KR20210152589A - 고로 노저부 보수 재료 - Google Patents

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Abstract

골재와 조합하여 중합체, 수지 및 시멘트를 함유하는 제제가, 물이 첨가되는 노즐에 건조 형태로 공기에 의해 운반됨으로써 표면에 적용되는 거닝 가능 믹스로서 사용될 수 있다. 거닝 가능 믹스 내 중합체는 용융 금속의 격납에 사용되는 용기의 라이닝의 카본 벽돌과 같은 표면에 골재가 부착 및 접착 가능하게 한다. 상기 제제는 예컨대 고로 노저부 라이닝의 보수 및 보호에 사용될 수 있다.

Description

고로 노저부 보수 재료{BLAST FURNACE HEARTH REPAIR MATERIAL}
본 발명은 용융 금속의 격납을 위해 용기에 사용하기 위한 보수 재료에 관한 것이다. 이들 재료는 예컨대 고저 노저부 라이닝(lining)의 보수에 사용된다.
고로는 철광석의 철로의 가공과, 용융 형태로 고로로부터 나오는 결과 생성물의 주조에 사용된다. 고로의 내면은 용융 금속을 격납하기 위해 내화성 재료로 라이닝된다. 고로는 대형의 복잡한 구조물이고 재건축에 비용이 상당히 들므로, 가능한 한 많이 소정 고로의 작동 수명을 증가시키는 것이 경제적으로 유리하다. 작동 수명이 증가하면 노 내화성 라이닝의 중간 보수 필요성도 증가한다. 보수 공정에 쏟는 시간 및 자원의 증가는 고로의 효율을 감소시킨다. 결과적으로, 노 라이닝의 보수에 이용되는 절차의 소요 시간, 비용 및 복잡성을 감소시킬 필요가 있다.
고로 노저부의 라이닝은 상이한 유형의 냉각 시스템과 조합하여 벽 위에 탄소계 재료(예컨대 카본 벽돌) 또는 그래파이트계 재료를 갖는다. 탄소계 그라우트(grout)는 냉각 시스템과 벽 사이에 사용될 수 있다. 벽으로부터 냉각 시스템에 열을 전달하기 위해, 탄소와 같은 고전도성 재료가 필요하다. 라이닝은 또한 낮은 투과성, 높은 밀도, 높은 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성을 나타내야 한다.
사용시, 라이닝은 극도의 온도를 경험하므로, 접촉되는 재료를 견뎌야 한다. 라이닝 마모는 불균일하므로, 라이닝 전체를 교체할 필요가 있기 전에, 라이닝의 특정 부분이 보수될 필요가 있을 수 있다. 고로 노저부의 보수는 적층 숏크리트(shotcrete) 보수를 위한 셧다운과 함께 수행될 수 있다. 이는 통상 약 18 내지 24 개월 간격으로 일어난다. 전체 리라인(reline)은 현재의 고로 작동에서는 매우 드물며, 20 내지 30 년마다 일어날 수 있다. 재료는 용기 내부를 라이닝하는 탄소계 또는 그래파이트계 재료에 대해 투영될 수 있다. 이 결합 재료는 탄소계 또는 그래파이트계 재료와 결합할 수 있어야 하며, 이것이 지지되는 탄소계 또는 그래파이트계 재료와 유사한 화학적 저항 및 물리적 저항 특성을 가져야 한다.
노저부 라이닝 재료는 노저부의 바닥에서 납, 아연, 철 및 슬래그에 의한 화학적 공격을 견뎌야 하며, 극도의 조건으로부터 생기는 물리적 분해를 견뎌야 한다. 노저부 온도는 2500℉ 내지 3000℉(1371-1648℃) 범위일 수 있다. 노저부 라이닝 재료는 또한 기계적 공격에 견뎌야 한다. 용융된 철을 이동 및 재순환시키는 것, 그리고 용융된 철을 노로부터 배출하는 것에 의해, 기계적 부식이 생긴다. 추가로, 용기의 부피 및 노저부 위의 철의 높은 밀도로 인한 누출(ferrostatic pressure)에 의해 기계적 부식이 증가한다.
특정의 공지된 노저부 라이닝 재료는 상이한 유형의 내화성 골재, 알루민산칼슘 시멘트 및 숏크리팅 가능(shotcretable) 재료를 얻기 위한 다른 재료를 포함한다. 콘크리트 펌프를 통해 펌핑될 수 있는 농도까지 숏크리팅 가능 재료를 물과 혼합한 후, 노즐을 통해 공기 및 촉진제를 주입함으로써 상기 재료를 분무하여, 형태(form)에 대한 요구 없이 일체식(monolithic) 라이닝을 형성시킨다.
