철강 제조 공정중 주로 사용되는 염기성 내화재인 MgO계 내화재와 슬래그 페로망간 용강과의 계면현상을 연구하였다. MgO계 내화재는 슬래그에 MgO가 쉽게 용해되는 성질을 가지고 있기 때문에 주로 마그카본(MgO-C), 스피넬(MgAl2O4)과 같은 MgO 단일 상이 아닌 복합재로 주로 산업에서 사용하고 있다. 하지만 실제 내화재의 MgO 입계와 슬래그의 접촉거동에 관한 연구는 관찰된 적이 없다. 따라서 본 실험을 진행하기 위해 DDT(Dispensed Drop Technique) 실험 방법을 도입하여 MgO 단결정 및 다결정에 CaO-SiO2 슬래그를 접촉시켜 계면 반응, ...
철강 제조 공정중 주로 사용되는 염기성 내화재인 MgO계 내화재와 슬래그 페로망간 용강과의 계면현상을 연구하였다. MgO계 내화재는 슬래그에 MgO가 쉽게 용해되는 성질을 가지고 있기 때문에 주로 마그카본(MgO-C), 스피넬(MgAl2O4)과 같은 MgO 단일 상이 아닌 복합재로 주로 산업에서 사용하고 있다. 하지만 실제 내화재의 MgO 입계와 슬래그의 접촉거동에 관한 연구는 관찰된 적이 없다. 따라서 본 실험을 진행하기 위해 DDT(Dispensed Drop Technique) 실험 방법을 도입하여 MgO 단결정 및 다결정에 CaO-SiO2 슬래그를 접촉시켜 계면 반응, 접촉각, 퍼짐속도를 관찰하였다. 또한, 최근 TWIP강(twinning- induced plasticity steel)과 같은 고 망간강의 연구가 활발히 진행되면서 고 망간강 조업시 부원료로 사용되는 페로망간 합금철에 대한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 FRT(Finger Rotating Test)실험을 도입하여 페로망간 용강과 MgO계 내화재 중 스피넬(MgAl2O4)내화재의 계면 현상을 연구하였다. 스피넬(MgAl2O4) 내화재 중 MgO 조성의 영향을 관찰하기 위해 본 실험에서는 MgO 조성이 많은 스피넬 내화재(MgO-rich MgAl2O4)와 MgO와 Al2O3의 비가 1:1인 스피넬 내화재(MgAl2O4)내화재를 페로망간 용강과 반응시간을 달리하여 실험을 진행하였다. 또한 MgO가 많은 조성의 스피넬 내화재는 내화재의 회전 속도를 변화시켜 회전 속도에 따른 내화재 계면의 변화 또한 관찰하였다. 연구결과 MgO 단결정 위의 CaO-SiO2 슬래그의 접촉각의 변화는 1초 내에 빠르게 평형각(5。)에 도달하였고 다결정위에서는 단결정보다 느리게 접촉각이 변화하여 평형각(5。)에 도달하였다. 계면분석 결과 내화재/슬래그의 계면이 깨지지 않은 것을 확인하였고 내화재 안으로 슬래그의 침투는 관찰되지 않았지만 슬래그로의 내화재의 용해는 약 7wt%로 관찰되었다. 하지만 슬래그의 접촉각 변화와 퍼짐 시간이 너무 빠르기 때문에 슬래그로의 내화재의 확산이 퍼짐 거동에 거의 영향을 주지 않았다. 따라서 de Gennes model 중 비반응 젖음(Non-reactive Wetting)거동에 대입한 결과 1초 내에서 MgO내화재 위에 CaO-SiO2슬래그는 점성 퍼짐 거동을 보이는 것으로 관찰되었다. 페로망간 용강과 스피넬(MgAl2O4)내화재의 계면 현상 연구 결과 MgO-rich MgAl2O4가 MgAl2O4 내화재보다 페로망간 용강과 반응을 더욱 활발히 하는 것으로 관측되었다. 두 내화재 모두 반응시간에 상관없이 침투층이 형성되는 것을 확인하였다. 하지만 MgO-rich MgAl2O4는 침투층이 균일하지 않은 반면 MgAl2O4 내화재는 침투층이 균일하고 두께가 MgO-rich MgAl2O4내화재에 비해 매우 얇게 나타났다. 또한, 실험 후 계면 분석 결과 MgAl2O4내화재의 경우 Mg(1-x)MnxAl2O4 Solid Solution층을 형성하는 것으로 관찰되었지만 MgO-rich MgAl2O4내화재의 경우 여분의 MgO grain을 통해 MnO가 더욱 쉽게 침투하여 MgO-MnO Solid Solution을 형성해 내화재의 열화를 일으키는 것으로 관찰되었다.
