, 칼슘의 높은 증기압과, 연관된 격렬한 배쓰(bath) 교반은 용융물 내에서 알루미나 미세 함유물들의 충돌 및 유착을 촉진한다. 칼슘 증기와, 충돌을 통한 알루미나 함유물의 결과적인 유착의 도움을 받아, 강철로부터의 이들의 제거는, 액체 강철로부터 분리될 수 있기 전에 우선 이들 자체 상에서 (강제 대류 없이) 클러스터되어야 하는 소량의 비-부유(buoyant) 알루미나 함유물과 비교하여 증강된다.
III) 칼슘 알루미네이트(CA, CA2 또는 CA6)의 적용된 조성물에 따라, 혼합물의 연화점(softening point) 및/또는 용융점은, 아래의(underneath) 탄소-무함유 칼슘 알루미네이트 층의 표면을 복사하는 얇은 활성 층의 거칠기(roughness)를 증가시킴으로써 부가적인 포착을 촉진하기 위해 조정될 수 있다. 더 높은 거칠기는 철 용융물에 대해 더 높은 적심각(wetting angle)을 초래하며, 이는 미세 함유물의 충돌을 통해 더 높은 응집을 촉진한다.
IV) 활성 미세 층의 연화를 기반으로, 내인성 함유물들은 활성 표면 상에서 이들의 충돌 동안 더 양호하게 기계적으로 포획(trap)되고, 더 큰 접촉 표면은 얇은 활성 층의 표면 상에서 함유물을 놓음(interring)으로써 고정되는 데 이용 가능하다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명의 반응성 물질은 전형적으로, 10 μm 미만의 미세 비-금속성 함유물을 60% 넘게, 바람직하게는 70% 넘게, 보다 바람직하게는 약 80% 넘게 제거할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 함유물의 크기 또는 필터 다공성은 입자 또는 기공의 평균 직경(숫자로 표시)을 지칭한다.
본 발명의 물질은 내화물 상에서 코팅 조성물로서 사용될 수 있다.
따라서, 또 다른 목적에 따르면 본 발명은 또한, 본 발명의 물질을 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이다. 전형적으로, 상기 코팅 조성물은 금속 용융물 또는 슬래그에 대한 코팅 필터에 사용될 수 있다.
따라서, 또 다른 목적에 따르면 본 발명은 또한, 본 발명의 물질을 포함하는 세라믹에 관한 것이다.
또 다른 목적에 따르면, 본 발명은 본 발명의 물질의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 칼슘 알루미네이트와 탄소의 혼합물을 감압 하에 550℃ 내지 1600℃, 전형적으로 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 반응은 인 시추에서 수행될 수 있으며, 따라서 물질은 금속 용융물 내에서 열 처리를 받을 때 제조되며, 여기에 탄소 및 칼슘 카르보네이트가 첨가된다.
대안적인 실시형태에 따르면, 상기 공정은 칼슘 알루미네이트와 탄소의 조합에 열 처리를 적용함으로써 수행될 수 있다.
상기 세라믹은 금속 용융물 또는 슬래그용 필터에 사용될 수 있다.
따라서, 또 다른 목적에 따르면 본 발명은 본 발명의 반응성 물질을 포함하는, 금속 용융물 또는 슬래그용 필터에 관한 것이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 필터는 본 발명의 세라믹으로 제조될 수 있다. 대안적인 실시형태에 따르면, 상기 필터는 세라믹으로 제조되고 본 발명의 코팅 조성물로 코팅될 수 있으며, 여기서 상기 세라믹은 본 발명의 활성 물질의 운반체 물질로서 작용한다.
본원에서 지칭된 바와 같은 상기 필터는, 금속 용융물 또는 슬래그의 정련에 일반적으로 사용되는 임의의 필터를 일컬을 수 있다. 필터의 구조는 통성적인 유형, 예컨대 오픈-셀 폼(open-cell foam), 벌집 기하학적 모양, 스파게티 필터 기하학적 모양, 관통된 필터 기하학적 모양, 매쉬드 섬유(mashed fiber) 구조, 섬유성 조직 구조, 구체 구조일 수 있다.
전형적으로, 활성 표면 코팅 및 운반체 물질로서의 세라믹은 칼슘 알루미네이트 및 탄소의 동일한 화학적-상(phase) 컴포넌트를 가질 수 있다.
