KR20020058174A

KR20020058174A - 열복사율이 우수한 무기계 내화도료

Info

Publication number: KR20020058174A
Application number: KR1020000086016A
Authority: KR
Inventors: 조문규; 조용호; 박병곤
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원; 박병곤; 주식회사 케이에스티
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2002-07-12
Also published as: KR100383101B1

Abstract

본 발명은 공업용 가열로의 내장 내화물의 표면에 도포하여 가열로의 열효율을 향상시키고, 외부 분위기로부터 내화물을 보호하는 내화물 도포용 내화도료에 관한 것이다. 본 발명의 내화도료는 a) Cr₂O₃의 함량이 30∼70 중량%이고 평균입경이 5∼40㎛인 크롬광 40∼70 중량부, b) 알루미나 졸, 실리카 졸, 알칼리 실리케이트, 티탄산 알루미늄 고용체, 몬티셀라이트(monticellite), 하소 알루미나(calcined alumina), 알루미나 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 무기화합물 2∼10 중량부, 및 c) pH 7∼9인 수분 28∼51 중량부를 포함한다.

Description

열복사율이 우수한 무기계 내화도료{INORGANIC REFRACTORY PAINT HAVING GOOD HEAT EMISSIVITY}

발명의 분야

본 발명은 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료에 관한 것으로 보다 상세하게는 각종 공업용 가열로의 내장 내화물의 표면에 도포하여 가열로의 열효율을 향상시키고, 외부 분위기로부터 내화물을 보호하는 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료에 관한 것이다.

종래 기술

고온으로 조업되는 공업용 가열로에서 열효율을 높이기 위해 화로내 벽면에 열복사율이 높은 내화도료를 도포하는 방법이 많이 이용되고 있다. 종래에는 열복사율이 높은 200 메쉬 이하의 실리콘 카바이드(SiC) 분말을 결합제 및 첨가제와 혼합한 도료를 사용하였다. 실리콘 카바이드 분말을 포함하는 도료는, 화로내 벽면의 열복사율을 증대시킴으로써 화로의 승온시간 단축, 피가열물에 대한 열복사 열량의 증가 등으로 화로에 사용되는 연료의 원단위를 2∼20% 절감할 수 있다고 보고된 바 있다. 하지만 SiC 분말은 산화분위기에서 800℃ 이상의 고온이 되면 산화되어 우수한 열복사능이 없어지는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위한 것으로, 일본 특허공개 소63-29712에는 분말상의 크롬광(chromite)을 주원료로 하여, 결합제 및 분산제를 첨가한 내화도료가 개시되어 있다. 일본 특허공개 평3-229829에는 크롬광을 주성분으로 한 내화도료를 냉간압연 강판용 가열로의 화로내 벽면에서 도포함으로써 연료 원단위를 3% 절감할 수 있다고 기재되어 있다. 또한, 일본 특허공개 평10-274482에는 가열로의 전부위를 도포하지 않고 피가열물의 장입구에서 최인접한 가열대에만 크롬광을 포함한 내화도료를 1∼2mm 두께로 도포함으로써 경제적인 비용으로 가열로의 열효율을 향상할 수 있다고 기재되어 있다.