철강 제조 공정중 주로 사용되는 염기성 내화재인 MgO계 내화재와 슬래그 페로망간 용강과의 계면현상을 연구하였다. MgO계 내화재는 슬래그에 MgO가 쉽게 용해되는 성질을 가지고 있기 때문에 주로 마그카본(MgO-C), 스피넬(MgAl2O4)과 같은 MgO 단일 상이 아닌 복합재로 주로 산업에서 사용하고 있다. 하지만 실제 내화재의 MgO 입계와 슬래그의 접촉거동에 관한 연구는 관찰된 적이 없다. 따라서 본 실험을 진행하기 위해 DDT(Dispensed Drop Technique) 실험 방법을 도입하여 MgO 단결정 및 다결정에 CaO-SiO2 슬래그를 접촉시켜 계면 반응, 접촉각, 퍼짐속도를 관찰하였다. 또한, 최근 TWIP강(twinning- induced plasticity steel)과 같은 고 망간강의 연구가 활발히 진행되면서 고 망간강 조업시 부원료로 사용되는 페로망간 합금철에 대한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 FRT(Finger Rotating Test)실험을 도입하여 페로망간 용강과 MgO계 내화재 중 스피넬(MgAl2O4)내화재의 계면 현상을 연구하였다. 스피넬(MgAl2O4) 내화재 중 MgO 조성의 영향을 관찰하기 위해 본 실험에서는 MgO 조성이 많은 스피넬 내화재(MgO-rich MgAl2O4)와 MgO와 Al2O3의 비가 1:1인 스피넬 내화재(MgAl2O4)내화재를 페로망간 용강과 반응시간을 달리하여 실험을 진행하였다. 또한 MgO가 많은 조성의 스피넬 내화재는 내화재의 회전 속도를 변화시켜 회전 속도에 따른 내화재 계면의 변화 또한 관찰하였다. 연구결과 MgO 단결정 위의 CaO-SiO2 슬래그의 접촉각의 변화는 1초 내에 빠르게 평형각(5。)에 도달하였고 다결정위에서는 단결정보다 느리게 접촉각이 변화하여 평형각(5。)에 도달하였다. 계면분석 결과 내화재/슬래그의 계면이 깨지지 않은 것을 확인하였고 내화재 안으로 슬래그의 침투는 관찰되지 않았지만 슬래그로의 내화재의 용해는 약 7wt%로 관찰되었다. 하지만 슬래그의 접촉각 변화와 퍼짐 시간이 너무 빠르기 때문에 슬래그로의 내화재의 확산이 퍼짐 거동에 거의 영향을 주지 않았다. 따라서 de Gennes model 중 비반응 젖음(Non-reactive Wetting)거동에 대입한 결과 1초 내에서 MgO내화재 위에 CaO-SiO2슬래그는 점성 퍼짐 거동을 보이는 것으로 관찰되었다. 페로망간 용강과 스피넬(MgAl2O4)내화재의 계면 현상 연구 결과 MgO-rich MgAl2O4가 MgAl2O4 내화재보다 페로망간 용강과 반응을 더욱 활발히 하는 것으로 관측되었다. 두 내화재 모두 반응시간에 상관없이 침투층이 형성되는 것을 확인하였다. 하지만 MgO-rich MgAl2O4는 침투층이 균일하지 않은 반면 MgAl2O4 내화재는 침투층이 균일하고 두께가 MgO-rich MgAl2O4내화재에 비해 매우 얇게 나타났다. 또한, 실험 후 계면 분석 결과 MgAl2O4내화재의 경우 Mg(1-x)MnxAl2O4 Solid Solution층을 형성하는 것으로 관찰되었지만 MgO-rich MgAl2O4내화재의 경우 여분의 MgO grain을 통해 MnO가 더욱 쉽게 침투하여 MgO-MnO Solid Solution을 형성해 내화재의 열화를 일으키는 것으로 관찰되었다.
Initial wetting phenomena and spreading property of CaO-SiO2 slag on MgO single and poly-crystal refractory substrates are investigated using sessile drop technique and a high-speed camera (1500 frame/second). By observing and analyzing the spreading rate, change of the contact angle, and the compos...
Initial wetting phenomena and spreading property of CaO-SiO2 slag on MgO single and poly-crystal refractory substrates are investigated using sessile drop technique and a high-speed camera (1500 frame/second). By observing and analyzing the spreading rate, change of the contact angle, and the composition change in slag and refractory, it was found that the initial wetting is non-reactive and controlled by viscous friction. A reaction mechanism was suggested for two types of MgAl2O4 spinel refractories, a full spinel and a MgO-rich spinel, which were immersed in a ferromanganese molten metal. the finger rotating test(FRT) technique was adopted for the experiment. After the experiment, each refractory was analyzed by field emission scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction. When ferromanganese metal was in contact with MgAl2O4 spinel refractory, manganese oxide formed a MgAl2O4-MnAl2O4 layer with MgAl2O4 at the surface. It appeared to be a passivation layer at the interface between the molten metal and the refractory. As a result, manganese oxide penetrated through MgO grains, a MgO-MnO solid solution was formed in the penetration layer. Therefore, this layer was much deeper than the spinel refractory.
Initial wetting phenomena and spreading property of CaO-SiO2 slag on MgO single and poly-crystal refractory substrates are investigated using sessile drop technique and a high-speed camera (1500 frame/second). By observing and analyzing the spreading rate, change of the contact angle, and the composition change in slag and refractory, it was found that the initial wetting is non-reactive and controlled by viscous friction. A reaction mechanism was suggested for two types of MgAl2O4 spinel refractories, a full spinel and a MgO-rich spinel, which were immersed in a ferromanganese molten metal. the finger rotating test(FRT) technique was adopted for the experiment. After the experiment, each refractory was analyzed by field emission scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction. When ferromanganese metal was in contact with MgAl2O4 spinel refractory, manganese oxide formed a MgAl2O4-MnAl2O4 layer with MgAl2O4 at the surface. It appeared to be a passivation layer at the interface between the molten metal and the refractory. As a result, manganese oxide penetrated through MgO grains, a MgO-MnO solid solution was formed in the penetration layer. Therefore, this layer was much deeper than the spinel refractory.
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