KR20230173687A - 내화성 물품 및 조성물 - Google Patents

내화성 물품 및 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20230173687A
KR20230173687A KR1020237039443A KR20237039443A KR20230173687A KR 20230173687 A KR20230173687 A KR 20230173687A KR 1020237039443 A KR1020237039443 A KR 1020237039443A KR 20237039443 A KR20237039443 A KR 20237039443A KR 20230173687 A KR20230173687 A KR 20230173687A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composition
weight
atomized
aluminum
oxidizable fuel
Prior art date
Application number
KR1020237039443A
Other languages
English (en)
Inventor
로라 그라나-수아레즈
마이클 쿠비악
프랭크 보세벨드
Original Assignee
포세코 인터내셔널 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포세코 인터내셔널 리미티드 filed Critical 포세코 인터내셔널 리미티드
Publication of KR20230173687A publication Critical patent/KR20230173687A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/084—Breaker cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/10—Hot tops therefor
    • B22D7/104—Hot tops therefor from exothermic material only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C04B35/043—Refractories from grain sized mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/101—Refractories from grain sized mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/42—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on chromites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/482—Refractories from grain sized mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63492—Natural resins, e.g. rosin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/443—Nitrates or nitrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
    • C04B2235/445—Fluoride containing anions, e.g. fluosilicate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/448—Sulphates or sulphites

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

미립자 내화성 재료, 산화성 연료, 산화제, 증감제; 결합제 및 0.5 내지 5중량%의 CaSO4를 포함하는 금속 캐스팅에 사용하기 위한 내화성 물품 및 그 제조용 조성물이 제공된다.

Description

내화성 물품 및 조성물
본 발명은 금속 캐스팅(metal casting)에 사용하기 위한 내화성 물품 및 내화성 물품 제조에 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 금속 캐스팅에 사용하기 위한 플루오린-무함유(fluorine-free) 조성물 및 내화성 물품, 예를 들어 피더 슬리브(feeder sleeve)에 관한 것이다.
전형적인 주조 공정에서는 캐스팅(casting)의 모양을 정의하는 미리 형성된 주형 캐비티(mould cavity)에 용융 금속을 붓는다. 용융 금속이 냉각되고 응고됨에 따라, 수축하여 수축 캐비티가 생기고, 이는 최종 캐스팅에서 허용할 수 없는 결함이 된다. 이는 주조 산업에서 잘 알려진 문제이며 주형에 통합된 피더 또는 라이저(riser)를 사용하여 해결된다. 각 피더는 주형 캐비티와 연통하는 추가 (일반적으로 밀폐된) 체적 또는 캐비티를 제공므로, 캐스팅 중에 용융 금속이 주형 캐비티에서 피더 캐비티로 들어간다. 캐스팅이 응고되는 동안, 피더 캐비티 내의 용융 금속은 캐스팅의 수축을 보상하기 위해 주형 캐비티로 다시 흘러 들어간다.
캐스팅(casting)을 성공적으로 공급하고 금속의 수축 중에 생성된 임의의 공동(void)을 채우려면, 피터 캐비티 내에 있는 금속이 주형 캐비티 내에 있는 금속보다 더 오랜 기간 동안 용융 상태를 유지해야 한다. 이러한 이유로, 피더에는 일반적으로 절연성이 높은 내화성 재료로 제조된 피더 슬리브가 제공되며, 이는 피더 캐비티 내의 금속의 열 손실을 줄이고 더 오랫동안 용융 상태를 유지하는 데 도움이 된다. 피더 캐비티 내에서 금속을 적극적으로 가열하는 발열 피더 슬리브도 제공될 수 있다.
발열 슬리브는 산화성 연료(일반적으로 알루미늄과 같은 금속)가 산화제(oxidant)(전형적으로 산화철, 이산화망간, 질산칼륨 또는 이들의 조합)에 의해 산화되는 테르밋 반응(thermite reaction)을 사용하여 용융 금속과 유사한 온도에서 열을 생성한다. 테르밋 반응은 용융 금속이 피더 캐비티로 들어가서 연료 및 산화제와 접촉할 때 용융 금속의 열에 의해 시작된다.
발열 피더 슬리브는 주어진 공급 적용 또는 캐스팅 유형에 대해 훨씬 더 작은 피더의 사용을 허용한다는 점에서 유리하다. 이는 주형당 생산할 수 있는 캐스팅(casting)의 수, 생산될 수 있는 캐스팅의 복잡성 및 피더에서 낭비되는 금속의 양을 줄이는 측면에서 이점이 있다. 수년에 걸쳐, 발열 피더 슬리브를 최적화하기 위해 상당한 노력이 기울여져 왔다. 새로운 발열 슬리브를 평가할 때 일반적으로 고려되는 주요 매개변수는 점화 시간(ignition time), 도달한 최대 온도(Tmax) 및 발열 반응 지속 기간(연소 시간(burn time))이다. 연료 및/또는 산화제의 양을 증가시킨다고 해서 반드시 발열 반응의 지속 기간이 증가하는 것은 아니다. 많은 경우, 연료가 모두 소비되지는 않으므로, 연료나 산화제 로딩(loading)을 증가시키는 것은 경제적이거나 실용적이지 않을 수 있다. 발열 슬리브의 효율성을 향상시키기 위해, 발열 테르밋 반응을 시작하는 데 필요한 에너지를 낮추는 증감제(sensitizer) 또는 개시제가 개발되었다.
