KR20010019748A - 폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물에 관한 것으로, 본 발명에서는 5-1 mm의 입도를 가지는 폐 마그크로 연와 분쇄물을 20-50 중량, 5-1 mm의 입도를 가지는 마그네시아 클링커를 10-40 중량, 스피넬 클링커를 15-20 중량, 알루미나 분말을 3-10 중량, 알루미나 시멘트를 1-5 중량, 실리카 플라워를 1-3 중량, 헥사메타인산 소다를 외삽으로 0.05-0.2 중량, 구연산을 외삽으로 0.01-0.04사용하여 부정형 내화물을 제조함으로써, 다량으로 발생하는 폐 마그크로 연와를 부정형 내화물의 내화 골재로 재활용함으로써 폐기시 드는 비용을 절감함과 동시에 자원의 활용성을 높이는 효과가 있다..

Description

폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물 {MONOLITHIC REFRACTORIES UTILIZED SPENT Mg-Cr BRICK}
본 발명은 폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알에이치(RH : Ruhrstahl Hereaus, 이하 RH라 한다) 설비 등의 내장 내화물로 사용한 마그크로 내화벽돌을 분쇄하여 만든 폐 마그크로 연와 분쇄물을 재활용하여 50 중량이하로 하고, 그 외 마그네시아 클랭커 골재, 알루미나 분말, 알루미나 시멘트 및 실리카 플라워를 사용하여 제조된 부정형 내화물에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정에서는 전로, 래들, RH 설비 등의 내장내화물로서 마그네시아(MgO)계 연와, 마그네시아-카본(MgO-C)계 연와, 마그네시아-크롬(MgO-Cr2O3)계 연와 등 각종의 내화물을 사용한다. 그 중에서 마그네시아-크롬계 연와는 마그네시아 연와 및 크롬 연와의 결점을 보와하기 위해 마그네시아 클링커에 크롬광석을 혼합하여 제조된 벽돌로서, 그 혼합비율에 따라서 마그네시아의 함량이 50이상이면 마그네시아-크롬 연와(보통 마그크로 연와라 부른다)라 하고, 50미만의 것을 크롬-마그네시아 연와(보통 크로마그 연와라 부른다)로 구별한다.
마그크로 연와는 제강공정의 RH 설비, 스테인레스강의 브이오디(VOD : vacuum oxygen decarburization) 래들(ladle), 석회소성로, 시멘트 공정의 로타리 킬른 (rotary kiln) 등에 사용되며, 일정기간 사용한 후에는 신품의 마그크로 연와로 교체해야 하기 때문에 다량의 폐 마그크로 연와가 발생한다. 이렇게 발생된 폐 마그크로 연와의 대부분은 매립장에 매립하여 처리하는데, 이것은 환경을 오염시키는 문제가 있으며 매립지에도 한계가 있다. 따라서, 폐 마그크로 연와의 재활용이 요구되며, 특히 폐 마그크로 연와를 본래의 용도인 내화물로 재활용할 수 있다면 높은 내화물의 제조원가를 낮출 수 있다는 점에서 더욱 바람직하다.
폐 마그크로 연와를 재활용하는 종래 방법으로는 일본 특허공개 평8-319152호에 개시된 바와 같이, 폐 마그크로 연와의 일부를 파쇄하여 내화벽돌의 골재로 첨가하여 사용하는 방법이 있었으나, 이 때 재활용한 폐 마그크로 연와의 양은 미미하다. 그 외에 폐 마그크로 연와를 염기성 부정형 내화물에 적용한 경우는 많지 않다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 다량으로 발생하는 폐 마그크로 연와를 부정형 내화물의 내화 골재로 재활용함으로써 폐기시 드는 비용을 절감함과 동시에 자원의 활용성을 높이는 효과가 있는 폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 5-1 mm의 입도를 가지는 폐 마그크로 연와 분쇄물을 20-50 중량, 5-1 mm의 입도를 가지는 마그네시아 클링커를 10-40 중량, 스피넬 클링커를 15-20 중량, 알루미나 분말을 3-10 중량, 알루미나 시멘트를 1-5 중량, 실리카 플라워를 1-3 중량, 헥사메타인산 소다를 외삽으로 0.05-0.2 중량, 구연산을 외삽으로 0.01-0.04사용하여 부정형 내화물을 제조한다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
제강공정의 RH 설비에서 발생된 폐 마그크로 연와의 가동부에는 슬래그나 지금과 같은 불순물이 부착되어 있고 열작용에 의해 약간 변질된 상태이지만, 내화 골재로서는 충분히 사용할 수 있는 상태이다. 즉, 노벽 해체시 잔존하고 있는 연와의 가동부에 슬래그 성분, 구체적으로는 SiO2, Fe2O3, CaO 등이 부착되어 있지만 전체적으로 사용전의 연와와 큰 차이가 없기 때문에 이러한 폐 마그크로 연와를 분쇄하여 캐스타블이나 압입재와 같은 부정형 내화물의 내화 골재용으로 활용할 수 있다.