그러나, 본 발명의 코팅을 위한 기판으로 사용되는 필터의 성질에는 제약이 없다. 폴리우레탄과 같이 다양한 조성의 필터가 적합한 기판으로서 간주될 수 있다.
이러한 필터의 사용은 필터와 관련된 비용을 감축시키는 데 유익할 수 있다.
추가의 목적에 따르면, 본 발명은 세라믹 필터를 본 발명의 코팅으로 코팅시키는 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 상기 방법은:
- 물 내에서 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계;
- 상기 슬러리를 필터 상에 분무함으로써 상기 필터를 코팅시키는 단계;
- 선택적으로, 코팅된 필터를 건조하는 단계; 및
- 상기 코팅된 필터를 열처리하는 단계
를 포함한다.
일반적으로, 슬러리는 또한, 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 고체 내의 슬러리 농도는 일반적으로, 40% 내지 80%(중량/부피)이다.
열 처리(열분해)는 전형적으로, 감압 하에 550℃ 내지 1600℃, 전형적으로 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행된다.
상기 필터는 보편적인 세라믹 필터일 수 있거나, 또는 본 발명의 세라믹을 포함하는 필터일 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명의 코팅 조성물로 코팅된 내화성 컴포넌트에 관한 것이다.
일 실시형태에 따르면, 내화성 컴포넌트는 옥사이드 응집물, 예컨대 알루미나, 지르코니아, 마그네시아, 칼시아(Calcia) 및/또는 금속, 예컨대 실리콘, 알루미늄 등을 추가로 포함할 수 있다.
추가의 목적에 따르면, 본 발명은 또한, 본 발명의 반응성 물질로 코팅된 내화물에 관한 것이다.
반응성 물질은 응집물 형태로 존재할 수 있고, 추가의 옥사이드 응집물, 예컨대 알루미나, 지르코니아, 마그네시아, 칼시아 및/또는 금속, 예컨대 실리콘, 알루미늄 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 응집물은 미세하게 알갱이화(grained)(100 μm 미만의 알갱이)될 수 있거나 또는 거칠게 알갱이화(100 μm 초과 10 mm 미만의 알갱이)될 수 있다.
상기 내화성 컴포넌트는 금속공학 디바이스, 예컨대 금속 용융물의 연속 캐스팅에서 노즐 또는 슬라이드의 일부일 수 있다.
응집물은 겔화제, 예컨대 소듐 알기네이트를 이용하여 비드를 형성함으로써, 또는 분무 건조 또는 펠렛화에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 목적에 따르면, 본 발명은 또한, 본 발명의 상기 물질을 금속 용융물 또는 슬래그와 접촉시키는 단계를 포함하는, 금속 용융물 또는 슬래그의 정련 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 접촉 단계는:
a) 물질을 금속 용융물 상에 커버링 분말(covering powder)로서 적용하여, 응집물을 형성하는 수단;
b) 미립자, 예컨대 분말, 과립, 구체, 비드, 응집물 또는 펠렛 형태의 물질을, 예컨대 슬래그 또는 용융물을 함유하는 용기의 다공성 플러그를 통해 용융물 내에 적용하는 수단;
c) 물질을, 슬래그 또는 용융물을 함유하는 용기의 라이닝(lining)으로서 적용하는 수단; 또는
d) 금속 용융물 또는 슬래그를 필터, 예컨대 본 발명의 활성 물질로 코팅된 필터 또는 본 발명의 세라믹을 포함하는 필터를 이용하여 여과함으로써 정련하는 수단
과 같은 다양한 수단들에 의해 달성될 수 있다.
금속 용융물/슬래그는 반응성 물질을 이용한 정련에 촉매적으로 기여하는 것으로 가정되었다.
금속과 접촉 시, 반응성 물질 및 금속은 상호작용하여, 비-금속 함유물을 포착하여 수합할 수 있는 서브옥사이드를 포함하는 층을 형성한다.
실시형태 b)에서, 반응성 물질의 비드/응집물은 Oppelt et al., Metallurgical and Materials Transactions B, 2014, 453, 2000-2008에 의해 개시된 방법의 적용/채택에 의해 제조될 수 있다.
