KR101588384B1 - 내화벽돌 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화벽돌 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버려지는 정수장 슬러지를 처리한 슬러지 처리물을 재활용하도록 하여, 환경오염을 방지하고, 자원활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 내산성, 내열성, 내약품성 및 강도가 우수하고 무게가 가벼운 내화벽돌을 제조할 수 있는 내화벽돌 제조방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 납석과 백토를 혼합한 조성물을 분쇄하는 1차 분쇄공정과, 상기 1차 분쇄공정에서 생성된 혼합물에 슬러지 처리물을 첨가하여 분쇄하는 2차 분쇄공정과, 2차 분쇄공정에서 생성된 혼합물을 내화벽돌의 형태로 제조하는 성형공정과, 상기 성형공정에서 제조된 내화벽돌을 건조하는 건조공정과, 상기 건조공정에서 건조된 내화벽돌을 가마에서 소성가공하는 소성공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

내화벽돌 제조방법{manuracturing method of fire brick}

본 발명은 내화벽돌 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버려지는 정수장 슬러지를 처리한 슬러지 처리물을 재활용하도록 하여, 환경오염을 방지하고, 자원활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 내산성, 내열성, 내약품성 및 강도가 우수하고 무게가 가벼운 내화벽돌을 제조할 수 있는 내화벽돌 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 내화벽돌은 내화도가 높고 강도나 열충격저항이 크며, 화학적 침식에 강해야 하는 등의 구비조건이 필요한데, 이와 같은 조건은 사용하는 원료와 제조공정에 따라 크게 좌우되는 바, 상기 내화벽돌은 주원료와 제조공정에 따라 종류별로 구별하게 되는 것이다.

즉, 주원료의 종류에 따른 것에는 규석벽돌, 점토질벽돌, 고알루미나벽돌, 크롬-마그네시아 벽돌 등이 있고, 제조공정에 따라 원료를 분쇄, 혼련, 성형, 건조, 소성을 거쳐 만든 소성벽돌과, 열적으로 안정한 원료에 화학적 결합제를 가하여 고압으로 성형한 다음 소성을 하지 않은 불소성벽돌, 그리고 원료를 전기로에서 용융시켜 성형틀에 주입하여 만든 전주벽돌 등이 있다.

그리고, 우리나라의 산업다각화에 따라 발생되는 폐기물 중 가장 많은 부분은 산화폐기물이기 때문에 이를 소각하는 과정에서 사용되는 소각로의 구성물인 내화벽돌은 900℃ ~ 1000℃까지의 고온에서 잘 견디나 산화물이 소각될 때 나오는 유해가스에 잘 부식되어 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2004-0032158호에 게재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 질좋은 황토와 점토를 준비하는 원료구입단계;와 구입된 황토와 점토를 골고루 혼합하는 제 1 혼합단계;와 혼합된 황토와 점토를 이송시킴과 더불어 이송된 황토와 점토의 돌을 골라내는 이송 및 석발단계;와 미리가공된 게르마늄 분말을 상기 황토와 점토에 혼합할 수 있도록 하는 게르마늄 투입단계;와 석발된 황토와 점토에 상기 게르마늄 분말을 통과시켜 분쇄하는 분쇄단계;와 황토 50%와 점토 30% 및 게르마늄 분말 20%가 되도록 서로 혼합하는 제 2 혼합단계;와 반죽된 원료에 압축을 가하여 원료내의 공기를 제거함과 더불어 요구되는 형태의 벽돌을 토출하는 진공 토련단계;와 토출된 벽돌 모양의 반죽을 일정 규격으로 절단하는 절단단계; 및 절단된 벽돌을 1,300℃의 고온으로 소성시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국공개특허 제10-2004-0032158호에 게재된 기술은 내화벽돌에 게르마늄을 함유함으로써, 내산성을 높이는 효과는 있으나, 게르마늄의 비용이 비싸 전체적인 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 내화벽돌을 제조시에 점토 등을 사용할 경우, 샤모트(점토를 소성한 후 가루로 분쇄한 것)를 사용하여야 소성 시에 변형이나 균열이 발생하지 않게 되며, 이렇게 샤모트를 사용할 경우 제조공정이 복잡해 지고, 그에 따른 제조비용이 증가되는 문제점이 있는데, 한국공개특허 제10-2004-0032158호에 게재된 기술은 샤모트를 사용하지 않지만, 소성 시에 변형이 발생하거나 균열이 발생하는 것을 예방하기 위하여 진공토련 과정을 통하여 공기를 제거하는 과정을 거치기 때문에 그 공정이 복잡해 지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 납석과 백토를 혼합하는 1차 혼합공정, 1차 혼합된 조성물을 분쇄하는 1차 습식분쇄 공정, 1차 습식분쇄한 조성물에 슬러지 처리물을 첨가하는 2차 혼합공정, 2차 혼합된 조성물을 다시 분쇄하는 2차 습식분쇄 공정, 2차 습식 분쇄 공정에서 생성된 조성물을 사용하여 내화벽돌의 형태를 성형하는 성형공정, 성형공정에서 성형된 내화벽돌을 건조하는 건조 공정, 건조된 내화벽돌을 소성하는 소성공정으로 이루어지며, 상기 조성물에 정수장 슬러지를 처리한 슬러지 처리물을 포함함으로써, 버려지는 재료를 재활용하도록 하여 환경오염을 방지하고 자원활용도를 높일 뿐만 아니라, 슬러지 처리물에 포함되는 알루미나와 이산화규소에 의해 내화벽돌의 내산성, 내약품성, 내열성이 좋아지며, 또한 미세 기공에 의해 무게가 가벼워지고, 강도도 좋은 내화벽돌을 제조할 수 있는 내화벽돌 제조방법을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 기존에는 점토를 사용할 경우 점토를 소성한 후 가루로 분쇄한 샤모트를 사용하여야 소성가공시에 변형 또는 균열이 발생하지 않는데, 내화벽돌을 제조하기 위한 조성물에 납석을 포함함으로써, 샤모트를 사용하지 않아도 소성 가공시에 변형 또는 균열이 발생하지 않으므로, 샤모트를 사용하기 위한 공정을 생략하여도 되므로 제조가 용이하며, 그에 따라 제조 비용이 절감될 수 있는 내화벽돌 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

