KR20000006654A

KR20000006654A - 마그네시아-카본계 내화물

Info

Publication number: KR20000006654A
Application number: KR1019990040105A
Authority: KR
Inventors: 박세민; 한상무; 홍기곤
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원; 홍상복; 포스코신기술연구조합
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 마그네시아-카본계 내화물은 마그네시아 클링커를 73-78 중량%, 인상흑연을 13-18 중량%, 액상 페놀수지를 2-3 중량%, 고상 페놀수지를 1-2 중량%, 붕산을 1-5 중량% 사용하거나, 또는 고상 페놀수지 대신에 연화점이 80-200℃인 석탄계 또는 석유계 피치를 사용하여 제조됨으로써, 붕산을 첨가한 것에 의해 내화물의 강도 및 내산화성을 향상시키고, 고가의 페놀수지 결합재를 저가의 석탄계 또는 석유계 피치로 대체한 것에 의해 내화물의 제조 원가를 대폭 절감하는 효과가 있다.

Description

마그네시아-카본계 내화물{MgO-C BASED REFRACTORY}

본 발명은 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 내화물 조성에 소량의 붕산(H₃BO₃)을 첨가하여 기존의 내화물보다 강도를 향상시키고 내산화성을 부여하거나, 또는 결합재로 사용하였던 고상 페놀수지를 일정한 연화점 이상의 석탄계 혹은 석유계 피치로 대체하여 내화물의 제조 원가를 줄인 고기능성 마그네시아-카본계 내화물에 관한 것이다.

일반적으로 마그네시아-카본계 내화물은 마그네시아 클링커에 카본질 원료를 첨가하고 유기질 특수 결합재를 사용하여 제조된 불소성 벽돌로서, 카본이 용강 및 슬래그와 반응하기 어려운 점을 이용하여 제강용 전기로의 노벽, 핫스팟(hot-spot) 부위, 또는 전로와 래들(ladle)의 내장용으로 사용되는 염기성 내화벽돌이다.

이와 같은 마그네시아-카본계 내화물은 1600℃ 정도의 고온과 고비중의 용강 중에서 사용되기 때문에 상온강도 및 고온강도와 같은 기계적 성질이 우수할 것이 요구될 뿐만 아니라, 용강이나 슬래그에 의한 침식 및 탄소재의 산화에 의한 내화물의 열화가 일어나지 않도록 내화학성이 우수하고, 또한 용강에 대한 내젖음성이 우수할 것 등이 요구된다.

이러한 특성을 만족시키기 위해 전융질 또는 소결 마그네시아 클링커와 탄소원으로는 인상흑연을 사용하여 내화물의 고온 특성 및 내식성 등을 향상시켜 왔다. 그러나 마그네시아 클링커와 인상흑연만으로는 성형체를 제작하기 어렵기 때문에, 실제 조업 중 분해반응에 의해 탄소가 생성될 수 있도록 비교적 높은 수율을 나타내는 수지를 성형조제인 결합재로 사용하여 성형하는 것이 보편적이다.

기존의 마그네시아-카본계 내화물 제조시 일반적으로 사용된 결합재로서는 액상의 페놀수지 및 고상의 페놀수지가 있으며, 통상적으로 이 둘을 함께 사용하여 결합재로서의 효과를 증진시킨다. 그러나, 이러한 수지의 가격은 고가로서, 특히 고상의 페놀수지를 고화시키기 위해서는 헥사민(hexamine) 등을 사용하기도 하며, 점도의 조절을 위해서 고가의 퍼퓨릴 알콜(furfuryl alcohol)이나 에틸렌 글리콜 등을 사용하기도 하여 내화물의 제조 원가가 상당히 향상되는 문제점이 있었다. 또한, 실제 내화물을 제강 조업 중에 사용하면 흑연으로 결정화하기 어려운 난흑연화성 탄소를 생성하여 내화물이 취성을 갖는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 결합재의 양을 가능한 한 적게 하면서 성형시의 결합력을 부여하기 위해 결합재 수지의 점도를 조절하거나, 유기 용매로 변성시킨 수지를 사용하는 방법(UNITECR '97 심포지움 회보) 등의 연구가 진행되어 왔다. 그러나 수지의 변성에 의해 결합재의 가격은 더욱 상승하였고 기대만큼의 특성 개선은 이루어지지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 기존의 마그네시아-카본계 내화물 조성에 붕산을 첨가하거나 또는 기존의 결합재 중 고상 페놀수지를 피치로 대체함과 동시에 붕산을 첨가함으로써, 기존의 내화물보다 강도를 향상시키고 내산화성을 부여하는 등 특성을 개선시키고, 제조 원가가 절감된 마그네시아-카본계 내화물을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 마그네시아 클링커를 73-78 중량%, 인상흑연을 13-18 중량%, 액상 페놀수지를 2-3 중량%, 고상 페놀수지를 1-2 중량%, 붕산을 1-5 중량% 사용하여 마그네시아-카본계 내화물을 제조한다.

