KR20000043668A - 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 이용한 블록 성형물 - Google Patents
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Abstract
래들에서 발생하는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 이용한 내화 블록 조성물에 관한 것으로, 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 내화 블록의 충진성을 향상시키기 위해 1mm 이하에서는 사용량이 10 ~ 20 중량%, 1 ~ 3mm 일 경우는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 3 ~ 5mm 일 경우는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 그리고, 입도가 5 ~ 10mm 일 경우는 사용량이 10 ~ 15 중량%이고, 고온에서 소결성과 고온 강도를 높이기 위해 알루미나 미분의 사용량이 5 ~ 10 중량%와 하소 알루미나의 사용량이 3 ~ 7 중량%를 첨가하고, 결합제로 알루미나 시멘트를 5 ~ 7 중량%를 첨가하며, 고인성을 높여 열충격 저항성을 좋게 하기 위해 금침을 2 ~ 4 중량%를 첨가하여 고온 강도가 크고 내침식성 및 열충격 저항성이 우수한 내화 블록 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐캐스타블을 이용한 내화 블록 성형물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 래들에서 발생하는 알루미나-스피넬(Al2O3-spinel)질 폐캐스타블을 이용한 내화 블록 성형물에 관한 것이다.
일반적으로 래들(ladle)에서 용강을 출강시 용강이 래들 바닥에 떨어지면서 직접 충격을 받는 부분, 즉 탕유부가 존재한다. 래들 바닥의 탕유부는 용강에 의한 충격으로 타 부위에 비해 손상이 심하므로 래들의 수명은 주로 바닥의 탕유부에 의하여 결정된다. 탕유부의 손상 원인은 용강에 의한 급격한 하중으로 인한 충격과 함께 열적 충격을 받으므로 사용 도중에 연와(brick)가 박리하거나 연와 간의 이음 부분 즉, 몰탈 부분이 선행 용손되어 버린다.
이러한 탕유부의 내화물의 손상을 감소하기 위해서 연와를 이용하여 축조하는 대신에 대형 내화 블록을 사용하고 있다. 이 밖에도 용탕에 의하여 직접 충격을 받는 고로 출선용 통재에도 사용되고 있다.
그러나, 이러한 대형 내화 블록은 대부분 두께가 두꺼우므로 건조시 불충분하여 건조 후 또는 사용 도중에 균열이 발생하여 박리 탈락하거나 심할 경우 폭열 현상이 발생하여 사용 수명이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 건조시 수분이 완전히 제거되지 않은 경우 건조 후 또는 사용 도중에 블록 내부에 존재하는 수분의 증발로 인한 폭열, 박리 현상이 일어 날 수 있다.
상기 폐내화물을 이용한 내화블록 조성물에 관해서 제안된 종래 기술은 없고, 폐내화물을 이용한 유사 기술로는 일본에서 제안된 폐내화물을 이용한 건닝재(gunning material) 제조에 관한 일본 특허 공개 공보 평9-278548호를 들 수 있다.
상기 평9-278548호는 카본을 함유한 건닝 보수재 중에서, 분쇄하여 입경이 1 ~ 5mm인 폐내화물의 표면에 탈탄층을 가지고 있고 적어도 탈탄층의 기공에 표면 처리제가 충진된 카본 함유 폐내화물을 가지고 있고, 적어도 탈탄층의 기공에 표면 처리제가 충진된 카본 함유 폐내화물을 30 중량% 첨가하여 혼련함을 특징으로 하는 폐내화물을 배합한 카본 함유 건닝 보수재에 관한 것이다.
그러나, 이러한 폐내화물을 이용한 내화 블록은 소결성이 떨어지고, 완전 소결된 상태이므로 고온 강도가 낮은 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 반복 사용에 의해 완전 소결이 된 열간에서 안정된 상태의 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 분쇄하여 사용함으로써, 통기성이 매우 양호하여 대형 블록 제조시 문제되는 건조시 수분이 완전히 제거되지 않아 건조 후 또는 사용 도중에 블록 내부에 존재하는 수분의 증발로 인한 폭열, 박리 현상의 제거가 가능하다.