칼륨 빙정석(potassium cryolite)(K3AlF6) 및 나트륨 빙정석(Na3AlF6)과 같은 플루오라이드계(fluoride-based) 개시제/증감제는 주조 산업에서 광범위하게 사용되며 가장 효과적이고 실용적인 증감제로 인정된다. 그러나, 주물사(mould sand)를 오염시키는 플루오라이드-함유 슬리브 잔류물로 인해 환경적, 기술적 문제가 발생한다. 주조업체는 건조 폐기물과 물 침출성 성분 모두에서의 플루오라이드 잔류물을 함유하는 폐모래를 처리하는 데 점점 더 많은 문제에 직면해 있으며, 이로 인해 통제된 처리 비용이 더 높아진다. 또 다른 문제는 재순환된 주물사에 플루오라이드 잔류물이 쌓이면 모래의 내화도가 감소하고 캐스팅 표면 결함("피시 아이(fish eye)"로 알려짐)이 형성된다는 것이다.
US6360808은 알루미늄 및 플루오라이드 공급원 모두로서 알루미늄 드로스(dross)를 사용함으로써 플루오라이드 수준의 감소가 달성되는 조성물을 개시한다. US2009/0199991A1은 플루오라이드 수준을 감소시킬 수 있는 메탈로센을 함유하는 조성물을 개시한다. US5180759는 발열성 조성물의 전체 플루오라이드 함량을 감소시키기 위한 플루오르화 유기 중합체의 사용을 개시한다. EP1543897B1 및 US6972059B1은 모두, 높은 반응성으로 인해 발열 혼합물의 제조 및 가공에 어려움을 초래할 수 있는, 개시제로서 마그네슘을 사용하는 플루오라이드-무함유 조성물을 개시한다.
슬러리 경로(slurry route)에 의해 제조된 피더 슬리브의 경우, 불용성 재료를 사용해야 하기 때문에 플루오라이드 증감제에 대한 기술적으로 실현 가능한 대안을 찾기가 어렵다. 특정 그룹 II 염화물과 같은 불용성 플루오라이드 염에 대한 잠재적인 대안은 필요한 불용성을 나타낼 수 있지만 덜 효과적인 증감제로 알려져 있으며 필요한 성능 요구 사항을 충족할 수 없다.
본 발명은 이러한 문제를 염두에 두고 개발되었다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 금속 캐스팅에 사용하기 위한 내화성 물품 제조용 조성물이 제공된다. 이 조성물은 미립자 내화성 재료, 산화성 연료, 산화제, 증감제 및 결합제(binder)를 포함한다. 조성물은 0.5 내지 5 중량%의 CaSO4를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화성 조성물은 0.5 내지 3 중량% 또는 1 내지 2 중량%의 CaSO4를 포함한다.
본 발명의 조성물은 주로 증감제로서 그리고 또한 산화제로 작용하는 황산칼슘(CaSO4)을 포함한다. 증감제로 CaSO4를 사용하면 점화 시간이 줄어들고/즐어들거나 발열 테르밋 반응의 연소 효율(burn efficiency)이 증가하여, 플루오라이드 증감제의 사용을 줄이거나 없앨 수 있다. 플루오라이드 증감제의 양을 줄이면 주물사의 플루오린 오염이 줄어들어, 플루오린-오염된 모래의 폐기와 관련된 환경 및 비용 문제가 완화되고, 캐스팅 결함을 유발할 수 있는 재순환된 주물사에 플루오린이 축적되는 것을 방지할 수 있다. 일부 구현예에서, 조성물은 황산칼슘이외에 산화제 및/또는 증감제를 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "증감제" 및 "개시제"는 상호교환적으로 사용될 수 있고 발열 테르밋 반응을 개시하는 데 필요한 에너지를 낮추는 물질을 지칭하는 데 사용된다는 것이 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 조성물은 황산칼슘이 아닌 증감제를 4.0 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.25 중량% 이하, 1.0 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 또는 0.25 중량% 이하로 포함한다.
일부 구현예에서, 조성물은 플루오린을 4.0 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.25 중량% 이하, 1.0 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.1 중량% 이하 또는 플루오린을 0.05 중량% 이하로 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 실질적으로 플루오린-무함유이며, 즉, 플루오린을 미량(trace amount) 이하로 함유한다. 플루오린 화합물은 캐스팅 품질 및 환경적 이유로 바람직하지 않을 수 있으므로, 테르밋 반응의 원하는 특성을 유지하면서 가능한 한 적은 양의 플루오린을 함유하는 조성물이 바람직하다.
일련의 바람직한 구현예에서, 조성물은 물에 불용성인 플루오린 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 플루오린을 포함하지 않거나, 수용성인 플루오린을 실질적으로 포함하지 않는다. 본 발명자들은 수불용성 플루오린 화합물이 증감제로 작용할 수도 있음을 발견하였다. 수불용성 플루오린 화합물은, 예를 들어, 조성물로부터 형성된 내화성 물품의 금속 캐스팅 공정에 사용된 후에, 주물사를 재생(reclamation)하는 동안 주물사를 플루오린(또는 플루오린 화합물)로 오염시키지 않기 때문에 특히 바람직하다.
