KR20030037595A

KR20030037595A - 열간투입 보수 내화재

Info

Publication number: KR20030037595A
Application number: KR1020010068848A
Authority: KR
Inventors: 양시웅; 최금동; 최을식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-14

Abstract

본 발명은 제강로의 노체 바닥, 장입벽 또는 출강벽에서 부분적으로 손상된 부위를 열간에서 투입 보수할 때 사용되는 내화물에 관한 것으로, 그 목적은 분진발생이 없으면서 유동성이 좋고 경시변화가 생기지 않으며 양생시간이 빠르고 부착성 및 내용이 우수한 열간투입 보수재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

염기성 내화골재 75~85중량%와 분말상 피치 15~25중량%로 조성되는 원료분말과, 상기 내화골재 100중량%에 대해 액상 습윤제로 에틸렌글리콜 이 1~3중량%가 함유되어 이루어지는 염기성 노체의 열간투입 보수재에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

열간투입 보수 내화재{Hot patching refractory by throwing}

본 발명은 노체의 바닥, 장입벽, 출강벽에서 부분적으로 손상된 부위의 보수 및 원할한 조업과 로의 수명연장을 위해 열간에서 투입하여 사용하는 염기성 부정형 보수 내화물에 관한 것이다.

전로 등 각종 제강로의 조업중에 부분적으로 손상된 부위가 발생하면, 로의 수명연장을 위해서 손상부위를 보수하여 사용하고 있다. 손상부위의 보수에는 원할한 제강조업을 위해서 스프레이보수, 투입보수 등의 열간보수가 행해지고 있다. 투입보수의 경우에는 비수계 재질를 이용하므로 시공시 물이 필요없어 모재연와인 마그네시아-탄소질연와의 수명연장에 큰 도움을 준다. 투입보수재 재질은 모재연와와 동일재질로 하여 용강 및 슬라그에 대한 내식성 향상을 도모하고 있다. 투입보수재도 마그네시아-탄소질을 사용하게 되는데, 이 경우에 탄소질 재료로는 타르, 피치, 페놀수지 등을 사용하고 있다.

탄소질 재료로서 타르, 피치는 열간에서 유동성이 좋고 접착성이 양호하지만 연소시간에 따른 양생시간이 길고 매연발생량이 많아 환경문제를 야기하는 문제가 있다. 특히 타르의 경우 제조시에 용해 및 포장에 어려움이 따르다. 따라서, 탄소질 재료로서 페놀수지를 많이 사용하고 있으며, 피치와 병용하여 사용하는 기술들이 많다.

종래의 노체보수재에 관한 유력한 기술로는 크게

(1) 탄소질 재료로 페놀수지 단독으로 사용한 경우(일본 특허 소58-110473호, 일본특허 소58-26080, 일본특허 평3-271168)

(2) 탄소질 재료로 페놀수지와 피치를 병용하여 사용한 경우( 일본특허 평4-310578, 한국 공개특허공보 1997-27009)

(3) 탄소질 재료로 페놀수지를 사용하면서 유기질 분리방지제를 사용하는 경우(일본특허 평3-126679)로 구분할 수 있다.

(1) 페놀수지 단독 사용하는 선행기술

일본특허 소58-110473호는 내화재료:70~90중량%와 페놀수지:10~30중량%을 주성분으로 하는 내화혼합물 또는 정형불소성 내화물을, 열간중의 용융금속용탕의 접촉부에 내장하는 용융금속용탕의 보수방법에 관한 것이다.

일본특허 소58-26080호는 내화재료:70~90중량%, 60℃이상의 연화점을 갖는 고체페놀수지 10~30중량%를 주성분으로 하는 혼합물로 이루어지는 건식열간보수용 내화혼합물에 관한 것이다.

일본특허 평3-271168호는 내화재료와 평균분자량이 600이상으로 되는 노볼락형 페놀수지를 유기용제에 용해하여 되는 페놀수지용액과, 페놀수지분이 3.5 ~ 10중량%로 되는 범위에서 혼련하여 이루어지는 실온에서 자기유동성을 갖는 부정형 내화물에 관한 것이다.

