KR0122464B1 - 내화물 지지부재 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내화물 지지부재

이 발명은 예를들면 우리제품과 같은 세라믹 물품들의 제조에서 사용된 예를들면 킬른부속품(kilnfurniture)과 같은 내화물 지지부재(refractory supports)에 관한 것이다.

제조중에서 세라믹 물품들은 고온에서 소성되며 그리고 예를들면 유리제품은 1000℃ 내지 1450℃의 범위에 있는 온도에서 소성되어질 수 있다. 소성 작업 동안에는 물품들에 대한 지지부재 또는 지지부재들을 제공하는 것이 필요하며, 그리고 상이한 종류들의 공지된 지지부재들은 내화믈의 셋터(setters), 뱃트(batts), 프롭(props), 쌔거(saggars) 등을 포함한다.

예를들어서 셋터는 제품이 열처리 작업의 동안에 그의 유리의, 프라스틱 단계를 통과할 때 제품의 형상이 변형되거나 축 늘어지는 것으로부터 보호된다.

종래에 셋터들과 다른 킬른 부속품들은(약 1260℃의 온도에 대하여는) 코디어라이트(coordierite)-일종의 마그네슘, 알루미늄 및 실리케이트 재료-그리고(1260℃ 보다 높은 온도들에 대하여는) 실리콘 카아바이드와 같은 내화재료들로부터 만들어져 왔다. 이러한 재료들은 상대적으로 밀도가 크고 높은 열량재이다. 그러므로 원하여진 세라믹 제품들에 대한 가열시간은 원하여진 제품들의 반성품들의 성질보다 지지부재들의 성질에 대하여 더 지배되어질 수 있다.

더 최근의 제안들은 내화물 지지부재들이 만들어지는 성분들에 세라믹 화이버를 집어 넣는 것에 의하여 이 문제를 극복하고자 시도되어 왔으며, 여기서 적당한 바인더와 휠러재료를 가지는 화이버들의 사용은 제품의 밀도가 감소되어질 수 있게 하고, 한편, 역시 열량체 성질들에서의 개량을 가능하게 한다.

그러나, 이들 제안들은 실제에 있어서 완전히 만족스러운 것이 아니었으며, 그리고 프럭킹(plucking)과 같은 문제들을 일으킴이 없이 내화물 지지부재로서 사용되어질 수 있는 가벼운, 저열량체(thermal mass)의 제품에 대한 필요가 아직도 남아 있다. 프럭킹은 이 분야에서 잘 알려진 현상들이며, 가열되어지는 세라믹 물품과 그의 내화물 지지부재 사이에 점착에 의하여 발생된다. 지지부재로부터 물품의 제거는 지지부재의 부분들이 분리되고 그리고 물품에 부착하며 결함이나 불량품을 결과한다. 이 문제를 피하기 위하여 예를들면 질콘 또는 알루미나의 표면 코팅을 내화물 지지부재상에 실시하는 것이 필요한 것으로 발견되어 왔다.

프럭킹의 상기 문제는 원하여진 지지부재의 저밀도 및 열량체(thermall mass)를 유지하며, 그리고, 지지부재의 필요한 강도를 유지하면서 성분에 있어서 점결제들의 특별한 배합에 의하여 피하여질 수 있다는 것과 그리고 최종의 분리표면 코팅단계의 필요성이 제거되어질 수 있다는 것이 발견되어 왔다.

따라서, 이 발명은 일면에 있어서는 세라믹 물품이 가열되어지는 동안에 세라믹 물품에 대한 내화물 지지부재를 제공하며 여기서 지지부재는 세라믹 물품에 필요한 지지를 주기 위하여 성형되고 가열된 물체이며, 그리고 내화물의 분쇄된 입상화된 휠러와 내화물 반응 바인더와 알루미노-실리케이트 또는 알루미나의 결합된 셀라믹 화이버들을 포함하며 바인더는 모두가 콜로이드상의 입도 크기의 알루미나와 실리카를 포함한다.

