KR910005026B1 - 내산화성 흑연질내화재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

내산화성 흑연질내화재 및 그 제조방법
제1도는 본 발명을 실시하기 위한 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 경주통 3 : 슈트
4 : 수냉롤
본 발명은 각종 노체의 타이닝이나 가열용기등에 사용되는 내산화성 흑연질내화재 및 그 제조방법, 보다 상사하게는, 흑연 입자주위를 알루미늄으로 코팅시킨 내산화성 흑연질내화재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상, 알루미나질 내화재는 그 특징으로서 내화도가 높고 하중연화점이 높으며 기계적 강도가 커서 마모 저항성이 우수하고 염기도(CaO/SiO2)가 낮은 슬랙(slag)에 대한 내식성이 우수하여 유리용융로 및 가열로 등 각종로의 고온부위에 사용되어왔다. 그러나 열전도율이 낮고 열팽창이 비교적 커 급격한 온도변화를 요하는 곳에서는 충분한 내슬폴링(Spalling)성을 갖고 있지 않기 때문에 부적합한 것으로 알려져 있으며, 또한 염기도가 높은 슬랙과 접촉하는 부위에서는 슬랙중의 CaO 등과 반응함으로써 저융점화합물을 생성하여 내 침식성이 급격히 떨어지는 이유등으로 그 사용이 제한되고 있다. 한편, 흑연질 내화재는 용융 금속 및 슬랙과의 접촉각(Contact Angle)이 크고, 고 염기도의 슬랙에 대하여 강한 내침식성을 갖고 있으며, 열전도성도 대단히 커서 온도의 급격한 변화에 대하여 강한 열충격 저항성을 갖고 있다.
이와 같은 흑연의 특성을 이용하여 하이알루미나질 및 알루미나질 내화물의 결점을 보완하여 만든 것이 알루미나-흑연질 내화물인데 이때에는 고온에서 산화하기 쉬운 흑연의 결점이 나타난다.
또한, 제조 공정시 소성품은 비산화성분위기하에서 소성하여야 하므로 제조원가가 높게되고, 불소성품은 메트릭스(Matrix)부분을 이루고 있는 흑연의 기계적강도가 낮아 와류가 심한 용융된 강 혹은 고로선에서는 심하게 침식되는 결점을 보이고 있다.
상기와 같은 결점을 나타내는 근본적인 이유를 살펴보면 종래의 알루미나-흑연질 내화물에서는 알루미나와 흑연이 각각 입자와 입자상태로 있기때문에 매트릭스를 이루고 있는 흑연에 의해 알루미나의 결점인 스폴링성은 보완이 되는 한편 흑연은 분위기중에 그대로 노출되어 자체결점이 고온산화가 나타나 내화물자체의 열화(劣化)를 초래하기 때문이다.
이와 같은 결점을 보완하기 위하여 종래에는 알루미나-흑연질내화물에 SiC를 첨가하거나(일본특허공보(소)52-21001호), 금속 Si, Al, Mg, Fe 등의 분말을 첨가하는 방법(한국특허공고 83-1463호)을 사용하고 있으나 이 방법에 의하면 어느정도 내산화성은 증가되는 경향을 보이지만, 첨가물과 친밀성이 나쁘며 유리질 및 Na2O, SiO2계 저융점화합물의 생성으로 고온에서는 내침식성이 급격히 떨어지는 결점을 보이고 있다. 본 발명은 이상과 같이 알루미나골재와 흑연 입자의 혼합물로 제조된 내화물의 결점에 착안하여 이를 근본적으로 해결할 수 있는 특수한 알루미나-흑연 내화재료에 관하여 연구한 결과로서, 별도로 첨가제를 첨가시킴이 없이 흑연이 산화성 분위기중에 그대로 노출되지 않도록 흑연입자를 알루미늄으로 얇게 코팅하는 내산화성 및 내침식성이 우수한 흑연질 내화재 및 그 제조방법을 제공하고자하는데 그목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 제1도에 나타난 바와 같이, 불활성 가스분위기의 용융로(1)에서 알루미늄을 1000℃ 이상으로 충분히 용융시킨후 용융된 알루미늄을 경주통(2)으로 흘려내리면서 슈트(CHUTE)(3)를 통하여 불활성인압축가스와 함께 흑연분말을 상기 용융알루미늄에 분산시키면서 급냉시킨 후 수냉롤(4) 사이를 통과시켜 급냉, 분쇄시키는 내산화성 흑연질 내화재의 제조방법에 관한것이다. 상기 불활성 압축가스는 Ar가스가 바람직하며, 이 압축가스의 분산 압력은 3kg/㎠ 이상인 것이 바람직하다.
상기 흑연분말의 입도는 0.1-1.0㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기와 같은 방법으로 제조되는, 내부가 흑연이고, 중간층이 알루미늄(Al)이고, 외피 층이 알루미나(Al2O3)인 분말(5)로 이루어진 내산화성 흑연질 내화재에 관한 것이다.
이하, 상기 각조건의 한정이유에 대하여 설명한다. 용융로의 분위기를 불화성 분위기로 유지하는 것은 흑연의 산화를 방지하기 위함이며, 이때 N2보다는 Ar가스를 분위기 가스로 사용함이 바람직히다.
알루미늄을 1000℃ 이상에서 용융시킴으로써 경주통으로 흘러나갈 때 온도강하가 발생하고 또한 흑연과 Al과는 침윤각도(Wetting Angle)가 커서 침윤이 양호하지 못하므로 인한 침윤각도를 줄여줄 수 있으며, 불활성가스분위기를 사용함으로써 산소분압에 따른 침윤각도의 극심한 변화를 줄일 수 있다.
