KR102149166B1 - 코팅액, 및 코팅층을 갖는 내화물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

간소한 작업에 의해 준비할 수 있고, 우수한 성능을 갖는 내화물용의 코팅액, 코팅액을 제작하기 위한 조성물 및 우수한 단열 성능과 내풍속성을 갖는 코팅층을 갖는 내화물을 제공한다. 코팅액은, 100질량부의 수분과, 10 내지 20질량부의 무기 바인더와, 0.2 내지 2질량부의 팽윤성 점토 광물과, 10 내지 200질량부의 복사 산란재를 함유하고 있다. 복사 산란재는, Al₂O₃을 포함하는 섬유상 입자로 구성되어 있는 평균 섬유 길이가 100㎛ 이하의 세라믹스 파이버 및/또는, 알루미나 분말, 실리카 분말, 티타니아 분말, 크로미아 분말, 이트리아 분말, 지르코니아 분말, 산화란탄 분말, 세리아 분말, 탄화규소 분말, 탄화규소 알루미늄 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 포함하고 있다.

Description

코팅액, 및 코팅층을 갖는 내화물의 제조 방법

본 발명은, 내화물에 도포하기 위한 코팅액, 이 코팅액을 제작하기 위한 조성물 및 코팅액을 사용하여 제작된 코팅층을 갖는 내화물에 관한 것이다.

강재 등의 제조에 사용하는 균열로나 열처리로, 세라믹스 등의 제조에 사용하는 소성로 등의, 고온에서의 가열이 가능하게 구성된 가열로는, 외벽과, 외벽의 내측에 배치된 내벽을 갖고 있다. 내벽은 내화물로 구성되어 있다.

내벽을 구성하는 내화물은, 통상, 부착 금구(金具)를 통해 가열로의 외벽에 부착되어 있다. 이 종류의 내화물로서는, 실리카, 알루미나, 지르코니아 등을 포함하는 세라믹스 파이버로 구성된 블록이 다용되고 있다. 이 블록은, 우수한 단열 성능을 갖고 있기 때문에, 가열로의 내벽에 사용함으로써 노 내의 온도나 승온 속도의 제어를 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 상기 블록은, 부피 비중이 작은 세라믹스 파이버를 포함하고 있기 때문에 비교적 경량이다. 그러므로, 상기 블록은, 가열로의 외벽에 용이하게 부착할 수 있다.

그러나, 세라믹스 파이버로 구성된 블록은, 예를 들어 1000℃ 이상의 고온 환경 하에 장기간 두면 서서히 수축한다는 문제가 있다. 따라서, 가열로를 장기간에 걸쳐 사용하면, 서로 인접하는 블록 사이에 틈이 생겨, 단열 성능의 저하를 초래하였다.

또한, 세라믹스 파이버를 포함하는 블록 이외에도, JIS R2611에 규정되는 산성 산화물, 중성 산화물 및 염기성 산화물을 주성분으로 하는 내열 내화 벽돌, 샤모트질, 알루미나질 및 크롬질을 골재로서 포함하는 플라스틱 내화물, 칼시아 및 알루미나를 골재로서 포함하는 캐스터블 내화물, 및 내화 모르타르 등의 내화물이 가열로의 내벽으로서 사용되는 경우가 있다. 그러나, 이들 내화물도, 상기와 마찬가지로 고온 환경 하에 장기간 두면 서서히 수축한다는 문제가 있다. 또한, 금속을 가열하는 가열로 내의 내화물에, 금속이나 금속 정련 시에 발생하는 부생성물이 접촉한 경우, 내화물이 부식되는 경우가 있다는 문제도 존재하고 있었다. 특히 알칼리 물질을 포함하는 산화 제1 철(스케일)이 접촉한 경우에는, 현저하였다.

그래서, 온도 상승에 의한 내화물의 수축을 억제하기 위해, 내화물의 표면에 코팅층을 형성하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 세라믹 분말, 점토 광물 및 콜로이드상 산화물 용액을 함유하고, 틱소트로픽성을 갖는 비침강성 내화 모르타르가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 무기 섬유, 무기 입자, 무기 바인더 및 유기 바인더를 포함하는 코트재가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2009-137809호 특허문헌 2: 일본 특허 제4297204호

특허문헌 1의 내화 모르타르는, 높은 점도를 갖고 있기 때문에, 예를 들어 내화물의 줄눈 등의, 깊은 요철이나 복잡한 구조를 갖는 부분으로의 도포가 어렵다. 그러므로, 내화 모르타르를 도포할 때의 작업성이 낮다는 문제가 있다. 또한, 내화 모르타르는, 도포 두께를 얇게 하는 것이 어렵기 때문에, 내화 모르타르를 도포한 내화물이 자중(自重)에 의해 가열로의 외벽으로부터 박리되기 쉽다는 문제가 있다.

내화물에 도포하는 코팅액의 도포성을 향상시키고, 또한, 도포 두께를 얇게하기 위해서는, 점도가 낮은 코팅액을 사용하는 것이 유효하다. 그러나, 점도가 낮은 코팅액은, 통상, 특허문헌 2의 코트재와 같이 유기 바인더나 유기 용매 등의 유기물을 다량으로 포함하고 있다. 따라서, 코팅액을 가열하여 건조할 때에 유기 바인더 등이 가스화하여, 수득되는 코팅층에 크랙 등을 발생시킬 우려가 있다. 이러한 크랙은, 단열 성능 등이 저하되는 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 유기 바인더나 유기 용매를 포함하는 코팅액은, 장기간 보존했을 때에 부패할 우려가 있다.

이상과 같이, 도포성, 도포 두께, 성능 및 보존성의 관점에서, 내화물용의 코팅액은 저점도이고, 유기 바인더 등을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그런데, 유기 바인더나 유기 용매를 사용하지 않고 제작한 저점도의 코팅액은, 장기간에 걸쳐 고형분을 용매 중에 분산시키는 것이 어렵고, 용매에 고형분을 분산시킨 후, 비교적 조기에 고형분이 침전한다는 문제가 있다. 따라서, 이러한 코팅액은, 사용할 때마다 용매와 고형분을 혼합하거나, 또는, 내화물에 도포하기 직전에 충분히 교반하여 고형분을 용매 중에 다시 분산시키는 등의 작업을 수행할 필요가 있어, 도포 전의 준비 작업이 번잡하게 되어 있었다.

본 발명은, 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 간소한 작업에 의해 준비할 수 있고, 내화물용에 도포함으로써 우수한 성능을 발휘하는 코팅액, 이 코팅액을 제조하기 위한 조성물 및 코팅층을 갖는 내화물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 형태는, 내화물에 도포하기 위한 코팅액으로서,

100질량부의 수분과,

10질량부 이상의 무기 바인더와,

0.2 내지 2질량부의 팽윤성 점토 광물과,

10 내지 200질량부의 복사 산란재를 함유하고,

당해 복사 산란재는,

Al₂O₃를 포함하는 섬유상 입자로 구성되어 있는 평균 섬유 길이 100㎛ 이하의 세라믹스 파이버 및/또는,

알루미나 분말, 실리카 분말, 티타니아 분말, 크로미아 분말, 이트리아 분말, 지르코니아 분말, 산화란탄 분말, 세리아 분말, 탄화규소 분말, 탄화규소 알루미늄 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 포함하고 있는, 코팅액이다.