간략하게는, 이러한 비드/응집물은, 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 겔화제, 예컨대 소듐 알기네이트 및 고형화제, 예컨대 칼슘 클로라이드와 혼합하고, 후속해서 체질(sieving)하고, 건조한 다음 열분해함으로써 제조될 수 있다.
이렇게 해서 수득된 비드는 강철 레이들(ladle), 강철 처리 레이들 또는 컨버터(converter) 내에서 다공성 플러그를 통해 금속 용융물 내로 아르곤 기체와 함께 혼입될 수 있다.
본 발명은 또한, 활성 물질을 겔화제와 함께 포함하는 이러한 비드, 이들의 제조 방법, 및 이들을 사용한 상응하는 정련 방법에 관한 것이다.
도 1: CA2/C-기능성 코팅제로 코팅된 탄소 결합된 알루미나 기판.
도 2: 강철 용융물의 온도 및 산소의 진전.
도 3: 대략 1650℃에서 강철 용융물 내에서의 침지(dipping) 시험 후, 프리즘 필터 시료.
도 4: 함유물에 대한 수합기로서 기여하는, 인 시추에서 형성된 얇은 칼슘 알루미네이트 - 층.
도 5: 인 시추에서 형성된 얇은 칼슘 알루미네이트 - 층 및 이의 거칠기.
도 6: 알루미나 함유물의 기능성 수합기로서 기여하는 얇은 칼슘 알루미네이트 층.
하기 실시예는 본 발명을 예시적이며 비제한적인 목적을 위해 제공된다.
실시예 I
a) 64 질량%의 CA2 칼슘 알루미네이트, 30 질량% Carbores P(합성 피치), 2.7 카본 블랙 및 3.3 그래파이트의 고체를 함유하는 수-기반 분무 슬러리를 제조하였다. 분무 슬러리의 고체 함량은 65 질량%이었고, 붕산, 시트르산, 카스타멘드 VP 95 L, 콘트라품 K 1012 및 암모늄 리그니설포네이트를 첨가제로서 사용해 왔다. 1 인치 당 10개의 기공을 갖는 이미 예비-열분해된 탄소 결합된 알루미나 폼 필터를 분무 슬러리를 이용하여 코팅시키고, 건조하고, 이후 코트 베드(coke bed) 내에서 800℃에서 열분해하였다. 도 1에, 열분해 후 CA2 /탄소 코팅을 갖는 탄소 결합된 알루미나 기판이 나타나 있다.
유사한 코팅을, 95% 칼슘 알루미네이트 및 5% 탄소를 포함하는 물질을 이용하여 달성하였다.
b) 상기와 같이 코팅된 프리즘 필터(도 3)를, 철 옥사이드의 도움을 받아 산화되고 Al의 도움을 받아 탈산화된 42CrMo 강철 용융물(용융된 배쓰 상에서 분위기 내에서 완전 조절되는 분위기, Ar 블로잉(blowing), 0 ppm 산소를 갖춘 특수 용융 디바이스 내에서) 내에 침지하였다. 도 2에서, 온도 및 강철의 산소의 진전을 나타낸다. 강철 용융물을 탈산화한 후, 프리즘 필터 시료를 강철 내에서 30초 동안 침지하고, 대략 1650℃에서 30 rpm에서 회전시켰다. 침지 후, 필터 시료를 꺼내고, 아르곤 챔버 내에서 냉각시킨 후, 용융 디바이스 밖으로 시프트하였다.
도 4는, 기능화되는 CA2/탄소 - 코팅의 표면 상에서 인 시추 얇은 반응성 층의 형성을 나타낸다. 이러한 인 시추 층의 상부에서, 알루미나 함유물이 검출되었다.
도 5에, CA2-코팅 상의 이러한 얇은 층을 나타내며; 얇은 층은 아래에서 기판의 "모양을 갖춘다"(도 5, 우측). 효과적인 수합기로서 높은 거칠기를 갖는 반응성 층이 생성된다.
도 6에, 인 시추에서 형성된 얇은 CA2-층 상에서의 알루미나 함유물의 포착을 나타낸다. EDX 분석에서 탄소는, SEM-현미경 사진을 생성하기 위해 시료의 탄소와 함께 박막증착(sputtering)함으로써 비롯된다.