상기 불활성가스의 분사압력은 코팅층이 균일하게 형성되는 범위로 제한되며 3kg/㎠ 이상에서 보다 균일한 코팅층이 형성되므로, 분사압력은 3kg/㎠ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상기 흑연입자의 크기는 입자간의 응집현상으로 인한 코팅의 균일성이 떨어지지 않는 크기범위로 제한되며, 0.1-1.0㎜ 사이에 입자간의 응집현상이 일어나지 않아 효율성이 보다 우수한 코팅효과를 나타내므로, 입자의 크기는 0.1-1.0㎜가 바람직하다.
상기 용융알루미늄에 흑연입자를 분산시키면서 급냉함으로써 흑연입자가 용탕중의 알루미늄과 반응하여 탄화물인 Al4C3를 형성하는것을 방지하기위하여 가능한 곧바로 급냉 응고시켜야한다. 그 이유는 탄화물 A된 알루미나-흑연내화재료를 사용하여 제조된 내화물은 실로(實爐) 사용시 높은 온도하에서 수분과 접촉하면 Al4C3+12H2O+3CH4+4Al(OH)3와 같은 반응이 진행되어 균열이 발생하거나 붕괴하는 등 내화물의 조직이 약화되기 때문이다.
급냉응고된 내화재료는 흑연에 알루미늄이 코팅된 상태가되며, 상온에서의 제조된 분말의 미세구조는 외피층이 Al2O3, 중간층이 Al, 내부가 흑연상태이다.
이 내화재료를 원료로하여 내화물을 제조하거나 또는 불소성인 내화물의 경우는 조업시 온도가 올라감에 따라 중간층에 존재하는 Al은 점점 산화하여 Al2O3로 변화하여 부피팽창에 의한 내화물을 더욱 치밀한 구조로 만들어주어 외부산소의 내화물로의 침투를 막아주므로서 내산화성이 증진된다. 그리고 본 내화재료의 입자크기는 슈트를 통하여 분산, 첨가시키는 흑연의 입자크기에 의해 쉽게 조절이 가능하다.
즉, 조립을 만들경우는 입자가 큰 흑연을 첨가시키면되고 미립의 경우 흑연입자크기를 작게하므로서 가능하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예]
Ar분위기의 전기로에서 알루미늄을 1000℃ 온도로 충분히 용해시킨 후, 용융된 알루미늄을 경주통으로 흘려내리면서 압축 Ar가스를 운반(Carrier)가스로하여 0.1㎜-1.0㎜ 크기의 흑연입자를 3kg/㎠의 압력으로 분사시킨 후, 수냉롤 사이를 통과시키면서 급냉.분쇄하였다.
상기방법으로 제조된 0.5-2.0㎜ 크기의 본 발명의 내화재를 골재로 사용하여 통상의 혼력→숙성→성형→소성과정을 거쳐 내화물을 제조하여 이들의 특성을 종래재로서 제조된 알루미나-흑연질 내화물 및 하이알루미나질 내화물과 비교하여 하기표1에 나타내었다.
[표 1]
Figure kpo00001
* 산화층두께 : 산화성 분위기하의 1400℃ 전기로에서 24시간 동안 유지시킨 후 시편을 반으로 절단하여 산화된 두께측정(시편크기 : 60×60×60mm)
* 열충격성 : 1400℃ 전기로내에 20분간 유지시킨 다음 꺼내어 공냉 10분간의 과정을 반복하면서 최초균열이 발생할때까지의 시험반복횟수(시편크기:60×60×60 mm)
* 침식층두께 : 고주파유도 용해로의 유도코일 내에 시편6개를 육각기둥 형상으로 설치한다. 용선을 투입하여 용융시키고 그위에 염기도 4.6의 슬랙을 투입하여 완전히 용융시킨 후 40분간 유지시킨 다음 용융물들을 제거시키고 시편의 중심부를 절단하여 절단면의 침식도니 두께측정(시편두께 : 25mm) 상기 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 내화재료를 사용한 내화물(말명예)은 종래예 a 및 b 보다 얇은 산화층 두께를 갖고, 열충격성 및 침식성이 우수함을 알 수 있으며, 열전도율은 종래예 a와 거의 비슷한 값을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 내화재료를 사용하여 내화물 및 세라믹소결체를 제조하면 흑연의 결점인 고온 산화가 현저히 억제되고 내침식성이 크게 향상될 뿐만아니라 다른 물성치에 있어서도 양호한 결과를 얻을 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (5)

  1. 통상의 용융로(1)에서 알루미늄을 1000℃ 이상의 온도로 용융시킨 후, 상기 용융알루미늄을 경주통(2)으로 흘러 내리면서 슈트(3)를 통해 압축불활성가스와 함께 흑연분말을 상기 용융알루미늄에 분산시키고 수냉롤(4)을 통과시켜 급냉, 분쇄시키는것을 특징으로하는 내산화성 흑연질 내화재의 제조방법.
  2. 제1항에서, 압축 불활성가스가 Ar가스인것을 특징으로하는 내산화성 흑연질 내화재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 흑연분말의 입도가 0.1-1.0mm인 것을 특징으로하는 내산화성 흑연질 내화재의 제조방법.
  4. 제1항에서 제3항중의 어느 한항에 있어서, 압축불활성 가스의 분사압력이 3kg/㎠이상인것을 특징으로하는 내산화성 흑연질 내화재의 제조방법.
  5. 내부가 흑연이고, 중간층이 알루미늄(Al)이고, 외피층이 알루미나(Al2O3)인 분말(5)로 이루어진것을 특징으로하는 내산화성 흑연질 내화재.
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