내화물 분쇄된 입상화된 휠러는 예를 들면 그라인딩류의 프로세스와 같은 기계적인 분쇄에 의하여 형성된 입상화된 재료이며 전형적으로 적어도 입자들의 90%는 10내지 100미크론 직경인 그러한 사이즈의 것일 수 있다.

내화물 반응성 바인더 재료는 더 작은 사이즈의 것이며, 그리고 통상적으로는 기계적인 분쇄에 반대된것으로서 화학적인 프로세스에 의하여 만들어진다. 예를들면 실리카의 입자 크기는 바람직하게는 1내지 150나노메터 특히 바람직하게는 7 내지 30나노메터이다. 알루미나의 입자 크기는 바람직하게는 1로부터 250나노메터, 특히 20 내지 200나노메터이다. 그래서, 반응성 바인더 재료들은 바람직하게는 콜로이드상 솔(sol)형태로 주어지며 그러나, 다른 입상화된 형태들은 이들이 충분히 적은 입자 크기에서 얻어질 수 있도록 적당히 주어질 수 있다.

어떤 특별한 이론에 한정되는 것을 원하지 않지만 반응성 점결재료들이 뮤라이트(mullite)와 같은 안정된 화학물을 형성하기 위하여 제품의 가열동안에 서로 반응하는 것으로 믿어진다. 그러므로, 바인더의 상대적 비율들은 바람직하게는 가능하면 많은 반응성 실리카와 결합하는 것이 선택되어지는데 자유로운 반응성 실리카는 상기한 프럭킹 문제의 주요원인인 것이 믿어지기 때문이다. 이상적으로는 뮤라이트 형성에 대하여 28중량부 실리카에 대한 약 72중량부의 알루미나가 필요하여지며 그러나 이 비(ratio) 밖의 비율들은 양자가 적당하게 강하고 그러나 '프럭크'가 없는 제품들을 제공할 수 있다. 그러므로 분명히 알루미나에 대한 실리카의 우세이어서는 안되며 그리고 그래서 이 비율은 말하자면 알루미나 대 실리카의 중량을 기준하여 50:50으로부터 90:10으로까지 변동할 수 있다.

바람직하게는 비율들은 반응성 알루미나 바인더 대 반응성 실리카 바인더의 중량을 기준하여 60:40으로부터 85:15까지 이어야 한다.

예를들면 반응성 바인더는 가열된 제품의 중량에 의하여 1 내지 45%, 바람직하게는 20% 내지 30%의 양으로 나타내어질 수 있다.

예를들면 세라믹 화이버는 가열된 제품의 중량에 의하여 50% 내지 80%의 양으로 나타내어질 수 있다.

알루미나 화이버는 예를들면 약 60%이상의 알루미나 함량의 소위 '하이 알루미나' 화이버일 수도 있다.

사용된 화이버가 알루미노 실리케이트 화이버들인 곳에서는 이들은 선택적으로는 질코니아의 중량에 의한 20%까지 포함할 수가 있다. 역시 알루미노 실리케이트 화이버들은 하이 알루미나 화이버들의 중량에 희하여 50%까지 혼합되어질 수 있다.

하이 알루미나 화이버의 출현은 제품의 온도저항을 증가시킨다. 그래서 약 1150℃ 내지 1250℃의 가열온도를 필요로 하는 유리의 호텔제품(hotelware) 및 본차이나의 가열을 위하여는 지지부재에 하이 알루미나 화이버를 포함할 것을 필요하지 않을 수도 있다. 그러나 도자기의 가열을 위하여는 1400℃이상의 온도가 필요하며 그리고 지지부재 내의 하이 알루미나 화이버들의 존재가 필요하여진다.

예를들면 입상화된 내화물 휠러는 가열된 제품의 중량을 기준으로 49%까지 바람직하게는 5% 내지 30%의 양에서 나타내어질 수 있다. 이것은 바람직하게는 약 75미크론 이하의 사이즈이다.