그리고, 고온에서 소결성과 고온 강도가 높고, 상온 강도를 높혀 건조시의 형상을 유지할 수 있으며, 내침식성 및 열충격성이 우수한 내화 블록 조성물을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내화 블록 조성물에 있어서, 다양한 입도를 가진 알루미나-스피넬질 폐캐스타블에, 고온에서 소결성과 고온 강도를 높이기 위해 알루미나 미분의 사용량이 5 ~ 10 중량%와 하소 알루미나의 사용량이 3 ~ 7 중량%를 첨가하고, 결합제로 알루미나 시멘트를 5 ~ 7 중량%를 첨가하며, 고인성을 높여 열충격 저항성을 좋게 하기 위해 금침(steel fiber)을 2 ~ 4 중량%를 첨가하여 고온 강도가 크고 내침식성 및 열충격 저항성이 우수한 내화 블록 조성물에 관한 것이다.
상기 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도는 내화 블록의 충진성을 향상시키기 위해 1mm 이하에서는 사용량이 10 ~ 20 중량%, 1 ~ 3mm 일 경우는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 3 ~ 5mm 일 경우는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 그리고, 입도가 5 ~ 10mm 일 경우는 사용량이 10 ~ 15 중량%하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상기 알루미나-스피넬질 폐캐스타블은 100톤 용량 이상의 유입 시공을 하는 대형 래들의 전면 보수시 발생되며, 본 발명에서 사용한 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 수거하여 분쇄한 후 입도 분리한 골재를 사용하였다. 그리고, 내화 블록의 작업성과 시공 후의 물성을 좋게 하기 위해서 1mm 이하, 1 ~ 3mm, 3 ~ 5mm, 5 ~ 10mm의 4종류의 알루미나-스피넬질 폐유입재의 입도를 사용하여 입도별로 사용량을 달리하였다.
상기 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 1mm 이하에서는 사용량이 10 ~ 20 중량%, 1 ~ 3mm에서는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 3 ~ 5mm일 경우는 사용량이 15 ~ 25 중량%, 그리고, 5 ~ 10mm에서는 사용량이 10 ~ 15 중량%일 때, 최밀 충진이 되어 작업성이 좋고, 따라서 내침식성 및 고온 강도도 크고, 열충격성 저항성도 우수하였다. 즉, 입도별 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우에는 작업성이 나쁘고, 최밀 충진이 되지 않아 시공 후에도 조직이 치밀하지 못해 모든 물성도 저하하였다.
그리고, 본 발명의 내화 블록에는 한번 사용한 유입재를 분쇄하여 재사용하므로 골재 원료로는 비교적 안정되고 양호하지만, 중간 온도 및 고온에서의 소결성이 부족하여 이를 보충하기 위해 알루미나 미분과 하소 알루미나를 사용한다. 상기 알루미나 미분은 내화 블록의 유동성을 좋게 하고 고온에서 소결을 촉진시켜 고온 강도를 높이는 역할을 한다. 그리고, 알루미나 미분의 사용량이 5 중량% 미만인 경우에는 소결성이 부족하여 고온 강도가 작고, 사용량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 과량으로 과소결이 되어 고온 강도는 증가하지만, 조직이 지나치게 치밀하므로 박리 및 균열이 발생하기 쉽고 열충격 저항성이 문제가 된다. 따라서, 본 발명에서는 알루미나 미분의 사용량을 5 ~ 10 중량%로 한정한다.
그리고, 상기 하소 알루미나는 알루미나 미분과 유사한 역할을 하며, 중간 온도 및 고온 강도의 증진에 효과적이다. 하소 알루미나의 사용량이 3 중량% 미만인 경우에는 알루미나 미분만으로는 소결성이 부족하여 중간 온도 및 고온에서의 강도가 저하하고, 사용량이 7 중량%를 초과하는 경우에는 과소결이 되어 지나치게 중간 온도 및 고온 강도가 높게 되고 치밀 조직이 되어 박리 및 균열이 발생하기 쉬우며 열충격 저항성이 급격히 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 하소 알루미나의 사용량을 3 ~ 7 중량%로 한정한다.
한편, 상기 알루미나 시멘트는 건조 후의 강도를 높게 하여 대형 블록의 형상을 유지하고 취급할 수 있는 강도를 부여하고, 중간 온도에서의 강도를 높이는 역할을 한다. 알루미나 시멘트의 사용량이 5 중량% 미만인 경우에는 건조 강도가 작아 사용에 부적당하고, 사용량이 7 중량%를 초과하는 경우에는 건조 강도가 크고 중간 온도에서의 강도도 크지만, 알루미나 시멘트에 함유되어 있는 생석회(CaO) 등과 같은 알카리 성분 때문에 블록의 내침식성이 급격히 저하하므로 사용에 부적당하다. 따라서, 본 발명에서는 알루미나 시멘트의 사용량을 5 ~ 7 중량%로 한정한다.