바람직한 일련의 구현예에서, 증감제는 불화칼슘(CaF2)을 포함할 수 있다. 불화칼슘은 수불용성 미네랄이며, 테르밋 반응에서 증감제로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 이론에 구애됨이 없이, 불화칼슘은 적어도 부분적으로 촉매 작용을 하여, 알루미늄 금속에 산화물 층을 차단하는 것으로 여겨진다. 일부 구현예에서, 증감제는 불화마그네슘(MgF2)을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "플루오린(fluorine)"는 이온성 또는 공유(covalent) 형태, 예를 들어, 플루오라이드 형태로, 플루오린을 함유하는 임의의 화합물을 지칭하는 것으로 의도되는 것으로 이해될 것이다. 본 출원의 맥락에서, "플루오린-무함유(fluorine-free)" 제품(product)은 형태에 관계없이 (즉, 플루오린-무함유 및 플루오라이드-무함유 모두인), 플루오린을 함유하지 않거나 단지 미량의 플루오린을 함유하는 제품이다.
산화제는 테르밋 반응의 일부로 산화성 연료를 산화시킨다. CaSO4가 본 발명에서 증감제뿐만 아니라 산화제로서 작용할 수도 있지만, 용어 "산화제"는 용어는 CaSO4가 아닌 조성물에 존재하는 임의의 산화제를 지칭하는 것으로 본원에서 사용되는 것이 이해될 것이다. 적합한 산화제는 산화철(Fe2O3, FeO 및/또는 Fe3O4), 페로실라이트(FeSiO3), 이산화망간(MnO2), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 염소산나트륨(NaClO3), 염소산칼륨(KClO3), 황산스트론튬(SrSO4), 황산바륨(BaSO4), 이산화티타늄(TiO2), 산화구리(CuO), 이러한 재료를 포함하는 자연 발생 미네랄(mineral) 및 이들의 조합을 포함한다.
일부 구현예에서, 산화제는 물에 실질적으로 불용성인 산화제를 포함한다. 20°C에서 물에 대한 용해도가 0.5g/100ml 미만인 경우 재료는 물에 실질적으로 불용성인 것으로 간주된다. 불용성 산화제의 사용은 내화성 물품이 고체 성분의 수성 슬러리를 사용할 뿐만 아니라 코어-샷(core-shot) 공정을 통한 제조에 적합한 조성물로부터 제조될 수 있기 때문에 유리하다. 물에 실질적으로 불용성인 산화제는 산화철, 이산화망간, 산화구리, 황산스트론튬, 황산바륨 및 이산화티타늄을 포함한다.
일부 구현예에서, 산화제는 산화철(Fe2O4 및/또는 Fe3O4), 페로실라이트(FeSiO3), 질산칼륨(KNO3), 이산화망간(MnO2), 이산화티타늄(TiO2) 및 산화구리(CuO)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 산화제를 포함한다. 일부 구현예에서, 산화제는 산화철(Fe2O4 및/또는 Fe3O4), 페로실라이트(FeSiO3) 및 질산칼륨(KNO3)의 조합을 포함한다.
일부 구현예에서, 조성물은 산화제를 적어도 2 중량%, 적어도 5중량%, 적어도 10중량%, 적어도 12중량%, 적어도 15중량%, 적어도 20중량% 또는 적어도 25중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 산화제를 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 12 중량% 이하 또는 10 중량% 이하로 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 산화제를 2 내지 30 중량%, 5 내지 25 중량% 또는 10 내지 20 중량% 포함한다.
일부 구현예에서, 산화성 연료는 금속을 포함한다. 일부 구현예에서, 금속은 알루미늄, 마그네슘, 실리콘(silicon), 주석, 아연 및 이들의 합금 중 하나 이상으로부터 개별적으로 또는 혼합물로서 선택된다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 알루미늄 및 실리콘 금속을 포함한다. 서로 다른 반응성을 갖는 서로 다른 산화성 금속의 조합을 제공하면 테르밋 반응의 특성(예, 점화 시간, 연소 시간, 최대 온도 등)을 조정하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 이론에 얽매이기를 바라지 않으며, 본 발명의 발명자들은 실리콘이 알루미늄보다 활성화 에너지가 높을 뿐만 아니라 에너지 출력도 더 높으며, 따라서 산화성 연료로서 실리콘 금속과 알루미늄의 조합을 제공하면 플루오라이드 증감제 없이 테르밋 반응의 특성 균형을 맞추는 데 도움이 될 수 있다는 것을 발견하였다.
산화성 연료는 과립상(granular) 재료(예, 미세 분말, 거친 분말, 분쇄물(grindings) 또는 이들의 조합), 포일(foil), 스키밍(skimming), 드로스(dross) 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 금속 포일과 과립상 금속의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 분무화된 분말(atomised powder), 즉 매우 미세한 분말 형태의 금속을 포함한다. 분무화된 분말 형태의 산화성 연료는 다른 형태의 산화성 연료보다 반응성이 더 클 수 있다. 다양한 형태의 조합으로 산화성 연료를 제공하는 것은 테르밋 반응의 특성을 조정하고 플루오라이드 증감제가 없는 경우 이러한 특성의 균형을 맞추는 데 도움이 될 수도 있다.
