(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51)Int. Cl.7
C04B 7/48
(45) 공고일자 2000년03월15일
(11) 등록번호 10-0250027
(24) 등록일자 1999년12월29일
(21) 출원번호 10-1997-0079460 (65) 공개번호 특1999-0059262
(22) 출원일자 1997년12월30일 (43) 공개일자 1999년07월26일
(73) 특허권자 포철로재주식회사 신승근
경상북도 포항시 남구 청림동 1-143
(72) 발명자 남경호
경상북도 포항시 남구 동해면 약전리 398-4 영남동해타운 105동 401호
(74) 대리인 김영철
심사관 : 정상섭
(54) 정제마그네시아클링커제조방법및그에따른정제마그네시아클링커
요약
본 발명은 정제 마그네시아 클링커 제조방법 및 그에 따른 정제 마그네시아 클링커에 관한 것으로서, 제
강용 내화재로 사용되는 마그네시아 카본질 내화벽돌을 사용한 후, 이 마그네시아 카본질 내화벽돌에서
지금 및 슬래그를 제거하여 1차 분쇄하고, 105℃ 온도의 수조에서 24시간 수화처리하고, 500℃ 온도의
가스로에서 12시간동안 건조한 후, 2차 분쇄하여 입도분급한 것을 특징으로 한다. 그리고, 정제 마그네
시아 클링커 제조방법에 따라 정제되어, 마그네시아(MgO)가 80∼95중량％, 고정탄소량이 5∼20중량％,
기타 불순물이 10중량％ 이하의 화학적 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한, 정제 마그네시아 클링커는 사용 후 마그네시아 카본질 내화벽돌에서 발생되는 수화반응에 의한
부피팽창을 방지하여 안정되게 하므로 마그네시아 카본질 내화벽돌의 원료를 안정적으로 재사용할 수 있
는 효과가 있다.
대표도
도4
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 실시예로서, 마그네시아 카본질 내화벽돌의 시차열분석 결과를 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 마그네시아 카본질 내화벽돌의 Ｘ선회절분석 결과를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 마그네시아 카본질 내화벽돌을 반사현미경으로 본 미세조직을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 작업공정을 도시한 도면
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 정제 마그네시아 클링커 제조방법 및 그에 따른 정제 마그네시아 클링커에 관한 것으로서, 보
다 상세하게는 제강용 설비에 내화재로 사용되는 마그네시아 카본질 내화벽돌의 사용 후의 폐기시에 이
폐기되는 마그네시아 카본질 내화벽돌에서 마그네시아 클링커를 정제하여 다시 사용할 수 있게 하는 정제
마그네시아 클링커 제조방법 및 그에 따른 정제 마그네시아 클링커에 관한 것이다.
일반적으로, 마그네시아 카본질 내화벽돌은 제강용 설비 즉, 전로, 레들등에 내화재로 다양하게 사용 되
어지고 있다. 이러한 마그네시아 카본질 내화벽돌은 카본 함유 내화벽돌의 최대 단점인 카본의 산화성을
개선하기 위하여 금속 알루미늄이나 마그네슘 알루미늄 합금을 일정량 첨가하여 사용하는데, 이러한 첨
가제는 사용중에 알루미늄카보네이트(Al4C3)나 스피넬(Spinel)을 생성하게 된다. 생성물중에 알루미늄카보
네이트는 식1과 같이 수분과 반응하여 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 생성하여 부피 팽창함으로 재처리 공정
없이 분쇄하여 마그네시아 카본질 내화벽돌에 재사용이 불가능하게 되므로 상기 마그네시아 카본질 내화
벽돌은 소정기간 사용 후에 폐기처리 되었다.
