KR940002030B1 - 소결 고밀도 마그네시아 크링커 - Google Patents
소결 고밀도 마그네시아 크링커 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1∼4도, 제7도 및 제8도는 본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커의 현미경 사진이다.
제5도 및 제6도는 비교용 마그네시아 크링커의 현미경 사진이다.
본 발명은 고밀도 마그네시아 크링커에 관한 것이다. 더 특별하게는 산화물로서 97.5중량% 이상의 MgO를 함유하며, 3.48g/㎤ 이상의 부피밀도를 갖는 고순도 및 고밀도 마그네시아 크링커에 관한 것이다.
지금까지 천연의 마그네사이트로 부터 고밀도 마그네시아를 제조하는 방법으로서, 하기의 조성
SiO20.91∼1.10%
Al2O30.08∼0.11%
Fe2O30.62∼1.71%
CaO 0.38∼1.88%
B2O30.0008∼0.014%
MgO 95.3%∼97.9%
연소손실 51.4∼51.7%
를 갖는 천연 마그네사이트를 입자직경이 약 10미크론 이하인 미세입자로 분쇄하고, 이 미세입자를 약 1500∼1800℉(약 815∼982℃)에서 하소시킨 후, 하소된 생성물을 피셔 평균입자 직경이 약 2미크론 이하인 미세입자로 더 분쇄하고, 성형 및 사소시키는 방법이 공지되어 있다(미합중국 특허 제3,712,599호). 상기 미합중국 특허에 기재된 방법에 따라 수득된 최대 부피 밀도는 3.38g/㎤ 이하이다.
최근 제강기술의 발전에 따라 전로(converter)의 작동조건이 엄격해지고 있으며, 이에 따라 마그네시아-탄소 벽돌(magnesia-carbon bricks)이 지금까지 전로의 라이닝으로서 널리 사용되던 합성 마그네시아-백운석 벽돌을 점차 대체하고 있다. 내화 벽돌로서 마그네시아-탄소 벽돌의 특성에 영향을 주는 요인으로는, 예를 들면 마그네시아 크링커 및 흑연 그 자체의 물리-화학적 특성, 혼합비 및 결합제의 종류 등 이었으나, 아직까지는 충분히 연구되지 못하고 있다. 고순도 마그네시아 벽돌의 매트릭스 부분은 먼저 슬래그로 용출되며, 그후에 완화된 조건에서 벗겨지듯이 마그네시아 입자는 부식되나, 마그네시아-탄소 벽돌에 있어서는 슬래그와의 습윤성이 불량한 탄소의 존재때문에 그들 스스로 마그네시아 입자와 함께 부식이 시작된다. 그러므로, 마그네시아-탄소 벽돌에 적절히 사용되는 마그네시아 그 자체는 고순도이어야 하며, 바람직하게는 더 큰 페리클레이즈 결정입자를 가져야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 3.48g/㎤ 이상의 높은 부피밀도를 갖는 마그네시아 크링커를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 천연 마그네사이트로 부터 3.48g/㎤ 이상의 부피 밀도를 갖는 마그네시아 크링커의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고밀도 및 큰 결정입자를 갖는 마그네시아 크링커 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 하기의 설명에서 나타낸다.
본 발명의 목적 및 장점은 3.48g/㎤ 이상의 부피밀도를 가지며,
MgO 97.5% 이상
CaO 0.8∼2.0%
SiO20.12∼1.0%
Fe2O30.3% 이하
Al2O30.15% 이하
B2O30.03% 이하
의 화학적 조성(산화물을 기준으로 한 중량%)을 가짐을 특징으로 하는 고밀도 마그네시아 크링커에 의해 성취될 수 있다.
제1∼4도, 제7도 및 제8도는 본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커의 현미경 사진이다. 또한 제5도 및 제6도는 비교용 마그네시아 크링커의 현미경 사진이다. 이와 관련해서 제7도 및 제8도의 사진의 최소 스케일은 10μ길이이다.
