KR20000043677A - 부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

부정형 내화물 등에 사용되는 흑연의 친수성을 갖게 하는 표면을 처리한 흑연 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 흑연 함유 내화물을 흑연의 친수성을 향상시키기 위해 흑연의 입자의 표면을 피복하는 데 있어서, 페인트 사용량을 0.5 ~ 10 중량%로 하여 흑연 입자에 분사시켜 적은 양으로 균일한 박막의 피복층이 형성된 후 빠른 속도로 건조되어 건조 공정 및 금속 분말의 뭉침 현상으로 인한 분쇄 공정을 생략할 수 있도록 함으로써, 저수분 함량의 흑연 함유 부정형 내화물의 제조가 가능하며, 피복 재료의 함량을 최소화하여 고온에서 휘발되는 성분을 감소시킴으로써 강도가 현저히 개선된 부정형 내화물의 제조가 가능하다.

Description

부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자 및 그 제조 방법

본 발명은 표면 개질된 흑연 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부정형 내화물 등에 사용되는 흑연의 친수성을 갖게 하는 표면을 처리한 흑연 입자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

흑연은 그 자체의 고유한 특성으로 인해 예로부터 각종 전극, 브러시, 저항 발열체, 내화물, 도가니, 감마제 등의 여러 산업 분야에 많이 이용되어 왔다. 특히, 흑연을 함유한 내화물은 내열성, 내열 충격성, 내식성 등의 특성이 우수하며 용선, 용강 및 용융 슬래그에 대한 우수한 내식성을 가지고 있기 때문에 내화물 분야에도 널리 이용되고 있다.

그러나, 흑연의 표면은 알코올기(-OH), 카르복시기(-COOH) 같은 친수기가 존재하지만, 표면이 친수성이 없는 탄소 원자의 6 탄소환이 이차적으로 연결된 층이 중복해 쌓인 층상 구조를 가진 육각 망목 구조로 되어 있고, 물과의 반응성이 없어 물을 분산매로 사용하였을 때 계면에서의 제타 전위의 절대값이 낮아 소수성을 가지기 때문에 분산매로 물을 주로 사용하는 부정형 내화물(unshaped refractories)에는 그 사용이 제한되어 왔다.

따라서, 이러한 흑연의 단점을 해결하기 위하여 흑연 입자 표면에 친수 처리를 하여 친수성을 향상시켜 부정형 내화물에 사용하고자 하는 노력이 계속되고 있다.

흑연 입자의 친수성을 향상시키기 위해 일본 특허 공개 평 5-12064호 "부정형 내화물용 표면 처리 흑연"에서는 합성 수지와 계면 활성제를 피복하는 방법이 제안되어 있고, 일본 특허 공개 평 5-194044호 "흑연 함유 부정형 내화물용 조성과 그 제조 방법"에서는 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 등의 친수성 입자를 피복하는 방법 등이 제안되어 있다. 또한, 흑연을 산에 넣어 상온에서 100℃까지 처리하여 친수성을 부여하는 산처리 방법 등도 제안되어 있다.

상기 종래의 피복 방법 중에서, 합성 수지를 피복하여 사용할 경우 수지 자체가 소수성을 가지므로 수지 피복물을 다시 계면 활성제로 표면 처리를 해야 하고, 수지 피복 후 건조, 분쇄 및 체가름 공정이 필요하며, 고온에서 수지의 휘발 성분이 휘발되면 내화물 내부에 기공을 형성하여 물성을 저하시키는 단점이 있고, 산처리를 할 경우 산 성분이 흑연의 결정층 내에 침입하여 층간 화합물을 형성하여 흑연이 팽창하게 되고, 물과 혼합하게 될 경우 흑연 입자 내부의 잔류 산 성분이 물에 용해되어 pH를 변화시켜 분산을 저해함으로써 고비중의 부정형 내화물을 얻을 수 없다는 단점이 있다.