내화물 입상화된 휠러는 바람직하게는 알루미나이며, 그러나 예를들면 질콘, 질코늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이트, 알루미노 실리케이트류, 용융된 실리카 또는 보른 바이트라이트일 수가 있다.

내화물 휠러는 조밀제(densifiers)로서 작용할 뿐만 아니라 강도와 내화성에도 기여한다.

예를들면 클레이 바인더와 같은 다른 성분들도 선택적으로 포함될 수가 있다.

이 발명의 제품들은 화이버를 포함하는 제품의 원하여진 우수한 밀도와 그리고 열질량 성질을 가지며 그러나 추가적으로는 프럭킹 문제들을 발생시키지 않으며 그리고 우수한 강도를 갖는다.

이 발명의 다른면에서 내화물 지지부재는 콜로이드의 입자크기의 실리카 및 알루미나를 포함하는 반응성 바인더와 분쇄된 내화물 입상화된 휠러를 가지고 알루미노 실리케이트 또는 알루미나 화이버의 수용액 슬러리를 형상하는 것과 상기의 슬러리를 예비성형물의 형상으로 형성하는 것과 이 예비성형물을 최종의 필요하여진 형태로 압축하는 것과 그리고 다음에 이 제품을 소성하는 것에 의하여 만들어진다.

예비성형 형상은 바람직하게는 슬러리를 진공-성형하는 것에 의하여 그러나 예를들면 인젝숀-성형과 같은 다른 수단들이 사용될 수가 있다.

슬러리는 하이 알루미나 화이버와 그리고 위에서 상세히 기술된 바와 같이 다른 선택적인 성분들을 포함할 수 있으며 그리고 성형단게 이전에 유연제(flocculating agent)을 첨가하는 것이 선호된다. 이것은 예을들면 음이온 스타치 혹은 음이온 또는 양이온의 폴리아크릴아미드와 같은 종래에 사용된 어떤 유기제일 수가 있다.

성형단계 이전의 슬러리의 고형분 함량은 중량에 의하여 50%까지 바람직하게는 중량에 의하여 10%까지일 수 있으며, 예를들면 2% 내지 5%가 특별히 선호된 범위일 것이다.

성형 단계후에 예비성형물의 고형분 함량은 예를들면 중량에 의하여 약 30% 내지 80%로 증가할 수 있으며, 그 결과로 조작 가능하지만 아직도 높은 비율의 물을 포함하는 것으로 판단하여질 것이다.

원하여진다면 결합된 2-부분 공구(two-part-tool)가 진공-성형과 압축단계를 위하여 사용되어질 수 있다. 그래서 이 공구의 상부 부분은 예비성형에 대한 성형구(former)를 포함할 수 있으며, 그리고 진공적용 및 물의 배출을 위한 적절한 부분들을 가지며 그리고 하부부분은 필요한 필봉을 형성할 것이다.

진공-성형후에 하부 부분은 제거되고 그리고 아직도 상부 부분에 있는 예비성형물은 프레스에 놓여지며 그리고 적당한 형사으로된 비 탈수공구를 사용하여 원하여진 최종의 형태로 압축되어진다.

대안으로서 진공 성형의 및 압축 작업들은 아주 별도의 공구들을 사용하여 행하여질 수 있으며 이 경우에는 물론 최종 프레스 공구가 물의 배출을 허용하는 것이 필요할 것이다.

압축작업은 예를들면 50 내지 200p.s.i.g.의 비교적 낮은 압력에서 행하여질 수 있다. 최종 형상을 만드는데 덧붙여서 압축작업은 제품을 조밀화하고 밀도를 높힌다.

압축된 지지부재는 프레스로부터 벗겨지며 그리고 다음에 소성하기 전에 건조된다. 예를들면 약 120℃-180℃에 있는 오븐에서 공기-건조될 수 있다.

전형적인 가열 온도는 800℃ 내지 1400℃의 범위에 있을 수 있다.

