KR20010060400A - 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 송풍지관 내장재에 사용되는 캐스타블 내화조성물에 관한 것으로, a) 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 40 내지 60 중량%, b) 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 30 내지 45 중량%, c) 알루미나미분 3 내지 10 중량%, d) 규석미분 2 내지 5 중량%, e) 알루미나시멘트 3 내지 7 중량%, f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 비닐섬유 0.3 내지 0.9 중량부 및 g) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 인산소다 0.05 내지 0.5 중량부를 포함한다. 본 발명의 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물은 단열성 및 내침식성이 우수하여 조업중에 발생하는 순간정전 또는 돌발사고로 인한 휴풍시의 역류된 미분탄, 슬랙, 용선 등의 용융물에 의한 침식 손상을 감소시킬 수 있다.

Description

고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물{CASTABLE BATCH COMPOSITION FOR BLOW PIPE OF BLAST FURNACE}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 고로 송풍지관용 내장에 사용되는 캐스타블(Castable) 내화조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열성 및 내침식성이 우수한 고로 송풍지관용 캐스타블 내화조성물에 관한 것이다.

[종래 기술]

일반적으로 고로에 열풍을 공급하는 풍구에 연결된 송풍지관의 내부는 캐스타블 내화물로 축조되어 있으며, 조업중에 순간정전 또는 돌발사고로 인하여 발생되는 휴풍시에는 미분탄, 슬랙(slack) 및 용선의 혼합물이 역류되어 풍구를 통하여 송풍지관 깊숙히 침투하여 응고되어 있다가 재송풍시 다시 녹아서 흘러내려 오면서 송풍지관 내장 내화물을 침식시키는 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래 공지된 송풍지관용 캐스타블에 대한 기술에는 일본특허공보 평9-157045호, 평10-1373호 등이 있는데, 이러한 공지 기술은 단열 캐스타블을 고내화성 세라믹스 중공립(中空粒)을 골재로 사용하는 것에 대하여 기재하고 있거나, 또는 알루미나와 무라이트로부터 제조되는 내화성골재, 천이알루미나를 주성분으로 하고 여기에 소석회, 실라키초미분, 세라믹섬유, 발포제 등을 첨가하여 단열 캐스타블을 제조하는 것에 대하여 기재되어 있다.

그러나 상기 공지된 기술들은 모두 공업로 및 용강과 접촉하는 연속 주조용의 턴디쉬와 용강 운반용기인 래들의 보열카바에 사용되는 단열내화물에 관한 것으로서, 이 조성물들은 단열 효과는 우수하나 내침식성이 우수하지 못하여 고로 송풍지관(철피온도가 300 내지 400℃) 등에서와 같이 미분탄, 슬랙 및 용선의 혼합물에 대한 내침식성을 요구하는 부분에서의 내화물의 침식으로 인한 손상을 방지하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐스타블내화물의 골재로서 열전도율이 작으면서 내침식성 내화성골재인 무라이트(Mullite: 3Al₂O₃ㆍ2SiO₂)를 사용하고 결합부에는 고순도 알루미나를 사용하여 침식에 강한 치밀한 조직을 형성시키고 규석분말로 수축율을 조정하며 유기섬유로 고온에서 미세한 기공을 형성시켜 제조된 단열성 및 내침식성이 우수한 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 40 내지 60 중량%;

b) 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 30 내지 45 중량%;

c) 알루미나미분 3 내지 10 중량%;

d) 규석미분 2 내지 5 중량%;

e) 알루미나시멘트 3 내지 7 중량%;

f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 유기섬유 0.3 내지 0.9 중량부; 및

g) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 인산소다 0.05 내지 0.5 중량부

를 포함하는 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물은 무라이트, 소결 알루미나비분, 규석미분, 알루미나시멘트, 유기섬유 및 인산소다를 정량하고 통상의 혼련기에서 혼련하여 혼합물을 제조한 후, 상기 제조된 혼합물에 수분을 첨가하고 10분 내지 1시간 정도 혼련하여 제조한다.

본 발명의 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물에 사용되는 무라이트는 알루미나 보다는 침식에 약하지만 내화성이 우수하고 열전도율이 작으므로 캐스타블 내화물의 골재로서 사용하는데, 상기 무라이트로는 내화조성물에서 사용되는 통상의 것이 사용된다.

