KR100491123B1 - 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스터블 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 가열로, 혼선차 및 제강 래들 등 각종 고온로 설비에서 단열효과를 높이기 위하여 철피와 내화물 간의 틈사이에 충전되는 세라믹 화이버를 함유한 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

본 발명은 중량%로 전융질 알루미나: 40-64, 하소알루미나: 5-12, 실리카 초미분: 3-6, 세라믹 화이버: 20-30, 유기 화이버: 3-5, 알루미나 시멘트: 5-7로 조성되는 것을 특징으로 하는 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스터블 내화물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 세라믹 화이버 함유 캐스타블 내화물은 단열성과 열충격저항성이 좋고 고온강도가 크므로 고온로설비에서 철피와 내화물간의 단열효과를 높여 열손실 저감에 유용한 효과가 있다.

Description

단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스터블 내화물{HIGH INTENSITY CASTABLE REFRACTORIES WITH GOOD ADIABATIC AND HIGH THERMAL SHOCK RESISTANCE}

본 발명은 일반 가열로, 혼선차 및 제강 래들 등 각종 고온로 설비에서 단열효과를 높이기 위하여 철피와 내화물 간의 틈사이에 충전되는 세라믹 화이버를 함유한 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

일반적으로, 고온에서 사용되는 로 설비는 열손실이 많으므로 열손실을 줄이기 위하여 철피와 내장내화물 사이에 단열성이 우수한 벽돌 또는 유사재질로 충전하여 열을 차단하고 있으며 충전두께가 얇으면서 단열성이 우수한 내화물이 요구된다.

충전용 내화물에 관해 공개된 종래기술중의 일 예로 일본국 특허공개공보 평6-279129호 및 평9-142944호를 들 수 있다.

상기 공개공보 평6-279129호는 용융금속용기에 있어 고열팽창성 연와를 사용하여 축조하는 경우에 사용하는 몰탈로서 마그네슘, 알루미늄 등의 탄산염이나 수산화물의 1종 또는 2종이상의 분말 10중량% 이상과 내화분말로 된 내화몰탈에 관한 것이며, 평9-142944호는 공업로의 철피와 내장내화물간 또는 내화물 상호의 틈새부에 압입하는 압입보수재로서 분말골재와 방향족 탄화수소 수지액과의 혼합물로 구성되고, 200℃에서 24시간 유지후 체적감소율이 2.0% 이하이고 열경화되지 않는 것을 특징으로 하는 틈새부 압입재에 관한 것이다.

그러나, 본 발명의 분야는 모두 장기간 사용되는 용융금속용기 및 공업로의 보수에 사용되는 내화물이기 때문에 내화벽돌에 의한 팽창을 억제하는 강도가 강해야 함에 도 불구하고 이들 공개기술들은 강도가 낮고 단열효과가 작으므로 사용에 많은 제한을 받고 있어 그 활용도가 유명무실하여 새로운 대체물의 필요성이 강하게 대두되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 다년간에 걸친 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 세라믹 화이버와 유기 화이버를 사용하여 단열성과 열충격저항성을 높이고 고온에서의 소성강도가 큰 캐스타블 내화물을 제공함으로써 그러한 문제를 극복할 수 있도록 한 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 세라믹 화이버 함유 캐스타블 내화물 내화조성물에 있어서, 중량%로 전융질 알루미나: 40-64, 하소알루미나: 5-12, 실리카 초미분: 3-6, 세라믹 화이버: 20-30, 유기 화이버: 3-5, 알루미나 시멘트: 5-7로 조성되는 것을 특징으로 하는 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스터블 내화물을 제공함으로써 달성된다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 조성중 알루미나는 주원료로 사용되며 고온에서 사용되는 내화물의 내화도 및 내침식성을 촉진시켜 소성강도를 높이는 역할을 한다.

이들 원료에는 제조방법에 따라서 소결알루미나와 전융알루미나(FUSED ALUMINA)가 있으며, 본 발명에서는 불순물이 적고 소결성이 좋은 전융알루미나를 사용하였다.

전융알루미나의 사용량이 40중량% 미만이 되면 내화물의 내화도가 낮아서 고온에서의 사용에 부적합하고, 사용량이 64중량% 이상에서는 지나치게 내화도가 높아져서 소결성이 충분치 못하므로 상기 전융알루미나의 첨가량은 40-64중량%가 바람직하다.

하소알루미나는 초미분원료로서 활성이 있으므로 내화물의 소결성을 좋게 하여 고온강도를 높이는 역할을 한다.

이러한 하소알루미나의 사용량이 5중량% 이하에서는 사용량이 부족하여 소결성이 저하되고, 사용량이 12중량% 이상에서는 과소결로 인하여 수축이 심하므로 상기 하소알루미나의 적당한 사용량은 5-12중량%가 바람직하다.

실리카 초미분은 내화물의 분산성을 높이고 중간온도, 즉 1000℃정도에서 소결촉진효과가 있어 중간온도에서의 소성강도를 높이는 역할을 한다.

이러한 실리카 초미분의 사용량이 3중량% 미만에서는 사용량이 부족하여 내화물의 분산효과가 적을 뿐 만 아니라 소결성이 부족하여 소성강도 증진효과가 적고, 사용량이 6중량% 이상에서는 실리카 초미분의 체적이 크므로 사용량이 과다하여 혼련성이 저하되고 지나치게 소결촉진효과가 크므로 가축성을 저하시킨다.