예비성형물의 형상은 물론 압축단계로부터 필요하여진 최종의 정확한 형상에 의하여 결정될 것이다. 그래서 평탄한, 디스크-모양의 예비성형물은 최종 형상이 평탄한 형태로부터 너무 크게 각도지어 있거나 우묵하게 되어 있지 않다면 적당할 것이다.

그러나 상당한 양의 접시모양가공(dishing)이나 다른 형상 변화가 필요하여진다면 이때는 평탄한 예비성형물은 이것이 다음의 성형에서 찢기거나 균열할 수 있으므로 부적당하다는 것이 증명될 수 있다. 그러므로 예비성형물은 예를들면 완전한 접시모양가공된 최종 제품을 얻기 위해 적어도 부분적인 접시모양가공을 가질 것이 필요할 것이다.

어떤 특정한 최종 형상에 대하여 필요하여질 예비성형물의 성형작업의 실제의 양은 이 기술분야의 평균적으로 숙련된 사람에 의하여 쉽게 결정할 수가 있다.

이 발명은 특별히 유리제품에 대한 개량된 셋터들의 제공에 적용할 수 있으며 그리고 편리를 위해서 이 실시에 관해서 더 특별히 기술될 것이다.

소성될 유리제품의 각각의 개체는 그의 유리상의 훼이스(phase) 동안에 필요한 지지부재를 이것에 제공하기 위하여 그의 자신의 특별히 형성된 셋터를 필요로 한다. 제품의 특정한 개체를 위한 개별적인 셋터를 고안하는 수단은 기술분야에서 잘 알려져 있다.

그래서 유리제품 제조자는 특수한 셋터의 큰 스톡크들(stocks)을 운반하지 않으면 안되며 그리고 이것은 종래의 셋터들은 급속한 소성 사이클들에서 충격판단을 받기 쉬우며 그래서 그러한 조건들에서 대단히 짧은 가용수명을 갖는다는 사실에 의하여 합하여졌다.

이 발명에 따르는 셋터들은 동일한 현존하는 기하학적 고안 요구사항들로 만들어질 수 있으며, 그러나 급격한 소성 조건들에서 더 큰 수명에 대한 기대를 가진다. 그외에 그들의 크게 개량된 열량체 특성들 때문에 더 급속하고 유효한 소성 사이클들이 성취될 수 있다.

이 발명의 제품들은 종래의 제품들보다 역시 상당히 더 조밀하여 예를들면 코디에라이트에 대하여는 2.0 내지 2.3g/c.c와 비교하여 전형적으로 0.2 내지 1.2g/c.c이며, 실리콘 카바이드에 대하여는 2.5g/c.c보다 더 크다.

이 발명의 셋터들은 가볍고 거대하며 그리고 소성, 운반 및 저장목적들을 위한 스택킹(stacking)에 특히 적당할 수 있다. 이들은 특별히 이 목적을 위한 종속하는 환형 후랜지를 가지고 형성되어질 수 있다.

[실시예]

15cm 본차이나판에 대한 셋터는 다음의 성분들의 수용액 슬러리를 형성하는 것에 의하여 만들어졌다.

슬러리는 화이버 중량에 기초하여 2%의 고형분 함량을 가지도록 만들어졌으며 예를들면 화이버의 매 킬로당 물 50리터가 사용되었다.

슬러리는 고형분 현탁을 유지하기 위하여 교반되며 그리고 액체가 맑아질때까지 교반을 계속하는 동안에 충분한 유연제가 가하여졌다.

그렇게 하여 얻어진 유연화된 슬러리는 예비성형의 필요한 칫수들의 성형구를 포함하는 성형탱크에로 흘러졌다. 22인치 Hg 압력의 진공이 사용되었고 약 60%의 물을 포함한 예비성형물의 형상이 얻어졌다.

그 다음에 예비성형물은 100p.s.i.g.(6.8바아)에서 프레스에 몰드되었다. 결과하는 셋터는 1300℃에서 가열되었으며 그리고 다음에는 0.8g/cc의 밀도를 가지는 높은 만족할만한 제품인 것이 발견되었다.