도 6에서 1번, 2번 및 3번으로 매긴 함유물 영역들을 분석하였다. 이들 함유물의 원소 분석을 확인하였으며, 하기에 상세히 나타낸다:
#1:
Figure 112018101780819-pct00001
#2:
Figure 112018101780819-pct00002
#3:
Figure 112018101780819-pct00003
실시예 II
66 질량%의 CA6/칼슘 알루미네이트, 30 질량%의 Carbores P(합성 피치), 2.7 카본 블랙 및 3.3 그래파이트의 고체 기반 함침 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 고체 함량은 77 질량%이었고, 붕산, 시트르산, 카스타멘드 VP 95 L, 콘트라품 K 1012 및 암모늄 리그니설포네이트를 첨가제로서 사용해 왔다. 함침 슬러리에서, 1 인치 당 10개의 기공을 갖는 폴리우레탄(PE) 폼을 침지시켰으며, 코팅된 PE 폼에 공기를 처리하여, 기능성 마크로 기공을 열었고, 건조 후, 65 질량% 고체와 함께 분무 슬러리를 적용하였다. 제2 건조 후, 필터를 코트 베드 내에서 800℃에서 열분해하였다.
이 실시예는, 본 발명의 물질로 형성된 코팅이, 서로 다른 조성의 골격(본원에서는 플라스틱) 상에서 달성될 수 있음을 보여준다.
그런 다음, 상기와 같이 코팅된 필터는 상기 실시예 I에서와 같이 단계 b)를 수행함으로써 금속 용융물의 정련에 사용될 수 있다.
실시예 III
탄소/칼슘 알루미네이트 복합적인 비드/응집물은 Oppelt et al. in Metallurgical and Materials Transactions B, 2000, 45B, 2014, 2000-2008에 개시된 바와 같이 알기네이트 겔화에 의해 겔-캐스팅 공정을 사용하여 제조되어 왔다.
이러한 방법은 수용액 내에서 고형화제로서 칼슘 이온과 직접적으로 접촉되는 소듐 알기네이트의 겔화를 기반으로 한다. 조절 가능한 캐스팅은 소듐 알기네이트, 안정화제 및 가소제의 사용을 통해서 가능하다. 소듐 알기네이트는 겔화 시약으로서 역할을 하며, 이는 실온에서 탈이온수에서 용해될 수 있다. 이는, 순차적인 블록 구조로 조합되는 만누론산(mannuronic acid) 및 굴루론산(guluronic acid)으로 구성된 다당류이다.
적가 과정 동안, 소듐 알기네이트 및 칼슘 이온은, 각각 서로의 분자 사슬을 끌어 당김으로써 반응하고, 3차원 네트워크를 형성하며, 이는 직경이 0.5 mm 내지 5 mm인 비드/응집물의 형성을 초래한다.
64 g의 칼슘 알루미네이트 및 36 g의 탄소(독일 소재의 Ruetgers사의 Carbore와 같은 합성 피치 형태; 그래파이트 및 그을음) 분말을 혼합하였다(64 질량%의 CA2 칼슘 알루미네이트, 30 질량% Carbores P, 2.7 카본 블랙 및 3.3 그래파이트).
분말 혼합물 및 29 ml의 물을, 0.4 g의 겔화제(소듐 알기네이트) 및 가소제로서 0.6 g의 Darvan C(Vanderbilt사)를 기반으로 한 1 g의 첨가제 혼합물을 15분 동안 균질화하고, 마지막으로 폴리프로필렌 챔버 내에서 지르코니아 분쇄 매질을 이용하여 3시간 동안 분쇄(mill)하였다. 분말 : 물의 비율은 70 : 30이었다.
복합적인 현탁액을 99.2 ml의 물을 포함하는 액체에 고형화제 0.8 g 칼슘 클로라이드와 함께 적가하였으며, 침강이 발생하였다. 습식 녹색 비드를 체(sieve)의 도움을 받아 물로부터 제거하고, 후속적으로 313.15 K에서 24시간 동안 건조하였다. 이후, 비드/응집물을 800℃에서 열분해하였다.
이들 비드/응집물은 강철 레이들, 강철 처리 레이들 또는 컨버터 내에서 다공성 플러그를 통해 아르곤 기체와 함께 금속 용융물에 혼입될 수 있다.
실시예 IV
황 함량이 0.035%인 42CrMo4 강철을 실시예 II의 필터를 이용하여 정련하였다.
