KR20230144922A - 제강 설비의 단열체 적용을 위한 경량 골재 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 레들 및 턴디시 등의 제강 설비의 내화물로 사용할 수 있도록, 낮은 열팽창률 및 낮은 열전도율의 우수한 열적 특성과 낮은 밀도 및 높은 강도를 가지는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 부정형 경량 골재를 1회의 열처리를 통하여 제조할 수 있도록 하는 경량 골재 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 경량 골재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 우수한 내열 특성과 낮은 밀도 및 높은 강도를 가지는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 경량 부정형 골재를 1회의 열처리를 통하여 제조할 수 있도록 하는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 경량 골재 제조 방법에 관한 것이다.
제강설비로는 급격한 열변화와 고온에 노출되는 탈기기 스노클(degasser snorkel), 레들(ladle), 턴디시(turndish) 등이 있다.
이러한 제강 설비는 철의 녹는점과 비슷한 온도에서 오랜 시간 조업을 하기 때문에 우수한 내열 특성과 낮은 밀도 및 높은 강도가 필요한 제강 설비의 단열체 적용을 위한 내화물로서의 부정형 경량 골재가 필요하다.
우리나라의 제철 제강 산업에서는 현재 CA6(CaOㆍ6Al2O3) 등의 수입산 내화물을 사용 중인데 가격이 비싸고, CA6 형성 및 이를 결합하기 위한 다단계 열처리로 인하여 납기일이 늦어지는 문제 때문에 이를 국산 제품으로 대체하는 것이 요구된다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레들 및 턴디시 등의 제강 설비의 내화물로 사용할 수 있도록, 낮은 열팽창률 및 낮은 열전도율의 우수한 내열 특성과 낮은 밀도 및 높은 강도를 가지는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 부정형 경량 골재를 바인더 역할을 하는 시멘트를 출발물질로 첨가함으로써 1회의 열처리로 제조할 수 있도록 하는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 경량 골재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명의 일 실시예는, 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 칼슘알루미네이트 시멘트 등의 시멘트를 포함하는 시작물질을 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계; 상기 원료물질을 수화반응시켜 수화물을 생성하는 수화 단계; 및 상기 수화물을 수득하여 판상 구조의 CA6(CaOㆍ6Al2O3)로 전환되는 온도에서 열처리하여 판상 구조를 구현하면서 강도를 부여하는 열처리 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법을 제공한다.
상기 열처리 단계는 상기 수화물을 수득하여 CA6(CaOㆍ6Al2O3)로 전환되는 온도에서 단 1회 열처리하여 판상 구조를 구현하여 강도를 부여하는 단계일 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계는, 상기 시작물질들을 CA6 형성을 위한 몰비로 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계일 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 칼슘 전구체는 CaO, CaCO3, Ca(OH)2 또는 Ca(NO3)2·4H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 알루미늄 전구체는 Al2O3, Al(OH)3, AlO(OH), 또는 Al(NO3)3·9H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 CA(CaOㆍAl2O3), CA2(CaOㆍ2Al2O3), 또는 C12A7(12CaOㆍ7Al2O3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 원료물질의 혼합비율은 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트에 함유된 칼슘 대 알루미늄 비율을 1: 4 내지 8일 수 있다. 상기 원료물질의 혼합비율은 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트에 함유된 칼슘 대 알루미늄 비율을 1: 6으로 함으로써 열처리 후 함유된 CA6의 분율을 최대화시킬 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 시작물질들의 서로의 크기는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 이내일 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계에서 상기 시작물질은, 고상 반응 온도를 낮추어 상기 판상 구조의 CA6의 전환을 촉진시키기 위한 촉매로서 AlF3를 더 포함할 수 있다. 이 경우에도 모든 시작 물질의 칼슘과 알루미늄 비율을 1: 4 내지 8, 바람직하게는 1:6으로 조절하여 CA6의 전환을 최대화할 수 있다.
상기 경량 골재 제조 방법은 상기 수화 단계 이전에 상기 원료물질을 건식 밀링하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열처리 단계는 판상형 CA6의 생성을 촉진하기 위하여 1,500℃ 이상의 온도에서 15시간 이상 수행되는 것일 수 있다.