이 때, 고상 페놀수지 대신에 연화점이 80-200℃인 석탄계 또는 석유계 피치를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 마그네시아 클링커를 73-78 중량%, 인상흑연을 13-18 중량%, 액상 페놀수지를 2-3 중량%, 연화점이 80-200℃인 석탄계 또는 석유계 피치를 1-2 중량% 사용하여 마그네시아-카본계 내화물을 제조한다.

상기한 피치를 사용할 때에는 1-5 중량% 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

일반적으로 마그네시아-카본계 내화물은 마그네시아 클링커와 인상흑연을 혼합하고, 이들의 성형조제로서 결합재를 첨가하여 성형체를 만든 후, 그 성형체를 200℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 열처리하여 제품으로 출고한다. 따라서, 내화물의 강도는 결합재의 강도에 의존하게 된다.

본 발명에서는 각 원료의 혼합시에 약산성을 나타내는 붕산을 1-5 중량% 첨가하는데, 첨가한 붕산이 결합재의 중합 또는 축합 촉매로 작용하여 내화물의 강도를 증진시킨다. 또한, 붕산은 다음과 같은 분해반응을 일으키고, 그 분해반응에 의해 생성되는 보론 산화물(B₂O₃)이 산화에 대한 저항성을 증가시킨다.

2H₃BO₃→ B₂O₃+ 3H₂O

이 때 만약 붕산을 1 중량% 미만으로 첨가하면 중합 또는 축합 촉매로서의 작용은 가능하지만, 상기한 분해반응에 의해 생성되는 보론 산화물의 양이 적기 때문에 산화방지 효과가 떨어진다. 그리고 만약 붕산의 첨가량이 5 중량%를 초과하면 중합 또는 축합 촉매로서의 역할 및 보론 산화물에 의한 산화방지의 역할은 수행할 수 있으나 기공형성에 의한 산화저항 효과는 떨어지며, 또한 보론 산화물이 과도하게 많은 양으로 존재하여 용강이나 슬래그에 대한 마그네시아-카본계 내화물의 내침식성이 크게 떨어진다.

본 발명에서는 기존의 마그네시아-카본계 내화물 제조시에 결합재로서 사용하였던 액상 및 고상의 페놀수지 중에서 특히 내화물의 제조 원가를 높이는 원인으로 작용하였던 고상의 페놀수지를 피치로 대체할 수도 있다.

본 발명에서 사용한 피치는 석탄의 타르나 중질유 잔사로부터 얻을 수 있는 석탄계 또는 석유계 피치로서 연화점이 80-200℃인 것이다. 기존의 고상 페놀수지는 사용시 약 40%의 탄화수율을 나타내었기 때문에 피치도 이와 동등 이상의 탄화수율을 나타낼 것이 요구되고, 이를 위해서는 피치의 연화점이 적어도 80℃ 이상이 되어야 한다. 그리고, 내화물의 제조시 열처리하는 온도는 200℃ 정도로서 이 때 열가소성 수지인 피치는 용융하여 공극을 채워야 하며, 이를 위해서는 피치의 연화점이 제조시의 열처리 온도인 200℃ 이하인 것이 바람직하다.