또한. 상기 금침은 블록과 같은 대형기물에 있어서 고인성을 높여 열충격 저항성을 좋게 하는 역할을 한다. 금침의 사용량이 2 중량% 미만인 경우에는 균열 및 박리 방지에 효과적이지 못하고, 사용량이 4 중량%를 초과하는 경우에는 혼련이 잘되지 않고 고루 분산되지 못하므로 오히려 강도 저하를 가져오고 내침식성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 금침의 사용량을 2 ~ 4 중량%로 한정한다.
이하, 실험 데이터를 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.
실시예
내화 블록 성형물을 제조하기 위한 하기 표 1과 같은 조성비를 가진 알루미나-스피넬질 폐유입재를 입도별로 평량한 후, 여러 가지 사용량으로 알루미나 미분, 하소 알루미나, 금침, 알루미나 시멘트와 수분 8%를 첨가하여 혼련하였다.
| 실험No. | 알루미나-스피넬질 캐스타블 | 하소알루미나 | 알루미나미분 | 알루미나스피넬 | 알루미나시멘트 | 금침 | |||
| 1mm이하 | 1~3mm | 3~5mm | 5mm이상 | ||||||
| 1 | 20 | 22 | 25 | 10 | 5 | 10 | - | 5 | 3 |
| 2 | 20 | 20 | 25 | 12 | 5 | 10 | - | 5 | 3 |
| 3 | 19 | 25 | 20 | 15 | 7 | 5 | - | 7 | 2 |
| 4 | 20 | 22 | 22 | 15 | 3 | 8 | - | 6 | 4 |
| 5 | 20 | 25 | 15 | 15 | 5 | 10 | - | 7 | 3 |
| 6 | 17 | 25 | 25 | 15 | 3 | 7 | - | 5 | 3 |
| 7* | 20 | 20 | 25 | 8 | 7 | 10 | - | 7 | 3 |
| 8* | 20 | 20 | 16 | 20 | 5 | 8 | - | 7 | 4 |
| 9* | 20 | 25 | 12 | 15 | 7 | 10 | - | 7 | 4 |
| 10* | 20 | 18 | 30 | 10 | 5 | 8 | - | 6 | 3 |
| 11* | 20 | 12 | 25 | 15 | 7 | 10 | - | 7 | 4 |
| 12* | 20 | 30 | 18 | 10 | 5 | 8 | - | 5 | 4 |
| 13* | 8 | 25 | 25 | 15 | 6 | 10 | - | 7 | 4 |
| 14* | 25 | 20 | 20 | 15 | 5 | 7 | - | 5 | 3 |
| 15* | 20 | 24 | 25 | 10 | - | 10 | - | 7 | 4 |
| 16* | 20 | 22 | 22 | 10 | 10 | 7 | - | 6 | 3 |
| 17* | 20 | 25 | 25 | 12 | 7 | - | - | 7 | 4 |
| 18* | 20 | 23 | 20 | 12 | 3 | 15 | - | 5 | 2 |
| 19* | 20 | 23 | 22 | 15 | 5 | 10 | - | 2 | 3 |
| 20* | 20 | 20 | 22 | 15 | 3 | 7 | - | 10 | 3 |
| 21* | 20 | 24 | 25 | 12 | 6 | 8 | - | 5 | - |
| 22* | 20 | 20 | 21 | 13 | 5 | 8 | - | 7 | 6 |
| 23** | - | - | - | - | - | 72 | 20 | 5 | 3 |
* 비교예, ** 종래재
상기 표 1의 시편 1 내지 6은 본 발명의 실시예로서, 알루미나-스피넬질 폐캐스타블, 하소 알루미나, 알루미나 미분, 알루미나 시멘트와 금침의 각 사용량을 본 발명의 범위에 따라 내화 블록을 제조하였다.
