KR100332903B1 - 유도로용 건식 충진 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염기성 원료인 마그네시아에 스피넬, 알루미나, 규사를 적절하게 함유시킴으로써, 온도변화가 심한 유도로에서 시공체가 가열 냉각시 수축되어 발생되는 크랙을 억제하고, 내식성과 내스폴링성을 향상시켜 사용수명을 연장함으로써 내화물의 소비량 감소 뿐만아니라 보수공정의 감소에 의한 경제적인 이익이 얻어지는 유도로용 건식 충진 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 건식 충진 내화물에 있어서, 마그네시아 클링커:40-60중량%, 스피넬클링커:30-45중량% 및 알루미나:10-20중량%를 기본조성으로 하고, 상기 기본조성에 대하여 2-5중량%의 규사가 함유되는 유도로용 건식충진 내화물에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

유도로용 건식 충진 내화물

본 발명은 저주파 및 고주파 유도로의 충진내장 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성과 내스폴링성이 우수한 유도로용 건식 충진 내화물에 관한 것이다.

저주파 및 고주파 유도로의 충진 내장 내화물로써, 종래에는 입도 조성된 실리카, 마그네시아, 알루미나, 스피낼 등의 한가지 원료를 주종으로 하여 사용되기도 하였다. 그러나, 최근들어 유도로 조업이 특수강 생산을 위한 고온 조업으로 변화하여 사용조건이 가혹하게 됨에 따라, 한종류의 원료로 구성된 재질에서 마그네시아-알루미나, 마그네시아-스피넬, 알루미나-스피넬, 마그네시아-알루미나-스피넬 등과 같이 원료를 혼합한 재질을 사용하기도 한다. 이러한 혼합재질의 사용에 의해 내식성과 내스폴링성이 향상되어, 단순원료를 사용한 재질에 비해 사용수명이 증가되고 있으나, 보다더 사용수명이 연장된 내장내화물이 요구되고 있는 실정이다.

실리카 및 알루미나, 스피넬 등 내스폴링성이 우수한 원료를 사용한 재질은 저온 및 저염기도 조업조건에서는 내식성이 우수한 것으로 나타나지만, 고온조업 및 고염기도(CaO/SiO₂비) 조업에서는 내식성이 충분하게 나타나지 않는다. 융점이 높은 마그네시아를 주원료로 사용한 재질은 고온, 고염기도 조업하에서 내식성이 우수하여 많이 사용하고 있으나, 조업중 온도변화가 크게 발생되면 시공체에 스폴링에 의한 크랙(Crack)이 발생되어 지속적으로 사용하기가 어려운 문제점이 있다.

고온내식성과 내스폴링성이 향상되도록 알루미나와 마그네시아로 합성된 스피넬 원료로만 구성된 재질이 사용되어 사용수명은 향상되었으나, 스피넬 원료의 고가격으로 인해 유도로용으로는 경제성있는 내장 충진 내화물로 사용되지 못하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 고온, 고염기도 유도로 조업에서 내식성과 내스폴링성이 우수한 내화물을 얻기 위하여 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 염기성 원료인 마그네시아에 스피넬, 알루미나, 규사를 적절하게 함유시킴으로써, 온도변화가 심한 유도로에서 시공체가 가열 냉각시 수축되어 발생되는 크랙을 억제하고, 내식성과 내스폴링성을 향상시켜 사용 수명을 연장함으로써 내화물의 소비량 감소 뿐만아니라 보수공정의 감소에 의한 경제적인 이익이 얻어지는 유도로용 건식 충진 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명자들은 마그네시아, 알루미나, 알루미나-스피넬, 마그네시아-스피넬 등으로 구성된 종래의 유도로용 충진 내화물의 제반특성이 열악한 원인을 분석한 결과, 마그네시아, 마그네시아-스피넬로 구성된 것은 온도에 따른 수축, 팽창율의 차이에 의해 균열이 쉽게 발생되고, 균열을 통해 침투된 용강이 침투부위를 소결시키면, 냉각시에 소결된 부위가 크게 수축되어 균열이 더욱 성장하게 되고, 온전하게 남아 있는 부위전체를 해체하고 다시 충진하여 조업을 하게 됨으로 인해 내화물 소비량이 높아져 경제적이지 못하였다. 또한, 알루미나, 알루미나-스피넬로 구성된 것들은 마그네시아, 마그네시아-스피넬로 구성된 것에 비해 온도변화에 대한 균열의 발생은 심하지 않으나 슬래그에 대한 침식성이 나쁜 것으로 나타남을 알 수 있었다.

