KR100240751B1 - 분무보수 내화물용 결합제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분무보수내화물용 결합제에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 분무시의 시공체 경화가 빨라 시공체가 흘러내리지 않아 부착율이 높고, 강도가 높아 충격에 시공체가 탈락이 되지 않고, 첨가량을 적게하여 저융점 물질의 생성량이 낮아 보수부분의 내침식성이 향상되도록 하는 분무보수재용 결합제를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고용해성 규산염 100중량%에 대하여 소석회 20-70중량%, 산성질인산염 0.2-0.6중량%를 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분문보수 내화물용 결합제에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

분무보수 내화물용 결합제

본 발명은 부정형 분무 보수 내화물(Gunning material)에 첨가되는 결합제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분무시 시공체 경화에 의한 강도 발현으로 부정형 분무보수재의 강도약화에 의한 손상을 방지하는 경화성 및 강도 발현이 우수한 부정형 보수내화물용 결합제에 관한 것이다.

종래 전기로, 전로 래들 등의 용융금속 용기의 내장 내화물 부정형 분무 보수재로 사용되는 분무 보수재는 조업과 조업간의 단시간에 보수를 하게 되기 때문에 고온에서 충분한 접착력이 요구되고 있다. 또한 수직면에 보수해야할 경우가 많이 발생되기 때문에 시공체의 보형성이 요구된다. 이러한 시공체의 보형성에는 결합제의 경화성과 강도에 따라 변하게 된다. 경화성이 부족하면 시공체가 벽면에서 흘러내려 시공부위에 시공할 수 없게되고, 강도가 부족하면 시공후 초기 사용할 때 시공체가 탈락되어 손상되는 경우가 많다. 분무시공시 수분량의 변동이 발생하더라도 시공체가 흘러내리지 않고 벽면에 부착되기 위해서는 경화성이 요구된다.

이러한 고온 벽면에의 부착 및 분무 시공체의 형태 유지를 위해서 부정형 분무 보수재에는 여러 가지 결합재 및 경화보조재가 첨가 사용되고 있다.

종래의 분무 시공 보수재용 결합재로 통상 인산나트륨, 인산칼슘, 인산마그네슘, 인산알루미늄 등의 인산염 결합재와 경화보조재로 소석회를 주로 사용하고 있다.

이와같이, 인산염 결합재와 경화보조재로 소석회를 사용한 부정형 분무 보수재는 열간 부착력 및 열간강도가 우수하여 사용특성이 양호하게 나타나지만, 인산염 결합재중의 인성분이 철강제품에 혼입되면 강의 취성을 약하게 하는 성질이 있기 때문에 강내로 이성분이 혼입되는 것을 억제하고 있고, 조업중에 탈인처리를 하고 있다. 따라서, 최근에는 다량의 인산염결합재로 구성된 부정형 분무 내화물의 사용이 감소되고 있다.

인산염 결합재의 강오염 문제로 최근에는 규산염 및 황산염을 결합제로 사용하는 분문 보수재가 많이 사용되고 있다. 그러나, 규산염을 결합재로 할 경우 경화성 및 강도발현에 어려움이 있고, 규산염을 경화시키기 위해, 탈산칼슘, 석고, 알루미나 시멘트 규불화소다등이 사용되고 있으나 경화속도가 느리고 강도가 약한 문제점이 있다. 또한 규산염의 경화재로 가장 많이 사용되는 규불화소다의 경우 융점이 낮은 불소화합물이 생성되어 분무보수재의 내침식성을 약화시키는 문제점이 있다.

또한, 황산염을 이용하는 방법으로서, 예를들면 일본의 특개평 7-172939에 황산마그네슘을 다량으로 사용하여 소요수분 감소에 의한 시공체의 형태유지 및 시공체를 치밀화하는 방법들이 제시되고 있다. 그러나 이런 방법은 수분감소에 의한 시공체의 치밀화 및 부착율의 증가 효과는 있지만 함수 황산마그네슘이 1000℃이하 온도에서 수분이 증발되고 열분해 되면 분무체의 강도가 약화되어 전기로 및 전로 등에 고철이 장입될 시 충격에 의해 시공체가 탈락하는 문제점이 있다.