페놀수지를 분말로 이용하는 기술은 제조 및 사용시 분진이 발생하는 단점이 있다. 일본특허 평3-271168의 경우에는 페놀수지를 액상으로 사용하므로 분진발생 염려는 적으나 유동성의 저하하는 단점이 있다.

(2) 페놀수지와 피치를 병용하여 사용한 선행기술

일본특허 평4-310578호는 내화재료 100중량%에 대해 입상노볼락형 페놀수지와 입상피치와의 배합비 1:4 ~ 2:3의 범위내에서 외삽으로 12~24중량%를 첨가하여 이루어지는 분말상 건식 열간보수용 부정형 내화물에 관한 것이다.

한국 공개특허공보 1997-27009호는 마그네시아립 또는 마그네시아립과 돌로마이트립과의 혼합물을 주성분으로 하는 내화성 골재 70~80중량%에 대해 분말상 피치 15~20중량%와 상온에서 혼련 가능한 점도를 지닌 액상 노볼락형 페놀수지 5~10중량%를 첨가하여 100중량%로 배합하여 만든 열간보수용 부정형 내화 조성물에관한 것이다.

이들 선행기술은 피치분말과 페놀수지분말을 병용사용 함으로써 매연을 줄이고 연소시간의 단축을 도모하고 있다. 그러나, 피치와 페놀수지의 연화점이 달라, 즉 페놀수지가 먼저 녹아 경화하여 피치의 유동을 저해한다.

(3) 페놀수지와 유기질 분리방지제를 사용하는 선행기술

일본특허 평3-126679호는 입도조정된 내화골재 80~90중량%와 액체 노볼락형 페놀수지 10~20중량%로 이루어지는 배합물에 융점 또는 연화점이 50℃이상인 유기질 분리방지제(폴리에틸렌, 탄화수소, 지방산 등)를 첨가하여 혼련하고, 플로우 값을 125~180mm로 되는 자기유동성을 갖는 정형내화재에 관한 것이다. 이 선행기술은 페놀수지 단독 또는 피치와 병용하여 사용하는 (1)(2)의 선행기술의 문제점을 어느 정도 해결하고 있으나, 여전히 유동성의 저하 및 보관중 경시변화를 일으키는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 문제는 페놀수지 단독 사용하는 경우에 더욱 심각하게 나타난다.

본 발명은 분진발생이 없으면서 유동성이 좋고 경시변화가 생기지 않으며 양생시간이 빠르고 부착성 및 내용이 우수한 열간투입 보수재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열간투입 보수재는, 염기성 내화골재 75~85중량%와 분말상 피치 15~25중량%로 조성되는 원료분말과, 상기 내화골재 100중량%에 대해 액상 습윤제로 에틸렌글리콜이 1~3중량%가 함유되어 조성되는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

열간투입보수재는 원.부원료의 조합에 의해 그 특성이 결정되므로, 원료의 상호작용을 고려하여 선정하는 것이 중요하다. 본 발명의 연구에 따르면 탄소질원료로서 피치분말을 사용하고 액상습윤제로 에틸렌글리콜을 사용하면 상호작용에 의해 열간보수재에 요구되는 제반물성이 확보되는 것을 확인하였다.

본 발명에서는 탄소질 원료로서 피치를 단독으로 사용하는데 특징이 있다. 피치와 페놀수지를 병용하여 사용하는 경우에는 두 원료의 연화점 차이에 의해 상호간에 유동성을 저해하고 경시변화가 일어난다. 본 발명의 연구에 따르면 에틸렌글리콜과 함께 탄소질원료로서 피치를 단독 사용할 경우에는 보관기간이 길어지고 충분한 유동성을 확보할 수 있고 양생시간이 빠르며, 부착성 및 내용성이 개선되는 것으로 확인되었다. 또한, 본 발명에서는 분진방지를 위한 액상습윤제로서 에틸렌글리콜을 사용하는데 특징이 있다. 종래의 액상페놀수지나 알코올류의 습윤제와는 달리, 경시변화의 염려가 없으며 사용중 발열하여 피치의 연화 및 양생시간을 단축하는 역할을 한다. 본 발명의 원료에 대해 구체적으로 설명한다.