본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커는
MgO 97.5% 이상
Ca0 0.8∼2.0%
SiO 미량∼0.15%
Fe2O30.3% 이하
Al2O30.15% 이하
B2O30.1% 이하
의 조성(발화를 기준으로 한 중량%)을 갖는 천연 마그네사이트를 하소시킴으로써 산화 마그네슘을 형성하고, 하소후의 SiO2함량이 0.12∼1.0%가 되도록 하소에 의해 SiO2를 생성할 수 있는 무정형 실리카, 실리카겔 또는 실리콘 화합물을 가한 후 또는 그와 동시에 글라인딩하고, 사소시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 사용된 천연 마그네사이트는 은정질 또는 당상결정질일 수 있으며, 은정질이 바람직하다. 본 발명에 사용된 천연 마그네사이트는 상기 조성을 가지며, 발화를 기준으로 MgO 함량이 매우 높은 반면 SiO2및 Fe2O3함량이 매우 낮다는 점에서 특징적이고, 이점이 공지의 천연 마그네사이트와 다르다. 천연 마그네사이트는 예를 들면
MgO 47.27∼47.55%
CaO 0.62∼0.68%
SiO2미량∼0.01%
Fe2O3미량
Al2O30.02∼0.03%
B2O3미량∼0.01%
발화손 51.8∼52.0%
CO246.4∼50.0%
의 조성(산화물을 기준으로 한 중량%)을 갖는 천연 마그네사이트 또는
MgO 46.74∼47.24%
CaO 0.41∼0.81%
SiO2미량∼0.06%
Fe2O3미량∼0.15%
Al2O30.03∼0.07%
B2O30.02∼0.05%
발화손실 51.8∼52.0%
CO246.7∼46.9%
의 조성을 갖는 천연 마그네사이트를 이용할 수 있다.
본 발명의 방법은 먼저 상기와 같은 천연 마그네사이트를 하소시킴으로써 산화마그네슘을 형성하고, 하소에 의해 SiO2를 형성할 수 있는 무정형 실리카, 실리카겔 또는 실리콘 화합물을 가한 후 또는 그와 동시에 글라인딩하고, 사소시킴으로써 수행된다. 무정형 실리카 등과 같은 SiO2공급원은 하소후 SiO2함량이 0.12∼1.0중량%에 도달하도록 한다.
본 발명의 방법에서 상기 순서에 따라 각 스텝을 수행하고, SiO2함량을 상기와 같이 맞추어지는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 상기 조성의 천연 마그네사이트가 출발시 하소된다면, 수득된 것은 3.22g/㎤의 부피밀도를 갖는 마그네시아 크링커이지만, 천연 마그네사이트를 하소시키지 않고 글라인딩한 후 성형 및 사소시키면 수득된 것은 3.40g/㎤의 부피밀도를 갖는 마그네시아 크링커이다. 또한 하소시킨후의 SiO2함량이 0.12∼1.0중량%가 되도록 천연 마그네사이트에 SiO2를 가하고, 글라인딩 성형 및 사소시킨다면, 약 3.45g/㎤의 부피밀도를 갖는 마그네시아 크링커가 수득되나 그 이상의 마그네시아 크링커를 수득하는 것은 불가능하다.
본 발명의 방법에서, 천연 마그네사이트의 하소는 약 700∼1400℃에서 수행될 수 있다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 최종적으로 수득된 마그네시아 크링커의 부피밀도 및 페리클레이즈 결정입자의 크기는 모두 하소온도의 영향을 받음을 알 수 있다. 마그네시아 크링커의 부피밀도는 약 1000℃의 하소온도에서 최대치를 나타낸다. 본 발명의 방법에서 특히 고밀도 마그네시아 크링커를 제조하는 하소온도는 바람직하게는 800∼1200℃, 더 바람직하게는 850℃∼1150℃, 더 바람직하게는 900∼1100℃이다.
마그네사이트(MgCO3)는 약 600℃에서 산화마그네슘(MgO)과 이산화탄소(CO2)로 열분해를 시작하며, 천연 마그네사이트는 본 발명에 따라 하소시켰을때 산화마그네슘을 형성한다. 본 발명의 방법에 따라, 형성된 산화마그네슘의 SiO2함량은 하소시키기 전에 맞춘다. 상술한 바와 같이, 천연 마그네사이트에 직접 SiO2함량은 하소시키기 전에 맞춘다 하더라도 3.48g/㎤ 이상의 부피밀도를 갖는 본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커가 수득될 수 없다. 이것은 3.48g/㎤ 이상의 부피밀도를 갖는 고밀도 마그네시아 크링커의 제조는 더 적은 SiO2함량을 갖는 천연 마그네사이트를 사용한 본 발명의 방법에 의해 가능하며, 0.19∼1.10중량%의 높은 SiO2함량을 갖는 천연 마그네사이트로 부터 3.48g/㎤ 이상의 부피 밀도를 갖는 고밀도 마그네시아 크링커가 제조될 수 없다는 것을 나타낸다(미국특허 제3,712,599호 참조).
