KR100511588B1 - 비슬럼프성 분무용 캐스터블 조성물의 분무 시공방법 - Google Patents

비슬럼프성 분무용 캐스터블 조성물의 분무 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융금속용기, 용융금속처리장치, 시멘트로(cement kiln), 소각로 등에 사용하는 비슬럼프성 캐스터블(castable) 조성물의 분무 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 0.5 ~ 30중량%의 마그네시아 미분, 0.5 ~ 10중량%의 규산질미립자, 0.01 ~ 0.5중량%의 해교제(解膠劑)와, 잔부가 내화성의 골재 및 미분으로 이루어진 고형분 100중량%를, 펌프압송 가능한 콘시스턴시(consistency)의 달성에 충분한 양의 물로 혼련한 펌프압송 가능 제1 성분, 및 시공시에 제1 성분에 첨가되는 응집제인 제2 성분을 포함하는 비슬럼프성 캐스터블 조성물, 더욱 상세하게는, 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양이 제1 성분의 고형분 100중량%중에 2중량% 이하로 되는 양의 알루민산 칼슘 시멘트, 및/또는 5중량% 이하의 점토를 제1 성분의 고형분 100중량% 중에 첨가한 비슬럼프성 캐스터블 조성물의 시공방법에 의하여 달성된다.

Description

비슬럼프성 분무용 캐스터블 조성물의 분무 시공방법
본 발명은 용융금속용기, 용융금속처리장치, 시멘트로(cement kiln), 소각로 등에 사용하는 신규한 비슬럼프성 캐스터블(castable) 조성물의 분무시공방법에 관한 것이다.
포틀랜드 시멘트 베이스의 습식 분무시공방법은 오래전부터 주지되어 있다. 예를 들면, 모래, 자갈, 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 혼합물을 제조한 후, 이를 물과 혼련하여 펌프압송 가능한 콘시스턴시(consistency)로 한 다음, 상기 콘크리트를 펌프에 넣고 노즐까지 인도한다. 상기 노즐에서는 시멘트 경화촉진제 및 공기가 가해져, 상기 콘크리트 재료를 대상물의 표면, 예를 들면 벽면에 대하여 분무한다. 상기 표면에서 콘크리트는 상기 분무 표면으로부터 허물어져 떨어지는 일(이하, "슬럼프(slump)"라 칭함)이 없도록 충분히 신속하게 고화된다. 이러한 경화는 화학적 경화촉진제가 포틀랜드 시멘트와 반응하여 경화작용을 신속하게 개시시킨 결과이며, 이에 의하여 콘크리트의 점도는 슬럼프를 방지하기에 충분한 높은 수준까지 급속히 상승한다.
그러나, 이는 토목건설 등의 용도에서는 적당하지만, 내화성 콘크리트는 결합제로서의 포틀랜드 시멘트와 함께는 만족스럽게 사용되지 않는다. 왜냐하면, 포틀랜드 시멘트는 내화성 재료가 처하게 되는 고온 및 부식성 환경에는 견딜 수 없기 때문이다. 따라서, 내화성 주조물로서 알려진 대다수의 내화성 콘크리트는 포틀랜드 시멘트가 아닌 알루민산 칼슘 시멘트(calcuim aluminate cement)를 포함하고 있다. 알루민산 칼슘 시멘트는 훨씬 높은 내화성을 가지며, 또한 고온내화제 용도로 사용될 때 처하게 되는 환경에 대하여 한층 높은 내식성을 갖는다.
이러한 알루민산 칼슘 시멘트를 결합제로서 사용하는 습식 분무용 캐스터블 조성물 및 그 시공방법으로서는, 일본 특개소 54-61005호 공보에 개시되어 있는 기술이 알려져 있다. 그러나, 상기 일본 특개소 54-61005호 공보에 개시되어 있는 조성물은 알루민산 칼슘 시멘트를 20중량% 함유하고 있고, 또한 첨가수분량이 10 ~ 20중량%로 높기 때문에, 내화재료로서의 내식성 및 고온에서의 기계적특성이 나쁘다.
미국 특허 5,549,745에는 비슬럼프성, 저수분, 저 알루민산 칼슘 시멘트의 캐스터블 조성물이 개시되어 있다.
