KR20190059519A - 부정형 내화 조성물 - Google Patents

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KR20190059519A KR1020170157196A KR20170157196A KR20190059519A KR 20190059519 A KR20190059519 A KR 20190059519A KR 1020170157196 A KR1020170157196 A KR 1020170157196A KR 20170157196 A KR20170157196 A KR 20170157196A KR 20190059519 A KR20190059519 A KR 20190059519A
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Abstract

본 발명은 부정형 내화 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 내화 조성물 전체 100중량%에 대해, 마그네시아 클링커: 60 내지 80중량%, 마그네시아 크롬 클링커: 5 내지 20중량%, 피치: 13 내지 18중량%, 및 산화 크롬: 1 내지 5중량%를 포함하는 내화 조성물을 제공한다.

Description

부정형 내화 조성물{UNSHAPED REFRACTORY COMPOSITION}
본 발명의 일 구현예는 전로 또는 각종 제강로의 바닥, 장입벽, 또는 출강벽의 부분적으로 손상된 부위에 대해, 열간에서 투입 보수하는 부정형 내화 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는, 전로와 같은 각종 제강로의 바닥, 장입벽, 또는 출강벽의 부분적으로 손상된 부위에 보수를 위해 열간 투입 보수하는 부정형 조성물에 관한 것이다. 보수를 통해 조업을 원활하게 할 수 있고, 로의 수명을 연장시킬 수 있다.
로를 보수하는 종래의 내화재로는, 내화성 골재에 타르를 첨가 후 열간 혼련하여 제조하는 경우, 피치를 첨가하여 상온 혼련하여 제조하는 경우, 수분을 함유한 인산계 결합제 등을 첨가하여 제조하는 경우, 또는 페놀 수지를 첨가하여 고형상, 분말상, 슬러리상, 또는 피상의 형태로 전로 등의 피보수면에 투입 후 로열을 이용하여 연소시켜 부착하는 경우가 있다.
특히, 타르계 내화재의 경우 열간에서 유동성이 좋고 고온에서 탄소결합(Carbon Bond)을 이루어 우수한 사용 수명을 확보할 수 있다. 다만, 타르의 함량이 높아 연소시간이 길고 유해물질 발생량이 높은 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 발암물질 휘발 등의 공해문제를 야기하고, 제조 시 타르의 용해 및 포장에 어려움이 있다. 특히, 보수시간, 즉 보수재를 투입하여 유동, 부착, 손상부위를 보수하는 시간이 길어지는 단점이 있어 전로 가동률을 저해하는 문제점이 있다.
반면, 페놀수지를 첨가하여 제조하는 경우, 매연과 연소시간을 감소할 수 있다. 다만, 재료비가 고가이고, 유동성이 떨어져 경시변화 및 연소시간이 길어지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 피치와 페놀수지를 병용하여 첨가한 보수재도 개발되었다. 상기의 경우, 비수계로서 매연 및 연소시간을 단축시키고 열간 강도 및 접착성을 향상시키는 장점이 있다. 다만, 열간 유동성이 떨어지고, 페놀수지 수축에 의한 접착불량의 문제, 연소시간, 제조 운반에 의한 층 분리 등의 문제점이 있다.
한편, 페놀과 액상의 페놀수지를 적용한 보수재도 개발되었고, 이는 제조 및 보관성이 용이하며 열간에서의 유동성이 우수하여 손상 부위에 단시간 경화, 접착성을 향상시키는 장점이 있다. 다만, 1400℃ 이상의 특정 조업에서 보수재를 투입하여 시공 시 단시간 경화 현상으로 인해 유동성이 저하되었으며, 이는 계절 변화에 따른 보관 상의 문제가 발생하였다.
이에, 최근에는 피치를 단독으로 적용한 열간 투입 보수용 부정형 내화재가 개발되어 널리 사용되었다. 다만, 피치계 내화재의 유동성을 높게 유지하기 위해서는 적정 함량 이상의 피치 첨가가 필요하다. 일반적으로 피치의 함량과 유동성, 및 연소시간은 비례하기 때문에, 유동성 향상을 위해 피치의 함량이 증가하면 연소시간이 증가하는 것 또한 불가피하다. 이는, 전로 또는 제강로의 가동율을 저하시킬 수 있다. 한편, 피치의 함량을 감소하면 유동성이 저하되기 때문에 피보수면의 시공성, 부착성이 저하될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 구현예는 유동성이 크고 연소시간은 저감할 수 있는 부정형 내화 조성물을 제공하고자 한다.
