KR920005400B1 - 내화단열재의 제조방법 - Google Patents

내화단열재의 제조방법 Download PDF

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정명식
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Abstract

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Description

내화단열재의 제조방법
제1도는 슬래그의 입자크기에 따라 부피비중 변화를 나타내는 그래프.
제2도는 소성온도와 첨가제에 따른 부피비중 변화를 나타내는 그래프.
제3도는 소성온도와 첨가제에 따른 압축강도의 변화를 나타내는 그래프.
제4도는 무기질 결합재의 첨가량에 따른 부피비중의 변화를 나타내는 그래프.
제5도는 무기질 결합재의 첨가량에 따른 압축강도의 변화를 나타내는 그래프.
본 발명의 내화단열재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 철강제조공정에서 부생하는 고로 수쇄슬래그와 고로 슬러지를 주성분으로 활용하여 노체 또는 건축물의 열효율을 높일 수 있는 내화 단열재의 제조에 관한 것이다. 종래의 내화단열재의 제조방법으로는 천연의 원료를 가열하여 함유 결정수와 같은 저융점물질의 분해에 기인된 팽창현상을 이용 제조하는 방법, 원료내에 가연성 또는 승화성 물질을 첨가시켜 소성함으로 제조하는 방법, 그밖에 발포성 물질을 첨가시키는 방법이 공지되어 있으며, 사용원료의 특성별로는 규조토, 진주암, 흑요석, 내화점토, 질석등을 사용하고 있다. 현재 고로 슬래그와 고로 슬러지는 제철공업에 있어서 선철제조와 더불어 다량 부산되고 있다. 그러나 고로 슬래그의 경우 잠재 수경성을 갖고 있기 때문에, 종래에는 도료용 재료, 시멘트, 콘트리트용 조골재, 세골재, 비료등의 유효이용 방법이 공지되어 있으며, 고로 슬래그를 시멘트 또는 물유리와 혼합하여 200℃이하에서 건조 시키거나, 수쇄 슬래그의 물을 건조시키고 10-15% 정도 석회석을 가해 벽돌을 만든후 1-2개월 야적하면서 가끔 물을 뿌려 경화시켜 강도가 높은 건축용 자재로 활용하는 방법이 공지되어 있다.
그리고 내화 단열벽돌 제조에 있어서 고로 슬래그의 이용은 한국특허공보 제 88-2431호에 공지되어 있으며, 이 방법의 경우 입경 1-2mm 고로 수쇄 슬래그를 주성분으로 하여, 여기에 유기질 결합재료 카아복시 메틸 셀룰로오즈 무기질 결합재로 벤토나이트, 내화점토를 첨가하여 1150-1300℃의 온도에서 소성 제조한다. 그러나 고로 슬래그와는 달리 고로슬러지의 경우 고로공정에서 다량 부산되고 있으나, 유해성분의 함유로 상당량의 유용성분(탄소 : 30-40%)의 함유에도 불구하고 거의 활용되지 못하고 폐기되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 고로공정에서의 부산물인 고로 슬래그와 고로 슬러지를 일정비율로 혼합하여 각종 로체 또는 건축물의 열효율 증대에 이용 가능한 내화단열재 및 보온재를 제조하는데 있다. 