KR100214062B1 - 고온 내화재 표면처리제 및 이것을 이용한 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 규산나트륨을 35.0∼50.0wt% 수산화리튬, 탄산리튬, 염화리튬 중 적어도 1종을 1.0∼10.0wt%, 붕산알칼리염을 1.0∼10.0wt%, R은 탄소수 1∼12의 알킬기인 R-Si (OH)₂Na로 표시되는 유기실리콘 화합물을 1∼10.0wt% 및, 본질적으로 물로 구성하며, 20℃에서의 정도가 100cps 이하인 고온내화재표면처리제 및 상기 처리제를 표면이 500∼1200℃의 범위에 있는 내화재 표면에 급격히 산포하여 상기 표면에 용융층을 형성시키고, 상기층을 적어도 1100℃로 유지함으로서 이루어지는 고온내화재 표면처리방법에 관한 것이다.

Description

고온 내화재 표면 처리제 및 이것을 이용한 처리 방법

제1도는 벽돌의 표면에 본 발명의 처리제를 도포시킨 결과를 도시적으로 도시한 도면이고,

제2도는 전기 오븐내에서 실리카 벽돌 위에 본 발명의 처리제를 도포하는 방법을 도시한 개략도이고,

제3도는 본 발명의 표면 처리제 및 규산나트륨만을 코팅한 벽돌의 표면에 잔존하는 알칼리 양의 경시적 변화를 도시한 도면이고,

제4도는 본 발명의 처리제를 도포시킬 때의 벽돌 표면 온도, 처리제가 벽돌의 표면으로부터 침투되는 깊이 ,그리고 반응후의 표면 강도를 나타낸 도면이고,

제5도는 본 발명의 처리제내 유기 실리콘 화합물의 온도와 처리제층의 두께 사이의 관계를 도시한 도면이고,

제6도는 실지(field)시험에 사용된 코크스 오븐의 횡단면도이고,

제7도는 코크스 오븐에 처리제를 도포한 한가지 실시예를 도시하는 도면이고,

제8도는 코크스 오븐에 사용된 내화 재료에 처리제를 분무하는 장치의 한가지 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명은 코크스 제조용 오븐(코크스 오븐), 요업(ceramic) 오븐, 시멘트 소성로, 또는 발전용 보일러 등의 내에서 고온에 노출시킨 내화 벽돌의 표면을 실리카 순도가 높고 강도가 높은 처리제층으로 피복하여 내화 벽돌의 내구성과 기체 침투 방지성을 개선시키는데 사용되는 고온 내화 벽돌용 표면 처리제, 및 상기 표면 처리제를 사용한 처리 방법에 관한 것이다. 내화 벽돌의 내화도를 향상시키는 방법으로서, 새로이 제조된 내화 벽돌의 표면에 타르 또는 석유 피치를 도포시키는 단계, 피복된 벽돌을 환원 조건하에 놓아두는 단계, 그리고 표면 영역의 실리카 함유분을 용융시킨 다음 실리카 성분의 용융점 이하로 하강시켜서 벽돌의 표면을 평활하게 하는 단계로 이루어지는 방법이 지금까지 사용되어 왔다. 상기 방법은 우선적으로 타르 도는 석유 피치의 냉간 도포를 요한다.

그러므로 , 예컨대 코크스 오븐내와 같은 내화 벽돌의 표면에 대한 상기 도포는 시행될 수 없었고, 오븐은 타르 또는 석유 피치가 가열된 오븐내에 화염을 발생시킬 수 있는 능력에 의해 작동되었다. 만일 내화 벽돌을 각각의 도포 공정마다 냉각시키게 된다면 내화 벽돌의 수명이 단축된다. 최근에, 산화규소나 산화칼륨의 미분체를 초고온으로 용융시켜서 내화 벽돌의 표면에 분사하여 상기 표면에 치밀한 층을 형성시키는 방법(플라스마 용융 분사 방법)이 제안되었다.(일본 특허공개 소 61-93384). 상기 방법은 인접한 벽돌들 사이의 연결부와 같이 극도로 제한된 부분의 보수에 적합하다. 내화 벽돌의 전체면에 적용할 경우에는 표면의 균일성에 저해가 될 수도 있다.

