KR20040049586A - 마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌 - Google Patents

마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제강분야 및 비철업계에서 사용되는 마그네시아 크롬질 내화벽돌에 관한 것이다.
이 마그네시아 크롬질 내화벽돌은 마그크로 파연와: 60~80중량%, 나머지 마그네시아 클링커로 조성되는 주원료와 상기 주원료 100중량부에 대해 결합제: 2~3중량부를 포함하여 이루어진다.
이 마그네시아 크롬질 내화벽돌은 마그네시아 크롬질 벽돌의 제조공정에서 발생되는 마그크로 파연와를 이용하므로써 내침식성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌{A burned magnesia-chrome firebrick using broken Mg-Cr brick}
본 발명은 제강분야 및 비철업계에서 사용되는 마그네시아 크롬질 내화벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 제조과정에서 발생되는 파연와를 재활용하여 이용함으로써 내침식성을 향상시킨 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌에 관한 것이다.
일반적으로 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌은 해수 및 천연 소결 마그네시아 클링커, 전융 마그네시아 클링커, 전융 마그크로 클링커, 천연 크롬광 등의 원료를 혼련, 성형, 건조, 소성함으로써 제조된다. 상기 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌은 사용되는 원료의 종류, 입도 및 혼합량, 소성온도 등에 따라서 다양한 제품이 개발되어 있으며, 현재 제강분야 및 비철업계에서 많이 사용되고 있다. 특히, 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌은 구성되는 마그네시아 클링커, 전융 마그크로 클링커, 천연 크롬광의 함량에 따라 제품의 주특성인 내침식성과 열적 변화 저항성이크게 변화된다.
상기 소성 마그네시아 크롬질 벽돌은 1700℃ 이상의 소성공정을 통해서 완제품으로 생산된다. 그러나, 이러한 소성공정을 통해 생산된 내화벽돌중 일정양의 제품에는 휘어짐, 모서리 파괴, 내외부 균열 등의 불량이 발생되고 있다. 특히, 이러한 소성제품의 불량품 발생율은 벽돌의 형상이 복잡해질수록, 그리고 크기가 대형화될수록 더욱 증가된다. 따라서, 상기 소성제품의 불량율을 줄이기 위해서 소성 내화 벽돌의 제조 공정 개선이 지속적으로 추진되고 있으나, 소성 내화 벽돌 제조에 있어서 불량품의 발생은 불가피한 것이다. 현재 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 불량품들은 분쇄공정을 거쳐 부정형 내화물의 원료로 사용되고 있을뿐 정형 내화물로는 사용되고 있지 못한 실정이다.
본 발명은 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 제조과정에서 발생되는 파연와를 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 제조에 재활용하기 위한 것으로, 파연와를 첨가함으로써 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 내침식성을 향상시키는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그크로 파연와: 60~80중량%, 나머지 마그네시아 클링커로 조성되는 주원료와 상기 주원료 100중량부에 대해 결합제: 2~3중량부를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
소성 마그네시아 크롬질 내화 벽돌 제조 과정에서 발생되는 불량품은 실제 공정에 적용되지 않은 상태이므로 슬라그나 용강의 침투에 의한 오염이 발생되지 않은 상태이다. 본 발명에서는 이러한 불량품을 분쇄하여 내화벽돌의 주원료로 사용함으로써 내침식성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 성분한정 이유부터 살펴본다.
마그크로 파연와: 60~80중량%
상기 마그크로 파연와는 소성 마그네시아 크롬질 내화 벽돌의 제조공정에서 소성공정 후, 휘어짐, 모서리 파괴, 내외부 균열 등의 불량이 발생된 마그네시아 크롬질 내화벽돌을 분쇄한 것이다. 또한, 상기 마그크로 파연와는 다양한 입도 분포와 화학성분을 갖는 마그네시아 크롬질 내화 벽돌의 불량품을 분쇄한 것으로, MgO의 함량이 60~80중량%, Cr2O3의 함량이 10~30중량%를 갖는 원료이며, 일반물성상 마그네시아 클링커와 천연 크롬광에 비해 부피비중이 낮고 기공율이 다소 높다.
상기 마그크로 파연와는 소성공정을 거친 것이기 때문에 입자들의 표면에 기존의 마그네시아 클링커와 천연 크롬광 등의 고온 확산 반응으로 MgO 성분과 Cr2O3, Fe2O3, Al2O3성분간에 스피넬(Spinel)상이 생성되어 있다. 따라서, 고온에서의 화학적 안정성이 우수하여 슬라그에 대한 반응성이 낮으므로, 첨가시 내침식성 및 열적변화 저항성을 향상시킬 수 있다.
상기 마그크로 파연와의 함량이 60중량% 미만이면 내침식성이 저하되고, 80중량%를 초과하면 벽돌의 품질을 저하시키므로, 그 함량을 60~80중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마그크로 파연와의 입도를 3mm 이하로 제한하면 내침식성 향상에 보다 유리하므로, 상기 마그크로 파연와의 입도는 3mm 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.
상기한 조성 이외에 나머지는 마그네시아 클링커로 조성된다.