상기 열처리 단계는 CA6로 전환되는 CA2(CaOㆍ2Al2O3)의 양을 늘리기 위해, CA2가 최대로 형성되는 1,050 ℃ 내지 1,150℃ 에서 1.5 내지 2.5 시간 유지한 후, 5 내지 15℃/min의 승온 속도로 승온을 시작하여 1,500℃ 이상의 온도에서 15 시간 이상 유지하는 것일 수 있다.
상기 열처리 단계는 상기 승온 중 소결(sintering)을 방지하기 위해 소결이 일어나는 1,350℃ 에서 1,450 ℃에 머무는 시간을 10분 미만이 되도록 승온을 수행하여 1, 500℃ 이상의 온도로 유지하는 것일 수 있다.
상기 경량 골재 제조 방법은 상기 열처리 단계 이전에 상기 수화 단계에서 생성된 수화물을 회수한 후 100 내지 120 ℃에서 20 내지 28 시간 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 제강 설비의 단열체 적용을 위한 경량 골재 제조 방법에 의해 제조된 경량 골재는 녹는점(Tm)이 약 1,830℃로 칼슘 알루민산염(calcium aluminate)계 중 가장 높은 녹는점을 가지는 것에 의해 수입되는 내화물을 대체할 수 있도록 하여, 경량 골재의 비용을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 경량 골재는 칼슘 알루민산염(calcium aluminate, CaOㆍAl2O3) 계 중 가장 알루미나가 풍부한 상(alumina-rich phase)을 가지는 것에 의해 알루미나와 유사한 굽힘 강도와 파괴 인성을 가지는 것에 의해 제강 설비에 필요한 내화물의 굽힘 강도 및 파괴 인성을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명에 의해 제조된 경량 골재는 알칼리 산화물과 환원 분위기에서 높은 안정성을 제공한다.
본 발명에 의해 제조된 경량 골재는 세라믹 분야에서는 다공성 세라믹으로써 분리막이나 수질정화 또는 대기 정화용 담체, 그리고 반도체 진공척으로 응용이 가능하여 산업적 파급효과가 매우 크다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 알루미나(Al2O3)가 저온 중간생성물인 CA2(CaOㆍ2Al2O3)에 흡착된 후 CA2와 반응하여 CA6(CaOㆍ6Al2O3)가 형성되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 경량 골재 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 시작물질들의 전자현미경 사진이다.
도 4는 건식 밀링(a)과 습식 밀링(b)의 공간 차이를 나타내는 도면과 밀링제작방법을 다르게 하여 제작한 CA6의 전자현미경 사진이다.
도 5는 시멘트의 수화반응을 나타내는 도면이다.
도 6은 열처리 단계(S50)에서의 시작물질들의 상변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 열처리 단계(S50)의 온도 변화 및 유지 시간을 나타내 그래프(a)와 온도에 따른 선형팽창 및 팽창률을 나타내는 그래프(b)이다.
도 8은 촉매로서 AlF3을 시작물질에 추가하여 제작된 CA6(a)와 촉매를 추가하지 않고 제조된 CA6(b)의 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 경량 골재 제조 방법에 따라 제조된 CA6의 XRD 그래프이다.
도 10은 본 발명의 경량 골재 제조 방법에 따라 제조된 CA6의 기공분포도와 제작된 부정형 내화물 디지털 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 경량 골재 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 시작물질들의 전자현미경 사진이다.
도 4는 건식 밀링(a)과 습식 밀링(b)의 공간 차이를 나타내는 도면과 밀링제작방법을 다르게 하여 제작한 CA6의 전자현미경 사진이다.
도 5는 시멘트의 수화반응을 나타내는 도면이다.
도 6은 열처리 단계(S50)에서의 시작물질들의 상변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 열처리 단계(S50)의 온도 변화 및 유지 시간을 나타내 그래프(a)와 온도에 따른 선형팽창 및 팽창률을 나타내는 그래프(b)이다.
도 8은 촉매로서 AlF3을 시작물질에 추가하여 제작된 CA6(a)와 촉매를 추가하지 않고 제조된 CA6(b)의 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 경량 골재 제조 방법에 따라 제조된 CA6의 XRD 그래프이다.