코크스 제조 오븐(코크스 오븐), 세라믹 오븐, 시멘트 킬른, 분말 페인트 보일러 등의 내부 화로 벽을 라이닝시키는데 사용되는 내화 벽돌은 내화성, 강도 및 이 내화 벽돌과 함께 가열되는 물체의 성질과 같은 요소를 기초로 하여 실리카 유형, 캐모트 유형, 알루미나 유형 등으로 광범위하게 분류된다. 이러한 내화 벽돌은 원료를 부수고, 생성된 분말을 물과 완전히 혼합하고, 습윤 혼합물을 성형 프레임에 도입시키고, 프레임내의 혼합물을 건조시키고, 약 1200℃에서 건조된 혼합물을 내화시킴으로써 제조된다. 오븐을 상기 방식으로 제조된 내화 벽돌로 구성한 후에, 균일한 온도에서 건조시키고 시험 조작하여 스트레를 줄인 후에,실제 조작을 수행한다. 상기의 내화 벽돌은 높은 기공율을 가지고 있어 단열성이 높다.

화로를 건축할 때에는 평평하고 매끄러웠던 벽돌의 표면이 화로에 장입되어 있는 원료에 의한 마찰이나 빈번한 냉각과 가열의 반복에 의해 표면으로부터 벗겨져 나가거나 깨지는 등 점차로 탈락되어 평활성이 저하되고, 마찰 저항이 높아져 표면으로의 원료나 연소에 의해 발생하는 탄소의 부착이 조장되어 조업상에 있어서 문제가 된다. 여기서는 그 일례로서 코크스 오븐을 인용하여 설명한다. 코크스 오븐은 '탄화실'이라 불리우는 석탄을 건류(乾溜)하여 코크스를 제조하는 방과 가열하는 연소실로 구성되어 있다. 탄화율과 연소실은, 일반적으로 규석질의 내화 벽돌로 구성된 격벽에 의해 분리(간막이) 되어있다.

또, 상기 탄화실은 높이가 약 6 내지 7m, 깊이가 15 내지 16m, 폭이 40내지 50cm인 직사각형의 빈굴과 같은 형상이며, 제조된 코크스를 외부로 배출하기 용이하도록, 폭은 근소하게 배출측(이하에서는, '코크스 배출측' 이라 한다.)쪽이 넓게 되어 있다. 그리고 , 원료인 배합탄은, 탄화실의 천정측에 설치되어 있는 장입구로부터 장입차를 통해 간헐적으로 공급되며, 코크스 배출측과는 역방향으로 설치되어 있는 압출기에 부속된 레벨러에 의해 균일한 높이로 조정되어 가열된다.

건류가 종료된 후에는 양쪽 도어가 개방되어, 압출기에 의해 코크스 배출측으로부터 압출되고, 소화 장치로 소화(消火) 및 냉각되어, 제품으로서의 코크스가 된다. 그런데, 코크스화 과정에서는 배합탄 중의 타르질이 가스화됨과 동시에 내화 벽돌이 지나친 고온 조건에 처해진다. 또, 최근에는 코크스의 강도를 높일 목적으로 장입하기 전의 배합탄을 건조(통상적으로, 8 내지 12%의 수분이 5 내지 6% 정도가 될 때까지 건조시킨다.)시켜, 탄화실내에 장입되는 배합탄의 부피밀도를 높이는 조업이 행해짐으로써 강도 폰은 코크스가 제조되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 내화 벽돌 표면의 평활함이 상실되면, 코크스화 과정에서 발생하는 배합탄중의 탄소가 그 표면에 고착하여 더욱 울퉁불퉁한 표면을 초래함과 동시에 상기 탄소의 고착에 의해 탄화실의 폭이 좁아져 코크스의 압출 저항이 높아지므로, 조업상에 있어서 커다란 문제가 된다. 또, 무리한 압출에 의해 '메지'라 불리우는 벽돌과 벽돌 사이의 간격을 메우고 있는 부분이 손상되고, 탄화실측으로부터 생가스가 연소실로 유입하여 굴뚝에서의 흑연 발생의 원인이 됨으로써 공해상 문제점을 초래한다.

이러한 문제점에 대한 대책으로서는, 코크스 배출후의 고온 탄화실의 벽돌 표면에 부착하는 부착물을 금속봉을 사용하여 사람의 손으로 제거하거나, 공기에 의해 벽돌에 부착하는 탄소를 소성(燒成)시키고, 공기 또는 산소를 분무함으로써 벽돌 부착 탄소를 연소제거하였다.(특개평 2-24392호, 특개평 3-111487호). 문제점이 지속되는 경우에는 완전히 냉각된 후에 탄화실로 들어가 손상된 벽돌을 교환하거나 메지를 손으로 바로 잡았는데, 이렇게 함으로써 작업환경이 더욱 악화되며, 탄화실이 서서히 냉각함에 있어서는 열에너지가 막대하게 손실되었다.

