KR20200025788A

KR20200025788A - Rh 침적관 내화벽돌용 조성물

Info

Publication number: KR20200025788A
Application number: KR1020180103675A
Authority: KR
Inventors: 김계성
Original assignee: (주)포스코케미칼
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-10

Abstract

RH 침적관 내화벽돌용 조성물이 제공된다.
본 발명은, 마그네시아-카본질 내화벽돌용 조성물로서 중량%로, 마그네시아 92~98%와 흑연 2~8%를 주원료로 하는 기본조성 100중량부에 대하여, Al, Si 및 Mg-Al로 이루어진 산화방지제 그룹 중 선택된 1종 이상의 합: 5 중량부 이하와 소결제로 B4C와 유약을 각각 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 이루어진 RH 침적관 내화벽돌용 조성물에 관한 것이다.

Description

RH 침적관 내화벽돌용 조성물{The compisition for RH snorkel refractory}

본 발명은 제강 2차 정련 설비인 RH 침적관 내화벽돌용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RH 침적관(상승관)의 아르곤 가스관 주변부의 과침식을 저감할 수 있는 RH 침적관 내화벽돌의 조성물에 관한 것이다.

RH 설비는 제강 2차정련 공정 중 전로에서 1차 탈탄 정련이 끝난 용강의 미세 성분을 제어하는 진공 탈가스 설비이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상부에서 산소를 취입함과 동시에 배기를 하여 진공 상태가 되며, 하부에서 아르곤 가스를 취입하여 환류 능력을 생성하여 용강을 교반하여 탈탄 및 미세성분 제어가 이루어지게 된다. 이중 하단에 위치한 침적관은 조업시 용강에 의해 잠겨있으며, 대기 중에는 산소와 쉽게 반응할 수 있어 온도 변화에 의한 수축 팽창이 매우 심하게 발생한다.

RH 침적관용 내화벽돌은 최근까지 소성 마그네시아-크롬질 내화벽돌이 적용되어 왔으나, 2014년 이후 우수한 내스폴링성과 내식성을 가진 불소성 마그네시아-카본질 내화벽돌로 대체되고 있는 추세이다. 하지만, 마그네시아-카본질에 함유된 흑연은 조업 중 강 중에 C pick-up을 야기하여 강 품질에 영향을 줄 수 있는 바, 흑연 함량이 낮은 저흑연 재질이 적용되고 있다. 흑연 함량이 적은 마그네시아-카본질 내화벽돌은 흑연에 의한 열전도가 상대적으로 적음에 따라 내스폴링성이 저하되는 특성을 가진다.

도 2는 RH 설비 중 침적관 내화물의 구조를 나타낸 평면도이다. 침적관 철피를 기준으로 내/외측에서는 불소성 마그네시아-카본질 내화벽돌이 각각 축로되어 있으며, 내화벽돌과 철피 사이에는 배면 충진제로 시공되어 있다. 또한, 철피 아랫부분은 부정형 내화물로 시공되어 있다. 내장에 축로되어 있는 불소성 내화벽돌의 아랫부분에는 아르곤 가스를 주입하기 위한 통로가 있으며, 조업시 STS로 된 관을 통해 아르곤 가스가 배출됨으로써 용강이 상승할 수 있는 구동력을 얻는다.

한편, 불소성 마그네시아-카본질 내화벽돌은 도 3과 같이 온도에 따라 강도가 변화하는 특성을 가진다. 초기 상온 ~ 600℃ 시에는 내화벽돌의 바인더가 분해됨에 따라 강도가 저하되는 경향을 보이며, 600~800℃에는 첨가제로 적용된 금속 Al 분말이 내화벽돌 내 흑연과 반응하여 Al4C3를 형성하고, 바인더 내 탄소가 상호 결합을 함에 따라 급격하게 강도가 증가하게 된다. 이후 1000℃ 이상에서는 Al4C3와 MgO 클린커가 반응하여 Spinel화(MgAl2O4)가 됨에 따라 강도가 안정화하게 된다.

침적관용 불소성 내화벽돌은 조업시 1650℃ 이상의 용강에 잠기게 되어 도 4과 같은 온도 구배를 갖게 된다. 하지만, 아르곤 가스관 주변부는 도 5와 같이 아르곤 가스에 의해 냉각 효과를 갖게 되어 1000℃ 이하의 낮은 온도 구배를 갖게 된다. 조업과 대기가 반복될 경우 온도 변화에 의해 내화벽돌의 표면이 침식되어 박리되는데, 아르곤 가스관 주변부의 내화벽돌이 박리될 경우 불소성 마그네시아-카본질 내화벽돌이 강도가 취약한 상태에 노출됨에 따라 이후 용강에 의한 마모 및 침식에 의해 침식이 가속화되는 현상이 발생한다.

