KR100590712B1 - 흑연 함유 부정형 내화물 - Google Patents

Abstract

래들 벽체, 래들 바닥, 래들 웰 블록, 고로통, 혼선차 전부위 등 벽돌 시공이 어려운 노설비의 주요 부위에 이용할 수 있는 흑연 함유 부정형 내화물에 관한 것으로, 흑연 함유 부정형 내화물에 첨가되는 흑연 입자의 산화를 방지하기 위한 금속 분말의 내수화성을 향상시키기 위해 금속 분말의 표면을 피복하는 데 있어서, 페인트를 금속 분말에 대하여 0.5 ~ 10 중량%를 사용하여 금속 분말에 분사시켜 적은 양으로 균일한 박막의 피복층이 형성된 후 빠른 속도로 건조되어 건조 공정 및 금속 분말의 뭉침 현상으로 인한 분쇄 공정을 생략할 수 있고, 결합재로 시멘트 대신에 ρ-Al₂O₃를 3 ~ 30 중량%로 사용함으로써, 고온에서의 강도 및 내용성이 우수한 흑연 함유 부정형 내화물에 관한 것이다.

Description

흑연 함유 부정형 내화물

본 발명은 흑연 함유 부정형 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 래들(ladle) 벽체, 래들 바닥, 래들 웰 블록(well block), 고로통, 혼선차 전부위 등 벽돌 시공이 어려운 노설비의 주요 부위에 이용할 수 있는 흑연 함유 부정형 내화물에 관한 것이다.

흑연은 그 자체의 고유한 특성으로 인해 예로부터 각종 전극, 브러시, 저항 발열체, 내화물, 도가니, 감마제 등의 여러 산업 분야에 많이 이용되어 왔다. 특히, 흑연을 함유한 내화물은 내열성, 내열 충격성, 내식성 등의 특성이 우수하며 용선, 용강 및 용융 슬래그에 대한 우수한 내식성을 가지고 있기 때문에 제선 및 제강 분야에 널리 이용되고 있다.

그러나, 흑연 함유 정형 내화물의 경우 성능적으로는 우수하지만 제조와 시공에 많은 작업을 필요로 하여 전체적으로 많은 비용과 작업 시간을 필요로 한다. 따라서, 근래에 들어 내화물 분야에서는 제조와 시공이 간단하여 상대적으로 비용이 낮고 시공 부위의 형상에 구애 받지 않는 부정형 내화물이 차지하는 부분이 점차적으로 증가하는 경향이다.

일반적으로 부정형 내화물의 제조시 내화 원료와 함께 결합재로 시멘트를 사용하는 데, 시멘트는 높은 생석회(CaO)의 함량으로 인하여 고온에서 저융점 화합물을 형성함으로써 내화물의 내화도를 저하시키고, 또한 수화 반응중 칼슘(Ca) 성분이 용출되어 내화물의 pH를 변화시키고, 이러한 pH의 변화는 내화물 내부에서의 여러 반응을 촉진시킴으로써 조직이 열화되어 물성이 크게 저하된다. 특히, 흑연 함유 부정형 내화물의 경우, 고온에서 흑연의 산화를 방지하기 위하여 금속 분말을 산화 방지제로 첨가하는 데, 시멘트 결합재를 사용한 내화물의 pH의 변화는 금속 산화 방지제의 수화 반응을 촉진시켜 그 기능을 상실하게 할 뿐만 아니라 가스를 발생시키는 등 큰 영향을 미친다.

따라서, 흑연 함유 부정형 내화물의 상용화를 위해, 시멘트의 함량을 대폭 낮추거나 다른 결합재를 사용함으로써 내화물의 pH의 변화에 의한 물성 저하를 방지하고, 흑연 입자의 산화를 방지하기 위한 금속 분말의 수화를 방지하기 위한 노력이 계속되고 있다.

금속 분말의 수화를 방지하기 위해 일본 특허 공개 평 2-33666호 "탄소 함유 유입용 내화물"에서는 금속 분말의 혼합물을 합성 수지로 피복하는 방법이 제안되어 있고, 일본 특허 공개 평 5-194044호 "흑연 함유 부정형 내화물용 조성과 그 제조 방법"에서는 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 등의 친수성 입자를 피복하는 방법 등이 제안되어 있다.