Al4C3 ＋ H2O -----------＞ Al(OH)3 ＋ CH4 (식1)
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발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상기와 같이 소정기간 사용 후에 폐기되는 마그네시아 카본질 내화벽돌을 수화처리 및 건조작
업과 철분의 분리작업을 통해 마그네시아 클링커를 정제하여 이 정제된 마그네시아 클링커를 새로운 마그
네시아 카본질 내화벽돌에 재사용할 수 있도록 한 정제 마그네시아 클링커 제조방법 및 그에 따른 정제
마그네시아 클링커를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제강용 내화재로 사용되는 마그네시아 카본질 내화벽돌을 사용
한 후, 이 마그네시아 카본질 내화벽돌에서 지금 및 슬래그를 제거하여 1차 분쇄하고, 105℃ 온도의 수
조에서 24시간 수화처리하고, 500℃ 온도의 가스로에서 12시간동안 건조한 후, 2차 분쇄하여 입도분급한
것을 특징으로 한다.
그리고, 정제 마그네시아 클링커 제조방법에 따라 정제되어, 마그네시아(MgO)가 80∼95중량％, 고정탄소
량이 5∼20중량％, 기타 불순물이 10중량％ 이하의 화학적 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
발명의 구성 및 작용
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조로 하면, 우선 사용 후의 마그네시아 카본질 내화벽돌에서 지금 및 슬래그를 제거한다.
이 마그네시아 카본질 내화벽돌을 수화처리한다. 105℃ 온도의 수조에 지금과 슬래그가 제거된 사용 후
의 마그네시아 카본질 내화벽돌을 넣고, 시간을 4∼48시간까지 4시간 간격으로 변화시키면서 수화 적정시
간을 시험한 결과 24시간 이후부터 완전한 수화반응이 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
수화처리된 마그네시아 카본질 내화벽돌을 건조시킨다. 최적의 건조조건을 구하기 위하여 탈수 가능온도
인 500℃에서 시간을 4∼48시간 범위에서 4시간 간격으로 시험한 결과 12시간 이후부터 함수알루미나
(Al2O3·nH2O)가 존재하지 않고, 사용 가능한 정제 마그네시아(MgO)로 존재함을 알 수 있었다.
건조 후의 마그네시아 카본질 내화벽돌을 2차 분쇄하고, 2차 분쇄된 마그네시아 카본질 내화벽돌을 자력
선광을 통해 철분을 분리해 내고, 클링커를 추출하여 입도분급한다.
한편, 전술한 바와 같이 105℃에서 24시간 수화처리 후 500℃에서 12시간동안 건조한 정제 마그네시아 클
링커는 마그네시아(MgO)가 80∼95중량％, 고정탄소량이 5∼20중량％, 기타 불순물이 10중량％ 이하의
화학적 구성을 가진다.
그리고, 첨부도면 도 1은 105℃에서 24시간 수화 처리후 500℃에서 12시간동안 건조한 정제 마그네시아
클링커에 대한 시차열분석(TG-DTA)결과이다.
상기 마그네시아 카본질 내화벽돌에 산화방지를 목적으로 첨가 되어진 금속 알루미늄이나 마그네슘 알루
미늄 합금은 식2,3,4와 같이 반응하여 내화벽돌내에 Al4C3 나 Al2O 3 및 MgO·Al2O3 (스피넬)로 존재하게
된다.
4Al(l) ＋ 3C(s) -----------＞ Al4C3 (식2)
2Al(l) ＋ 3MgO(s) ---------＞ Al2O3(s) ＋ 3MgO(g) (식3)
Al2O3(s) ＋ MgO(s) ---------＞ MgAl2O4(s) (식4)
사용 후의 마그네시아 카본질 내화벽돌은 수화처리후 식2에서 생성된 Al4C3는 식5와 같이 하이드로질라이
트(Hydrogillite, Al2O3·3H2O)로 존재하고, 건조과정을 통하여 식6,7과 같이 흡착수를 방출하게 된다.