다른 공지된 고로 노저부 라이닝 보수 제제는 손상된 노저부를 보호하기 위한 "인공 스컬(skull)"로서 작용하는 것으로 기재되어 있다. 적용 절차는 노저부를 공기에 의해 세정하는 단계, 노저부 벽 벽돌에 계면 활성제를 분무하는 단계, 및 그 다음 탄화규소(SiC) 함유 숏크리트 믹스로 벽을 숏크리팅하는 단계를 포함한다. 숏크리트 믹스는 콘크리트 펌프에 의해 펌핑 가능하게 하는 입도 분포를 가져야 한다. 이 적용 절차는 대형의 고가 장비의 요구 및 긴 셋업 시간의 수반, 재료를 카본 벽돌에 부착하기 위한 계면 활성제 상의 추가의 분무 단계의 요구, 및 숏크리팅 믹스가 콘크리트 펌프에 의해 펌핑 가능하게 하는 입도 분포를 가져야 한다는 요건과 같은, 숏크리트 본래의 단점을 갖는다.
Reed LOVA 건, Allentown N-1 건, Piccola 건 등과 같은 건조 공기 거닝(gunning)을 위한 장치가, 고로의 내면에 대한 내화성 보수 재료의 투영에 사용되어 왔다. 이전에 공지된 거닝 절차는 노저부 보수 및 적층 작업용 특정 고로에 대해 이어지는 표준 냉각 절차를 이용한다. 그 다음 노의 측벽을 공기에 의해 세정하고, 노저부 보수 재료를 벽에 거닝한다. 약 70℉(21℃)에서 시작한 후, 재료를 350℉(177℃)로 가열하고, 8 시간 동안 350℉(177℃)에서 노를 유지하여 노의 승온 달성할 수 있다. 그 다음, 노를 4 시간의 기간에 걸쳐 600℉(316℃)로 승온시킨다. 마지막으로, 노를 12 시간 동안 600℉(316℃)에서 침지시킨다. 이 시점에서, 노는 백업을 다시 시작할 준비가 된다.
본 발명은 용융 금속의 격납에 사용되는 용기의 라이닝 보수에 사용하기 위한 제제에 관한 것이다. 상기 제제는 예컨대 고로 노저부 라이닝의 보수 및 보호에 사용될 수 있다. 상기 제제는 이 제제를 고로의 노저부에 위치한 카본 벽돌의 표면에 거닝할 때 카본 벽돌에 부착되는 일성분계이다. 상기 제제는 내화성 골재, 시멘트, 수지 및 중합체를 함유한다. 상기 제제의 적용 방법은 제제가 부착되는 카본 벽돌 표면의 공기 세정과 같은 세정을 포함한다. 그 다음 카본 벽돌의 먼지를 털어낸다. 본 발명의 제제를 그 다음 1층의 재료로 카본 벽돌에 거닝한다. 재료의 부피 및 밀도로 인해 대형 수직 면적에 대해서는 어떤 고정물(anchor)이 필요할 수도 있다.
본 발명의 제제는 숏크리팅 제제가 아니라 거닝 제제이다. 숏크리팅 가능 재료는 콘크리트 펌프를 통해 펌핑될 수 있는 농도까지 물과 혼합된 후, 노즐을 통해 공기 및 촉진제를 주입함으로써 분무되어, 형태에 대한 요건 없이 일체식 라이닝을 형성시키는 재료이다. 본 발명의 거닝 가능(gunnable)[또는 거나이트(gunite)] 믹스는 물이 첨가되는 노즐로 건조 형태로 공기에 의해 운송하여 적용된다. 거닝 가능 믹스는 숏크리트 믹스에 비해, 콘크리트 펌프에 의해 펌핑될 수 있는 입도 분포를 가질 필요가 없다는 장점을 갖는다. 건조 분말 촉진제는 벽에 도포되자마자 셋트되도록 거닝 가능 믹스에 담긴다. 촉진제는 규산나트륨, 알루민산나트륨, 수화 석회 및 염화칼슘을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 습식 숏크리팅에서는, 노즐에 개별로 펌핑되며 건조 분말 또는 슬러리 액체일 수 있다는 것 외에는, 동일한 촉진제를 사용할 수 있다.
본 발명의 제제는 노즐에서 물과 합해진 후 점성의 거닝 가능 재료를 생성시킨다. 결과로 나온 재료는 카본 벽돌에 부착되어 결합하며; 부착이 카본 벽돌로부터의 본 발명의 제제의 분해 및 전단을 방지하는 것을 돕는다. 이는 올인원(all-in-one) 재료이며, 계면 활성제가 없는 표면에 부착될 것이다. 본 발명의 제제의 특정 구체예는 45℉(7.2℃)만큼 낮은 온도에서 적용시 카본 벽돌에 부착한다.
중합체, 수지 및 시멘트는 본 발명의 제제의 구체예의 골재 믹스를 위한 결합계에 사용된다. 각각의 성분은 본 발명의 제제를 고로 노저부 카본 벽돌에 적절히 결합시키기 위해 역할을 한다. 물에 용해된 중합체는 본 발명의 제제가 초기 온도 범위, 예컨대 59℉ 내지 77℉(15℃ 내지 25℃)의 온도에서 카본 벽돌에 부착 가능하게 한다. 시멘트는 재료를 셋트하고, 초기 온도 범위에서 이의 초기 결합 강도를 발현시킨다. 그 다음, 수지 재료가 약 200℉(93℃)에서 셋트하기 시작한다. 이 계의 조합이 고로 카본 벽돌의 보호를 돕는 성공적인 재료를 생성시킨다.