또한, 근래에 와서 흑연과 친수성 입자를 고속으로 회전하는 공기 중에서 충돌시켜 흑연 표면을 친수성 입자로 피복하는 방법이 있는 데, 이 방법 역시 흑연과 친수성 입자가 물리적인 힘에 의해 약하게 결합되어 있어 실제 공정상에서 흑연을 취급할 때 친수성 입자가 쉽게 분리되는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 친수성이 없는 흑연의 표면을 일반적으로 사용되는 도색용 페인트를 사용하여 분사 피복을 함으로써, 피복 재료의 희석, 용융 과정 없이 적은 양으로 균일한 박막의 피복이 가능하여 고온에서의 휘발 성분을 최소화 할 수 있고, 피복된 흑연 입자의 건조 및 분쇄 공정이 필요 없게 되어 공정이 단순화된 친수성 흑연 분말의 제조 방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네시아(MgO), 알루미나, 스피넬(spinel) 등의 1종 이상의 무기물 내화 원료에 흑연이 첨가되어 구성되는 흑연 함유 내화물을 흑연의 친수성을 향상시키기 위해 흑연의 입자의 표면을 피복하는 데 있어서, 미량의 페인트를 흑연 입자에 분사시켜 적은 양으로 균일한 박막의 피복층이 형성된 후 빠른 속도로 건조되어 건조 공정 및 흑연 입자의 뭉침 현상으로 인한 분쇄 공정을 생략할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 페인트의 양은 흑연 입자에 대하여 0.5 ~ 10 중량%로 분사하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 사용하는 상기 흑연 입자를 피복하는 페인트는 특별히 제한하지 않고 도색용으로 사용되는 일반적인 페인트는 모두 사용하지만 분사가 용이한 저점도이고, 친수성을 가지는 수성 페인트를 사용하는 것이 좋다. 하지만 피복량이 극히 적고 흑연 표면의 피복만으로는 시공 수분 감소의 효과가 있으므로 유성 페인트를 사용하여도 무방하다.

그리고, 피복 재료로 페인트를 사용하는 것은 페인트가 내화 원료와 반응하지 않고, 속건성으로 피복후 흑연 입자들의 뭉침 현상을 방지할 후 있으며, 피복 재료의 희석, 용융 과정 없이 적은 양으로 흑연 입자의 표면에 균일한 박막의 형성이 가능하여 흑연 입자의 친수성을 향상시키면서 고온에서 휘발로 인한 내화물의 물성 저하를 최소화 할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 페인트를 흑연 입자에 대하여 0.5 ~ 10 중량% 분사하여 피복하여야 한다. 이는 페인트의 양이 0.5 중량% 미만일 경우 흑연 입자 표면의 완전한 피복이 어렵고, 10 중량%를 초과할 경우 피복층의 신속한 건조가 어려워 피복 흑연 입자의 입도 조절이 힘들기 때문이다.

상기의 흑연 입자는 흑연 입자 피복 장치의 용기에서 그 자체의 무게에 의해 배출되게 하면서 떨어지는 흑연 입자를 압축 가스로 분사하고, 분사되는 흑연 입자에 페인트를 분사하여 피복 흑연 입자를 제조한다. 용기내의 흑연 분말의 사용량이 적은 경우 자중에 의해 토출되기 때문에 압축 가스로 분사하는 것이 충분하나, 그 사용량이 많을 경우 미세한 흑연 입자들이 용기내에서 브리지(bridge) 현상을 일으킬 수 있으므로 용기 상단부위에서 압축가스로 가압하여 토출시키면서 분사하는 것이 좋다.

그리고, 피복된 흑연 입자의 크기는 특별히 제한하는 것은 아니지만 3mm 이하가 좋다. 이는 피복 흑연 입자의 크기가 3mm 보다 큰 경우 내화물 내에서 분산이 어려워 흑연 첨가 효과를 저하시키기 때문이다.

또한, 표면 처리된 흑연 분체의 함량이 1 ~ 30 중량%로 하는 것이 바람직하다. 이는 1 중량% 미만일 경우 첨가 효과가 미약하고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 내화물내에서 분산성이 나빠지기 때문이다.

이하, 실험 데이터를 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

실시예

본 발명의 흑연 함유 부정형 내화물용 표면 개질 흑연 입자와 종래 방법에 의한 표면 개질 흑연 입자의 물성을 비교하기 위하여 실험을 실시하였다.

먼저 하기 표 1에 개시된 바와 같이, 시편 A와 B는 본 발명에 따라 흑연 입자의 피복제로 페인트의 양을 각각 2 중량%와 5 중량%로 하였다. 그리고, 비교예 C와 D는 흑연 입자의 피복제로 페인트의 양을 각각 0.3 중량%와 15 중량%로 하였고, 비교예 E와 F는 종래의 방법에 따라 흑연 입자의 피복제로 각각 친수성 입자와 콜타르 피치를 각각 20 중량%로 하였으며, 비교예 G는 흑연 입자의 피복제를 사용하지 않았다.

실험 No.	페인트(중량%)	친수성 입자(중량%)	페놀 수지(중량%)	흑연 분말(중량%)
A	2	-	-	98
B	5	-	-	95
C*	0.3	-	-	99.7
D*	15	-	-	85
E*	-	20	-	80
F*	-	-	20	80
G*	-	-	-	100

* 비교예

흑연 입자 피복 장치의 용기에 상기 표 1에 기재된 양의 흑연 입자를 투입하고 압축 가스로 분사하고, 분사되는 흑연 입자에 피복제로 페인트, 친수성 입자, 페놀 수지를 분사, 피복하여 친수성이 향상된 흑연 입자를 제조하였다.