Al4C3 ＋ 9H2O --------------＞ Al2O3·3H2O ＋ 3CH4 ↑ (식5)
Al2C3·3H2O ----------------＞ Al2O3·H2O ＋ 2H2O ↑ (식6)
Al2C3·H2O -----------------＞ γ-Al2O3 ＋ H2O ↑ (식7)
시차열분석 결과 수화처리에 의한 수분 즉, 흡착수 및 결정수 방출에 기인하는 Peak는 없고, 카본의 산화
에 기인하는 Peak가 460℃ 부근에서 시작하여 700℃ 부근에서 산화속도가 가속화한다.
도 2는 105℃에서 24시간 수화처리후 500℃에서 12시간 동안 건조한 정제 마그네시아 클링커에 대한 Ｘ선
회절분석(XRD)결과이다.
주 광물상은 마그네시아(MgO)와 카본(Graphite)이며, 스피넬 상이 존재한다. 상기 스피넬의 존재는 원 벽
돌에 카본의 산화방지 목적으로 첨가되었던 금속 알루미늄 또는 마그네슘 알루미늄 합금이 마그네시아와
반응하여(식4) 벽돌 내부에 존재하기 때문이다.
그리하여, 상기 공정으로 제조되어진 정제 마그네시아 클링커는 수화 및 건조 공정에서 Al4C3와 물의 반응
에 의해 생성되는 함수알루미나(Al2O3·nH2O)는 존재하지 않는 것으로 확인되었다.
도3은 105℃에서 24시간 수화처리후 500℃에서 12시간 동안 건조한 정제 마그네시아 클링커에 대한 반사
현미경 미세조직 관찰 결과이다. 상기 공정으로 제조 되어진 정제 마그네시아 클링커는 마그네시아 카본
질 내화벽돌에 사용되는 마그네시아 클링커의 회복과 카본과 마그네시아 클링커 미세입도의 결합체가 존
재함이 확인되었다.
한편, 105℃에서 24시간 수화처리후 500℃에서 12시간 동안 건조한 정제 마그네시아 클링커를 마그네시아
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카본질 내화벽돌 제조에 사용되는 페놀수지를 5중량비 사용하여 혼련한 후, 시간별로 숙성하여 80×80mm
금형으로 1ton/㎠의 압력으로 가압성형하여 성형체의 외관 및 균열발생 상태를 관찰하였으며, 그 결과를
표 1에 나타내었다.
[표 1]
숙성시간 0 6 12 24 36 48
균열발생 없음 없음 없음 없음 없음 없음
정제 마그네시아 클링커 내에 수분이 존재한다면 킬레이트 반응(Chelation)에 의한 균열이 발생할
것이나, 상기 공정으로 제조되어진 정제 마그네시아 클링커는 균열이 발생하지 않았다.
발명의 효과
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 정제 마그네시아 클링커 제조방법 및 그에 따른 정제 마그네시아
클링커는 사용 후의 폐기되는 마그네시아 카본질 내화벽돌을 105℃에서 24시간 수화처리하고, 500℃에서
12시간 동안 건조하여 추출된 정제 마그네시아 클링커는 사용 후 마그네시아 카본질 내화벽돌에서 발생되
는 수화반응에 의한 부피팽창을 방지하여 안정되게 하므로 마그네시아 카본질 내화벽돌의 원료를 안정적
으로 재사용할 수 있는 효과가 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
제강용 내화재로 사용되는 마그네시아 카본질 내화벽돌을 사용한 후, 이 마그네시아 카본질 내화벽돌에서
지금 및 슬래그를 제거하여 1차 분쇄하고, 105℃ 온도의 수조에서 24시간 수화처리하고, 500℃ 온도의
가스로에서 12시간동안 건조한 후, 2차 분쇄하여 입도분급한 것을 특징으로 하는 정제 마그네시아 클링커
제조방법.
청구항 2
제 1 항의 정제 마그네시아 클링커 제조방법에 따라 정제되어, 마그네시아(MgO)가 80∼95중량％, 고정탄
소량이 5∼20중량％, 기타 불순물이 10중량％ 이하의 화학적 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 정제 마그
네시아 클링커.
도면
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도면1
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도면2
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도면4
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