중합체는 다수의 반복 구조로 이루어진 1종의 화학적 화합물 또는 화합물의 혼합물이다. 반복 구조는 공유 화학 결합에 의해 함께 결합된 저 분자 질량을 갖는 분자이다. 본 발명의 제제에 사용되는 중합체는 광범위한 작용가를 가지며 다양한 용도에서 유용한 수용성 중합체이다. 본 발명의 제제에 사용되는 중합체는 탄소계여서, ASTM 표준 시험 D2416과 같은 탄소 수율 시험(Conradson)에서 측정될 수 있는 탄소 수율을 갖는다. 본 발명의 제제에 사용될 수 있는 중합체는 시판되는 임의의 수용성 중합체, 예컨대 셀룰로오스, 덱스트란, 폴리(N-비닐피리딘), 폴리(아크릴아미드/아크릴산), 폴리(아크릴산), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드 및 폴리에틸렌이민 및 이들 중합체의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 제제는 물과 가압 공기와 함께 벽에 분무되고; 제제에 용해된 수용성 중합체가 카본 벽돌에 화학적으로 결합할 수 있는 거닝 재료이다. 중합체는 액체 및 고체를 포함하여 총 제제 배취 중 %로서, 0.01 중량% 이상 30 중량% 이하, 0.05 중량% 이상 25 중량% 이하, 0.1 중량% 이상 20 중량% 이하를 구성할 수 있다.
수지는 열경화성 중합체이다. 중합체는 다수의 반복 구조로 이루어진 1종의 화학적 화합물 또는 화합물의 혼합물이다. 반복 구조는 공유 화학 결합에 의해 함께 결합된 저 분자 질량을 갖는 분자이다. 수지는 온도 증가에 따라 결합하여 셋업할 수 있다. 수지는 약 200℉(93℃)에서 가교를 시작하며, 이 특성은 본 발명의 제제에 추가의 저온 강도를 제공한다. 본 발명에 사용될 수 있는 수지는 하기 중합체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다: 페놀 노볼락 수지, 페놀 레졸 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 혼성 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르, 아크릴 및 이들 재료의 혼합물. 수지는 액체 및 고체를 포함하여 총 제제 배취 중 %로서, 0.01 중량% 이상 30 중량% 이하, 0.03 중량% 이상 25 중량% 이하, 0.05 중량% 이상 20 중량% 이하를 구성할 수 있다.
수경 시멘트는 본 발명의 제제의 다른 성분이다. 수경 시멘트는 물과 혼합시 수화 화합물을 형성하여 셋트하는 일종의 결합제이며, 골재 성분을 함께 결합시키는 데에 사용된다. 수경 시멘트는 SiO2, Al2O3, Fe2O3 및 CaO의 다양한 조합으로 이루어진다. 일부 예는 하기 시멘트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다: 모든 유형의 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플루 애쉬 포틀랜드 시멘트, 시멘트 컴포제(Ciment Compose), 포졸란 시멘트, 고알루미나 시멘트(알루민산칼슘 시멘트), 브루나우어(Brunauer) 시멘트, 그르노블(Grenoble) 시멘트 및 로만(Roman) 시멘트. 시멘트는 액체 및 고체를 포함하여 총 제제 배취 중 %로서, 0.01 중량% 이상 20 중량% 이하, 0.05 중량% 이상 18 중량% 이하, 0.1 중량% 이상 15 중량% 이하를 구성할 수 있다. 시멘트는 건조 제제의 0.01 중량% 이상 15 중량% 이하, 건조 제제의 0.01 중량% 내지 14 중량% 이하, 0.01 중량% 내지 13 중량% 이하, 건조 제제의 0.01 중량% 12 중량% 이하, 건조 제제의 0.01 중량% 내지 11 중량% 이하, 또는 건조 제제의 0.01 중량% 내지 10 중량% 이하를 구성할 수 있다.