그러나 상기 방법들은 고가의 크롬광을 주원료로 사용하기 때문에 내화도료의 가격이 비싸며, 또한 경제적인 측면을 고려하여 부분적인 도포방식을 적용할 경우 전체 부위를 도포한 경우에 비해 열복사 열량의 증가량이 낮을 것이 분명하므로 원료 원단위를 저감시키는 데 한계가 있다. 또한 1300℃ 이상의 고온으로 조업되는 공업로에 적용할 경우 사용한 첨가제등으로부터 저융점 화합물들이 생성되어 도료의 부착성을 저하시킴으로써 장시간 사용하기가 어렵거나 화로내 벽면이 손상되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저가의 원료를 사용함으로써 제조 비용이 저렴한 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 1300℃ 이상의 고온 조업시에도 화로내 벽면에 대한 부착성이 우수하여 장시간 사용 가능한 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 열복사능이 우수하여 연료 원단가를 저감할 수 있는 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료를 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) Cr₂O₃의 함량이 30∼70 중량%이고 평균입경이 5∼40㎛인 크롬광 40∼70 중량부, b) 알루미나 졸, 실리카 졸, 알칼리 실리케이트, 티탄산 알루미늄 고용체, 몬티셀라이트(monticellite), 하소 알루미나(calcined alumina), 알루미나 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 무기화합물 2∼10 중량부, 및 c) pH 7∼9인 수분 28∼51 중량부를 포함하는 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료를 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료는 a) Cr₂O₃의 함량이 30∼70 중량%이고 평균입경이 5∼40㎛인 크롬광 40∼70 중량부, b) 알루미나 졸, 실리카 졸, 알칼리 실리케이트, 티탄산 알루미늄 고용체, 몬티셀라이트, 하소 알루미나, 알루미나 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 무기화합물 2∼10 중량부, 및 c) pH 7∼9인 수분 28∼51 중량부로 이루어진다. 이하에서각 성분 및 함량을 상세히 설명한다.

본 발명에서 제1 성분으로 사용되는 크롬광은 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻어진 크롬광과 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 크롬광을 0:10∼7:3의 중량비로 배합하는 것이 바람직하다. 폐내화물로부터 얻은 크롬광의 배합량이 높아지면 내화도료의 단가는 낮아지지만, 설비나 사용부위에 따라 수거한 크롬광중의 Cr₂O₃함량 차이가 크기 때문에 사용량이 70%보다 많으면 내화도료의 열복사율이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.

상기 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻어진 크롬광은 크롬광 클링커로 제조된 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물 중에서 변질층을 제외한 나머지 부위를 분쇄한 다음 비중이 높은 크롬광 입자만을 선별, 분리하여 건조 및 체분리하여 얻은 것이 바람직하다.

MgO-Cr₂O₃계 내화물은 시멘트 소성로, 제강설비인 탈가스(RH) 장치등의 내장재로 사용되는 것으로 마그네시아와 크롬광을 주원료로 하여 제조되며, 사용 후 수거한 폐내화물은 외래 성분이 침투한 변질층과 원래의 조성을 유지하고 있는 원질층으로 구성되어 있다. 원질층의 미세조직을 보면 마그네시아와 크롬광의 열팽창율 차이 때문에 크롬광 입자주위로 공극이 형성되어 있다. 따라서 원질층 부위를 분쇄하면 마그네시아와 크롬광 입자간의 분리가 쉽게 일어나고, 이러한 분쇄물을 부유선광법으로 정제함으로써 비중이 높은 크롬광 입자만을 용이하게 얻을 수 있다.

폐내화물로부터 얻는 크롬광 입자들은 사용중 마그네시아 등과의 반응, Cr 성분의 휘발 등으로 인하여 원료로 사용된 크롬광 입자에 비해 Cr₂O₃함량이 낮으므로, 이러한 손실분을 고려하여 내화도료의 원료로 사용하는 크롬광보다 Cr₂O₃함량이 5∼10 중량% 높은 크롬광 클링커를 원료로 사용한 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물중에서 얻는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 크롬광은 30∼70 중량%의 Cr₂O₃를 함유한다. Cr₂O₃의 함량이 30 중량%보다 적으면 열복사율이 낮아 사용상의 이점이 없고 70 중량%보다 많으면 열복사율은 크게 증가하지 않으면서 가격이 고가이므로 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 크롬광의 평균입경은 5∼40㎛이다. 크롬광의 평균입경이 5㎛보다 작으면 내화도료의 작업성이 떨어지거나 첨가 수분이 증가하여 부착성이 저하한다. 반면에 40㎛보다 크면 입자의 비표면적이 낮아 내화도료의 열복사율이 저하한다.

본 발명의 내화도료중 크롬광은 40∼70 중량부로 함유된다. 내화도료중 크롬광의 함량이 40 중량부보다 적으면 내화도료의 열복사율이 낮아서 사용 이점이 없고 70 중량부보다 많으면 도료의 작업성이 떨어져서 바람직하지 않다.

