KR20150048461A

KR20150048461A - 부착성이 우수한 제강용 충진재 조성물

Info

Publication number: KR20150048461A
Application number: KR1020130128558A
Authority: KR
Inventors: 이동하
Original assignee: (주)포스코켐텍
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07
Also published as: KR101520765B1

Abstract

본 발명은 돌로마이트 40~70 중량%, 마그네시아 10~30 중량% 및 산화철 스케일 15~30 중량%를 포함하는 골재 100 중량부에 대해 유지 4~10 중량부를 포함하는 충진재 조성물을 제공한다.
본 발명의 충진재 조성물을 사용함으로써 제강 공정이 수행되는 고온의 환경에서도 연와 간의 우수한 부착 강도를 확보할 수 있어, 기존의 래들을 축조하는 경우뿐만 아니라 2단의 래들을 축조하는 경우에도 안정성을 확보할 수 있다.

Description

부착성이 우수한 제강용 충진재 조성물{A FILLER HAVING EXCELLENT ADHESIVE PROPERTY FOR STEEL MANUFACTURE}

본 발명은 제강용 충진재 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 제강용 연와간의 부착 강도를 향상시킬 수 있는 부착성이 우수한 제강용 충진재 조성물에 관한 것이다.

스테인레스 조업에서 쇳물의 용기 역활을 하는 래들에 돌로마이트 연와를 사용하는 경우가 많은데, 이는 일반 연와를 사용할 경우 스테인레스 쇳물에 불순물이 포함될 수 있기 때문이다. 상기 돌로마이트 연와는 CaO의 함량이 약 20~40 중량%이며 기공율은 약 15% 정도로, 수명이 길다는 장점이 있으나, 래들의 다른 부속 재질을 보수하기 위해 냉각하는 과정에서 공기중의 수분과 반응하여 하기 반응식 1과 같이 수화 반응이 일어나 부피가 팽창하여 조직이 붕괴되며, 이 경우 재사용이 불가능하다.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (1)

이러한 문제를 해결하기 위해서 큰 하나의 연와로 축조하던 래들을 2개의 작은 연와로 축조함으로써, 래들의 보수로 인해 냉각할 경우 사용된 1개의 작은 연와는 수화가 발생하여 폐기되더라도, 내부의 연와는 문제없이 사용할 수 있게 되었다. 다만, 이를 위해서는 필수적으로 연와간의 부착강도를 높여 붕괴되지 않고 견고하게 유지되도록 해야 한다.

제강 공정에서 사용하는 연와간의 부착강도를 높이기 위해 열에 대한 저항성이 높은 내화 충진재를 사용한다. 상기 내화 충진재는 스테인레스 제강설비인 유도로나 전기로에서 내장 연와나 유입재를 보호하는 자재로도 사용되는데, 상기 내화 충진재는 사용되는 설비에 따라 유도로에 사용되는 마그네시아 충진재와, 전기로에 사용되는 돌로마이트 충진재가 있다. 일반적으로 래들의 간극을 충진시키기 위해서는 돌로마이트 충진재를 사용하고 있으나, 연와간 부착강도가 미흡하여 연와 탈락과 붕괴가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 한 측면은 종래의 충진재에 비해 보다 우수한 부착성을 가짐으로써 연와 탈락의 붕괴를 방지할 수 있는 제강용 충진재 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명은 돌로마이트 40~70 중량%, 마그네시아 10~30 중량% 및 산화철 스케일 15~30 중량%를 포함하는 골재 100 중량부에 대해 유지 4~10 중량부를 포함하는 충진재 조성물을 제공한다.

상기 돌로마이트는 산화칼슘의 함량이 20~60 중량%일 수 있다.

상기 마그네시아는 산화마그네슘의 함량이 85~98 중량%일 수 있다.

상기 산화철 스케일은 산화철의 함량이 50~80 중량%일 수 있다.

상기 유지는 식물성 유지일 수 있다.

상기 식물성 유지는 리롤레산 또는 리놀렌산을 포함할 수 있다.

상기 골재의 입경은 1.0mm 이하일 수 있다.

