내화물 원료는 내화물 제품 생산에 필요한 필수 재료를 말합니다.이는 내화물 제조의 기초를 형성합니다.내화성 원료의 대부분은 내화성 점토, 고알루미나 보크사이트, 실리카, 크로마이트, 마그네사이트, 카올린, 마그네시아 감람석, 지르콘, 홍주석, 탄화규소, 강옥 등과 같은 천연 광물입니다. 종합적인 성능이 지속적으로 개선되면서 내화 재료, 산업용 원료 및 산업용 알루미나, 합성 멀라이트, 인공 내화 섬유 및 인공 내화 중공 구체와 같은 인공 합성 재료의 요구 사항이 내화 재료 생산에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.내화 제품의 품질과 비용 효율성은 원자재의 올바른 선택과 합리적인 활용에 크게 좌우됩니다.
내화물 원료는 화학적 성질에 따라 산성 내화 원료, 알칼리 내화 원료, 중성 내화 원료로 분류할 수 있다.또한, 원산지에 따라 천연광물 원료와 인공합성 원료로 분류할 수 있습니다.일반적으로 내화물 생산에 있어서 원료는 다시 주재료와 보조재료로 분류됩니다.
천연 광물이든 인공 합성이든 내화 제품을 생산하는 데 사용되는 원료는 광물학적 관점에서 요구되는 제품 사양을 충족할 만큼 충분히 높은 내화도를 보유해야 합니다.프로세스 관점에서 보면 제조 프로세스의 기본 요구 사항을 충족해야 합니다.그로부터 파생된 제품의 성능을 고려할 때 제품의 사용 요구 사항, 특히 고온 성능에 대한 요구 사항을 충족할 수 있어야 합니다.
내화 원료는 일반적으로 알루미늄-실리콘 내화 원료(예: 실리카, 점토, 고알루미나 등), 알칼리 내화 원료, 단열 내화 원료 및 기타 내화 원료로 분류됩니다.
1. 규질 원료
석영 변형의 부피 효과로 인해 실리카 벽돌은 규산암을 사용하여 직접 생산됩니다.규산질 암석은 정맥 석영, 규암, 부싯돌 및 사암과 같은 다양한 유형을 포함합니다.규산암의 주성분은 SiO2이며, 다른 성분은 불순물로 간주됩니다.내화물에 사용되는 규산질 원료는 크게 결정질 과립과 결합 규석으로 분류됩니다.
2. 클레이 원료
내화점토는 알루미노실리케이트 내화물을 생산하는 주요 원료이며, 내화도 요건은 다양한 경질, 연질(반연질) 점토, 내열성 1580°C 이상의 점토 셰일(총칭하여 내화점토)을 초과합니다. .
천연 내화성 점토는 일반적으로 주로 점토 광물로 구성되며, 수화된 규산염을 대표하는 카올리나이트(Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O)가 주성분입니다.여기에는 유리 석영, 갈철석, 침철석 및 유기물이 동반되어 혼합물을 형성합니다.이 불균일한 광물은 주로 직경 1.2μm 미만의 분산된 입자로 구성됩니다.
점토는 생성되는 과정에 따라 1차 점토와 2차 점토로 분류됩니다.1차 점토란 풍화 과정 후에도 제자리에 남아 있는 모암(장석 등)이 풍화되어 형성된 점토를 말합니다.퇴적 점토라고도 알려진 2차 점토는 다른 위치로 이동되어 자연적인 동적 조건에서 재침전된 점토입니다.입자 크기가 미세하고 분산도가 높으며 가소성이 높습니다.
내화재료 산업에서 일반적으로 사용되는 내화점토는 크게 다음 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
(1).단단한 점토:
경질점토는 구조가 치밀하고 경도가 높으며 입자가 극히 미세하고 물에 대한 분산성이 낮으며 가소성이 매우 낮은 것이 특징입니다.이러한 유형의 점토는 종종 밝은 회색, 회백색 또는 회색으로 나타납니다.껍질 모양의 균열 표면을 갖고 있으며 일부는 매끄럽고 미끄러운 느낌을 갖고 있으며 풍화 작용에 취약하고 조각으로 부서지기 쉽습니다.