따라서, 탄화실이 보유한 고열을 사용하여 조업 중 간편하고 단시간내에 벽돌의 표면 처리를 행할 수 있는 방법이 요망되고 있다. 본 발명자들은 상기한 요망에 부응할 목적으로 연구한 결과로서 본 발명을 완성하였다.

다시말해 본 발명은, 본질적으로 규산나트륨 35.0 내지 50.0중량% , 수산화리튬, 탄산리튬, 염화리튬 중 적어도 1종 1.0내지 10.0중량%, 알칼리 붕산염 1.0 내지 10.0중량% , R이 탄소수 1 내지 12의 알칼리기인 R-Si(OH)₂N_a로 표시되는 유기 실리콘 화합물 1 내지 10.0중량% 및 물로 구성되며, 20℃에서의 점도가 100cps 이하인 고온 내화재 표면 처리제, 및 상기 처리제를 표면 온도가 500 내지 1200℃인 범위에 있는 내화재면에 0.05 내지 4.0kg/m²의 비로 급격히 산포하여, 용융 상태의 처리제층을 형성시키고, 동시에, 상기 층을 적어도 100℃로 유지함으로써 내화재면에 실리카 순도가 높고 평활하며, 고강도인 층을 형성시키는 고온 내화재 표면 처리 방법에 관한 것이다. 다음으로, 본 발명에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 상기한 본 발명에서의 처리제는 각 성분을 물에 용해하여 제조된다.

이러한 물의 사용은 처리 공정이 인화성 유기 용매의 사용이 불안전한 고온 환경에서 수행되기 때문에 필요하다. 또, 처리제 중의 리튬화합물과 알칼리 붕산염은 규산나트륨의 용융점을 강하시키므로 규산나트륨의 단독 상용에 비하여 저온에서 처리제의 용융층이 형성될 수 있다. 또, 처리제 중의 유기 실리콘 화합물은 상기 처리제를 도포할 때에 도포면인 내화재 표면에 얼룩없이 균일하게 처리제를 부착할 목적으로 혼합한다. 일반적으로, 도포를 행하는 표면 온도가 400℃를 넘으면, 유기 실리콘 화합물은 분해되며, 이것을 처리제중의 첨가한 효과는 저하되거나 소실된다.

그러나, 본 발명에 있어서는 상온의 상기 처리제는 스프레이 노즐을 사용하여 고온 표면에 순간적으로 도포되기 때문에 매우 일시적으로 도포 표면의 온도가 저하하며, 표면 온도가 높더라도 상기 처리제에 의한 균일한 처리층이 형성된다는 사실이 발견되었다. 상기한 바와 같이 본 발명의 처리제를 내화재 표면에 도포하면, 우선 상기 표면에 용융층이 생성되며, 상기 층은 내화재 표면층과 반응한다. 또한, 오븐내의 대기, 구체적으로는 내화재가 존재하는 대기를 1100℃이상으로 유지시킨다.

대기가 1100℃ 미만일 경우에는 가열하여 1100℃를 넘게 한다. 결과적으로, 처리제 중의 알칼리 성분은 증발 또는 승화하며, 실리카 손도가 높고 평활하며, 강도가 높은 층이 형성되게 된다. 규석질 및 사모트(schamotte)질, 또는 알루미나 등 대표적인 내화 벽돌은, 알칼리 성분의 침투가 화학적 스폴링의 원인이 되는데, 본 발명의 처리제는 상기한 바와 같이 구성함으로써 화학적 스폴링을 일으키는 일이 없다. 다음으로 본 발명의 처리제를 구성하는 성분에 관하여 설명한다.

규산나트륨인 S_iO₂/Na₂O의 몰비는 3.2 내지 3.8의 범위에 있는 것이 바람직하다. 규산나트륨은 수용성이면 효과적인데, 특히 실리카의 비율이 많은 것, 즉 상기한 몰비인 것이 더욱 바람직하다. 규산나트륨의 함량이 하한, 즉 35.0중량%에 달하지 않은 경우에는 내화재에 부착되는 처리제의 양이 저하되고, 전체적인 분무 시간이 증대한다. 50.0중량%를 넘은 경우에는 조성물의 점도가 급격히 상승하여 분무도포가 곤란해진다. 실용적으로는 특히 40 내지 45%의 범위일 때 바람직하다. 리튬화합물 및 알칼리 붕산염은 규산나트륨의 융점을 강하시키는 효과를 가진다.

