KR20200057293A - 내산화성이 우수한 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌 - Google Patents

Abstract

내산화성이 우수한 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌이 제공된다.
본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은, 중량%, 마그네시아 80~97%와 흑연 3~20%를 포함하여 조성되는 주원료에, 상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 산화방지제를 10 중량부 이하와 직경 100㎛ 이하의 andalusite를 0.1~5 중량부를 첨가하여 이루어진다.

Description

내산화성이 우수한 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌{Unburned MgO-C bricks with excellent anti-oxidation}

본 발명은 제철 및 제강 설비를 구성하는 내화벽돌 중 하나인 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강에 의한 침식 손상을 완화할 수 있으며 사용 전에 비해 내산화성이 향상되는 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌에 관한 것이다.

불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 제강, 및 제강 설비에 사용되는 내화벽돌로 마그네시아 골재, 카본 등의 원료에 금속 혹은 비금속 첨가제 및 결합제를 첨가하여 혼련, 성형, 건조의 과정을 거쳐 제조된다. 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 슬래그에 대한 젖음성이 낮아 내식성이 우수하며, 열전도성이 높은 흑연을 카본 원료로 사용함으로써 벽돌 내부의 열 전파가 용이하여 열충격에 대한 손상을 저감할 수 있다. 따라서 전로, 전기로 및 2차 정련로 등과 같은 제강 설비의 내장 내화재로써 폭넓게 사용되고 있다. 또한 각 설비의 조업 특성에 따라 주원료인 마그네시아와 카본의 함량, 첨가제와 바인더를 변형시킨 다양한 제품이 개발되어 사용되고 있다.

일반적으로 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 사용중 용강에 침적되어 환원 분위기에서 사용되어 진다. 그러나 고온에서 용강속의 산화철과의 산화환원반응에 의해 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌의 카본이 산화되며, 또한 외부로 노출된 부위나 용강 배출 후 공기와의 접촉에 의해 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌의 카본이 산화하게 된다. 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌의 산화는 내부 기공률을 상승시켜 용강 침투등에 의한 내식성 저하, 조직 완화에 의한 강도 하락, 카본 저감에 따른 열충격손상 심화로 이어질 수 있다.

전술한 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌 내부의 카본 산화를 막기 위한 방법으로는 골재의 입도 조정, 골재 표면의 코팅, 첨가제 종류 및 함량 조정, 특수 처리된 카본의 사용 등이 있다. 그러나, 상기 방법들은 제품의 품질을 저하시켜 요구특성을 벗어나는 등의 문제점이 있다.

띠라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주 원료에 주원료와 같은 산화물 형태의 광물 첨가제를 사용함으로써 종래의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌의 품질 특성은 유지하면서 내산화성을 향상시킨 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%, 마그네시아 80~97%와 흑연 3~20%를 포함하여 조성되는 주원료에, 상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 산화방지제를 10 중량부 이하와 직경 100㎛ 이하의 andalusite를 0.1~5 중량부를 첨가하여 이루어진 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌에 관한 것이다.

상기 andalusite는 자체 중량%로, Al₂O₃ 50~70%와 SiO₂ 30~50%를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 결합제로서 페놀 수지를 10 중량부 이하로 추가로 포함할 수도 있다.

상기 산화방지제는 Al, Si, Mg-Al 중 1종 선택된 이상의 금속분말일 수 있다.

상술한 구성의 본 발명에 따르면 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌 사용시 카본의 산화를 저감하여 내화벽돌의 사용수명 향상이 가능하다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은, 중량%, 마그네시아 80~97%와 흑연 3~20%를 포함하여 조성되는 주원료에, 상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 산화방지제를 10 중량부 이하와 직경 100㎛ 이하의 andalusite를 0.1~5 중량부를 첨가하여 이루어진다.

본 발명의 내화벽돌 조성물은 마그네시아와 흑연의 주원료와 이에 첨가제 등첨가되어 이루어진다. 즉, 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 마그네시아 골재, 카본 등의 원료에 금속 혹은 비금속 첨가제 및 페놀 결합제를 첨가하여 혼련, 성형 및 건조하여 제조된다.

먼저, 본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은, 중량%, 마그네시아 80~97%와 흑연 3~20%를 포함하여 주원료 조성성분을 가진다. 만일 흑연의 함량이 3% 미만이면 흑연에 의해 발휘된 내열충격성이 저하되며, 20%을 초과하면 고강도 원료인 마그네시아의 함량이 감소하여 용강에 대한 내마모성이 저하될 수 있다.

또한 본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 첨가제로서 산화방지제를 포함할 수 있다. 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌을 고온의 산화 분위기에서 적용될 경우, 마그네시아와 카본의 반응에 의한 열화, 대기중의 산소에 의한 카본의 산화, 용강중의 산화철과 카본의 산화환원반응 등이 발생하게 되고, 이러한 이유로 사용에 문제를 발생할 수 있다. 따라서 바람직하게는, 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌의 카본산화 방지를 위해 산화방지제의 첨가를 요하는데, 금속 첨가제의 경우 과량 적용시 내식성과 열충격저항성 저하가 나타나며, 보론계 산화방지제는 고가의 원료로 그 사용량의 제약이 있다.

본 발명에서는 상기 산화방지제를 상기 주원료 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 첨가됨이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 산화방지제로서 Al, Si, Mg-Al 중 1종 선택된 이상의 금속분말을 이용함이 바람직하다.