본 발명의 충진재 조성물을 사용함으로써 제강 공정이 수행되는 고온의 환경에서도 연와 간의 우수한 부착 강도를 확보할 수 있어, 기존의 래들을 축조하는 경우뿐만 아니라 2단의 래들을 축조하는 경우에도 안정성을 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명의 충진재 조성물에 포함되는 골재는 돌로마이트 40~70 중량%, 마그네시아 10~30 중량% 및 산화철 스케일 15~30 중량%를 포함할 수 있다. 상기 돌로마이트는 동종의 돌로마이트 연와와의 부착성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 돌로마이트는 천연에서 얻어진 백운석(MgCO₃ㆍCaCO₃)를 소결 조제하여 고온에서 구워 만드는 원료로써, 백운석의 산지에 따라 품질이 차이가 날 수 있으므로 성분 조정을 위해서 천연 마그네시아를 혼합하여 사용할 수 있다. 특별히 한정하지 않으나 상기 돌로마이트는 산화칼슘의 함량이 20~60 중량%일 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나는 경우 돌로마이트 연와와의 부착성이 떨어질 수 있다.

상기 마그네시아는 쇳물에 노출되는 경우 침식이 잘 일어나지 않게 하기 때문에 충진재의 수명을 향상시키기 위해서 사용되며, 특별히 한정하지 않으나 해수 마그네시아나 중국산 천연 마그네시아가 사용될 수 있다. 상기 마그네시아는 마그네사이트 또는 수산화마그네슘 등을 1500℃ 이상의 온도에서 구워 만든 덩어리 형태일 수 있으며, 산화마그네슘을 주성분으로 하여 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 특별히 한정하지 않으나, 상기 마그네시아는 산화마그네슘의 함량이 85~98 중량%일 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나는 경우 본 발명에서 요구되는 충진재의 수명에 미치지 못할 수 있다.

상기 산화철 스케일은 철강을 가공하는 단계에서 생긴 부산물을 일정한 크기로 분쇄한 것으로서, 산화물의 색상으로 검은색을 띄게 된다. 상기 산화철 스케일은 일반적인 적색 산화철과는 달리 Fe₃O₄로 구성되고, 고비중이며, 상기 충진재가 열간에 소성이 잘 되고 치밀질을 구성하게 하는 역할을 한다. 특별히 한정하지 않으나, 상기 산화철 스케일은 산화철의 함량이 50~80 중량%일 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나는 경우 충진재의 치밀질이 충분하게 구성되지 않아 부착 강도가 떨어질 수 있다.

골재의 입경은 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 충진재 조성물이 연와와 연와의 간극 부분에 시공되므로, 상기 골재의 입경은 1.0mm 이하일 수 있다.

본 발명의 충진재 조성물은 스테인레스 제강에 사용되는 연와, 특히 돌로마이트 연와 사이에 시공하여 연와간 부착강도를 확보하는 것으로서, 수화 반응을 억제하기 위해 유지를 포함한다. 상기 유지는 골재 100 중량부에 대해 4~10중량부로 포함될 수 있으며, 4 중량부 미만인 경우 자체 강도의 확보가 어렵고, 10중량부를 초과하는 경우 시공시 액상분리가 발생하여 작업성이 떨어진다.

상기 유지의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 식물성 유지를 사용하는 경우 내화물의 강도를 확보할 수 있다. 또한, 특별히 한정하지 않으나 상기 식물성 유지는 리롤레산 또는 리놀렌산을 포함할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1과 같은 조성의 충진재용 조성물 5kg을 배합한 후, 물과 유지를 첨가하여 완전 분산시켰다. 그 후, 스테인레스 정련용 돌로마이트 연와 사이의 10mm 간극에 상기 충진재용 조성물을 충진시켜 부착시편을 제작하였다.

표 1의 돌로마이트는 55 중량%의 산화칼슘과 40 중량%의 산화마그네슘 및 불순물을 포함하고, 마그네시아는 95 중량%의 산화마그네슘 및 5 중량%의 기타 불순물을 포함하는 것을 사용하였다. 또한 산화철 스케일은 산화철의 함량이 70 중량%인 것을 사용하였고 분말형 바인더는 P₂O₅의 함량이 65%인 인산염 바인더를, 식물성 유지는 아마에서 추출한 식물성 유지를 사용하였다.