미국 특허 5,549,745에 개시되어 있는 비슬럼프성, 저수분, 저 알루민산 칼슘 시멘트의 캐스터블 조성물은 통상 사용되는 내화재료로서는 충분한 내식성과 기계적 특성을 제공할 수 있지만, 시멘트중에 포함되는 칼루시아는 산성 또는 중성의 내화재료와 저융물(低融物)을 형성하므로, 내식성과 열간강도(熱間强度) 등의 고온에서의 기계적특성을 더욱 향상시키기 위해서는 칼루시아 성분, 즉 시멘트의 첨가량을 극한까지 감소시키는 것이 바람직한 경우가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 내식성과 열간강도 등의 고온에서의 기계적 특성을 더욱 향상시키기 위해서 결합제로서의 시멘트를 필요로 하지 않거나, 또는 시멘트양을 아주 적게한 비슬럼프성, 고밀도, 저수분의 캐스터블 조성물의 시공방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 거푸집(型) 또는 형틀등을 사용하지 않고, 펌프 및 분무 노즐을 이용하여 캐스터블 조성물을 분무 시공하는 방법으로서, 0.5 ~ 30중량%의 마그네시아 미분, 0.5 ~ 10중량%의 규산질 미분, 0.01 ~ 0.5중량%의 해교제와, 잔부가 내화성의 골재 및 미분(상기 마그네시아 미분 및 규산질 미분을 제외함)으로 이루어진 고형분을, 상기 펌프 및 분무 노즐을 개재하여 펌프압송 및 분무 가능한 콘시스턴시의 달성에 충분한 양의 물로 혼련한 제1 성분을 펌프압송하고, 상기 제1 성분의 분무 직전에 분무 노즐내에 제2성분의 응집제(알루민산 나트륨 등의 알루민산염, 탄산나트륨 등의 탄산염, 규산나트륨 등의 규산알카리, 염화칼슘 등의 염화물, 수산화나트륨이나 수산화칼슘 등의 수산화물, 알루민산 칼슘, 포틀랜드 시멘트 등의 수용액, 현탁액 또는 분체)를 제1 성분에 첨가하는 분무 시공방법이다.
또한, 응집제가 알루민산 칼슘 시멘트로서, 이 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양이 상기 제1 성분의 고형분중에, 2 중량% 이하가 되도록 하는 양의 알루민산 칼슘 시멘트, 또는 5중량% 이하의 점토, 또는 이들의 모두를 포함하는 분무 시공방법이다.
본 발명의 캐스터블 조성물의 제1 성분은, 내화성의 골재와 미분(마그네시아를 제외함), 마그네시아 미분, 규산질미립자, 해교제와 펌프압송가능한 콘시스턴시를 달성하는데 충분한 양의 물과 혼련된다. 또한, 상기 제1 성분은 시공시의 비슬럼프성을 향상시킬 목적으로 알루민산 칼슘 시멘트와 점토중의 어느 하나 이상을 첨가할 수 있다.
내화성의 골재 및 미분으로서는, 용융금속용기, 용융금속처리장치, 시멘트로, 소각로 등의 내화재료로서 적당한 것이라면 어떠한 것이라도 좋고, 예를 들면, 전융 또는 소결 알루미나, 가소 알루미나, 보크사이트, 전융 또는 합성 뮬라이트(mulite), 실리마나이트, 안다류사이트, 카이야나이트, 반토혈암, 샤못트, 로석, 규석, 용융실리카, 전융 또는 소결 마그네시아, 전융 또는 소결 스피넬, 전융 또는 소결 지르코니아, 지르콘, 크롬광, 전융 또는 소결 마그네시아-라임(lime), 전융 지르코니아-뮬라이트, 전융 알루미-지르코니아, 티타니아, 탄화규소, 질화규소, 천연 또는 인조 흑연, 석유 코크스, 피치 코크스, 무연탄, 카본 블랙, 피치 등의 무정형 탄소 등을 들 수 있는데, 이들중 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
흑연 혹은 무정형탄소 등의 탄소성분을 함유하는 캐스터블 조성물의 경우는, 탄소의 산화방지와 강도향상의 목적으로 알루미늄, 알루미늄-실리콘합금, 알루미늄-마그네시아 합금, 실리콘, 마그네슘 등의 금속분, 탄화규소, 탄화붕소 등의 탄화물, 붕화지르코늄 등의 붕화물, 붕규산유리 등의 유리성분을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에서 말하는 미분이란 입경이 0.2mm 이하이고, 실질적으로 그 중의 50중량% 이상이 74㎛ 이하인 상기 원료의 것을 의미한다.
