KR20000041151A

KR20000041151A - 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및그 제조방법

Info

Publication number: KR20000041151A
Application number: KR1019980056941A
Authority: KR
Inventors: 이승제
Original assignee: 신승근; 포철로재 주식회사
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100327164B1

Abstract

본 발명은 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 내산화성과 내스폴링성, 열간강도 및 내식성이 우수한 전기로의 탭-호울 받침벽돌용 내화물을 제공하는 데에 목적이 있다.

위의 목적달성을 위한 본 발명에 따른 내화물은, 마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가하여 이루어지며, 그 제조방법은 위의 배합물에, 결합제로서 탈피치 및 페놀수지계 화합물을 상기 배합비외로 4∼5중량%를 첨가하여 혼련한 뒤, 성형하고나서 환원 소성하는 것으로 이루어진다.

따라서, 내산화성과 내스폴링성, 열간강도 및 내식성이 우수한 내화물의 제공으로 안정적인 전기로 조업을 할 수 있어, 강 제품의 품질과 전기로의 사용수명을 향상시키게 되는 효과가 있다.

Description

마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법

본 발명은 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편심로저 출강식 전기로의 탭-호울 받침벽돌에 사용되는 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전기로 제강에 있어서, 편심로저 출강(Eccentric Bottom Tapping)방식을 채용하는 전기로의 탭-호울(Tap-Hole), 즉 전기로에서 용융된 용강을 래들로 보내는 출강구의 가장 끝부분에는 탭-호울 받침벽돌이라는 내화물을 사용하게 되는데, 이 탭-호울 받침벽돌은 용강의 산화 및 난류를 방지하고, 래들로 슬래그가 유입되는 것을 방지하며, 용강의 출강량을 조정하는 역할을 하는 바, 탭-호울 받침벽돌의 재질에 따라 강제품의 품질 및 전기로의 사용수명이 좌우되는 중요한 의미를 지니고 있다.

곧, 탭-호울 받침벽돌용 내화물은 용강에 의한 구경확대가 진전되면 용강의 출강량을 일정하게 유지할 수가 없어 용강류의 불안정으로 래들로 슬래그가 유입되어 강의 품질을 저하시키게 된다.

또, 래들의 내장내화물에 있어서도 침식이 불안정하게 되고, 구경확대에 따른 받침벽돌의 산화가 심하게 일어나 지금부착으로 출강작업이 지연되어 안전사고를 초래할 우려가 있다.

또한, 용강의 출강시간이 약 3∼5분 정도로 받침벽돌용 내화물에 요구되는 내스폴링성, 내산화성, 열간강도 및 내식성은 여타의 내화물에 비하여 상당히 가혹하다.

한편, 종래에 전기로의 탭-호울 받침벽돌용 내화물로 사용되어 오던 불소성 알루미나-탄화규소-카본계 내화물은 내산화성과 내스폴링성은 우수하나 침식과 마모가 심하여 출강구의 구경확대가 빠르다는 문제점이 있었다.

이에 대하여, 본 출원인이 출원한 국내특허출원 제96-71579호(1996.12.24)의 불소성 마그네시아-탄화규소-카본계 내화물이 개발되었으나, 이는 내식성과 열간강도는 우수하여 출강구의 구경확대는 적은 반면에 산화 및 스폴링의 발생으로 받침벽돌 밑에 지금부착현상이 일어나는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 받침벽돌용 내화물의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 내산화성과 내스폴링성, 열간강도 및 내식성이 우수한 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물은, 마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물의 제조방법은, 마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가한 배합물에, 결합제로서 탈피치 및 페놀수지계 화합물을 상기 배합비외로 4∼5중량%를 첨가하여 혼련하고 성형한 뒤, 환원 소성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물은, 마그네시아 (MgO)5∼80중량%와 알루미나(Al₂O₃) 5∼80중량%와 탄화규소(SiC) 5∼10중량% 및 카본(C) 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가하여 이루어진다.

여기서, 상기 마그네시아와 알루미나는 각각 전융품과 소결품 가운데 어느 것을 사용하여도 문제가 없으며, 상기 카본은 결정질로 인상흑연이나 키시흑연 또는 폐전극 등을 사용하면 된다.

이하, 본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물의 구성요소에 대한 첨가이유와 수치한정이유를 설명하면 다음과 같다.

마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여, 상기 마그네시아는 내화물의 내식성과 내산화성 및 내스폴링성을 향상시키는 주원료로서 5∼80중량%를 차지하되, 5중량%이하일 경우에는 마그네시아의 내식성을 발현시킬 수 없으며, 80중량%이상이 되면 내산화성 및 내스폴링성이 저하된다.