피치의 첨가량은 1-5 중량%로 하는 것이 바람직하다. 만약 피치를 1 중량% 이하로 첨가하면 결합재의 역할을 충족시키지 못하며, 5 중량%를 초과하여 첨가하면 열처리 중에 점도가 낮은 용융 피치가 외부로 배출되어 내화물 전체의 성능이 열화된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예 1

실시예 1에서는 기존의 마그네시아-카본계 내화물 조성에 붕산을 첨가하였다. 즉 마그네시아 클링커를 76 중량%, 인상흑연을 16 중량%, 액상 페놀수지를 3 중량%, 고상 페놀수지를 2 중량%, 붕산을 3 중량% 첨가하고, 상기한 조성으로 성형체를 제조한 후 180℃의 온도에서 열중합처리를 하였다. 상기한 방법으로 제조된 마그네시아-카본계 내화물의 기계적 강도를 측정한 결과, 상온 꺾임강도는 240 ㎏/㎠이고, 압축강도는 600 ㎏/㎠이었다.

실시예 1의 결과와 비교하기 위해 붕산을 첨가하지 않고, 즉 기존의 내화물 조성으로 마그네시아-카본계 내화물을 제조한 후 기계적 강도를 측정한 결과, 상온 꺾임강도는 175 ㎏/㎠이고, 압축강도는 450 ㎏/㎠이었다.

이러한 결과로부터, 붕산을 첨가하면 마그네시아-카본계 내화물의 기계적 강도가 크게 향상됨을 알 수 있었다.

실시예 2

실시예 2에서는 실시예 1의 조성에서 고상 페놀수지를 연화점이 110℃인 석탄계 피치로 대체한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 마그네시아-카본계 내화물을 제조하였다. 즉, 마그네시아 클링커를 76 중량%, 인상흑연을 16 중량%, 액상 페놀수지를 3 중량%, 피치를 2 중량%, 붕산을 3 중량% 첨가하고, 상기한 조성으로 성형체를 제조한 후 180℃의 온도에서 열처리를 하였다. 상기한 방법으로 제조된 마그네시아-카본계 내화물의 기계적 강도를 측정한 결과, 상온 꺾임강도는 210 ㎏/㎠이고, 압축강도는 550 ㎏/㎠이었다.

이로부터 고가의 고상 페놀수지를 저가의 피치로 대체하고 붕산을 첨가하면, 제조 원가를 낮추면서도 강도를 향상된 마그네시아-카본계 내화물을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

실시예 3에서는 실시예 2에서 사용한 피치를 연화점이 160℃인 석탄계 피치로 대체하고 붕산을 첨가하였다. 즉, 마그네시아 클링커를 76 중량%, 인상흑연을 16 중량%, 액상 페놀수지를 3 중량%, 피치를 2 중량%, 붕산을 3 중량% 첨가하고, 상기한 조성으로 성형체를 제조한 후 180℃의 온도에서 열처리를 하였다. 상기한 방법으로 제조된 마그네시아-카본계 내화물의 기계적 강도를 측정한 결과, 상온 꺾임강도는 225 ㎏/㎠이고, 압축강도는 575 ㎏/㎠이었다.

이러한 결과로부터, 연화점이 160℃인 석탄계 피치를 고상 페놀수지 대신으로 사용하고 붕산을 첨가하면, 제조 원가를 낮추면서도 강도를 향상된 마그네시아-카본계 내화물을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네시아-카본계 내화물을 제조할 때에는 붕산을 첨가함으로써 내화물의 강도 및 내산화성이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 고상 페놀수지 결합재를 저가의 석탄계 또는 석유계 피치로 대체함으로써 내화물의 제조 원가를 대폭 절감하는 효과가 있다.

Claims

마그네시아 클링커를 73-78 중량%, 인상흑연을 13-18 중량%, 액상 페놀수지를 2-3 중량%, 고상 페놀수지를 1-2 중량%, 붕산을 1-5 중량% 사용하여 제조된 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물.
제 1 항에 있어서, 고상 페놀수지 대신에 연화점이 80-200℃인 석탄계 또는 석유계 피치를 사용하여 제조된 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물.
마그네시아 클링커를 73-78 중량%, 인상흑연을 13-18 중량%, 액상 페놀수지를 2-3 중량%, 연화점이 80-200℃인 석탄계 또는 석유계 피치를 1-2 중량% 사용하여 제조된 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 피치를 사용할 때에는 1-5 중량% 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네시아-카본(MgO-C)계 내화물.