마그네시아 미분으로서는, 전융 또는 소결 마그네시아, 혹은 수산화마그네슘이나 탄산마그네슘을 400 ~ 1000℃에서 소성한 "활성마그"라고 불리우는 미분 1종 또는 2종 이상을 사용한다. 소결 마그네시아로서는 통상 사이클론분이라고 불리우는 마그네시아 소성로에서 생긴 집녹분도 사용할 수 있다.
규산질미립자로서는 실리콘 혹은 페로실리콘 제조시에 부산물로서 발생하는 증발(휘발) 실리카로 불리는 것이나 화이트 카본, 무수 또는 함수 무정형규산, 유리, 및 실리카졸 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
규산질미립자는 제1 성분에 유동성을 부여하는 유동성조제로서도 작용한다. 물론, 상기 내화성 미분중에서 입경이 10㎛ 이하인 가소알루미나, 티타니아나 카본블랙 등의 미분도 유동성조제로서의 기능을 갖는다.
마그네시아 미분과 규산질미립자는 캐스터블 조성물에 있어서 마그네시아-실리카-물계의 결합부로서 수경성(水硬性)을 나타내고, 또한 고온에서는 탈수되어 마그네시아-실리카계 혹은 마그네시아-실리카를 함유하는 계의 세라믹 본드를 형성한다. 따라서, 마그네시아 미분의 입경은 75㎛ 이하이고, 규산질미립자의 입경은 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이는, 75㎛ 보다 큰 마그네시아, 10㎛ 보다 큰 규산질미립자를 이용하는 경우에는 마그네시아-실리카-물계의 결합부가, 또한 고온에서는 마그네시아-실리카계 혹은 마그네시아-실리카를 함유하는 계의 세라믹 본드가 충분히 형성되지 않아서 강도가 낮아지기 때문이다.
해교제로서는, 축합인산, 폴리아크릴산, 폴리카르복실산, 포스폰산, 푸민산, 알킬설폰산, 방향족 설폰산, 혹은 이들의 염류중에서 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
알루민산 칼슘 시멘트로서는 내화성 부정형 조성물에 일반적으로 사용되고 있는 어떠한 것도 본 발명에 사용될 수 있다. 예를 들면, JIS의 제1종에 상당하는 칼루시아 함유량 15 ~ 22중량%의 것, JIS의 제2종에 상당하는 칼루시아 함유량 25 ~ 30중량%의 것, JIS의 제3종 혹은 제4종에 상당하는 칼루시아 함유량 30 ~ 40중량%의 것, 및 그 외의 알루민산 칼슘중에서 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
점토로서는, 볼 클레이로 대표되는 카올린족 점토나 벤토나이트로 대표되는 몬트모릴로나이트(montmorillonite)족 점토, 혹은 일라이트(illite)족 점토 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
알루민산 칼슘 시멘트와 점토는 시공시의 비슬럼프성을 향상시킬 목적으로 첨가할 수 있다. 그러나, 알루민산 칼슘 시멘트의 사용량이 많아지면 고온에서 저융물의 생성량이 많아지므로, 높은 내식성이나 열간강도 등의 고온에서의 기계적특성이 요구되는 경우에는, 그 사용량이 제한된다.
또한, 점토는 제1 성분에 가소성을 부여하는 가소제로서도 작용한다. 물론, 가소성을 부여할 목적으로는 내화성 부정형 조성물에서 일반적으로 사용되고 있는 유기성 가소제를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 성분으로는 일반적으로 내화성 부정형 조성물에서 스포링에 의한 박리를 감소시킬 목적으로 첨가되는 스틸 파이버, 건조시의 폭열(爆裂)을 방지할 목적으로 첨가되는 유기섬유나 금속알루미늄을 통상 사용하는 양으로 사용할 수 있다.