도 10은 본 발명의 경량 골재 제조 방법에 따라 제조된 CA6의 기공분포도와 제작된 부정형 내화물 디지털 사진이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 알루미나(Al2O3)가 중간생성물인 CA2(CaOㆍ2Al2O3)에 흡착된 후 CA2와 반응하여 CA6(CaOㆍ6Al2O3)가 형성되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 경량 골재로서의 판상 구조의 CA6는 알루미나(Al2O3)가 CA2(CaOㆍ2Al2O3)에 흡착하고 반응하여 형성된다. 이때, 헥사고날 구조로 결정의 윗면과 아랫면을 형성하는 기저 평면(basal plane)에 평행하게 판상 구조로 성장한다. 이렇게 형성된 판상 구조의 CA6에 칼슘알루미네이트 시멘트 바인더를 통해 강도를 부여하는데, 열처리 과정에서 바인더는 접합부에서 골재와 같은 CA6로 전환되어 높은 강도 및 높은 열적 특성을 가지게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 경량 골재 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 1의 CA6의 제조를 위한 경량 골재 제조 방법은, 도 2와 같이, 원료물질을 제조하는 단계(S10), 건식 밀링 단계(S20), 수화 단계(S30), 건조 단계(S40), 열처리 단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계(S10)는 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트를 포함하는 시작물질을 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계일 수 있다.
상기 칼슘 전구체는 CaO, CaCO3, Ca(OH)2, 또는 Ca(NO3)2·4H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 알루미늄 전구체는 Al2O3, Al(OH)3, AlO(OH), 또는 Al(NO3)3·9H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 CA(CaOㆍAl2O3), CA2(CaOㆍ2Al2O3), 또는 C12A7(12CaOㆍ7Al2O3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 원료물질의 혼합비율은 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트에 함유된 칼슘 대 알루미늄 비율을 1: 4 내지 8일 수 있다. 상기 원료물질의 혼합비율은 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트에 함유된 칼슘 대 알루미늄 비율을 1: 6으로 함으로써 열처리 후 함유된 CA6의 분율을 최대화시킬 수 있다.
상기 원료물질을 제조하는 단계에서 상기 칼슘 전구체와 상기 알루미늄 전구체를 포함하는 시작물질들의 서로의 크기는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 이내일 수 있다.
상기 시작물질들 중 시멘트는 바인더 역할을 수행한다.
상기 원료물질을 제조하는 단계에서 제조된 원료물질은, 녹는점을 낮추어 상기 판상 구조의 CA6의 전환을 촉진시키기 위한 촉매로서 AlF3를 더 포함할 수 있다.
AlF3의 크기는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 이내일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 시작물질들의 전자현미경 사진이다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 도 3과 같이 시작물질들로 다양한 크기를 가지는 Al2O3, CaO, 시멘트(cement, CaOㆍAl2O3) 그리고 선택적으로 AlF3을 사용하였다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 건식 밀링 단계(S20)는 상기 원료물질을 건식 밀링하는 단계일 수 있다. 판상 구조의 CA6가 형성되기 위해서는 어느 정도의 공간이 있어야 하기 때문에 분산과 충진이 잘되는 습식 밀링보다는 건식밀링이 바람직하다.
도 4는 건식 밀링(a)과 습식 밀링(b)의 공간 차이를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)와 같이, 건식 밀링의 경우 시작물질들 사이에 충분한 공간을 제공한다. 이 경우, CA6가 판상으로 성장이 가능하게 되어 열처리 시 도 4의 (a)와 같이 판상 구조의 CA6를 제조할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 판상 구조의 CA6가 형성되기 위한 공간을 형성하기 위해 건식 밀링을 적용하였다.
도 4의 (b)와 같이, 습식 밀링의 경우 분산이 잘 되고 시작물질들을 구성하는 입자들이 일정한 간격으로 위치하게 되어 충분한 공간을 만들어 내지 못한다. 이 경우 열처리 시 소결되어 판상 구조의 CA6를 형성하지 못한다.
도 4의 (c)와 (d)에는 동일한 출발물질을 사용하여 건식 밀링과 습식 밀링을 적용하여 제조한 CA6의 전자현미경 사진이 각각 나타나 있다. 건식 밀링의 경우에는 판상 구조의 CA6를 형성한다. 반면, 습식 밀링을 사용한 경우에는 판상 CA6를 형성하지 못하는 것을 보여주고 있다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 수화 단계(S30)는 첨가한 시멘트의 수화반응을 이용하여 상기 원료물질을 결합시킴으로써 강도를 부여하는 단계일 수 있다.
도 5는 상기 시멘트 수화반응을 나타내는 도면이다.