납석과 백토를 혼합한 조성물을 분쇄하는 1차 분쇄공정과, 상기 1차 분쇄공정에서 생성된 혼합물에 슬러지 처리물을 첨가하여 분쇄하는 2차 분쇄공정과, 2차 분쇄공정에서 생성된 혼합물을 내화벽돌의 형태로 제조하는 성형공정과, 상기 성형공정에서 제조된 내화벽돌을 건조하는 건조공정과, 상기 건조공정에서 건조된 내화벽돌을 가마에서 소성가공하는 소성공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 1차 분쇄공정에서는 납석 15 ~ 25 중량부, 백토 5 ~ 15 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 2차 분쇄공정에서는 1차 분쇄공정에서 생성된 혼합물에 슬러지 처리물 25 ~ 35 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬러지 처리물은 정수장 슬러지를 소성 처리한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 슬러지 처리물은 이산화규소, 알루미나, 무기물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 소성공정에서는 1000 ~ 1200℃에서 4시간 소성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건조공정에서는 성형된 내화벽돌의 함수율이 20%가 되도록 24시간 건조하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 1차 분쇄공정 및 2차 분쇄공정은 습식분쇄로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 납석과 백토를 혼합하는 1차 혼합공정, 1차 혼합된 조성물을 분쇄하는 1차 습식분쇄 공정, 1차 습식분쇄한 조성물에 슬러지 처리물을 첨가하는 2차 혼합공정, 2차 혼합된 조성물을 다시 분쇄하는 2차 습식분쇄 공정, 2차 습식 분쇄 공정에서 생성된 조성물을 사용하여 내화벽돌의 형태를 성형하는 성형공정, 성형공정에서 성형된 내화벽돌을 건조하는 건조 공정, 건조된 내화벽돌을 소성하는 소성공정으로 이루어지며, 상기 조성물에 정수장 슬러지를 처리한 슬러지 처리물을 포함함으로써, 버려지는 재료를 재활용하도록 하여 환경오염을 방지하고 자원활용도를 높일 뿐만 아니라, 슬러지 처리물에 포함되는 알루미나와 이산화규소에 의해 내화벽돌의 내산성, 내약품성, 내열성이 좋아지며, 또한 미세 기공에 의해 무게가 가벼워지고, 강도도 좋은 내화벽돌을 제조할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 기존에는 점토를 사용할 경우 점토를 소성한 후 가루로 분쇄한 샤모트를 사용하여야 소성가공시에 변형 또는 균열이 발생하지 않는데, 내화벽돌을 제조하기 위한 조성물에 납석을 포함함으로써, 샤모트를 사용하지 않아도 소성 가공시에 변형 또는 균열이 발생하지 않으므로, 샤모트를 사용하기 위한 공정을 생략하여도 되므로 제조가 용이하며, 그에 따라 제조 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 내화벽돌 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내화벽돌 제조방법의 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 내화벽돌 제조방법의 공정도이다.

본 발명은 내화벽돌 제조방법에 관한 것으로 도 2에 도시된 바와 같이 그 구성은 내화벽돌을 제조하기 위한 조성물을 혼합하여 분쇄하는 1차 분쇄공정(100)과, 상기 1차 분쇄공정(100) 후, 새로운 조성물을 더 첨가하여 다시 분쇄하는 2차 분쇄공정(200)과, 상기 2차 분쇄공정(200)에서 형성된 조성물을 사용하여 내화벽돌의 형태를 성형하는 성형공정(300)과 상기 성형공정(300)에서 제조된 내화벽돌을 건조하는 건조공정(400)과 상기 건조공정(400)에서 건조된 내화벽돌을 가마에서 소성가공하는 소성공정(500)으로 이루어진다.