본 발명의 다른 형태는, 내화물에 도포하기 위한 코팅액의 조성물로서,

10질량부 이상의 무기 바인더와,

0.2 내지 2질량부의 팽윤성 점토 광물과,

10 내지 200질량부의 복사 산란재를 함유하고,

당해 복사 산란재는,

Al₂O₃를 포함하는 섬유상 입자에 의해 구성되어 있는 평균 섬유 길이 100㎛ 이하의 세라믹스 파이버 및/또는,

알루미나 분말, 실리카 분말, 티타니아 분말, 크로미아 분말, 이트리아 분말, 지르코니아 분말, 산화란탄 분말, 세리아 분말, 탄화규소 분말, 탄화규소 알루미늄 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 포함하고 있는, 코팅액용 조성물이다.

본 발명의 또 다른 형태는, 내화물로 구성된 기체와,

당해 기체 위에 형성된 코팅층을 갖고 있고,

당해 코팅층은,

10질량부 이상의 무기 바인더와,

0.2 내지 2질량부의 팽윤성 점토 광물과,

10 내지 200질량부의 복사 산란재를 함유하고,

당해 복사 산란재는,

Al₂O₃를 포함하는 섬유상 입자로 구성되어 있는 평균 섬유 길이 100㎛ 이하의 세라믹스 파이버 및/또는,

알루미나 분말, 실리카 분말, 티타니아 분말, 크로미아 분말, 이트리아 분말, 지르코니아 분말, 산화란탄 분말, 세리아 분말, 탄화규소 분말, 탄화규소 알루미늄 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 포함하고 있는, 코팅층을 갖는 내화물이다.

상기 코팅액은, 100질량부의 수분에 대해, 상기 특정 비율의 상기 무기 바인더, 상기 팽윤성 점토 광물(이하, 「점토 광물」이라고 함.) 및 상기 복사 산란재를 함유하고 있다. 그리고, 상기 복사 산란재는, 상술한 바와 같이 입자 직경 분포가 제어된 세라믹스 파이버 및/또는 세라믹스 분말로 구성되어 있다.

상기 코팅액의 용매 및 바인더는 무기물로 구성되어 있다. 그러므로, 상기 코팅액은, 우수한 보존성을 갖는 동시에, 건조 후의 코팅층에서의 크랙의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 코팅액은, 상기 특정의 조성을 가짐으로써, 우수한 성능을 갖는 상기 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 코팅액은, 저점도이므로, 우수한 도포성을 갖는 동시에, 도포 두께를 얇게 할 수 있다.

또한, 상기 코팅액은, 장기간에 걸쳐 안정적으로 고형분을 용매 중에 분산시킬 수 있다. 그러므로, 상기 코팅액은, 미리 물과 고형분을 혼합해 놓을 수 있고, 게다가 내화물로의 도포 전의 교반 작업을 단축할 수 있고, 경우에 따라서는 교반 작업을 수행할 필요가 없어진다. 그 결과, 도포 전의 준비 작업을 대폭으로 간소화할 수 있다.

이상과 같이, 상기 코팅액은, 간소한 작업에 의해 준비할 수 있고, 도포성이 우수하며, 도포 두께를 얇게 할 수 있다.

또한, 상기 내화물은, 상기 특정 비율의 상기 무기 바인더, 상기 점토 광물 및 상기 복사 산란재를 포함하는 상기 코팅층을 갖기 때문에, 우수한 단열 성능및 내풍속성 또는 내화물 내식성 향상 효과 등을 갖는다. 상기 코팅층을 갖는 내화물은, 예를 들어 1000℃ 이상이 되는 고온 환경에 있어서, 장기간에 걸쳐 우수한 성능을 유지할 수 있다.

또한, 상기 코팅액용 조성물은, 상기 무기 바인더, 상기 점토 광물 및 상기 복사 산란재를 상기 특정 비율로 함유하고 있다. 그러므로, 상기 조성물에 물을 첨가함으로써, 상기 코팅액을 용이하게 제작할 수 있다.

상기 코팅액의 조성에 대해, 이하에 설명한다.

·무기 바인더: 10질량부 이상

상기 코팅액은, 100질량부의 수분에 대해 10질량부 이상의 무기 바인더를 함유하고 있다. 무기 바인더는, 건조 후의 코팅층을 내화물로 이루어지는 기체에 강고하게 접착시키는 작용을 갖는다. 코팅액은, 무기 바인더의 함유량을 상기 특정의 범위로 함으로써, 건조 후의 코팅층에 크랙 등이 발생하거나, 또는 코팅층이 기체로부터 박리하는 등의 문제를 억제할 수 있다.

무기 바인더로서는, 물에 분산시켜 콜로이드 실리카 등의 무기 콜로이드 용액을 형성할 수 있는 미립자를 사용할 수 있다. 즉, 상기 코팅액은, 예를 들어, 콜로이드 입자의 함유량이 상기 특정의 범위가 되도록, 상기 코팅액에 콜로이드 실리카 등을 배합하는 방법 등에 의해 제작할 수 있다. 통상, 무기 콜로이드 용액에 포함되는 콜로이드 입자의 중간 직경은 100nm 이하이다. 무기 콜로이드 용액으로서는, 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나 및 콜로이드 지르코니아 등을 사용할 수 있다.

무기 바인더의 함유량이 10질량부 미만인 경우에는, 코팅층과 기체와의 접착성이 저하되고, 코팅층에 크랙이나 박리가 발생할 우려가 있다. 그 결과, 내화물의 성능이 저하될 우려가 있다.

코팅층과 기체와의 접착성을 향상시키기 위해서는, 무기 바인더의 함유량이 많은 편이 바람직하다. 그러나, 무기 바인더의 함유량이 과도하게 많아지면, 비용에 걸맞는 효과를 얻는 것이 어려워지고, 코팅층의 융점이 저하되는 등의 문제를 초래할 우려가 있다.

또한, 무기 바인더는 높은 반응성을 갖기 때문에, 무기 바인더의 함유량이 과도하게 많아지면, 고온 환경 하에서 기체나 복사 산란재 등과 반응하여 코팅층이 변질되고, 게다가 성능이 저하될 우려가 있다. 기체나 복사 산란재 등과의 반응은, 콜로이드 실리카에 유래하는 미립자, 콜로이드 알루미나에 유래하는 미립자 및 콜로이드 지르코니아에 유래하는 미립자 중 어느 것을 사용한 경우에도 일어날 수 있지만, 특히 콜로이드 실리카에 유래하는 미립자를 무기 바인더로서 사용한 경우에 일어나기 쉽다. 이러한 문제를 회피하기 위해, 무기 바인더의 함유량은, 20질량부 이하로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 코팅층과 기체와의 접착성을 향상시키는 동시에 고온 하에서의 코팅층의 성능 저하를 억제하는 관점에서, 무기 바인더의 함유량을 10 내지 20질량부로 하는 것이 보다 바람직하다.