본 발명은 RH 침적관 불소성 마그네시아-카본질 내화벽돌의 아르곤 가스관 주변부에서 발생하는 과침식에 의한 수명저하의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중온 영역의 강도 향상을 위해 신규 첨가제를 적용하여 마그네시아 소결을 유도함으로써 소결 강도에 의해 내화벽돌의 침식을 저감할 수 있는 RH 침적관 내화벽돌용 조성물을 제공함을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

마그네시아-카본질 내화벽돌용 조성물로서 중량%로, 마그네시아 92~98%와 흑연 2~8%를 주원료로 하는 기본조성 100중량부에 대하여,

Al, Si 및 Mg-Al로 이루어진 산화방지제 그룹 중 선택된 1종 이상의 합: 5 중량부 이하와 소결제로 B4C와 유약을 각각 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 이루어진 RH 침적관 내화벽돌용 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 유약은 소성 온도가 800℃ 이하인 것이 바람직하다.

상기 유약은 자체중량%로, SiO₂:30~70%와 B₂O₃: 10~30%를 포함하여 조성됨이 바람직하다.

또한 본 발명의 RH 침적관 내화벽돌용 조성물은, 기본 원료조성 100중량부에 대하여, 결합제로 페놀 레진 바인더를 3.0~5.0중량부를 포함함이 바람직하다.

상술하 바와 같은 구성의 본 발명은, 마그네시아-카본질 내화벽돌의 제조에 있어서 중온 영역의 강도 향상을 위해 최적의 첨가제를 적용하여 마그네시아 소결을 유도함으로써 소결 강도에 의해 아르곤 가스관 주변부에서 발생하는 과침식에 의한 수명저하의 문제점을 해소함에 유용한 효과가 있다.

도 1은 통상의 RH 설비의 구조의 단면을 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는 통상의 RH 설비 중 침적관 내화물의 구조를 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 마그네시아-카본질 내화벽돌에서 온도별 강도 지수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 통상의 침적관용 내화벽돌의 일반적인 온도 구배를 나타내는 그림이다.
도 5는 통상의 침적관용 내화벽돌의 아르곤 가스관 주변부 온도 구배를 나태는 그림이다.
도 6은 본 발명의 내화벽돌 적용사 아르곤 가스관 주변부 내화물 침식 경향을 나타내는 그림이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명에서는 RH 침적관 마크네시아-카본질 내화벽돌의 조성을 변경한 재질을 이용하는데, 이에 의해, 아르곤 가스관 주변부의 내화물이 박리된 후 노출되는 내화벽돌의 강도를 향상하고자 하였다. 세부적으로는, 마그네시아-카본질 내화벽돌이 1000℃ 이하의 중온 영역에서 1000℃ 이상에서의 강도를 갖도록 하였다.

따라서 본 발명의 RH 침적관 마크네시아-카본질 내화벽돌용 조성물은, 중량%로, 마그네시아 92~98%와 흑연 2~8%를 주원료로 하는 기본조성 100중량부에 대하여, Al, Si 및 Mg-Al로 이루어진 산화방지제 그룹 중 선택된 1종 이상의 합: 5중량부 이하와 소결제로 B4C와 유약을 각각 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 RH 침적관 내화벽돌용 조성물의 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명하며, 이하에서 %는 중량%를 의미한다.

먼저 본 발명의 마그네시아-카본질 내화벽돌용 조성물은 주원료로서 마그네시아: 92~98중량%와 흑연 2~8중량%을 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 상기 흑연이 2% 미만이면 흑연에 의해 발휘된 내열충격저항성이 저하되며, 8%를 초과하면 흑연에 의해 용강 내 C 함량이 증가하여 최종 제품에서 불량이 발생할 수 있다.

또한 본 발명의 RH 침적관 내화벽돌은 상기 주원료 기본 성분 이외에, 산화방지제, 첨가제 및 결합제를 첨가될 수 있다.

본 발명에서 상기 산화방지제는 흑연의 산화를 방지하는 역할로서 Al, Si, 및 Mg-Al 중 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 주원료 100중량부에 대하여, 상기 선택된 산화방지제들의 함량의 합계로 5 중량부 이하로 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 중온 영역에서의 강도를 향상하기 위해서 추가적으로 B4C와 유약 첨가제를 사용함을 특징으로 한다.

B4C와 유약은 주원료인 마그네시아를 중온에서 소결하는 역할을 하여, 마그네시아의 소결 강도를 발휘하여 중온 강도를 향상하는 역할을 한다. B4C와 유약은 각각 0.1~1.0중량부 범위로 첨가 사용하는 것이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.1 중량부 미만이면 마그네시아의 소결을 촉진하기 어려워 강도가 증가하기 어려우며, 1.0 중량부를 초과하면 소결이 과촉진되어 내화벽돌의 침식이 가속화되고 강도가 오히려 저하되는 경우가 발생할 수 있다.

또한 상기 유약은 소성 온도가 800℃ 이하인 것으로, 소성 온도가 800℃ 이상일 경우, 저온 영역에서 소결 특성을 갖지 못해 강도 증가가 발휘되지 않는다.