첨가수는, 스윙밸브 펌프 및 이와 함께 사용되는 분무용 노즐로 사용하기에 적당한 펌프압송가능한 콘시스턴시를 갖는 제1 성분을 얻는 것이 가능하도록 될 수 있으면 적은 양으로 첨가되도록 한다.
혼련된 제1 성분은, 분무 노즐부에서 제2성분인 응집제가 첨가될 때가지 펌프압송가능한 콘시스턴시를 지속할 필요가 있지만, 이 펌프압송가능한 콘시스턴시를 지속하는 시간인 가사시간(可使時間)은, 알루미늄이온과 칼슘이온의 킬레이트작용이 있는 화합물을 첨가하는 것이 가능하고, 마그네시아 미분을 첨가하는 경우에는, 마그네시아 미분과 규산질미립자의 비표면적과 첨가량에 의해서 조정하는 것이 가능하다. 결국, 마그네시아 미분의 비표면적을 작게, 혹은 첨가량을 적게하거나, 규산질미립자의 비표면적을 크게, 혹은 첨가량을 많게 하면 가사시간은 길어진다.
또한, 온도나 재료설계상의 문제 때문에, 필요한 가사시간이 확보되지 않는 경우에는, 제1 성분에 헥사플루오로규산, 옥시카르복실산, 축합인산, 폴리아크릴산 등, 혹은 이들의 염류인 응집경화지연작용이 있는 첨가제를 사용하거나 실란 커플링제 등으로 표면처리한 마그네시아 미분을 마그네시아 미분의 일부 혹은 전부를 대신하여 사용함으로써 응집속도 및 경화속도, 즉 마그네시아-실리카-물계의 결합부의 형성속도를 느리게 하여 가사시간을 연장하는 것도 가능하다.
제2 성분인 응집제는 제1 성분에 도입된 해교제의 효과를 압도하고, 즉 소실시키고, 제1 성분을 즉석에서 점조가소성물로 변화시키는 작용을 하며, 최종적으로는 캐스터블 조성물이 슬럼프를 일으키지 않고 벽면에 되기에 충분한 점착성과 강성을 부여한다. 즉, 응집제는 제1 성분을 응집시키고, 마그네시아-실리카-물계의 결합부의 생성에 의한 수경화를 촉진한다.
이러한 작용을 하는 응집제로서는, 알루민산 나트륨 등의 알루민산염, 탄산나트륨 등의 탄산염, 규산나트륨 등의 규산알카리, 염화칼슘 등의 염화물, 수산화나트륨이나 수산화칼슘 등의 수산화물, 알루민산 칼슘, 포틀랜드 시멘트 등의 수용액, 현탁액 혹은 분체가 있는데, 이들을 1종 또는 2종 이상 사용한다.
제1 성분의 고형분 100중량%는, 0.5 ~ 30중량%의 마그네시아 미분, 0.5 ~ 10중량%의 규산질미립자, 0.01 ~ 0.5중량%의 해교제와, 잔부가 내화성의 골재 및 미분으로 구성된다. 또한, 시공시의 비슬럼프성을 향상시킬 목적으로, 알루민산 칼슘 시멘트가 함유된 칼루시아 성분의 양이 제1 성분의 고형분 100중량%중에서 2중량% 이내가 되는 양의 알루민산 칼슘 시멘트, 5중량% 이하의 점토중 어느 하나 이상을 제1 성분의 고형분 100중량% 중에 첨가한다.
마그네시아 미분의 사용량은, 0.5 ~ 30중량%로 한다. 마그네시아 미분의 사용량을 0.5중량% 이상으로 제한하는 것은, 비록 입경이 아주 작고 활성도가 높은 활성마그네시아를 사용하여도 0.5중량% 미만의 사용량으로는 결합부가 충분히 변성되지 않기 때문에 부착성이 나쁘고, 또한 강도가 저하되기 때문이다. 30중량% 이하로 제한하는 것은 30중량%를 초과하면 저수분의 제1 성분으로서 적합한 입도구성을 얻을 수 없게 되고, 저수분으로는 펌프압송이 곤란하게 되기 때문이다.