상기 마그네시아 클링커로는 전융 마그네시아 클링커와 소결 마그네시아 클링커가 모두 사용 가능하나, 보다 우수한 열적 변화 저항성을 얻기 위해서는 소결 마그네시아를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 마그네시아 클링커의 MgO함량이 96% 미만이면 벽돌내에 CaO와 SiO2플럭스의 함량이 증가되어 입자간 결합 형성시 실리케이트상을 형성하는 소결반응이 조장되어 소성체의 일반물성 및 강도특성을 향상되나 내식성 및 열적 변화 저항성이 저하되므로, 상기 마그네시아 클링커의 MgO함량은 96% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마그네시아 클링커의 입도를 0.3mm 이하로 관리하면 내침식성 향상에 보다 유리하므로, 그 입도를 0.3mm 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같이 조성되는 주원료에 결합제를 외삽으로 첨가한다.
결합제: 2~3중량부
상기 결합제는 점성을 부여하여 성형이 가능하도록 하기 위해 첨가되는 성분이다. 상기 결합제의 종류로는 페놀 결합제와 펄프폐액 결합제가 있으며, 어떤 것을 사용하더라도 효과는 큰 차이가 없다.
상기 결합제의 첨가량이 주원료 100중량부에 대해 2중량부 미만이거나 3중량부를 초과하면 벽돌의 성형 및 건조 공정시 문제가 발생되어 벽돌의 품질이 저하되므로, 상기 결합제의 첨가량은 주원료 100중량부에 대해 2~3중량부로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
하기 표 1과 같은 특성을 갖는 원료를 표 2와 같이 조성한 후, 웨트팬 믹서(Wet Pan Mixer)에서 30분간 혼련하였다. 혼련물은 1200kg/㎠의 성형압으로 성형한 다음, 120℃ 건조기에서 24시간 동안 건조하였다. 상기 건조 후, 1710℃에서 소성하여 마그네시아 크롬질 내화벽돌을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 마그네시아 크롬질 내화벽돌의 일반물성, 강도특성, 침식성, 열적 변화 저항성 등의 품질 특성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
상기 침식성은 고주파 유도로 침식시험을 통해 평가하였다. 침식시험에 사용된 슬라그는 화학성분상 CaO성분 50중량%, SiO2성분 50중량%로 구성되었다. 1700℃에서첨가된 슬라그를 30분간 용융시킨 후 배출하는 것을 1회로 하여 8회 실시하여 침식깊이를 측정하였다. 침식지수는 마그크로 파연와가 사용되지 않은 비교재(4)의 침식깊이를 기준(100)으로 하여 상대적인 지수로 나타낸 것이다.
상기 열적 변화 저항성은 60×60×60mm크기의 시편을 전기로에 장입하여 1400℃까지 5℃/min의 승온속도로 소성한 후, 1400℃에서 30분 유지한 후 꺼내어 공냉기에서 30분간 냉각하는 것을 1회로 하여 총 30회 실시하였다. 30회 시험한 시편의 압축강도를 측정하여 시험 전후의 압축강도 변화량을 계산하여 열적 변화 저항성을 평가하였다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(1~3)은 본 발명의 범위를 만족하지 않는 비교재(1~4)에 비하여 내침식성 및 열적 변화 저항성이 우수함을 알 수 있다. 이는 발명재(1~3)의 경우, 한번의 소성공정을 거쳐 이미 스피넬 상들이 생성되어 있는 마그크로 파연와를 사용함에 따라서 재소성 공정시 보다 많은 스피넬 상의 형성이 가능하기 때문에 내식성 및 열적 변화 저항성이 보다 향상된 것이다.
그러나, 마그크로 파연와의 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교재(1)은 강도, 내침식성 및 열적 변화 저항성 모두 발명재보다 떨어졌다.
또한, 마그크로 파연와의 함량이 본 발명의 범위보다 적은 비교재(2) 및 MgO함량이 본 발명의 범위보다 낮은 마그네시아 클링커를 사용한 비교재(3)은 반응성이 우수한 입자의 함량 증가 및 CaO와 SiO2플럭스의 함량 증가에 의해 소결성이 증가되어 일반 물성 및 강도 특성은 향상되었으나, 과도한 소결반응에 의해 열적 변화 저항성이 급격히 저하되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 마그네시아 크롬질 벽돌의 제조공정에서 발생되는 마그크로 파연와를 이용하여 내침식성을 향상시킨 마그네시아 크롬질 내화벽돌을 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 마그크로 파연와: 60~80중량%, 나머지 마그네시아 클링커로 조성되는 주원료와 상기 주원료 100중량부에 대해 결합제: 2~3중량부를 포함하여 이루어지는 마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마그크로 파연와는 입도가 3mm 이하이며, MgO함량이 60~80중량%, Cr2O3함량이 10~30중량%임을 특징으로 하는 마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마그네시아 클링커는 MgO함량이 96% 이상이며, 입도가 0.3mm 이하임을 특징으로 하는 마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 마그네시아 클링커는 소결 마그네시아 클링커임을 특징으로 하는 마그크로 파연와를 이용한 소성 마그네시아 크롬질 내화벽돌.
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