상기 수화반응은 시멘트가 물과 만나 가소성을 가지는 농축 혼합된 수화물을 형성하고 이들의 성장에 따른 결합을 통해 강화된 후 안정화 구조를 가지도록 변화되는 반응이다.
원료물질의 수화반응의 생성물인 수화물은 20 ℃ 이상의 온도에서 안정한 상들이 존재하므로 상기 수화 단계(S30)는 20 내지 35 ℃ 사이의 상온에서 수행될 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 건조 단계(S40)는 상기 수화 단계(S30)에서 생성된 수화물을 회수한 후, 100 내지 120 ℃에서 20 내지 28 시간 건조하는 단계일 수 있다.
도 6은 열처리 단계(S50)에서의 시작물질들의 상변화를 나타내는 그래프와 실제 생성되거나 제거되는 상들의 분율을 표시한 그래프이다. 도 6의 (a)는 온도에 따른 상들의 wt%를 나타내는 그래프이다. 도 6의 (b)는 온도에 따른 상 콘텐트(phase content)(wt%)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 열처리 단계(S50)의 온도 변화 및 유지 시간을 나타내 그래프(a)와 온도에 따른 선형팽창 및 팽창률을 나타내는 그래프(b)이다.
상기 열처리 단계(S50)는 상기 건조단계에서 수득된 상기 수화물을 판상 구조의 CA6(CaOㆍ6Al2O3)로 전환되는 온도로 열처리하는 단계일 수 있다.
상기 열처리 단계(S50)는 판상형 CA6의 생성을 촉진하기 위하여 판상 구조 CA6가 모두 형성되는 1,500℃ 이상의 온도에서 15시간 이상 수행되는 것일 수 있다.
상기 열처리 단계(S50)에서는 도 6과 같이, 아래의 화학반응식 (1) 내지 (3)의 반응이 수행된다.
C12A7 + 5A → 12CA, △Hm(1200K)=-176.5 kJ/mol (1)
CA + A → CA2, △Hm(1500K)=-3.7 kJ/mol (2)
CA2 + 4A → CA6, △Hm(1750K)=0.5 kJ/mol (3)
즉, 상기 열처리 단계(S50)에 의해 수화물일 칼슘 알루미네이트(calcium aluminate)계로 바뀌고 1,300 ℃의 이상의 온도에서 CA6로 전환되기 시작한다.
따라서 상기 열처리 단계(S50)는 CA6로 전환되는 CA2(CaOㆍ2Al2O3)의 양을 늘리기 위해, CA2가 최대로 형성되는 1,050 ℃ 내지 1,150℃ 에서 1.5 내지 2.5 시간 유지한 후, 5 내지 15℃/min의 승온 속도로 승온을 시작하여 1,500℃ 이상의 온도에서 15 시간 이상 유지하는 것일 수 있다.
상기 열처리 단계(S50)는 상기 승온 중 소결(sintering)을 방지하기 위해 소결이 일어나는 1,350℃ 에서 1,450 ℃에 머무는 시간을 10분 미만이 되도록 승온을 수행하여 1, 500℃ 이상의 온도로 유지하는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실험에서는 최대한의 CA6 전환을 위해 CA2의 양을 늘리고자 CA2가 최대로 형성되는 1100도 부근에서 2시간 유지하였다가 소결(sintering)되는 1,400℃ 부근을 빠르게 지나도록 승온시켰다. 그리고 1,300℃ 이상의 온도에서 CA6의 형성은 많은 물질 이동을 요구하기 때문에 충분한 시간이 필요하므로 15시간 유지하였다. 이렇게 CA6가 형성되는 온도에서 장시간 열처리 해주는 것이 본 발명의 하나의 기술적 특징일 수 있다.
도 8은 촉매로서 AlF3을 시작물질에 추가하여 제작된 CA6(a)와 촉매를 추가하지 않고 제조된 CA6(b)의 전자현미경 사진이다.
시작물질에 AlF3을 추가하는 경우 AlF3은 녹는점을 낮추는 촉매 역할을 수행하며 아래의 화학반응식 (4) 내지 (6)의 반응을 수행된다.
AlF3 + H2O → AlOF + 2HF (4)
3AlOF → Al2O3 + AlF3 (5)
2AlOF + H2O → Al2O3 + 2HF (6)
즉, AlF3은 녹는점을 낮추는 것에 의해 CA6의 형성을 촉진하여 반응속도를 빠르게 하는 것에 의해 생산성을 향상시킬 수 있었다.