상기 종래의 피복 방법 중에서, 합성 수지를 피복하여 사용할 경우 수지 피복후 건조, 분쇄 및 체가름 공정이 필요하고, 고온에서 수지의 휘발 성분이 휘발되면 내화물 내부에 기공을 형성하여 물성을 저하시키는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 금속 분말의 수화 반응과 시멘트 결합재에 의한 내화물의 pH의 변화를 방지하여, 고온에서의 강도 및 내용성이 우수한 흑연 함유 부정형 내화물을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네시아(MgO), 알루미나, 스피넬(spinel) 등의 1종 이상의 무기물 내화 원료에 흑연이 첨가되어 구성되는 흑연 함유 부정형 내화물에 첨가되는 흑연 입자의 산화를 방지하기 위한 금속 분말의 내수화성을 향상시키기 위해 금속 분말의 표면을 피복하는 데 있어서, 미량의 페인트를 금속 분말에 분사시켜 적은 양으로 균일한 박막의 피복층이 형성된 후 빠른 속도로 건조되어 건조 공정 및 금속 분말의 뭉침 현상으로 인한 분쇄 공정을 생략할 수 있고, 결합재로 시멘트 대신에 ρ-Al₂O₃를 사용함으로써, 고온에서의 강도 및 내용성이 우수한 흑연 함유 부정형 내화물에 관한 것이다.

상기 페인트의 양은 금속 분말에 대하여 0.5 ~ 10 중량%로 분사하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 피복 금속 분말의 입자 크기는 0.5mm 이하로 하고, 사용량을 0.5 ~ 20 중량%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 결합재로 상기 ρ-Al₂O₃의 사용량은 3 ~ 30 중량%로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 사용하는 상기 금속 분말을 피복하는 페인트는 특별히 제한하지 않고 도색용으로 사용되는 일반적인 페인트는 모두 사용하지만 분사가 용이한 저점도이고, 친수성을 가지는 수성 페인트를 사용하는 것이 좋다. 하지만 피복량이 극히 적고 금속 분말 표면의 피복만으로는 시공 수분 감소의 효과가 있으므로 유성 페인트를 사용하여도 무방하다.

그리고, 피복 재료로 페인트를 사용하는 것은 페인트가 내화 원료와 반응하지 않고, 속건성으로 피복후 금속 분말의 뭉침 현상을 방지할 후 있으며, 피복 재료의 희석, 용융 과정 없이 적은 양으로 금속 분말의 표면에 균일한 박막의 형성이 가능하여 금속 분말의 내수화성을 향상시키면서 고온에서 휘발로 인한 내화물의 물성 저하를 최소화 할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 페인트를 금속 분말에 대하여 0.5 ~ 10 중량% 분사하여 피복하여야 한다. 이는 페인트의 양이 0.5 중량% 미만일 경우 금속 분말 표면의 완전한 피복이 어렵고, 10 중량%를 초과할 경우 피복층의 신속한 건조가 어려워 피복 금속 분말의 입도 조절이 힘들기 때문이다.

또한, 본 발명에서 사용하는 피복된 금속 분말의 크기는 0.5mm 이하이고, 사용량은 외삽으로 0.5 ~ 20 중량%이어야 한다. 이는 피복 금속 분말의 크기가 0.5mm 보다 큰 경우 내화물 내에서의 분산이 어려워 산화 방지 효과를 저하시키고, 사용량이 0.5 중량% 보다 적을 경우 첨가의 효과가 적고, 20 중량% 보다 많을 경우 고온 사용 중의 체적 팽창이 커져 내식성이 저하되기 때문이다.

그리고, 산화 방지용 금속 분말로 특별히 제한하는 바는 없으며 Al, Si, Mg, Mg-Al, Ca-Mg, CaB₆, Mg-B, B₄C 등 통상의 산화 방지제 분말 중 1종이나 2종 이상의 혼용이 가능하다.

또한, 결합재로 상기 ρ-Al₂O₃의 사용량을 3 ~ 30 중량%로 하여야 한다. 이는 사용량이 3 중량% 미만인 경우 상온에서의 강도 발현이 어려워 발명의 효과가 미약하며, 30 중량%를 초과할 경우 첨가 수량이 증가하여 물성이 저하될 뿐만 아니라 강도가 저하되기 때문이다.