(2).부드러운(반부드러운) 점토:
연질(반연질) 점토는 일반적으로 블록과 같은 형태로 존재하며, 느슨하고 부드러운 구조와 상대적으로 좋은 가소성을 갖고 있습니다.이 유형의 점토는 불순물의 종류와 농도의 차이로 인해 색상이 크게 다릅니다.회색, 짙은 회색부터 검정색까지 다양하며 경우에 따라 보라색, 연한 빨간색 또는 흰색을 나타낼 수도 있습니다.
3.고알루미나 소재
(1) 보크사이트:
보크사이트는 갈색 용융 알루미나를 생산하는 주요 원료입니다.Al2O3 함량이 88%~90%인 고알루미나 클링커는 반쯤 부서지기 쉬운 커런덤의 주요 재료로 사용됩니다.백색 용융 알루미나, 치밀한 커런덤 등을 생산하려면 산화알루미늄을 원료로 사용합니다.보크사이트는 고알루미나 셰일 또는 알루미나 셰일로도 알려져 있으며, 주요 광물은 다이아스포어(Al2O3·H2O)와 보에마이트(Al2O3·3H2O)입니다.
중국은 보크사이트 매장량이 매우 풍부하며, 생산 지역은 황허 북쪽의 산시(山西), 허베이(河베이), 산둥(山둥), 중부 지역의 허난(河南), 광시(廣西), 남서쪽의 구이저우(貴州), 윈난(雲南)에 이른다.중국의 고알루미나 클링커의 주요 생산지는 현재 산시(山西), 허난(河南), 귀주(貴州)이다.후난성에는 개발 중인 소규모 광산도 있습니다.중국의 고알루미나 보크사이트의 주요 광물에는 다이아스포어(diaspore), 보에마이트(boehmite), 카올리나이트(kaolinite), 납석(pyrophyllite)이 포함됩니다.광물 조성에 따라 디아스포어-카올리나이트형(DK), 보에마이트-카올리나이트형(BK), 디아스포어-파이로필라이트형(DP)의 세 가지 유형으로 분류됩니다.그 중 DK형 고알루미나 보크사이트가 가장 널리 사용됩니다.DK형 고알루미나 클링커는 Al2O3 함량에 따라 S, I, IIA, IIB, III 등 등급으로 분류됩니다.
(2) 소결 커런덤 및 융합 커런덤
커런덤의 인공 생산은 공업용 알루미나 또는 고알루미나 보크사이트를 주원료로 활용하고 전기로에서 용해됩니다.이 외에도 소결법을 이용하여 커런덤 판상 산화알루미늄을 제조할 수 있다.이 방법은 공업용 알루미나 분말을 주원료로 하여 소성, 미분쇄, 펠릿화, 소결 등의 공정을 거친다.이 생산 방법은 기술적인 어려움을 야기하지만 결과 제품은 높은 강도, 강력한 내식성 및 우수한 열충격 안정성을 나타냅니다.
"세미 부서지기 쉬운 커런덤"이라는 용어는 본질적으로 Al2O3 함량이 98%를 초과하고 겉보기 다공도가 4% 미만인 고함량 알루미나 보크사이트를 기반으로 한 조밀한 용융 커런덤을 의미합니다.이는 환원 분위기와 통제된 조건 하에서 고알루미나 보크사이트를 전기 용융하여 생산됩니다.커런덤 결정은 일반적으로 1~15mm 범위의 과립형이며, 적철광, 티탄산알루미늄 및 고용체를 포함한 주요 불순물이 포함되어 있습니다.
(3) 멀라이트
멀라이트는 주로 결정상 3Al2O3·2SiO2로 구성된 내화물입니다.멀라이트는 천연 멀라이트와 합성 멀라이트의 두 가지 범주로 분류됩니다.천연 멀라이트는 드물며 일반적으로 합성으로 생산됩니다.멀라이트는 안정적인 화학적 특성을 나타내며 불산에 용해되지 않습니다.이는 우수한 고온 기계적 및 열적 특성을 가지고 있습니다.
합성 멀라이트 및 그 제품은 고밀도, 고순도, 고온 구조 강도, 고온에서의 낮은 크리프율, 작은 열팽창 계수, 화학적 침식에 대한 강한 저항성 및 열충격에 대한 저항성을 특징으로 합니다.