도 8의 (a) 및 (b)와 같이, AlF3을 추가하는 경우에는 판상의 CA6가 잘 형성되는 것을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 경량 골재 제조 방법에 따라 제조된 CA6의 XRD 그래프이다.
XRD 분석 결과 본 발명에 의해 제조된 CA6는 CA6(CaOㆍ6Al2O3)가 97.8중량부, CA2가 1.3중량부, α-Al2O3가 0.9중량부로 측정되어, 고온 안정상인 CA6의 분율이 매우 높게 나타났다.
수입된 CA6는 CA6(CaOㆍ6Al2O3)가 74.3중량부, CA2가 16.7중량부, α-Al2O3가 9.0중량부로 측정되었다.
도 10은 본 발명에 의해 제조된 CA6의 기공크기 분포도와 다양한 크기를 가지는 부정형 CA6 내화물의 디지털 사진이다.
상대 밀도는 수입된 CA6는 32.53중량부고 본 발명의 실시예의 CA6는 35.85중량부로 측정되었다.
압축 강도는 수입된 CA6는 2.68MPa이고 본 발명의 실시예의 CA6는 2.87MPa로 측정되었다.
본 발명의 실시예의 CA6의 굽힘 강도는 6.3MPa로 측정되었다. 이는 상대 밀도가 약 74중량부인 다공성 알루미나의 경우 굽힘 강도가 14.7 MPa인 것과 대비하여 밀도 차이를 고려하는 경우 적합한 굽힘 강도인 것으로 판단되었다.
본 발명의 실시예의 CA6는 녹는점(Tm)이 약 1,830℃로 칼슘 알루민산염(calcium aluminate)계 중 가장 높은 녹는점을 가지는 것을 확인하였다.
본 발명 일 실시예의 경량 골재는 세라믹 분야에서는 다공성 세라믹으로써 분리막이나 수질정화 또는 대기 정화용 담체, 그리고 반도체 진공척으로 응용이 가능하다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (11)
- 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체에 5 - 20 중량부의 시멘트를 포함하는 시작물질을 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계;
상기 원료물질을 수화반응시켜 수화물을 생성하는 수화 단계; 및
상기 수화물을 수득하여 판상 구조의 CA6(CaOㆍ6Al2O3)로 전환되는 온도에서 열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 원료물질을 제조하는 단계는,
상기 시작물질들은 CA6 형성을 최대화하기 위하여 칼슘:알루미늄의 혼합비가 1: 4 내지 8의 몰비로 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 칼슘 전구체는 CaO, CaCO3, Ca(OH)2, 또는 Ca(NO3)2·4H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 알루미늄 전구체는 Al2O3, Al(OH)3, AlO(OH), 또는 Al(NO3)3·9H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법.
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 시멘트는 CA(CaOㆍAl2O3), CA2(CaOㆍ2Al2O3), 또는 C12A7(12CaOㆍ7Al2O3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 5 - 20 중량부 첨가하는 경량 골재 제조 방법 - 제1항에 있어서,
상기 원료물질의 혼합비율은 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체 및 시멘트에 함유된 칼슘 대 알루미늄 비율을 1: 4 내지 8로 함으로써 열처리 후 함유된 CA6의 분율을 최대화하는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 원료물질을 제조하는 단계의 상기 시작물질들의 서로의 크기는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 이내인 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 원료물질을 제조하는 단계에서 상기 시작물질은, 녹는점을 낮추어 상기 판상 구조의 CA6의 전환을 촉진시키기 위한 촉매로서 AlF3를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수화 단계 이전에 상기 원료물질을 건식 밀링하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는,
1,500℃ 이상의 온도에서 15시간 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는,
CA6로 전환되는 CA2(CaOㆍ2Al2O3)의 양을 늘리기 위해, CA2가 최대로 형성되는 1,050 ℃ 내지 1,150℃ 에서 1.5 내지 2.5 시간 유지한 후, 5 내지 15℃/min의 승온 속도로 승온을 시작하여 1,500℃ 이상의 온도에서 15 시간 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계 이전에 상기 수화 단계에서 생성된 수화물을 회수한 후 100 내지 120 ℃에서 20 내지 28 시간 건조하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경량 골재 제조 방법.
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