처리제 중의 함유랑은 각각 0.1 내지 10중량%이다. 함유랑이 너무 적으면 규산나트륨의 융점이 강하하는 일이 거의 없으며, 너무 많으면 최종적으로 형성되는 층의 강도가 불충분하게 된다. 리튬 화합물 중에서는 수산화리튬, 알칼리 붕산염 중에서는 붕산 나트륨이 바람직하다. 또한, 실용적으로 특히 바람직한 것은 수산화리튬이 5 내지 10중량%, 붕산나트륨이 4 내지 8중량%인 것이다. 유기 실리콘 화합물로서 특히 바람직한 것은 R이 탄소수 1내지 4의 알킬기인 화합물이다.

그 이유는, 알킬의 탄소수가 적은편이 물에 대한 유기 실리콘 화합물의 용해능이 높고 용해 안정성(비석출성)이 좋기 때문이다. 그 함유량은 실용적으로 3.0 내지 8.0중량%인 것이 바람직하다. 또한 처리제의 산포량을 0.05 내지 4.0kg/m²로 한 것은 다음과 같은 이유에서이다. 즉, 산포량이 너무 적으면 표면에 형성하는 층이 너무 얇아서 충분한 강도를 얻을 수 없으며, 또한 너무 많으면 내화 벽돌에 도포된 처리제의 층이 승온 과정에서 균열이 생겨 표면 피복이 불량해질 경우가 있다. 실용적으로는 1 내지 3kg/m²의 양일 때 바람직하다.

[실시예]

이하, 본 발명은 도시한 실시예를 바탕으로 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명에서의 처리제로시는 [표 1]에 도시한 바와 같이, 규산나트륨(SiO₂/Na₂O 몰비=3.5) 35부와, 수산화리튬 5부, 붕산나트륨 7부, 유기 실리콘 화합물[CH₃-Si(OH)₂ONa] 3부, 물 50부로 구성되는 [배합예 1]의 혼합액을 제조하였다. 상기 [배합예 1]의 처리제의 효과를 설명하기 위하여, 규산나트륨(SiO₂/Na₂O 몰비=3.5) 50부와, 물 50부로 구성된 혼합액을 비교배합예로서 사용하였다.

내화재로서, 코크스 오븐의 탄화실에서 통상적으로 사용되고 있는 규석질 벽돌을 사용하였다. 그 대표적인 성질 및 상태를 [표 2]에 도시한다.

우선, 본 발명의 처리제의 작용을 설명하기 위하여, 내화 벽돌 표면에 처리제를 도포한 후의 결과를 제 1도에 도식적으로 도시하였다. 먼저, 고온의 화로재료인 벽돌 표면에 처리제를 도포한다. 통상, 처리제를 도포하고자 하는 벽돌의 표면 온도는 500 내지 1200℃이며, 그 이상이 될 기회는 적다. 반면에, 도포대상이 되는 설비의 원료 등을 교체할 경우에 500℃ 보다 낮아질 수 있는 경우도 충분히 있을 수 있으나, 그 경우에는 처리제가 액상인채로 벽돌 내부 깊이 침투하고, 벽돌 표면에서의 반응에 기여하는 활성 성분량이 저하함에 따라, 목표로 한 효과를 달성할 수 없을 뿐만 아니라, 벽돌의 내부에 침투하여 잔존한 알칼리에 의해 벽돌의 강도가 저하될 위험성도 있다. 본 발명의 처리제를 도포할 때에 있어서 내화재(벽돌) 온도를 500℃ 이상으로 한정하고 있는 것은 상기한 이유에 의한 것이다. (a) 500 내지 1200℃의 내화 벽돌 표면에 균일하게 도포된 처리제는

(b) 급격히 탈수하여, 발포상태로 고형분층을 형성한다.

(c) 본 실시예에 있어서 처리제의 용융점이 700℃로 설정되어 있으므로, 처리제는 내화 벽돌 표면의 온도에서 서서히 용융하며, 처리제의 양이 2.0kg/m (대상도포면)일 경우에는 벽돌 표면으로부터 약 1.0 내지 1.2mm의 깊이까지 용유상태의 처리제층이 형성된다.

(d) 상기한 상태에서 내화 물질을 사용한 화로가 가동하여, 벽돌 표면의 온도가 1100℃ 를 초과하면, 처리제 중의 알칼리성분과 벽돌의 기본 재료인 이산화규소의 입자 표면이 반응하여 용액상으로 변화한다. 이어서, 약 1200℃ 정도까지 표면 온도가 상승하면 알칼리 성분은 급격히 증발하고, 실리카 농도의 상승과 함께 융점상승을 일으켜 평활하여 밀도가 높고, 강도가 높은 처리층이 완성된다. 본 발명의 처리제를 사용할 때의 조작에 관하여 설명함에 있어서, 전기로내의 내화 벽돌에 처리제를 도포하는 일례를 제 2도에 도식적으로 도시하였다. 도시한 실시예에서는 본 발명의 처리제(1)를 정량 펌프(2)로 압출하였다. 상기 정량 펌프(2)는 일반적으로 맥동하여 불안정하게 작동하기 때문에, 맥동방지용 에어챔버(3)를 설치하였다.