그리고, 비교예 7 내지 22는 본 발명의 사용량을 벗어난 경우로, 비교예 7과 8은 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 5 ~ 10mm 인 경우에 사용량을 각각 8 중량%와 20 중량%로 하였고, 비교예 9와 10은 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 3 ~ 5mm 인 경우에 사용량을 각각 12 중량%와 30 중량%로 하였으며, 비교예 11과 12는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 1 ~ 3mm 인 경우에 사용량을 각각 12 중량%와 30 중량%로 하였고, 비교예 13과 14는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도가 1mm 이하인 경우에 사용량을 각각 8 중량%와 25 중량%로 하였다.
또한, 비교예 15는 하소 알루미나를 사용하지 않았고, 비교예 16은 하소 알루미나의 사용량을 10 중량%로 하였으며, 비교예 17는 알루미나 미분을 사용하지 않았고, 비교예 18은 알루미나 미분의 사용량을 15 중량%로 하였다. 또한, 비교예 19와 20은 알루미나 시멘트의 사용량을 각각 2 중량%와 10 중량%로 하였고, 비교예 21은 금침을 사용하지 않았으며, 비교예 22는 금침의 사용량을 6 중량%로 하였다.
하기 표 2는 상기 표 1의 각 조성으로 40×40×160mm의 크기의 시편을 성형하여 공기 중에서 24시간 자연 건조한 후, 건조기에서 110℃로 24시간 건조한 시편을 전기로에서 1200℃에서 3시간 유지하여 소성 후의 곡강도의 측정 결과를 나타내었다. 그리고, 내침식성 시험은 고주파 유도 용해로를 이용하여 6개의 시편을 조립하여 도가니 형태로 만들고 일반강과 슬래그를 넣어 1650℃에서 강이 용해된 후부터 1시간 유지하여 출강한 후 시편의 잔존 두께를 측정하였다. 유동성 시험은 유동성 시험기를 사용하여 측정한 결과를 양호(○), 보통(△), 불량(×)으로 구분하여 표기하였다. 열충격 저항성 시험은 1200℃로 가열된 전기로에 시편을 장입한 후, 30 분간 유지한 후 요출, 급냉하는 작업을 반복적으로 행하여 시편의 균열, 모서리의 탈락 상태 등을 관찰하였으며, 그 결과를 양호(○), 보통(△), 불량(×)으로 구분하여 표기하였다.
| 실험No. | 작업성 | 침식시험후침식두께(mm) | 열충격저항성1200℃×30Min | 곡강도(Kg/cm3)1200℃×3Hr |
| 1 | ○ | 2.8 | ○ | 85 |
| 2 | ○ | 3.2 | ○ | 78 |
| 3 | ○ | 3.0 | ○ | 82 |
| 4 | ○ | 2.6 | ○ | 80 |
| 5 | ○ | 3.0 | ○ | 83 |
| 6 | ○ | 2.8 | ○ | 79 |
| 7* | × | 8.0 | △ | 58 |
| 8* | × | 6.8 | △ | 60 |
| 9* | × | 7.2 | × | 55 |
| 10* | × | 6.3 | ○ | 59 |
| 11* | × | 5.8 | △ | 62 |
| 12* | × | 6.3 | × | 52 |
| 13* | × | 6.6 | ○ | 50 |
| 14* | × | 7.3 | △ | 54 |
| 15* | × | 7.0 | △ | 44 |
| 16* | △ | 6.7 | × | 54 |
| 17* | × | 5.8 | △ | 43 |
| 18* | △ | 5.4 | × | 74 |
| 19* | × | 6.8 | △ | 58 |
| 20* | × | 8.6 | ○ | 58 |
| 21* | △ | 7.2 | × | 60 |
| 22* | △ | 7.6 | × | 50 |
| 23** | ○ | 3.6 | ○ | 73 |
* 비교예, ** 종래재
상기 표 2는 표 1의 각 실시예에 따른 특성을 평가한 것으로, 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 범위를 만족하는 시편 1 내지 6은 종래재 23에 비해 작업성, 내침식성, 열충격 저항성 및 곡강도 모두 우수함을 나타내고 있다. 이에 반하여, 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도별 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 7 내지 14는 입도 구성이 부적당하여 최밀 충진이 잘되지 않아 작업성이 불량하였다. 그리고, 시공 후의 고온 강도, 내침식성 및 열충격성도 불량하였다.