함유물을, (i) 정련 이전, 및 (ii) 정련 이후에 금속 용융물 내에서 자동 SEM을 이용하여 특징화하였다:
(i) 임의의 필터 침지 없이 Al 첨가 후 O 10 ppm 미만의 전처리된 강철(참조):
총 함유물: 3917
주요 그룹:
알루미나-기반 함유물: 940
갈락사이트(Galaxite)-기반 함유물: 62
MnO/MnS 함유물: 2335
+ 다른 함유물　　
(ii) 10초 동안의 칼슘 알루미네이트/탄소 필터 침지와 함께 Al 첨가 후 O 10 ppm 미만의 전처리된 강철:
총 함유물: 680
알루미나-기반 함유물: 350
갈락사이트-기반 함유물: 10
MnO/MnS 함유물: 10
+ 다른 함유물
상기 결과는, 실질적으로 모든 함유물들이 성공적으로 제거되었다는 점에서 금속 용융물이 정제되었다는 증거를 제공한다.

Claims (16)

  1. 금속 용융물 또는 슬래그에서 비-금속 함유물을 수합하기 위한 반응성 수합기 물질(collector material)로서,
    상기 물질은 기판을 포함하고,
    상기 기판은:
    - 분말 형태의 칼슘 알루미네이트 50 %(중량) 내지 90 %(중량);
    - 분말 형태의 탄소 10 %(중량) 내지 50 %(중량); 및
    - 0 %(중량) 내지 10 %(중량)의 하나 이상의 첨가제, 금속 또는 이들의 혼합물
    을 포함하고,
    상기 물질은 금속 용융물 또는 슬래그와 반응하여 비-금속 함유물을 수합할 수 있는 층을 생성할 수 있는, 반응성 수합기 물질.
  2. 제1항에 있어서,
    - 칼슘 알루미네이트 분말의 입자 크기가 100 μm 미만이고;
    - 탄소의 입자 크기가 20 μm 내지 50 μm의 범위
    인, 반응성 수합기 물질.
  3. 제1항에 있어서,
    금속 용융물 또는 슬래그와 접촉 시,
    - 칼슘 알루미네이트가 탄소와 반응하고, 1000℃ 이상의 온도에서 칼슘 알루미네이트 서브옥사이드(suboxide)를 형성하며;
    - 칼슘 및 알루미늄 중 적어도 하나가 금속 용융물과 접촉 시 적어도 부분적으로 탈탄소화된(decarburized) 칼슘 알루미네이트 구역 상에 증착되고;
    - 얇은 고체 칼슘 알루미네이트 층이 이들 서브옥사이드와 금속 용융물의 산소와의 반응으로 인해 인 시추에서 형성됨으로써,
    활성화된 수합기 물질이 형성된다는 점에서, 반응성인, 반응성 수합기 물질.
  4. 청구항 제1항에 따른 반응성 수합기 물질을 포함하는 활성화된 수합기 물질로서,
    상기 반응성 수합기 물질은 추가로 칼슘 알루미네이트 코팅층을 포함하는, 활성화된 수합기 물질.
  5. 제4항에 있어서,
    코팅층의 두께가 200 nm 내지 10 μm인, 활성화된 수합기 물질.
  6. 제1항에 따른 반응성 수합기 물질을 포함하는 세라믹.
  7. 제1항에 따른 반응성 수합기 물질을 포함하는 코팅제.
  8. 제6항에 따른 세라믹을 포함하는, 금속 용융물 또는 슬래그용 필터.
  9. 제7항에 따른 코팅제를 포함하는, 금속 용융물 또는 슬래그용 필터.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 필터가 오픈-셀(open-cell) 벌집 기하학적 모양, 스파게티 필터 기하학적 모양, 관통된 필터 기하학적 모양, 매쉬드 섬유(mashed fiber) 구조, 섬유성 조직 구조, 구체 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 필터.
  11. 제7항에 따른 코팅제로 코팅된 내화성 컴포넌트(refractory component).
