KR19990052230A - 내산화성 및 내침식성이 우수한 흑연질 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 관한 것이며; 그 목적은 고온에서의 내산화성 및 내침식성이 우수한 알루미나-흑연계 내화물을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Al₂0₃-SiC-C계 내화조성물에 있어서, Al₂0₃-SiC-C계 내화물 100중량%에 순도 94-98%의 MgO분말이 상기 탄화규소(SiC)함량에 대해 9-23중량%로 함유되어 이루어지는 내산화성 및 내침식성이 우수한 흑연질 내화물에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

내산화성 및 내침식성이 우수한 흑연질 내화물

본 발명은 Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적정량의 MgO가 함유되어 우수한 고온 내산화성 및 내침성을 갖는 Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 관한 것이다.

알루미나계 내화물은 내화도와 하중 연화점이 높으며 기계적 강도가 커서 내마모성이 크고 염기도(CaO/SiO₂)가 낮은 슬래그(slag)에 대한 침식 저항이 큰 장점이 있다. 그러나, 열전도율이 낮고 열팽창이 비교적 커 급격한 온도 변화가 발생되는 곳에서는 충분한 열충격 저항성을 갖고 있지 않기 때문에 부적합한 것으로 알려져 있다.

한편, 흑연은 슬래그와의 접촉각이 크고 젖음성이 없으며, 열전도율이 높아 주위 온도의 급격한 변화에 대해 강한 저항성을 가지며, 화학적으로도 중성으로서 고염기도의 슬래그에 대하여 강한 내침식성을 갖고 있다. 이와같은 흑연의 특성을 이용하여 알루미나계 내화물의 단점을 개선하기 위해 만든 것이 알루미나-흑연계 내화물인데, 이 경우 고온에서 산화하기 쉬운 흑연의 단점이 나타난다.

이를 보완하기 위해 알루미나-흑연계 내화물에 SiC, 금속 Si, Al, Mg 등의 산화방지제를 첨가하는 방법(Taikabutsu, 46(6), p.305~311(1994))을 사용하고 있으나, 주위 분위기에 따라 산화방지 효과의 변동이 심하고 고가인 단점이 있다.

상기 단점들을 개선하고자 연와의 표면에 산화방지 피막을 도포하는 방법(Taikabutsu, 39(12), p.695~696(1987))이 적용되고 있으나, 1400℃ 이상의 고온에서 유약이 흘러내리는 등의 문제점으로 내침식성 향상의 한계가 있다. 또한, 저융점 복합산화물(frit)을 산화 방지제로 사용하고 있으나(Taikabutsu, 41(11), p.643(1990)), 이 역시 고온에서 내산화성에 한계가 있으며 과량 첨가시 내침식성이 저하되는 단점이 있다.

한편, Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 MgO 분말을 첨가하여 침식을 억제한다는 보고(일본공개특허공보 平6-287057, Taikabutsu, 41(11), p.10(1989), CAMP-ISIJ, vol.5, p.237(1992))가 있는데, 이 경우는 MgO와 스피넬((MgO·Al₂0₃))생성에 의한 높은 열팽창성을 이용하여 연와축조시 연와간에 접하는 부위인 목지부의 침식을 억제하는데, MgO 첨가의 주목적이 있다. 하지만, MgO의 첨가량이 적절하지 않아서 고온에서 시편 자체의 내산화성이나 내식성 향상에는 한계가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고온에서의 내산화성 및 내침식성이 우수한 알루미나-흑연계 내화물을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 유도 용해로를 이용한 침식시험 장치를 나타내는 일례도이다;

도 2는 도 1의 A-A, B-B선에 따른 C-C의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1… 내화물 시편 2… 유도 용해로

3… 도가니 4… 용선

5… 슬래그 6… 충진제

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내화물은, Al₂0₃-SiC-C계 내화조성물에 있어서, Al₂0₃-SiC-C계 내화물 100중량%에 순도 94-98%의 MgO분말이 상기 탄화규소(SiC)함량에 대해 9-23중량%로 함유되어 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 MgO·Al₂0₃의 스피넬을 형성하여 내산화성 및 내침식성이 향상되도록 Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 MgO 분말을 함유시켜는데, 그 특징이 있다.

구체적으로 설명하면, Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 MgO 분말이 함유되면 약 1200℃ 이상에서 MgO와 Al₂0₃간의 반응으로 스피넬(MgO·Al₂0₃)이 형성되고, 이 스피넬의 형성으로 수반되는 부피 팽창에 의해 기공조직이 치밀화되어 산화성 기체의 침투 속도가 감소되고, 따라서 흑연의 산화속도가 감소된다. 또한, 슬래그에 대한 내침식성이 우수한 스피넬의 형성으로 내화물의 내침식성도 향상된다.

이를 위해 무엇보다 중요한 것은 MgO의 적정 함유량이다. 본 발명에 의하면, Al₂0₃-SiC-C계 내화물은 1300℃ 이상에서 SiC의 산화에 의해 SiO(g), SiO₂등이 생성되며, 이 산화물은 내화물의 구성성분인 Al₂0₃및 첨가한 MgO간의 화학 반응으로 MgO-Al₂0₃-SiO₂계 액상(융점이 1300~1400℃)이 형성되는데, 이러한 액상의 생성량은 부원료인 SiC와 첨가제인 MgO의 함량에 따라 결정되는 것을 확인하였다.

