KR100356179B1 - 흑연함유 캐스타블 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑연함유 캐스타블 내화물에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 부정형내화물에 첨가되는 흑연을 계면활성 처리된 미분의 흑연, 흑연표면에 수지를 피복하여 조립화한 중립흑연 및 분쇄된 흑연함유 폐내화물의 형태로 적절히 제어하고 그 함량을 적정비율로 첨가시킴으로써, 강도저하를 막고 수분사용량을 줄일 수 있으면서도, 폐내화물을 재활용할 수 있는 내열성, 내열충격성 및 내식성이 우수한 흑연함유 캐스타블 내화물을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흑연이 일부 함유되는 부정형 캐스타블 내화물에 있어서, 상기 흑연은 표면이 친수성 계면활성제로 피복된 입경 0.1mm이하의 미립흑연, 표면에 수지를 피복하여 입경 0.1-1mm로 조립화한 중립흑연 및 입경 1~5mm의 알루미나질 흑연함유 폐내화물의 형태로 함유되며, 이때, 상기 미립흑연은 1-5중량%, 상기 중립흑연은 1-10중량%, 그리고 그 첨가되는 흑연의 함량이 1~5중량%가 되도록 상기 흑연함유 폐내화물은 5-30중량%의 함량으로 함유되는 흑연함유 캐스타블 내화물에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

흑연함유 캐스타블 내화물{Graphite-containing castable refractory composition}

본 발명은 래들벽체, 래들바닥, 래들 웰블록(well block), 고로통, 혼선차 등과 같이 벽돌시공이 어려운 노설비에 이용할 수 있는 캐스타블 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열성, 내열충격성 및 내식성이 우수한 흑연함유 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

흑연을 함유한 흑연함유 내화물은 내열성, 내열충격성 등의 특성이 우수하며 용선, 용강 및 용융 슬래그에 젖기 어려워 우수한 내식성을 나타내기 때문에 제선 및 제강 분야에 널리 이용되고 있다. 그러나, 흑연함유 정형내화물의 경우 성능적으로는 우수하지만 제조와 시공에 많은 작업을 필요로 하여 전체적으로 많은 비용과 작업시간을 필요로 한다. 이로인해, 근래에 들어 내화물 분야에서는 제조와 시공이 간단하여 상대적으로 비용이 낮고 시공부위 형상에 구애받지 않는 부정형내화물이 차지하는 부분이 점차적으로 증가하는 경향이다.

부정형내화물은 제조시 혼합된 분말의 조성물을 현장에서 물을 가하여 시공하는 것인데, 흑연을 함유할 경우 물과 혼합할 때 흑연이 친수성이 낮아 수분 함량이 많아지게 된다. 이러한 수분함량의 증가는 건조후 기공율을 높이고, 강도를 낮추는 것과 같은 물성저하를 초래한다.

따라서, 이와같은 흑연함유 부정형 내화물의 약점을 해결하기 위하여 많은 방법들이 연구되고 있다. 그중에서, 흑연표면에 계면활성처리를 하거나 수지를 피복하여 친수성을 증가시키는 방법이 있다. 하지만, 상기 계면활성제로 흑연미분을 피복하여 친수성을 증가시키는 방법은 강도를 유지할 수 있는 흑연의 첨가량에 제한이 있어 다량 첨가시 부정형내화물을 제조할 때 기지상(matrix)에 결합이 형성되지 않아 강도가 낮다는 문제점이 있다. 또한, 상기 흑연에 유기수지를 피복하여 조립을 제조하여 부정형내화물에 사용하는 방법은 유기수지로 피복된 흑연이 조립부에 존재하고 미분부에 흑연이 존재하지 않기 때문에 슬래그의 침투를 효과적으로 방지하지 못하며, 다량 첨가시 고온에서 수지중 휘발 성분의 증발로 기공율이 높아지기 때문에 내식성 등의 물성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 환경문제에 적극 대처하기 위해 폐내화물의 재사용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있기는 하지만, 아직까지는 그 재활용의 비율이 아주 미미한 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 부정형내화물에 첨가되는 흑연을 계면활성 처리된 미분의 흑연, 흑연표면에 수지를 피복하여 조립화한 중립흑연 및 분쇄된 흑연함유 폐내화물의 형태로 적절히 제어하고 그 함량을적정비율로 첨가시킴으로써, 강도저하를 막고 수분사용량을 줄일 수 있으면서도, 폐내화물을 재활용할 수 있는 내열성, 내열충격성 및 내식성이 우수한 흑연함유 캐스타블 내화물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흑연이 일부 함유되는 부정형 캐스타블 내화물에 있어서, 상기 흑연은 표면이 친수성 계면활성제로 피복된 입경 0.1mm이하의 미립흑연, 표면에 수지를 피복하여 입경 0.1-1mm로 조립화한 중립흑연 및 입경 1mm이상의 알루미나질 흑연함유 폐내화물의 형태로 함유되며, 이때, 상기 미립흑연은 1-5중량%, 상기 중립흑연은 1-10중량%, 그리고 그 첨가되는 흑연의 함량이 1~5중량%가 되도록 상기 흑연함유 폐내화물은 5-30중량%의 함량으로 함유되는 흑연함유 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

