KR100399676B1 - 규산질 내화성 물질의 제조방법 - Google Patents

Abstract

고체 내화성 입자가 유리질 실리카의 형태로 실리카를 포함하고, 이들이 투사되는 면이 적어도 1000 ℃의 온도임을 특징으로 하는, 실리콘 입자와 가스상 산소 간의 반응이 표면에 대하여 일어나고, 이로 인해 표면에 대하여 반응열을 방출하여 홍연석을 포함하는 응집성 내화성 물질이 형성되도록 하는 이러한 방법으로 고체 내화성 입자, 고체 실리콘 입자 및 가스상 산소를 표면에 대하여 투사시킴으로써 결정성 규산질 내화성 물질을 생성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 유리 제조로와 같은 고온로의 자체 보수 또는 고품질의 내화 벽돌의 제조에 사용할 수 있다.

Description

규산질 내화성 물질의 제조 방법

본 방법은 고체 내화성 입자와 알루미늄과 실리콘과 같은 금속 또는 반-금속의 고체 가연성 연료 입자의 혼합물을 보수될 면에 대하여 투사하고 거기에서 산소가 풍부한 가스, 보통 실질적으로는 순산소와 반응시켜 연료의 반응열을 표면에 대하여 방출시켜서 응집성의 내화성 보수 물질을 형성하는, 일반적으로 "세라믹 용접"으로 공지되어 있는 유형의 기술을 사용한다.

산소의 존재하에서 내화성 입자와 가연성 입자의 혼합물을 표면상에 투사시킴으로써 응집성 내화성 물질이 표면에 대하여 형성되는 이러한 "세라믹 용접"은 GB 특허 제 1,330,894호(Glaverbel) 및 GB 특허 제 2,170,191호(Glaverbel)에 기재되어 있다. 가연성 입자는 조성과 입도측정이 용융에 필요한 열을 방출하면서 이들이 산소와 발열 방식으로 반응하여 내화성 옥사이드를 형성하도록 하는 입자, 적어도 외관상으로는 투사된 내화성 입자이다. 입자의 투사는 입자 혼합물의 운반 가스로서 산소를 사용함으로써 편리하고 안전하게 달성된다. 이러한 방법으로 응집성 내화성 물질은 입자가 투사되는 면에 대하여 형성된다.

이러한 공지되어 있는 세라믹 용접 방법은 내화성 제품, 예를 들면 특이한 형태를 지닌 블럭을 성형하는 데에 사용할 수 있으나, 이들은 벽돌이나 벽을 보수하거나 코팅을 형성하는 용도에 가장 널리 사용되며, 기존의 내화성 구조물 예를 들면, 유리 제조로 또는 코크스로에서 노벽을 보수하거나 보강하는 용도에 특히 유용하다.

본 발명은 홍연석을 포함하는 결정성 규산질 내화성 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 예를 들면 노(爐)의 건설이나 보수에 사용하는 내화성 건축용 벽돌 또는 블럭의 제조시와 같은 물질을 생산하려는 목적이거나 예를 들면, 유리 제조로와 같은 공업노에서의 규산질 내화성 물질 마모면의 자체 보수 방법일 수 있다.

본 방법은 특히 고온 기질 표면의 보수에 적합하다. 이것은 장비를 실질적으로 작업 온도로 유지하면서, 다수의 경우 노를 전체로서 작동 상태로 유지하면서 마모면을 보수하는 것을 가능하게 한다. 노를 전 기간에 걸쳐 계속적으로 작동상태로 유지하면서 목적하는 노의 수명을 수년으로, 종종 20년만큼이나 길게 산정하기 때문에, 노를 사용 상태로 유지하면서 행하는 이러한 보수는 유리 제조 및 코크스 오븐에 특히 유용하다.

세라믹 용접 혼합물의 조성은 일반적으로 기본적인 내화성 물질의 화학적 조성과 유사하거나 이에 가까운 화학적 조성을 지니는 보수 물질을 생성하도록 선택된다. 이것은 신규의 물질과 이것이 형성된 기본 물질과의 상용성과 부착력을 보장하도록 보조한다.

그러나 특히 부착이 연장된 기간에 걸쳐 유지된다면, 심지어 이러한 화학적 상용성에 있어서도 기질에의 보수 물질 부착을 보장하는 데에 있어 문제가 있을 수 있다. 보수면이 초고온에 노출될 경우, 문제가 증가하는 경향이 있다. 이러한 경우에 예를 들어 유리 탱크의 천장을 위한 고급의 내화성 물질이 필요하다.

가능하다면 보수 물질을 부수는 방법은 기피한다. 유리 제조시에 부수어진 물질은 용융된 유리로 되고 수용할 수 없는 불순물을 도입하며, 종종 용융된 유리의 거대한 뱃치를 버리는 것을 불가피하게 한다.