여기서, 상기 1차 분쇄공정(100)에서는 내화벽돌을 제조하기 위한 조성물로 납석 15 ~ 25 중량부와 백토 5 ~ 15 중량부를 혼합한 후, 분쇄하게 되는데, 분쇄하는 방법은 습식분쇄를 사용하게 되며, 혼합물의 양에 따라 차이가 있으나 약 24시간 정도 분쇄하게 된다.

이때, 습식분쇄란 건식분쇄에 대응하는 것으로, 미분쇄를 목적으로 재료를 수중(필요에 따라 다양한 액체를 사용함)에 분산시켜 분쇄하게 되는데, 분쇄시의 고체농도는 보통 50 ~ 70% 로 하여 분쇄하게 된다.

이렇게 습식분쇄를 사용할 경우 분쇄된 미세한 가루가 분쇄기에서 제거되기 때문에 미세분말에 의한 완충작용이 없고, 또한 미세분말의 응집화 현상도 없기 때문에 분쇄기 단위용적당 분쇄능력이 크며, 재료의 혼합과 분산을 용이하게 할 수 있으며, 분쇄제품을 펌프를 사용하여 이송할 수 있기 때문에 외부로 분진이 노출되지 않아 쾌적한 환경에서 작업을 진행할 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 내화벽돌을 제조할 때, 점토(백토, 황토 등)를 사용할 경우에는 점토를 소성가공한 후, 가루로 분쇄하여 제조한 샤모트를 사용하게 되는데, 샤모트를 사용하지 않게 되면 점토가 기본적으로 함유하고 있는 수분에 의해 소성공정(500)에서 변형이 발생하거나 심할 경우 크랙이 발생하는 문제점이 있어, 샤모트를 사용하게 되며, 이럴 경우 샤모트로 제조하기 위한 공정이 더 추가되므로 제조 공정이 복잡하여 제조비용이 증가하게 된다.

그런데, 본 발명에서는 백토를 사용하면서 납석을 같이 사용하게 되는데, 납석은 결정수가 적기 때문에 소성수축이 적어 점토와 혼합할 경우, 샤모트를 제조하는 공정을 거치지 않아도 되어 제조공정을 단순화함으로써, 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 내화벽돌을 제조하기 위한 혼합물에서 상기 납석을 15 중량부 보다 적게 사용하거나 백토를 15 중량부 보다 많이 사용할 경우, 점토의 비율이 높아지게 되어 소성가공(500) 공정에서 소성 시에 제품에 변형이 발생하거나 심할 경우 균열이 발생할 우려가 있다.

또한, 납석을 25 주량부 보다 많이 사용하거나, 백토를 5 중량부 보다 적게 사용할 경우에는 조성물 간의 점성이 떨어져, 제품의 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.

그리고, 상기 2차 분쇄공정(200)에서는 1차 분쇄공정(100)에서 형성된 혼합물에 슬러지 처리물 25 ~ 35 중량부를 더 첨가한 후, 습식분쇄 방식으로 분쇄하게 되는데, 이 경우 전체 혼합되는 혼합물의 양에 따라 다소 차이가 있으나 평균적으로 3시간 정도 분쇄하게 된다.

여기서, 상기 슬러지 처리물은 정수장에서 발생되는 슬러지를 처리한 것으로서, 정수장에서 발생되는 슬러지는 무기물 60%, 유기물 30%, 그리고, 기타 다수의 물질로 이루어지는데, 이러한 슬러지를 일정 이하의 함수율을 가지도록 건조한 후, 소성로에서 소성 처리하여 슬러지 처리물을 생성하게 된다.

이렇게 정수장에서 발생되는 슬러지를 처리하여 생성된 슬러지 처리물은 이산화규소 약 50%, 알루미나 약 40%, 그리고, 다수의 무기질로 이루어지게 되며, 그 특성은 미세기공을 다량 포함하여 무게가 가벼울 뿐만 아니라 가벼운 무게에 비하여 강도가 우수하다.

따라서, 상기 슬러지 처리물을 내화벽돌을 제조하기 위한 조성물에 첨가할 경우, 내화벽돌은 적절한 강도를 유지하면서도 무게가 가벼워지기 때문에 본 발명의 내화벽돌을 사용하여 시공할 때, 다루기가 용이하여 보다 안정적으로 시공할 수 있게 된다.