(4) 실리만나이트족 광물
규선석군 광물에는 남정석, 홍주석, 규선석이 포함되며, 흔히 '3대석'이라 불립니다.이러한 광물은 동일한 화학적 조성을 공유하지만 결정 구조가 다르므로 다형체로 분류됩니다.고온으로 가열하면 모두 멀라이트로 변해 부피 팽창과 함께 소량의 용융된 SiO2가 생성됩니다.
이러한 광물 간의 열팽창 정도가 다양하기 때문에 직접적인 활용도가 다릅니다.홍주석은 가열 중에 부피 변화가 최소화되므로 벽돌 제조 또는 첨가제로 원시 상태로 직접 사용됩니다.반면, 규선석과 남정석은 특히 비정형 내화물 생산 시 팽창제 형태로 혼합물에 첨가되는 경우가 많습니다.벽돌 제조에 사용되는 경우 이를 클링커로 소성해야 하며, 특히 남정석의 경우 클링커 형태로 소결해야 합니다.
4.알칼리성 내화물
4.1 마그네시아 재료
(1) 마그네사이트 광석
중국에서 마그네사이트 광석은 주로 결정성 마그네사이트 광석과 비정질 마그네사이트 광석의 두 가지 유형으로 분류됩니다.마그네사이트 광석의 주요 유통 지역은 랴오닝성과 산둥성에 있습니다.마그네사이트 광석의 주요 불순물은 활석이며 일부 마그네사이트 광석에는 더 높은 수준의 CaO가 포함되어 있으며 백운석이 2차 광물입니다.중국에서는 마그네사이트 광석이 화학적 조성에 따라 5단계(S, I, II, III, IV)로 등급이 매겨집니다.마그네시아 벽돌을 생산하기 위한 마그네시아 모래의 하소에는 S 및 I 등급만이 사용됩니다.
2단계 부유선광법과 2단계 하소법을 이용하여 고순도 마그네시아사를 제조하며, 본 공정을 통해 얻은 고순도 마그네시아사는 원료로 활용하여 다양한 고성능 내화제품을 개발할 수 있습니다.
(2) 기타 마그네슘 함유 광물
마그네시아 내화물은 포스테라이트를 원료로 한 제품으로 주요 광물성분은 포스테라이트(2MgO·SiO2)와 페리클라제(MgO)이다.이들 제품은 용철산화에 대한 저항성이 강한 것이 특징이며, 일반 마그네시아 벽돌에 비해 열충격 안정성이 우수합니다.이들 제품을 생산하는 주요 원자재는 듀나이트(Dunite)와 서펜티나이트(Serpentinite)입니다.
4.2 백운석 재료
백운석은 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)의 복합염을 주성분으로 하는 내화물이다.화학식은 CaMg(CO3)2 또는 MgCO3 · CaCO3이며 이론 조성은 CaO 30.41%, MgO 21.87%, CO2 47.72%입니다.CaO/MgO 비율은 1.39, 경도는 3.5~4이다.
중국은 비교적 순도가 높은 것으로 알려진 풍부하고 널리 분포된 백운석 자원을 보유하고 있습니다.랴오닝성 다스차오(Dashiqiao) 주변 지역은 특히 매장량이 풍부합니다.산둥성, 후베이성, 산시성, 광시성, 간쑤성, 장시성, 안후이성, 쓰촨성, 윈난성, 후난성 등의 성들은 모두 풍부한 매장지를 자랑합니다.백운석 퇴적물은 종종 석회석 및 마그네사이트와 관련이 있습니다.
5、지르코늄 기반 제품 원료
(1) 지르콘
지르콘(ZrO2·SiO2 또는 ZrSiO4)은 지르코늄 기반 제품 및 지르코니아 제품을 생산하는 주요 원료입니다.중국 지르콘의 주요 생산지는 하이난성이다.또한 광둥성, 광시좡족자치구, 산둥성, 푸젠성, 대만성에서도 발견됩니다.
지르콘의 이론적인 조성은 ZrO2 67.01%, SiO2 32.99%이다.이는 종종 Ti, Fe 및 기타 희토류 산화물과 같은 미량 원소를 포함하여 다양한 수준의 방사능을 부여합니다.따라서 이 원료를 제품 제조에 사용할 때는 필요한 보호 조치를 취해야 합니다.
