KR830001463B1 - 내화벽돌의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내화벽돌의 제조방법

본 발명은 탄소를 함유하는 내화벽돌의 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로 탄소를 함유하는 내화벽돌은 벽돌을 제조할 때의 열처리 온도나 이 벽돌을 내장 부재로서 사용하였들 때의 로(燈)의 사용 온도 등의 고열 조건하에 있어서 산화되어 개방기공(開放氣孔)이 증가된다.

이때문에 내화물 층내에 공기등의 산화성 개스가 침입하기 쉽게 띄어서 가동면 배면층이 탈탄(脫炭)하여 취약하게 되는 것이다.

이 결과 개스의 흐름, 용융된 강철흐름, 원료 투입에 의한 충격 등에 의하여 이 탈탄 취약층이 박리하여 탈락된다.

또 개방기공이 증대되면 슬럭(slug)이 침투하기 쉽게 되므로 치밀층을 형성하여 끝내는 박리되는 등의 여러가지의 결합이 지적되고 있는 것이다.

이와같은 탄소를 함유하는 내화벽돌의 결함을 개량하는 방법으로서 저렴 성분으로 이루어진 산화 방지제를 첨가하는 것이 알려져 있었다. 그러나 이와같은 산화방지제를 함유하는 탄소를 함유하는 내화벽돌은 벽돌자체의 내화도가 저하되기 때문에 높은 온도에 있어서의 용융된 흐름이나 슬럭과의 반응이 증가하여서 내용성(耐用性)이 현저하게 손상되는 것이다.

따라서 산화 방지제를 첨가하는 것만으로는 상술한 것같은 탄소를 함유하는 내화벽돌의 결함을 충분히 개량할 수 없다.

본 발명자 등은 실질적으로 1중량% 이상의 탄소를 함유하는 내화벽돌에 대하여 상기한 결함을 개량하고자 예의 검토한 결과, 탄소질 결합제가 탄소로서 구조적으로 불안정한 상태로서 존재하는 것 같은 온도영역에 있어서 활성을 띠도록 하는 금속분말을 배합하는 것에 의하여 종래의 탄소를 함유하는 내화벽돌의 결함을 시정하고 또한 우수한 특성을 얻을 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 이른 것이다.

즉 본 발명의 요지로 하는 바는 먼저 실질적으로 1중량% 이상의 탄소를 함유하는 내화벽돌이 소재중에 알루미늄 분말 혹은 마그네슘 분말의 단독 또는 양자의 혼합분말을 1-10중량% 함유시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서 말하는 탄소를 함유하는 내화벽돌 이라 함은 탄소재료의 단독 또는 탄소재료와 무기내화 재료로 이루어지는 것이며, 실질적으로 1중량%이상, 바람직하게로는 5-75 중량%의 탄소를 함유하는 것이다.

그리고 탄소 재료로서는 천연 흑연, 인조흑연, 전극 부스러기, 석유 코오크스, 주물 코오크스, 카아본 블랙등이 사용되며, 또 무기 내화 재료로서는 마그네시아, 크롬, 스피넬, 드로마이트, 알루미나, 실리카, 지르콘 등의 염기성, 중성, 산성의 일반 산화물이나 탄화규소, 탄화티탄 등의 탄화물, 질화규소나 질화 붕소등의 질화물이 사용되며, 그 중에서도 마그네시아, 스피텔, 혹은 알루미나가 특히 바람직하다.

본 발명에서는 이들 탄소재료나 무기 내화 재료를 입도조정(粒度調整)한 것에 타알, 핏치, 수지 등 가열에 의하여 탄성을 생성하는 것 같은 결합재를 첨가하여 혼련한 것이며, 이 혼련한 물건을 통상방법에 따라서 성형한 후 열처리 하여 탄소를 함유하는 내화벽돌로서 사용하는 것이다.

또 이 탄소를 함유하는 내화벽돌은 성혈할 때에 메탈을 장착시켜 소위 메탈 케이스 벽돌로서 사용할수 있다.

본 발명의 제조방법으로서 만들어진 탄소를 함유하는 내화벽돌의 용도는 특히 한정되지는 않으나, 전기로의 핫폿트부나 슬라그라인부 및 정련남비의 슬라그라인부, 강철용융부나 용융량 당접부 등에 사용한 경우에 좋은 결과가 얻어진다.

다음에 본 발명의 특징에 대하여 설명하면 상기한 탄소를 함유하는 내화벽돌의 소재중에 알루미늄 또는 마그네슘의 금속분말을 첨가 혼합하는 것이다.

즉, 이 첨가 혼합된 금속분말은 어느 온도 영역에 있어서 구조적으로 불안정한 상태로서 남아 있는 결합재중의 탄소의 활성점(活性點)에서 이 탄소와 결합하는 것에 의하여 이 활성점에서의 탄소와 산소와의 결함이 억제되어 이 결과 결합부의 나머지 탄율 이 대폭으로 향상하는 것으로 생각된다.