안정된 유량으로 된 처리제를 전체가 둥근 모양인 스프레이 노즐(4)을 통해 안개형으로 분무시켰다. 전기로(5)내에 사용된 규석질 벽돌(6)의 표면적 1m 당 2kg의 속도로 처리제를 분무하도록 스프레이 노즐(4)를 타이머로 조절하였다. 처리제 도포면의 온도는 900℃에서 2시간 유지시켰다. 기타 시험조건 항목을 [표 3]에 도시한다.

주) 피복된 샘풀은 상기 기간동안 가열한 후 처리제층을 벗겨내었다. 박리물은 마쇄시키고 5% 염산에 용해시켰다. 원자흡광기를 사용하여 용액의 흡광도를 측정함으로써 결과의 용액의 알칼리 함량을 시험하였다.

처리제 속의 나트륨은 반응 종료 후 신속하게 증발 내지 승화하여 벽돌 표면에 잔존하지 않게 되어야 함은, 화학적 스폴링에 알칼리가 악영향을 미치는 점에서 이미 설명하였다. 여기서는, 본 발명의 방법으로 알칼리가 제거되어 있는 점을 입증하는 것을 목적으로 하여, 잔존 알칼리(Na)량 계측 결과를 도시한 제 3도를 참조하여 설명한다. 900℃로 유지된 벽돌에 스프레이 노즐로 처리제를 피복시키고, 즉시 1100℃에서 일정 시간 가열하였다. 그리고, 일정 시간이 경과한 후의 벽돌을 전기 오븐으로부터 꺼내고, 표면처리층을 깍아내고 분쇄하여, 5%의 염산 용액중에 용해시켰다.

원자흡광계로 용액의 흡광도를 결정함으로써 생성된 용액의 알칼리 함량을 시험하였다. 결과적으로 관찰된 알칼리 함량을 NaO로 환산하여 표시하였다. 그 결과를 제 3도에 도시한다. 제 3도에 있어서 곡선 7은 [표 1]의 [배합예 1]에 도시된 조성으로 이루어지는 본 발명의 처리제에 관한 것이고, 선 8은 비교 배합예에 관한 것이다. 제 3도에 있어서 종축은 NaO로 환산한 알칼리량, 횡축은 가열시간이다. 또한 도면 중 곡선 9로 도시된 점선은 표면 처리제 고형분 속의 NaO평균량(19.5중량%), 곡선 10으로 도시되는 점선은 규석질 벽돌 속의 NaO이다.

즉, 벽도표면 온도가 1100℃에 달한 뒤 5분만에 [배합예 1]의 처리제로부터 생성된 층의 알칼리 분량은 급격한 저하를 보였다. 10시간 이상 경과후, 시험용 규석질 벽돌이 본래 함유하는 NaO량의 0.15%에 가까운 값까지 저하하였다. 이러한 결과는 내부로 알칼리가 침투하지 않음을 입증하였다. 이에 대하여 비교배합예의 규산나트륨 50%만으로 구성된 액에 관해서는 50시간 경과후에 5%이상 잔존해 있었다. 이러한 차이는 규산나트륨의 융점 저하를 목적으로 혼합되어 있는 수산화리튬 및 붕산나트륨이 효과적으로 기여하고 있기 때문으로써, 알칼리의 증발 및 승화가 단시간내에 이루어짐을 나타낸다. 또한, 동일한 조건으로 20시간 처리한 후의 반응처리층의 두께와 그 표면 강도를 제 4도를 참조하여 설명하기로 한다.

벽돌 표면으로부터의 처리제의 침투 두께는 ,처리제를 도포 온도로 도포하고, 즉시 1100℃의 전기로 넣어 20시간 가열한 후의 그리고 벽돌의 단면에서 관찰되는 반응 및 침투 두께를 버니어 캘리퍼스로 계측하였다. 반응후의 표면 강도는 동일조건으로 처리된 벽돌의 표면을 비커즈(Vickers)강도로 계측하고, 무처리 벽돌의 표면에 대한 강도를 구해 상기 측정의 결과와 비교하였다. 우선, 처리제가 도포면을 통해 벽돌내부로 침투한 두께에 관하여 설명하면, 도포면의 표면 온도가 300℃ 미만이 되는 경우 처리제 속의 수분증발이 지연된다. 100℃일 경우, 벽돌 내부로 3.2mm의 깊이까지 침투하고, 표면반응층은 생성되지 않았다. 또, 1100℃에서 가열한 후의 표면 강도는 시험벽돌의 강도에 대하여 전혀 변화하지 않았다.

