KR20050064080A

KR20050064080A - 제강 래들용 유입재의 내화조성물

Info

Publication number: KR20050064080A
Application number: KR1020030095357A
Authority: KR
Inventors: 정두화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-29
Also published as: KR101070479B1

Abstract

본 발명은 제강 래들용 유입재의 내화조성물에 관한 것으로, 알루미나 크링커 65∼70중량%, 스피넬 크링커 분말 20∼25중량%, 초미분 하소알루미나 5∼10중량%, 초미분 실리카플라워 1∼3.0중량%, 헥사메타인산소다 0.1∼0.4중량% 및 구연산 0.02∼0.04중량%를 포함하여 이루어지는 제강 래들용 유입재의 내화조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 제강 래들용 유입재의 내화조성물은 내침식성 및 내침윤성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

제강 래들용 유입재의 내화조성물{Refractory Composition of a Flowing Material for Use of Steel Manufacture Ladle}

본 발명은 제강 래들용 유입재의 내화조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 통상 알루미나질 유입재의 결합제로서 사용되는 알루미나시멘트를 사용하지 않고 초미분 하소 알루미나와 초미분 실리카플라워를 결합제로 사용하여 제조되는 내침식성 및 내침윤성이 우수한 고내용성 알루미나-스피넬질 부정형 내화조성물에 관한 것이다.

일반적으로 알루미나질 내화물은 용강 및 스래그에 대한 내식성이 우수하다는 특징을 지니고 있으므로 알루미나를 주 원료로 하는 각종의 부정형 내화물이 개발되고 있으며, 그 예로서 제강 공정중 래들의 벽체 및 바닥용 내화물을 들 수 있다.

부정형내화물 중에서도 유입시공용 부정형 내화물은 시공이 간단하다는 장점 때문에 그 이용도가 높다. 그러나 유입재로서 알루미나를 주원료로 사용한 알루미나질 유입재는 대부분의 경우 결합제로 알루미나시멘트를 다량 사용하므로 용강이나 스래그에 대해서 쉽게 용손되는 단점이 있다. 결합제로서 사용되는 알루미나시멘트는 알루미나 골재와 미분에 혼합해서 물을 첨가하여 혼련후 유입성형시 수화반응에 의하여 성형재가 24시간 이내의 짧은 시간에 노체로서의 강도를 발휘하게 하는데, 이를 위하여 통상 5-12%의 알루미나시멘트가 사용되고 있다.

상기한 바와 같이 알루미나시멘트는 단시간에 부정형재의 강도를 부여하는 장점이 있지만 고온에서는 기지(matrix)부에 MgO, Al₂O₃,CaO, SiO₂를 포함한 저융점물질이 포함되고, 생성된 저융점 물질이 유출됨으로 내화재의 용손을 촉진시키는 단점이 있다. 또한 저융점 물질은 외부의 스래그와 함께 내화물 조직내에 있는 기공을 통하여 침투되며 침투된 물질은 조직내의 골재 및 기지와 반응하여 변질층을 생성시킨다. 이렇게 생성된 변질층은 구조적 스폴링의 원인이 되며, 이러한 구조적 스폴링에 의해 내화물이 박리 손상된다. 이러한 결점을 갖는 알루미나시멘트 결합 알루미나 유입재는 내식성이 우수한 알루미나 재료의 고유 장점을 감소시키므로, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 알루미나시멘트의 사용량을 감소시키는 것이 필수적이다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 종래의 알루미나질 유입재의 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과를 근거로 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 알루미나질 유입재의 결합제로서 사용되는 알루미나시멘트 대신에 초미분의 알루미나와 실리카플라워를 결합제로 사용하여 알루미나질 유입재의 결점인 내침식 및 내침윤성을 향상시키고,동시에 시공성이 우수한 알루미나질 유입재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알루미나 크링커 65∼70중량%, 스피넬 크링커 분말 20∼25중량%, 초미분 하소알루미나 5∼10중량%, 초미분 실리카플라워 1∼3.0중량%, 헥사메타인산소다 0.1∼0.4중량% 및 구연산 0.02∼0.04중량%를 포함하여 이루어지는 제강 래들용 유입재의 내화조성물을 제공한다.

상기 알루미나 크링커의 순도는 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 98% 이상일 수 있다.

상기 스피넬 크링커 분말의 입자크기는 0.074㎜ 이하일 수 있다.

상기 초미분 하소알루미나의 입자크기는 0.5㎛ 이하일 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미나 크링커 65∼70중량%, 스피넬 크링커 분말 20∼25중량%, 초미분 하소알루미나 5∼10중량%를 기본조성으로 하고, 기본조성에 대하여 외삽으로 초미분 실리카플라워 1.0∼3.0중량%, 헥사메타인산소다 0.1∼0.4중량%를 첨가하며, 경화지연제로 구연산을 0.02∼0.04중량% 첨가하여 조성되는 래들의 벽체나 바닥용 유입재의 내화조성물에 관한 것이다.