또 동시에 남은 활성 금속분말은 다른 탄소 재료와 반응하여 탄화물로 되며 이때의 체적의 팽창에 의하여 기공면적이 감소하고 그 결과 벽돌 조직이 치밀하게 되어서 공기나 슬럭의 침입이 방지되는 것으로 생각된다.

이와같은 특성을 발휘하는 금속분말로서 알루미늄 금속 또는 마그네슘금속을 사용할 수 있으며 이들은 각각 단독 또는 혼합 사용할 수도 있다.

그런데 알루미늄 분말을 사용한 경우의 효과가 특히 현저하다.

이들 금속분말의 입자지름은 반응성의 점에서 특히 0.125mm이하의 것을 사용하는 것이 좋으며 그 함유량을 1-10 중량%, 바람직하게로는 1-6중량%가 적당하다.

그 이유는 금속분말의 함유량이 1중량%보다 적은 경우에는 첨가의 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라 벽돌중에 탄소 함유량을 많이 할 수 없게 되어서 탄소재가 갖고 있는 우수한 효과를 충분히 활용할 수 없게 되며, 또 10중량%보다 많게 되면 활성 금속의 탄화물이 다량으로 생성하는 것에 기인하는 폐해가 생기기 때문이다.

즉, 내화벽돌 중의 탄화물이 수분과 접촉하면 가수분해하여 수화물을 생성하고 이 결과 균열이 발생되거나 붕괴되는 등의 현상이 일어나서 바람직하지 못하다.

또 금속분말의 양이 과잉으로 되면 성분 조성적으로 내용손성(耐用損性)이 손상되는 점에서도 바람직하지 못하다.

본 발명의 제조방법으로서 만들어진 탄소를 함유하는 내화벽돌은 이상과 같이 구성되는 것이며 전로(轉燈)등의 내장재로서 사용에 공여된 경우 우수한 특성을 발휘하는 것인바 그러나 사용 조건하에서 수분에 접촉하면 이하의 결함이 발견됨이 판명되었다.

즉, 탄소를 함유하는 내화벽돌의 소재중에 첨가된 활성 금속분말은 성형벽돌을 로(燈)의 내장재로서 사용할 때의 가열조건하에서 있어서 벽돌중의 탄소와 결합하여 탄화물을 생성하고 이것이 높은 온도하에 수분과 접촉하면

Al₄C₃×12H₂O→3CH₄+4Al(OH)₃

MgC₂+2H₂O→Mg(OH)₂+C₂H₂

와 같은 반응이 진행되어서 균열이 발생되거나 붕괴되는 등 벽돌의 조직이 약화되는 것이다.

그리고 전술한 바와 같이 이 반응은 금속분말의 첨가량이 10중량%보다 많은 영역에서 특히 현저하게 진행된다.

본 발명자 등은 이 수화(水和)반응을 억제하는 점에 있어서도 검토한 결과, 실리콘 분말을 첨가하면 탄화물의 수화가 방지되어서 좋은 결과가 얻어지는 것을 발견하였다.

즉 본 발명은 탄소를함유하는 내화벽돌이 소재중에 알루미늄 분말 혹은 마그네슘 분말의 각각 단독 또는 양자의 혼합분말 1-10중량%을 함유시킨 후 또다시 0.6-6중량%의 실리콘 분말을 함유시키는 것을 제2의 중요점으로 하는 것이다.

여기에서 실리콘 분말은 알루미늄 또는 마그네슘의 탄화물이 물과 반응하는 것을 억제하기 위하여 사용되는 것이며 그 입자의 지름은 0.125mm이하의 것이 좋으며 그 첨가량은 0.5-6중량%, 바람직하게는 1-4중량%이다.

이 분량이 0.5%중량%보다 적은 경우에는 첨가의 효과를 발휘할 수 없으며, 또 6중량%보다 많은 경우에는 성분 조성적으로 내용손성이 손실되기 대문에 바람직하지 않다.

또 실리콘의 첨가량은 알루미늄의 첨가량에 따라서 증가시키는 것이 좋다.

특히 적정한 실리콘의 첨가비율은 중량비로 알루미늄 1에 대하여 실리콘 0.2-1.0이다.

요컨대 이 실리콘의 첨가의 목적은 탄화물의 수화방지와 알루미늄이나 마그네슘등의 금속분말과 같이 병용하는 것에 의하여 얻어지는 효과이며 종래의 실리콘을 단독으로 첨가 사용하는 경우의 목적 및 효과인 산화방지와는 명백하게 다른 것이다.