또, 상기 알루미나는 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 5∼80중량%를 차지하되, 바람직하기로는 30∼60중량%가 적당한 바, 5중량%이하일 경우에는 알루미나가 갖는 저팽창성 및 저열전도성을 충분히 발현시킬 수 없어 내화물의 내스폴링성이 저하되고 지금의 부착이 심하게 되며, 80중량%이상이 되면 마그네시아보다 저융점 물질을 다량으로 생성하여 내식성이 떨어진다.

또한, 상기 탄화규소는 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 5∼10중량%를 차지하되, 5중량%이하일 경우에는 내화물의 열간강도 및 내산화성이 저하하게 되며, 10중량%이상이 되면 실리케이트계 저융점 화합물을 다량 생성하고 마그네시아를 분해하여 열간강도 및 내식성을 저하시키게 된다.

또, 상기 카본은 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 5∼25중량%를 차지하되, 바람직하기로는 10∼20중량%가 적당한 바, 5중량%이하일 경우에는 내식성과 내스폴링성이 불충분하게 되고, 25중량%이상이 되면 혼련이 불균일하게 되고 성형시 최밀충전성이 떨어지므로 물성저하를 초래하여 내화물의 내산화성과 내식성을 저하시키게 된다.

한편, 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 배합비외로 첨가되는 금속규소는 산화방지 및 소결촉진을 위해 첨가되는 것으로, 소성과정중 카본 및 마그네시아와 반응하여 소량의 탄화규소 및 포르스트라이트(Forsterite)등 내열충격 특성을 갖는 반응생성물을 형성함으로써 내스폴링성을 향상시키는 역할을 하는 바, 1∼3중량%를 첨가하되, 1중량%이하일 경우에는 산화방지 및 소결촉진제로서의 역할을 할 수가 없으며, 3중량%이상이 되면 저융점물질의 다량 생성으로 내화물의 열간강도와 내스폴링성 및 내식성을 저하시키게 된다.

또, 탄화붕소의 첨가는 내화물이 고온에서 산화되는 것을 방지하는 효과를 가짐과 아울러, 소성중에 일부가 분해하여 소결제로 작용을 하게 되는 바, 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 배합비외로 0.1∼2중량%를 첨가하되, 이 범위를 벗어날 경우 저융점물질의 생성으로 내스폴링성과 열간강도의 저하를 초래하게 되며, 바람직하기로는 0.3∼1.5중량%가 적당하다.

또한, 마그네시아와 알루미나 및 탄화규소와 카본을 배합한 100중량%에 대하여 배합비외로 첨가되는 카본블랙은 평균입경이 20㎛이하인 미립자탄소로서 2∼7중량%를 첨가하는 바, 2중량%이하일 경우에는 내스폴링성 및 열간강도 향상에 효과가 없고, 7중량%이상이 되면 혼련이 불균일하게 되고 성형시 최밀충전성이 떨어져 기공율 상승 등 물성의 저하를 초래함으로써 내산화성 및 내식성면에서 바람직하지 않다.

특히, 상기 카본블랙은 상기 탄화붕소의 첨가에 따른 내스폴링성 및 열간강도의 저하를 저지시킴과 아울러, 탄화붕소가 갖는 산화방지작용을 효과적으로 발휘시키도록 하는데, 탄화붕소는 소성중의 저 산소분압에 있어서 그 일부가 분해되어 B₂O₃로 되며, 이것이 타성분과 반응하여 붕소계 저융점 화합물을 생성함으로써 받침벽돌의 소결을 현저하게 촉진하여 내스폴링성을 저하시키는 조직을 만들지만, 첨가된 카본블랙이 그 피흡착능에 의해 탄화붕소의 분해를 억제하게 된다.

그리고, 카본블랙은 초미립자이기 때문에 분산성이 양호하여 소성중에 생성되는 저융점물질을 분산시켜 저융점물질을 불연속으로 함으로써 그 소성체의 탄성율 상승을 억제한다.

더욱이, 받침벽돌의 사용중에 탄화붕소는 저융점물질을 생성하여 매트릭스내에 액상의 결합으로 강도의 열화를 촉진하지만, 초미립자인 카본블랙이 저융점물질의 분산 및 규소의 반응생성물에 의한 액상의 점도를 상승시킴으로써, 열간강도의 열화를 방지한다.

한편, 본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물의 제조방법은, 마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가한 배합물에, 결합제로서 탈피치 및 페놀수지계 화합물을 상기 배합비외로 4∼5중량%를 첨가하여 상온혼련 혹은 필요에 따라 가열혼련한 뒤, 원하는 형상을 얻을 수 있도록 진공 마찰프레스로 성형하고나서, 1,000∼1,100℃에서 환원 소성함으로써 상술한 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물을 얻는다.