한편, 분무체의 부착율 및 강도를 증가하기 위해 다량의 결합제를 첨가하는 방법, 예를들면 특개평 6-227869 및 특개평 7-127978 에 제안된 방법과 같이 규산염과 소석회 탈산칼슘을 다량으로 조합하여 사용하는 것은 저융점 물질이 다량으로 생성되어 분무 보수재의 내식성을 약화시키고, 분무 시공체의 경화 강도가 강하지 못하여 충격에 탈락되기 쉽다. 융점이 낮은 결합재를 다량으로 사용함으로 인해 분무시공체의 과소결로 냉각시 수축에 의해 시공체에 크랙(Crack) 발생이 높아 사용횟수가 3-4회를 경과하면 시공체에 균열이 발생되어 국부적으로 탈락하고 내침식성이 급격하게 약화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 그 목적하는 바는 분무시의 시공체 경화가 빨라 시공체가 흘러내리지 않아 부착율이 높고, 강도가 높아 충격에 시공체가 탈락이 되지 않고, 첨가량을 적게하여 저융점 물질의 생성량이 낮아 보수부분의 내침식성이 향상되도록 하는 분무보수재용 결합제를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고융해성 규산염 100중량%에 대하여 소석회 20-70중량%, 산성질인산염 0.2-0.6중량%를 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분무보수 내화물용 결합제에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로, 열간분무시 분무체가 흘러내리는 것은 분무체의 수분에 대한 유동성이 크고 점결력이 낮으며 적절한 경화가 되지 않기 때문이다.

이에, 본 발명자들은 분무체의 수분에 대한 유동성 감소 및 점결력 증가를 위한 유기질 점결재를 첨가하여 검토하고, 분무체의 해교력을 증가시켜 수분함량을 감소함과 동시에, 적절한 경화성을 부여하도록 산성질 인산염을 첨가하여 검토하였다.

상기와 같은 검토에 의한 결과는 다음과 같았다.

즉, 규산염을 경화시키는 것으로 알려진 탄산칼슘, 소석회, 규불화소다에 대하여 경화성을 측정한 결과 탄산칼슘 및 규불화소다는 상온에서 경화속도가 완만하여 분무 보수재의 결합재 및 경화재로 사용하기는 어려운 것으로 나타났다. 또한, 규산염과 소석회가 반응하여 경화를 일으키지만 경화재로 사용하는 소석회의 함량에 따라 경화속도가 다르며 경화체의 강도가 다르게 나타났다. 또한, 소석회의 함량이 낮으면 경화속도가 느려지는 반면 경화체의 강도는 증가하는 경향으로 나타났고, 소석회의 함량이 높으면 경화속도는 빨라지지만 경화체의 강도는 약화되는 것으로 나타났다. 그리고 규산염의 종류에 따라서도 경화속도가 달라지는 것으로 나타났다. 즉 규산염중의 SiO₂/Na₂O 비가 낮을수록 경화가 빠르고, 용해속도를 증가시킨 함수 규산염이 소석회와 반응하여 경화가 빠르게 되는 것으로 나타났다.

이에, 본 발명자들은 또한, SiO₂/Na₂O 비가 낮으면서 용해성이 높은 규산염과 소석회의 함량에 따른 경화성 및 경화강도를 검토하고, 분산성 및 강도증가를 위해 보조재로 산성인산염을 소량가하여 분산성에 따른 경화속도 및 경화강도에 대한 것을 검토하였다.

상기와 같은 검토에 의한 결과는 다음과 같다.

즉, 용해성을 증가시키기 위해 분무건조시킨 고용해성 규산염 100중량%에 대하여 소석회 20-70중량%, pH가 2-3범위인 산성질 인산염 0.2-0.6중량%를 첨가한 결합재를 분무보수재에 함유시키면 분무보수재의 경화성 및 경화강도를 증가시킨다.

상기 소석회는 경화시키는 역할을 하는 것으로, 그 함량에 규산염에 대하여 20중량% 미만으로 함유되면 경화가 잘되지 않고, 70중량%를 초과하면 경화가 너무 빨리되는 문제점이 있다.

상기 산성질 인산염은 pH가 2-3범위인 제 1인산나트륨이나 제 1인산 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 산성질 인산염은 규산염을 경화시키는 작용을 하는 것으로, 그 함량이 규산염에 대하여 0.2중량% 미만으로 함유되면 규산염을 경화시키는 작용이 너무 느려 분무체가 흘러내리는 현상이 나타나고, 0.6중량%를 초과하면 급속하게 경화되어 흘러내리는 현상은 없으나 조직의 치밀화가 저해되어 강도가 낮아진다.

본 발명의 부정형 분무보수재용 결합재는 종래의 열간 분무 보수하는 전기로, 전로래들 등의 열간분무 보수재의 결합재 뿐만아니라, 냉간 분무 보수하는 턴뒤시 보수재의 결합재로 사용될 수 있다. 특히 냉간에서 분무하는 턴디시용 보수재는 냉간에서 분무시에는 유동성이 나타나고 분무후에는 바로 경화되어야 하는 특성을 요구하기 때문에 본 발명의 부정형 분무 보수재용 결합재를 사용하면 턴뒤시 보수재의 요구특성을 충족할 수가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

천연 MgO(90%급) 원료입자 크기가 1mm 이상인 것을 70중량%, 미분인 것을 30중량%로 배합한 원료 100중량%에 결합재를 하기 표1과 같은 함량으로 배합외로 첨가하였다.