·팽윤성 점토 광물: 0.2 내지 2질량부

상기 코팅액은, 100질량부의 수분에 대해, 0.2 내지 2질량부의 상기 점토 광물을 함유하고 있다. 점토 광물은, 고형분의 수중으로의 분산성을 향상시키는 작용을 갖는다. 상기 코팅액은, 점토 광물의 함유량을 상기 특정의 범위로 함으로써, 점토 광물, 무기 바인더 및 복사 산란재를 장기간에 걸쳐 안정적으로 수중에 분산시킬 수 있다. 그 결과, 도포 전의 준비 작업을 대폭으로 간소화할 수 있다.

상기 점토 광물로서는, 예를 들어, 카올리나이트, 할로이사이트, 스멕타이트, 운모, 버미큘라이트, 녹니석, 이모고라이트, 알로팬, 세피올라이트, 발리길스카이트 및 기브사이트 등의, 팽윤성을 갖는 점토 광물을 사용할 수 있다.

점토 광물의 함유량이 0.2질량부 미만인 경우에는, 고형분을 수중에 분산시키는 것이 어려워지고, 고형분을 물에 분산시킨 후, 비교적 조기에 고형분이 침강할 우려가 있다. 한편, 점토 광물의 함유량이 2질량부를 초과하면, 코팅액의 점도 증대에 의해 도포성이 저하하거나, 코팅층의 내열성이 저하되는 등의 문제를 초래할 우려가 있다.

·복사 산란재: 10 내지 200질량부

코팅액은, 100질량부의 수분에 대해 10 내지 200질량부의 복사 산란재를 함유하고 있다. 복사 산란재는, 노 내에서 복사된 적외선 등의 전자파를 반사시키고, 또는 산란시키는 작용을 갖는다.

노 내의 온도가 1000℃ 이상의 고온이 되는 가열로에서는, 대류나 전도에 의한 열 이동에 비해, 복사에 의한 노 내에서 노 외로의 열 이동이 지배적이 된다. 이에 대해, 상기 코팅액을 건조하여 이루어지는 코팅층은, 복사 산란재를 포함하고 있기 때문에, 노 내에서 복사된 적외선 등의 전자파를 효과적으로 반사 또는 산란할 수 있다. 그리고, 상기 내화물은, 상기 코팅층에 의해 노 내에서 복사된 전자파를 표면에서 반사 또는 산란할 수 있기 때문에, 노 외로의 열 이동을 효과적으로 저감할 수 있다. 그 결과, 상기 내화물은 우수한 단열 성능 등을 갖는다.

또한, 상기 내화물은, 상기 코팅층의 존재에 의해 기체까지 도달하는 상기 전자파를 저감할 수 있기 때문에, 기체의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 내화물은, 가열에 의한 기체의 수축을 억제할 수 있고, 게다가 내화물 전체의 수축을 억제할 수 있다.

복사 산란재의 함유량이 10질량부 미만인 경우에는, 전자파를 반사 또는 산란시키는 작용이 불충분해지기 때문에, 단열 성능을 향상시키는 것이 어렵다. 한편, 복사 산란재의 함유량이 200질량부를 초과하는 경우에는, 코팅액의 점도가 높아져서, 도포성이 악화될 우려가 있다. 따라서, 단열 성능과 도포성을 양립시키기 위해, 복사 산란재의 함유량을 10 내지 200질량부로 한다. 동일한 관점에서, 복사 산란재의 함유량을 10 내지 120질량부로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 80질량부로 하는 것이 보다 바람직하다.

복사 산란재로서는, 세라믹스 파이버 및/또는 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 사용할 수 있다. 또한, 세라믹스 분말의 중간 직경은, 레이저 회절 산란법에 의해 측정한 입자 직경 분포에 기초하여 산출할 수 있다.

세라믹스 파이버는, Al₂O₃를 포함하는 섬유상 입자로 구성되어 있다. 세라믹스 파이버는, 통상, Al₂O₃ 및 SiO₂로 구성되어 있지만, 이것들 이외의 성분을 포함하고 있어도 좋다.

세라믹스 파이버는, Al₂O₃의 함유량이 많을수록 복사된 전자파를 효과적으로 반사 또는 산란할 수 있다. 그러므로, Al₂O₃의 함유량이 많은 세라믹스 파이버는, 최종적으로 수득되는 내화물의 성능을 향상시킬 수 있다. 단열성 등의 성능을 향상시키는 관점에서, 세라믹스 파이버 중의 Al₂O₃의 함유량은 50질량% 이상인 것이 바람직하고, 60질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 65질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 70질량% 이상인 것이 특히 바람직하다.

세라믹스 파이버를 구성하는 개개의 섬유상 입자는, 통상, 직경의 1배 이상의 길이를 갖고 있다. 섬유상 입자의 평균 직경은, 60㎛ 이하로 할 수 있다. 이 경우에는, 세라믹스 파이버의 분산성을 향상시키는 동시에 코팅액의 도포 두께를 얇게 할 수 있다. 공업적인 입수성의 관점에서는, 섬유상 입자의 평균 직경은 12㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 세라믹스 파이버의 평균 섬유 길이는 100㎛ 이하이다. 평균 섬유 길이가 100㎛를 초과하는 경우에는, 과도하게 긴 섬유상 입자의 함유량이 많아지기 때문에, 세라믹스 파이버가 보관 중에 침강하기 쉬워진다. 또한, 과도하게 긴 섬유상 입자의 함유량이 많아지면, 코팅액의 도포 두께를 얇게 하는 것이 어려워지고, 게다가 건조 후의 코팅층의 두께를 얇게 하는 것이 어려워진다.

그러므로, 세라믹스 파이버의 분산성을 향상시키는 동시에 코팅액의 도포 두께를 얇게 하기 위해, 세라믹스 파이버의 평균 섬유 길이를 100㎛ 이하로 한다. 동일한 관점에서, 세라믹스 파이버의 평균 섬유 길이를 60㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 40㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

세라믹스 분말로서는, 구체적으로는, 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂), 티타니아(TiO₂), 크로미아(Cr₂O₃), 이트리아(Y₂O₃), 지르코니아(ZrO₂), 산화란탄(La₂O₃), 세리아(CeO₂), 탄화규소(SiC), 탄화규소 알루미늄(Al₄SiC₄), 질화규소(Si₃N₄) 및 질화붕소(BN)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 분말을 사용할 수 있다. 이들 세라믹스 분말은, 단독으로 사용해도 좋고, 세라믹스 파이버와 병용해도 좋다.