골재는 본 발명의 제제의 다른 성분이다. 사용되는 골재의 유형은 하소 플린트 클레이(또는 샤모트), 하소 카올린(예컨대 Mulcoa® 47), 하소 보크사이트 카올린(예컨대 Mulcoa® 60 또는 Mulcoa® 70), 홍주석, 타뷸러(tabular) 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 하소 알루미나, 반응성 알루미나, 수화 알루미나, 실리카 흄(흄드 실리카 또는 마이크로실리카로도 명명됨), 화이트 퓨즈드 알루미나(white fused alumina), 브라운 퓨즈드 알루미나(brown fused alumina), 하소 보크사이트, 규사, 실리카, 클레이, 남정석, 스피넬, 용융 실리카, 지르콘, 지르코니아 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. Mulcoa는 흙에서 채굴한 카올리나이트 클레이 또는 보크사이트 카올리나이트 클레이의 특정 소성 공정에 대한 그리고 그 결과로 나온 생성물에 대한 상표명이다. 본 발명의 혼합물의 일례는 사용되는 골재로서 Mulcoa 60, 타뷸러 알루미나, 탄화규소, 하소 알루미나, 반응성 알루미나 및 실리카 흄을 포함한다. 본 발명의 제제의 일부 구체예에서, 내화성 골재는 습윤 제제에 5 중량% 이상 90 중량% 이하, 8 중량% 이상 85 중량% 이하, 10 중량% 이상 80 중량% 이하, 40 중량% 이상 90 중량% 이하, 45 중량% 이상 90 중량% 이하, 50 중량% 이상 90 중량% 이하, 및 55 중량% 이상 90 중량% 이하 범위의 양으로 존재한다.
입도에 관해서, Mulcoa 60은 US -4 내지 + 8 메쉬(4.75 내지 2.36 mm), 타뷸러 알루미나는 US -6 내지 -50 메쉬(3.35 mm 미만 내지 0.3 mm 미만), 탄화규소는 US -100 메쉬(0.15 mm 미만) 내지 US -200 메쉬(0.075 mm)이고, 모든 다른 성분(수용성 중합체, 수지, 금속, 시멘트, 알루미나 및 첨가제)은 US -200 메쉬(0.075 mm)이다. 이 선택은 본 발명의 제제를 거닝 가능하게 한다. 다양한 본 발명의 제제는 9.5 mm 체, 8 mm 체, 6 mm 체, 5 mm 체, 4 mm 체, 3 mm 체 또는 2 mm 체 위에 유지되는 분획을 함유할 수 있다.
본 발명의 제제는 금속 함유 물질을 더 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 금속 함유 성분은 알루미늄, 규소, 페로실리콘, 페로실리콘 질화물, 이산화티탄 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 특정 구체예에서, 금속 화합물은 습윤 제제에 0.01 중량% 이상 10 중량% 이하, 0.015 중량% 이상 9 중량% 이하, 0.02 중량% 이상 8 중량% 이하 범위의 양으로 존재한다.
본 발명은 분쇄 폴리인산나트륨 유리(헥사메타인산나트륨), 다른 인산나트륨, 유기 분산제, 예컨대 나프탈렌 설포네이트 염, 나트륨 리그노설포네이트를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는 분산제를 혼입할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 폴리인산나트륨 유리는 제제에 0.01 중량% 이상 5 중량% 이하, 0.015 중량% 이상 4.5 중량% 이하, 0.02 중량% 이상 4 중량% 이하 범위의 양으로 존재한다.
본 발명의 제제는 시멘트용 건조 분말 촉진제를 함유할 수 있다. 이러한 촉진제의 예는 수화 석회(Ca(OH)2)이지만, 산화마그네슘(MgO), 수산화마그네슘 및 리튬 화합물과 같은, 시멘트를 촉진하는 것으로 공지된 다수의 다른 화합물도 사용할 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에서, 수화 석회는 제제에 0.01 중량% 이상 5 중량% 이하, 0.015 중량% 이상 4.5 중량% 이하, 0.02 중량% 이상 4 중량% 이하 범위의 양으로 존재한다.
본 발명의 제제는 폴리올레핀, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 PE와 PP 양쪽의 조합과 같은 고분자 섬유를 함유할 수 있다. 이들 섬유는 건조 공정을 보조하기 위해 건조 사이클 동안 믹스에 개구 다공성을 생성시키는 것을 돕기 위해 사용된다. 본 발명의 특정 구체예에서, 고분자 섬유는 습윤 제제에 0.01 중량% 이상 5 중량% 이하, 0.015 중량% 이상 4.5 중량% 이하, 또는 0.02 중량% 이상 4 중량% 이하 범위의 양으로 존재한다.
공기에 의해 운송된 건조한 거닝 가능 믹스는 습윤 펌핑된 숏크리트 믹스에 비해 용이한 시작, 셧다운 및 세정을 제공한다. 거닝 가능 믹스의 세정에 물은 필요하지 않다. 거닝 가능 믹스를 사용시, 노즐은 건으로부터 수평으로 1000 피트(300 미터) 또는 수직으로 500 피트(150 미터) 이하일 수 있다. 건조 거닝 가능 믹스는 약 10 내지 15 톤(9000 kg 내지 14,000 kg)의 소형 설치에 이상적이다. 건조 거닝 가능 믹스 도포 장비는 비용이 더 저렴하고, 숏크리트 믹서 및 펌프보다 유지 요구량(maintenance requirement)이 더 낮으며, 대부분의 시장에서 용이하게 입수 가능하다. 건조 거닝 재료가 공기에 의해 추진되는 반면, 숏크리팅 재료는 습윤 형태로 수송되어서; 숏크리팅에 비해 거닝 가능 믹스에 대해서는 입자 사이징 및 셋트 타임의 주의 깊은 제어가 덜 중요하다.