규산질미립자의 사용량은, 0.5 ~ 10중량%로 한다. 규산질미립자의 사용량을 0.5중량% 이상으로 제한하는 것은 0.5중량% 미만의 사용량으로는 상기한 바와 같이 결합부가 충분히 형성되지 않기 때문에 강도가 저하되고, 10중량% 이하로 제한하는 것은, 10중량%을 초과하면 내식성 및 열간강도 등의 고온에서의 기계적특성의 개선효과가 저하되기 때문이다.
시공두께를 크게 할 필요가 있는 경우에는, 시공시의 비슬럼프성을 향상시킬 목적으로, 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양이 제1 성분의 고형분 100중량%중에서 2중량% 이하가 되는 양의 알루민산 칼슘 시멘트, 5중량% 이하의 점토중 어느 하나 이상을 제1 성분의 고형분 100중량%중에 첨가한다. 알루민산 칼슘 시멘트의 사용량을 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양으로 제1 성분의 고형분 100중량%중에 2중량% 이하로 하고, 점토의 첨가량을 5중량%로 제한하는 것은, 이들의 사용량이 많아지면 고온에서의 저융물의 생성량이 많아져 내식성 및 열간강도 등의 고온에서의 기계적특성의 개선효과가 저하되기 때문이다. 또한, 점토를 3중량% 이상 사용하는 경우, 알루민산 칼슘 시멘트의 사용량은, 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양을 제1 성분의 고형분 100중량%중에서 1.5중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 0.01 ~ 0.5중량%의 해교제와, 잔부인 내화성의 골재 및 미분으로 구성된다.
물의 첨가량은, 제1 성분의 비중과 입도구성에 의해서 당연히 달라지지만, 통상, 5.0 ~ 8.0중량%의 수분량으로 용이하게 펌프압송 가능한 제1 성분이 얻어진다. 다만, 제1 성분을 아주 장거리, 그리고 높은 위치까지 압송하는 경우에는 수분량을 1 ~ 3중량% 정도 많게 첨가하는 경우도 있고, 또한 단열제와 같이 의도적으로 재료의 기공율을 크게 하는 경우에는, 물의 첨가량을 더 많게 하는 것도 있을 수 있다.
분무 직전에 첨가하는 제2성분인 응집제의 첨가량은, 캐스터블 조성물의 바람직한 기공율(겉보기기공율)에 악영향을 주는 경우가 있기 때문에 중요하다. 기공율은, 강도 및 내식성과 같은 그 외의 모든 성질이 결국은 캐스터블 조성물의 기공율에도 직접적으로 비례하기 때문에, 캐스터블 조성물에서 가장 중요한 물리적성질이라고 생각된다. 일반적으로 기공율이 증가하면 내식성 및 강도 모두 감소되므로 기공율은 될수 있으면 작게하는 것이 바람직하다. 따라서, 응집제의 첨가량은, 캐스터블 조성물이 충분히 빠르게 경화되고, 또한 고밀도 캐스터블 조성물로서 탈수후의 기공율이 25%이하, 바람직하게는 20%이하가 되도록 조정한다. 통상은, 제1 성분의 고형분 100중량%에 대하여 대략 0.2 ~ 3중량% 범위의 첨가량으로 상기 조건이 만족된다. 첨가량이 0.2중량% 보다 적으면 노즐부에서 제1 성분과 균일하게 혼합되는 것이 곤란하다. 또한, 3중량% 보다 많으면 캐스터블 조성물의 경화속도가 지나치게 커지기 때문에 시공체의 기공율이 커지거나, 응집제가 수용액이나 현탁액인 경우는, 캐스터블 조성물 전체의 첨가수분량이 많아지게 되기 때문에 시공체의 기공율이 커지는 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
다만, 단열재료와 같이 의도적으로 재료의 기공율을 크게 하는 경우에는, 제2 성분인 응집제의 첨가량을 많게 하는 것도 가능하다. 즉, 내식성이나 강도 보다도 단열성이 요구되는 캐스터블 조성물의 경우는, 기공율을 25% 보다 크게 하는 경우도 있을 수 있다.
