KR100262975B1 - 제강로의 영구장용 부정형 내화재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강로의 영구장용 부정형 내화재에 관한 것으로, 해수 마그네시아 클링커와 천연 마그네시아 클링커가 조립, 중립, 미립의 입자크기별로 배열된 마그네시아 골재 78∼92중량%와, 알루미나 시멘트 함량이 1∼3중량%를 차지하는 구형입자의 소결 알루미나 미분 3∼10중량%와, 실리카류 4∼9중량%가 배합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 제강로의 영구장용 부정형 내화재를 제공한다.

이러한 본 발명은 중온에서 충분한 강도를 유지함과 더불어 저비중을 가지게 되고, 노의 내벽 철피와 내장벽돌 사이에서 양생이나 사용중 균열 및 박리를 일으키지 않고 강고한 접착이 이루어질 뿐 아니라, 시공이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있음으로써 조업안정화와 비용절감의 효과가 있는 것이다.

Description

제강로의 영구장용 부정형 내화재

본 발명은 제강로의 영구장용 부정형 내화재(Castable Refractory Being Used In Furnace)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강로의 내벽 철피와 내장벽돌 사이에 도포되되, 시공이 용이하고 신속하게 이루어짐은 물론 중온강도의 향상과 저비 중화를 이룸으로써 안정적인 조업과 비용절감에 기여하게 되는 제강로의 영구장용 부정형 내화재에 관한 것이다.

일반적으로 전로와 같은 제강로를 비롯한 용융금속을 수용하게 되는 노의 내벽에는 내벽 철피를 고온의 용융금속으로부터 보호하기 위해 내화재인 내장벽돌을 구축하게 되는데, 노 내벽의 철피와 내장벽돌 사이에는 흔히 영구장이라고 하는 내화재를 구비하게 된다.

이러한 영구장에는 통상적으로 벽돌과 같은 정형 내화재를 사용하고 있으나, 벽돌의 경우 축조 작업에 많은 시간이 소요되고 작업도 어려울 뿐만 아니라, 해체시 내장벽돌과 함께 동반 탈락되거나 사용중 탈락되는 등의 문제점이 있다.

이에 종래의 영구장용 정형 내화재를 대체하여 부정형의 영구장용 내화재에 대한 개발이 행해지고 있는 바, 특히 본 출원인과 포항종합제철 주식회사에 허여된 대한민국 특허 제 122141호(등록일:1997.9.3., 출원번호: 제 94-40106, 출원일 1994.12.30)에서는 인산 알루미늄 결합제를 첨가함과 더불어 열전도성이 우수한 금속화이바를 첨가함으로써 내침윤성과 내침식성, 내열충격성 및 시공성이 우수한 전로영구장용 염기성 유입재의 내화조성물을 제공하고자 하였다.

즉, 상기 특허 제 122141호는 마그네시아 클링커 82-91중량%, 알루미나분말 5∼8중량%, 알루미나시멘트 2∼6중량%를 기본 조성으로 하고, 여기에 금속화이바 1∼3중량%, 인산알루미늄바인더 0.5∼2.0중량%를 첨가하여 조성됨을 특징으로 하는데, 이것은 열전도성이 우수한 금속화이바의 첨가로 내열충격성이 향상됨과 아울러 내폭열성이 개선되고, 알루미나시멘트와 복합인산염 결합제를 동시에 사용함으로써 내화재의 용손을 촉진시키는 알루미나시멘트의 양을 줄이면서 내침식성을 향상시키는 효과를 지닌 것이다.

그러나, 상기와 같은 효과에도 불구하고 상기 특허 제 122141호는 중온(500∼1000℃)에서의 강도가 저하되고 비중이 높아 실제 적용에 있어 이의 개선이 시급하였는 바, 상기 특허 제122141호 뿐만 아니라 여타의 국외 특허에서도 마찬가지의 문제점들이 드러나고 있어 적용시 효율이 저하되거나 부분 보수에만 적용되는 경우가 많았다.