지르콘은 20~1000℃ 사이에서 3.72W/(m·K)로 상대적으로 낮은 열전도율을 가지고 있습니다.팽창계수도 비교적 낮아 1000℃에서 4.6×10-6/℃에 이릅니다.주축(C축)에 수직인 방향과 평행한 두 방향의 팽창 계수는 단결정에서 상당한 차이를 나타냅니다.지르콘은 높은 화학적 불활성을 나타내며 산과의 반응에 저항합니다.이는 유리 용융물과 덜 반응하며 야금 및 유리 산업의 내화 재료에 일반적으로 사용됩니다.
(2) 단사정계 지르코니아
천연 단사정계 지르코니아(ZrO2)는 종종 검은색, 갈색, 노란색 또는 무색 형태의 불규칙한 블록으로 나타납니다.단사정계 지르코니아의 천연 광상은 중국에서는 드물다.화학원료인 공업용 ZrO2는 지르콘(ZrO2·SiO2)으로부터 화학적 방법을 통해 얻어지며 흰색 또는 약간 노란색의 분말 형태로 나타납니다.
순수한 ZrO2는 대기압에서 온도가 오름차순으로 단사정계, 정방정계, 입방체의 세 가지 결정상을 갖습니다.
안정한 ZrO2는 부분적으로 안정화된 ZrO2와 완전 안정화된 ZrO2로 더 분류될 수 있으며, 후자는 전자보다 열팽창계수가 크고 열충격 안정성은 낮습니다.따라서 부분적으로 안정화된 ZrO2는 세라믹 및 내화물의 강인화제로 자주 사용됩니다.
(3) 건조된 지르코니아
해외에서 용융 주조 지르코니아 커런덤(AZS) 내화물을 생산할 때 규산지르코늄 정광을 사용하는 것 외에도 일정량의 "탈규화 지르코니아" 원료가 대부분 첨가됩니다.목적은 두 가지입니다: 공식을 조정하고 안정화하는 것과 제품 성능을 개선하고 최적화하는 것입니다.
(4) 지르코니아 커런덤 멀라이트
본 제품의 원재료는 산업용 알루미나, 카올린, 지르콘입니다.이를 잘게 분쇄하고 균일하게 혼합한 후 반건식 압착하여 볼 모양으로 만든 다음 300~1700°C에서 소결합니다.연구에 따르면 지르콘 함량을 높이면 소결 온도가 높아지고 전체 수축이 감소하며 닫힌 기공이 증가하는 것으로 나타났습니다.이러한 반응은 소결 지르코니아 커런덤 멀라이트가 더 높은 밀도와 강도를 가질 뿐만 아니라 열충격 안정성에 대한 더 나은 저항성을 갖는 데 기여합니다.
6.크롬 기반 제품 원료
크롬벽돌, 크롬-마그네시아 벽돌, 마그네시아-크롬 벽돌 등 크롬계 내화물을 생산하는 주요 원료 중 하나가 크롬광석 또는 크로마이트이다.크로마이트(Chromite)는 다양한 광물의 혼합물이며 그 구성이 크게 변동하여 화학적 및 물리적 특성 모두에 변화가 발생합니다.이는 일반적으로 크롬성 곡물 광물로 구성되며, 이러한 광물은 사문석, 포스테라이트, 감람석과 같은 규산마그네슘인 경우가 많습니다.Cr2O3 외에도 크롬 철광석에는 Al2O3, Fe2O3, MgO 등도 포함되어 있습니다. 마그네슘과 철이 존재하기 때문에 크로마이트의 일반적인 표현은 종종 (Mg, Fe) Cr2O3로 표현됩니다.
언급된 재료는 일반적으로 사용되는 내화 원료입니다.내화물 기술의 지속적인 발전으로 인해 원료의 종류가 더욱 다양해졌습니다.최근에는 환경 문제와 천연 자원 고갈로 인해 더 나은 성능의 인공 합성 재료와 보다 환경 친화적인 자원 재활용 원료(예: 질화규소 철, 실론) 개발에 중점을 두고 있습니다.