이상 본 발명의 제조방법으로서 만들어진 탄소를 함유하는 내화벽돌에 있어서 얻어지는 효과는

1) 활성 금속분말의 첨가에 의하여 탄소질 결합체의 나머지 탄율이 향상되고 강도가 증가됨과 아울러 외관상의 기공률이 저하된다.

2) 활성 금속분말은 중간 온도 영역에 있어서 탄화물을 생성하여 체적이 팽창하는 결과 외관상의 기공률이 한층 더 저하되어 내산화성이 대폭으로 향상된다.

3) 고온하에 있어서 가동면 부근의 탄화물은 공기와 반응하여 산화물로 되고 또다시 다른 내화재료와 반응하여 산화 방지막을 이루고 이것에 의하여 가동면 배면층의 탈탄에 의한 강도의 약화를 방지하여 박리현상을 방지한다.

4) 실리콘 분말을 첨가하는 것에 의하여 탄화물의 수화반응을 방지하여 조직의 약화를 방지할 수가 있다는 것 등이며 이것에 의하여 본 발명의 제조방법으로서 만들어진 탄소를 함유하는 내화벽돌을 실제로 로의 내장제로 사용하였을 경우 그 내용기간을 대폭으로 연장시킨 수가 있는 것이다.

이하 실시예에 따라서 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1-11]

제1표에 표시하는 배합비율의 혼합물을 조제하고, 이것을 성형한 후 300℃로서 4시간 가열처리하여 시

[제 1 표]

료를 작성하였다. 또한 동일하게 하여서 비교예 1-7의 시료도 제작하였다.

얻어진 시료에 대하여 1000℃ 환원 처리후의 물성 값, 1000℃와 1400℃ 가열 후의 중량 감소율, 열간 만곡강도의 측정 및 슬럭테스트를 행하였다.

그 결과는 제1표와 같다.

또한 실시예(10)(11) 및 비교예(6)(7)에 있어서 그래파이트는 입자상으로 조립한 것을 사용하였다.

(다만

(*1)은 성형후이 중량을 기준으로 한 값

(*2)는 탄화규소 발열체를 사용한 전기로서 소정온도로 1시간 보존하고 300℃ 열처리 후의 중량을 기준으로 한 값

(*3)은 시험편을 원통형상으로 붙여서 맞친 후 이것을 횡방향으로 놓아 회전시키고 슬럭을 투입하여 가열하는 방법으로서 행하며, 그 조건은 실시예 1-9, 비교예 1-5는 175℃×5hrs로, 철피수냉(鐵皮水冷)없음, 실시예(10)(11), 비교예(6)(7)은 1700℃×5hrs로(燈) 철피를 수냉

위 표에서 본 발명을 비교 예와 비교하면

(1) 모든 물성이 개량되는 것

(2) 1000℃ 환원처리 후의 중량 감소율의 값이 적은 것에서 나머지 탄율이 증가하였다.

(3) 1000℃와 1400℃의 가열 처리 후의 중량 감소율의 값이 적은 것에서 내산화성이 향상한 것

(4) 열간만곡강도나 내슬럭성이 현저하게 개량되는 것 등의 모든 성질에 있어서 우수한 것이 실제 증명되었다.

또한 상기한 (2)및 (3)에 있어서의 가열처리 온도 1000℃,1400℃라고 함은 실제로 로를 사용할 때를 상정(想定)한 온도이다.

[실시예 (12)-(14)]

실리콘 분말을 사용한 경우의 본 발명의 효과를 표시하기 위하여 제2표에 기재하는 배합비율의 혼합물을 조제하고 전기한 실시예(1)-(11)의 경우와 동일한 방법으로서 시료를 작성하였다.

또 동일한 방법으로서 실리콘분말을 첨가하지 않은 시료를 비교 예(8)로서 제작하였다.

이들의 시료는 실제로 로를 사용할 때를 상정하여 1650℃로서 가열한 후 물 속에 투입하고 10일간 방치하여 균열의 발생상태를 관찰하였다.

그 결과는 제2표에서 표시하는 바와 같으며 실리콘 분말의 첨가에 의하여 Al₄C₃의 분해를 방지할 수가

[제 2 표]

있어서 비교 예와 비교하여서 균일의 발생을 크게 줄일수가 있었다.

Claims (1)

1. 탄소 재료와 무기내화 재료로 이루어진 내화벽돌의 소재에 있어서, 알루미늄 분말 1-10중량%, 마그네슘 분말 1-10중량%, 알루미늄과 마그네슘의 혼합분말 1-10중량%, 알루미늄 분말 1-10중량%와 실리콘분말 0.5-6 중량%, 마그네슘분말 1-10 중량%와 실리콘분말 0.5-6 중량%, 알루미늄과 마그네슘의 혼합분말 1-10중량%와 실리콘분말 0.5-6 중량%에 의해서 이루어진 군(群)에서 선택한 1종을 함유시킨 것을 특징으로 하는 내화벽돌의 제조방법.