KR100505737B1 - 열간 팽창성 내화 모르타르 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화원료에 고점도의 열경화성 결합제와 발포제를 혼합하여 제작한 열간 팽창성 내화 모르타르에 관한 것이다.

본 발명은 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 또는 샤모트(Al2O3-SiO2)등의 내화원료에 인산 또는 규산계 결합제 5∼20중량%와 탄화수소계 발포제를 1∼10중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 열간 팽창성 내화 모르타르를 제공한다.

이상과 같이 본 발명은 RH탈가스 설비의 침적관이나 환류관과 같은 정밀한 내화벽돌 축조가 곤란한 부위에서 발생할 수 있는 공극부를 열간상태에서 자체적으로 1.5배 이상의 팽창특성을 갖는 내화 모르타르로 충진할 수 있어 팽창과정에서 다공성의 내화체를 형성하여 충진성과 단열성이 크게 향상되어 안정적인 노체관리를 할 수 있으며 또한, 내화벽돌을 교환할 때 분리하기가 용이해진다.

Description

열간 팽창성 내화 모르타르{Hot Self-expansible Refractory Mortar}

본 발명은 내화원료에 고점도의 열경화성 결합제와 발포제를 혼합하여 제작한 열간 팽창성 내화 모르타르에 관한 것이다.

종래의 내화 모르타르는 용선 운반용기나 용강 정련용기의 내화벽돌 축조시에 내화벽돌 사이의 접합제 용도로 충진 밀폐용으로 사용되고 있으며, 고온의 용강이나 고온의 분위기에 견딜수 있도록 1mm이하 크기의 내화원료를 주요조성으로 하고, 내화벽돌과의 접착력을 향상시키기 위하여 전분과 같은 점착제와 지속적인 유동성을 확보하기 위한 분산제를 소량 첨가하여 제조되고 있다. 이렇게 제조된 내화 모르타르를 15∼25중량%의 수분과 혼련하여 시공하면, 수분의 건조과정에서 졸-겔(Sol-Gel)결합에 의하여 강도를 발현하고, 고온에서는 세라믹본드(Ceramic Bond)를 형성하여 적정한 강도와 결합력을 갖는다.

또한 상기의 내화 모르타르에 팽창성을 부여하는 종래의 방법은 스피넬 반응(Spinel Reaction)과 같은 내화원료의 화학적 반응을 통하여 팽창성을 부여하는 방법과 카이아나이트(Kyanite)와 같은 팽창성 원료를 소량 첨가하는 방법이 사용되어지고 있다.