본 발명의 방법에 있어서, 하소에 의해 생성된 산화마그네슘에 가하는 SiO2공급원의 양은 하소된 마그네시아 크링커의 SiO2함량이 0.12∼1.0중량% 되도록 가한다.
본 발명자들의 연구에 의하면 수득된 마그네시아 크링커의 SiO2함량이 마그네시아 크링커의 부피밀도 뿐만아니라 페리클레이즈 결정입자의 크기에 커다란 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 즉, 마그네시아 크링커의 부피밀도 및 페리클레이즈 결정입자의 최대치는 SiO2함량이 0.12∼1.0중량%인 범위에서 존재한다. 본 발명에 따라, 마그네시아 크링커의 SiO2함량이 0.13∼0.8중량%가 되도록 SiO2공급원을 가함으로써 높은 부피밀도를 갖는 마그네시아 크링커가 수득될 수 있으며, 마그네시아 크링커의 SiO2함량이 0.14∼0.4중량가 되도록 SiO2공급원을 가함으로써 고밀도 및 조 결정입자 마그네시아 크링커가 수득될 수 있다.
SiO2공급원은 하소에 의해 생성된 산화마그네슘이 글라인딩 처리될때 존재할 필요가 있다. 따라서, SiO2공급원을 가한 후 또는 그와 동시에서 글라인딩을 수행한다. 글라인딩은 진동볼 및 또는 원판형 진동밀 등에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 진동볼 밀에서 수행된다.
글라인딩 조건은 넓게 이용되며, 예를 들어 진동 볼 밀을 사용하는 경우, 내부 용량의 70∼90%가 되도록 직경 1.5∼3㎝의 볼을 밀에 채우고, 진폭은 5∼11㎜로 하며 처리량은 밀의 내부용량 1l 당 및 시간당 약 0.8∼3㎏으로 한다.
본 발명의 글라인딩 단계는 하소에 의해 생성된 산화마그네슘을 미세하게 분리하고, 그와 동시에 SiO2공급원의 미세입자와 함께 충분히 균일하게 혼합하고, 사소에 의해 고밀도 마그네시아 크링커를 공급할 수 있는 미세하게 분리된 혼합물을 제조하는 것이다. 본 발명자들의 연구에 따라, 마그네시아트는 하소에 의해 산화마그네슘으로 전환되나, 산화마그네슘으로 전환되더라도 마그네사이트 결정의 잔류형(골격)이 남아 있으며, 남아있는 마그네사이트 결정의 골격을 글라인딩하지 않고 산화마그네슘을 하소시키는 경우, 높은 부피 밀도의 마그네시아 크링커를 제조하는 것이 매우 어렵다는 것을 알수 있다.
본 발명에 따라, 글라인딩은 마그네사이트의 결정구조를 깨기 위해 수행된다. 마그네사이트의 결정구조는 산화마그네슘의 페리클레이즈 결정입자가 집합으로 구성된 하소된 산화마그네슘 입자를 상기 집합보다 작은 페리클레이즈 결정입자 또는 그의 집합으로 분쇄함으로써 깨질 수 있다.
본 발명에 따라, 글라인딩에 의해 수득된 미세하게 분리된 혼합물을 임의 성형하고, 성형시킨 후 사소시켜 고밀도 마그네시아 크링커를 수득한다.
사소는 보통 약 1900∼2100℃에서 수행될 수 있다. 또한 성형은 약 1∼3톤/㎤의 압력에서 수행될 수 있다.
이미 언급된 바와 같이 본 발명은 3.48g/㎤ 이상의 부피밀도를 가지며,
MgO 97.5% 이상
CaO 0.8∼2.0%
SiO20.12∼1.0%
Fe2O30.3% 이하
Al2O30.15% 이하
B2O30.03% 이하
의 화학적 조성(산화물을 기준으로 한 중량%)을 갖는 고밀도 마그네시아 크링커를 제조한다.