본 발명의 제제에 의해 제조된 주조 또는 거닝 재료는 122 파운드/ft3(1.95 g/㎤), 125 파운드/ft3(2.00 g/㎤), 130 파운드/ft3(2.08 g/㎤) 초과, 135 파운드/ft3(2.16 g/㎤) 초과, 140 파운드/ft3(2.24 g/㎤) 초과, 또는 145 파운드/ft3(2.32 g/㎤) 초과의 밀도를 보유할 수 있다. 본 발명의 제제에 의해 제조된 주조 또는 거닝 재료는 25 부피% 미만, 22 부피% 미만, 20 부피% 미만 또는 18 부피% 미만의 공극도를 보유할 수 있다.
도 1은 소성 후 카본 벽돌 상의 본 발명의 제제 A의 층의 사진이고;
도 2는 소성 후 카본 벽돌 상의 종래 기술의 제제 B의 층의 사진이고;
도 3은 Zn/Fe 노출 컵 시험 후의 본 발명의 제제 A의 블록의 단면의 사진이고;
도 4는 Zn/Fe 노출 컵 시험 후의 종래 기술의 제제 B의 블록의 단면의 사진이고;
도 5는 Pb/Fe 노출 컵 시험 후의 본 발명의 제제 A의 블록의 단면의 사진이고;
도 6은 Pb/Fe 노출 컵 시험 후의 종래 기술의 제제 B의 블록의 단면의 사진이고;
도 7은 고로 슬래그 노출 컵 시험 후의 본 발명의 제제 A의 블록의 단면의 사진이고;
도 8은 고로 슬래그 노출 컵 시험 후의 종래 기술의 제제 B의 블록의 단면의 사진이고;
도 9는 경사 전단 시험 블록의 사시도이다.
용융 금속을 격납하기 위해 설계된 용기는 내화성 골재를 포함하는 보호층으로 라이닝된다. 철광석의 철로의 가공에 사용되는 대형 용기인 고로는 이러한 용기의 예이다.
내화성 골재, 시멘트, 수지 및 중합체를 함유하는 제제를 노즐에서 나오는 물과 합할 수 있고, 이를 용기, 예컨대 용융 금속을 격납하기 위해 설계된 고로의 내부에 도포할 수 있다. 이 제제는 용기의 라이닝에 보호층을 형성한다. 또한, 본 발명의 제제는 현재의 보호 라이닝의 보수에 사용될 수 있다.
이 제제는 물과 합했을 때 고로(BF) 노저부 내에 있는 카본 벽돌에 결합될 수 있는 거닝 재료(또는 거나이트)를 생성한다. 이 거나이트는 고로 노저부 카본 벽돌의 보수 및 보호에 사용될 것이다. 이 거나이트는 카본 벽돌에 직접 거닝되는 단일 층으로 도포될 수 있기 때문에 고로 노저부 보수 절차의 주요 성분이다. 또한, 이는 사용되는 수지에 따라 대략 200℉(93℃)의 온도에서 열 경화를 일으킬 수 있는 수지를 함유한다.
물이 본 발명의 제제의 중합체를 용해시킬 때, 이는 투명하고 고점도이며 점성인 혼합물을 생성시킨다. 제제의 다른 성분과 합했을 때 이 점성 혼합물은 제제가 용기 라이닝의 카본 벽돌을 보호하기 위해 이 벽돌에 부착되게 한다. 중합체는 수지와 함께 제제가 카본 벽돌에 공유 결합 가능하게 하는 탄소 원소를 제공한다. 이 화학적 결합은 제제로 하여금 용기의 바닥에서 카본 벽돌을 화학적 및 기계적 공격으로부터 보호 가능하게 한다. 제제에 존재하는 시멘트는 물과 혼합시 수화 화합물을 형성하여 셋트하는 일종의 결합제이며, 골재 성분을 함께 결합시키는 데에 사용된다.
본 발명의 제제의 건조 성분을 믹서에서 합할 수 있다. 심슨(Simpson) 믹서에서 약 10 내지 20 분 동안 건식 블렌딩을 실시할 수 있으며, 블렌딩된 제제는 50 파운드(22.6 kg) 백에 넣을 수 있다. 블렌딩된 제제의 백은 물과 시멘트의 반응으로부터 덩어리(clump)가 형성되는 것을 방지하기 위해 건조한 습기 없는 환경에 보관해야 한다.
본 발명의 재료의 적용을 위해, 이전의 공지된 재료의 적용을 위해 냉각되었던 것과 동일한 방식으로 용기를 냉각시킨다. 본 발명에 따른 보수 재료를 적용하기 위해, 용기를 약 70℉(21℃)로 냉각시킨다. 그 다음, 재료를 설치한 후, 종래 기술의 재료에 이용된 절차에 따라 용기를 가열한다. 온도의 점진적인 또는 단계적인 증가는 카본 벽돌로부터 재료를 부서뜨리지 않고 유리수 및 화학적인 물이 배출될 충분한 시간을 준다.