한편, 부정형 내화재는 통상 물을 사용하여 시공을 실시하게 하는데, 이로 인해 양생이나 사용중에 균열이나 박리현상이 발생되어 조업에 지장을 주게 되는 문제점이 있는 바, 이에 대한 대책도 강구되어야 했다.

본 발명은 전술한 바와 같은 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 중온에서 충분한 강도를 유지함과 더불어 저비중을 가지게 되고, 노의 내벽 철피와 내장벽돌 사이에서 양생이나 사용중 균열과 박리를 일으키지 않고 강고한 접착이 이루어지며 시공이 용이한 제강로의 영구장용 부정형 내화재를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제강로의 영구장용 부정형 내화재는 해수 마그네시아 클링커와 천연 마그네시아 클링커가 조립, 중립, 미립의 입자크기별로 배열된 마그네시아 골재 78∼92중량%와, 알루미나 시멘트 함량이 1∼3중량%를 차지하는 구형입자의 소결 알루미나 미분 3∼10 중량%와, 실리카류 4∼9중량%가 배합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 마그네시아(MgO) 골재를 주원료로 하고, 알루미나류(Al₂O₃)와 실리카류(SiO₂)를 부원료로하여 이루어지되, 상기 마그네시아 골재는 마그네시아 클링커(Magnesia Clinker)를 주체로 하는 것으로서, 이 마그네시아 클링커는 고순도의 해수마그네시아 클링커와 천연마그네시아 클링커가 조립, 중립, 미립의 입자크기별로 배열되어 병행사용되며, 상기 알루미나류는 통상의 알루미나와 알루미나 시멘트를 일컫는 것으로서, 입자는 구형(球形)이면서 주로 소결 알루미나 미분이 사용되며 마그네시아 골재와 알루미나류 및 실리카류가 배합된 100중량%중에 3∼10중량%가 첨가되되 이 가운데 알루미나 시멘트는 1∼3중량%를 차지하도록 되는 한편, 상기 실리카류는 주원료와 부원료에 함유된 것까지 모두 포함하여 마그네시아 골재와 알루미나류 및 실리카류가 배합된 100중량%중에 4∼9중량%가 함유된다.

한편, 상술한 주원료와 부원료를 물과 혼합할 때는 양호하게 혼합될 수 있도록 소량의 분산제를 첨가할 수 있다.

이하 본 발명에 대해 보다 상세하게 부연설명하면 다음과 같다.

마그네시아 골재의 주체인 마그네시아 클링커는 고순도의 해수마그네시아 클링커와 천연마그네시아 클링커를 병행사용하여야 하는 바, 이는 해수마그네시아 클링커 혹은 전융마그네시아 클링커를 단독사용할 경우에 내식성과 내스폴링성(耐Spalling性)은 양호하나 시공체의 고비중화와 중온(500∼1000℃)에서 강도의 저하를 초래하기 때문이고, 천연마그네시아 클링커를 단독사용할 경우에는 시공체의 저비중효과와 중온 강도의 향상효과는 있으나 과다한 수분이 소요됨에 따라 균열과 박리를 유발시키며 내스폴링성을 저하시키기 때문이며, 고순도의 해수마그네시아 클링커와 천연마그네시아 클링커를 사용하여야 양호한 효과를 나타내게 된다.

또한, 부원료인 알루미나류는 시공성을 향상시키며 중온에서 마그네시아와 결합하여 스피넬(Spinel : MgAl₂O₄)의 강고한 소결체를 이루어 중온 강도를 향상시키게 되는 바, 각상(角狀)의 입자는 유동성을 저하시키게 되고 조립이나 중립은 중온이 아닌 고온에서 반응하게 됨으로써 그 효과가 저하되므로 구형의 미분을 사용함이 좋으며, 3중량%미만이나 10중량%를 초과하여 첨가될 경우 시공체의 강도가 저하될 뿐만 아니라 마그네시아의 팽창·수축 및 스피넬의 과다 생성에 따른 내스폴링성이 저하되므로 주원료와 부원료의 총량중 3∼10중량%가 함유되도록 해야 한다.