일부 구현예에서, 산화성 연료는 분무화된 분말을 포함하고, 분무화된 분말은 분무화된 알루미늄, 분무화된 실리콘 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 분무화된 분말은 분무화된 알루미늄을 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량% 또는 적어도 95 중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 분무화된 분말은 분무화된 실리콘을 적어도 2 중량%, 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 30 중량% 또는 적어도 40 중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 분무화된 분말은 분무화된 알루미늄을 60 내지 95 중량% 그리고 분무화된 실리콘을 5 내지 40 중량% 포함한다.
분무화된 알루미늄 분말은 150μm 미만, 140μm 미만, 130μm 미만, 120μm 미만, 110μm 미만 또는 100μm 미만의 D90 입자 크기, 80μm 미만, 70 μm 미만, 60 μm 미만, 50 μm 미만 또는 40 μm 미만의 D50 입자 크기, 및/또는 30 μm 미만, 25 μm 미만, 20 μm 미만, 15 μm 미만 또는 10μm 미만의 D10 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 130μm 미만의 D90 입자 크기, 60μm 미만의 D50 입자 크기, 20μm 미만의 D10 입자 크기를 갖는 분무화된 알루미늄 분말을 포함한다.
분무화된 실리콘 분말은 65μm 미만, 55μm 미만, 45μm 미만, 35μm 미만 또는 25μm 미만의 D90 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 45μm 미만의 D90 입자 크기를 갖는 분무화된 실리콘을 포함한다.
일부 구현예에서, 산화성 연료는 130μm 미만의 D90 입자 크기를 갖는 분무화된 알루미늄 및 45μm 미만의 D90 입자 크기를 갖는 분무화된 실리콘을 포함한다.
일부 구현예에서, 산화성 연료는 분무화된 분말을 적어도 20중량%, 적어도 30중량%, 적어도 40중량%, 적어도 50중량%, 적어도 60중량% 또는 적어도 70중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 분무화된 분말을 80중량% 이하, 70중량% 이하, 60중량% 이하, 50중량% 이하 또는 40중량% 이하로 포함한다. 일부 구현예에서, 산화성 연료는 분무화된 분말을 20 내지 80중량%, 30 내지 70중량% 또는 40 내지 60중량% 포함한다. 산화성 연료에서 분무화된 분말의 정확한 비율은 사용된 다양한 금속의 유형과 비율에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 실리콘의 비율이 낮거나 사용되지 않는 경우, 더 높은 비율의 분무화된 알루미늄이 요구될 수 있다.
일부 구현예에서, 조성물은 산화성 연료를 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 20 중량% 또는 적어도 25 중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 산화성 연료를 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 15 중량% 이하 또는 10 중량% 이하로 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 산화성 연료를 5 내지 30 중량%, 10 내지 25 중량% 또는 15 내지 25 중량% 포함한다.
조성물은 충전제로서 작용하고 절연 특성을 제공할 수 있는 미립자 내화성 재료를 포함한다. 미립자 내화성 재료는 분말, 과립, 섬유 또는 이들의 임의의 조합 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, 미립자 내화성 재료는 실리카, 감람석, 알루미나, 알루미노실리케이트(샤모트(chamotte) 포함), 부석(pumice), 마그네시아, 크로마이트, 지르콘 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
바람직하게는, 조성물은 미립자 내화성 재료를 적어도 30 중량%, 적어도 35 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 45 중량%, 또는 적어도 50 중량% 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 미립자 내화성 재료를 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하, 또는 50 중량% 이하로 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 미립자 내화성 재료는 1g/cm3 미만 또는 0.5g/cm3 미만의 밀도를 갖는 경량 재료를 포함할 수 있다. 이러한 경량 재료는 단열을 제공하는 데 특히 유용한다. 적합한 경량 재료는 펄라이트, 규조토, 소성 왕겨(calcined rice husk)(왕겨 재(rice husk ash)), 내화성 섬유, 플라이 애시 부유물(fly ash floater) (중공 미세구(hollow microsphere)), 세노스피어(cenosphere), 기타 천연 또는 합성 중공구, 예컨대 알루미나, 실리카 또는 알루미노실리케이트 및 이들의 조합을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 결합제는 수지(예, 페놀-포름알데히드 수지 또는 우레아 포름알데히드 수지), 검(예, 아라비아 검 또는 잔탄 검), 아황산염 가성소다(sulphite lye), 전분(starch), 아크릴 분산액, 콜로이달 실리카, 콜로이달 알루미나 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 결합제는 수지와 전분의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 결합제는 하나 초과의 전분을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 전분은 밀 전분, 감자 전분, 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 쌀 전분, 콩(soya) 전분, 타피오카 전분, 변성 전분(modified starch), 양이온성 전분, 열팽창성 전분(hot-swelling starch), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 전분은 부분적으로 또는 완전히 사전-젤라틴화(pre-gelatinised)될 수 있다. 일련의 구현예에서, 하나 이상의 전분은 비-사전 젤라틴화 전분(non-pre-gelatinised)과 사전 젤라틴화 전분의 조합을 포함하며, 바람직하게는 둘 다 밀 전분이다.