따라서, 상기 실리카 초미분은 3-6중량% 범위에서 첨가됨이 바람직하다.

세라믹 화이버는 내화물의 완충작용을 높이고 미세기공을 형성하여 단열효과를 높이는 역할을 한다.

이러한 세라믹 화이버에는 성분에 따라서 여러가지 종류가 있으나 본 발명에서는 알루미나 함량이 30-60중량%의 범위에 있고 섬유길이가 1-5mm의 것을 사용한다.

이는, 섬유길이가 1mm 이하에서는 너무 미세하여 인성증진에 효과적이지 못하고, 5mm 이상에서는 섬유끼리 얽혀서 잘 풀어지지않아 혼련이 잘 되지 않기 때문이며, 또한 화이버의 알루미나 함량이 30중량% 미만에서는 화이버의 내열온도가 낮아서 고온에서 사용하기에 부적합하고, 60중량% 이상에서는 알루미나 함량이 과다하여 화이버를 감싸고있는 주원료인 알루미나와 접착성이 좋지 않기 때문이다.

그런데, 본 발명에서 사용되는 상기 30-60중량%의 범위에 있고 섬유길이가 1-5mm의 범위에 있는 세라믹 화이버를 20-30중량%로 한정하여 첨가하여야 하는데 이는 세라믹 화이버가 20중량% 미만에서는 화이버량이 적어서 가축성이 작고 인성증진효과가 작으므로 부적합하고, 사용량이 30중량% 이상에서는 가축성은 좋으나 화이버량이 많아서 화이버끼리 서로 얽혀서 잘 풀어지지 않아 미세기공 형성에는 부적합하기 때문이다.

따라서, 본 발명에서 첨가되는 세라믹 화이버는 20-30중량% 정도가 가장 바람직하다.

유기 화이버(vinyl fiber)는 내화물에서 첨가되어 500℃이상의 온도에서 소실되어 미세기공을 형성하여 단열성을 높이는 역할을 한다.

이러한 유기 화이버는 매우 다양한 종류가 있을 것이나 그 종류에 상관없이 무조건 길이가 1-3mm의 것을 사용하는 것으로 한정한다.이는 유기 화이버의 길이가 1mm 미만에서는 너무 미세하여 미세기공 형성에 효과가 적고, 화이버의 길이가 3mm 이상에서는 화이버의 길이가 길어서 소실된 후에 생성된 기공경이 커서 균일한 내화물조직을 얻을 수가 없어 부적합하기 때문이다.

또한, 유기 화이버의 첨가량이 3중량% 미만에서는 사용량이 부족하여 기공형성 효과가 적고, 5중량% 이상에서는 형성된 기공면적이 과다하여 강도를 저하시키므로 3-5중량% 정도 첨가됨이 바람직하다.

알루미나 시멘트는 내화물의 상온강도와 1200℃ 이상에서 소성강도를 높이는 역할을 한다.

이러한 알루미나 시멘트의 사용량이 5중량% 미만에서는 사용량이 부족하여 강도 증진효과가 작고, 사용량이 7중량% 이상에서는 사용량이 과다하여 경화속도가 빠르고 강도가 지나치게 크므로 사용에 부적합하다.

따라서, 알루미나 시멘트의 적당한 사용량은 5-7중량%이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 조성비를 가진 캐스타블 내화물을 제조하기 위해서는 캐스타블 내화물 혼련용 만능혼련기에서 분말 원료를 물과 함께 먼저 투입하여 미리 혼련한 후에 세라믹 화이버와 유기 화이버를 조금씩 첨가하여 균일하게 혼련이 되도록 하였다.

이와같이 하여 제조된 시료를 40 ×40 ×160mm의 크기로 성형한 후 이 시편을 1200℃에서 3시간 소성후 선변화율, 곡강도, 비중, 기공율을 측정하고 그 결과를 나타내었다.

작업성의 평가는 유동성시험기(flow meter)를 이용하여 혼련된 시편에 15회 타격을 가한후 원료의 퍼짐상태에 의하여 판단하였다.

열충격저항성은 1300℃로 가열된 전기로에 준비된 50 ×50mm의 시편을 투입하여 30분이 경과한 후에 다시 꺼내어 공기중에서 냉각한 다음 재차 가열, 냉각하는 과정을 20회 반복할 동안의 시편에 발생하는 균열, 모서리탈락 등 외관상태를 관찰하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(1-5)는 비교예(1-4) 및 종래재와 비교하여 선변화율이 비교적 적고, 소성강도가 크며 비중이 작아 단열성이 우수함을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 화이버 함유 캐스타블 내화물은 단열성과 열충격저항성이 좋고 고온강도가 크므로 고온로설비에서 철피와 내화물간의 단열효과를 높여 열손실 저감에 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로,

   전융질 알루미나: 40-64,

   하소알루미나: 5-12,

   실리카 초미분: 3-6,

   알루미나 함량이 중량%로 30~60% 함유되고, 섬유의 길이가 1~5mm인 세라믹 화이버: 20-30,

   섬유의 길이가 1~3mm인 유기 화이버: 3-5,

   알루미나 시멘트: 5-7

   로 조성되는 단열성 및 열충격저항성이 우수한 고강도 캐스터블 내화물.