그리고, 상기 슬러지 처리물에는 이산화규소가 포함되어 있어 제조된 내화벽돌은 내산성이 우수하며, 또한 슬러지 처리물에는 알루미나가 포함되어 있어 내약품성이 우수하기 때문에 소각로에서 산화물을 소각할 때, 발생하는 유해가스에 의해 내화벽돌이 산화 부식되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 슬러지 처리물은 25 중량부 보다 적게 사용할 경우 전체적인 무게가 증가할 뿐만 아니라 내산성 및 내약품성이 저하되게 되며, 35 중량부 보다 많이 사용할 경우 슬러지 처리물에 형성되는 미세기공에 의해 전체적인 강도가 저하될 수 있다.

이렇게 납석, 백토, 슬러지 처리물을 조성물로 하여 내화벽돌을 제조할 경우, 내산성과 내약품성뿐만 아니라 내화벽돌의 기본 조건인 내화도가 SK33으로서, 내화재료에서 기본적으로 충족하여야하는 내화도는 SK26인데, 이러한 기준 내화도를 초과하는 우수한 내화도를 가지게 된다.

한편, 상기 슬러지 처리물은 종래에는 재활용되지 않고 매립되기 때문에, 환경오염을 가속시키는 주범이었는데, 본 발명에서는 이를 재활용함으로써 환경오염을 방지할 수 있게 된다.

즉, 전국에서 연간 발생되는 슬러지는 약 130만톤정도의 막대한 양이 발생되며, 이렇게 발생된 슬러지 1톤을 처리할 경우 발생되는 슬러지 처리물은 약 200㎏으로, 이러한 슬러지 처리물은 하루에 약26톤이 발생되고, 이렇게 발생된 슬러지 처리물은 지하에 매립되어 환경오염을 가속시키게 된다.

그런데, 본 발명에서는 이러한 매립되는 슬러지 처리물을 재활용하도록 함으로써, 가속화되는 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 품질이 좋은 내화벽돌을 제조할 수 있게 된다.

그리고, 상기 성형공정(300)에서는 2차 습식공정(200)에서 형성된 조성물을 사용하여 내화벽돌이 형상을 성형하게 되며, 상기 건조공정(400)에서는 상기 성형공정(300)에서 성형된 내화벽돌 성형물을 건조하게 되는데, 내화벽돌 성형물의 함수율이 20%가 되도록 24시간 건조하게 된다.

이때, 상기 내화벽돌 성형물의 함수율이 20%를 초과하게 되면 소성공정(500)에서 수분이 급격하게 감소게 되면서 내화벽돌에 변형이 발생하거나 심할 경우 균열이 발행할 수 있게 된다.

한편, 상기 소성공정(400)에서는 상기 건조공정(400)에서 건조된 내화벽돌성형물을 가마에서 소성하공하게 되는데, 소성시의 온도는 1000 ~ 1200 ℃를 유지하게 되고, 4시간 동안 소성하여 내화벽돌을 제조하게 된다.

여기서, 소성시의 온도가 1000 ℃ 보다 낮을 경우에는 제조된 내화벽돌의 내열성이 저하될 수 있으며, 1200℃보다 높은 온도로 소성할 경우에는 고온을 유지하기가 용이하지 않아 제조비용이 증가되게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 내화벽돌 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버려지는 정수장 슬러지를 처리한 슬러지 처리물을 재활용하도록 하여, 환경오염을 방지하고, 자원활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 내산성, 내열성, 내약품성 및 강도가 우수하고 무게가 가벼운 내화벽돌을 제조할 수 있는 내화벽돌 제조방법에 관한 것이다.

100 : 1차 분쇄공정 200 : 2차 분쇄공정
300 : 성형공정 400 : 건조공정
500 : 소성공정

Claims (8)

1. 납석 15 ~ 25 중량부와 백토 5 ~ 15 중량부를 혼합한 조성물을 분쇄하는 1차 분쇄공정과,
   상기 1차 분쇄공정에서 생성된 혼합물에 정수장 슬러지를 소성 처리한 슬러지 처리물 25 ~ 35 중량부를 첨가하여 분쇄하는 2차 분쇄공정과,
   2차 분쇄공정에서 생성된 혼합물을 내화벽돌의 형태로 제조하는 성형공정과,
   상기 성형공정에서 제조된 내화벽돌을 건조하는 건조공정과,
   상기 건조공정에서 건조된 내화벽돌을 가마에서 소성가공하는 소성공정으로 이루어지고,
   상기 슬러지 처리물은 이산화규소 50%와 알루미나 40%를 포함하는 무기물로 이루어지며,
   상기 소성공정에서는 1000 ~ 1200℃에서 4시간 소성하며,
   상기 건조공정에서는 성형된 내화벽돌의 함수율이 20%가 되도록 24시간 건조하며,
   상기 1차 분쇄공정 및 2차 분쇄공정은 습식분쇄로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화벽돌 제조방법.
   
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