본 발명에서는 상기의 목적의 달성하기 위해 래들용 유입재로서 알루미나 크링커 65∼70중량%, 스피넬 크링커 분말 20∼25중량%, 초미분 하소알루미나 5∼10중량%를 기본조성으로 함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

본 발명에서 사용하는 알루미나 크링커의 순도는 유입재의 내화도를 높게 유지하기 위해 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 98% 이상의 것을 사용함이 바람직하며, 소결 알루미나 크링커나 전융 알루미나 크링커 중 어느것을 사용하여도 무방하나 고내식성을 얻기 위해서는 전융 알루미나 크링커를 사용함이 바람직하다. 알루미나 크링커는 주 원료로 65∼70중량% 이어야 한다. 여기서 알루미나 크링커의 함량 한정은 내침윤성 향상을 위해 첨가되는 스피넬 크링커 미분과 결합제인 하소 알루미나 분말을 제외한 나머지 부분을 내화성 골재로 사용하는 것을 의미하며, 용강이나 스래그에 대한 고내식성을 얻기 위해서는 다량의 알루미나를 함유하는 것이 효과적이다.

상기 스피넬 크링커 분말은 유입재의 입도구성상 입자크기 0.074mm 이하의 것을 사용하여야 하며, 첨가량은 20∼25중량% 이어야 한다. 여기서 스피넬 크링커의 첨가량을 한정하는 이유는 스래그에 대한 내침윤성을 향상시키는데 효과적이다.

상기 하소 알루미나는 0.5㎛ 이하의 초미분 하소 알루미나를 5∼10중량% 사용함이 바람직하다. 초미분의 하소 알루미나를 사용하게 되면 유입재의 유동성을 높여주는 동시에 결합제 역할을 하여 유입재의 건조강도를 높여준다. 이와 같은 알루미나 분말을 5중량% 미만 사용하면 유입재의 유동성이 저하되고 건조강도가 저하된다. 10중량%를 초과하면 오히려 유동성이 저하되고, 가격도 비싸지는 단점이 있다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같은 기본조성에 대하여, 외삽으로 실리카플라워 초미분 1∼3중량%, 분산제로 헥사메타인산소다 0.1∼0.4중량%, 경화지연제로 구연산 0.02∼0.04중량%를 첨가하여 본 발명의 알루미나-스피넬계 유입재를 조성함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

상기 실리카플라워는 본 발명에서 유동성을 부여하고 건조강도를 유지하게 할 뿐만 아니라 중간온도영역(600∼1000℃)에서 결합강도를 유지하기 위한 성분으로서, 그 사용량이 너무 적으면 유동성 부여 및 강도증진 효과가 미약하며, 너무 과다하게 첨가되면 오히려 유동성이 떨어지고 알루미나-마그네시아-실리카계의 저융점 물질을 생성시켜 열간강도 및 내식성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 실리카플라워의 첨가량을 내화조성물 기본조성에 대하여 외삽으로 1∼3중량%로 제한함이 바람직하다.

상기 헥사메타인산소다는 본 발명에서 분산제 역할을 하는 것으로서, 충분한 분산성을 고려하여 그 첨가량을 상기 기본조성에 대하여 외삽으로 0.1∼0.4중량%로 제한함이 바람직하다. 기본조성에 대하여 외삽으로 헥사메타인산소다의 첨가량이 0.1중량% 미만이면 유입재의 유동성이 부족하며, 0.4중량%를 초과하면 유동성 및 내식성이 오히려 저하된다.

상기 구연산은 본 발명에서 경화지연제 역할을 하는 것으로서 유입재 시공시 작업시간을 고려하여 그 첨가량을 상기 기본조성에 대하여 외삽으로 0.02∼0.04중량%로 제한함이 바람직하다. 0.02중량% 미만 첨가하면 혼련물이 빨리 경화되어 시공작업에 지장을 초래하며, 0.04중량%를 초과하면 혼련시 유입재의 유동성이 심하게 저하되어 혼련 자체가 어려워 진다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1∼2] 및 [비교예 1∼9]

하기 표 1과 같이 조성되는 성분들을 5.5%의 첨가수를 사용하여, 래들용 유입재를 제조시, 유입재로서의 시공성 평가를 위한 플로우(flow)값을 측정하였으며, 시편을 제조한 후 곡강도, 잔존선 변화율, 내침식성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

이때 플로우 값은 내경 100mm의 플로우콘(flow cone)을 유동도 측정기의 금속제원판 중앙에 놓고 혼련된 시료를 약 1Kg 충진한 다음 플로우콘을 제거한 후, 괴상의 시료만 남게 되면 원판에 충격을 가한다. 원판의 상하 충격에 의해 원판상의 시료는 유동성의 크기에 따라 넓게 퍼진다. 15회 타격을 준 후, 유동된 재료의 최장부와 최단부를 측정하여 그 평균값을 플로우 값으로 하였다. 이와 같은 플로우 값은 통상 150 이상이면 시공성이 양호한 것으로 판단할 수 있다.