상기 세라믹스 분말은, 중간 직경이 60㎛ 이하가 되는 입자 직경 분포를 갖고 있다. 세라믹스 분말의 중간 직경을 60㎛ 이하로 함으로써, 입자 직경이 큰 입자의 함유량을 저감할 수 있다. 그 결과, 수중으로의 세라믹스 분말의 분산성을 향상시키는 동시에, 코팅액의 도포 두께를 용이하게 얇게 할 수 있다. 동일한 관점에서, 세라믹스 분말의 중간 직경을 40㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 20㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 10㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 코팅액의 점도 증대를 회피하는 관점에서는, 세라믹스 분말의 중간 직경을 1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

코팅액이 세라믹스 파이버 또는 알루미나 분말 중 어느 한쪽만을 복사 산란재로서 포함하고 있는 경우에는, 코팅액의 전체 고형분에 대한 Al₂O₃의 함유량이 50질량% 이상인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 코팅액은, 복사된 전자파를 보다 효과적으로 반사 또는 산란할 수 있는 코팅층을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 코팅액을 사용함으로써, 상기 내화물의 단열 성능 등을 보다 향상시킬 수 있다.

코팅액이 2종 이상의 복사 산란재를 포함하고 있는 경우에는, 복사 산란재로서, 적어도 세라믹스 파이버를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 코팅액은 세라믹스 파이버를 포함하는 2종 이상의 복사 산란재를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

상기 세라믹스 분말은, 모두 복사 산란재로서 우수한 성능을 갖는다. 그러나, 2종 이상의 세라믹스 분말을 병용하는 경우에는, 코팅액의 점도가 증대하기 쉬워져서, 도포성이 악화되거나, 또는 도포 두께가 두꺼워지는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 한편, 세라믹스 파이버는, 상기 세라믹스 분말과 병용한 경우에 코팅액의 점도를 증대시키기 어렵다. 그러므로, 세라믹스 파이버를 포함하는 2종 이상의 복사 산란재를 포함하고 있는 코팅액은, 점도 증대를 억제하면서, 내화물의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

상기의 경우에서, 코팅액은 알루미나 분말의 함유량이 30질량부 이하인 것이보다 바람직하다. 알루미나 분말은, 세라믹스 파이버와 병용한 경우에, 탄화규소 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말에 비해 코팅액의 점도를 증대시키기 쉽다. 그러므로, 알루미나 분말의 함유량을 30질량부 이하로 규제함으로써, 코팅액의 점도 증대를 억제할 수 있다.

또한, 상기의 경우에 있어서, 코팅액은, 전체 고형분에 대한 Al₂O₃의 함유량이 50질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우에는, 코팅액은, 복사된 전자파를 보다 효과적으로 반사 또는 산란할 수 있는 코팅층을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 코팅액을 사용함으로써, 상기 내화물의 단열 성능 등을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 코팅액은, 20Pa·s 이하의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 스프레이에 의해 상기 코팅액을 상기 기체에 도포할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 코팅액에 기체를 침지하여 도포할 수도 있다. 이 결과, 코팅액의 도포 작업에서의 작업성을 보다 향상시킬 수 있다. 스프레이 도포나 침지에 의한 도포를 보다 용이하게 수행하는 관점에서, 코팅액은 5Pa·s 이하의 점도를 갖는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 코팅액은 상기 고형분이 수중에 분산된 상태를 하루 이상 유지 할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 미리 물과 고형분을 혼합해 둠으로써 내화물로의 도포 전의 교반 작업을 단축할 수 있고, 경우에 따라서는 교반 작업을 수행할 필요가 없어진다. 그 결과, 도포 전의 준비 작업을 대폭으로 간소화할 수 있다.

상기 코팅액은, 도포성 및 보존성을 해치지 않는 범위라면, 유기물을 함유하고 있어도 좋다. 상기 코팅액에 포함될 수 있는 유기물로서는, 예를 들어, 착색제, 방부제 및 증점제 등이 있다.

·착색제: 0.5질량부 이하

코팅액은, 100질량부의 물에 대해 0.5질량부 이하의 착색제를 함유하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 코팅액의 색조를, 기체와는 다른 색조로 조정할 수 있다. 이로써, 코팅액이 도포된 부분과 도포되어 있지 않은 부분과의 판별을 용이하게 수행할 수 있다. 그 결과, 코팅액의 도포 얼룩을 저감할 수 있다.

·방부제: 0.5질량부 이하

코팅액은, 100질량부의 물에 대해 0.5질량부 이하의 방부제를 함유하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 코팅액의 부패를 보다 장기에 걸쳐 방지할 수 있다.

·증점제: 0.5질량부 이하

코팅액은, 100질량부의 물에 대해 0.5질량부 이하의 증점제를 함유하고 있어도 좋다. 증점제는, 코팅액의 점도를 미조정하기 위해 사용된다.

착색제, 방부제 및 증점제의 함유량은, 0.5질량부 이하인 것이 바람직하다. 이러한 유기물의 함유량을 상기 특정의 범위로 제한함으로써, 코팅액의 건조 시에 발생하는 가스의 양을 충분히 저감할 수 있다. 그 결과, 건조 후의 코팅층에서의 크랙의 발생을 회피할 수 있다.

상기 내화물은, 예를 들어, 내화물로 구성된 기체에 상기 코팅액을 도포한 후, 코팅액을 건조하여 코팅층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 상기 코팅층의 형성에 상기 코팅액을 사용함으로써, 얻을 수 있는 코팅층의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 상기 코팅액은, 상술한 바와 같이 종래보다도 점도를 낮출 수 있기 때문에, 스프레이에 의해 기체에 도포할 수 있다. 또한, 상기 코팅액은, 종래와 마찬가지로, 솔이나 주걱 등을 사용하여 기체의 표면에 도포하는 것도 가능하다.

코팅액을 도포하는 기체는, 종래 공지의 내화물로 구성되어 있다. 구체적으로, 기체를 구성하는 내화물로서는, 세라믹스 파이버를 포함하는 블록 및 성형물을 채용할 수 있다. 기체를 구성하는 세라믹스 파이버로서는, 예를 들어, 리프랙터리 세라믹스 파이버, 알루미나 파이버 및 생체 용해성 파이버를 사용할 수 있다.

리프렉터리 세라믹스 파이버는, 예를 들어, Al₂O₃: 30 내지 60질량%, SiO₂: 40 내지 60질량%를 포함하고, 잔부가 ZrO₂ 및/또는 Cr₂O₃로 이루어진 화학 성분을 갖는 섬유상 입자로 구성되어 있다. 또한, 리프렉터리 세라믹스 파이버를 구성하는 섬유상 입자는, 비정질이다.

알루미나 파이버는, 예를 들어, Al₂O₃: 60질량% 이상을 포함하고, 잔부가 SiO₂로 이루어진 화학 성분을 갖는 섬유상 입자로 구성되어 있다. 또한, 알루미나 파이버를 구성하는 섬유상 입자는, 물라이트 결정 및 알루미나 결정의 양쪽을 포함하고 있다.

생체 용해성 파이버는, 예를 들어, SiO₂: 40 내지 60질량%를 포함하고, 잔부가 MgO 및/또는 CaO로 이루어진 화학 성분을 갖는 섬유상 입자로 구성되어 있다. 또한, 생체 용해성 파이버를 구성하는 섬유상 입자는 비정질이다.

또한, 내화물로서, JIS R2611에 규정되는 내열 내화 벽돌, 샤모트질, 알루미나질 및 크롬질을 골재로서 포함하는 플라스틱 내화물, 칼시아 및 알루미나를 골재로서 포함하는 캐스터블 내화물, 및 내화 모르타르 등을 사용하는 것도 가능하다.

