KR100265003B1 - 용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재 - Google Patents

용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네시아-스핀넬질 내화재에 관한 것으로, 마그네시아와 마그네시아 잉여 스핀넬(MgO-rich Spinel)로 이루어진 내화재료에 알루미늄티타네이트(A12TiO5) 분말을 첨가하여 내식성은 저하시키지 않으면서 고온에서의 용적안정성을 향상시킨 마그네시아-스핀넬질 내화재를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네시아-스핀넬질 내화재에 있어서, 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아의 중량비가 35:65-40:60으로 이루어진 내화재료; 및 상기 내화재료 대비 5-15중량%의 알루미늄티타네이트 분말로 조성되고, 상기 마그네시아 잉여 스핀넬은 마그네시아와 알루미나의 중량비가 50:50-70:30으로 이루어지고, 그리고 상기 알루미늄티타네이트 분말의 입자크기가 1.Omm이하인 것을 특징으로 하는 용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재
본 발명은 턴디쉬용 내장내화물로 사용되는 마그네시아-스핀넬질 내화재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온에서의 용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재에 관한 것이다.
마그네시아-스핀넬질 내화재(벽돌)는 주로 시멘트 로타리 길른(Cement Rotary Kiln)용 내장내화물로 사용되어온 마그네시아-크로미아질 내화벽돌의 문제를 해결하기 위한 수단으로 개발되었다. 즉, 마그네시아-크로미아질 내화벽돌중에 함유되어 있는 크롬성분의 사용중 용출에 의한 환경문제를 해결하기 위한 대체재질로서 개발된 것이다. 이러한 대체재질 개발의 대표적인 것으로는 일본특허 공개공보 평6-100357호, 평6-l16014호, 평7-187756호 및 평7-61857호 등을 들 수 있다. 이와 같은 많은 연구로 현재에는 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌이 시멘트 로타리 킬른용 내장내화물의 주류를 이루고 있다.
그러나, 상기 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌은 염기성 내화물의 특성과 유사하여 강중에 함유되는 알루미나 등의 개재물을 최소화할 수 있음에도 불구하고 고온에서의 열간선팽창율이 커서 산중성 내화물에 비하여 용적안정성이 저하되므로, 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌을 제강이나 턴디쉬용 내장내화물로 사용하기에는 부적합하다. 따라서, 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌을 제강 및 턴디쉬용 내화물로서 활용하기 위해서는 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌의 용적안정성의 향상이 필수불가결한 요소이다.
이에 본 발명자들은 마그네시아-스핀넬질 내화재를 턴디쉬에 적용하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 마그네시아와 마그네시아 잉여 스핀넬(MgO-rich Spinel)로 이루어진 내화재료에 알루미늄티타네이트(A12Ti05) 분말을 첨가하여 내식성은 저하시키지 않으면서 고온에서의 용적안정성을 향상시킨 마그네시아-스핀넬질 내화재를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 마그네시아-스펀넬질 내화재에 있어서, 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아의 중량비가 35:65-40:60으로 이루어진 내화재료; 및 상기 내화재료 대비 5-15중량%의 알루미늄티타네이트 분말로 조성되고, 상기 마그네시아 잉여 스핀넬은 마그네시아와 알루미나의 중량비가 50:50-70:30으로 이루어지고, 그리고 상기 알루미늄티타네이트 분말의 입자크기가 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 용적안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
일반적으로 마그네시아 잉여 스핀넬 클링커는 마그네시아로 이루어진 결정립(grain)의 주위에 정스핀넬(stoichimetry spinel, 마그네시아:알루미나의 비는 중량비로 28:72)이 분포되어 있으며, 열팽창율의 차이 때문에 마그네시아와 정스핀넬사이에는 매우 미세한 틈(gap)이 발생되어 있는 미세구조를 나타낸다. 이러한 특징 때문에 염기성질 내화물에 마그네시아 잉여 스핀넬 클링커를 사용하면 내스폴링성의 저하를 방지할 수 있다.
이러한 이유로 본 발명에서는 연속주조 턴디쉬 등에 사용되는 마그네시아-스핀넬질 내화재에 마그네시아 잉여 스핀넬을 적용하는데, 마그네시아와 알루미나의 비가 중량비로 50:50-70:30이어야 한다.
이는 마그네시아 잉여 스핀넬의 조성에 있어서 마그네시아의 함유량이 50이하가 되면 알루미나의 성분이 과다하여 슬래그중의 CaO와의 반응성이 증대되므로 마그네시아-스핀넬질 내화재의 내식성의 향상이 미약하기 때문이다. 또한, 마그네시아의 함유량이 70 이상이 되면 내침윤성이 취약한 마그네시아 고유의 특성에 근접하여 마그네시아 잉여 스핀넬의 사용효과가 발휘되지 않기 때문이다.
본 발명에서는 상기와 같이 한정되는 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아의 함유량을 중량비로 35:65-40:60으로 한정한다.
이는 마그네시아 잉여 스핀넬의 함유량이 중량비 35 이하가 되면 내침윤성이 취약한 마그네시아 고유의 특성에 근접하여 마그네시아 잉여 스핀넬의 사용효과가 발휘되지 않기 때문이고, 또한, 마그네시아 잉여 스핀넬의 함유량이 중량비로 40 이상이 되면 알루미나의 성분이 과다하여 슬래그중의 CaO와의 반응성이 증대되어 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌의 내식성 향상효과가 미약하기 때문이다.