그리고, 비교예 15와 16은 하소 알루미나의 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 사용량이 본 발명의 범위 보다 적은 비교예 15는 소결성이 부족하여 고온 강도가 작았고, 하소 알루미나의 사용량이 본 발명의 범위 보다 많은 비교예 16은 하소 알루미나의 과량으로 과소결이 되어 고온 강도는 증가하지만, 조직이 지나치게 치밀하므로 박리 및 균열이 발생하기 쉽고 열충격 저항성이 문제가 된다.
또한, 비교예 17과 18은 알루미나 미분의 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 사용량이 본 발명의 범위 보다 적은 비교예 17은 하소 알루미나 미분만으로 소결성이 부족하여 중간 온도 및 고온에서의 강도가 저하하였고, 알루미나 미분의 사용량이 본 발명의 범위 보다 많은 비교예 18은 과소결이 되어 지나치게 중간 온도 및 고온 강도가 높아서 오히려 박리 및 균열이 발생하기 쉽고 열충격 저항성이 저하하였다.
그리고, 비교예 19과 20은 알루미나 시멘트의 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 사용량이 본 발명의 범위 보다 적은 비교예 19는 건조 강도가 작아 사용에 부적당하고, 사용량이 본 발명의 범위 보다 많은 비교예 20은 알루미나 시멘트에 함유되어 있는 생석회 등과 같은 알카리성 때문에 블록의 내침식성이 급격히 저하하므로 사용에 부적당하였다.
한편, 비교예 21과 22는 금침 사용량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 사용량이 본 발명의 범위 보다 적은 비교예 21은 균열 및 박리 방지에 효과적이지 못하고, 사용량이 본 발명의 범위 보다 많은 비교예 22는 혼련이 잘되지 않고 고루 분산되지 못하므로 오히려 강도 저하를 가져오고 내침식성이 저하되었다.
이와 같이 본 발명은 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 주원료로 하여 고온에서 안정적인 골재 원료로 하고, 알루미나 미분과 하소 알루미나를 사용하여 유동성을 좋게 하고 소결성을 촉진하여 중간 온도 및 고온 강도를 증진시키며, 알루미나 시멘트로 상온에서의 건조 강도를 높이고, 금침을 첨가하여 열충격 저항성을 향상시킨 고온 강도가 크고 내침식성 및 열충격 저항성이 우수한 대형 내화 블록 조성물을 제공한다.
Claims (2)
- 내화 블록 조성물에 있어서,다양한 입도를 갖는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블 분말을 포함하고, 고온에서 소결성과 고온 강도를 높이기 위해 알루미나 미분의 사용량이 5 ~ 10 중량%와 하소 알루미나의 사용량이 3 ~ 7 중량%를 첨가하며, 결합제로 알루미나 시멘트를 5 ~ 7 중량%를 첨가하고, 고인성을 높여 열충격 저항성을 좋게 하기 위해 금침을 2 ~ 4 중량%를 첨가하여 고온 강도가 크고 내침식성 및 열충격 저항성이 우수한 것을 특징으로 하는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 이용한 블록 성형물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 알루미나-스피넬질 폐캐스타블의 입도는 1mm 이하에서는 사용량이 10 ~ 20 중량%, 1 ~ 3mm 일 경우는 15 ~ 25 중량%, 3 ~ 5mm 일 경우는 15 ~ 25 중량%, 그리고 입도가 5 ~ 10mm 이상에서는 10 ~ 15 중량%으로 하는 것을 특징으로 하는 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 이용한 블록 성형물.
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| KR100373702B1 KR100373702B1 (ko) | 2003-05-16 |
Family
ID=19566924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-1998-0060073A KR100373702B1 (ko) | 1998-12-29 | 1998-12-29 | 알루미나-스피넬질 폐캐스타블을 이용한 블록 성형물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100373702B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030070703A (ko) * | 2002-02-26 | 2003-09-02 | 신대용 | 재생 알루미나 세라믹스 |
| KR20120074049A (ko) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 폐내화물을 재활용하는 전로 출강구용 플러그 내화조성물 |
-
1998
- 1998-12-29 KR KR10-1998-0060073A patent/KR100373702B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030070703A (ko) * | 2002-02-26 | 2003-09-02 | 신대용 | 재생 알루미나 세라믹스 |
| KR20120074049A (ko) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 폐내화물을 재활용하는 전로 출강구용 플러그 내화조성물 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100373702B1 (ko) | 2003-05-16 |
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