상술한 내열 내화 벽돌, 플라스틱 내화물, 캐스터블 내화물 및 내화 모르타르는, 세라믹스 파이버를 포함하는 블록 등에 비해 표면이 평활하다. 그 때문에, 종래의 코팅액을 사용하여 코팅층을 형성한 경우에는, 기체와 코팅층과의 접착성이 낮고, 코팅층에 크랙 등이 발생하거나, 또는 코팅층이 박리하는 등의 문제를 억제하는 것이 곤란하였다.

이에 대해, 상기 코팅액은, 종래에 비해 기체 표면으로의 도포 두께를 얇게 할 수 있고, 결과적으로 코팅층의 두께를 얇게 할 수 있다. 그러므로, 내열 내화 벽돌 등으로 이루어지는 기체에 대한 코팅층의 접착력을 향상시켜, 코팅층의 박리나 크랙 등의 발생을 억제할 수 있다.

실시예

상기 코팅액의 실시예에 대해 이하에 설명한다. 또한, 본 예에 있어서는, 이하의 재료를 사용하여 코팅액을 제작하였다.

·무기 바인더 콜로이드 실리카에 유래하는 미립자

·팽윤성 점토 광물 스멕타이트

·세라믹스 파이버 A Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 10㎛

·세라믹스 파이버 B Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 20㎛

·세라믹스 파이버 C Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 40㎛

·세라믹스 파이버 D Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 60㎛

·세라믹스 파이버 E Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 80㎛

·세라믹스 파이버 F Al₂O₃ 함유량: 65질량%, SiO₂ 함유량: 35질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 100㎛

·세라믹스 파이버 G Al₂O₃ 함유량: 70질량%, SiO₂ 함유량: 30질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 20㎛

·세라믹스 파이버 H Al₂O₃ 함유량: 50질량%, SiO₂ 함유량: 50질량%, 섬유상 입자의 평균 직경: 6㎛, 평균 섬유 길이: 20㎛

·탄화규소 분말 A 중간 직경: 1㎛

·탄화규소 분말 B 중간 직경: 5㎛

·탄화규소 분말 C 중간 직경: 40㎛

·알루미나 분말 A 중간 직경: 1㎛

·알루미나 분말 B 중간 직경: 20㎛

·알루미나 분말 C 중간 직경: 40㎛

·실리카 분말 중간 직경: 40㎛

·크로미아 분말 중간 직경: 40㎛

·지르코니아 분말 중간 직경: 40㎛

또한, 세라믹스 파이버의 평균 섬유 길이는, 이하의 방법에 의해 산출하였다. 우선, 혼합 전의 세라믹스 파이버의 SEM(주사형 전자 현미경)상을 취득하였다. 이 SEM상에 비친 섬유상 입자 중, 양 단을 확인할 수 있는 섬유상 입자를 무작위로 100개 선택하였다. 그리고, 이들 섬유상 입자의 길이를 평균한 값을 평균 섬유 길이로 하였다.

또한, 섬유상 입자의 평균 직경은, 이하의 방법에 의해 산출하였다. 우선, 혼합 전의 세라믹스 파이버의 SEM(주사형 전자 현미경)상을 취득하였다. 이 SEM상에 비친 섬유상 입자 중, 단면을 확인할 수 있는 섬유상 입자를 무작위로 10개 선택하였다. 그리고, 이들 섬유상 입자의 단면의 직경을 평균한 값을 섬유상 입자의 평균 직경으로 하였다.

또한, 세라믹 분말의 중간 직경은, 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치(가부시키가이샤 호리바 세이사쿠쇼 제조, 「LA-500」)를 사용하여 측정하였다.

(실험예 1)

본 예는, 1종류의 세라믹스 파이버를 복사 산란재로서 포함하는 코팅액의 예이다. 본 예에 있어서는, 표 1에 나타내는 바와 같이 세라믹스 파이버의 종류 및 함유량을 변경하여 14종의 코팅액(시험제 1 내지 14)을 제작하였다. 그 후, 수득된 코팅액의 특성에 대해 평가를 수행하였다.

<시험제의 제작 방법>

우선, 물을 교반하면서 팽윤성 점토 광물을 수 회로 나누어 첨가하여, 팽윤성 점토 광물을 물에 분산시켰다. 이 용액을 교반하면서, 무기 바인더, 복사 산란재, 착색제, 방부제 및 증점제를 순차 첨가하고, 시험제 1 내지 14를 제작하였다. 또한, 무기 바인더는, 콜로이드 실리카 용액의 상태에서 상기 용액에 혼합하였다.

<시험제의 특성 평가>

·점도

점도계(리온 가부시키가이샤 제조 「비스코테스터 VT-04E」)를 사용하여 20℃에서의 각 시험제의 점도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「점도」란의 기호의 의미는 이하와 같다.

A+: 시험제의 점도는 1Pa·s 이하였다.

A: 시험제의 점도는 1Pa·s 초과 5Pa·s 이하였다.

B: 시험제의 점도는 5Pa·s 초과 20Pa·s 이하였다.

C: 시험제의 점도는 20Pa·s를 초과하였다.

D: 수분이 부족하여, 점도 측정이 불가능하였다.

<분산 안정성>

각 시험제를 심하게 교반하여 고형분을 분산시킨 후, 실온 환경 하에서 시험제를 정치하였다. 그리고, 고형분이 완전히 침강할 때까지의 시간을 계측하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「분산 안정성」의 란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다. 또한, 「고형분이 완전히 침강한 상태」란, 침강한 고형물과 상등 액체와의 경계가 명료하게 관찰된 상태를 말한다.

A+: 평가 기간 동안, 고형분은 침강하지 않았다.

A: 고형분은 수 일 정도로 침강하였다.

B: 고형분은 수십 분 정도로 침강하였다.

C: 고형분은 정치한 직후에 침강하였다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 평가가 불가능하였다.

<도포성>

테스트 피스로서, 세로 3㎜×가로 3㎜의 정사각 형상을 나타내는 구멍부를 다수 갖는 격자를 준비하였다. 이 테스트 피스에, 스프레이 및 주걱을 사용하여 각 시험제의 도포를 시도하여, 스프레이 도포의 가부를 평가하였다. 또한, 도포 후의 테스트 피스를 육안 관찰하여, 시험제에 의한 구멍부의 눈막힘의 유무를 평가하였다. 표 1에 평가 결과를 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「도포성」란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다.

A+: 시험제의 스프레이 도포를 수행할 수 있었다. 스프레이 도포 후의 테스트 피스에 구멍부의 눈막힘은 발생하지 않고, 모든 구멍부가 개구되어 있었다.

A: 시험제의 스프레이 도포를 수행할 수 있었다. 스프레이 도포 후의 테스트 피스에서의 구멍부의 일부에 시험제의 눈막힘이 발생하였다.

B: 시험제의 스프레이 도포를 수행할 수 없고, 주걱에 의한 도포를 수행하였다. 도포 후의 테스트 피스는, 거의 모든 구멍부에 시험제의 눈막힘이 발생하였다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 시험제의 도포가 불가능하였다.