일반적으로 금속 용해로용으로 사용되는 부정형 내화물에서는 최적의 내침식성 및 물성은 시공체의 조직이 최밀충진구조가 되었을 때 슬랙, 용선 등과 같은 용융물이 침투하기 어렵게 되나, 본 발명에서과 같이 내침식성 및 단열성이 요구되는 경우에는 시공체의 조직을 치밀구조로 하면 내침식성은 우수하나 단열성은 저하된다. 따라서 내침식성 및 단열성이 조화된 내화조성물을 수득하기 위해서는 입도별 무라이트의 사용량을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 내침식성 및 단열성이 우수한 캐스타블 내화조성물을 제조하기 위하여 입도가 3 내지 10mm인 무라이트를 40 내지 60 중량%로 사용하고 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트를 30 내지 45 중량%로 조성물 총량에 대하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 무라이트를 입도별로 정해진 범위에서 사용하지 않는 경우에는 내화조성물의 열전도율이 크게되거나 내침식성이 저하되는 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 알루미나미분은 캐스타블 내화조성물의 결합부를 치밀하게 하여 용선, 슬랙 등의 용융물이 침투하는 것을 방지시키기 위해서 사용한다. 본 발명의 알루미나미분으로는 제조방법에 따라서 상이하게 제조되는 소결 알루미나, 전융 알루미나, 하소 알루미나 등을 사용할 수 있는데, 소결 알루미나미분을 사용하는 것이 용융물의 침투를 방지하는데 가장 바람직하다.

상기 알루미나미분의 사용량은 3 내지 10 중량%가 바람직하고, 사용량이 3 중량% 미만이면 시공체의 조직이 치밀하지 못하여 내화조성물의 강도가 작고 내침식성이 저하되고, 사용량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 알루미나 원료의 분산효과가 우수하여 수분 첨가량이 적어져 치밀한 조직이 얻어져서 내침식성이 양호하나 열전도율이 증가되어 내화조성물의 단열성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에서 사용되는 규석미분은 내화조성물에 사용되는 통상의 것으로서 내화조성물의 수축율을 낮추기 위해서 사용한다. 상기 규석미분의 사용량은 2 내지 5 중량%가 바람직하다. 규석분말의 사용량이 2 중량% 미만이면 그 효과를 나타내기 어렵고, 사용량이 5 중량%를 초과하면 내화조성물의 팽창을 증가시키는 문제가 있으므로 규석미분의 사용량을 정해진 범위에서 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 알루미나시멘트는 상온 및 1000℃ 정도에서 내화조성물의 결합강도를 향상시키기 위해서 사용한다. 상기 사용되는 알루미나시멘트는 알루미나 함량이 약 70 중량%인 것이고 내화조성물에서 사용되는 통상의 것으로서, 그 사용량은 3 내지 7 중량%가 바람직하고, 사용량이 3 중량% 미만이면 상온에서 내화조성물의 강도가 저하되고 사용량이 7 중량%를 초과하면 상온에서의 내화조성물의 강도는 증가하나 알루미나시멘트 중에 함유되어 있는 CaO 성분의 영향으로 침식이 심하고 조직이 치밀해져 열전도율이 증가되어 내화조성물의 단열성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에서 사용되는 유기섬유(organic fiber)는 고온에서 내화조성물의 단열성을 향상시키기 위해서 사용된다. 상기 사용되는 유기섬유로는 여러 유기섬유를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 길이가 1 내지 10mm인 비닐섬유(vinyl fiber), 가장 바람직하게는 길이가 약 4mm인 비닐섬유를 사용하는 것이다. 유기섬유를 고온에서 사용하는 경우에는 소실되기 때문에 내화조성물에 미세한 기공을 형성시켜 열전도율이 저하되어 고온에서의 내화조성물의 단열성이 향상되게 된다. 상기 유기섬유의 사용량은 상기 무라이트, 알루미나미분, 규석미분 및 알루미나시멘트 성분의 함량 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.9 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 사용량이 0.3 중량% 미만이면 유기섬유의 사용량이 적어서 생성되는 기공량이 적으므로 내화조성물의 열전도율을 낮추는 효과가 적고 사용량이 0.9 중량%를 초과하면 내화조성물의 열전도율은 저하되나 내화물 내부에 기공이 많이 생겨 내화물의 내침식성 및 강도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물에 사용되는 상기 인산소다는 내화조성물 성분들의 분산을 용이하게 하여 혼련을 촉진시키기 위하여 첨가하는데, 그 사용량은 상기 무라이트, 알루미나미분, 규석미분 및 알루미나시멘트 성분의 함량 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제조된 본 발명의 내화조성물의 물성을 측정하기 위하여 일정한 크기의 시편을 제조하고 대기중에서 약 15 내지 30시간 건조시킨 후, 온도 80 내지 150℃의 건조기에서 약 15 내지 30시간 건조시켜 내화조성물의 시편을 완성한다. 상기 제조된 시편을 온도 800 내지 1500℃의 전기로 내에서 약 1 내지 5시간 소성시킨 후, 통상의 방법으로 상기 제조된 시편의 부피비중, 곡강도, 내침식성 시험, 열전도율 시험, 작업성 시험 등을 측정한다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