일반적으로, 캐스타블 내화조성물은 많은 종류가 알려져 있는데, 그 중에서 대표적인 것으로, 골재 원료 75-95중량% 및 알루미나 시멘트 2-15중량%를 주원료로 하고, 기타 초미분 원료 0-15중량%로 이루어지는 캐스타블 내화조성물을 들 수 있다. 상기와 같은 캐스타블 내화조성물은 통상 4-15중량%의 물을 첨가하고 혼련하여 원하는 형태의 형틀에 부어 넣고 양생, 건조하여 사용한다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 캐스타블 내화조성물에, 표면이 친수성 계면활성제로 피복된 입경 0.1mm이하의 미립흑연을 1-5중량%, 표면에 수지를 피복하여 입경 0.1-1mm로 조립화한 중립흑연을 1-10중량%, 입경 1mm이상의 흑연함유 폐내화물을 5-30중량%의 함유량이 되도록 첨가하여 제조한다.

상기 표면이 친수성 계면활성제로 피복된 입경 0.1mm이하의 미립흑연은 1-5중량%로 함유되는데, 그 함량이 1중량% 미만 함유되면 흑연 첨가로 인한 슬래그 침투방지 등의 흑연 첨가효과가 미약하며, 5중량%를 초과하면 첨가수 양이 증가하여 물성이 저하될 뿐만 아니라 강도가 저하되기 때문이다. 이때, 상기 계면활성 처리된 흑연의 입경은 0.1mm이하인 것이 바람직하다.

상기 미립흑연의 표면을 피복하는 친수성 계면활성제는 특별히 제한하지는 않으며, 글리콜산 소다, 나프탈렌 술폰산 소다, 알킬벤젠 술폰산소다 등과 같이 저발포성이면서 친수성인 비이온성, 음이온성 계면활성제가 모두 가능하고, 양이온성 계면활성제도 가능하지만 양이온성 계면활성제의 대부분이 독성이 있는 것이므로 피하는 것이 좋다. 또한, 메틸 셀루로스 등의 고분자 분산제를 사용하여도 된다.

상기 흑연의 계면활성 처리는 통상의 방법에 의해 행할 수 있는데, 그 일예를 들면, 계면활성제를 흑연과 함께 흑연에 대하여 1-5중량% 첨가하여 물을 가하면서 혼합하여 흑연 표면에 계면활성제를 피복한 후 건조하여 사용한다.

상기 표면에 수지를 피복하여 입경 0.1-1mm로 조립화한 중립흑연은 1-10중량%로 함유되는데, 그 첨가량이 1중량% 이하인 경우 흑연 첨가 효과가 미약하고, 10중량%를 초과할 경우 캐스타블 내에서의 분산성이 나쁘고 실제 고온에서 사용할 때 수지가 열분해되며 발생하는 가스에 의해 기공율이 증가하여 치밀한 소결체를 형성하지 못하게 되기 때문이다. 이때, 상기 조립화된 흑연의 입경은 0.1-1mm인 것이 바람직하다.

상기 흑연을 피복하는 수지는 특별히 제한하지 않으며, 경화 후에 물에 잘 녹지 않으면서 친수성이 있는 페놀수지, 프란수지, 키시렌수지, 멜라민수지, 아크릴수지 등을 들 수 있고, 잔류 탄소량이 높은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 수지에 의한 조립화는 통상의 방법에 의해 행할 수 있는데, 그 일예를 들면 흑연 미분에 수지를 흑연에 대하여 10-40중량% 첨가하여 가압 혼합한 후 이를 건조하여 사용한다.

상기 입경 1mm이상의 흑연함유 폐내화물은 5-30중량% 함유되는데, 그 함량이 5중량% 미만인 경우에는 흑연 첨가의 효과가 미약하고, 30중량%를 초과할 경우 수분의 양이 증가하여 강도가 저하되기 때문이다. 이때, 상기 폐내화물의 크기는 입경이 1mm이상인 것이 바람직하며, 내화성골재의 최대입자크기 보다 같거나 작은 것을 요구되므로 보다 바람직하게는 그 입경을 1~5mm로 제한하는 것이다.