일본특허공개공보 平3-126679 일본특허공개공보 平3-271168 일본특허공개공보 昭62-110473 일본특허공개공보 平4-310578 한국공개특허공보 제1997-27009호
부정형 내화 조성물을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 마그네시아 클링커 및 마그네시아 크롬 클링커와 같은 내화성 골재에 분말 또는 과립상의 피치와 산화 크롬 분말을 포함하는 내화 조성물을 제공할 수 있다.
이로써, 종래의 열간 투입 보수용 내화 조성물에 비해, 고비중의 시공체를 형성하여 로의 수명을 현저하게 연장시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 조성물을 열간 투입 후 연소 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예인 부정형 내화 조성물은 전체 100중량%에 대해, 마그네시아 클링커: 60 내지 80중량%, 마그네시아 크롬 클링커: 5 내지 20중량%, 피치: 13 내지 18중량%, 및 산화 크롬: 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.
이때, 상기 마그네시아 크롬 클링커의 비중은 3.3 내지 3.8일 수 있다. 구체적으로, 상기 마그네시아 크롬 클링커의 비중은 마그네시아 클링커의 비중보다 높을 수 있다.
상기 마그네시아 크롬 클링커는 전체 100중량%에 대해, 산화크롬(Cr2O3): 15 내지 35중량%, 마그네시아(MgO): 45 내지 65중량%, 및 잔부 불순물을 포함할 수 있다.
상기 산화 크롬의 비중은 5.0 내지 5.5일 수 있다.
상기 산화 크롬의 순도는 97%급 이상일 수 있다.
상기 산화 크롬의 평균 입경은 0.1mm 이하일 수 있다.
상기 피치의 연화점은 105 내지 120℃ 온도 범위일 수 있다.
상기 피치의 평균 입경은 5mm 이하일 수 있다.
상기 마그네시아 클링커의 비중은 3.0 내지 3.5일 수 있다.
상기 마그네시아 클링커의 순도는 90%급 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 마그네시아 클링커 대비 비중이 높은 마그네시아 크롬 클링커와 산화 크롬 분말을 적정량 첨가할 수 있다. 비중이 높은 마그네시아 크롬 클링커와 산화 크롬 분말로 인해, 고비중 시공체를 형성하여 피보수면에 부착된 소결체의 수명을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 피치를 더 포함할 수 있다. 이때, 첨가된 피치로 인해 열간 투입 후 유동성을 저하시키지 않으면서 연소시간을 단축하는 부정형 내화 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 부정형 내화 조성물은 전체 100중량%에 대해, 마그네시아 클링커: 60 내지 80중량%, 마그네시아 크롬 클링커: 5 내지 20중량%, 피치: 13 내지 18중량%, 및 산화 크롬: 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 클링커란, 천연에서 체취한 광석을 고온에서 열처리(소성)하여 내화물 원료로 사용하는 물질을 의미한다. 구체적으로, 일정한 크기의 입도를 가지는 무기물 골재를 의미한다.
마그네시아 클링커는 60 내지 80중량%만큼 포함할 수 있다.
마그네시아 클링커 함량이 너무 낮을 경우 내화도가 저하될 수 있다. 한편, 너무 높을 경우 본 발명에서 얻고자 하는 고유의 특성이 저하될 수 있다.
구체적으로, 상기 마그네시아 클링커는 해수 마그네시아, 천연산 소결 마그네시아 또는 전융 마그네시아를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 마그네시아 클링커의 순도는 90%급 이상일 수 있다.
마그네시아 클링커의 순도가 높을수록 다른 불순물의 함량이 적어져 내용성, 사용수명 향상의 효과를 기대할 수 있다.
다만, 순도가 과하게 높을 경우, 경제성이 저하될 수 있다. 한편, 순도가 낮은 클링커를 사용할 경우, 내용성, 사용수명이 저하되므로, 보수를 실시하고자 하는 로의 용도, 목적에 따라 사용하여야 한다.
마그네시아 크롬 클링커는 5 내지 20중량%만큼 포함할 수 있다.
마그네시아 크롬 클링커의 함량이 상기 범위보다 낮을 경우, 시공체의 비중 향상 효과가 적을 수 있다. 한편, 마그네시아 크롬 클링커의 함량이 상기 범위보다 높을 경우 보수재의 사용수명이 감소할 수 있다.