이는 내부 침투가 너무 커서 처리제가 용융하여 벽돌 표면과의 반응력이 희박해지기 때문이다. 또, 1250℃를 초과하는 도포면 온도는 너무 높기 때문에 도포처리제가 순간적으로 고화하여 미분말로서 비화한다는 사실이 확인되었다. 따라서, 충분한 침투 두께(처리층 두께)를 확보하지 못하고, 표면 강도도 거의 향상되지 못하였다. 도포면 온도가 400내지 1200℃일 경우, 처리제는 발포, 용융하여 벽돌 표면과의 반응층을 형성한다. 또한 침투깊이 (처리층 두께)는 1mm전후로 거의 일정하게 되며, 강도도 500 내지 1200mm에서, 무처리한 시험 벽돌에 비해 15%의 강도향상을 얻을 수 있다. 본 발명에서 처리제 도포대상의 표면 온도를 500 내지 1200℃로 한정한 근거는 바로 상기한 점에 있다.

다음으로, 처리제속의 유기 실리콘 화합물의 농도와 처리층 두께와의 관계를 제 5도를 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다. 처리제의 고형분 농도가 50%를 유지하도록 구성하여, 유기 실리콘 화합물(CHSi(ON)ONa)을 0 내지 10%의 범위에서 변동시키고, 그 경우의 표면 처리제의 두께를 계측하였다. 도포량은 2kg/m , 도포면 온도는 900℃ 가열온도는 1100℃, 처리시간은 10시간이다. 처리층의 두께는 1mm로 하여 실험을 행하였다. 제 5도에 유기 실리콘 화합물(CHSi(OH)ONa)의 혼합량을 0 내지 10%로 변화시킨 경우의 처리층 두께의 변화를 도시한다. 0%일때의 두께는 0.2 내지 3.3mm로 폭이 크며, 이것은 제 4도에서 설명한 침투두께와 강도의 관계도로부터 알 수 있듯이 강도상승효과를 얻을 수 없음을 용이하게 판단할 수 있다. 유기 실리콘 화합물의 혼합이 1%가 되면, 처리층의 두께는 균일해지며 2%이상이 되면 매우 안정된 두께로 되어 10%까지 일정하다. 본 발명에서 처리제속의 유기 실리콘 화합물 량을 1 내지 10%로 한정시킨 근거는 이러한 점에 있다.

또한, 유기 실리콘 화합물은 500℃이상에서 열분해하며, 0.1㎛ 이하의 고순도 이산화규소 분말을 생성시키기 때문에, 벽돌 기본재료의 공극을 메워, 처리층의 치밀화를 촉진시킨다는 목적에서도 효과적이다. 상기한 바와 같이 처리제로 용융되고 이산화규소에 의해 치밀화된 처리층은 평활한 면이 되어 설비 조작시에 발생하는 탄소나 배합탄 속의 회분이 부착되는 것을 억제하며, 코크스의 압출저항을 완화시킨다. 상기 처리층 표면의 거칠기에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 무처리 시험벽돌(신소재)표면의 거칠기는 평균 0.1mm이다. 처리제를 도포하는 도포면의 온도가 400℃미만이 되면, 이미 설명한 바와 같이 처리제가 벽돌 내부로 너무 많이 침투하여 충분한 처리층을 얻을 수 없게 된다. 그리하여 표면의 거칠기도 악화되며, 200℃미만에서는 시험 벽돌의 거칠기와 같은 결과가 얻어진다. 500 내지 1200 ℃에서는 표면의 거칠기의 평균은.004mm로서 통상적인 유리면과 거의 같은 평활면으로 개선시킬 수 있다.