실시예 1
종래 기술의 제제 및 본 발명의 제제로부터 얻어진 특성의 차이의 비교에서, 동일한 내화성 골재로 2가지 시험 재료를 제조하였다.
본 발명의 제제 A는 20.5 중량%의 Mulcoa® 60, 38.5 중량%의 타뷸러 알루미나, 12 중량%의 탄화규소, 2 중량%의 수용성 중합체, 0.5 중량%의 페놀 노볼락 수지, 1.2 중량%의 이산화티탄, 10 중량%의 알루미나, 10 중량%의 알루민산칼슘 시멘트, 5 중량%의 실리카 흄 및 0.3 중량%의 첨가제를 함유하였다. 그 다음, 7.25 중량%의 물을 이 조합에 첨가하여 주조 가능하게 만들었다. 종래의 내화성 믹서에서 건조 성분을 혼합하였다. 주조된 재료의 결과로 나온 샘플에 대해 230℉(110℃)로 재료를 건조한 후의 파괴 계수(MOR), 저온 파쇄 강도(cold crushing strength, CCS), 벌크 밀도 및 % 겉보기 다공도를 측정하였다.
표 I의 결과는 본 발명의 제제 A의 3개의 샘플에 대한 평균 값이다.
[표 I]
Figure pat00001
종래 기술의 제제 B는 20.5 중량%의 Mulcoa® 60, 38 중량%의 타뷸러 알루미나, 12 중량%의 탄화규소, 2 중량%의 규사, 2 중량%의 남정석, 15 중량%의 알루미나, 5 중량%의 알루민산칼슘 시멘트, 5 중량%의 실리카 흄 및 0.5 중량%의 첨가제를 함유하였다. 그 다음 5.8 중량%의 물을 믹스에 첨가하여 주조 가능하게 만들었다. 종래의 내화성 믹서에서 이들 성분을 혼합하였다. 결과로 나온 샘플에 대해 230℉(110℃)로 재료를 건조한 후의 파괴 계수(MOR), 저온 파쇄 강도(CCS), 벌크 밀도 및 % 겉보기 다공도를 측정하였다. 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대한 이들 시험의 결과를 표 II에 나타낸다.
[표 II]
Figure pat00002
실시예 II
*카본 벽돌에 대한 부착능을 비교하기 위해, 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대해 시험을 수행하였다. 대략 두께가 1/2 인치인 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제의 층을 카본 벽돌의 각각의 조각의 최상부에 놓았다. 각각의 제제로 덮인 카본 벽돌의 양쪽 조각을 2500℉(1371℃)에서 환원 분위기에서 소성시켰다. 도 1은 소성 후 카본 벽돌 상의 본 발명의 제제 A를 도시한다. 도 2는 소성 후의 카본 벽돌 상의 종래 기술의 제제 B를 도시한다. 본 발명의 제제 A는 벽돌에 부착되었고; 종래 기술의 제제 B는 부착되지 않았으며; 종래 기술의 제제 B는 손으로 카본 벽돌로부터 끌어 당겨질 수 있었다.
실시예 III
화학적 부식에 견디는 능력을 비교하기 위해, 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대해 시험을 수행하였다. 고로 내에서, 화학적 공격은 납/철, 아연/철 및 슬래그에의 노출의 결과이다. 2 인치×2 인치(5 cm×5 cm)의 각각의 재료의 블록을 준비하였다. 각각의 블록의 중앙에 구멍을 뚫어 재료 내에 금속 샘플을 유지시켰다.
Zn/Fe를 넣은 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대해 컵 시험을 수행하였다. Zn/Fe를 함유하는 샘플을 5 시간 동안 1400℉(760℃)에서 환원 분위기에 노출시켰다. 1400℉(760℃)는 Zn이 비등하여 증기가 되는 온도 약간 아래이다. 사용된 Zn/Fe 샘플의 중량비는 대략 1 Zn : 6 Fe였다.
도 3은 시험 후 본 발명의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 도 4는 시험 후 종래 기술의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 이들 사진은 Zn/Fe 노출 시험 후의 본 발명의 제제 샘플과 종래 기술의 샘플의 부식 차이를 보이지 않는다.
실시예 IV
각각 2 인치×2 인치(5 cm×5 cm)인 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 블록을 준비하였다. 각각의 블록의 중앙에 구멍을 뚫어 재료 내에 금속 샘플을 유지시켰다. Pb/Fe를 넣은 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대해 컵 시험을 수행하였다. Pb/Fe를 함유하는 샘플을 5 시간 동안 2500℉(1400℃)에서 환원 분위기에 노출시켰다. 2500℉(1400℃)는 Pb가 비등하여 증기가 되는 온도 약간 아래이다. 사용된 Pb/Fe 샘플의 중량비는 대략 1 Pb : 3.5 Fe였다.