하기 표 1에 나타낸 내화조성물의 성분을 하기 표 1의 함량으로 평량하여 만능 혼련기에서 건식으로 혼련한 후, 수분을 첨가하여 약 30분 동안 혼련하여 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물을 제조하였다. 상기 제조된 내화조성물을 형틀(40x40x160)에서 성형하고 대기중에서 약 24시간 동안 자연 건조시킨 후, 온도가 약 110℃인 건조기에서 약 24시간 동안 건조시키고 상기 건조된 시편을 온도가 약 1000℃인 전기로 내에서 소성시켜 시편을 제조하였다. 상기 제조된 시편을 통상의 방법으로 부피비중 및 곡강도를 측정하였다. 상기 제조된 내화조성물의 시편의 내침식성은 산소-프로판가스를 열원으로 하는 버너가 설치된 회전침식시험기를 사용하여 Fe₂O₃및 CaO를 주성분으로 하는 조제한 슬랙을 투입하여 용해시킨 후, 온도 약 1550℃에서 약 1시간 동안 유지하여 슬랙을 부어내고 시편의 침식 깊이를 측정하는 방법으로 측정하였다. 상기 제조된 시편의 열전도율은 약 1200℃에서 소성된 시편(병형연와 3매)을 열선법으로 약 1000℃에서 측정하였다. 상기 제조된 시편의 작업성은 혼련기에서 혼련된 시료를 유동성 시험기의 형틀에 투입하여 30회 타격한 후 시료의 퍼짐 상태를 고찰하여 측정하였다. 상기에서 측정된 물성을 하기 표 2에 나타내었다.

(실시예 2 내지 6)

하기 표 1에서 보는 바와 같이 조성물의 함량을 상이하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 내화조성물의 시편을 제조하고 제조된 시편의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

(비교예 1 내지 5)

하기 표 1에서 보는 바와 같이 조성물의 함량을 상이하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 내화조성물의 시편을 제조하고 제조된 시편의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

성 분(g)	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5
무라이트	3-10mm	50	60	60	40	45	50	50	38	48	55	55
	0.5-3mm	30	30	30	45	45	35	28	45	40	30	30
소결 알루미나미분	10	3	3	7	5	3	10	10	-	13	5
규석미분	5	2	2	3	2	5	5	2	5	-	3
알루미나시멘트	5	5	5	5	3	7	7	5	7	2	7
비닐섬유1)	0.3	0.9	0.7	0.6	0.6	0.5	0.3	0.5	0.5	0.5	-
인산소다2)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1

(1)의 비닐섬유 및 2)의 인산소다는 무라이트, 소결 알루미나미분, 규석미분 및 알루미나시멘트의 함량 100 중량부에 대한 중량부이다)

	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5
부피비중(1000℃)	2.43	2.40	2.41	2.43	2.43	2.46	2.63	2.56	2.69	2.67	2.75
곡강도(1000℃, kg/cm2)	225	180	200	215	190	185	130	105	98	90	150
침식깊이(mm)	3.0	2.9	3.0	3.3	2.9	3.2	7.0	6.5	8.0	9.0	3.0
열전도율(1000℃, Kcal/mh-℃)	1.72	1.65	1.69	1.70	1.70	1.75	3.2	3.0	3.3	3.21	3.5
작업성	O	O	O	O	O	O	△	X	X	X	X

(O:양호, △:보통 및 x:불량)

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 성분 및 함량 범위 내에서제조된 실시예 1 내지 6의 내화조성물은 본 발명의 범위가 아닌 내화조성물에 비하여 곡강도, 내침식성, 작업성 등의 물성이 우수하고 열전도율이 작아 단열성이 우수하였다.

본 발명의 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물은 내화성골재인 무라이트를 사용하고 결합부에는 고순도 알루미나를 사용하며 규석분말로 수축율을 조정하고 유기섬유로 고온에서 미세한 기공을 형성시킴으로써 단열성 및 내침식성이 우수하다.

Claims (3)

1. a) 입도가 3 내지 10mm인 무라이트 40 내지 60 중량%;

   b) 입도가 0.5 내지 3mm인 무라이트 30 내지 45 중량%;

   c) 알루미나미분 3 내지 10 중량%;

   d) 규석미분 2 내지 5 중량%;

   e) 알루미나시멘트 3 내지 7 중량%;

   f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 비닐섬유 0.3 내지 0.9 중량부; 및

   g) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 인산소다 0.05 내지 0.5 중량부

   를 포함하는 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 c)의 알루미나미분이 소결 알루미나, 전융 알루미나 및 하소 알루미나로 이루어진 군중에서 선택되는 1종인 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 f)의 비닐섬유가 길이 1 내지 10mm인 고로 송풍지관 내장재용 캐스타블 내화조성물.