  12. 금속 용융물 또는 슬래그의 정련 방법으로서,
    제1항에 따른 반응성 수합기 물질을 하기 단계들에 의해 상기 금속 용융물 또는 슬래그와 접촉시키는 단계를 포함하는, 정련 방법:
    - 활성 물질을 금속 용융물에 커버링 분말(covering powder)로서 적용하여, 응집물을 형성하는 단계;
    - 상기 활성 물질을 과립, 분말 또는 구체로서 용융물 내에 적용하는 단계;
    - 상기 활성 물질을, 슬래그 또는 용융물을 함유하는 용기의 라이닝(lining)으로서 적용하는 단계; 또는
    - 금속 용융물 또는 슬래그를 제8항 또는 제9항에 따른 필터를 이용하여 여과하는 단계.
  13. 제1항에 따른 반응성 수합기 물질의 제조 방법으로서,
    칼슘 알루미네이트와 탄소의 혼합물을 감압 하에 550℃ 내지 1600℃의 온도에서 처리하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  14. 세라믹 필터를 제7항에 따른 코팅제로 코팅시키는 방법으로서,
    상기 코팅 방법은:
    - 물 내에서 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계;
    - 상기 슬러리를 필터 상에 분무함으로써 상기 필터를 코팅시키는 단계; 및
    - 상기 코팅된 필터를 열처리하는 단계
    를 포함하는, 코팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬러리 내에서 고체의 농도가 40 %(중량/부피) 내지 80 %(중량/부피)인, 코팅 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 열처리가 감압 하에 550℃ 내지 1600℃ 또는 700℃ 내지 900℃의 온도에서 수행되는, 코팅 방법.
KR1020187029875A 2016-03-16 2017-03-16 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도 KR102516229B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16305289.7 2016-03-16
EP16305289.7A EP3219692A1 (en) 2016-03-16 2016-03-16 Reactive material based on calcium aluminate and carbon, its process of preparation and its uses for refining metal melts or slags
PCT/EP2017/056296 WO2017158121A1 (en) 2016-03-16 2017-03-16 Reactive material based on calcium aluminate and carbon, its process of preparation and its uses for refining metal melts or slags

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190033465A KR20190033465A (ko) 2019-03-29
KR102516229B1 true KR102516229B1 (ko) 2023-03-29

Family

ID=55646499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187029875A KR102516229B1 (ko) 2016-03-16 2017-03-16 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도

Country Status (8)

Country Link
US (2) US20190071356A1 (ko)
EP (2) EP3219692A1 (ko)
JP (1) JP6961673B2 (ko)
KR (1) KR102516229B1 (ko)
CN (1) CN109311764A (ko)
BR (1) BR112018068725B1 (ko)
WO (1) WO2017158121A1 (ko)
ZA (1) ZA201806023B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110041085A (zh) * 2019-04-08 2019-07-23 武汉科技大学 一种钙碳复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070266902A1 (en) * 2006-05-16 2007-11-22 Harsco Technologies Corporation Regenerated calcium aluminate product and process of manufacture
JP4353627B2 (ja) * 2000-11-22 2009-10-28 花王株式会社 フィルター
JP2013147693A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Osaka Kohai Kk 精錬剤
DE102014108843A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-24 Thyssenkrupp Ag Gießpulver, Gießschlacke und Verfahren zum Gießen von Stahl

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3164482A (en) * 1962-09-18 1965-01-05 Harbison Walker Refractories Refractory lining
US3607234A (en) * 1968-06-08 1971-09-21 Nippon Kokan Kk Steel-refining composition containing portland cement and fluorspar
GB9206946D0 (en) * 1992-03-31 1992-05-13 Foseco Int Tundish cover layer
US5366535A (en) * 1992-12-07 1994-11-22 Premier Services Corporation Basic tundish covering compound
US6179895B1 (en) * 1996-12-11 2001-01-30 Performix Technologies, Ltd. Basic tundish flux composition for steelmaking processes
CN1182077C (zh) * 2001-06-07 2004-12-29 上海交通大学 铝熔体净化复合过滤器表面涂覆工艺
DE102006021225A1 (de) * 2006-05-06 2007-11-08 Tu Bergakademie Freiberg Verfahren für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen durch Gießformgebung und/oder bildsame Formgebung