<건조 후의 균열>

테스트 피스로서, 유리판, 알루미나판, 내화 벽돌 및 세라믹스 파이버 블록을 준비하였다. 유리판 및 알루미나판은, 매끄러운 표면을 갖고 있고, 세로 5㎝×가로 5㎝의 정사각 형상을 나타내고 있다. 내화 벽돌은 거친 표면을 갖고 있고, 1변이 5㎝의 정육면체 형상을 나타내고 있다. 세라믹스 파이버 블록은, 표면에 다수의 틈이 존재하고 있고, 1변이 5㎝의 정육면체 형상을 나타내고 있다.

상기 4종의 테스트 피스의 표면에, 가능한 한 얇고, 또한, 표면의 전면이 덮여지도록 하여 시험제를 도포하였다. 그 후, 테스트 피스를 110℃에서 12시간 가열하여 건조시켰다.

건조 후의 테스트 피스 표면을 육안에 의해 관찰하고, 코팅층의 균열 유무를 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「건조 후의 균열」란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다.

A+: 건조 후의 코팅층에 균열은 발생하지 않았다.

A: 건조 후의 코팅층의 일부에 균열이 발생했지만, 균열에 의한 단열 성능의 저하는 보이지 않았다.

B: 건조 후의 코팅층의 거의 전면에 균열이 발생하였다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 시험제의 도포가 불가능하였다.

<코팅층의 거칠기>

상기에 의해 수득된 테스트 피스 중, 알루미나판 위에 코팅층을 형성한 테스트 피스의 표면을 대각선 방향에서 육안에 의해 관찰하여, 코팅층 표면의 거칠기를 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「표면의 거칠기」란에 기재한 기호의 의미는, 이하와 같다.

A: 코팅층의 전면이 평활하였다.

B: 코팅층의 일부에 요철이 관찰되었다.

C: 코팅층의 전면에 요철이 관찰되었다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 시험제의 도포가 불가능하였다.

<코팅층의 두께>

상기에 의해 수득된 테스트 피스 중, 알루미나판 위에 형성한 코팅층의 두께를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「코팅층의 두께」란에 기재한 기호의 의미는, 이하와 같다. 또한, 코팅층의 두께는, 이하의 방법에 의해 측정하였다.

미리, 코팅층을 도포하기 전의 알루미나판에서 무작위로 선택한 5개소의 두께를 버니어 캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. 이에 의해 얻어진 5개소의 두께의 평균치를 알루미나판의 평균 두께로 하였다. 그 후, 상술한 방법에 의해 알루미나판 위에 코팅층을 형성하고, 테스트 피스를 제작하였다. 그리고, 상기 테스트 피스에 있어서, 육안에 의해 판단한 가장 두꺼운 부분 및 가장 얇은 부분의 두께를 버니어 캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. 또한, 상기 2개소를 제외한 부분에서 무작위로 3개소를 선택하고, 버니어 캘리퍼스를 사용하여 테스트 피스의 두께를 측정하였다. 이상에 의해 얻어진 5개소의 두께의 평균값을 테스트 피스의 평균 두께로 하였다. 그리고, 테스트 피스의 평균 두께에서 알루미나판의 평균 두께를 뺀 값을 코팅층의 두께로 하였다.

A+: 코팅층의 두께는 0.1㎜ 이하였다.

A: 코팅층의 두께는 0.1㎜ 초과 0.3㎜ 이하였다.

B: 코팅층의 두께는 0.3㎜ 초과 1㎜ 이하였다.

C: 코팅층의 두께는 1㎜ 초과 3㎜ 이하였다.

D: 코팅층의 두께는 3㎜를 초과하였다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 시험제의 도포가 불가능하였다.

<소성 후의 균열>

상기에 의해 코팅층을 형성한 4종의 테스트 피스 중, 알루미나판, 내화 벽돌 및 세라믹스 파이버 블록의 3종을 1500℃에서 3시간 가열하여 코팅층을 소성하였다.

소성 후의 테스트 피스 표면을 육안으로 관찰하고, 코팅층의 균열 유무를 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 「소성 후의 균열」란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다.

A+: 소성 후의 코팅층에 균열은 발생하지 않았다.

A: 소성 후의 코팅층의 일부에 균열이 발생했지만, 균열에 의한 단열 성능의 저하는 보이지 않았다.

B: 소성 후의 코팅층의 거의 전면에 균열이 발생하였다.

-: 시험제의 점도가 매우 높기 때문에 시험제의 도포가 불가능하였다.

<단열 성능의 평가>

내화물에 의해 이루어진 기체의 표면에, 가능한 한 얇고, 또한, 표면의 전면이 덮여지도록 하여 시험제를 도포하였다. 그 후, 기체를 110℃에서 12시간 가열하여 시험제를 건조시켜, 코팅층을 형성하였다. 이상에 의해 코팅층을 갖는 내화물을 작성하였다. 또한, 기체로서는, 최고 사용 온도가 1260℃인 세라믹스 파이버 블록 및 최고 사용 온도가 1300℃인 캐스터블 내화물의 2종을 사용하였다.

다음으로, 이하의 방법에 의해, 상기 내화물을 장시간 가열하는 고온 내구 시험을 수행하였다. 세라믹스 파이버 블록을 사용한 내화물에 있어서는, 내화물을 가열 장치에 장입한 후, 장치 내의 온도를 150℃/시간의 승온 속도로 1500℃까지 승온시키고, 이어서, 1500℃의 온도를 24시간 유지하였다. 24시간 유지한 후, 가열을 정지하여 내화물을 장치 내에서 자연 방랭시켜서, 고온 내구성 시험을 완료하였다. 또한, 캐스터블 내화물을 사용한 내화물에서는, 승온 속도를 100℃/시간으로 하고, 1500℃에서의 유지 시간을 3시간으로 한 것 이외에는, 상기와 동일하게 고온 내구 시험을 수행하였다.

다음으로, 고온 내구 시험을 수행한 후의 내화물의 치수를 측정하고, 미리 측정한 고온 내구 시험 전의 내화물의 치수에 대한 선 수축률을 산출하였다. 그 결과를 표 1 중의 「선 수축률」의 란에 나타낸다. 또한, 표 1에서의 부호 「-」는, 선 수축률의 측정을 수행하지 않는 것을 나타낸다. 또한, 코팅층을 갖는 내화물과의 비교를 위해, 코팅층을 형성하고 있지 않은 상태의 세라믹스 파이버 블록 및 캐스터블 내화물을 사용하여 고온 내구 시험을 수행하였다. 세라믹스 파이버 블록의 선 수축률은 5.4%이며, 캐스터블 내화물의 선 수축률은 4.8%였다.