따라서, 유도로용 충진 내장 내화물의 사용특성인 내침식성 및 내스폴링성을 향상하기 위해 융점이 높은 마그네시아와 알루미나, 스피넬 원료의 사용비를 적절하게 설정하고, 온도변화에 따른 선 수축팽창율을 일정하게 부여하여 균열을 억제하기 위해 일정량의 규사를 첨가하여, 내침식성, 내스폴링성, 균열억재성을 부여하고자 하는 관점으로 부터 본 발명을 제안하게 되었다.

상기한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 건식 충진 내화물에 있어서, 마그네시아 클링커:40-60중량%, 스피넬클링커:30-45중량% 및 알루미나:10-20중량%를 기본조성으로 하고, 상기 기본조성에 대하여 2-5중량%의 규사가 함유되는 유도로용 건식 충진 내화물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 내화물의 성분중에서 상기 마그네시아 클링커는 염기성 원료의 주원료로서 그 함유량은 40-60중량% 함유된다. 상기 함유량이 40% 미만이 되면 내침식성이 나빠지고, 60%를 초과하면 내스폴링성이 나빠지기 때문이다. 상기 마그네시아 클링커는 MgO성분이 95%이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 합성품 또는 천연품 어느 것이나 사용가능하다.

상기 스피넬 클링커는 그 함유량이 30-45중량% 함유된다. 상기 함유량이 30중량% 미만이 되면 사용중에 균열이 발생하며 내스폴링성이 나빠지고, 50중량%를 초과하면 내침식성이 낮아진다. 상기 스피넬 클링커는 MgO/Al₂O₃비가 30/70-50/50이고, MgO 성분과 Al₂O₃성분의 합이 95%이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 미분부의 사용량이 높아지면 수축이 심하게 발생하기 때문에 1.0mm 이상의 크기를 갖는 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 알루미나는 그 함유량이 10-20중량% 함유된다. 상기 알루미나는 조업중에 마그네시아와 반응하여 스피넬이 형성되어 체적이 팽창되기 때문에 본 발명에서는 함유량을 10-20중량%로 한정한다. 한편, 상기 알루미나의 사용하는 양 전체를 미분부로 하면 스피낼화 되는 량이 많아 과도하게 팽창되고 스피넬화속도가 빨라서 계속적인 사용을 하면 기 형성된 스피넬이 소결되어 수축하여 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 미분부와 조립부를 일정비율로 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용 비율이 미분부/조립부비가 15/85일때가 가장 바람직하다. 상기 알루미나는 Al₂O₃성분이 95%이상인 것이 바람직하고, 또한 소결합성품 또는 천연융품을 사용할 수 있다.

상기와 같이 조성되는 기본조성인 내화물 원료에 함유하는 규사는 상기 마그네시아, 알루미나, 스피넬과 온도변화에 따른 팽창, 수축 거동이 다르기 때문에 내부에 발생되는 응력을 분산시키는 역할을 하게되어 크랙발생을 억제하는데, 이러한 규사는 상기 기본조성에 대하여 2-5중량% 함유된다. 규사의 함량이 2중량% 미만이면 1500℃소성후 선변화율이 수축하고, 5중량%를 초과하면 내침식성이 저하하기 때문이다.

상기 규사는 입자크기가 1.0-0.075mm인 것이 바람직한데, 그 이유는 1.0mm를 초과하면, 고른분포가 어렵고, 0.075mm에 미치지 못하는 미세한 것을 사용하면 내화원료와 빠르게 반응하여 저융점물로 하기쉽고 내부응력분산 및 흡수효과가 낮아지기 때문이다. 상기 규사는 SiO₂성분이 98%이상인 것이 바람직하며, 결정질이거나 비정질 모두 사용가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