바람직한 일련의 구현예에서, 결합제는 무독성 및/또는 생분해성이다. 전분은 쉽게 분해되고 사용 후 주물사를 오염시키지 않기 때문에 특히 바람직하며, 예를 들어, 주물사를 재생하는 동안, 후속 전문 수처리의 필요 없이 전분을 간단히 씻어낼 수 있다.
일부 구현예에서, 조성물은 결합제를 0.5 내지 5 중량%, 1 내지 4 중량%, 또는 1.5 내지 3.5 중량% 또는 2 내지 3 중량% 포함한다.
일부 구현예에서, 조성물은 물과 같은 캐리어 유체(carrier fluid)를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 조성물은 조성물의 다른 성분이 용해되지 않는 캐리어 유체를 포함하여, 따라서 조성물이 내화성 물품 제조를 위한 현탁(suspended) 고체 성분의 슬러리를 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 금속 캐스팅의 공급 시스템에 사용하기 위한 내화성 물품이 제공된다. 내화성 물품은 본원에 기술된 바와 같은 조성물로부터 형성된다.
내화성 물품은 슬러리(진공 형성) 또는 코어-슈팅(core-shooting)(블로잉(blowing) 또는 래밍(ramming))을 포함하는 다양한 방법으로 생산될 수 있다. 결합제의 선택은 내화성 물품이 제조되는 방법에 따라 달라질 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 발열 내화성 물품이다.
내화성 물품은 피더 슬리브(단순히 "피더" 또는 "슬리브"로도 알려짐) 및 캐스팅 또는 캐스팅 주형 어셈블리의 일부를 덮는 기타 성형 물품(예, 피더 보드(feeder board), 프로파일 코어(profiled core), 발열 패딩(exothermic padding), 그리고 슬리브 및 코어 조합)과 같이 금속 캐스팅의 공급을 돕기 위해 주조소에서 사용되는 여러 물품을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 피더 슬리브이다. 피더 슬리브의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 피더 슬리브는 원형 또는 타원형 단면을 가질 수 있으며, 평행하거나 경사진 측면을 가질 수 있으며 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 피더 슬리브가 폐쇄된 구현예에서, 이는 돔형 또는 편평한 커버를 가질 수 있다. 피더 슬리브는 원통형(즉, 원형 단면과 평행한 측면을 가짐) 또는 절두원추형(즉, 원형 단면과 경사진 측면을 가짐)일 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 연결된 매트(jointed mat) 형태일 수 있는 피더 보드(feeder board)이다. 연결된 매트는 피더 패턴을 감싸거나 기존의 피더 슬리브로 구성될 수 있다. 대안적으로, 피더 보드는 개방형 피더 슬리브 상에 위치되는 피더 뚜껑으로 채용될 수 있으며, 보드의 형상은 피더 슬리브의 형상에 의해 결정된다. 전형적으로 피더 뚜껑은 원형 또는 타원형 단면일 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 윌리엄스 코어(Williams core)(윌리엄스 웨지(Williams wedge)라고도 알려짐)이다. 윌리엄스 코어는 날카롭고 뾰족한 모서리(edge)를 가진 물품으로, 전형적으로 원뿔(cone) 또는 웨지(wedge) 모양이며, 이는 공급 효과를 개선하고 안정화하기 위해 닫힌 슬리브의 상단에 위치한다. 윌리엄스 코어는 피더 슬리브와 일체형으로 형성되거나 별도로 제작되어 슬리브의 내부에 고정될 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 원하는 캐스팅의 형상과 일치하도록 특별히 설계된 프로파일 형상을 갖는, 캐스팅 표면과 접촉하는 브레이커 코어 구성요소 및 슬리브 구성요소의 조합을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 내화성 물품은 패딩으로 알려진 프로파일 형상을 포함할 수 있으며, 이에 따라 패딩의 발열 특성을 사용하여 슬리브의 공급 거리를 연장하거나 패딩 아래의 캐스팅 섹션의 응고 시간을 지연 및/또는 제어할 수 있다. 일 구현예에서, 패딩은 슬리브 구성요소와 조합하여 사용되어 단일 유닛을 형성한다.
제1 측면과 관련하여 설명된 선택적 특징 및 구현예 중 임의의 것이 제2 측면의 조성물에 동일하게 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
실험 절차
표준 원통형 테스트 본체는 Georg Fischer(+GF+) 방법을 사용하여 제조되었다. 그린(green)(미경화) 피더 슬리브는 슬러리 방법을 사용하여 먼저 생산되었다. 그런 다음 그린 피더 슬리브를 잘게 자르고 성분이 완전히 혼합되고 조성이 균일해질 때까지 플랫 블레이드 패들 믹서를 사용하여 혼합하였다. 혼합물의 샘플을 원통형 정밀 테스트 본체(내경 50mm)내에 느슨하게 패킹(pack)하고 +GF+ 샌드 래머(sand rammer)(SPRA 유형) 위에 놓고 혼합물을 세 번의 래밍 동작(ramming motion)을 통해 압축하였다. 높이가 허용 오차 범위 내에 있는지 확인한 후, 이젝터(스트리핑 포스트(stripping post))를 사용하여 테스트 본체를 제거하였다. 그런 다음 테스트 본체를 160°C의 건조 오븐에 90분 동안 넣어서 경화시켰다. 결과물인 원통형 테스트 본체의 크기는 50mm x 50mm이었다.