[내화골재]

본 발명에서 염기성 내화골재를 주원료로 사용하는데, 염기성 내화골재는 적용되는 노체의 모재연와를 고려하여 결정한다. 예를 들어 전로의 경우에는 마그네시아-탄소질 내화재료가 주로 사용되므로 마그네시아를 내화골재로 사용한다.

근래 들어 전로조업에서 질소분사 슬래그 코팅(N₂Splash Slag Coating) 등의 신공법이 도입되면서 슬라그에 대한 침식 및 침투가 가속화되는 점을 고려하여 열간투입보수재에 돌로마이트를 클린커를 병용하여 사용하는 것도 바람직하다. 마그네시아와 돌로마이트를 병용하여 사용하는 경우에는 슬라그에 의한 내침식 및 내침투성이 개선된다. 마그네시아와 돌로마이트의 배합비는 50:50~90:10으로 하는 것이 바람직하다. 마그네시아의 배합비가 50중량% 미만의 경우에는, 상대적으로 돌로마이트 첨가량이 많아져 내소화성 및 내침식성이 저하되며 반대로 마그네시아의 배합비가 90중량% 초과의 경우에는 돌로마이트의 첨가량이 작아져 슬라그에 대한 내침식 및 내침투성을 확보하기가 어렵다.

본 발명의 열간투입보수재에서 내화골재의 배합비는75~85중량%로 하는 것이 바람직하다. 내화골재의 배합비가 75중량% 미만의 경우에는 상대적으로 피치의 배합량이 높아져서 양생시간이 길어져 조업에 불리하다. 또한, 내화골재의 배합비가 85중량% 넘는 경우에는 상대적으로 피치의 첨가량이 적어서 유동성, 부착성 및 내용성이 저하한다.

[탄소질 재료]

열간투입보수재의 부원료인 탄소재료는 인상흑연, 피치, 코크스, 페놀수지 등이 사용되고 있다. 이중에서 피치는 열간에서 유동성이 좋으며 골재를 운반하여 목표부위에 보수할 수 있어 좋다. 따라서, 본 발명에서는 분말상피치를 탄소질재료로서 사용한다.

본 발명에 사용하는 피치는 분말상으로, 석유계, 석탄계 어느 것도 좋으며, 연화점은 105℃~125℃인 것이 가장 바람직하다. 연화점이 낮을수록 함유 탄소량이 적고 휘발분이 많아 매연 과다 등 환경 문제를 야기할 가능성이 높아지고 또한, 하절기나 온도가 높은 곳에 보관시 연화하여 경화할 가능성이 높다. 따라서, 연화점이 어느 정도 높은 것이 좋으며, 가장 바람직한 온도가 105℃이상 이다. 물론, 이 보다 다소 낮더라도 큰 문제는 없다. 그리고, 연화점이 너무 높아도 잔탄량은 많아지고 연소시간이 길어져 조업에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 가장 안전하게는 연화점을 125℃이하의 경우가 좋으나 이보다 다소 높아도 큰 문제는 없다.

또한, 분말상 피치의 입도는 평균1㎜이하를 사용하는 것이 좋다. 입도가 클수록 연화하여 경화하는 시간이 늦으므로 입도가 작을수록 좋다. 평균입경 1㎜이하이면 이러한 염려는 없으며, 이 보다 약간 높더라도 큰 문제는 없다. 본 발명에서 분말상 피치의 함량은 15~25중량%로 하는 것이 바람직하다. 분말상 피치의 함량이 15중량%미만의 경우에는 피치의 첨가량이 적어, 유동성, 부착성 및 내용성이 저하한다. 또한, 피치의 함량이 25중량% 보다 많으면 피치의 첨가량의 많아서 양생시간이 길어져, 조업이 큰 지장을 준다.

[습윤제]

본 발명에서는 열간투입 보수재를 습식으로 하는데 특징이 있다. 대부분의 열간투입보수재가 건식이어서 분진발생이 심하고, 포장, 보관 등 다루기가 어렵다. 근래 들어 열간투입 보수재를 습식으로 하기 위해 액상 습윤제로 사용한 경우가 있는데, 이때 습윤제로는 페놀수지를 주로 사용하고 있다.