본 발명에서는 내화 골재로서 사용하는 마그네시아 클링커의 일부를 폐 마그크로 연와의 분쇄물로 대체하여 사용한다. 폐 마그크로 연와 분쇄물은 5-1 mm의 입도를 가지는 것을 전체 내화물에 대해 20-50 중량사용한다. 만약 폐 마그크로 연와 분쇄물을 50 중량를 초과하여 사용하면 내식성 및 시공성이 저하되기 때문에 사용량을 50 중량이하로 제한하는 것이다.
그리고 본 발명에서는 골재로서 5-1 mm의 입도를 가지는 마그네시아 클링커를 10-40 중량사용하고, 부원료로서 스피넬 클링커를 15-20 중량, 알루미나 분말을 3-10 중량, 알루미나 시멘트를 1-5 중량, 실리카 플라워를 1-3 중량, 헥사메타인산 소다를 외삽으로 0.05-0.2 중량, 구연산을 외삽으로 0.01-0.04사용한다.
상기한 바와 같은 각각의 부원료에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스피넬 클링커는 0.074 mm 이하의 입도를 가지는 것을 사용하며 이는 내화물의 전체 구성에서 미분에 해당되는 것으로서 건조시 균열이 발생하는 것을 억제하기 위해 마그네시아 미분 대신에 첨가하는 것이다. 스피넬 클링커의 사용량은 앞에서 언급한 바와 같이 15-20 중량인데, 이는 폐 마그크로 연와 분쇄물 및 마그네시아 클링커를 5-1 mm 범위에서 어떤 입도를 가진 것으로 사용하는 지에 따라 좌우된다.
알루미나 분말은 5 ㎛ 이하의 입도를 가지는 것으로 사용하며 유동성을 부여하고 열간에서 마그네시아 클링커와 반응하여 MgO·Al2O3스피넬을 생성하여 열간강도를 높이는 작용을 한다. 만약 이러한 알루미나 분말을 3 중량미만으로 사용하면 열간강도가 저하되고, 10 중량를 초과하여 사용하면 과도한 스피넬의 생성에 의해 열간에서의 팽창율이 심해진다. 따라서, 알루미나 분말의 바람직한 사용량은 3-10 중량이다.
알루미나 시멘트는 알루미나 70급의 통상의 알루미나 시멘트를 사용하면 되고, 만약 1 중량미만으로 사용하면 경화작용이 미약하고 결합강도가 약해지고, 5 중량초과로 사용하면 내식성과 열간강도가 저하된다. 따라서, 알루미나 시멘트는 1-5 중량사용하는 것이 바람직하다.
실리카 플라워는 유동성을 부여하고 건조강도 및 중간온도(600-1000℃)에서의 결합강도를 증진시키기 위해 첨가하는 것으로서, 만약 1 중량미만으로 사용하면 유동성 부여효과와 강도 증진효과가 미약해지며, 3 중량를 초과하여 사용하면 오히려 유동성이 저하되고 마그네시아-알루미나-실리카계의 저융점 물질이 생성되어 열간강도가 저하된다. 따라서, 실리카 플라워의 적당한 사용량은 1-3 중량이다.
헥사메타인산소다는 분산제 역할을 하며, 그 사용량이 외삽으로 0.05 중량미만이거나 0.2 중량를 초과하면 분산효과가 미흡해진다. 따라서, 헥사메타인산소다의 적당한 사용량은 외삽으로 0.05-0.2 중량이다.
구연산은 부정형 내화물을 혼련하여 시공할 때 급결되는 현상을 방지하기 위해 첨가하는 것이다. 만약 구연산을 외삽으로 0.01 중량미만으로 사용하면 경화지연의 효과가 없어서 시공이 어려워지며, 0.04 중량를 초과하여 사용하면 혼련시 유동특성을 저해하여 혼련이 어려워진다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 폐 마그크로 연와를 이용한 부정형 내화물을 상세히 설명한다.