테스트 본체는 다음과 같은 일반적인 조성을 가지고 있었다(고형분 함량 기준):
황산칼슘 0.5 내지 5중량%
플루오린계 증감제 0 내지 2중량%
산화철(Fe3O4) 산화제 7 내지 10중량%
질산칼륨과 페로실라이트를 포함하는 산화제 10 내지 20중량%
알루미늄 10 내지 20중량%
실리콘 1 내지 5중량%
결합제 0.5 내지 5중량%
고밀도 내화성 충전제 40 내지 60중량%
저밀도 내화성 충전제 0 내지 5중량%
알루미늄은 알루미늄 포일, 분말 및 분쇄물의 혼합물로 구성되었다. 실리콘은 분무화된 실리콘 분말로 구성되었다. 고밀도 내화성 충전제는 모래, 샤모트(chamotte), 부석 및 알루미노실리케이트 재료의 혼합물로 구성되었으며, 저밀도 내화성 충전제는 세노스피어로 구성되었다.
모든 성분의 균형(balance)이 총 100중량%가 되도록 고밀도 및 저밀도 내화성 충전제의 비율을 적절하게 조정하였다.
점화 시간과 연소 시간
자체 테스트 장비(Amitec)를 사용하여, 표준 테스트 본체를 전기적으로 가열된 탄화실리콘(SiC) 플레이트 위에 놓고, 예열하고 1400℃로 유지하였다. 점화 시간은 본체를 가열 장치 위에 놓고 점화될 때까지 측정되었다(초 단위로 보고). 점화가 발생하자마자, 테스트 본체를 샌드 베드(sand bed)로 옮겨 여기서 연소되도록 하였다. 연소 시간은 점화부터 연소 종료까지의 기간으로 측정되었다(초 단위로 보고).
원하는 점화 및 연소 시간은 적용에 따라 달라진다. 짧은 점화 시간은 캐스팅을 매우 빠르게 공급하는 것이 필수적인 소형 피더 슬리브에 특히 유용하다. 더 큰 피더 슬리브의 경우, 캐스팅을 더 오랫동안 공급할 수 있고 점화 시간이 그다지 중요하지 않기 때문에 더 긴 연소 시간이 유용하다.
최대 온도 및 1150℃ 초과 시간
Al2O3 보호 튜브를 그린 표준 테스트 본체에 25mm 깊이로 본체의 정중앙에 눌러 장착하였다. 그 후 테스트 본체를 건조시키고 보호관에 삽입된 플로터(plotter)에 서모커플(thermocouple)를 연결하였다. 테스트 본체가 점화되었고 도달한 최대 온도(Tmax)는 플로터(plotter)에 의해 기록되었으며 1150℃를 초과하는 시간(t >1150℃)도 기록되었다.
캐스팅 적용 분야에서, 피더 슬리브는 피더에서 금속이 액체로 유지되는 경우에만 유용한 목적으로 사용된다. 철 금속(ferrous metal)의 액상선(liquidus) 온도는 1150℃의 영역에 있으므로, t>1150℃는 연소 시간보다 피더 슬리브 성능에 대한 더 정확한 지침을 제공할 수 있다.
실시예 1
플루오라이드계 증감제를 다양한 비율로 포함하는 조성물을 사용하여 일련의 테스트 본체를 제조하고 위에서 설명한 바와 같이 테스트하였다. 테스트 결과는 하기 표 1에 자세히 설명되어 있다.
E1 E2 E3
증감제 (중량%) 불화칼슘 0.5 0.7 2.0
황산칼슘 1.5 1.5 1.5
산화제 (중량%) 산화철 (Fe3O4) 9.0 9.0 9.0
질산칼륨 11.0 11.0 11.0
페로실라이트 5.0 5.0 5.0
산화성 연료 (중량%) 알루미늄 (포일) 8.5 8.5 8.5
알루미늄 (분무화된) 8.2 8.2 8.2
실리콘 (분무화된) 2.0 2.0 2.0
내화성 충전제 (중량%) 고밀도 50.9 50.7 49.4
저밀도 0.5 0.5 0.5
결합제 (중량%) 전분 1.4 1.4 1.4
수지 1.5 1.5 1.5
점화 시간 (s) 30 25 20
연소 시간 (s) 170 158 110
Tmax, 산화 (℃) 1535 1539 1638
t>1150℃, 산화 (s) 252 251 234
Tmax, 환원(reduction) (℃) 1439 1423 1519
t>1150℃, 환원 (s) 219 235 255
얻어진 결과는 황산칼슘을 포함하는 조성물이 더 낮은 수준의 플루오라이드계 증감제에서도 여전히 우수한 발열 성능을 달성한다는 것을 입증한다. 저-플루오라이드 조성물(E1 및 E2)을 사용하여 제조된 테스트 본체는 약간 더 긴 점화 시간과 더 낮은 최대 온도를 나타냈지만, 더 높은 플루오라이드 조성물(E3)에 비해 상당히 더 긴 연소 시간과 1150℃ 초과의 시간을 달성하였다.
