KR940006422B1 - 정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물 - Google Patents

정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물
본 발명은 마그네시아 내화재, 알루미나 내화재, 스피넬 내화재, 탄소재 및 페놀수지계 화합물을 결합제로 사용하는 정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물에 관한 것이다.
최근 강품질의 향상, 혹은 코스트(Cost)절감, 생산성의 개선을 목적으로 레이들 로(Ladle Furnace)법 등의 취련정련의 확대 보급에 따른 조업조건의 가혹화에 수반하여 지르콘(Zircon)질, MgO·CaO질, 하이-알루미나(High-Alumina)질 내화물에서 MgO-Al2O3-C질 내화물로, 로재가 급격히 변화하고 있다.
특히, 최근에는 탈가스(Gas)정련처리, 진공처리 프로세스(Process)등이 채용됨에 따라 조업온도의 상승, 산소취련비율의 증가, 로내 잔류시간연장등 한층 더 조업조건이 가혹해지고 있다.
이러한, 조업조건의 가혹화로 인하여 슬래그라인(Slag Line)부에는 슬래그와 반응성이 우수한 마그네시아-카본질 내화물이 일반적으로 적용되고 있으며 그외의 부분에는 지르콘 하이-알루미나질 등이 적용되고 있다.
일반적으로 적용되고 있는 지르콘질 내화물, 알루미나질 내화물 등은 마그네시아-카본질 내화물의 접촉부에는 MgO와 SiO2의 반응에 의해 저융점 물질인 MgO·SiO2(융점 ; 1557℃)에 의해 내식성이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 마그네시아-알루미나-카본질 내화물은 접촉부에서 사용이 가능하다. 한편, 상기 내화물에서는 알루미나 내화재의 입경이 내화물의 특성에 영향을 미치는 중요한 인자이며, 이 입자는 1mm이하를 주체적으로 사용하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다.
그런데 이와같은 종래의 마그네시아-알루미나-카본질 내화물은 접촉부 슬래그 및 지금(地金)에 의한 반응성은 개선하였으나, 내화물 자체의 내식성은 저하되는 폐단이 있었다.
이에 따라 본 발명의 목적은 종래의 마그네시아 알루미나-카본질 내화물의 내용성보다 더 우수한 내용성을 얻을 수 있도록 한 정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 마그네시아 내화재와, 알루미나 내화재와, 스피넬 내화재와, 탄소재와, 페놀수지계 화합물을 결합제로 사용한 것을 특징으로 하는 정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물이 제공된다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 정련용 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 마그네시아 내화재 35 내지 90중량%와, 알루미나 내화재 5 내지 35중량%와, 스피넬 내화재 5 내지 30%와, 탄소재 5 내지 30중량%와 페놀수지계 화합물을 결합제로 사용한다. 본 발명에 사용되는 마그네시아 내화재로는 해수 마그네시아, 전융(電融)마그네시아등을 사용하며 사용량은 35 내지 90중량%이지만 바람직한 사용량은 60 내지 75중량%이다. 사용량이 35중량%보다 적으면 슬래그의 저항성에 대한 내화특성이 저하하고, 또한 90중량%를 초과하면 슬래그 성분과의 반응량이 많아져서 저융점 물질인 MgO·SiO2(1557℃용융)에 의한 저촉부의 내식성 저하가 발생된다.
알루미나질 내화재로는 Al2O3성분의 함유량이 70중량%이상, 바람직하기는 75중량%이상인 전융 알루미나, 소결 알루미나, 보호크사이트(Bauxite)등을 사용한다. Al2O3함유량이 70중량%이하의 경우에는 원료자체의 내식성이 저하한다. 그 사용량은 5 내지 35중량%, 바람직하기는 10 내지 25중량%이다.
알루미나 내화재의 사용량이 5중량%이하이면 특성이 충분히 발휘되기 어렵고, 또한 35중량%이상이면 전체의 내화도가 저하하여 고온에서 내식성이 저하한다.
종래의 마그네시아-알루미나-카본질 내화물은 알루미나의 입경이 1mm이하인 것을 주성분으로 사용하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 알루미나 입경이 3mm이하를 사용하여도 종래의 내화물과 동등한 특성을 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의하여 조직적으로 치밀하고 안정한 스피넬 내화재를 사용하여 매트릭스(Matrix)부의 내마모특성 및 슬래그에 대한 저항성을 향상시켜 종래의 마그네시아-알루미나-카본질보다 우수한 특성을 얻었다.
스피넬 내화재의 사용량은 5 내지 30중량%이지만 바람직한 사용량은 5 내지 20중량%이다. 사용량이 5중량%보다 적으면 매트릭스부에서 스피넬 내화재 특유의 특성이 충분히 발휘하기 어렵고, 또한 30중량%보다 많으면 열간팽창율이 저하되어 접촉부에서의 슬래그 및 지금침투가 용이하여 내화물의 수명이 저하된다.
스피넬 내화재의 입경은 2mm이하를 사용하는 것이 바람직하며, 2mm이상을 사용할 경우에는 특성을 충분히 발휘하기 어렵다.
이러한 내화재와 페놀계 화합물을 첨가하여 혼련한 후 이미 공지된 일반적인 방법으로 성형후 열처리하였다.
종래의 마그네시아-알루미나-카본질, 마그네시아-카본질등의 카본 함유 내화물은 내산화성 및 내마모성의 향상을 위하여 금속분말을 1 내지 7중량% 첨가하는데, 7중량%이상을 첨가하면 저융점물질이 생성되고 내화물의 조직이 불균일하게 되어 내식성이 저하한다고 알려져 있다.
본 발명에 따르면 Al, Si, Mg, SiC, Cr등의 금속분말을 1 내지 10중량% 첨가하여도 내석성이 저하되지 않으며, 마그네시아-스피넬-카본질 내화물의 특성중 하나인 내마모성이 향상되었다.
본 발명의 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 금속분말이 매트릭스부에서 내화재와 반응하여 소결성의 강화 및 스피넬화 반응의 촉매로 작용하여 내화물의 특성향상의 요인으로 작용한다.
본 발명의 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 마그네시아-카본질 내화물과 지르콘질, 알루미나질 내화물 등의 접촉부에서 발생되는 접촉반응을 최소화하며, 물리적, 화학적으로 안정한 스피넬 내화재를 사용하여 내화물 자체의 내화도를 향상시켜 종래의 마그네시아-알루미나-카본질 내화물보다 내용성을 증가시킨다.
탄소재로는 천연흑연, 인조흑연, 카본블랙(Carbon Black)등을 사용하며 사용량은 5 내지 30중량%이고, 바람직한 사용량은 5 내지 25중량%이다. 탄소재의 사용량이 5중량%보다 적으면 탄소의 특성상 내 슬래그성 및 내스포올링(Spalling)성에 효과가 없고, 30중량%이상에서는 강도 및 내산화성이 저하한다는 것은 공지된 사실이다.
페놀수지계 화합물은 마그네시아 내화재, 알루미나 내화재, 스피넬 내화재 그리고 탄소재로 이루어진 내화재 100부에 대하여 2 내지 6부인 것이 바람직한데, 2부 이하일때에는 내화물 제조시 건조후의 소지강도가 저하하고, 6부 이상일때에는 사용중 기공의 과다 발생으로 내화물의 내용성 저하를 초래한다.
본 발명의 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 종래의 마그네시아-알루미나-카본질 내화물의 특성을 향상시킨 것으로서 마그네시아-카본질 내화물과 지르콘질 내화물, 알루미나질 내화물 등의 접촉부의 반응성을 억제하고 내마모성을 극대화한 내화물이다.
접촉부에서 매트릭스부의 성분을 Al2O3, SiO2로 변화시켜 저융점물질의 생성을 억제하였고, 특히 매트릭스부에 화학적, 물리적으로 안정한 스피넬 내화재를 사용하여 저융점물질의 생성의 억제 및 매트릭스의 내마모성을 증가시켜 슬래그 및 지금에 의한 반응성 및 내마모성을 향상시킨 내화물이다.
본 발명의 마그네시아-스피넬-카본질 내화물은 정련용로(L.F로, 진공탈 Gas로), AOD, RH, RH-OB, VAD, VOD등에서 양호한 결과를 얻었다.
이하, 본 발명의 보다 구체적인 실시예를, 종래의 마그네시아-카본질 내화물 및 마그네시아-알루미나-카본질 내화물을 비교예로 하여 설명한다. 또한 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 실시예 6은 마그네시아 50 내지 70중량%와, 알루미나 13 내지 15중량%와, 스피넬 5 내지 10중량%와, 천연흑연 10 내지 20중량%와, 점토 2중량%와, Al 2 내지 3중량%와, Si 1 내지 2중량%와, SiC 5중량%와, 페놀수지 4중량%의 배합물을 혼련한 후 마찰프레스(Friction Press)로 성형하였고, 상기 성형물을 250℃에서 24시간 가열처리하여 시료를 얻었다.
이 시료의 특성을 파악하기 위한 일반물성, 압축강도, 화학성분, 통기율, 유도로 침식시험결과를 ＜표 1＞에 표시하였다.
유도로 침식 시험은 마그네시아-카본질 내화물 및 마그네시아-알루미나-카본질 내화물을 비교예로 하여 접촉부 반응성을 보기 위하여 하부연와에 지르콘질 내화물, 알루미나질 내화물을 사용하였다. 폭이 50.65cm이고, 길이가 150cm인 정육각형 형태로 시편을 제작하여 1600 내지 1650℃에서 3시간 동안 유지하였다. 그 시험결과를 ＜표 2＞에 표시하였다.
[비교예]
비교예 1 내지 비교예 3은 마그네시아 75 내지 90중량%와, 알루미나 0 내지 15중량%와, 천연흑연 10 내지 20중량%와, 점토 0 내지 2중량%와, Al 0 내지 2중량%와, 페놀수지 4중량%의 배합물을 혼련한 후, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6과 동일한 조건으로 시료를 얻었다.
[표 1]
[표 2]
본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예 1 내지 비교예 3을 ＜표 1＞에 의하여 시험한 결과, 부피 비중은 본 발명에서 평균적으로는 2.94로 나타났으며, 비교예에서는 평균적으로는 2.88로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 부피비중은 2.1% 향상되었음을 알 수 있다.
기공율은 본 발명에서 평균적으로는 3.78%로 나타났으며, 비교예에서 평균적으로는 3.86%로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 기공율은 2.1% 감소하였음을 알 수 있다.
압축강도는 본 발명에서 평균적으로는 655kg/㎠로 나타났으며, 비교예에서는 평균적으로는 448kg/㎠로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 압축강도는 46.2% 향상되었음을 알 수 있다.
통기율은 본 발명에서 평균적으로는 1.2로 나타났으며, 비교예에서 평균적으로 3.1로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 통기율은 61.3%가 감소하였음을 알 수 있다.
유도로 시험 접촉부의 용손량중에서, 지르콘질 접촉부에서 본 발명은 평균적으로는 3.67mm로 나타났으며, 비교예는 평균적으로는 8.67mm로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 지르콘질은 접촉부 용손량은 57.7% 감소하였음을 알 수 있다.
알루미나질 접촉부에서 본 발명은 평균적으로는 3.3mm로 나타났으며, 비교예에서 평균적으로는 8.67mm로 나타났다. 본 발명은 비교예에 비해, 알루미나질 접촉부에서도 61.9% 감소되었음을 알 수 있다.
＜표 2＞는 유도로 시험에서 접촉부의 용손량을 측정하기 위하여 사용된 내화물의 물성을 설명한 것이다.
이 접촉부용손은 MgO, SiO2반응에 의해 저융점물질인 MgO, SiO2가 생성됨에 따른 것으로, 본 발명에서는 매트릭스부에 물리적, 화학적으로 안정한 스피넬 내화재를 사용하여 슬래그 및 지금에 대한 반응성을 개선하였으며, 매트릭스부의 내마모성을 개선시켰다.
따라서, 실험결과, 실시예와 비교예를 종합적으로 비교하여 보면, 접촉부의 용손량을 감소하였고, 전체적인 내용성은 증가하였다.

Claims (1)

  1. 35 내지 90중량%의 마그네시아 내화재, 5 내지 35중량%의 알루미나 내화재, 5 내지 30중량%의 스피넬 내화재 및 5 내지 30중량%의 탄소재로 이루어진 내화재 100부와, 페놀수지계 화합물 2 내지 6부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네시아-스피넬-카본질 내화물.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052233A4 (en) * 1998-01-28 2004-11-03 Krosaki Corp REFRACTORY MATERIAL OF THE ALUMINA-MAGNESIA-GRAPHITE TYPE
WO2007077267A3 (es) * 2005-12-30 2008-06-19 Sola Pedro Fajardo Revestimiento refractario perfeccionado para cucharas en la industria del acero inoxidable

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