Claims (23)

1. 소성되는 동안에 지지부재는 세라믹 물품에 필요한 지지를 주기 위하여 성형되고 소성된 질량체이며 내화물의 분쇄된 입상화된 휠러와 내화물의 반응성 바인더를 가지고 결합된 알루미노-실리케이트 또는 알루미나의 세라믹 화이버를 포함하며, 이 바인더는 콜로이드상의 입자 크기의 알루미나 및 실리카를 포함하는, 세라믹 물품에 대한 내화물 지지부재.
2. 제1항에 있어서, 분쇄된 내화물 입상화된 휠러는 입자들의 적어도 90%가 10 내지 100미크론의 직경인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
3. 제1항에 있어서, 반응성 실리카바인더의 입자크기는 1로부터 150나노메터인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
4. 제1항에 있어서, 반응성 알루미나 입자크기는 1 내지 250나노메터인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 반응성 바인더에서 실리카에 대한 알루미나의 비율은 중량기준에 의하여 50:50 내지 90:10인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
6. 제5항에 있어서, 반응성 바인더에서 실리카에 대한 알루미나의 비율은 중량기준에 의하여 60:40 내지 85:15인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
7. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 내화물 반응성 바인더는 소성된 제품의 중량에 의하여 1 내지 45%의 양에서 나타나고 있는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
8. 제7항에 있어서, 내화물 반응성 바인더는 소성된 제품의 중량을 기준하여 20%로부터 30%까지의 양에서 나타나는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
9. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 세라믹 화이버는 소성된 제품의 중량을 기준하여 50% 내지 80%의 양에서 나타나는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
10. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 화이버는 하이 알루미나 화이버의 중량에 기준하여 50%까지 섞여진 알루미노 실리케이트인 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
11. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 내화성의 분쇄된 입상화 휠러는 가열된 제품의 중량에 기준하여 49%까지의 양으로 나타나는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
12. 제1항에 있어서, 입상화된 분쇄된 내화물 휠러는 소성된 제품의 중량에 기준하여 5 내지 30%의 양에서 나타나는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
13. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 0.2 내지 1.2g/cc의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
14. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 소속하는 환형의 후랜지를 가지는 것을 특징으로 하는 내화물 지지부재.
15. 콜로이드상의 입상화된 사이즈의 실리카 및 알루미나를 포함하는 반응성 바인더와 그리고 내화물의 분쇄된 입상화된 휠러를 가지는 알루미노 실리케이트 또는 알루미나의 수용성 슬러리를 형성하는 것과 상기 슬러리를 예비성형물 형상으로 성형하는 것과, 상기 예비성형물을 최종으로 필요하여진 형상으로 압축하는 것과 그리고 다음에 이것을 소성하는 것을 포함하는 내화물 지지부재를 제조하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 예비성형물 형상은 진공-성형에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 유연제가 슬러리에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 슬러리의 고형분의 함량은 성형 단계전에 중량 기준하여 50%까지인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 고형분 함량은 중량 기준으로 2 내지 5%인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제15항에 또는 제16항에 있어서, 고형분 함량은 성형후에 그리고 소성전에 중량 기준으로 30 내지 80%인 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제15항 또는 제16항에 있어서, 진공-성형은 2-부분 공구에서 행하여지며, 첫 번째 부분은 예비성형물을 위한 성형구를 포함하고, 그리고 진공이 실시 및 물의 배출을 위한 부분들을 가지며, 그리고 두 번째의 부분은 필요한 밀봉을 형성하며 이 두 번째 부분은 진공성형이 완료된 후에 제거되어지며 그다음 예비성형물을 함유하는 첫 번째 부분은 최종의 원하여진 형상이 주어지는 곳인 프레스에 위치하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제15항 또는 제16항에 있어서, 압축된 지지부재는 120℃내지 180℃에서 공기 건조되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제15항 또는 제16항에 있어서, 예비성형물은 접시모양의(dished)형상을 가지는 것으로 성형된 것을 특징으로 하는 방법.