그리고 상기 유약은 자체중량%로, SiO₂:30~70%와 B₂O₃: 10~30%를 포함하여 조성됨이 바람직하다.

또한 본 발명의 내화벽돌은 결합제를 포함하며, 결합제의 종류에 대해 특별히 한정하지 아니하나, 페놀 레진계 `바인더인 것이 바람직하다.

이러한 결합제는 주원료 100중량부에 대하여 3~5중량부 범위로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 범위를 만족할 때 내화물간 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 결합제의 함량이 5 중량부를 초과하게 되면 성형시 프레스(Press) 상/하판 형상에 달라붙는 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

(실시예)

발명품의 품질 특성을 알아보기 위해 하기 표 1에 나타난 바와 같은 조성성분을 갖는 RH 침적관 내화벽돌용 조성을 각각 마련하여 혼련하고, 이어, 1.2ton/cm² 이상의 압력으로 성형하여 형태를 갖추어 150℃ 이상에서 24시간 건조하였다.

상기로 부터 제조된 제품에 대하여, 환원소성 후 강도지수, 내식성 및 내스폴링성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 본 실시예에서 주요 평가 요소인 환원소성 후 강도지수는 각 샘플을 담은 고온용기에 코크스를 넣고 800℃에서 5시간 반응한 뒤 공랭하여 압축강도를 측정하여 결과값을 지수로 표현하였다. 또한 내식성은 제조된 샘플을 1600℃로 가열된 회전침식기에서 슬래그를 한시간씩 10회 반복 반응하여 침식된 양을 침식지수로 표현하였다. 그리고 내스폴링성은 환원 소성한 샘플을 1400℃ 가열, 수냉, 공랭을 5회 반복하면서 균열이 발생했을 때의 반복 횟수를 측정하여 평가하였으며, 구체적으로, 5회 시에도 균열이 발생하지 않을 경우 X로 표기하며, 균열 발생 횟수가 적을수록 내스폴링성은 열위한 것으로 평가하였다. 또한 환원소성 후 강도지수는 높을수록 우수하며, 내식성 및 내스폴링성은 기존 제품(비교예 1) 대비 저하되지 않아야 한다.

구분	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	발명예1	발명예2
마그네시아	96	96	96	96	99	90	96	96
흑연	4	4	4	4	1	10	4	4
산화방지제(Al)	2	4	2	2	2	2	2	2
산화방지제(Si)	1	1	1	1	1	1	1	1
B4C				0.5	0.3	0.3	0.3	1.0
유약			0.6	1.5	0.6	0.6	0.6	1.0
바인더	3.2	3.2	3.2	3.2	3.2	3.2	3.2	3.2
내식성	100	97	98	87	110	90	101	97
내스폴링성	4	2	4	3	1	X	4	4
환원소성후 강도지수(800℃)	100	105	121	147	135	90	161	142

상기 표 1에 나타난 바와 같이, B4C 및 유약이 미사용된 비교예 1-2, 유약만 사용된 비교예 3은 환원소성 후 강도지수의 상승이 높지 않았다.

또한 B4C 및 유약의 함량이 과다하게 사용된 비교예 4는 800℃ 환원소성 후 강도지수는 상승하나 내식성 및 내스폴링성 저하되는 현상이 발생하였다.

그리고 B4C와 유약 함량이 적절하더라도 흑연의 함량이 적는 비교예 5는 환원소성 후 강도지수가 상승하나, 내스폴링성에서 열위하였으며, 흑연의 함량이 많은 비교예 6의 경우 800℃ 환원소성 후 강도지수 및 내식성에 열위한 결과를 보임을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 본 발명예 1-2와 같이, 흑연 2~8중량%에서 B4C와 유약이 1.0중량%로 첨가될 경우 내식성 및 내스폴링성의 저하 없이 800℃ 환원소성 후 강도지수가 증가한 것을 확인할 수 있다.

상기 발명에 1을 실제 적용시 도 6에서와 같이, 아르곤 가스관 주변부의 내화물 침식이 감소하는 효과를 얻을 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

마그네시아-카본질 내화벽돌용 조성물로서 중량%로, 마그네시아 92~98%와 흑연 2~8%를 주원료로 하는 기본조성 100중량부에 대하여,
Al, Si 및 Mg-Al로 이루어진 산화방지제 그룹 중 선택된 1종 이상의 합: 5 중량부 이하와 소결제로 B4C와 유약을 각각 0.1~1.0 중량부를 첨가하여 이루어진 RH 침적관 내화벽돌용 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 유약은 소성 온도가 800℃ 이하인 것을 특징으로 하는 RH 침적관 내화벽돌용 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 유약은 자체중량%로, SiO₂:30~70%와 B₂O₃: 10~30%를 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 RH 침적관 내화벽돌용 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 내화벽돌용 조성물은, 기본 원료조성 100중량부에 대하여, 결합제로 페놀 레진 바인더를 3.0~5.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RH 침적관 내화벽돌용 조성물.