그러나, 본 발명의 RH탈가스 설비의 용기내부(3)의 하부에 위치한 침적관(1)은 70회정도 사용후 열간상태에서 내화벽돌(4)을 교환하고, 환류관(2)은 420회정도 사용후 열간상태에서 내화벽돌(4)을 교환하는 데, 그 내화벽돌 축조 구조 사이의 공극부(5)가 커서 1.5배 이상의 팽창성이 요구되는 내화모르타르가 필요하나 상기와 같은 팽창성 내화 모르타르는 5%이하의 열간 팽창성 밖에는 갖지 못하고 충진성이 부족하므로 사용중 용강이 침투하여 외부의 철피가 손상되고, 내화벽돌을 교환할 때 분리성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1600℃의 용강을 정련하는 RH탈가스 설비의 내화벽돌 축조시에 그 내화벽돌 사이의 공간이 크게 발생되는 부위를 효과적으로 충진할 수 있도록 최초 시공두께에서 50%이상 팽창되는 열간 팽창성 내화 모르타르를 사용하여 다공성의 내화체를 형성함으로써, 외부 철피의 손상을 방지하고 열간 교환용 내화벽돌의 분리성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 또는 샤모트(Al2O3-SiO2)등의 내화원료에 인산 또는 규산계 결합제 5∼20중량%와 탄화수소계 발포제를 1∼10중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 열간 팽창성 내화 모르타르를 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같은 본 발명의 내화 모르타르는 15∼25중량%의 물과 혼합하여 용강 및 고온의 분위기와 접촉하는 제철용 노체의 공간 발생부위에 시공하면 된다. 이렇게 시공된 내화 모르타르는 노체 자체열원에 의하여 사용중에 200℃이상의 열과 접촉하게 되면, 고점도의 시공체 내부에서 탄화수소 가스 기포가 발생되어 모르타르가 부피팽창하면서 경화되어 비 구속상태에서 1.5배 이상 팽창된 다공성의 내화체를 형성하여 공간을 충진하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 사용되는 내화원료의 종류는 한정하지 않고, 사용온도와 조건에 맞도록 적정한 내화원료를 선택하면 된다. 입자크기는 시공성과 기밀성 향상을 위하여 1mm이하의 크기를 갖고, 특히 고점력(20 Poise이상)의 시공체를 얻기가 용이하도록 0.075mm이하가 50중량%이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 내화 모르타르에는 상기에서 기술한 것과 같이 결합제를 외삽(外揷, Extrapolation)으로 첨가하지 않는다. 그러나 본 발명에서는 발포제에 의한 체적팽창이 발생될 때 고착, 경화시키는 것을 특징으로 하기 때문에 시공체에 고점력을 부여할 수 있고 열경화성의 결합제가 필요로 하게된다. 따라서 본 발명에서의 인산계 결합제는 발생가스에 의한 기포를 포집하여 모르타르가 팽창하고 다공질체를 형성 할 수 있도록 고점도의 모르타르를 형성하고 200℃이상의 온도에서 경화되는 것을 특징으로 한다. 결합제로서의 인산은 213℃에서 탈수되기 시작하여 300℃가 되면 유리상과 같은 고분자 물질이 되면서 결합력을 갖고 고형화된다. 이상과 같이 기포를 효과적으로 포집하여 다공성 시공체를 형성하기 위해서는 20포와즈(Poise)이상의 고점도를 유지해야 하는데, 결합제로 헥사메타인산소다를 외삽으로 5중량% 첨가한 알루미나계 모르타르를 20중량%의 물과 섞어서 오스트왈드법으로 점도를 측정한 결과 20포와즈 이상의 점도를 나타내었다. 20중량% 이상의 인산계 결합제를 사용해도 시공체의 점착력은 더 이상 증가(≒100포와즈)하지 않으며, 다량 사용시에는 1100∼1300℃에서 액상을 형성하여 내화체의 강도와 내화도를 크게 저하시키므로 20중량%이하로 사용량을 제한하는 것이 좋다. 또 인산알루미늄과 규산계 결합제에서도 탈수, 경화가 진행되는 온도에는 다소 차이가 있으나 상기와 같은유사한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명에서의 발포제는 유독성 및 폭발성 가스가 발생하지 않는 탄화수소계 발포제 중에서 시클로펜탄을 사용하였다. 따라서 본 발명에서는 인산계 결합재 및 내화원료와 반응하지 않아 상온에서는 안정하고, 50℃이상의 온도에서 온도의 증가에 따라 가스발생량이 점진적으로 증가하여 다공성 내화체를 형성할 수 있는 발포제의 선택을 특징으로 한다. RH탈가스 설비와 같은 고온의 분위기에서 1.5배이상 팽창된 내화체를 얻기위해서는 탄화수소계 발포제을 최소 1중량%이상 외삽으로 첨가하여야 하며, 그 첨가량은 팽창율과 사용되는 내화 모르타르의 점도에 따라 변화되지만 경제성과 팽창효율을 고려할 때 10중량%이하로 사용하는 것이 바람직하다. 또 시클로펜탄과 같은 탄화수소계인 n-펜탄과 이소펜탄을 복합 첨가하여도 동일한 효과를 도출할 수 있다.