입도별(5-3mm, 3-1mm, 1-0.075mm, 0.075mm 이하)로 구분된 마그네시아 클링커, 스피넬 클링커, 알루미나 클링커를 하기 표1과 같은 함량(중량%)으로 배합한 기본원료에, 하기표 1과 같은 함량의 규사를 첨가하여 혼합기에 투입하고, 성형용 유기질 액상 결합제를 5% 첨가하여 10분간 혼련한 다음, 40X40X160mm 시편 성형틀에 주입하여 수타성형 하였다. 상온에서 양생한 후 1500℃로 소성하여 스폴링성 및 선변화율을 시험방법에 준하여 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

이때, 스폴링시험은 1400℃로 유지된 전기로에 소성된 시편을 장입하여 30분이 경과한 후에 꺼내어 공기중에서 30분간 냉각하는 과정을 반복하면서 시편외관의 균열 발생, 조각으로 분해 탈락되는 현상을 관찰하였다.

또한, 선변화율은 JIS R시험방법에 준하여 측정하였으며, 내식성은 산소-LPG를 열원으로 하는 드럼식 회전침식기로 슬래그(CaO/SiO₂=2:1)와 철을 투입하여 용융반응을 시킨후 배출하고 슬래그와 철을 재투입하여 반응시키는 것을 6회 반복한 후 시편의 가운데를 절단하여 슬래그 침투길이와 침식길이를 측정하였다.

	발명예	비교예
	1	2	1	2	3	4
마그네시아	5-3	25	10	-	25	-	25
	3-1	10	10	-	25	-	-
	1-0.075	20	20	-	25	-	-
	0.075이하	-	-	-	25	-	25
스피넬	5-3	-	15	-	-	-	-
	3-1	15	15	-	-	25	25
	1-0.075	15	15	-	-	25	25
	0.075이하	-	-	-	-	-	-
알루미나	5-3	-	-	25	-	-	-
	3-1	10	10	25	-	25	-
	1-0.075	-	-	25	-	-	-
	0.075이하	5	5	25	-	25	-
규사	3	5	-	-	-	-
침식성	슬래그침투길이(mm)	7	8	8	15	10	12
	침식길이(mm)	9	10	15	7	12	8
스폴링횟수(1400℃)	16	16	12	6	14	8
잔존선변화율(%)1650℃	+0.1	+0.3	-1.5	-1.2	-0.6	-0.8

상기 표1에 나타난 바와같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(1-2)의 경우, 마그네시아 클링커로만 배합된 비교예(2) 및 마그네시아와 스피넬 클링커로된 비교예(4)에 비해서 침식길이는 약간 증가하지만 슬래그 침투길이가 낮아지고, 내스폴링성이 우수한 것으로 나타났다. 알루미나로 이루어진 비교예(1) 및 알루미나-스피넬로 이루어진 비교예(3)에 비해서는 슬래그 침투길이, 침식길이가 감소하고 내스폴링성등이 우수한 것으로 나타났다.

또한, 잔존선변화율이 비교예(1-4)는 크게 수축하는 것으로 나타났으나 발명예(1-2)는 팽창하는 것으로 나타나 용적안정성이 높은 것으로 나타났다. 잔존선변화율이 수축하면 균열이 크게 발생되어 사용수명이 단축된다.

즉, 유도로용 내화물에서 가장 크게 요구되는 내식성이 기존 마그네시아 품과 비슷하면서 슬래그 침투 저항성이 높고, 내스폴링성이 우수하고, 용적안정성이 우수한 것으로 나타났다.

상술한 바와같이, 본 발명은 유도로용 건식 충진 내화물의 배합원료인 마그네시아 클링커, 스피넬 클링커, 알루미나 클링커, 규사를 적절하게 함유시킴으로써, 내침식성, 내슬래그침투성, 내스폴링성, 용적안정성등이 우수한 내화물을 제공할 수 있어 유도로용 건식 충진내화물의 사용수명을 연장하여 내화물의 사용량을 감소함으로 인해 경제적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 건식 충진 내화물에 있어서,

   마그네시아 클링커:40-60중량%, 스피넬 클링커:30-45중량%, 및 알루미나:10-20중량%를 기본조성으로 하고, 상기 기본조성에 대하여 2-5중량%의 규사가 함유되는 유도로용 건식충진 내화물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 규사는 입자크기가 1.0-0.075mm인 것을 특징으로 하는 유도로용 건식충진 내화물.