(실험예 2)

본 예는, 무기 바인더 및 팽윤성 점토 광물의 함유량을 변경한 코팅액의 예이다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 예에서는, 무기 바인더 및 팽윤성 점토 광물의 함유량을 변경한 8종의 코팅액(시험제 15 내지 22)을 실험예 1과 동일한 방법에 의해 제작하였다. 그리고, 실험예 1과 동일한 방법에 의해, 각종 특성의 평가를 수행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

(실험예 3)

본 예는, 복사 산란재로서 세라믹스 분말만을 포함하는 코팅액의 예이다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 예에서는, 세라믹스 분말의 종류 및 함유량을 변경한 18종의 코팅액(시험제 23 내지 39, 41)을 실험예 1과 동일한 방법에 의해 제작하였다. 그리고, 실험예 1과 동일한 방법에 의해, 각종 특성의 평가를 수행하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

(실험예 4)

본 예는, 복사 산란재로서, 세라믹스 파이버와 세라믹스 분말의 양쪽을 포함하는 코팅액의 예이다. 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 예에서는, 세라믹스 분말의 종류 및 함유량을 변경한 26종의 코팅액(시험제 43 내지 68)을 실험예 1과 동일한 방법에 의해 제작하였다. 그리고, 실험예 1과 동일한 방법에 의해, 각종 특성 평가를 수행하였다. 그 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다.

이상의 실험예 1 내지 4에 의해 알 수 있는 바와 같이, 무기 바인더, 팽윤성 점토 광물 및 복사 산란재의 함유량이 상기 특정의 범위 내인 시험제는, 점도가 낮고, 우수한 분산 안정성을 갖고, 스프레이 도포를 수행할 수 있었다. 또한, 이러한 시험제는, 유리나 벽돌 등의 다양한 테스트 피스에 대해 우수한 접착성을 나타내는 코팅층을 형성할 수 있고, 건조 후 및 소성 후의 코팅층의 균열을 억제할 수 있었다.

또한, 팽윤성 점토 광물 및 복사 산란재의 함유량이 상기 특정의 범위 내인 시험제는, 코팅층을 갖지 않는 내화물이나, 복사 산란재를 함유하지 않는 시험제 4를 사용한 내화물에 비해, 고온 내구 시험 후의 선 수축률을 작게 할 수 있었다.

이상의 결과로부터, 무기 바인더, 팽윤성 점토 광물 및 복사 산란재의 함유량이 상기 특정의 범위 내인 시험제는, 간소한 작업에 의해 준비할 수 있는 동시에, 우수한 성능을 갖는 코팅층을 형성할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

(실험예 5)

본 예는, 내화물의 내풍속성을 평가한 예이다. 평가에 사용한 시험체는, 이하의 방법에 의해 제작하였다. 우선, 기체로서, 세로 10㎝, 가로 10㎝, 두께 1㎝의 평판상을 나타내는 세라믹스 파이버 블록을 준비하였다. 이 기체의 표면에, 가능한 한 얇고, 또한, 표면의 전면이 덮이도록 하여 시험제 2(표 1 참조)를 도포하였다. 그 후, 기체를 110℃에서 12시간 가열하여 시험제 2를 건조시켜, 코팅층을 형성하였다. 이상에 의해 내화물(시험체 A)을 제작하였다.

또한, 시험체 A와의 비교를 위해, 상기 기체만으로 이루어지는 시험체 B 및 표 6에 나타내는 시험체 C 내지 F를 준비하였다. 시험체 C 내지 F는, 코팅액의 성분을 표 6에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는, 시험체 A와 동일한 방법에 의해 제작한 내화물이다.

내풍속성의 평가는 이하의 방법에 의해 수행하였다. 우선, 상기의 방법에 의해 수득된 시험체 A 내지 F의 질량을 측정하였다. 다음으로, 시험체의 판면 중앙에, 컴프레서에서 공급된 압축 공기를 20초간 분출하였다. 압축 공기의 압력은 압력 9㎏/㎠로 하였다. 또한, 압축 공기의 취출구는, 시험체의 판면에서 두께 방향으로 3㎝ 떨어진 위치에 배치하였다. 취출구의 구경은 3㎜였다. 그 후, 압축 공기를 분출은 후의 시험체의 질량을 측정하였다.

이상에 의해 수득된 분출 전후의 시험체의 질량에 기초하여, 압축 공기를 분출하기 전의 시험체의 질량을 기준으로 한 질량 감소율을 산출하였다. 즉, 질량 감소율 R(%)은, 하기 식에 의해 산출되는 값이다.

　R=(Wi-Wf)/Wi×100

　또한, 상기 식에서, Wi는 압축 공기를 분출하기 전의 시험체의 질량(g)이고, Wf는 압축 공기를 분출한 후의 시험체의 질량(g)이다.

표 6에, 각 시험체의 질량 감소율을 나타냈다.

표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 무기 바인더, 팽윤성 점토 광물 및 복사 산란재의 함유량이 상기 특정의 범위 내인 시험제 2를 사용하여 제작한 내화물(시험체 A)은, 세라믹스 파이버 블록만으로 이루어진 시험체 B나, 무기 바인더 또는 점토 광물 중 적어도 한쪽을 갖지 않는 시험체 C, D 및 F에 비해 질량 감소율을 저감할 수 있었다.

시험체 E는, 시험체 A보다도 질량 감소율이 낮아졌다. 그러나, 시험체 D는, 복사 산란재(세라믹스 파이버 B)를 함유하고 있지 않기 때문에, 시험체 A보다도 단열 성능이 떨어져 있다고 추정된다.

(실험예 6)

본 예는, 앞서 나타낸 코팅액의 일부(시험제 1, 2, 14, 33, 34, 36, 54, 60, 61, 62, 23, 24, 38, 39, 41)를 사용하여, 내식성 향상 효과를 평가하는 실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

<내화물 시험체의 제작>

기체가 되는 내화물로서, 10㎝각의 세라믹스 파이버 블록을 2종류 준비하였다. 본 예에서 사용한 제1 세라믹스 파이버 블록은, 조성이 Al₂O₃와 SiO₂를 각각 50질량% 함유하는 것이며, 상한 사용 온도가 1260℃로서 시판되고 있는 것(가부시키가이샤 ITM사 제조)이다. 제2 세라믹스 파이버 블록은, 조성이 Al₂O₃ 함유량 70질량%, SiO₂ 함유량 30질량%이며, 상한 사용 온도가 1600℃로서 시판되고 있는 것(가부시키가이샤 ITM사 제조)이다.

이들 세라믹스 파이버 블록의 표면에, 가능한 한 얇고, 또한, 표면의 전면이 덮이도록 하여 코팅액(시험제)을 도포하였다. 그 후, 110℃에서 12시간 가열하여 코팅액을 건조시킴으로써, 기체인 세라믹스 파이버 블록의 표면에 0.3㎜ 이하의 두께의 코팅층을 갖는 내화물 시험체를 수득하였다. 또한, 제2 세라믹스 파이버 블록을 사용한 내화물 시험체는, 후술하는 표 7에 나타낸 바와 같이, 시험제 2 및 54만에 대하여 사용하였다.

<부식 시험>

내화물의 부식을 유발하는 물질로서, 스케일을 2종류 준비하였다. 스케일 1은, 질량비로, FeO 분말:카본 분말=10:0.5의 것이며, 스케일 2는, 질량비로, FeO 분말:탄산나트륨:카본 분말=9:1:0.45의 것이다. 부식성은, 스케일 2쪽이 스케일 1보다도 강하다.