상기와 같이 제작된 시편을 전기로를 사용하여 300℃에서 3시간, 800℃에서 3시간 유지한 다음, 상온에서 곡강도(부착 강도)를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 300℃는 초기 승온시 충진재의 온도를, 800℃는 조업중인 경우의 충진재의 예상 온도로 선정하여 시험을 실시하였다.

또한, 충진재 단독으로 시험시편을 만든 후, 회전 침식기, 쇳물 및 슬라그를 이용하여 내화물 침식 실험을 실시하고, 침식 정도를 측정한 결과를 지수로 환산하여 표 2에 나타내었다. 침식율은 실험 전 시편의 용적 대비 침식된 시편의 용적을 대비하여 계산할 수 있으며, 상기 침식지수는 마그네시아로 구성된 비교예 1의 침식 정도를 100으로 하여, 침식이 적게 발생한 경우 100 미만의 값을 갖게 되고, 침식이 보다 많은 경우 100을 초과하는 값을 갖게 된다. 따라서, 침식 지수가 클수록 수명이 저하되므로 그 값이 낮을수록 수명이 긴 것임을 의미한다.

구분 (중량부)	비교예				실시예
구분 (중량부)	1	2	3	4	1	2	3	4
돌로마이트	-	50	80	60	60	70	60	40
마그네시아	100	50	20	40	15	15	10	30
산화철 스케일	-	-	-	-	25	15	20	30
분말형 바인더	5	5	5	-	-	-	-	-
식물성 유지	-	-	-	5	4	5	6	5

구분	비교예				실시예
구분	1	2	3	4	1	2	3	4
부착강도(300℃)(kg/cm²)	0	0	0	7	11	10	13	11
부착강도(800℃)(kg/cm²)	0	1	1	5	46	43	48	43
침식지수	100	145	160	132	98	101	104	96

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래 기술과 같이 분말형 바인더를 사용한 비교예 1~3은 300℃와 800℃에서 전혀 강도를 나타내지 못함을 알 수 있다. 이는 1000℃ 이상에서 분말형 바인더에 의해 부착력이 발생하기 때문인 것으로, 저온(300℃)과 고온(800℃)에서는 전혀 강도를 발휘하지 못하였다. 비교예 4의 경우 비교예 1~3에 비해 비교적 높은 부착강도를 나타내나, 일반적으로 이동이나 충격을 견딜 수 있는 강도는 약 30정도이므로 안정적인 충진재로 사용하기 어려움을 알 수 있었다.

한편, 본 발명의 충진재 조성물을 사용한 실시예 1~4의 경우 300℃ 및 800℃의 온도에서 강한 부착강도를 나타내어, 연와와 연와 사이의 부착이 증대될 수 있음을 알 수 있었다.

충진재가 직접적으로 쇳물에 노출되었을 경우 견디는 힘을 나타내는 침식지수와 관련하여, 일반적으로 내용성이 우수한 소결 마그네시아를 사용하는 것이 유리하지만, 실시예와 같이 적정하게 원료를 구성하는 경우 비중이 높고 치밀한 재질을 얻을 수 있어 상대적으로 낮은 침식지수를 가지게 된다. 그에 따라, 상기 충진재의 수명이 길어져 조업을 안정하게 유지하는데 도움이 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

돌로마이트 40~70 중량%, 마그네시아 10~30 중량% 및 산화철 스케일 15~30 중량%를 포함하는 골재 100 중량부에 대해 유지 4~10 중량부를 포함하는 충진재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 돌로마이트는 산화칼슘의 함량이 20~60 중량%인 충진재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 마그네시아는 산화마그네슘의 함량이 85~98 중량%인 충진재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 산화철 스케일은 산화철의 함량이 50~80 중량%인 충진재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 유지는 식물성 유지인 충진재 조성물.
제5항에 있어서, 상기 식물성 유지는 리롤레산 또는 리놀렌산을 포함하는 충진재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 골재의 입경은 1.0mm 이하인 충진재 조성물.