1250℃이상에서는, 이것도 앞서 설명한 바와 같이, 도포처리제가 비산하기 때문에 효과가 저하하며, 1350℃에서는 시험 벽의 거칠기와 같은 결과를 얻게 된다. 이상 각종 시험을 통해 인정된 결과를, 실제의 오븐에서 실시 시험을 행하여 확인한 결과를 하기에 나타낸다. 실제로 사용한 코크스 오븐은 제 6도에 도시한다. 탄화실(61)에서 건류되어 생성한 적열 코크스는 압출기(62)에 부속한 압출기램에 의해 코크스측으로 배출된다. 코크스가 압출된 후의 탄화실은 1000 내지 1200℃의 고온으로 유지되고 있으며, 코크스의 원료의 배합탄은 장입차(63)에 의해 이동되어 장입구로부터 탄화실(61)로 장입된다. 본 실시예에서는 공실(空室)로 된 탄화실(61)에 미리 설치된 시험 벽돌을 사용하여 평가하였다. 제 6도에 있어서, 64는 원료탄 송탄용 벨트 컨베이어, 65는 소화탑, 66은 코크스, 67은 축열실, 68은 원료탄조이다. 다음으로 제 7도로 시험방법을 설명하기로 한다.

압출기상에 설치된 처리제 탱크(용량 100ℓ)(71)에 처리제(72)로 충전시키고 밸브를 닫는다. 압력공기(73)를 탱크(71)에 넣어 처리제 (72)를 배출시키고, 유량 조정 밸브(70)를 작동시켜 처리제용 압력계(74)의 압력이 3.2kg/m 가 되도록 조정하였다. 처리제의 스프레이 노즐(75)은 압출기 램,선단의 상방에 고정되어 76으로 도시한 바와 같이 79는 압출기 램, 80은 압출기 선단이다. 한편, 탄화실은 고온이므로 제 8도에 도시한 바와 같이, 처리제(81)를 위한 처리제 도관(82) 외부에 냉각 보호관(83)을 고정시키고 냉각 용수(84)로 냉각하였다. 85는 내화 벽돌벽이다. 또, 스프레이 노즐(86)은 압출기 램의 이동으로 탄화실 양면에 스프레이 할 수 있도록 부채꼴 모양으로 분무하는 노즐을 2개 설치하였다.

시험용 고정 규석질 벽돌(350×450×150mm인 직사각형 규석질 벽돌 10개)은 조업전에 탄화실을 냉각하고 탄화실에서 가장 고온의 대기라 상정되는 천정 부위(장입구)로부터 50cm하방의 이미 설치해둔 벽돌 표면에 앵글 및 메지제로 고정 접착하였다. 상세한 실험 조건 및 실험 결과는 [표 4]로 설명한다.

또, 처리제 도포시의 탄화실 벽돌 표면의 온도는 850℃이었다. 처리제를 도포한 다음에는 탄화실의 문을 닫고 장입구로부터 배합탄을 장입하며, 장입구의 덮개가 닫혀지고 탄화실 양측에 있는 연소실의 열로 구워짐으로써 코크스가 제조된다. 이와 같이 코크스는 배치식으로 제조된다. 처리제를 도포한 후에는 코크스를 12회(12배치)제조하고, 탄화실을 냉각하여 실험용 벽돌을 꺼내고 도포표면이 개선된 결과를 분석하였다. 비교를 위해 무처리면의 벽돌을 오븐으로부터 꺼내어 동일하게 분석하였다.

그 결과, 벽돌 표면에 부착하는 탄소 및 회분과 같은 고형분량은, 무처리면의 벽돌에서 1.9g/m 였음에 비하여, 처리제를 도포한 벽돌에서는 0.1g/m 이하의 값이었다. 또한, 표면의 처리층은 유리면처럼 평활하여, 균열 등이 전혀 없고, 그 두께는 1.1 내지 1.5mm의 범위로써, 평균1.3mm라는 예상치를 거의 만족시키는 값이었다. 또한, 처리제를 도포한 벽돌의 표면 강도는 시험 벽돌의 소재시의 강도에 비해 +10.2%의 강도상승을 보였으며, 비교용이 -2.5%임에 비하여, 현저한 개선경향을 보였다. 또한, 처리제를 도포한 벽돌 표면의 거칠기는 0.007mm로서, 무처리면 벽돌 표면이 0.650mm임에 비해 월등한 평활함을 나타내었다. 처리층의 Na량은 0.1 내지 0.9%(평균 0.4%)로 사용하기 전의 벽돌에서 얻어지는 Na량의 0.15%에 근사한 값까지 저하되어 있어, 이미 설명한 본 발명의 처리반응이 완결되어 있음을 판단할 수 있었다.

본 시험에서 얻은 수치들은 이미 설명한 전기로에 의한 실험치와 거의 같은 값으로 재현되었다. 표 5도에 도시한 조성의 배합예 2 내지 5, 및 배교배합예의 처리제를 이용하여, 상기 실시시험과 마찬가지로 코크스를 100배치 제조한 다음, 벽돌 표면의 기공율(%) 및 압축강도(MN/m )를 측정하고, 그 결과를 [표 6]으로 도시하였다. 한편, 처리제를 전혀 도포하지 않은 무처리의 것도 블랭크로하여 동일하게 시험하였다.