본 발명의 내화도료에 제2 성분으로 첨가되는 무기화합물은 알루미나 졸, 실리카 졸, 알칼리 실리케이트, 티탄산 알루미늄 고용체, 몬티셀라이트, 하소 알루미나, 알루미나 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 상기 알칼리실리케이트이 예로는 K₂O-SiO₂와 Na₂O-SiO₂가 있다.

본 발명의 내화도료중 무기화합물의 첨가량은 2∼10 중량부이다. 내화도료중 무기화합물의 함량이 2 중량부보다 적으면 내화도료의 부착성이 낮아 장시간 사용하기가 어렵고, 10 중량부보다 많으면 부착성은 크게 증가하지 않으나 도료의 열복사율이 낮으므로 바람직하지 않다.

본 발명의 내화도료에 제3 성분으로 첨가되는 수분의 pH는 7∼9이다. 상기 수분의 pH가 7보다 작거나 9보다 크면 결합제로 사용하는 무기화합물들의 응집이나 침전을 촉진하므로 도료의 작업성과 부착성을 감소시킨다.

본 발명의 내화도료중 수분 함량은 28∼51 중량부이다. 내화도료중 수분의 첨가량이 28 중량부보다 적으면 내화도료의 작업성이 낮아 시공하기 어렵고 51 중량부보다 많으면 도료의 부착성이 떨어져 장시간 사용하기 곤란하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기하는 실시에에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예 1

MgO-Cr₂O₃계 폐내화물로부터 얻은 크롬광은 Cr₂O₃함량이 50∼55 중량%인 크롬광 클링커를 원료로 사용한 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물 중에서 변질층을 제외한 나머지 부위를 분쇄한 다음 비중이 높은 크롬광 입자만을 선별, 분리하여 건조 및 체분리하여 크롬광을 얻었다. 상기 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻은 크롬광과 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 크롬광을 7:3의 중량비로 혼합하여 Cr₂O₃함량이 45 중량%이고 평균입경이 20㎛인 크롬광을 준비하였다. 상기 크롬광 50 중량부, 알칼리 실리케이트 5 중량부, 및 pH 9인 수분 45 중량부를 혼합하여 내화도료를 제조하였다.

실시예 2

크롬광의 원료로 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 것만을 사용하였다. 50 중량%의 Cr₂O₃를 포함하고 크롬광의 입경이 40㎛인 크롬광 60 중량부, 알칼리 실리케이트 7 중량부, 및 pH 9인 수분 33 중량부를 혼합하여 내화도료를 제조하였다.

실시예 3

MgO-Cr₂O₃계 폐내화물로부터 얻은 크롬광은 Cr₂O₃함량이 70∼75 중량%인 크롬광 클링커를 원료로 사용한 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물 중에서 변질층을 제외한 나머지 부위를 분쇄한 다음 비중이 높은 크롬광 입자만을 선별, 분리하여 건조 및 체분리하여 크롬광을 얻었다. 상기 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻은 크롬광과 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 크롬광을 5:5의 중량비로 혼합하여 Cr₂O₃함량이 65 중량%이고 평균입경이 30㎛인 크롬광을 준비하였다. 상기 크롬광 45 중량부, 알칼리 실리케이트 4 중량부, 및 pH 9인 수분 51 중량부를 혼합하여 내화도료를 제조하였다.

비교예 1∼11

MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻은 크롬광과 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 크롬광의 중량비, 크롬광중 Cr₂O₃의 함량, 크롬광의 함량, 크롬광의 평균입경, 및 수분의 함량과 pH를 하기 표 1에 기재된 대로 변화시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 내화도료를 제조하였다.

	크롬광의중량비^a	크롬광중Cr₂O₃의 함량(중량%)	크롬광입경(㎛)	크롬광^b	알칼리실리케이트^b	수분^b	수분pH
실시예 1	7:3	45	20	50	5	45	9
실시예 2	0:10	50	40	60	7	33	9
실시예 3	5:5	65	30	45	4	51	9
비교예 1	10:0	45	20	50	5	45	9
비교예 2	7:3	25	20	50	5	45	9
비교예 3	7:3	80	20	50	5	45	9
비교예 4	7:3	45	2	50	5	45	9
비교예 5	7:3	45	75	50	5	45	9
비교예 6	7:3	45	20	20	5	75	9
비교예 7	7:3	45	20	80	5	15	9
비교예 8	7:3	45	20	50	1	49	9
비교예 9	7:3	45	20	50	15	35	9
비교예 10	7:3	45	20	50	5	45	3
비교예 11	7:3	45	20	50	5	45	12

주) a: 폐내화물의 크롬광 : 천연광석의 크롬광의 중량비

b: 크롬광, 알칼리 실리케이트, 수분의 함량 단위는 모두 중량부이다.