상기 흑연함유 폐내화물은 크게 알루미나질과 마그네시아질을 들 수 있으며, 부정형 내화물의 재질에 따라 두 종류 모두 사용가능하다. 일반적으로, 상기 폐정형내화물은 흑연함량이 약 15%정도 이므로, 상기 흑연함유 폐내화물의 첨가로 인한 흑연의 첨가량은 약 1-5%중량% 정도가 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

하기 표1과 같은 배합비를 갖는 캐스타블 내화조성물에 알킬 벤젠 술폰산 소다 1중량%로 계면활성 처리된 미분 흑연과 페놀수지 30중량%로 수지 코팅된 중립 흑연과 알루미나-카본질 폐내화벽돌의 분쇄물을 첨가하여 물과 주도(flow값) 150으로 혼련한 후 형틀에 부어 40x40x160mm(기공율, 꺽임강도 시험용), 110(길이)x40(높이)x87.8(윗변)x115.9(아랫변)mm 크기의 횡제리형(내침식 시험용) 및 60x60x60mm(내스폴링 시험용)의 크기로 성형하였다. 성형품을 상온에서 24시간 양생한 후, 100℃에서 24시간 건조하였다. 또한 이 건조품을 1400℃에서 3시간 환원 소성하여 소성품을 제조하였다. 상기 건조품과 소성품의 겉보기 기공율과 꺽임 곡강도를 구하여 하기 표1에 나타내었다.

또한, 1400℃까지 승온↔수냉을 반복하여 시편중 일부가 탈락될 때가지의 반복 휫수를 내스폴링성으로 하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

또한, 횡제리형 시편을 래들 슬래그(CaO/SiO₂: 6.0, Al₂O₃: 21%)로 회전침식 시험을 행한 후 침식 깊이와 슬래그 침투 깊이를 측정하였다. 상기 회전침식 시험은 회전침식 시험기에서 1600℃ x 1시간 x 10회 반복후 슬래그 침투 깊이 및 침식깊이를 측정하고, 비교예(7)을 기준으로 하여 하기식(1) 및 (2)에 의해 내침윤지수와 내침식지수를 구하여, 그 값을 하기 표1에 나타내었다.

상기 표1에 나타낸 바와같이, 발명예(1-3)은 계면활성 처리된 미분 흑연과 수지 피복된 중립흑연과 폐내화물의 함량을 본 발명의 범위 내에서 변화시켰으며, 비교예(1-7)은 본 발명의 범위를 벗어난 함량으로 제조된 캐스타블을 사용하였다.

발명예(1-3)은 비교예(1-7)에 비하여 강도가 우수하고, 슬래그의 침투 및 침식이 크게 억제됨을 알 수 있고, 또한, 내스폴링성과 슬래그 침윤지수 등의 특성이 우수하였다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 계면활성 처리된 미분흑연과 수지피복된 중립흑연과 흑연함유 폐내화물을 함께 캐스타블 내화물에 함유시킴으로써, 종래의 흑연함유 캐스타블 내화물에 비해 강도, 내스폴링성 및 슬래그에 대한 내침투, 침식성을 향상시키므로, 얻어진 내화물을 래들벽체, 래들 바닥, 래들 웰블록, 고로통, 혼선차 등에 적용시 내화물 사용 수명을 증가시킨다는 효과가 제공될 뿐만아니라, 폐내화물을 재활용하는 효과도 제공된다.

Claims (3)

1. 흑연이 일부 함유되는 부정형 캐스타블 내화물에 있어서,

   상기 흑연은 표면이 친수성 계면활성제로 피복된 입경 0.1mm이하의 미립흑연, 표면에 수지를 피복하여 입경 0.1-1mm로 조립화한 중립흑연 및 입경 1~5mm인 알루미나질 흑연함유 폐내화물의 형태로 함유되며, 이때, 상기 미립흑연은 1-5중량%, 상기 중립흑연은 1-10중량%, 그리고 그 첨가되는 흑연의 함량이 1~5중량%가 되도록 상기 흑연함유 폐내화물은 5-30중량%의 함량으로 함유되는 것을 특징으로 하는 흑연함유 캐스타블 내화물
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 계면활성 처리시 사용되는 계면활성제는 글리콜산 소다, 나프탈렌 술폰산소다, 알킬벤젠 술폰산소다로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 것임을 특징으로 하는 흑연함유 캐스타블 내화물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지는 페놀수지, 프란수지, 키시렌수지, 멜라민수지 및 아크릴수지로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 것임을 특징으로 하는 흑연함유 캐스타블 내화물.