<실시예>

아래의 표에 나타낸 원료구성으로 이루어진 시료에 대하여 페놀수지를 배합비외로 4.5중량%를 첨가하여 혼련하고, 마찰프레스기를 사용하여 표준형상(65×114×230mm)을 1.2톤/㎠의 압력으로 성형한 뒤, 1,000℃에서 3시간 환원 소성하여 품질특성을 실험한 결과, 본 발명의 실시예의 경우 비교예에 비하여 내산화성과 내스폴링성 및 열간강도와 내식성 등 제반 열적특성이 우수하여 전기로의 안전조업에 유리함을 알 수 있다.

이는 본 발명의 실시예가 탄화붕소와 더불어 카본블랙을 첨가함으로써, 탄화붕소가 갖는 산화방지작용을 효과적으로 발휘시키게 되고, 탄화붕소의 첨가에 따른 내스폴링성 및 열간강도의 저하를 방지함에 기인한다고 볼 수 있다.

	실시예	비교예
	1	2	3	4	5	6	A	B	C	D	E
원료구성	마그네시아(입경5mm이하)	60	60	40	40	18	13	60	40	29	75	-
	알루미나(입경5mm이하)	25	22	40	35	60	60	20	40	60	-	72
	탄화규소(입도325mesh이하)	5	5	7	10	7	7	10	7	5	10	8
	인상흑연(입도100mesh이상)	10	13	13	15	15	20	10	13	15	15	20
	금속규소(입도200mesh이하)	2	1	1	2	1	2	2	1	1.5	2	3
	탄화붕소(입도325mesh이하)	0.5	1.0	1.5	0.3	0.8	1.5	0.5	1.5	0.8	0.2	-
	카본블랙(입경20㎛이하)	2	3	5	2	3	7	-	-	-	-	2
	페놀수지계결합제	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
품질특성	부피비중	2.61	2.61	2.59	2.59	2.58	2.53	2.63	2.64	2.62	2.61	2.65
	겉보기기공율(%)	16.7	16.9	17.0	17.0	17.2	17.8	16.3	16.2	16.5	16.8	16.1
	압축강도(kg/㎠)	330	345	355	327	345	365	300	282	311	297	315
	곡강도((kg/㎠):상온	96	98	97	94	96	93	93	95	93	91	85
	곡강도((kg/㎠):1,400℃	89	87	92	89	88	85	79	85	82	80	70
	산화감량(%)	10.2	10.3	10.1	10.3	10.5	10.7	11.5	10.7	10.8	10.9	12.4
	내식성침식지수	89	90	87	90	92	94	100	94	95	95	110
	내스폴링성 (박리회수)	12	12	13	12	13	14	8	7	8	9	12
	내스폴링성 (균열정도)	중	소	소	중	소	중	중	대	중	소	소

참고로, 본 실시예의 실험에서, 전기로 산화감량시험은 40×40×40mm의 시료로 1,400℃에서 5시간동안 대기분위기에서 행하였으며, 내식성침식지수의 측정을 위한 회전침식시험은 산화칼슘(CaO)대 산화규소(SiO₂)의 몰비가 3.3이고 총 철분함량이 18%인 시료에 대하여 1,700℃×30분×20회의 조건으로 행하였다.

또, 내스폴링성을 알기 위한 박리회수의 측정은 1,600℃의 용선중에 30초동안 침적후 15초 동안 수냉하고 실온에서 15초동안 방냉하는 과정을 40×40×230mm의 시료가 박리될 때까지 반복하여 박리회수가 많은 쪽이 내스폴링성이 우수한 것으로 판단하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물 및 그 제조방법에 의하면, 내산화성과 내스폴링성, 열간강도 및 내식성이 우수한 내화물의 제공으로 안정적인 전기로 조업을 할 수 있어, 강 제품의 품질과 전기로의 사용수명을 향상시키게 되는 효과가 있다.

Claims

마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가하여 이루어지는 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물.
마그네시아 5∼80중량%와 알루미나 5∼80중량%와 탄화규소 5∼10중량% 및 카본 5∼25중량%를 배합한 100중량%에 대하여, 배합비 외로 금속규소 1∼3중량%와 탄화붕소 0.1∼2중량% 및 평균입경이 20㎛이하인 카본블랙 2∼7중량%를 혼합 첨가한 배합물에, 결합제로서 탈피치 및 페놀수지계 화합물을 상기 배합비외로 4∼5중량%를 첨가하여 혼련한 뒤, 성형하고나서 환원 소성하는 마그네시아-알루미나-탄화규소-카본계 내화물의 제조방법.