실시예 2
분무화된 알루미늄 분말 및 거친 과립상 알루미늄을 다양한 비율로 포함하는 다양한 저-플루오라이드 조성물을 사용하여 또 다른 일련의 테스트 본체를 평가하였다. 결과는 하기 표 2에 자세히 설명되어 있다.
E4 E5 E6 E7 E8
증감제 (중량%) 불화칼슘 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
황산칼슘 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
산화제 (중량%) 산화철 (Fe3O4) 8.9 8.9 8.9 8.9 8.9
질산칼륨 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8
페로실라이트 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3
산화성 연료 (중량%) 알루미늄 (포일) 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5
알루미늄 (분쇄물) 0 2.05 4.10 6.15 8.20
알루미늄 (분무화된) 8.20 6.15 4.10 2.05 0
실리콘 (분무화된) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
내화성 충전제 (중량%) 고밀도 52.7 52.7 52.7 52.7 52.7
저밀도 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
결합제 (중량%) 전분 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
수지 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
점화 시간 (s) 35 30 30 40 40
연소 시간 (s) 225 215 212 180 180
Tmax, 산화 (℃) 1522 1516 1504 1520 1558
t>1150℃, 산화 (s) 263 269 253 261 245
Tmax, 환원 (℃) 1341 1377 1195 1431 1306
t>1150℃, 환원 (s) 168 248 72 242 171
얻어진 결과는 미세한(반응성이 더 높은) 알루미늄과 거친(반응성이 더 낮은) 알루미늄의 비율을 변경하여 저-플루오라이드 내화성 물품의 반응 특성을 어떻게 조정할 수 있는지 실증한다. 일반적으로, 더 높은 비율의 분무화된 알루미늄 분말을 함유하는 저-플루오라이드 조성물은 더 낮은 비율의 분무화된 알루미늄 분말을 함유하는 조성물보다 더 짧은 점화 시간 및 더 긴 연소 시간을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
실시예 3
다음 조성물을 사용하여 제조된, 본 발명에 따른 피더 슬리브(E9, E10 및 E11)를 시판 발열 피더 슬리브(C1)와 비교하였다.
E1 E2 E3 C1
증감제 (중량%) 불화칼슘 0.4 0.5 0.6 1.9
황산칼슘 1.4 1.4 1.6 0
산화제 (중량%) 산화철 (Fe3O4) 9.4 8.5 8.5 5.2
질산칼륨 9.4 9.4 10.4 9.2
페로실라이트 3.1 4.7 3.2 3.2
산화성 연료 (중량%) 알루미늄 15.5 17.0 16.0 27.0
실리콘 3.3 3.3 1.9 0
내화성 충전제 (중량%) 고밀도 47.6 49.7 48.9 41.6
저밀도 1.9 0.5 0.5 2.5
결합제 (중량%) 전분 1.9 0 1.3 1.8
수지 0 0 1.5 2.0
잔탄검 0.9 1.0 0 0
캐리어 유체 (중량%) 물 5.2 4.0 5.5 5.6
조성물 E1-E3을 사용하여 제조된 예시적인 피더 슬리브는 시판용 피더 슬리브 C1과 유사한 공급 성능을 나타내지만, 조성물에 플루오린계 증감제가 현저히 다 적은 것으로 밝혀졌다. 발명자들은 또한 사용된 불화칼슘의 수불용성은. 금속 캐스팅 공정이 수행된 후 주물사를 재생하는 동안 오염 문제가 없음을 의미한다는 것을 발견하였다. 전분 및 잔탄검과 같은 생분해성 결합제의 사용과 함께, 예시적인 피더 슬리브의 환경적 특성은 시판용 피더 슬리브에 비해 크게 개선되었다.

Claims (16)

  1. 금속 캐스팅의 공급 시스템에 사용하기 위한 내화성 물품 제조용 조성물로서,
    상기 조성물은:
    미립자 내화성 재료;
    산화성 연료;
    산화제;
    증감제; 및
    결합제
    를 포함하고,
    상기 조성물은 0.5 내지 5 중량%의 CaSO4를 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 2.0 중량% 미만의 플루오린을 포함하거나, 상기 조성물이 실질적으로 플루오린-무함유(fluorine-free)인 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증감제가 물에 불용성인 플루오린 화합물을 포함하는 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 플루오린 화합물이 불화칼슘(CaF2)인 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제가 산화철(Fe2O4 및/또는 Fe3O4), 페로실라이트(FeSiO3), 질산칼륨(KNO3), 이산화망간(MnO2), 이산화티타늄(TiO2) 및 산화구리(CuO)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 산화제를 포함하는 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 2 내지 30중량%의 산화제를 포함하는 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화성 연료가 금속을 포함하고, 선택적으로 상기 산화성 연료가 알루미늄이고, 선택적으로 상기 산화성 연료가 알루미늄 포일 및/또는 과립상 알루미늄을 포함하는 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화성 연료가 실리콘 금속을 포함하는 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이
    i) 적어도 10 중량%의 산화성 연료; 및/또는
    ii) 30 중량% 이하의 산화성 연료를 포함하는 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화성 연료가 분무화된 분말을 포함하고, 선택적으로 상기 분무화된 분말이 분무화된 알루미늄 및/또는 분무화된 실리콘 금속을 포함하는 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분무화된 분말이 적어도 60 중량%의 분무화된 알루미늄을 포함하는 조성물.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 분무화된 분말이 적어도 10 중량%의 분무화된 실리콘 금속을 포함하는 조성물.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화성 연료가 적어도 30 중량%의 분무화된 분말을 포함하는 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어 유체를 추가로 포함하고, 선택적으로 상기 캐리어 유체가 물인 조성물.