경화성 측정은 시멘트 유동성을 측정하는 유동성 측정기로 측정하였다.

각 시료를 1kg를 채취하여 수분을 20% 첨가하고 1분간 혼련한 뒤 유동성 측정기 콘에 주입하여 1,3,5분간 방치한 후 측정기 콘을 제거하고 15회 타격하여 초기 100mm에서 늘어나는 길이를 측정하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다. 타격시 퍼짐길이가 150mm 이상 넓게 퍼지는 것은 경화가 되지 않는 것, 퍼짐길이가 110-150mm로 나타나는 것은 경화중인 것, 100mm(초기상태)로 나타난 것은 완전 경화된 것으로 평가하였다.

또한, 경화강도는 경화가 완료된 시료에 대하여 압축강도기로 측정하여 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

또한, 압축강도 측정과 소성후 시편상태 관찰은 40x40x160mm로 성형한 시편을 24시간 상온에서 양생한 후 110℃x24h, 1000℃x3h, 1500℃x3h 건조 및 소성하여 압축강도를 측정하고 1500℃x3h 소성된 시편의 잔존선변화율을 측정하고 육안으로 시편의 형태를 관찰하였다.

이때, 관찰결과가 표면에 균열 및 시편변형이 없으며 소성후 시편이 양호한 상태이면 ○, 표면에 미세한 균열 소량 발생 및 시편변형이 약간 발생한 상태이면 △, 표면에 균열이 다량으로 발생되고 시편이 심하게 변형된 불량한 상태이면 x로 나타내었다.

구분	발명예	비교예
	1	2	3	4	1	2	3
천연 MgO	1mm-	70	70	70	70	70	70	70
천연 MgO	미분	30	30	30	30	30	30	30
분말규산소다(1호)	2	2	2	2	2	-	-
분말규산소다(3호)	-	-	-	-	-	4	4
소석회	0.4	0.6	0.4	0.8	1	4	-
산성인산염	0.06	0.06	0.08	0.15	-	-	-
탄산칼슘	-	-	-	-	-	-	4
퍼짐길이(mm)	1분후	140	130	110	100	160	160	160
	3분후	110	100	100	100	130	130	140
	5분후	100	100	100	100	100	110	120
경화강도(kg/㎠)	35	25	38	40	10	10	5
1500℃x3시간소성후상태	표면균열	○	○	○	○	△	X	X
	시편변형	○	○	○	○	△	X	X
	선변화율(%)1500℃x3h	-1.1	-1.2	-1.2	-1.4	-1.5	-1.7	-1.9
압축강도(kg/㎠)	110℃x24h	35	25	30	40	20	50	50
	1000℃x3h	17	10	20	19	8	15	13
	1500℃x3h	110	140	145	150	100	190	250
내침식성 지수	100	103	105	107	115	130	141

상기 표 1에서 알수 있는 바와같이, 발명예(1,2,3,4)의 경우 소석회 및 산성질 인산염의 첨가량이 증가하면 경화속도가 증가하고, 특히 산성질 인산염의 첨가량이 증가함에 따라 경화속도는 빨라지는 것으로 나타났다. 발명예(2,3,4)의 경우 경화속도가 빠르게 나타나므로 열간분무용 보수재의 결합재로 사용하는 것이 효과적이고 경화속도가 느린 발명예(1)의 경우는 냉간분무 보수재(턴뒤시)용 결합재로 사용하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.

또한, 발명예의 경우 비교예에 비하여 소성후 시편의 균열 발생이 없고 과소결에 의한 시편의 수축 및 비틀림 현상이 발생치 않아 용적안정성이 우수한 것으로 나타났다.

또한, 발명예의 경우 비교예에 비하여 분무 보수재의 중요한 요구특성인 1000℃의 증온온도가 높고, 내침식성이 우수한 것으로 나타났다.

본 발명의 부정형 분무 보수재용 결합재는 부정형 분무 보수재의 용도에 따라 경화속도를 조절할 수 있고, 소량을 첨가하더라도 저온 및 중온강도가 높게 나타나고, 내침식성이 우수하여 부정형 분무 보수재의 결합재로 사용하면 부정형제시의 결합재 사용량 감소에 의한 원가 절감과, 사용할 때의 사용수명 증대에 의한 경제적인 효과도 있다.

Claims (2)

1. 고용해성 규산염 100중량%에 대하여 소석회 20-70중량%, 산성질인산염 0.2-0.6중량%를 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분무보수내화물용 결합제
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 산성질 인산염은 pH가 2-3인 제 1 인산나트륨 또는 제 1 인산알루미늄인 것을 특징으로 하는 분무보수 내화물용 결합제.