본 발명자는 온도가 매우 높은 수준으로 유지된다면, 홍연석을 포함하는 고도의 내화성 물질을, 기본 물질과 비상용성이기 때문에 전통적으로 기피되어온 고체 내화성 입상 물질로부터 용이하게 형성할 수 있다는 것을 밝혀 내었다. 구체적으로 말해서 본 발명에 따라 성공적인 보수에 사용할 수 있는 물질은 유리질 실리카이다.

본 발명에 따라서, 고체 내화성 입자가 유리질 실리카의 형태로 실리카를 포함하고, 이들이 투사되는 면이 적어도 1000 ℃의 온도임을 특징으로 하는, 가연성 입자와 가스상 산소 간의 반응이 표면에 대하여 일어나고, 이로 인해 표면에 대하여 반응열을 방출하여 홍연석을 포함하는 응집성 내화성 물질이 형성되도록 하는 이러한 방법으로 가스상 산소, 고체 내화성 물질 및 실리콘 입자를 포함하는 고체 가연성 입자를 표면에 대하여 투사시킴으로써 결정성 규산질 내화성 물질을 생산하는 방법이 제공된다.

표면의 고온은 실리콘 입자의 연소에 의해 형성된 실리카가 내화성 물질의 결정성 격자중으로 혼입되도록 보장한다.

결정성 격자의 존재는 내화성 물질의 내부 응집과, 필요하다면 보수시 표면에의 부착 능력에 관하여 여러 장점을 부여한다. 이러한 장점을 이루어내는 방법에 대해 본원에서 부여한 설명은 가설의 성질이 있다. 그러나 가설의 정확성과는 무관하게 장점이 본 발명의 실질적인 적용에서 명백히 나타났다.

결정성 격자가 내화성 물질 전체에 걸쳐서 확장되어 있는 결합제 상으로서 작용한다고 믿어진다. 격자는 전 물질에 걸쳐 확장하는 연속적인 구조를 생성하여, 높은 기계적 강도를 지닌 조밀 구조를 조장한다. 방법이 마모 내화면을 보수하기 위해 사용된다면, 결정성 격자는 표면에 확장하여 부착한다.

투사된 내화성 입자는 결합제 상의 구조와는 다른 구조를 지닐 수 있다. 표면에의 부착은 필수적으로 결합제 상에 의해 제공된다.

고온로 자체내 초고온에의 내화성 물질의 노출은 물질을 홍연석으로 전환시킨다. 별개의 내화성 블럭 또는 벽돌을 성형하는 경우에 있어서, 예를 들면 성형기에 투사함으로써, 성형된 내화성 물질은 바람직하게는 적어도 1000 ℃의 온도로 굽는다. 높은 노 온도와 굽기는 잔여 유리질상을 홍연석으로 전환시킨다. 이것은 홍연석이 고온에서 안정하다는 점에서 특별한 장점이 있다.

본 발명의 방법은 특히 이들이 내부에서 직면할 수 있는 매우 높은 온도 때문에 유리 제조로의 자체내 보수에 사용하기에 매우 적합하다. 예를 들면, 유리제조 탱크의 천장 표면 온도는 1500℃ 이상일 수 있다.

본 발명에 사용한 입자 혼합물 즉, 혼합물이 GB 특허 출원 제 2257136호 (Glaverbel)에 기재된 바와 같은 부가물을 포함한다면, 고체 가연성 입자와 유리질 실리카를 포함하는 고체 내화성 입자의 혼합물은 1000℃ 이하의 온도에서 표면 보수에 사용할 수 있다.

본 발명에 사용할 실리카는 고순도, 예를 들면 적어도 95 중량% 순도의 옥사이드, 바람직하게는 적어도 99 중량% 순도의 옥사이드여야 한다. 수득된 물질은 매우 내화성이고, 물질의 일부가 유리로 될 경우 유리 제조 탱크에서의 오염의 위험성을 감소시킨다.

유리질 실리카는 용이한 입수성과 고순도로 손쉽게 수득될 수 있다는 두 이유 때문에 본 발명의 방법에 사용하는 고체 내화성 입자로서 유리하다.

실리콘의 총량은 바람직하게는 15 중량% 이하이다. 이것은 형성된 내화성 물질내 유의할만한 비율의 반응하지 않는 연료의 존재가 내화성 물질의 품질에 손상을 줄 수 있기 때문에, 형성된 내화성 물질에 남아있을 수 있는 반응하지 않는 연료의 양을 제한시키기 위해 바람직하다.

내화성 입자는 분말의 원활한 투사를 촉진하기 위해서, 바람직하게는 실질적으로 4 mm 이상, 가장 바람직하게는 2.5 mm 이상의 크기를 지닌 어떠한 입자도 포함하지 않는다. 내화성 입자의 크기 범위 확산 인자 f(G)는 바람직하게는 1.2 이상이다. 상기 인자 f(G)는 인자를 표시하기 위해 입자의 부여된 종에 관계하여 본원에서 사용되었다:

2(G₈₀- G₂₀)

f(G) = ----------

(G₈₀+ G₂₀)

상기 식에서, G₈₀은 부여된 종 입자의 80% 그레인 크기를 표시하고, G₂₀은 부여된 종 입자의 20% 그레인 크기를 표시한다.