CA2663798C (en) * 2006-09-21 2016-01-19 Kenneth A. Mcgowan Methods of use of calcium hexa aluminate refractory linings and/or chemical barriers in high alkali or alkaline environments
CN101406781A (zh) * 2007-10-08 2009-04-15 济南圣泉集团股份有限公司 一种含有碳涂层的陶瓷过滤器及其制造方法
DE102011109681B4 (de) 2011-08-08 2014-07-17 Technische Universität Bergakademie Freiberg Stahlschmelzefilter und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102011109684B4 (de) 2011-08-08 2014-06-12 Technische Universität Bergakademie Freiberg Stahl- oder Aluminiumschmelzefilter aus reaktiver Keramik
CN104311072B (zh) * 2014-10-09 2016-08-17 宁夏天纵泓光余热发电技术有限公司 熔铝炉浇注料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4353627B2 (ja) * 2000-11-22 2009-10-28 花王株式会社 フィルター
US20070266902A1 (en) * 2006-05-16 2007-11-22 Harsco Technologies Corporation Regenerated calcium aluminate product and process of manufacture
JP2013147693A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Osaka Kohai Kk 精錬剤
DE102014108843A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-24 Thyssenkrupp Ag Gießpulver, Gießschlacke und Verfahren zum Gießen von Stahl

Also Published As

Publication number Publication date
BR112018068725A2 (pt) 2019-01-22
EP3219692A1 (en) 2017-09-20
JP2019513686A (ja) 2019-05-30
WO2017158121A1 (en) 2017-09-21
JP6961673B2 (ja) 2021-11-05
US20190071356A1 (en) 2019-03-07
EP3429979A1 (en) 2019-01-23
BR112018068725B1 (pt) 2023-10-24
KR20190033465A (ko) 2019-03-29
ZA201806023B (en) 2019-11-27
US20210024421A1 (en) 2021-01-28
CN109311764A (zh) 2019-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dudczig et al. Characterization of carbon-bonded alumina filters with active or reactive coatings in a steel casting simulator
DE102011109681B4 (de) Stahlschmelzefilter und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN111099881B (zh) 具有多重孔结构的多孔氧化镁基陶瓷过滤器及其制备方法
US9315426B2 (en) Coatings for refractory substrates
US11702366B2 (en) Magnesium aluminate spinel reinforced magnesium oxide-based foam ceramic filter synthesized in situ from magnesium oxide whisker, and preparation method therefor
CN110981540B (zh) 含功能涂层多重孔结构的多孔氧化镁基陶瓷过滤器及其制备方法
Wetzig et al. Carbon‐Bonded Alumina Spaghetti Filters by Alginate‐Based Robo Gel Casting
KR102516229B1 (ko) 칼슘 알루미네이트 및 탄소를 기반으로 한 반응성 물질, 이의 제조 방법, 및 금속 용융물 또는 슬래그의 정련을 위한 이의 용도
Bock et al. Impact of spinel forming systems (Fe-/Mg-/Mn-Al-O) as functional coating materials for carbon-bonded alumina filters on steel melt filtration
Storti et al. Filter coatings based on combination of nanomaterials for steel melt filtration
US4708740A (en) Technique for forming silicon carbide coated porous filters
KR102132380B1 (ko) 폐촉매를 이용한 물품의 제조 방법과 이 방법에 의해 제조된 물품
WO2016144899A1 (en) Metallurgical slag coatings for refractory substrates
Storti Functionalization of carbon-bonded ceramic foam filters with nano-scaled materials for steel melt filtration
KR102177080B1 (ko) 습식 공정 슬러지를 이용한 물품의 제조 방법과 이 방법에 의해 제조된 물품
JP4353627B2 (ja) フィルター
CN110372373A (zh) 一种耐温多孔钛酸铝陶瓷的制备方法
JPH10130066A (ja) アルミナ系の耐火物廃材を用いた流し込み材の製造方法
Wetzig New approaches for steel melt filtration in continuous casting of steel
CN101328074B (zh) 陶瓷颗粒粘结剂、其制备方法及用其制备陶瓷颗粒的方法
Dudczig et al. Registration of Filtration Efficiency of Active or Reactive Filters in Contact with Steel Melt in a Steel Casting Simulator
JP3090873B2 (ja) 鋳型とその製造方法
KR920005403B1 (ko) CaO 내화재의 제조방법
Storti et al. REACTIVE FILTER COLLECTORS BASED ON CALCIUM ALUMINATES WITH CARBON FOR CLEAN STEEL APPROACHES
JP2001328879A (ja) アルミナ質多孔体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant