KR960005886B1 - 야금용 용기를 정련용 라이닝으로 피복하는 방법 및 이에 사용되는 피복용 조성물 - Google Patents

야금용 용기를 정련용 라이닝으로 피복하는 방법 및 이에 사용되는 피복용 조성물 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

야금용 용기를 정련용 라이닝으로 피복하는 방법 및 이에 사용되는 피복용 조성물
본 발명은 턴디쉬(tundish) 또는 주조 래들(casting ladle)과 같은 야금용 용기를 정련용 라이닝을 사용하여 피복하는 방법에 관한 것이다.
정련용 라이닝은 산화물과 같은 불순물에 의한 용융 금속의 오염을 감소시킬 수있는 라이닝을 의미한다.
용융 금속의 산화를 방지하기 위한 최근의 실시 방법은 주조 래들과 턴디쉬 사이에 존재하는 주조 튜브와 같은 장치를 사용하고, 용융 금속의 표면에 존재하는 분말을 도포하는 것으로 이루어진다.
그러나, 이러한 장치가 금속 조(bath)의 오염을 완전히 감소시킬 수는 없다.
야금용 용기, 특히 턴디쉬에 라이닝을 사용하는 것은 이미 공지되어 있고, 이러한 라이닝은 SiO2, Al2O3, MgO 또는 이들의 혼합물과 같은 내화성 입자들 및 유기 또는 무기 결합제를 함유하는 수성 슬러리 형태의 조성물을 분무함으로써 제조된다. 이러한 입자들은 용융 금속을 용기에 주입하는 경우에, 용융 금속의 열 작용하에서 소결되고, 따라서 라이닝의 접착을 확실하게 한다. 그러나, 이러한 유형의 라이닝은 용융 금속에 대하여 정련 기능을 갖지 않으며, 그들 중의 일부는 용융 금속을 오염시키기도 한다.
기본적으로, 예를 들면 열경화성 수지와 같은 결합제와 혼합된 입자 형태의 CaO 및 MgO로 구성된 연소백운석을 사용하여 제조되는 라이닝이 또한 공지되어 있다.
원석 상태의 백운석 또는 탄산칼슘을 사용하여 제조되는 라이닝이 또한 공지되어 있다.
이러한 라이닝을 도포한 후에, 이 라이닝을 가열시켜 탄산염 및(또는) 결합제를 분해시킨다. 따라서, 본질적으로 1미만의 밀도를 갖는 CaO 및(또는) MgO로 이루어진 다공성 층이 남는다.
이러한 유형의 라이닝은 용융 금속에 대하여 정련성을 갖는다. 이러한 정련성은 Al2O3, FeO, Fe2O3와 같은 금속을 오염시키는 산화물에 대한 CaO의 친화성에 주로 근거하며, 구성 성분보다 더욱 용이하게 용융되고 슬래그(slag)을 향하여 이동하는 화합물을 형성한다.
그러나, 이러한 라이닝은 매우 낮은 기계 강도를 가지며, 결과적으로 용융 금속에 의한 마모에 견디지 못한다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 다음의 2가지 시험을 실시하였다.
제1시험에서, 본 발명자들은 결합제로서 원석 상태의 백운석 98% 및 규산나트륨 2%로 이루어진 수성 혼합물을 턴디쉬에 도포하였다.
분무시킨 후에, 백운석으로부터 CO2를 방출시키기 위하여 라이닝을 거의 900℃ 직전의 온도까지 연소시켰다.
이와 같이 형성된 연소 라이닝은 다공성 구조를 갖고 있어서, 그것의 기계 강도는 용융 금속에 의하여 형성되는 마모를 견디기에 불충분하였다.
제2시험에서, 본 발명자들은 상기 설명한 혼합물을 턴디쉬의 내벽 및 주형을 형성하는 벽 사이의 공간에 주입하였다.
180℃에서 건조시킨 후에 라이닝은 내부 기계 강도가 전혀 없으며 주형을 형성하는 벽이 제거되는 시기에 파괴되었다는 것이 밝혀졌으며, 따라서 이러한 방법은 산업적인 관점에서 바람직하지 못하다는 결과를 얻었다.
본 발명자들은 원석 상태의 백운석 또는 방해석으로 정련용 라이닝을 얻을 수 있는 산업적으로 허용되는 방법을 발견하기 위하여 계속적으로 연구를 수행하였다.
본 발명의 목적은 이러한 유형의 정련 라이닝을 형성하는 방법 및 조성물, 이 방법을 사용하여 제조되는 라이닝을 상세하게 제시하는 것이다.
따라서, 본 발명은 1종 이상의 알칼리 토금속 산화물을 기재로 하는 정련용 라이닝을 형성하기 위하여 야금용 용기의 내벽을 라이닝하는 방법 및 그에 사용되는 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 이 방법은 다음의 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일정비의 과립형 내화재가 첨가된 단일체 또는 혼합물 형태의 알칼리 토금속 탄산염을 1종 이상 함유하는 조성물을 용기 내벽에 도포하는 단계와 이 조성물을 가열하여 CO2및 결합수 및(또는) 결정수를 제거하고, 다공성 구조를 갖는 알칼리 토금속 산화물(들)을 얻는 단계로 이루어지는데, 첨가된 내화재의 비율은 용기내에 주입되는 용융 금속에 대한 충분한 내식성을 라이닝에 부여하기에 충분하다.
또한, 조성물은 일정비의 알칼리 토금속 수산화물 또는 조성물의 습윤시에 수화될 수 있는 알칼리 토금속산화물을 함유할 수 있고, 상기 조성물의 예열시에 "동일 반응조"에서 석회석 또는 마그네시아를 충분히 활성화시킬 수 있어서, 라이닝에 충분한 강도를 부여한다.
따라서, 본 발명에 의한 방법은 출발 물질로서 백운석 또는 방해석과 같은 1종 이상의 알칼리 토금속 탄산염을 사용하기 때문에 경제적인 정련용 라이닝을 얻을 수 있도록 한다.
더욱이, 제조된 라이닝은 야금용 용기에 부어 넣는 금속에 의하여 발생하는 부식에 대하여 양호한 내식성을 갖는다.
따라서, 본 발명에 의한 라이닝은 2가지 기능, 즉, 라이닝의 정련 기능 및 내마모 기능을 갖고 있어서, 현재 사용되고 있는 정련 기능을 갖지 않는 모든 내마모용 및 보호용 라이닝을 대신할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 장점은 1종 이상의 단일체 또는 혼합물 형태의 알칼리 토금속 탄산염에 일정비의 내화재를 첨가시킴으로써 연소 후, 즉, CO2의 제거 후에 상기 내화재 없이 생성되는 것보다 뚜렷하게 더 높은 내식성을 갖는 구조를 얻을 수 있다는 놀라운 발견에 있다.
더욱이, 연소시킨 후에 생성되는 알칼리 토금속 산화물에 기인한 라이닝의 정련 성질 이외에, 생성된 라이닝은 충분한 다공성 구조를 갖고 있어서, 절연성을 부여하고 주조 용기에 함유된 용융 금속의 냉각을 억제할 수 있도록 해준다.
더욱이, 본 발명의 방법에 의하여 얻어진 라이닝은 이 라이닝이 피복되는 영구 내화성 라이닝에 강하게 부착되지 않아서, 결과적으로 주조 작업의 말기에 새로운 라이닝을 피복시키기 위한 라이닝 분리시에 라이닝을 용이하게 분리시킬 수 있다.
상기의 조성물은 약 15-20중량%의 물을 함유하는 수성 슬러리(slurry) 형태로 분무될 수 있는 것이 장점이다.
또한, 조성물은 야금용 용기의 내부 표면 및 주형을 형성하는 벽 사이에 부어 넣을 수 있다.
사용 후에, 알칼리 토금속 탄산염으로부터 결합수 및(또는) 결정수 뿐만 아니라 CO2를 방출시키기 위하여 라이닝을 약 900℃ 근방의 온도까지 가열한다. 이러한 가열 작용은 버너 및 주울(Joule) 효과에 의하여 가열하는 전기 기구 또는 적외선 방출과 같은 임의의 수단에 의하여 수행될 수 있다.
조성물에 사용되는 단일체 또는 혼합물 형태의 알칼리 토금속 탄산염은 원석 상태의 백운석, 방해석 및 그들의 혼합물로부터 선택된 탄산염이 바람직하고, 원석 상태(하소되지 않은 상태)에서 낮은 비용으로 바람직한 것은 백운석이다.
이 조성물의 적용을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 조성물은, 예를 들면 알칼리 규산염 또는 알칼리 인산염과 같은 무기 결합제, 페놀성 수지와 같은 유기 결합제, 예를 들면 세멘트와 같은 수경 결합제, 및 그들의 혼합물로부터 선택된 결합제를 함유하는 것이 바람직하다.
알칼리 토금속 탄산염에 첨가되는 내화재는 하소된 백운석, 석회석, 마그네시아, 크롬마그네시아, 산화크롬, 규산지르코늄, 실리카, 알루미노실리케이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것이 바람직하다.
주요 구성 성분의 조성을 중량%로 나타내면 다음과 같다.
알칼리 토금속 탄산염 : 30-95중량%
내화재 : 5-70중량%
결합제 : 0-15중량%
최적 비율은 요구되는 효과에 따라 달라진다. 알칼리 토금속 탄산염의 비율이 높을수록 정련 효과는 더욱 증가된다.
역으로, 라이닝의 내식성은 내화재의 비율이 높을수록 더욱 증가된다.
그러나, 내화재의 비율이 라이닝에 요구되는 내식성을 부여하기에 충분하여 CO2방출 후에 남아 있는 알칼리 토금속 산화물에 기인한 정련성의 보존을 확실하게 하는 것이 바람직하다. 라이닝의 정련성을 증진시키기 위하여, 조성물에 칼슘을 함유하는 성분들을 넣는 것이 바람직하다.
특정한 경우에는, 결합제가 존재하지 않는 경우에도 물 중에 결합 효과가 이미 존재하기 때문에 결합제의 존재가 필수적인 것은 아니다.
다음의 조성물을 사용하여 최적의 결과를 얻었다.
원석 상태의 백운석 : 60-80%
내화재 : 10-40%
결합제 : 1-5%
알칼리 토금속 탄산염은 순수한 상태 또는, 예를 들면 백운석 형태의 탄산마그네슘과 같은 또 다른 탄산염과 결합된 탄산칼슘일 수 있다.
또한, 내화재의 예로 언급된 알칼리 토금속 산화물은 수산화물 및(또는) 황산염에 의하여 전체적 또는 부분적으로 대체될 수 있고, 이러한 물질은 연소시에 산화물로 전환될 수 있다.
적어도 일부분의 내화재의 입도는 알칼리 토금속 탄산염 및(또는) 수산화물 및(또는) 황산염의 입도보다 더 큰 것이 바람직하다.
실제로, 탄산염, 수산화물 및 황산염은 그들의 입도가 작을수록 더욱 용이하고 신속하게 분해된다.
일반적으로, 입도는 원하는 결과의 함수로, 즉, 절연성을 부여하는 다공성 및(또는) 응집성 및 내식성을 보장하는 소결 특성에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에 의한 조성물은 바람직하게는 20중량% 이하의 유기 및(또는) 무기섬유를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 조성물은 입자 상태의 탄산염성 물질을 함유할 수 있다.
조성물은 바람직하게는 5중량% 이하의 계면활성제를 더 포함한다.
상기 조성물은 수 cm의 두께를 갖는 하나 이상의 층을 턴디쉬의 기저부 벽 및 측면 상에 분무 또는 성형시킴으로써 적용될 수 있다.
용융강과 처음 접촉되는 동안에 정련층의 표면에서의 소결 현상을 가속화시키는 것이 요구되는 경우에는, 예를 들면 감람석, 희붕광, 붕화방해석(붕산칼슘), 산화철, 불화물, 붕산 및 그의 염(보락스) 및 이들의 혼합물과 같은 1종 이상의 플럭스(flux)를 혼합물에 첨가시키는 것이 유용하다. 따라서, 용융강과 접촉하는 표면을 보다 신속하게 소결시키기 위해서는, 예를 들면 붕산과 같이 건조시에 물과 함께 표면으로 이동하는 플럭스를 선택할 수 있고, 정련 라이닝 전체에 걸쳐 소결성을 보아 느리게 또는 비활성적으로 하기 위해서는, 예를 들면 희붕광과 같은 비이동성 플럭스를 선택할 수 있다.
또한, 라이닝을 구성하는 입자 상태의 미세 정도는 소결 단계에서 중요한 역할을 하고, 중량%를 기준으로 다음의 공식을 사용할 수 있다.
백운석 및(또는) 방해석 및(또는) 수산화물 및(또는) 황산염 : 30-95중량%,
입자의 직경 : <3mm, 바람직하게는 <1mm
내화재 : 5-70중량%, 입자의 직경 : <5mm, 바람직하게는 <2mm
결합제 : 0-15중량%
탄소 : 0-5중량%
플럭스 : 0-10중량%
조건에 따라서, 다음의 플럭스 중 하나를 선택할 수 있다.
-표면으로 이동할 수 있고 수성 슬러리에 용이하게 용해될 수 있는 플럭스
-수성 슬러리에 불용성 또는 약가용성인 플럭스
-표면 및 다른 두께의 층 내에서 특정한 선택적 소결을 가능하게 하는, 두 형태의 플럭스가 일정비로 혼합된 혼합물.
또한, 서로 다른 구성 성분들의 각각의 입도를 공지의 방법, 예를 들면 볼로미(Bolomey) 또는 푸르나스(Furnas)의 조밀도 법칙을 적용하거나 또는 트라이앵글 법칙을 적용하여 최적화시킴으로써 층의 최대 조밀도를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 실제로 저렴한 가격으로는 수행 불가능한 기계적 조밀화 과정의 적용없이, 용융 금속에 의한 부식에 대하여 정련층의 내식성을 증가시키는 것이 가능하다.
다수개의 층으로 이루어진 라이닝의 경우에, 조성 및 입도는 요구되는 성질에 따라 층마다 변화할 수 있다.
따라서, 내부층(즉, 용융 금속과 접촉되도록 의도되는 층)이 높은 내식성을 갖는 것이 요구되는 경우에, 이러한 층은 소결을 촉진시키기 위하여 훨씬 다량의 내화재를 함유하며 미세 입자를 함유한다.
역으로, 영구적 내화성 라이닝에 접촉되는 외부층은 내부층보다 더 낮은 정도로 소결되어, 주조 작업이 완결될 때 영구 라이닝으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.
유사하게, 최적 정련성을 얻기 위해서는 칼슘 함량을 높임으로써 내부층의 염기성을 증진시키는 것이 바람직하다.
따라서, 야금용 용기의 내벽을 보호하는 다층 라이닝은 알칼리 토금속 산화물(백운석, 수산화물, 황산염, 방해석 및 탄산염)을 기재로 하고 용융강과 접촉되는 내부 정련 마모 라이닝 및 정련 마모층과 영구 라이닝 사이에 위치하는 외부 안전층으로 이루어지고, 안정층은 당해 온도에서 소결될 수 있고, 안정한 내화성 산화물(예를 들면 마그네시아 및(또는) 실리카 및(또는) 알루미나 및(또는) 지르콘 및(또는) 지르코니아) 등을 기재로 하는 층, 또는 탄소(35% 미만의 탄소)를 첨가함으로써 제공되는 안정한 내화성 산화물을 기재로 하는 약간 또는 아주 약간 소결성이 있는 외부 안정층일 수 있다. 또한, 이 최외각 층은 부분적으로, 또는 약간 또는 아주 약간 소결될 수 있는 다른 층의 경우와 같이, 영구 라이닝의 접착을 방지하기 위하여 상기 안정층 및 영구 라이닝 사이에 존재하는 약간 또는 아주 약간 소결될 수 있는 제3의 층의 일부로서 기능할 수 있다.
따라서, 예를 들면 외부 안정층(들)을 위하여, 본 출원인 명의의 프랑스공화국 특허 제2 393 637호 및 동 제2 585 273호에 각각 기재된 조성물을 사용할 수 있다.
또한, 3층 구조인 경우에, 제1정련 내부층, 약간 또는 아주 약간 소결되거나 소결되지 않는 제2층 및 소결되거나 적어도 부분적으로 소결될 수 있는 제3외부층을 갖는 것이 가능하다.

Claims (22)

  1. 소정비의 과립형 내화재가 첨가된 단일체 또는 혼합물 형태의 알칼리 토금속 탄산염을 1종 이상 함유하는 경화될 수 있는 조성물을 야금용 용기의 내벽에 도포하는 단계 및 도포된 라이닝을 가열하여 CO2및 수분을 제거하고, 다공성 구조를 갖는 알칼리 토금속 산화물(들)의 층을 얻는 단계로 이루어지고, 상기 내화제가 용기내에 주입되는 용융 금속에 대한 내식성을 라이닝에 부여하여 상기 라이닝이 용융 금속과의 접촉시에 소결되도록 하는 비율로 존재하는 것을 특징으로 하는, 알칼리 토금속 산화물 기재의 정련용 라이닝을 야금용 용기의 내벽에 도포하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 조성물을 수성 슬러리(slurry) 형태로 분무시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 조성물을 용기의 내부 표면 및 주형을 형성하는 벽 사이에 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 라이닝을 900℃ 근방의 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 마그네시아, 실리카, 알루미나, 지르콘, 지르코니아 또는 이들의 혼합물과 같은 안정한 내화성 산화물을 기재로 하고, 당해 온도에서 부분적으로 소결될 수 있는 내화재의 제1층 이상을 정련용 라이닝의 도포 전에 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 과립형 내화재가 혼합된 1종 이상의 알칼리 토금속 탄산염을 함유하고, 야금용 용기에 주입되는 용융금속과의 접촉시에 소결될 수 있으며, 상기 용기의 내벽에 도포시에 고착하여 라이닝을 형성하고, 가열시 CO2및 수분이 제거되어 다공성 구조를 갖는 알칼리 토금속 산화물(들)의 층을 이루며, 상기 내화재가 용기내에 주입되는 용융 금속에 대해 내식성을 부여하여 라이닝이 용융 금속과의 접촉시에 소결되도록 하는 비율로 존재하는 것을 특징으로 하는, 알칼리 토금속 산화물 기재의 정련용 라이닝을 야금용 용기의 내벽에 도포하는 방법에 사용하기 위한 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 무기 결합제, 유기 결합제, 수경 결합제 및 이들의 혼합물로부터 선택된 결합제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 내화재가 하소된 백운석, 석회석, 마그네시아, 크롬마그네시아, 산화크롬, 규산지르코늄, 실리카, 알루미노실리케기트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제6항에 있어서, 알칼리 토금속 탄산염 30-95중량% 및 내화재 5-70중량%를 함유하며 결합제 15중량% 이하를 추가로 더 함유할 수 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 백운석 원석 60-80중량%, 내화재 10-40중량% 및 결합제 1-5중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제6항에 있어서, 적어도 일부분의 내화재의 입도가 알칼리 토금속 탄산염의 입도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제6항에 있어서, 20중량% 이하의 유기 또는 무기섬유 또는 그 혼합물을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제6항에 있어서, 5중량% 이하의 계면활성제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제6항에 있어서, 알칼리 토금속 수산화물(들), 조성물의 습윤시에 수화될 수 있는 알칼리 토금속 산화물(들), 알칼리 토금속 황산염 또는 그 혼합물을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제6항에 있어서, 10중량% 이하의 플럭스(flux)를 추가로 하유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 플럭스가 감람석, 희붕광, 붕화 방해석(붕산 칼슘), 산화철, 불화물, 붕산 및 그의 염(보락스) 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  17. 제15항에 있어서, 수성 슬러리에 용이하게 용해될 수 있는 플럭스를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  18. 제6항에 있어서, 백운석, 방해석 또는 그 혼합물 황산염 30-95중량%, 및 내화재 5-70중량%를 함유하며, 결합제 15중량%이하, 탄소 5중량% 이하 및 플럭스 10중량% 이하를 추가로 더 함유할 수 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
  19. 제6항에 있어서, 주성분인 알칼리 토금속 탄산염이 3mm 미만의 입도를 갖고, 내화재가 5mm 미만의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  20. 제6항에 있어서, 이종 성분들의 개개의 입도가, 볼로미 또는 푸르나스의 조밀도 법칙 또는 트라이앵글 법칙 등을 사용하여 결정될 수 있는 최대 조밀도를 정련용 라이닝에 제공할 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  21. 제6항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 탄산염이 원석 상태의 백운석, 방해석 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  22. 제14항에 있어서, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 수산화물, 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 토금속 황산염 또는 이들의 혼합물이 1mm미만의 입도를 갖고, 내화재가 2mm 미만의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
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