KR20020051002A - 부정형 내화 조성물의 폭열 방지제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 설비인 래들(ladle)의 바닥부의 내장 내화물로 사용되는 부정형 내화 조성물에 사용되는 폭열 방지제에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위하여 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에 있어서, a) 평균 입경이 20 ∼ 50 ㎛인 Al 금속 분말, Al-Mg 금속 분말, 및 Si 금속 분말로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 금속 분말; 및 b) 헥사메타인산소다((NaPO₃)₆), 트리폴리인산소다(Na₃P₃O₁₀), 및 테트라폴리인산소다(Na₆P₄O₁₃)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 인산염계 화합물을 포함하는 폭열 방지제를 제공한다.

본 발명의 폭열 방지제는 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에서 초기 양생시 pH의 급격한 상승을 억제함으로써 균열이나 부풀음 발생을 방지하여 시공체의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

부정형 내화 조성물의 폭열 방지제{EXPLOSION RETARDANT OF UNSHAPED REFRACTORIES COMPOSITION}

[산업상 이용분야]

본 발명은 제강 설비인 래들(ladle)의 바닥부의 내장 내화물로 사용되는 부정형 내화 조성물에 사용되는 폭열 방지제에 관한 것이다.

[종래기술]

일반적으로 제강용 래들의 내장 내화물로는 시공상의 이점과 장기간의 사용 수명을 가진 알루미나(Al₂O₃)-스피넬(spinel)계 또는 알루미나-마그네시아(MgO)계 부정형 내화물이 사용된다.

바닥용 유입재의 경우 가스버너를 이용한 직접 가열에 의해 건조 승온하므로 급격한 온도 변화에 노출되기 쉽고, 이때 유입재 내부에서 발생하는 수증기압이 순간적으로 유입재의 강도를 넘어서게 되면 시공체의 파손이 일어나는데 이를 건조 폭열이라고 한다. 이러한 건조 폭열을 억제하기 위해서 시공체의 통기율을 향상시켜 주는 폭열 방지제를 첨가하며, 금속 Al, 유기섬유, 발포성 유기화합물 등이 사용된다.

그러나 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에서는 양생 초기에 시멘트로부터 Ca²⁺이온 등의 용출에 의해 pH가 상승하며, 이때 금속 Al의 수화 반응이 빠르게 진행된다. 이후 시멘트 수화물이 생성될 때 발생하는 열에 의해 금속 Al의 수화 반응이 추가적으로 진행된다. 초기 양생 과정에서 금속 Al의 수화 반응이 급격하게 진행되면 시편 내부에 균열이 발생되거나 부풀음이 일어나므로 시공체의 내구성이 저하된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 금속 Al의 입도 및 첨가량 제어, 수화속도가 빠른 12CaO-7Al₂O₃결정상이 없는 알루미나 시멘트의 적용 등을 제시한 바 있다(Taikabutsu, 48(12) 660∼661, 48(10) 523∼530(1996)). 하지만 금속 Al이 증가할수록 기공율이 커지므로 시공체의 내식성이 저하된다. 12CaO-7Al₂O₃결정상이 없는 알루미나 시멘트는 일반적으로 시멘트에 비해 1.5 내지 2 배 고가이며, 경화 속도가 느리기 때문에 경화 촉진제의 첨가가 필요하다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 일반적인 알루미나 시멘트와 금속 Al을 사용하면서도 시공체의 부풀음이나 균열 발생이 없고, 내식성도 우수한 내화 조성물을 제조하기 위한 폭열 방지제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에 있어서,

a) 평균 입경이 20 ∼ 50㎛인 Al 금속 분말, Al-Mg 금속 분말, 및 Si 금속

분말로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 금속 분말; 및

b) 헥사메타인산소다((NaPO₃)₆), 트리폴리인산소다(Na₃P₃O₁₀), 및 테트라폴리

인산소다(Na₆P₄O₁₃)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 인산염계

화합물

을 포함하는 폭열 방지제을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

[작 용]

본 발명의 폭열 방지제는 a) 평균 입경이 20 ∼ 50 ㎛인 Al, Al-Mg, 또는 Si의 금속 분말과 b) 인산염계 화합물을 포함한다.

상기 a) 금속 분말은 수화시 H₂가스의 발생이 가능한 Al, Al-Mg, 또는 Si의 분말을 단독으로 또는 혼합하여 사용한다. 사용되는 금속 분말의 순도는 98 내지 99 중량% 이상이면 된다. 상기 금속 분말의 평균 입경이 20 ㎛보다 작으면 수화 속도가 빨라 균열 및 부풀음 발생이 용이하고, 50 ㎛보다 크면 수화 속도가 너무 느려 폭열 방지제로서 효과가 없는 문제점이 있다.

상기 금속 분말은 부정형 내화 조성물에 대하여 0.1 ∼ 0.3 중량% 사용하는데 0.1 중량%보다 적으면 H₂기체의 발생량이 적어 폭열 방지에 효과가 없고, 0.3중량% 보다 많으면 H₂기체의 발생량이 너무 많아 시공체의 기공율이 크게 증가하는 문제점이 있다.