상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼11에 따라 제조된 내화도료를 스프레이 건(spray gun)을 이용하여 Al₂O₃계 내화물 표면에 도포하여 시편을 준비하였다. 내화도료의 작업성을 평가하기 위하여 스프레이 건을 사용한 시공의 가능성 여부, 그리고 혼련물의 점도를 측정하였다. 부착성 평가기준으로 열충격 시험 전후의 도료 면적의 잔존율을 측정하였으며, 1300℃로 유지된 전기로에 시편을 장입하고 30분간 유지한 후 꺼내어 공냉하는 과정을 반복한 다음 내화도료의 탈락된 부위의 면적을 계산하여 잔존율을 산출하였다. 내화도료의 열복사율은 공업용 전기로의 내벽면에 도료를 도포한 다음 1500℃까지 승온시 소요되는 전력량을 측정하여 비교하였으며, 비교예 1의 도료 적용시 측정된 전력량을 기준으로 하여 측정값을 환산하였다. 측정결과를 하기 표 2에 기재하였다.

	작업성^*	잔존율(%)	열복사율
실시예 1	양호	96	150
실시예 2	양호	95	160
실시예 3	양호	96	155
비교예 1	양호	95	100
비교예 2	양호	93	70
비교예 3	양호	94	105
비교예 4	불량	-	-
비교예 5	양호	85	74
비교예 6	양호	91	70
비교예 7	불량	-	-
비교예 8	양호	60	110
비교예 9	양호	94	90
비교예 10	응집	-	-
비교예 11	침강	-	-

주) *: 작업성이 불량하거나 응집 또는 침강 현상이 발생한 비교예 4, 7, 10 및 11의 경우에는 도포가 불가능하여 다른 물성을 측정하지 않았다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건으로 제조한 비교예 1∼11의 경우 작업성, 부착성(잔존율), 및 열복사율이 낮음을 알 수 있다. 반면에 본 발명의 조건 범위로 제조된 실시예 1∼3의 경우 작업성과 부착성이 양호하고 열복사율도 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 경우 1300℃ 이상의 고온조업시에도 화로내 벽면에 대한 부착성이 우수하여 장시간 사용이 가능하며, 저가의 원료를 사용하므로 비용 절감의 효과가 있으며, 열복사율이 우수하므로 각종 공업용 가열로의 열효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

a) Cr₂O₃의 함량이 30∼70 중량%이고 평균입경이 5∼40㎛인 크롬광 40∼70 중량부;

b) 알루미나 졸, 실리카 졸, 알칼리 실리케이트, 티탄산 알루미늄 고용체, 몬티셀라이트(monticellite), 하소 알루미나(calcined alumina), 알루미나 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 무기화합물 2∼10 중량부; 및

c) pH 7∼9인 수분 28∼51 중량부

를 포함하는 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료.
제1항에 있어서, 상기 크롬광은 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻어진 크롬광과 천연광석으로부터 정제하여 얻어진 크롬광이 0:10∼7:3의 중량비로 배합된 것인 공업용 가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료.
제2항에 있어서, 상기 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물의 분쇄물에서 얻어진 크롬광은 사용하고자 하는 크롬광보다 Cr₂O₃함량이 5∼10 중량% 높은 크롬광 클링커로 제조된 MgO-Cr₂O₃계 폐내화물 중에서 변질층을 제외한 나머지 부위를 분쇄한 다음 비중이 높은 크롬광 입자만을 선별, 분리하여 건조 및 체분리하여 얻어지는 것인 공업용가열로의 내화물 도포용 무기계 내화도료.