도 5는 시험 후 본 발명의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 도 6은 시험 후 종래 기술의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 이들 사진은 Pb/Fe 노출 시험 후의 본 발명의 제제 샘플과 종래 기술의 샘플의 부식 차이를 보이지 않는다.
실시예 V
각각 2 인치×2 인치(5 cm×5 cm)인 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 블록을 준비하였다. 각각의 블록의 중앙에 구멍을 뚫어 재료 내에 금속 샘플을 유지시켰다. 100% 고로 슬래그 C를 사용한 본 발명의 제제 A 및 종래 기술의 제제 B의 샘플에 대해 컵 시험을 수행하였다. 고로 슬래그 C의 샘플의 조성을 하기 표 III에 제공한다. 슬래그를 함유하는 샘플을 5 시간 동안 2800℉(1540℃)에서 환원 분위기에 노출시켰다. 슬래그는 2800℉(1540℃)에서 용융하였고, 이는 고로 탭 구멍(taphole)으로부터 나오는 용융 철의 온도이다.
[표 III]
Figure pat00003
도 7은 시험 후 본 발명의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 도 8은 시험 후 종래 기술의 제제의 블록의 단면을 도시한다. 본 발명의 제제 블록의 구멍 뚫린 단면은 고로 슬래그를 보유한 반면, 종래 기술의 조성물의 블록은 컵으로부터 블록 외부로 거의 블록을 통해 연장되는 슬래그 투과를 나타냈다.
실시예 VI
1500℉, 2000℉, 2500℉ 및 2700℉에의 노출 후 냉각한 후, 본 발명의 제제 A로부터 주조된 블록의 물성을 측정하였다. 시험 결과를 하기 표 IV에 제시한다.
[표 IV]
Figure pat00004
실시예 VII
알칼리 내성을 측정하기 위해 본 발명의 제제의 샘플에 대해 알칼리 컵 시험을 수행하였다. 본 발명의 제제의 3개의 컵 샘플을 산화 분위기에 놓고, 본 발명의 제제의 3개의 샘플을 환원 분위기를 갖는 내화갑 코크 박스(sagger coke box)에 넣었다. 4 g의 염을 각각의 컵에 넣었다. 샘플 A2는 Na2CO3을 함유하였고, 샘플 B2는 K2CO3을 함유하였고, 샘플 C2는 2가지의 50:50 혼합물이었다. 컵 샘플을 2500℉(1371℃)로 천천히 승온(300℉(149℃)/시간)시켰고, 5 시간 동안 2500℉(1371℃)에서 유지시켰다. 하기 표 V는 산화 분위기에 넣은 큐브(cube)에 대한 데이터를 나타내고, 표 VI은 환원 분위기에 넣은 큐브에 대한 데이터를 나타낸다.
[표 V]
Figure pat00005
[표 VI]
Figure pat00006
실시예 VIII
거닝된 본 발명의 제제로부터 형성된 블록에 대해 열 충격 시험을 수행하였다. 10개의 큐브를 24 시간 동안 230℉(110℃)에서 이미 건조된 본 발명의 제제의 거닝된 패널로부터 절단하였다. 그 다음, 10개의 큐브를 열 사이클링 시험 시작 전에 5 시간 동안 2000℉(1093℃)로 소성시켰다. 열 사이클링을 2000℉(1093℃)에서 수행하였다. 77℉(25℃)에서 5개의 큐브의 셋트를 30 분 동안 2000℉(1093℃)의 노에 넣었다. 그 다음, 샘플에 충격을 주기 위해, 견본을 흐르는 냉수로 채워진 용기에 즉시 넣었다. 이것을 5 분 동안 물에 놓은 후, 팬 위에 공기가 흐르게 하면서 30 분 동안 알루미나 셋터 상에서 실온에서 냉각시켰다. 마지막으로, 샘플 각각에 대해 파열을 검사하였다. 이 과정을 10 사이클 반복하였다. 시험 결과를 하기 표 VII에 나타낸다. 큐브에 대한 등급을 0 내지 5의 스케일로 보고하였는데, 여기서 0은 균열 없음을 나타내고, 1은 약한 균열을 나타내고, 2는 중간 균열을 나타내고, 3은 심한 균열을 나타내고, 4는 심각한 균열을 나타내며, 5는 큐브의 조각이 완전히 부서졌음을 나타낸다. 10 사이클 후의 큐브의 상태(0 내지 5의 스케일)에 대해, 1 내지 10 사이클 각각 후의 등급의 합(0 내지 50의 스케일)으로서 등급으로 보고하였다.