이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 입자직경이 0.5-1.0mm인 통상의 고로수쇄 슬래그 : 50-60중량%, 고로슬러지 : 30-35중량%, 및 벤토나이트 : 3-5중량%을 함유한 혼합물에 유기질결합재인 카아복시메틸 셀룰로오즈 나트륨과 물을 50 : 50 중량비로 균일하게 섞어 상기 혼합물의 중량에 대하여 10-20중량% 첨가하여 성형한후 1100-1150℃의 온도에서 소성하여 내화단열재를 제조하는 방법에 관한 것으로서 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 고로수쇄 슬래그와 통상 고로 슬러지를 일정배율로 혼합하고, 여기에 무기질 결합재를 바람직하게는 벤토나이트를 3-5%함께 혼합한후, 저온강도와 성형을 향상시키기 위하여 유기질 결합재인 카아복시메칠 셀룰로오스 나트륨에 물을 중량비 50 : 50으로 섞어 미세하게 분쇄하여 상기 혼합물에 혼합물중량에 대하여 10-12중량% 첨가시킨다. 또한 제1도에 나타난 바와같이, 슬래그 입도에 따라 부피비중이 크게 차이가 있으므로, 슬래그 입자크기는 0.5mm이상 1mm이하의 입도를 갖는 시료를 사용하여 고로 슬러지와 함께 상기 결합재를 첨가하여 균일하게 혼합한 후 모울드(mold)에 넣고 가압 성형하며, 이 성형체를 110℃의 일정온도에서 1시간 30분동안 건조시킨후 전기로등에서 1100-1150℃의 온도로 2시간 유지하여 소성하므로서 본 발명에 부합되는 내화단열재가 제조되는데, 상기 소성온도까지의 승온은 상온에서 400℃까지는 30분간, 400℃에서 800℃까지는 1시간, 그리고 800℃에서 소성온도까지는 1시간 30분간 순차적으로 승온하는 것이 바람직하다.
고로슬래그를 고온에서 소성할 경우 성분중 알루미나의 결정화에 따른 열적 부피 팽창 특성을 가지게 되며, 또한 고로 슬러지의 경우 일정비율로 첨가시 산화성 분위기하에서 다량 함유된 탄소의 산화 반응에 따른 발열반응열로 인하여 국소적인 소성특성의 향상과 더불어 연소가스의 확산과 함유 저융점 성분의 휘발에 기인한 시료내 기공조직의 발달을 가져오게 되므로 내화 단열성 구조를 형성할 수 있다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예]
하기표 1과 같은 비율로 고로슬래그와 슬러지를 혼합한 경우와 고로슬래그와 코크스를 혼합한 경우에 대하여 혼합된 비율에 따른 구조적 소성특성 및 압축강도를 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
[표 1]
Figure kpo00001
상기 표1에 나타난 바와같이, 고로슬래그와 고로슬러지의 혼합비율에 따라 구조적 소성특성 및 압축강도측면에서 상당히 차이를 보이며, 이것은 고로슬러지의 함유 성분중 일부 저융점 성분의 휘발 또는 함유 탄소의 산화과정에 상당히 영향을 받는 것으로 추정되며, 육안관찰 결과 2 : 1의 혼합비율만이 균일한 기공분포를 나타냄을 알 수 있다.
그리고 슬러지 대신 코크스를 첨가하는 경우 상당히 치밀한 반응특성을 보였으며, 부피비중 또한 슬러지 첨가시 보다 상당히 높은 결과를 나타냄을 알 수 있다.
상기 표1에 나타난 혼합물 중에서 고로 슬래그 : 슬러지의 비가 2 : 1인 고로슬래그와 슬러지의 혼합물에 점결제로 무기질 결합재인 벤토나이트 또는 내화점토를 하기표2와 같은 비율로 첨가하여 혼합한 다음, 고로 슬래그, 슬러지와 무기결합재의 총중량에 대하여 12%의 카아복시 메칠 셀룰로오즈 나트륨을 유기질결합재로 첨가하여 성형한 후 1150℃로 소성하여 내화 단열재를 제조하고, 그 물성치를 측정하여 하기 표2에 나타내었다.
[표 2]
Figure kpo00002
상기 표2에 나타난 바와같이, 발명재는 1310℃이상의 연화온도를 가지며, 발명재의 가열후 열적팽창 특성을 나타내는 하기 3에서 알수 있는 바와같이, 1310℃이하의 온도 영역에서는 약간의 부피 팽창을 가져오는바 종래 단열재에 있어서 발생되는 재가열 수축 문제점은 보완됨을 알 수 있다.