또, 알루미나 시멘트의 첨가는 저수분으로 유동성을 증가시켜 시공을 용이하게 하며, 저온에서의 강도향상으로 강고한 시공체를 형성하게 되나, 과다 첨가는 건조양생중 균열 및 박리를 일으켜 시공체에 손상을 입히게 되므로 마그네시아 골재와 알루미나류 및 실리카류가 배합된 100중량%중 1∼3중량%로 한정해야 한다.

한편, 또다른 부원료인 실리카류는 실리카 초미분과 무기화학제인 분말규산소다등을 일컫는 것으로서 알루미나 시멘트와 함께 저수분으로 유동성을 향상시켜 시공을 용이하게 하며, 중온에서의 강도를 향상시킴으로써 강고한 시공체를 형성하게 되는 바, 과소 혹은 과다 첨가시에는 시공이 어렵고 양생 및 중온에서 목표로 하는 고강도의 소결체를 얻을 수 없게 되므로 주원료와 부원료에 함유된 것까지 포함하여 마그네시아 골재와 알루미나류 및 실리카류가 배합된 100중량%중 4∼9중량%로 한정해야 한다.

[실시예]

표 1은 본 발명의 실시예와 비교예간의 성분과 실험결과를 나타낸 것으로서, 비교예 1은 주원료인 마그네시아 골재로서 해수마그네시아 클링커만을 사용한 경우이고, 비교예 2는 부원료로서 알루미나 시멘트만을 사용한 경우이다.

본 실험은 시험재 혼합물의 화학성분을 습식으로 분석하였으며, 요구 특성인 수분소요량, 유동성, 부피비중, 중온에서의 강도 등을 측정하기 위해 시험재를 혼합기에 넣어 혼련하면서 소량의 물을 첨가하여 요구되는 수분량을 측정하였고, 물과 함께 혼련된 혼합물을 플로우(Flow)측정기를 사용하여 퍼진 직경의 최장부와 최단부의 평균값으로 유동성을 나타내었으며, 각 온도에 따라 부피비중 및 강도 등을 측정하였다.

또한, 가장 중요한 특성인 내스폴링성을 측정하기 위해 몰드를 사용하여 40㎜×160㎜×160㎜로 성형하고, 24시간후 몰드를 해체하여 24시간 자연건조하고 나서 전기로 등을 이용하여 110℃로 건조한 시료에 대해 350℃로 양생, 1200℃로 가열및 공냉을 반복함으로써 균열과 박리현상의 발생유무등을 체크하였다.

실험결과, 본 발명에 따른 실시예는 비교예 1과 비교예 2에 비교하여 수분소요량 및 유동성에서 큰 차이가 없었으며, 실제 제강로 조업에서 시공체가 받는 온도를 감안한 700℃에서 물성을 측정한 결과 시공체의 선변화율은 안정된 값을 보였고, 낮은 부피비중으로 보다 향상된 압축강도 및 곡강도를 나타냄은 물론 내스폴링성에 있어서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

[표 1]

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 제강로의 영구장용 부정형 내화재에 의하면, 중온에서 충분한 강도를 유지함과 더불어 저비중을 가지게 되고, 노의 내벽 철피와 내장벽돌 사이에서 양생이나 사용중 균열 및 박리를 일으키지 않고 강고한 접착이 이루어질 뿐 아니라, 시공이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있음으로써 조업의 안정화와 비용절감의 효과가 있다.

Claims (1)

1. 해수 마그네시아 클링커와 천연 마그네시아 클링커가 조립, 중립, 미립의 입자크기별로 배열된 마그네시아 골재 78-92중량%와, 알루미나 시멘트 함량이 1∼3중량%를 차지하는 구형입자의 소결 알루미나 미분 3∼10중량%와, 실리카류 4∼9중량%가 배합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 제강로의 영구장용 부정형 내화재.