구체적으로, 마그네시아 크롬 클링커는 전체 100중량%에 대해, 산화크롬(Cr2O3): 15 내지 35중량%, 마그네시아(MgO): 45 내지 65중량%, 및 잔부 불순물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 산화크롬과 마그네시아의 중량이 상기 범위인 마그네시아 크롬 클링커를 이용함으로써, 마그네시아 크롬 클링커 내 2차적으로 생성된 MgO-Cr2O3-Al2O3-Fe-oxide 조성의 스피넬(spinel)량이 증가할 수 있다. 이는 프리(free) MgO를 강고하게 피복시킴으로써 저염기도 슬래그(slag)에 대한 저항성을 높여, 고비중의 시공체를 형성할 수 있다.
상기 마그네시아 크롬 클링커의 비중은 3.3 내지 3.8 일 수 있다.
전술한 마그네시아 클링커의 비중은 3.0 내지 3.5 수준일 수 있다. 이때, 마그네시아 크롬 클링커의 비중은 마그네시아 클링커의 비중보다 클 수 있다.
따라서, 마그네시아 클링커에 상기 비중의 마그네시아 크롬 클링커를 첨가하여 고비중의 시공체를 형성할 수 있다.
피치는 13 내지 18중량%만큼 포함할 수 있다.
구체적으로, 피치 첨가량이 상기 범위를 만족하지 못할 경우, 열간 유동성은 저하되고 연소시간은 길어질 수 있다.
상기 피치는 분말 또는 과립상 형태일 수 있다.
구체적으로, 상기 피치의 평균 입경은 5mm 이하(0mm 제외)일 수 있다.
본 명세서에서의 입경은, 측정 단위 내 존재하는 구형 물질의 평균 지름을 의미한다. 만약 물질이 비구형일 경우, 상기 비구형 물질을 구형으로 근사하여 계산한 구의 지름을 의미한다.
피치의 평균 입경이 상기 범위일 경우, 제조 시 혼련된 분체의 유동성을 확보할 수 있다. 또한, 열간 유동성을 향상시킬 수 있다.
피치의 연화점은 105 내지 120℃일 수 있다.
피치의 연화점이 105℃ 미만일 경우, 계절과 보관 장소에 따라 열에 의한 경화 현상이 발생하기 쉬워 유동성이 저하될 수 있다. 반면, 120℃ 초과일 경우, 열간에서 유동성이 저하될 수 있다.
산화 크롬은 1 내지 5중량%만큼 포함할 수 있다.
구체적으로, 산화 크롬의 첨가량이 상기 범위를 만족하지 못할 경우, 열간 유동성 향상 및 연소시간이 단축되는 효과가 미미할 수 있다.
상기 산화 크롬은 분말 형태일 수 있다.
이때, 상기 산화 크롬의 평균 입경은 0.1mm 이하일 수 있다.
더 구체적으로, 산화 크롬의 입경이 상기 범위일 경우, 균일하게 분산되어 열간에서 초기 유동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 연소시간 단축 효과를 기대할 수 있다.
상기 산화 크롬의 순도는 97%급 이상일 수 있다.
구체적으로, 산화 크롬의 순도가 상기 범위보다 낮을 경우, 저융점 불순물의 함량이 증가하여 보수된 시공체의 사용 수명이 저하될 수 있다.
이에 따라, 전술한 마그네시아 크롬 클링커(화합물)와 고순도의 산화 크롬에 의한 효과는 상이할 수 있다.
상기 산화 크롬의 비중은 5.0 내지 5.5 일 수 있다.
구체적으로, 전술한 마그네시아 클링커의 비중은 3.0 내지 3.5 수준으로써, 상기 비중의 산화 크롬을 첨가하여 고비중의 시공체를 형성할 수 있다.
이후, 상기 부정형 내화 조성물을 이용하여 로 또는 제강로의 바닥, 장입벽, 또는 출강벽의 부분적으로 손상된 부위에 보수를 위해 열간 투입할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예
하기 표 1에 개시된 바와 같이 조성물을 배합하여, 비교예와 실시예를 제조하였다.
이후, 실시예 및 비교예에 의한 조성물을 각각 5kg 단위 기준으로 혼련하여 시료를 준비하였다. 이후, 1,100℃로 유지한 모델 턴디쉬에 250g 의 시료를 열간 투입 후, 소결된 소결체를 이용하여 평가를 실시하였다.
구체적으로, 비교예와 실시예에 의한 내화 소결체의 유동성, 연소시간, 및 부피비중을 평가하여 표 1에 개시하였다.