이하, 실험 데이터를 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

실시예

본 발명의 표면 처리된 금속 분말과 결합재로써 ρ-Al₂O₃를 사용하여 제조된 캐스타블 내화물과 종래 방법에 의한 표면 처리되지 않은 금속 분말과 결합재로써 시멘트를 사용하여 제조된 캐스타블 내화물의 물성을 비교하기 위하여 실험을 실시하였다.

먼저 하기 표 1에 개시된 바와 같은 배합비를 갖는 캐스타블 내화 조성물을 물과 주도(flow 값) 150mm로 혼련한 후 형틀에 부어 40×40×160mm(기공율, 꺽임 강도 시험용), 110(길이)×40(높이)×87.7(윗변)×115.9(아랫변)mm 크기의 횡제리형(내침식 시험용) 및 60×60×60mm(내스폴링 시험용)의 크기로 성형하였다. 그리고, 성형품을 상온에서 24시간 양생한 후, 100℃에서 24시간 건조하였다. 또한, 이 건조품을 1400℃에서 3시간 환원 소성하여 소성품을 제조하였다.

[표 1]

상기 표 1에 기재된 양의 조성으로 제조된 캐스타블 내화물의 물성을 평가한 것을 하기 표 2에 기재하였다. 먼저, 1400℃까지 승온 ↔ 수냉을 반복하여 시편중 일부가 탈락될 때까지의 반복 횟수를 내스폴링성으로 하였고, 횡제리형 시편을 1600℃에서 시편을 래들 슬래그(CaO/SiO₂: 6.0, Al₂O₃: 21%)로 회전침식 시험을 행한 후 침식 깊이와 슬래그 침투 깊이를 측정하였다.

그리고, 하기 표 2의 슬래그의 내침윤 지수는 회전 침식 시험기에서 1600℃에서 1시간 동안 10회 반복 후 종래재 8의 슬래그 침투 깊이를 기준으로 내침윤 지수를 다음 식으로 계산하였다.

한편, 슬래그의 내침식 지수는 회전 침식기에서 1600℃에서 1시간 동안 10회 반복 후 종래재 8의 침식 깊이를 기준으로 내침식 지수를 다음 식으로 계산하였다.

[표 2]

상기 표 2에 개시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 시편 1 내지 4는 페인트로 피복된 금속 분말을 각각 3, 3, 5, 3 중량%로 사용하였고, 결합재로 ρ-Al₂O₃를 각각 10, 10, 10, 20 중량%로 사용하여, 종래재 8에 비해 시공 수분량이 감소하였을 뿐만 아니라 강도, 내열 충격성 및 내침식성 등의 특성이 모두 우수함을 보여 주었다. 한편, 페인트로 피복된 금속 분말과 결합재인 ρ-Al₂O₃의 첨가량을 본 발명의 범위에 벗어나게 첨가한 비교예 5 내지 7의 경우도 시편 1 내지 4에 비해 물성이 저하 되었지만 종래재 8에 비해서는 우수한 특성을 나타내어 금속 분말의 피복과 ρ-Al₂O₃의 사용이 흑연 함유 부정형 내화물의 제조에 효과적임을 보여 주었다.

이와 같이 본 발명은 표면이 피복된 금속 분말의 흑연의 산화 방지제로 사용하고, 결합재로 시멘트 대신에 ρ-Al₂O₃를 사용함으로써, 흑연이 함유되어 있지 않은 부정형 내화물 및 종래의 흑연 함유 부정형 내화물에 비해 강도, 내스폴링성 및 슬래그에 대한 내침투, 침식성이 향상되어 래들 벽체, 래들 바닥, 래들 웰 블록, 고로통, 혼선차 등에 적용시 내화물 사용 수명을 증가시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 흑연 함유 부정형 내화물에 있어서,

   상기 흑연 입자의 산화를 방지하기 위한 페인트로 피복된 금속 분말을 포함하고, 결합재로 ρ-Al₂O₃를 사용하는 것을 특징으로 하는 흑연 함유 부정형 내화물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 페인트의 양은 금속 분말에 대하여 0.5 ~ 10 중량%로 하는 것을 특징으로 하는 흑연 함유 부정형 내화물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피복 금속 분말의 입자 크기는 0.5mm 이하로 하고, 사용량을 0.5 ~ 20 중량%로 하는 것을 특징으로 하는 흑연 함유 부정형 내화물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 ρ-Al₂O₃의 사용량은 3 ~ 30 중량%로 하는 것을 특징으로 하는 흑연 함유 부정형 내화물.