이와 같이 생성되는 MgO-Al₂0₃-SiO₂계 액상은 내화물의 기공을 충진하거나, 내화물 표면에 액상피막을 형성함으로서 주위 분위기로부터 확산되는 산화성 기체와 흑연간의 접촉을 방해하므로 흑연의 산화가 지연시킨다. 흑연의 산화가 지연되면 슬래그에 대한 반응성 및 젖음성이 낮은 흑연의 잔류량이 상대적으로 증가하므로 슬래그에 대한 내화물의 내침식성도 증가하게 된다.

하지만, 액상의 생성량이 과다하면 고온에서 액상소결에 의해 입자들의 재배열과 기공들의 조대화가 진행되어 기공의 크기가 커지므로, 슬래그의 침투가 용이해져서 시편의 내침식성이 저하된다.

따라서, MgO와 탄화규소(SiC)가 적절히 함유되는 것이 필요하다. 본 발명에 의하면 MgO 분말의 함량은 Al₂0₃-SiC-C중의 탄화규소(SiC)함유량에 대해 9-23중량%로 함유되는 것이 좋다. 그 이유는 9중량% 보다 적으면 생성되는 액상의 양이 적어 내침식성 및 내산화성 향상이 적으며, 23중량% 보다 많으면 고온에서 생성되는 액상의 양이 많아 내산화성은 향상되지만 내침식성은 오히려 감소하기 때문이다.

그리고, 본 발명에 적합한 MgO 분말은 순도가 94-98%인 것이 바람직하다. 그 이유는 MgO의 함량이 94중량%보다 적으면 Al₂0₃-SiC-C계 내화물의 구성 성분과 반응하여 고온에서 생성되는 저융점 액상의 양이 많아 내침식성이 감소하며, MgO의 함량이 98중량%보다 많아도 내산화성의 향상 정도는 크지 않는 대신 제조원가가 상승하기 때문이다.

상기와 같은 순도를 가진 MgO 분말의 입경은 통상 내화물분야에서 이용하는 입도면 가능하나, 보다 바람직하게는 0.074mm이하인 것이다. 만일 0.074mm 보다 크면 분말의 비표면적이 작아 화학 반응이 느리게 진행되므로 고온에서 내침식성 및 내산화성 향상이 크지 않다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

Al₂0₃:69~74중량%, SiC:11중량%, C:13~14중량%의 조성을 갖는 Al₂0₃-SiC-C계 내화물에 MgO 분말을 탄화규소 함량에 대해 9~23중량%로 첨가한 후 페놀수지를 전체 중량에 대해 3~4 중량% 첨가하여 혼련하여 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조한 시편의 무게감소율과 내침식성을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

이때, 무게감소율은 가스 소성로를 이용하여 1200~1400℃ 범위에서 산화시험을 행하고, 시편의 무게 감소율을 측정하였다.

그리고, 내침식성은 일반적으로 사용하는 고주파 유도 용해로를 이용하여 시편의 내침식성을 평가하였는데, 그 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 유도용해로 도가니에 시료들을 6각 판상으로 설치한 다음 용선(pig iron)을 투입하여 완전히 용해시킨 후, 아래 표 1의 화학조성을 가지는 슬래그를 집어넣어 용해된 것을 확인한 다음 1시간동안 유지시키고 나서, 각 시편의 침식 깊이를 측정하였다.

성분	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	Na2O	T-Fe
중량%	48.62	18.90	1.55	1.80	0.06	13.55

	MgO 분말의 특성	무게 감소율(%)	침식깊이 (mm)
	순도(%)	입경(mm)		함량(%)	1200℃	1300℃	1400℃
비교예	1	90	-0.074	23	11.2	9.2	7.4	2.52
	2	98	-1.0	15	12.5	11.9	10.4	2.20
	3	98	-0.074	5	12.6	12.0	10.1	2.25
	4	98	-0.045	40	11.1	9.3	7.3	2.45
	5	MgO 첨가하지 않은 시편	12.9	12.2	10.5	2.12
실시예	1	98	-0.074	20	11.6	10.1	7.7	1.69
	2	95	-0.074	20	11.4	9.7	7.5	1.72
비교예	6	99.9	-0.045	23	11.3	9.9	7.8	1.71

상기 표 2에 나타낸 바와같이, 사용한 MgO 분말의 입경 및 순도가 본 발명의 범위를 벗어난 것을 사용하여 제조된 비교예(1~4)의 경우는 고온에서 내산화성 및 내침식성의 향상이 적거나 MgO를 첨가하지 않은 시편(5)과 유사하다.

반면에 본 발명의 조건 범위로 제조된 실시예(1~2)에서는 내산화성 및 내침식성의 향상이 뚜렷함을 알 수 있었다. 본 발명의 실시예에서 비교예(6)은 내산화성 및 내침식성은 우수하나, 순도가 너무 높아 제조원가가 너무 상승하여 본 발명에서 제외하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 Al₂0₃-SiC-C계 내화물의 고온에서의 내산화성 및 슬래그에 대한 내침식성을 향상시킴으로써 내화물의 사용수명을 늘릴 수 있다.

Claims (2)

1. Al₂0₃-SiC-C계 내화조성물에 있어서,

   Al₂0₃-SiC-C계 내화물 100중량%에 순도 94-98%의 MgO분말이 상기 탄화규소(SiC)함량에 대해 9-23중량%로 함유됨을 특징으로 하는 내산화성 및 내침식성이 우수한 흑연질 내화물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 MgO분말은 0.074mm 이하의 입경임을 특징으로 하는 내화물.