더 구체적으로, 비교예 및 실시예의 조성물을 그 결과, 투입 직후부터 불꽃이 완전히 꺼지는 시간을 연소시간으로 측정하였다.
또한, 연소가 완전히 끝난 후, 모델 턴디쉬를 냉각하여 실시예 및 비교예에 대한 부피 비중을 측정하였다.
유동성은 소결체를 원으로 가정하고 지름의 길이를 4회 측정 후 평균값을 계산하는 방법으로 측정하였다.
조성 구분 비교예 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2
마그네시아 클링커
(중량%)		 85 85 87 84 82 87 84 82 74 64
마그네시아 크롬
클링커 (중량%)		 10 20
피치(S.P. 110℃)
(중량%)		 15 13 13 13 13 13
피치(S.P. 120℃)
(중량%)		 15 13 13 13
산화 크롬(중량%) 3 5 3 5 3 3
소결체의 물성 비교예 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2
유동성(mm) 201 188 191 202 203 177 195 200 199 204
연소시간(초) 273 286 266 247 242 282 262 250 245 250
부피비중 1.92 1.95 1.97 1.98 1.98 1.96 1.98 1.98 2.06 2.08
내화 조성물을 이용한 소결체는 연소시간이 짧고 고비중 일수록, 로의 수명연장에 현저한 효과를 미칠 수 있다.
그 결과, 표 1에 개시된 바와 같이, 본원 실시예는 비교예에 비해 연소시간이 짧고 부피비중은 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 마그네시아 크롬 또는 산화 크롬을 포함하지 않는 비교예의 부피비중은 실시예에 비해 작은 것을 알 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예 1과 비교예 1의 내화 조성물을 A사 전로에 실제 열간 투입 보수 시공하였다. 그 결과, 연소시간, 1ch 후 잔존 면적, 및 장입측 수명을 측정하여 하기 표 2에 개시하였다.
더 구체적으로, 1ch 후 잔존 면적은 초기 시공체의 면적을 100% 로 볼 때, 1ch 후 시공체의 면적 분율을 의미한다. 이때, 1ch는 전로 조업 횟수를 의미한다.
장입측 사용수명은 시공체 초기면적의 30% 수준 미만으로 떨어지는 시점을 의미하며, 육안관찰 및 사진촬영 후 넓이 비교 방법으로 측정하였다.
구분 연소시간(분/톤) 1ch 후 잔존 면적(%) 장입측 사용수명(ch)
비교예 1 51 70 7
실시예 1 40 90 10
표 1에 개시하였듯이, 비교예 1은 실시예 1과 비교하여, 마그네시아 크롬 클린커와 산화 크롬을 포함하지 않았다.
그 결과, 실시예 1은 비교예 1에 비해 연소시간은 약 21% 감소하였고, 장입측 사용수명은 약 43% 증가한 것을 알 수 있다.
이로써, 비중이 높은 마그네시아 크롬 클린커와 산화 크롬을 일정 범위만큼 포함하여, 연소시간을 단축하고 고비중의 내화 조성물을 제공할 수 있다.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 내화 조성물 전체 100중량%에 대해, 마그네시아 클링커: 60 내지 80중량%, 마그네시아 크롬 클링커: 5 내지 20중량%, 피치: 13 내지 18중량%, 및 산화 크롬: 1 내지 5중량%를 포함하는 부정형 내화 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 마그네시아 크롬 클링커의 비중은 3.3 내지 3.8인 부정형 내화 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 마그네시아 크롬 클링커 전체 100중량%에 대해, 산화크롬(Cr2O3): 15 내지 35중량%, 마그네시아(MgO): 45 내지 65중량%, 및 잔부 불순물을 포함하는 부정형 내화 조성물.
  4. 제1항에서,
    상기 산화 크롬의 비중은 5.0 내지 5.5인 부정형 내화 조성물.
  5. 제4항에서,
    상기 산화 크롬의 순도는 97%급 이상인 부정형 내화 조성물.
  6. 제5항에서,
    상기 산화 크롬의 평균 입경은 0.1mm 이하인 부정형 내화 조성물.
  7. 제1항에서,
    상기 피치의 연화점은 105 내지 120℃인 부정형 내화 조성물.
  8. 제7항에서,
    상기 피치의 평균 입경은 5mm 이하인 부정형 내화 조성물.
  9. 제1항에서,
    상기 마그네시아 클링커의 비중은 3.0 내지 3.5인 부정형 내화 조성물.
  10. 제9항에서,
    상기 마그네시아 클링커의 순도는 90%급 이상인 부정형 내화 조성물.
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