이상으로 본 발명을 실시예를 바탕으로 설명하였는데 본 발명은 상시한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구의 범위에 기재한 구성을 변경하지 않는한 여러 가지로 실시할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 고온내와 벽돌 표면 처리법은,코크스 제조 오븐(코크스 오븐), 요업 오븐, 시멘트 소성로(燒成爐)는 발전용 보일러 등에 사용되는 고온의 내화재 표면에 용융 피복층을 형성시키고, 내화 벽돌의 내구성 및 가스 투과 방지 성능을 향상시키는 간편하고, 설비가 보유하는 열을 효율적으로 이용하여 실시할 수 있는 것이다. 또, 그때 특별한 숙련 기술이나 설비 건설 비용을 상승시키는 일이 없고, 본래의 설비 운전을 변경할 필요도 없다.

Claims (16)

1. 필수적으로 규산나트륨35.0 내지 50.0중량%, 수산화리튬, 탄산리튬, 염화리튬으로부터 선택되는 리튬화합물 1종이상 1.0 내지10.0 중량% , 알카리 붕산염 1.0 내지 10.0중량%로 이루어지며 이때 R은 탄소수 1내지 12의 알킬기인 R-Si(OH)₂Na로표되는 유기 실리콘 화합물 1내지 10.0중량%와 물로 구성되며, 20℃에서의 점도가 100cps 이하인 고온 내화재 표면 처리제.
2. 제1항에 있어서, 규산나트륨인 SiO₂/Na₂O의 몰비가 3.2 내지 3.8인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
3. 제1항에 있어서, 리튬 화합물이 수산화리튬인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
4. 제1항에 있어서, 알칼리 붕산염이 붕산나트륨인 것을 특징으로 하는 고온 내화제 표면 처리제.
5. 제1항에 있어서, 유기 실리콘 화합물의 R이 탄소수 1 내지 4의 알칼리인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
6. 제3항에 있어서, 수산화리튬이 5.0 내지 10.0중량%인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
7. 제4항에 있어서, 붕산 나트륨이 4.0 내지 8.0중량%인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
8. 제5항에 있어서, 유기 실리콘 화합물이 1.0 내지 5.0중량%인 것을 특징으로 하는 고온 내화재 표면 처리제.
9. 필수적으로 규산나트륨 35.0 내지 50.0중량%, 수산화리튬, 탄산리튬, 염화리튬으로부터 선택되는 리튬화합물 1종 이상1.0 내지 10.0중량%, 및 알칼리 붕산염 1.0 내지 10.0중량%로 이루어지며 이때 R은 탄소수 1내지 12의 알킬리인 R-Si(OH)₂Na로 표시되는 유기 실리콘 화합물 1 내지 10.0중량%와 물로 구성되며, 20℃에서의 점도가 100cps 이하인 고온 내화재 표면 처리제를 표면 온도가 500 내지 1200℃인 범위에 있는 고온 내화재 표면에 0.05 내지 4.0kg/m2을 급격히 산포하여, 상기 표면에 용융층을 형성시키고, 동시에 상기 층을 적어도 1100℃로 유지하여 이루어지는 내화재면에 실리카 순도가 높고, 평활하며, 고강도의 층알아쓰 형성시킴으로써 제조된 고온 내화재 표면 처리 방법.
10. 제9항에 있어서, 규산나트륨인 SiO₂/Na₂O 의 몰비가 3.2 내지 3.8인 고온 내화재 표면 처리 방법.
11. 제9항에 있어서, 리튬 화합물이 수한화리튬인 고온 내화제 고온 내화제 표면 처리 방법.
12. 제9항에 있어서, 알칼리 붕산염이 붕산나트륨인 고온 내화재 표면 처리 방법.
13. 제9항에 있어서, 유기 실리콘 화합물의 R이 탄소수 1 내지 4의 알칼리인 고온 내화재 표면 처리 방법.
14. 제11항에 있어서, 수산화리튬의 함량이 5.0 내지 10.0중량%인 고온 내화재 표면 처리 방법.
15. 제12항에 있어서, 붕산나트륨의 함량이 4.0 내지 8.0중량%인 고온 내화재 표면 처리 방법.
16. 제13항에 있어서, 유기 실리콘 화합물의 함량이 1.0 내지 5.0중량%인 고온 내화재 표면 처리 방법.