표 1은 본 발명의 실시예 1-3의 조성(중량)을 비교예 1-8의 조성과 함께 나타낸 것이다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
폐 마그크로 연와 분쇄물 43 50 48 60 43 43 44 43 44 43 -
마그네시아 클링커 25 18 25 6 25 25 25 25 25 25 68
스피넬 클링커 18 18 18 18 26 15 19 16 17 13 18
알루미나 분말 10 10 5 10 2 13 10 10 10 10 10
실리카 플라워 2 2 2 2 2 2 0 4 2 2 2
알루미나 시멘트 2 2 2 2 2 2 2 2 0 5 2
헥사메타인산소다 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
구연산 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
표 1에 나타난 바와 같은 조성으로 각 원료를 배합한 캐스타블에 수분을 5.5첨가하고 혼련한 후 시편을 성형하고, 양생, 건조하여 내화물을 제조하였다. 이러한 방법으로 제조된 내화물의 여러 물성을 측정하였으며, 그 중에서 열간강도는 40×40×160 mm 의 크기로 제작한 시편에 대해 1400℃의 온도에서 측정하였다. 침식시험은 회전침식시험법으로 수행하였으며, 이 때 침식제로는 래들에서 발생된 슬래그를 사용하였고, 침식시험 온도는 1650℃로 하였다. 표 1에 나타난 실시예 1-3 및 비교예 1-8에 따라 제조된 내화물의 물성 측정 결과는 다음의 표2와 같다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
유동성 양호 양호 양호 양호 불량 양호 불량 보통 양호 양호 양호
건조 곡강도 83 80 65 70 50 75 60 65 40 70 103
소성강도(1000℃×3시간) 130 110 100 100 40 110 60 130 60 110 145
소성강도(1500℃×3시간) 130 132 127 120 100 130 100 65 120 110 96
열간강도(1400℃) 25 20 15 10 5 18 13 5 7 2 20
열간 선팽창율(,1000℃) 1.3 1.1 1.0 1.0 0.8 1.7 1.1 0.9 1.1 1.0 1.1
침식지수 52 75 70 110 70 55 60 110 60 120 100
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1-3에 따른 폐 마그크로 연와를 이용한 내화물은 내식성과 열간강도 등이 우수하였다.
이러한 실시예 1-3의 결과에 반해, 비교예 1-8의 결과는 다음과 같다.
비교예 1은 폐 마그크로 연와 분쇄물을 과도하게 많이 첨가한 것으로, 그 결과 슬래그에 대한 내침식성이 저하되었다. 이것은 폐 마그크로 연와 분쇄물의 사용량이 많아짐에 따라 폐 마그크로 연와 분쇄물의 표면에 부착된 슬래그의 혼입량이 많아지기 때문으로 생각된다.
비교예 2 및 3은 각각 캐스타블 조성에서 알루미나 분말의 첨가량이 지나치게 적거나 많은 경우로서, 비교예 2에서는 열간강도가 저하되었으며, 비교예 3에서는 열간에서의 팽창율이 높아서 문제가 되었다.
비교예 4 및 5는 각각 실리카 플라워를 첨가하지 않거나 지나치게 많이 첨가한 경우로서, 비교예 4에서는 소성강도가 낮으며, 비교예 5에서는 실리카 플라워가 과다하게 첨가되어 오히려 시공성이 낮고 과다한 액상생성에 의해 열간에서의 강도가 저하되었다.
비교예 6 및 7은 각각 알루미나 시멘트를 첨가하지 않거나 지나치게 많이 첨가한 경우로서, 비교예 6에서는 건조강도가 낮고, 5를 초과하여 첨가된 비교예 7에서는 과도한 액상생성에 의해 열간강도가 저하되었다.
비교예 8은 폐 마그크로 연와를 사용하지 않은 일반적인 마그네시아질 캐스타블의 물성값과 슬래그에 대한 내침식성을 대표치로 나타낸 것으로서, 이와 비교하면 본 발명에서는 내침식성이 상당히 향상되었음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 다량으로 발생하는 폐 마그크로 연와를 부정형 내화물의 내화 골재로 재활용함으로써 폐기시 드는 비용을 절감함과 동시에 자원의 활용성을 높이는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 5-1 mm의 입도를 가지는 폐 마그크로 연와 분쇄물을 20-50 중량, 5-1 mm의 입도를 가지는 마그네시아 클링커를 10-40 중량, 스피넬 클링커를 15-20 중량, 알루미나 분말을 3-10 중량, 알루미나 시멘트를 1-5 중량, 실리카 플라워를 1-3 중량, 헥사메타인산 소다를 외삽으로 0.05-0.2 중량, 구연산을 외삽으로 0.01-0.04사용하여 제조된 부정형 내화물.
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