본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커는 바람직하게는 0.13∼0.8중량%의 SiO2를 함유한다. 특히 SiO2함량이 0.14∼0.4중량%인 본 발명의 마그네시아 크링커는 고밀도일 뿐아니라 큰 결정입자를 갖는다.
본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커는 각각 0.3중량% 이하(바람직하게는 0.1중량%이하) 및 0.15중량% 이하의 Fe2O3및 Al2O3함량을 갖는다.
본 발명은 98.0중량% 이상의 MgO 및 0.8∼1.6중량%의 CaO를 함유하는 고밀도 및 고순도 마그네시아 크링커를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 고밀도 마그네시아 크링커는 3.48g/㎤ 이상, 바람직하게는 3.50g/㎤ 이상의 부피밀도를 갖는다.
본 발명에 의해 제공된 마그네시아 크링커는 페리클레이즈 결정입자의 평균 입자 직경이 70μ이상, 더 바람직하게는 80μ이상이며, 본 발명은 또한 평균입자 직경이 100μ이상인 더 큰 페리클레이즈 결정입자를 갖는 마그네시아 크링커를 제공한다.
이후 본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 설명되며, 본 발명이 실시예에 의해 제한되지는 않는다.
또한 본 명세서에서 각종 물리적 특성은 하기 정의에 의해 결정된다.
[화학적 조성]
일본 과학연구 촉진위원회, 코미터 124, 시험방법 서브 코미티에서 결정된 "일본 과학연구 촉진위원회의방법 1. 마그네시아 크링커의 화학적 분석 방법"(Refractory Notebook(1981))에 따라 측정한다.
특히, B2O3분석은 상기 코미터의 개발에 따른 일본 과학 연구 촉진위원회의 방법으로써 사용된 쿠르쿠민 방법(흡수방법)에 의해 수행된다.
[부피밀도(부피비중)]
일본 과학연구 촉진위원회, 코미티 124, 시험방법 서브 코미티에서 결정된 "일본 과학연구 촉진위원회의방법 2. 마그네시아 크링커의 겉보기 기공율 겉보기 비중 및 부피비중의 측정방법"(Refractory Notebook(1981))에 따라 하기의 계산식에 의해 결정된다.
W1: 크링커의 건조중량(g), W2: 케로센으로 포화된 샘플의 케로센에서의 중량(g), W3: 케로센으로 포화된 샘플의 중량(g), S : 측정온도에서 케로센의 비중(g/㎤)
[페리클레이즈 결정의 평균입자 직경]
크링커의 입자크기 분포를 고려하여, 5∼10㎜의 입자크기를 갖는 것을 임의 선택한다. 이들을 글라인딩 하고, 광택표면을 반사현미경에 의해 관찰한다.
대표적인 3부분의 사진을 50배율로 취하고, 이들을 3배로 확대한 후, 사진 종이에 프린트한다. 세 사진에서 페리클레이즈 입자의 모든 입자직경을 측정하고 그의 평균치를 페리클레이즈 결정의 평균입자 직경으로 한다.
또한, 결정입자 직경분포를 나타내기 위해, 75μ이상의 입자가 차지하는 비율 및 100μ 이상의 입자가 차지하는 비율을 결정이 차지하는 비율로 결정한다.
[실시예 1∼4 및 비교예 1 및 2]
은정질 결정형이며, 화학조성이 MgO 47.55%, CaO 0.62%, SiO20.03%, Fe2O3미량, Al2O30.03%, B2O30.01%이고, 발화손실이 51.79%인 천연 마그네사이트를 1000℃의 전기로에서 1시간 동안 하소시킨다. 하소된 MgO 분말 400g을 직경 2.5㎝(1인치)의 불로 80%가 채워진 내부용량 6.8l의 진동 볼 밑에서 30분간 글라인딩 한다. 이때 사소후의 화학적 조성이 하기표 1에 기재된 것과 같이 되도록 SiO2물질을 동시에 가한다.
글라인딩 후 SiO2물질이 가해진 하소된 MgO 분말을 2t/㎠의 압력에서 가압성형하고, 2000℃의 산소-프로판로에서 사소시킨다. 표 1은 하소된 마그네시아 크링커의 화학적 조성 및 부피밀도 및 페리플레이즈 결정의 평균 입자직경 및 분포를 나타낸다.