상기 b) 인산염계 화합물은 헥사메타인산소다((NaPO₃)₆), 트리폴리인산소다 (Na₃P₃O₁₀), 및 테트라폴리인산소다(Na₆P₄O₁₃)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택된다.

상기 a)의 금속 분말을 첨가하는 경우 양생 초기에 균열이나 부풀음이 일어나는 원인은 pH의 급격한 상승에 따라 금속 분말의 수화시 발생되는 H₂기체의 생성량이 높기 때문이다. 따라서 이를 억제하기 위해서는 양생초기에 시공체의 pH가 점진적으로 상승하도록 하면 되는데 본 발명에서 사용되는 상기 인산염계 화합물들은 Ca²⁺이온과 반응하여 킬레이트 화합물을 형성함으로써 혼련물 중에 자유 Ca²⁺이온의 생성을 지연시키는 역할을 함으로써 이러한 문제점을 해결한다.

상기 인산염계 화합물은 알루미나 시멘트를 포함하는 결합제에 있어 0.05 ∼ 0.15 중량% 사용한다. 이는 인산염계 화합물의 첨가량이 0.05 중량%보다 적으면 시멘트로부터 용출되는 이온의 포집능이 적고, 반면에 0.15 중량%보다 많으면 시멘트의 수화반응이 지연되어 금속분말의 수화가 거의 일어나지 않기 때문이다.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

Al₂O₃함량이 80 중량%인 Al₂O₃계 부정형 내화물에 있어서, 평균 입경이 45 ㎛인 Al 금속 분말을 부정형 내화물에 0.15 중량% 첨가하였다.

결합제로 사용된 Al₂O₃함량이 80 %인 알루미나 시멘트에 대하여 인산염계 화합물인 헥사메타인산소다를 0.15 중량% 첨가한 다음 수분을 전체 내화물 중량에 대해 6.5 중량% 첨가하여 혼련한 후 몰드(mold)를 이용하여 시험 시편을 제조하였다. 제조된 시편을 상온에서 12 시간 양생 후 1200 ℃의 화염을 직화하여 폭열시험을 행하였다. 또한 양생한 시편을 150 ℃에서 24 시간 내화물의 침식시험에 통상적으로 사용하는 회전 침식기에 시편을 설치한 후, 래들로부터 배제된 슬래그를 집어 넣어 용해된 것을 확인한 다음 1 시간 동안 유지시키는 작업을 5 회 반복하였다. 시험 후 냉각된 시편을 채취한 다음 각 시편의 손상 깊이를 측정하여 손상 지수를 구하였고 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1 과 동일하게 실시하되 금속 분말로 Al-Mg를 사용하고, 인산염계 화합물의 사용량도 0.1 중량%로 하여 시편을 제조하고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성치를 측정하여 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

비교예 1∼6

실시예 1 과 동일하게 실시하되 금속 분말의 첨가량, 사용하는 금속분말의 평균 입경, 사용되는 인산염계 화합물의 종류 및 첨가량을 하기의 표 1과 같이 달리하여 시편을 제조하고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성치를 측정하여 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
금속분말	재질	Al	Al-Mg	Al	Al	Al	Al	Al	Al
	첨가량(중량%)	0.15	0.15	0.05	0.3	0.15	0.2	0.15	0.15
	평균입경(㎛)	45	45	45	45	5	100	45	45
인산염계화합물	재질	헥사메타인산소다	헥사메타인산소다	헥사메타인산소다	헥사메타인산소다	테트라폴리인산소다	헥사메타인산소다	트리폴리인산소다	헥사메타인산소다
	첨가량(중량 %)	0.15	0.10	0.1	0.1	0.1	0.1	0.01	0.3
양생시 균열, 부풀음 발생여부	없음	없음	없음	부풀음	부풀음	없음	균열	없음
폭열 발생 여부	없음	없음	폭열	없음	없음	폭열	없음	폭열
손상지수	98	100	100	75	-	-	-	-

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우 내폭열성과 내식성이 우수하며, 양생시 균열이나 부풀음이 없었으나, 금속 분말과 인산염계 화합물의 종류 및 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1 내지 6의 경우는 건조폭열이나 부풀음이 일어나거나 슬래그에 대한 내식성이 낮음을 알 수 있었다.

본 발명의 폭열 방지제는 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에서 초기 양생시 pH의 급격한 상승을 억제함으로써 균열이나 부풀음 발생을 방지하여 시공체의 수명을 향상시키는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 알루미나 시멘트를 결합제로 사용하는 부정형 내화물에 있어서,

   a) 평균 입경이 20 ∼ 50 ㎛인 Al 금속 분말, Al-Mg 금속 분말, 및 Si 금

   속 분말로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 금속 분말; 및

   b) 헥사메타인산소다((NaPO₃)₆), 트리폴리인산소다(Na₃P₃O₁₀), 및 테트라폴리

   인산소다(Na₆P₄O₁₃)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 인산염

   계 화합물

   을 포함하는 폭열 방지제.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 a) 금속 분말이 상기 부정형 내화물의 0.1∼0.3 중량%이고, 상기 b) 인산염계 화합물이 상기 결합제의 0.05∼0.15 중량%인 폭열 방지제.