이 스케일을, 상기의 내화물 시험체의 표면에, 직경 2 내지 3㎝의 원형 상태가 되도록 얇게 펼쳐 올려 놓는다. 비교를 위해, 코팅층을 갖고 있지 않은 상기 2종의 세라믹스 파이버 블록의 표면에 직접 스케일을 올려 놓은 시험체도 제작하였다. 스케일을 올려 놓은 내화물 시험체를 가열 장치에 삽입한 후, 장치 내의 온도를 150℃/시간의 승온 속도로 1400℃까지 승온시키고, 다음으로, 1500℃의 온도를 3시간 유지하였다. 그 후, 내화물 시험체를 가열 장치에서 꺼내, 육안 관찰 및 단면 관찰을 함으로써 침식의 상태를 평가하였다. 그 결과는, 표 7에 나타낸다. 또한, 표 7에서의 「내식성」란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다.

A: 육안 및 단면 관찰에서, 기체에 침식이 보이지 않았다.

B: 육안으로는 판단할 수 없지만, 단면 관찰에 의해 기체의 침식이 보였다.

C: 스케일이 있는 부분의 함몰이 있고, 단면 관찰할 것도 없이 육안으로 기체로의 침식이 있는 것을 알 수 있었다.

표 7에 나타나 있는 바와 같이, 기체로서의 내화물의 표면에, 본 예의 코팅액을 도장하여 코팅층을 형성하는 것이, 내화물의 내식성을 향상시키는 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 적어도, 상한 사용 온도가 1260℃의 세라믹 파이버 블록의 경우에는, 스케일 1에 대해서는, 실험한 모든 코팅액에 의한 코팅층이 우수한 내식성 향상 효과를 나타냈다. 또한, 스케일 2의 결과로부터 보면, 적어도 코팅액 중의 고형분으로서 알루미나(Al₂O₃) 함유량이 50질량% 이상인 경우에, 보다 높은 내식성 향상 효과가 얻어지는 경향이 보였다.

(실험예 7)

본 예는, 앞서 나타낸 코팅액의 일부(시험제 2, 14, 36, 38, 39, 41)를 사용하여, 또 다른 내식성 향상 효과를 평가하는 실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

<내화물 시험체의 제작>

기체가 되는 내화물로서, 실험예 6과 동일한 사용 상한 온도가 1260℃의 10㎝각의 세라믹스 파이버 블록을 준비하고, 그 표면에 후술하는 용탕 알루미늄을 받을 구덩이를 마련하였다. 이 세라믹스 파이버 블록의 표면에, 실험예 6의 경우와 마찬가지로, 가능한 한 얇고, 또한, 표면의 전면이 덮이도록 하여 코팅액(시험제)을 도포하였다. 그 후, 110℃에서 12시간 가열하여 코팅액을 건조시킴으로써, 기체인 세라믹스 파이버 블록의 표면에 0.3㎜ 이하의 두께의 코팅층을 갖는 내화물 시험체를 수득하였다.

<부식 시험>

내화물의 부식을 유발하는 물질로서, 알루미늄 합금 용탕을 상정하고, ADC12의 알루미늄 합금 잉곳(10g)을 준비하였다. 알루미늄 합금 잉곳을 세라믹스 파이버 블록의 구덩이에 올려 놓고, 가열 장치에 삽입한 후, 장치 내의 온도를 150℃/시간의 승온 속도로 800℃까지 승온시켜 알루미늄 합금을 용융시키고, 이어서, 800℃의 온도를 10시간 유지하였다. 그 후, 내화물 시험체를 가열 장치에서 꺼내, 육안 관찰 및 단면 관찰을 함으로써 부식의 상태를 평가하였다. 비교를 위해, 코팅층을 갖고 있지 않은 세라믹스 파이버 블록의 구덩이에 직접 알루미늄 합금 잉곳을 올려 놓은 시험체에 대해서도 동일한 시험을 수행하였다. 그 결과는, 표 8에 나타낸다. 또한, 표 8에서의 「내식성」란에 나타낸 기호의 의미는, 이하와 같다.

A: 육안 및 단면 관찰에서, 기체에 침식이 보이지 않았다.

B: 육안으로는 확인할 수 없지만, 단면 관찰에 의해 기체의 침식이 보였다.

표 8에 나타나 있는 바와 같이, 기체로서의 내화물의 표면에 본 예의 코팅액을 도장하여 코팅층을 형성할 수 있는 것이, 내화물의 내식성을 향상시키는 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 내화물에 도포하기 위한 코팅액으로서,
   100질량부의 수분과,
   10 내지 60질량부의 무기 바인더와,
   0.2 내지 2질량부의 팽윤성 점토 광물과,
   10 내지 120질량부의 복사 산란재를 함유하고,
   당해 복사 산란재는,
   Al₂O₃를 포함하는 섬유상 입자로 구성되는 세라믹스 파이버로서, 평균 섬유 길이가 100㎛ 이하인 세라믹스 파이버 및/또는,
   알루미나 분말, 실리카 분말, 티타니아 분말, 크로미아 분말, 이트리아 분말, 지르코니아 분말, 산화란탄 분말, 세리아 분말, 탄화규소 분말, 탄화규소 알루미늄 분말, 질화규소 분말 및 질화붕소 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 60㎛ 이하의 중간 직경을 갖는 1종 또는 2종 이상의 세라믹스 분말을 포함하고 있고,
   상기 팽윤성 점토 광물은 카올리나이트, 할로이사이트, 스멕타이트, 운모, 버미큘라이트, 녹니석, 이모고라이트, 알로팬, 세피올라이트, 발리길스카이트 및 기브사이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 코팅액.
2. 제1항에 있어서, 상기 코팅액은, 상기 세라믹스 파이버 및 상기 세라믹스 분말로 이루어진 그룹 중 어느 1종만을 상기 복사 산란재로서 포함하고 있는, 코팅액.
3. 제2항에 있어서, 상기 코팅액은, 상기 세라믹스 파이버 또는 상기 알루미나 분말 중 어느 한쪽만을 상기 복사 산란재로서 포함하고 있고, 상기 코팅액의 전체 고형분에 대한 Al₂O₃의 함유량이 50질량% 이상인, 코팅액.
4. 제1항에 있어서, 상기 복사 산란재가, 상기 세라믹스 파이버 및 1종 이상의 상기 세라믹스 분말을 포함하는, 코팅액.
5. 제4항에 있어서, 상기 코팅액은, 상기 알루미나 분말의 함유량이 30질량부 이하인, 코팅액.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 코팅액은, 전체 고형분에 대한 Al₂O₃의 함유량이 50질량% 이상인, 코팅액.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅액은 20Pa·s 이하의 점도를 갖는, 코팅액.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅액은, 고형분이 수중에 분산된 상태를 1일 이상 유지할 수 있도록 구성되어 있는, 코팅액.
9. 삭제
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 코팅액을 준비하는 단계,
    내화물로 구성된 기체 상에 상기 코팅액을 도포하는 단계, 및
    당해 코팅액을 건조시켜 상기 기체 상에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는,
    코팅층을 갖는 내화물의 제조 방법.