그러나, 본 발명자들의 페놀수지의 습윤제에 대해 검토한 결과, 페놀수지는 보관중 경화 등의 경시변화에 의한 보관기간 단축 및 사용시 유동성 저하 등의 문제를 내포하고 있다. 따라서, 본 발명에서는 습윤제로 에틸렌글리콜을 사용한다. 에틸렌글리콜은 경시변화의 문제가 없을 뿐만 아니라, 사용중 발열하여 피치의 연화 및 양생시간을 단축하는 역할을 하는 것으로 확인되었다. 에틸렌글리콜의 첨가량은 내화골재 100중량%에 대해 1 ~ 3중량%가 바람직하다. 에틸렌글리콜의 첨가량이 1중량%미만의 경우에는 그 첨가 효과가 미비하며, 3중량% 보다 많은 경우에는 그 양이 과다하여 매연증가 및 내식성 등 품질을 떨어뜨린다.

본 발명의 열간투입보수재에는 탄소질 재료를 사용하므로 탄소질 재료의 산화방지를 위해 통상의 산화방지제를 사용할 수 있다. 통상 산화방지제로는 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘 (Mg) 등의 금속을 단독 또는 병용 사용하고 있으며, 이들을 본 발명에 적용하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1과 같이 조성되는 열간보수재를 제조하여 500g을 1200℃로 유지한 소형로의 마그네시아-카본연와에 투입하여 유동에 의한 유동성, 양생시간을 측정하였다. 또한 80×80×120㎜의 마그네시아-카본연와 50Φ의 구멍을 뚫어 전기로에서 1200℃로 1시간 유지후 꺼내어 시료 250g을 투입하여 연소시킨 후 접착강도 및 압축강도를 측정하고 이 시편에 대한 겉보기 기공율, 부피비중을 측정하였다.

구 분	발명예	비 교 예
구 분	발명예	1	2	3	4
원료	마그네시아 클린커	40	80	80	70	90
원료	돌로마이트 클린커	40			70	90
부원료	피치	20	20	20	30	10
에틸렌글리콜	2	-	-	2	2
액상페놀수지	-	-	2	-	-
산화방지제	1	1	1	1	1
시공성	유동성(mm)	200	180	150	250	100
시공성	양생시간(분)	1분50초	2분10초	3분30초	5분05초	1분10초
물 성	부피비중	2.35	2.37	2.32	2.34	2.36
	기공율(%)	26.4	25.8	27.3	26.7	26.2
	압축강도(Kg/cm²)	62	45	50	65	62
	접착강도(Kg/cm²)	1.22	0.82	1.01	2.11	0.73

표 1에 나타난 바와 같이, 비교예(1)은 마그네시아 클린커 단독 및 액상 습윤제를 첨가하지 않은 보수재이며, 비교예(2)는 액상페놀수지를 적용한 예로, 발명예에 비해 시공성 및 제반 물성이 좋지 않았다. 비교예(3)은 내화골재 대비 분말상 피치가 과다하게 첨가된 경우로, 양생시간이 길어지는 결과를 초래하였으며, 비교예(4)는 비교예(3)과는 반대로 분말상 피치가 범위이하로 첨가되어, 유동성 및 접착성이 저하하는 결과를 나타냈다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 열간투입보수재는 유동성, 양생시간, 접착성 등의 제반물성이 우수하여 노체의 장입벽, 바닥, 출강구, 로구부 등의 손상부위에 적용되어 노체 수명연장에 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

염기성 내화골재 75~85중량%와 분말상 피치 15~25중량%로 조성되는 원료분말과, 상기 내화골재 100중량%에 대해 액상 습윤제로 에틸렌글리콜 이 1~3중량%가 함유되어 이루어지는 염기성 노체의 열간투입 보수재.
제 1항에 있어서, 상기 염기성 내화골재는 마그네시아 클린커: 50~90중량%와 돌로마이트 클린커:50~10중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염기성 노체의 열간투입 보수재.
제 1항에 있어서, 상기 분말상 피치는 1㎜이하의 입자로서 연화점이 105℃ ~ 125℃의 범위로 이루어짐을 특징으로 하는 염기성 노체의 열간투입 보수재.