곡강도와 잔존선 변화율 측정을 위한 시편크기는 40mm×40mm×160mm로 제조하였으며, 침식시험용 시편은 118mm(뒷면 가로)×110mm(높이)×40mm(두께)×82mm(앞면 가로)의 횡제리형 크기로 유입성형하여 24시간 양생후 탈형하여 110℃에서 24시간 건조하여 시험에 사용하였다.

침식깊이 및 침윤깊이는 염기도(CaO/SiO₂의 비율) 3.5이고, 전체 Fe가 17%인 래들 스래그를 침식제로 하여 1650∼1700℃에서 4시간 회전침식 시험한 후 시편의 중앙을 절단하여 측정한 값이다.

구분		실시예		비교예
구분		1	2	1	2	3	4	5	6	7	8	9
제강 래들용유입재(중량%)	알루미나 크링커	70	69	77	70	70	68	70	70	70	70	70
	스피넬(MgAl₂O₄)크링커	20	25	20	18	20	22	20	20	20	20	20
	초미분 하소알루미나	10	6	3	12	10	10	-	10	10	10	10
	실리카플라워	+1	+2	+1	+1	-	+4	+1	+1	+1	+1	+1
	알루미나시멘트	-	-	-	-	-	-	10	-	-	-	-
	헥사메타인산소다	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	+0.1	-	+0.6
	구연산	+0.02	+0.02	+0.02	+0.02	+0.02	+0.02	+0.02	-	+0.05	+0.02	+0.02
첨가수(%)		5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5
유동도(mm)		190	180	130	140	190	140	150	180	110	120	140
급결유무(경화정도)		양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	급결	-	양호	-
곡강도(kg/cm²)	110℃×24h	55	60	30	60	35	65	65	50	45	50	55
	1000℃×3h	70	75	40	80	30	80	80	70	60	60	75
	1500℃×3h	120	110	70	110	90	130	135	120	125	90	130
잔존선 변화율(%)	1500℃×3h	+0.5	+0.4	-0.2	+0.6	+0.6	-0.2	+0.6	+0.5	+0.6	+0.5	+0.2
스폴링시험 결과		10	10	10	7	8	8	7	5	6	10	9
침식깊이(mm)		8	8	10	12	9	15	17	8	15	10	12
침윤깊이(mm)		4	5	7	8	8	5	5	5	10	5	5

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 1∼2의 경우에는 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 비교예 1??9의 경우보다 유입재의 특성이 우수함을 알 수 있다.

반면에 비교예 1은 초미분 알루미나를 본 발명의 범위 보다 적게 첨가한 것으로 건조강도가 약하고 잔존수축을 나타내며, 비교예 2는 초미분 알루미나의 첨가량이 청구범위를 초과한 것으로 혼련물의 유동성이 떨어진다.

비교예 3과 비교예 4는 실리카 플라워의 첨가량이 청구범위를 벗어난 것으로 청구범위보다 적게 첨가하면 건조강도와 1000℃에서의 소성강도가 약하고, 청구범위를 초과하면 유동성 저하와 내식성이 저하되었다. 비교예 5는 청구범위에 포함되지 않는 알루미나시멘트를 결합제로 첨가한 것으로 내식성이 현저히 저하됨을 알 수 있다. 비교예 6은 경화지연제 구연산을 첨가하지 않은 것으로 혼련물이 10분 이내에 급결되었으며, 비교예 7은 구연산의 첨가량이 청구범위를 초과한 것으로 혼련물의 유동도가 현저히 저하되었다. 비교예 8과 비교예 9는 분산제인 헥사메타인산소다의 첨가량이 첨구범위를 벗어난 것으로 유동성이 저하됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 제강 래들용 유입재의 내화조성물은 알루미나-스피넬계의 유입재에 대한 것으로 결합제로서 통상의 알루미나시멘트 대신에 초미분 알루미나와 실리카 플라워를 사용하고, 분산제와 경화지연제로 헥사메타인산소다와 구연산을 첨가하여 제강 래들용 유입재의 내화조성물을 제조함으로써 강도저하 없이 내침식 및 내침윤성을 개선시킬 수 있는 효과가 있는 유용한 발명이다.

상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims

알루미나 크링커 65∼70중량%, 스피넬 크링커 분말 20∼25중량%, 초미분 하소알루미나 5∼10중량%, 초미분 실리카플라워 1∼3.0중량%, 헥사메타인산소다 0.1∼0.4중량% 및 구연산 0.02∼0.04중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제강 래들용 유입재의 내화조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 알루미나 크링커의 순도는 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 98% 이상인 것을 특징으로 하는 제강 래들용 유입재의 내화조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 스피넬 크링커 분말의 입자크기는 0.074㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 제강 래들용 유입재의 내화조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 초미분 하소알루미나의 입자크기는 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 제강 래들용 유입재의 내화조성물.