본 발명에 사용되어지는 마그네시아와 마그네시아 잉여 스핀넬용 내화재료는 특별히 한정하는 것은 없으나, 불순물의 영향을 최소화하기 때문에 순도 95% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아로 이루어진 내화재료에 입자크기가 1.0mm 이하인 알루미늄티타네이트 분말을 상기 내화재료 대비 5-15중량% 첨가한다.
상기 알루미늄티타네이트는 코디어라이트(2MgO·2A12O3·2SiO2)와 β-스포듀민(Li2O3·Al2O3·4SiO2)과 더불어 세라믹중에서 열팽계수가 가장 적은 재료중의 하나로써, 코디어라이트와 β-스포듀민의 융점이 각각 1470℃와 1430℃로 낮은 반면에 알루미늄티타네이트의 융점은 1860℃로 높기 때문에 제강 및 턴디쉬 조업의 온도가 1500-1700℃임을 감안하면 알루미늄티타네이트는 내화물의 내화도를 저하시키지 않는 장점이 있다. 한편, 알루미늄티타네이트는 900-1200℃ 부근에서 분해반응이 일어나는 단점이 있기는 하나, 이러한 분해반응은 본 발명의 마그네시아-스핀넬질 내화재중에 함유되어 있는 마그네시아에 의하여 억제된다.
상기 알루미늄티타네이트 분말은 그 입자크기가 1.Omm 이하로 제한되는데, 그 이유는 입자크기가 1.Omm를 초과하면 열팽창율의 이방성을 나타내는 알루미늄 티타네이트 고유의 특성에 의해 내화재중에 기공율이 증가되어 마그네시아-스핀넬질 내화재의 내식성이 저하되기 때문이다.
또한, 상기 알루미늄티타네이트 분말을 5-15중량%로 제한하여 첨가한다. 그 이유는 알루미늄티타네이트 분말의 첨가량이 5중량% 미만일 경우에는 첨가량이 적어서 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌의 용적안정성의 향상이 미약하며, 알루미늄티타네이트 분말의 첨가량이 15중량% 이상일 경우에는 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌의 기공율이 증가되어 내식성이 저하되기 때문이다.
본 발명에서 사용되는 알루미늄티타네이트 분말로서는 특별히 한정하는 것은 없으나, 불순물의 영향을 최소화하기위해 순도 95% 이상인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
하기 표 1에 나타낸 조성이 되도록 칭량 한 후, 결합제로서 페놀수지를 2.5중량% 첨가하여 900kg/cm2의 압력으로 성형하였다. 이들 성형체를 1750℃에서 8시간 동안 소성하여 발명예(1-3) 및 비교예(1-8)의 내화재를 얻었다. 얻어진 내화재들의 기공율, 1500℃에서의 선팽창율, 침식지수 및 침윤지수를 구하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 선팽창율은 열간 선팽창율로서 용적안정성을 평가(열간선팽창율이 작을수록 용적안정성이 우수)하였고, 침식지수 및 침윤지수는 침식제로서 염기도의 비가 2.0인 슬래그와 용강을 중량비로 60:40이 되도록하여 1550℃×1시간×침식제배제×4회반복의 조건하에서 회전침식시험을 행한 후, 비교예(8)을 1로 하였을 때의 상대값으로 구한 것이다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와같이, 마그네시아와 알루미나의 비가 중량비로 50:50-70:30으로 이루어진 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아와의 비가 중량비로 35:65-40:60인 내화재료에 입자크기가 1.Omm 이하인 알루미늄티타네이트 분말이 5-15중량% 첨가된 발명예(1-3)은 본 발명의 목적이 달성되었으나, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예(1-8)은 용적안정성, 내식성 및 내침윤성의 향상이 미약하거나 저하되었다.
상술한 바와같이, 본 발명에 의하여 제조되는 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌은 내식성은 저하되지 않으면서 고온에서의 용적안정성이 우수한 특성을 지니고 있다. 또한, 본 발명에 의하여 제조되는 마그네시아-스핀넬질 내화벽돌은 염기성이므로, 용강과 내화물이 직접 접촉하더라도 강중으로 내화물성 개재물이 거의 함유되지 않는다. 따라서, 내화물에 의한 용강의 오염을 방지하기 위하여 턴디쉬에 통상적으로 사용되는 마그네시아질 코팅(coating)재를 사용할 필요가 없으므로, 턴디쉬용 내화물에 적용할 경우 비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 마그네시아-스핀넬질 내화재에 있어서, 마그네시아 잉여 스핀넬과 마그네시아의 중량비가 35:65-40:60으로 이루어진 내화재료; 및 상기 내화재료 대비 5-15중량%의 알루미늄티타네이트 분말로 조성되고, 상기 마그네시아 잉여 스핀넬은 마그네시아와 알루미나의 중량비가 50:50-70:30으로 이루어지고, 그리고 상기 알루미늄티타네이트 분말의 입자크기가 1.Omm이하인 것을 특징으로 하는 용적 안정성이 우수한 마그네시아-스핀넬질 내화재.
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