[표 VII]
Figure pat00007
실시예 IX
카본 벽돌(고로 노저부 내부에 사용되는 것과 동일한 유형), 본 발명의 제제, 및 카본 벽돌 상의 거닝된 본 발명의 조성물의 조합으로부터 형성된 블록 조립체에 대해 경사 전단 시험을 수행하였다. 도 9는 최상부(12), 바닥부(14) 및 수형에 대해 경사진 접촉 평면(24)을 따라 하부(22)와 접촉된 상부(20)를 갖는 시험 블록 조립체를 도시한다. 시험 블록 조립체는 길이(30), 폭(32) 및 높이(34)를 갖는다. 상부 최소 면 높이(36)는 접촉 평면(24)과 최상부(120 사이의 상부(20) 상의 최소 면 거리를 나타낸다. 하부 최소 면 높이(38)는 접촉 평면(24)과 바닥부(14) 사이의 하부(22) 상의 최소 면 거리를 나타낸다. 샘플 시험에 사용된 치수는 길이(30)에 대해 2.5 인치 또는 63.5 mm, 폭(32)에 대해 2 인치 또는 50.8 mm, 높이(34)에 대해 3 인치 또는 76.2 mm, 상부 최소 면 높이(36)에 대해 0.5 인치 또는 12.7 mm, 그리고 하부 최소 면 높이(38)에 대해 0.5 인치 또는 12.7 mm였다. 접촉 평면(24)과 수평의 경사각은 39°였다.
분석 수행에 하기 절차를 이용하였다:
1. 24 시간 동안 230℉(110℃)에서 카본 벽돌/본 발명의 제제 재료를 건조시킨다.
2. 도 9의 큐브 설계를 형성하는 식으로, 카본 벽돌, 본 발명의 제제, 및 카본 벽돌과 거닝된 본 발명의 제제를 절단한다.
3. 시간당 300℉(149℃)의 승온 속도로 5 시간 동안 2000℉(1093℃)에서 내화갑 코크 박스에서 큐브를 코킹한다.
4. 각각의 큐브에 대해 저온 파쇄 강도 시험을 수행하고, 각각의 큐브의 사진을 찍고, 파쇄 압력을 기록한다.
5. 7000 lbs(3200 kg)/분의 일정한 속도로 큐브를 파쇄한다.
하기 표 VIII은 각각의 샘플의 저온 파쇄 결과 및 평균을 담고 있다.
[표 VIII]
Figure pat00008
도 10은 파쇄된 후의 혼합 전단 샘플 C6을 도시한다. 카본 벽돌이 본 발명의 제제 재료의 최상부에 있다.
본 발명에 대한 다수의 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 하기 청구범위 내에서, 본 발명은 특정하게 기재된 것과는 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (19)

  1. 골재;
    중합체;
    수지; 및
    시멘트
    를 포함하는 내화성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 골재는 하소 플린트 클레이, 하소 카올린, 하소 보크사이트 카올린, 홍주석, 타뷸러 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 하소 알루미나, 반응성 알루미나, 수화 알루미나, 실리카 흄, 화이트 퓨즈드 알루미나, 브라운 퓨즈드 알루미나, 하소 보크사이트, 규사, 실리카, 클레이, 남정석, 스피넬, 용융 실리카, 지르콘, 지르코니아 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 내화성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 중합체는 셀룰로오스, 덱스트란, 폴리(N-비닐피리딘), 폴리(아크릴아미드/아크릴산), 폴리(아크릴산), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 내화성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 수지는 페놀 노볼락 수지, 페놀 레졸 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르, 아크릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 내화성 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 시멘트는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철(III), 산화칼슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 내화성 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플루 애쉬 포틀랜드 시멘트, 시멘트 컴포제, 포졸란 시멘트, 고알루미나 시멘트, 브루나우어 시멘트, 그르노블 시멘트, 로만 시멘트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 내화성 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 중합체는 수용성인 내화성 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 금속 함유 성분을 더 포함하는 내화성 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 금속 함유 성분은 알루미늄, 규소, 페로실리콘, 페로실리콘 질화물, 이산화티탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 내화성 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 분산제를 더 포함하는 내화성 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 분산제는 헥사메타인산나트륨, 나프탈렌 설포네이트 염 및 나트륨 리그노설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 내화성 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 건조 분말 촉진제를 더 포함하는 내화성 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 건조 분말 촉진제는 수화 석회, 수산화마그네슘 및 리튬 함유 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료인 내화성 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 고분자 섬유를 더 포함하는 내화성 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 고분자 섬유는 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 조합 및 이들 재료의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 내화성 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 7.25% 물과 합하고 1370℃에서 환원 분위기에서 소성한 후, 제제가 ㎤당 1.95 g을 초과하는 밀도를 갖는 생성물을 생성하는 내화성 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 7.25% 물과 합하고 1370℃에서 환원 분위기에서 소성한 후, 제제가 25 부피% 미만의 공극도를 갖는 생성물을 생성하는 내화성 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 골재는 건조 조성물의 40 중량% 이상 90 중량% 이하의 양으로 존재하는 내화성 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 시멘트는 건조 조성물의 0.01 중량% 이상 15 중량% 이하의 양으로 존재하는 내화성 조성물.
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