[표 3]
Figure kpo00003
[실시예 2]
상기 실시예 1의 표2에 나타난 발명재, 비교재 B 및 종래재에 대하여 소성온도에 따른 부피비중 및 압축강도를 측정하고, 그 결과를 제2도 및 제3도에 나타내었다. 제2도 및 제3도에 나타난 바와같이, 본 발명재만이 소성온도 1150℃에서 1.1이하의 부피비중을 나타내었으며, 또한, 본 발명재는 압축강도에 있어서도 소성온도 1150℃이상일때 50이상으로 나타남을 알 수 있다.
여기서 저온 강도유지를 목적으로 첨가한 유기질 결합재인 카아복시메칠 셀룰로오즈 나트륨을 첨가하지 않은 경우에는 실험온도범위에서 모두 1.1이상의 부피비중을 나타내었다. 이것은 유기질 결합재가 300℃이상의 온도영역에서 분해되어 점결력은 없어지나 탄화과정에서 기공구조를 발달시켜 주게되어 뒤이은 탄소의 산화반응에 유리하게 영향을 미치는 것으로 추정된다.
[실시예 3]
상기 실시예1의 표2에 나타난 발명재 및 비교재 B에 대하여 벤토나이트 및 내화점토의 첨가량에 따른 부피비중 및 압축강도를 측정하고 그 결과를 제4도 및 제5도에 나타내었다. 제4도 및 제5도에 나타난 바와같이, 벤토나이트의 첨가량이 증가할 수록 전체적으로 부피비중이 커졌으며, 1.1미만의 부피비중은 벤토나이트 첨가범위가 3-5%인 경우에만 얻어짐을 알 수 있다. 일반적으로 내화벽돌의 특성은 규격상으로 부피비중과 열전도율이 낮고 압축강도가 높으며, 재가열 수축율의 2% 미만인 조건으로 규정하고 있다.
본 발명의 고로 슬래그와 고로 슬러지의 혼합물을 성형 소성하기 위해 벤토나이트를 결합제로 첨가하여 제조하고 특성실험을 수행한 결과 KSL 3301에서 규정한 C-1급의 내화단열 벽돌로 평가되었으며, 기 공지된 점토질 내화단열 벽돌이나 고로 슬래그 벽돌과 동일한 특성을 가지면서 원료의 사용입도 범위를 확장하고 소성온도를 낮출수 있으며 제철공업에서 다량 부생되는 고로슬래그와 전량 폐기되고 있는 고로 슬러지를 활용 부가가치를 높인데 그 효과가 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 고로 슬래그의 고온 팽창특성과 슬러지중 함유탄소의 산화반응과 저융점 물질의 휘발특성을 이용하여 내화단열재를 제조하게 되므로 본 발명의 내화단열재는 표2에서 제시한 바와같이 1310℃이상의 연화온도를 가지며, 표3에 제시된 바와같이 그 이하온도 영역에서는 약간의 부피팽창을 가져오는바, 종래의 내화단열재(점토질 또는 규소 토질)에서 발생되는 재가열 수축의 문제점은 보완되며 원료의 예비처리 또한 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화를 기할 수 있으며, 제철공업에서 다량 부생되는 폐기물을 원료로 하므로 원가절감과 폐기물활용의 효과를 가져오게 된다.

Claims (1)

  1. 입자직경이 0.5-1.0mm인 통상의 고로 수쇄슬래그 ; 57-60중량%, 고로슬러지 : 30-35중량%, 및 벤토나이트 ; 3-5중량%를 함유한 혼합물에 유기질 결합재인 카아복시메틸 셀룰로오즈 나트륨과 물을 50 : 50 중량비로 균일하게 섞어 상기 혼합물의 중량에 대하여 10-20중량% 첨가하여 성형한 후 1100-1150℃의 온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 내화단열재의 제조방법.
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