실리콘은 바람직하게는 50 ㎛ 이하의 평균 입자 직경을 지닌다. 본원에서 사용된 용어 "평균 입자 직경"은 50 중량%의 입자가 이러한 평균보다 더 작은 크기를 지니는 크기를 표시한다.

본 발명의 방법에 따라 수득된 내화성 물질의 용융점은 순 실리카의 용융점에 도달한다. 본 발명에 따라 수득된 벽돌은 1650℃ 이상의 ISO 표준 R1893에 따른 변형 상수 T_0.5를 지닌다. 이것은 통상적인 방법에 의해 생성된 보통의 실리카 벽돌에 있어서 약 1550℃의 T_0.5와 비교된다.

본 발명을 하기 실시예를 참조로 하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 기재된 특정 양과 절차에 제한되지 않는다는 것을 강조한다.

실시예 1

99.7% 순도의 실리카를 지니는 88 중량%의 유리질 실리카 입자와 12 중량%실리콘 입자의 혼합물이 내화성 물질을 형성하기 위해서 시판되는 순수한 산소의 스트림으로 유리 제조 탱크의 천장에 대하여 투사된다. 천장은 약 1600℃ 온도이다. 유리질 실리카의 최대 입자 크기는 2 mm이다. 입자의 G₈₀은 950 ㎛이고, G₂₀은 225 ㎛이며, 크기 범위 확산 인자f(G) 1.23을 부여한다. 실리콘 입자는 45 ㎛ 이하의 평균 입자 직경과 2,500 내지 8,000 ㎠/g의 비표면적을 지닌다. 6일 후에 형성된 물질의 샘플은 분석을 위해 제거되고, 하기 특성을 지니는 것으로 밝혀졌다:

용융점	1723 ℃
구조	홍연석
T0.5(ISO R1893)	거의 1700℃*
*천장의 이 지점에서 보통 사용되는 가장 많이 시판되는 벽돌(Hepworth Refractories' "HEPSIL SV" 고순도 실리카 벽돌)은 1640℃의 T0.5를 지닌다.

실시예 2

실시예 1에서와 동일한 조성의 분말 혼합물은 벽돌을 형성하기 위해서 성형기에 시판되는 순산소의 스트림으로 투사된다. 성형기는 분말 혼합물을 받기 위해 1600℃로 예열된다. 벽돌이 성형된 후에 6일동안 1450℃에서 유지한다. 이어서 벽돌이 분석되고, 실시예 1 샘플과 동일한 용융점, 구조 및 T_0.5를 지닌다는 것이 밝혀졌다.

실시예 2에 따라 생성된 것과 같은 벽돌은 필요하다면, 부가적인 용접과 함께 유리로의 마모된 천장의 보수시에 직접 어떠한 특별한 주의없이 사용할 수 있다. 조심스러운 예열과 같은 주의가 없는 동일한 조건에 배치된 기타 유형의 결정성 실리카 벽돌에는 즉시 방대한 균열이 생길 것이다.

Claims (9)

1. 가연성 입자와 가스상 산소 간의 반응이 표면에 대하여 일어나고, 이로써 표면에 대하여 반응열을 방출하여 홍연석을 포함하는 응집성 내화성 물질이 형성되도록 하는 방법으로 가스상 산소, 고체 내화성 입자 및 실리콘 입자를 포함하는 고체 가연성 입자를 표면에 대하여 투사시킴으로써 결정성 규산질 내화성 물질을 제조하는 방법에 있어서, 고체 내화성 입자가 유리질 실리카의 형태로 실리카를 포함하고, 이들이 투사되는 표면이 1000℃ 이상의 온도임을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 입자의 투사후 생성된 내화성 물질이 1000℃ 이상의 온도에서 구어지는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 고체 내화성 입자가 95 중량% 이상의 순도를 지니는 실리카로 이루어진 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 고체 내화성 입자가 99 중량% 이상의 순도를 지니는 실리카로 이루어진 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 실리콘의 총량이 투사된 입자 총 중량의 15 중량%인 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 실리콘이 50 ㎛ 이하의 평균 직경을 지니는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 고체 내화성 입자가 실질적으로 4 mm 이상의 크기를 지닌 어떠한 입자도 포함하지 않는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 내화성 입자의 크기 범위 확산 인자 f(G) (본원에 기술된 바와 같이)가 1.2 이상인 방법.
9. 제 2 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 홍연석 구조와 1650℃ 이상의 변형 상수 T_0.5를 지니는 내화 벽돌.