이와 같이 제조된 표면 개질 흑연 입자가 첨가된 흑연 함유 부정형 내화물의 시공 수분량을 평가하기 위하여 시편을 제조하는 데 필요한 조성을 하기 표 2에 기재하였다.

실험No.	배 합 비 (중량%)	A	B	C*	D*	E*	F*	G*	첨가수량(%)
	마그네시아(〈5mm)									알루미나시멘트	하소알루미나	실리카 플라워	금속산화방지제(외삽)	헥사메타인산소다(외삽)
1	73	5	10	2	3	0.05	10	-	-	-	-	-	-	7.6
2							-	10	-	-	-	-	-	7.3
3*							-	-	10	-	-	-	-	10.3
4*							-	-	-	10	-	-	-	7.0
5*							-	-	-	-	10	-	-	9.8
6*							-	-	-	-	-	10	-	9.0
7*							-	-	-	-	-	-	10	12.6

* 비교예

상기 표 2와 같은 배합비를 갖는 부정형 내화물인 캐스타블 내화 조성물에 표 1의 조성비로 제조된 시편 A, B와 비교예 C 내지 G를 흑연 입자의 함량이 10 중량%가 되도록 첨가하였다.

표면에 페인트가 피복된 흑연 분체를 통상의 캐스타블 내화 조성물에 첨가하여 물과 혼련한 후 주도(flow 값) 150mm일 때의 수분량을 측정하였다. 본 발명의 범위내인 시편 1과 2는 처리하지 않은 흑연이나 종래의 방법으로 피복된 흑연보다는 낮은 수분 함량을 나타내었다.

본 발명의 페인트 함량 범위인 0.5 ~ 10 중량%를 벗어난 페인트 함량이 0.3 중량%인 비교예 3의 경우는 페인트 양이 적어 흑연 입자의 균일한 피복이 이루어지지 않아 수분 감소 효과가 적었고, 페인트 함량이 15 중량%인 비교예 4는 첨가 수분량은 감소되었지만 피복 흑연 분말의 입도 조절을 위해 건조 후 분쇄 공정이 필요하였다. 또한, 친수성 입자를 일반적인 혼합을 통해 흑연의 표면에 피복시킨 비교예 5의 경우 흑연 입자의 친수성은 향상되었지만 부정형 내화물에 실제 적용시 결합력이 약해 혼련 과정에서 흑연과 쉽게 분리되어 유동도 등의 향상에 크게 기여하지 못하는 것으로 나타났다. 특히, 비교예 5와 6의 경우 피복 물질의 함량이 20 중량%이고, 시편 1과 2의 경우 피복 물질의 함량이 2 ~ 5 중량%인 점을 감안한다면 본 발명에 의한 피복이 더욱 효과적임을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 표면 개질된 흑연 입자를 사용함으로써, 저수분 함량의 흑연 함유 부정형 내화물의 제조가 가능하며, 피복 재료의 함량을 최소화하여 고온에서 휘발되는 성분을 감소시킴으로써 강도가 현저히 개선된 부정형 내화물의 제조가 가능하다.

Claims (4)

1. 흑연이 첨가되어 구성되는 흑연 함유 부정형 내화물에 사용되는 흑연 입자의 친수성을 향상시키기 위하여 흑연 입자의 표면을 피복하는 데 있어서,

   미량의 페인트를 흑연 입자에 피복하는 것을 특징으로 하는 부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 페인트의 양을 흑연 분말에 대하여 0.5 ~ 10 중량%로 하는 것을 특징으로 하는 부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피복된 흑연 입자의 크기는 3mm 이하로 하고, 표면 처리된 흑연 분체의 함량이 1 ~ 30 중량%로 하는 것을 특징으로 하는 부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자.
4. 흑연이 첨가되어 구성되는 흑연 함유 부정형 내화물에 사용되는 흑연 입자의 친수성을 향상시키기 위하여 표면을 피복한 흑연 입자를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 흑연 입자를 압축 분사하고, 상기 분사되는 흑연 입자에 페인트를 분사하여 흑연 입자를 페인트로 피복함으로써, 적은 양으로 균일한 박막의 피복층이 형성된 후 빠른 속도로 건조되어 건조 공정 및 흑연 입자의 뭉침 현상으로 인한 분쇄 공정을 생략할 수 있는 것을 특징으로 하는 부정형 내화물용 표면 개질된 흑연 입자 제조 방법.