  15. 금속 캐스팅의 공급 시스템에 사용하기 위한 내화성 물품으로서, 상기 물품은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 형성되는 것인 내화성 물품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 내화성 물품이 피더 슬리브인 내화성 물품.

KR1020237039443A 2021-04-16 2022-04-14 내화성 물품 및 조성물 KR20230173687A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21168913.8 2021-04-16
EP21168913 2021-04-16
PCT/EP2022/060119 WO2022219156A1 (en) 2021-04-16 2022-04-14 Refractory article and composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230173687A true KR20230173687A (ko) 2023-12-27

Family

ID=75562656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237039443A KR20230173687A (ko) 2021-04-16 2022-04-14 내화성 물품 및 조성물

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP4323133A1 (ko)
JP (1) JP2024518029A (ko)
KR (1) KR20230173687A (ko)
CN (1) CN117157159A (ko)
AU (1) AU2022256785A1 (ko)
BR (1) BR112023021300A2 (ko)
CA (1) CA3215247A1 (ko)
WO (1) WO2022219156A1 (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1373924A (en) * 1970-11-12 1974-11-13 Exomet Metallurgical hot topping compositions
US5180759A (en) 1986-05-01 1993-01-19 Foseco International Limited Exothermic compositions
RU2163579C2 (ru) * 1996-05-29 2001-02-27 Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" Экзотермический огнеупорный мертель
DE19925167A1 (de) 1999-06-01 2000-12-14 Luengen Gmbh & Co Kg As Exotherme Speisermasse
US6360808B1 (en) 2000-06-19 2002-03-26 Ashland Inc. Exothermic sleeve compositions containing aluminum dross
JP4413780B2 (ja) 2002-09-09 2010-02-10 イベリア・アッシュランド・ケミカル・ソシエダッド・アノニマ スリーブ、その製造方法、およびそれを製造するための混合物
JP5587794B2 (ja) 2008-01-31 2014-09-10 アシュランド・ライセンシング・アンド・インテレクチュアル・プロパティー・エルエルシー 特定のメタロセンを含有する組成物およびその用途
CN106631051A (zh) * 2016-09-07 2017-05-10 安徽金生金世电子科技有限公司 耐火墙砖及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR112023021300A2 (pt) 2023-12-12
JP2024518029A (ja) 2024-04-24
EP4323133A1 (en) 2024-02-21
CN117157159A (zh) 2023-12-01
WO2022219156A1 (en) 2022-10-20
AU2022256785A1 (en) 2023-10-26
CA3215247A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3273211A (en) Process of molding exothermic compositions
JP3374242B2 (ja) 鋳物用発熱性アセンブリ
JPH08511730A (ja) 金属鋳造用鋳型、金属鋳造方法及びそれに使用される耐火材組成物
EP2349609A2 (de) Formstoffmischung und speiser für den aluminiumguss
EP0244133A2 (en) Exothermic compositions
KR102267824B1 (ko) 피더 조성물의 충전제로 사용하기 위한 코어-쉘 입자들
MXPA02005313A (es) Composiciones aglutinantes para unir material en particulas.
US3162558A (en) Moldable exothermic composition
JP5587794B2 (ja) 特定のメタロセンを含有する組成物およびその用途
KR20230173687A (ko) 내화성 물품 및 조성물
WO2005053876A1 (ja) 鋳物用発熱体成形材料、鋳物用発熱体、およびそれらの製造方法
KR840000602B1 (ko) 금속주조용 사형의 제조방법
JP3239209B2 (ja) 鋳物用発熱体の製造方法
JP4749948B2 (ja) 鋳造用発熱性造形品
JP2013226587A (ja) 発熱性造形品
TWI610736B (zh) 高發熱冒口保溫套及其製造方法
US3132061A (en) Exothermic composition containing perlite
US4141769A (en) Thermit compositions
JPS5841940B2 (ja) 押湯用固形発熱保温剤
JPS6046064B2 (ja) 耐火性組成物
US3769046A (en) Hot topping
CN115635045A (zh) 一种铝灰连续资源化利用的方法
WO1994026438A1 (en) Method and manufacturing of moulding sand, such moulding sand and application thereof
JP2003136201A (ja) 鋳造用発熱材及びそれを用いた鋳造用発熱性造形品