또한 본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은, 상기 주원료 조성 100중량부에 대하여 andalusite 0.5~5중량부를 첨가하여 이루어진다. andalusite는 불소성 마그네시아 카본 내화벽돌의 카본 산화를 저감하기 위한 성분으로서, 그 첨가량이 0.5 중량부 미만 시 첨가에 따른 특성 발현이 어려우며, 5 중량부를 초과 시 저융점 화합물의 생성을 상승시켜, 내식성 하락의 원인이 될 수 있다. 또한 상기 andalusite는 직경 100㎛ 이하의 크기를 가질 때 미분부에 분산되어 성능을 충분히 나타낼 수 있다.

본 발명에서 상기 andalusite는 자체 중량%로, Al₂O₃ 50~70%와 SiO₂ 30~50%를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한 본 발명의 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌은 결합제를 포함할 수 있으며, 상기 결합제는 주원료 100중량부에 대하여 10 중량부 이하의 범위로 혼합될 수 있다. 상기 범위를 만족할 때 내화벽돌간 결합력을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 상기 결합제로서 페놀 수지를 사용할 수 있다.

상기와 같은 성분으로 이루어지는 본 발명의 불소성 마그네시아 카본계 내화벽돌 조성물은 이후 통상의 내화벽돌 제조방법에 따라 혼련 및 성형 후 건조로에서 150~200℃의 온도로 열처리하여 성형체로 제조할 수 있으며, 상기와 같이 제조된 본 발명의 불소성 마그네시아 카본계 내화벽돌은 사용중 내산화성과 내식성이 개선되는 잇점이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

상기 표 1에 나타난 바와 같은 기본원료 조성에, 직경 100㎛ 이하의andalusite, 산화방지제인 금속 Al 분말을 혼합하여 10분 동안 혼련하였으며, 이후 페놀 수지를 투입하여 30분 동안 혼련하여 불소성 마그네시아 카본계 내화벽돌 조성물을 마련하였다.

그리고 이에 의해 얻어진 조성물은 가압 성형하여 소정의 형상으로 내화벽돌을 제조하였다. 이어, 제조된 내화벽돌을 이용하여 각 내화벽돌 제조품의 부피비중, 기공율, 압축강도 등의 일반물성과, 환원소성 후 부피비중, 기공율, 압축강도 등의 열간물성 및 내산화성과 내식성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

한편 여기에서 상기 환원 소성은 1400℃에서 행하여, 사용중 내화물의 물성을 정량적으로 평가하였다. 각 조성의 내화벽돌 제조품은 1200℃ 산화분위기에서 가열하여 샘플의 중량 변화율과 단면의 탈탄 면적을 측정하여 내산화성을 정량적으로 평가하였다. 또한 각 제조품은 환원소성 후 6각의 도가니를 제작하여 회전침식기에서 용융 slag와 steel을 활용, 내식성을 평가하였다.

구분	비교예1	발명예1	발명예2	발명예3
마그네시아	95	95	95	95
흑연	5	5	5	5
산화방지제	2	2	2	2
결합제	4	4	5	5
Andalusite	0	0.5	1.0	5.0

구분		비교예1	발명예1	발명예2	발명예3
일반물성	부피비중	3.056	3.056	3.061	3.063
	기공율(%)	6.00	6.60	6.37	6.28
	압축강도(Kg/cm2)	666	679	696	702
1400℃ 환원 소성후 물성	부피비중	3.002	3.010	3.029	3.032
	기공율(%)	11.50	11.02	10.61	9.78
	압축강도(Kg/cm2)	586	679	739	752
내산화성	질량분율(%)	-1.34	-1.04	-1.18	-0.82
	탈탄면적(지수)	100	82	69	58
내식성	침식율(%)	14.0	13.4	12.3	16.0
	침식지수	100	96	88	114

상기 표 1-2에 나타난 바와 같이, andalusite를 첨가한 발명예 1-3은 첨가하지 않은 비교재 1 대비 유사한 일반물성을 나타냄을 확인할 수 있다. 그러나 1400℃ 환원소성 후 물성 및 내산화/내식성은 비교예 1 대비 보다 향상되었음을 알 수 있다.

특히, andalusite의 첨가량이 늘어날수록 환원소성 후 기공률이 감소하는 것을 확인 할 수 있는데, 이는 고온에서 하기 반응식 1-2와 같이 andalusite의 화합물 결합형태의 변화에 의해 발생한다.

[반응식 1]

3(Al₂O₃ㆍSiO₂) → 3Al₂O₃ㆍ2SiO₂ + SiO₂

[반응식 2]

2SiO₂ + 3Al₂O₃ → 3Al₂O₃ㆍ2SiO₂

Andalusite는 위와 같이 사용중 SiO₂ 및 2차 뮬라이트를 생성하게 되며, 이 성분들이 기공내 glassy 막을 형성, 내화물의 투과성을 저하시켜 카본원료의 산화와 용강 침투에 의한 침식을 저감시킨다.

그런데 발명예 3과 같이, Andalusite 첨가량이 5 중량부에 육박하면, 기공률 저감에 따라 내산화성은 향상되나, 일반적인 염기성 내화물이 적용되는 고 C/S 조업환경에서는 slag와 반응하여 저융점 화합물을 형성하여 내식성이 다소 저하되는 결과를 나타냄을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예 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 (4)

1. 중량%, 마그네시아 80~97%와 흑연 3~20%를 포함하여 조성되는 주원료에, 상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 산화방지제를 10 중량부 이하와 직경 100㎛ 이하의 andalusite를 0.1~5 중량부를 첨가하여 이루어진 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 andalusite는 자체 중량%로, Al₂O₃ 50~70%와 SiO₂ 30~50%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 주원료 조성 100 중량부에 대하여, 결합제로서 페놀 수지를 10 중량부 이하로 추가로 첨가되는 것을 특징으로 하는 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 산화방지제는 Al, Si, Mg-Al 중 1종 선택된 이상의 금속분말인 것을 특징으로 하는 불소성 마그네시아 카본질 내화벽돌.