한편, 발포제 발생가스의 기포에 의하여 시공체가 다공성의 성상을 갖으며 팽창할 때, 기포의 표면장력이 증가하여 외부로 쉽게 유출되어 파괴되면 충분한 팽창성을 얻을 수 없다. 이때에는 기포의 표면장력을 감소시키고 막의 탄성을 증가시키는 작용을 하는 탈유(Tall oil), 알킬황산나트륨, 폴리프로필렌 글리콜 에테르등과 같은 기포제를 소량 사용하면 효과적으로 다공성의 시공체를 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다더 상세히 설명한다.

(실시예)

알루미나계 모르타르에 인산계 결합제인 헥사메타인산소다의 첨가량을 증가시키면서 오스트왈드법으로 모르타르의 점도변화를 측정하였다. 도2에서와 같이 모르타르의 점도는 5중량%이하에서는 본 발명에서 필요로하는 20포와즈 이상의 점도를 확보할 수 없었으며, 헥사메타인산소다의 첨가량을 증가시킴에 따라 점진적으로증가하다가 15중량%이상에서는 그 증가세가 크게 둔화되어 20중량%이상에서는 100포와즈 이상의 점도를 얻을 수 없었다. 따라서 본 발명에서의 결합제인 인산, 인산염 및 규산염계 결합제를 5∼20중량% 범위내에서 단독 또는 복합첨가함에 따라 필요로 하는 모르타르의 점착력을 확보할 수 있었다.

계속해서 상기의 결합제와 혼련된 모르타르를 300℃의 전기로에서 10분간 유지하여 발포제(시클로펜탄)첨가량 변화에 따른 시공체의 선팽창성과 비중의 변화를 측정하였다. 도3에서와 같이 외삽으로 10중량% 첨가시 1.5배 팽창하는 것으로 나타났으며, 20중량% 첨가시에는 3배이상 팽창하는 것으로 나타났으나, 그 증가세는 첨가량이 증가함에 따라 현격히 저하되었다. 그리고 팽창 후 내화체 조직이 필요이상으로 다공화되어 비중이 저하되고, 저융점물질의 첨가량이 증가되므로 10중량%이상의 발포제 사용은 불필요 한 것으로 나타났다.

이상과 같이 본 발명은 RH탈가스 설비의 침적관이나 환류관과 같은 정밀한 내화벽돌 축조가 곤란한 부위에서 발생할 수 있는 공극부를 열간상태에서 자체적으로 1.5배 이상의 팽창특성을 갖는 내화 모르타르로 충진할 수 있어 팽창과정에서 다공성의 내화체를 형성하여 충진성과 단열성이 크게 향상되어 안정적인 노체관리를 할 수 있으며 또한, 내화벽돌을 교환할 때 분리하기가 용이해진다.

도1은 본 발명의 내화 모르타르가 RH탈가스 설비에 사용되는 부위의 참고도

도2는 본 발명의 결합제 첨가량에 따른 모르타르의 점도변화를 나타낸 그래프

도3은 본 발명의 발포제 첨가량에 따른 선팽창성과 비중변화를 나타낸 그래프

Claims (4)

1. 내화원료, 결합재 및 발포재로 혼련된 내화모르타르가 시공시에 20포아즈 이상의 점도를 나타내고 200℃ 이상의 열간에서 최초 시공두께보다 1.5배이상 자체 팽창하여 내화벽돌의 틈새 및 공극부를 충진하는 것을 특징으로 하는 열간팽창성 내화 모르타르.
2. 제1항에 있어서 내화원료에 결합제 5∼20중량%와 탄화수소계 발포제 1∼10중량%를 각각 외삽으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 열간팽창성 내화 모르타르
3. 제2항에 있어서 결합제가 인산, 인산염 및 규산염계중 1종 또는 2종 이상이 복합첨가되는 것을 특징으로 하는 열간팽창성 내화 모르타르
4. 제2항에 있어서 탄화수소계 발포제가 시클로펜탄, n-펜탄 및 이소펜탄중 1종 또는 2종 이상 복합첨가되는 것을 특징으로 하는 열간팽창성 내화 모르타르