또한 제1∼4도는 각각 실시예 1∼4에서 수득된 마그네시아 크링커의 현미경 사진을 나타낸다.
제5∼6도는 각각 비교예 1 및 2에서 수득된 마그네시아 크링커의 현미경 사진을 나타낸다.
[표 1]
[실시예 5]
당상 결정질 결정형이며, 화학조성이 MgO 47.09%, CaO 0.41%, SiO2미량, Fe2O30.12%, Al2O30.03%, B2O30.03%이고 발화손실이 51.87%인 천연 마그네사이트를 실시예 1∼4와 같은 처리 방법(가해진 SiO2의 량이 충분하다면 표 2의 조성이 수득된다는 조건하에서), 성형방법 및 사소방법으로 처리한다. 표 2는 수득된 마그네시아 크링커의 화학적 조성 및 부피밀도 및 페리클레이즈 결정의 평균 입자 직경 및 분포를 나타낸 것이다.
또한 제7도는 마그네시아 크링커의 현미경 사진을 나타낸다.
[표 2]
[실시예 6]
실시예 5에서 사용된 천연 마그네사이트를 1000℃의 전기로에서 1시간동안 하소시키고, 실시예 1∼14에서 진동 볼 밀로 글라인딩 처리한 것과 같은 방법으로 글라인딩한다. 글라인딩 하기전에 SiO2물질 및 수산화칼슘을 표 3에 기재된 양이 되도록 충분히 가한다.
글라인딩 및 하소된 분말을 2t/㎠의 압력에서 가압 성형하고 2000℃의 산소-프로판 기체로에서 사소시킨다.
표 3은 하소된 생성물의 화학적 조성 및 부피밀도 및 페리클레이트 결정의 평균 입자직경 및 분포를 나타낸다.
또한, 제8도는 수득된 마그네시아 크링커의 현미경 사진을 나타낸다.
[표 3]
Claims (13)
- (a) 화학의 조성(산화물을 기준으로 한 중량%)이MgO 97.5% 이상CaO 0.8∼2.0%SiO20.12∼1.0%Fe2O30.3% 이하Al2O30.15% 이하B2O30.03% 이하이고 (b) 부피밀도가 3.48g/㎤ 이상이고, (c) 마그네시아의 페리클레이즈 결정의 평균입자직경이 65μ이상(본 명세서에 정의된 방법에 의해 측정)이고 (d) 마그네시아 크링커가 천연 마그네사이트로 부터 유도됨을 특징으로 하는 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, SiO2함량(산화물을 기준으로 한 중량%)이 0.13∼0.8%인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, SiO2함량(산화물을 기준으로 한 중량%)이 0.14∼0.4%인 소결 고밀도 및 큰 결정입자의 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, Fe2O3함량(산화물을 기준으로 한 중량%)이 0.20% 이하인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, Fe2O3함량(산화물을 기준으로 한 중량%)이 0.10% 이하인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, Al2O3함량(산화물을 기준으로 한 중량%)이 0.10%이하인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, MgO함량이 98.0% 이상이고 CaO함량이 0.8∼1.6%(산화물을 기준으로 한 중량%)인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, 부피밀도가 3.50g/㎤ 이상인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, 마그네시아의 페라클레이즈 결정의 평균 입자 70μ이상(본 명세서에 정의된 방법에 의해 측정)인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, 마그네시아의 페리클레이즈 결정의 평균 입자 직경이 80μ이상(본 명세서에 정의된 방법에 의해 측정)인 소결 고밀도 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, 마그네시아의 페리클레이즈 결정의 평균 입자 직경이 100μ이상(본 명세서에 정의된 방법에 의해 측정)인 소결 고밀도 및 큰 결정입자의 마그네시아 크링커.
- 제1항에 있어서, 75μ이상의 평균입자 직경을 갖는 마그네시아의 페리클레이즈 함량이 19.1% 이상인 소결 고밀도 및 결정입자 마그네시아 크링커.
- 13. 제1항에 있어서, 100μ이상의 평균입자 직경을 갖는 마그네시아의 페리클레이즈 함량이 10.9% 이상인 소결 고밀도 및 결정입자 마그네시아 크링커.
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