본 발명에 사용되는 스윙 밸브 펌프는 재료이송에 아주 효율적인 수단이며, 따라서 본 발명은 종래에 비하여 아주 적은 수분량의 제1 성분을 장거리, 그리고 높은 위치까지 이송할 수 있다. 상기 스윙 밸브 펌프는 통상 강관 및/또는 호스를 개재하여 노즐장치에 접속된다. 이러한 노즐장치는 공기라인배관을 가지며, 펌프압송가능한 제1 성분을, 내화재료로 라이닝(lining)되어야 할 표면에 분무하기 위해서 상기 공기배관으로부터 공기가 노즐에 공급된다.
본 발명의 다른 일면은, 제1 성분을 내화성용기 혹은 장치의 표면을 향하여 분무할 때, 제2 성분인 응집제를, 바람직하게는 상기 공기라인을 개재하여 노즐에 첨가하는 것이다.
제2 성분인 응집제를 노즐에 공급하기 위한 장치는, 스윙밸브 펌프의 주어진 재료배출량과 걸맞는 용량을 가져야 하고, 또한, 공기라인내의 공기압(통상은 3.52 ~ 7.03 kg/㎠ = 약 50 ~ 100 psi) 이상의 충분한 압력을 발생시킬 수 있어야 한다.
실시예
본 발명에 의한 실시예는 표 1 ~ 표 4에, 비교예는 표 5에 나타낸다.
본 발명에서 규정하고 있는 제1 성분의 실시예의 적용에 있어서는, 다음과 같은 내화원료의 골재와 미분(마그네시아 미분을 제외함), 마그네시아 미분, 규산질미립자, 해교제, 알루민산 칼슘 시멘트와 점토를 사용하였다. 즉, 내화원료의 골재와 미분으로서는, 순도 99.5%의 전융알루미나, 순도 98.6%의 전융 마그네시아, 순도 99.7%의 소결 알루미나, 순도 99.3%의 소결 스피넬, 순도 95.4%의 소결 마그네시아, 순도 99.6%, 평균입경 1.5㎛의 가소 알루미나, 순도 93.7%의 탄화규소, 고정탄소량 60.0%의 피치를 사용하였다. 마그네시아 미분으로서는, 순도 98.1%의 소결 마그네시아를 분쇄하여 75㎛의 체(sieve)를 통과한 것(평균입경 20.4㎛), 혹은 순도 99.9%, 평균입경 1.5㎛(BET 비표면적 2020㎡/g)의 활성 마그를 사용하였다. 규산질미립자로서는, 순도 96.0%, 평균입경 0.28㎛의 증발실리카를 사용하였다. 해교제로서는, 폴리아크릴산 나트륨과 리그닌설폰산 나트륨을 사용하였다.
또한, 알루민산 칼슘 시멘트로서는 라파쥬사의 "SECAR 71"을 사용하고, 점토로서는 볼 클레이를 사용하였다. 한편, 여기에 기재된 것은 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 명세서에 기재된 것이면 동등한 효과가 얻어진다. 여기서, 미분의 평균입경은 모두 레이저 회절법에 의한 측정치이다.
또한, 본 발명에서 규정하고 있는 제2 성분인 응집제의 예로서는, 9.0중량%의 K2O와 20.6중량%의 SiO2로 이루어진 규산칼륨 수용액, 혹은 40중량% 알루민산 칼륨 수용액을 사용했지만, 그외의 본 발명의 명세서에 기재된 것이면 동등한 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.
표에 있어서, 물과 응집제의 첨가량은, 제1 성분의 고형분 100중량%에 대한 외부 백분율(+표시)으로 표시하고 있다.
분무 시공은, 표에 기재한 제1 성분을 믹서에서 혼련하고, 알렌타운(Allentown)제 AP-10 스윙 밸브 펌프를 이용하여, 내경 0.051m(2인치), 길이 30.48m(100ft)의 헤비듀티 호스내를 압송하고, 이어서 선단부에 접속한 분무 노즐부에서 5.62kg/㎠(80psi), 8.5㎥/분(300cft)의 압축공기를 제2 성분인 응집제와 함께 첨가하여, 수직으로 설치된 9.29㎡(100ft2) 면적의 샤못트질 벽돌 표면에 분무하는 방법으로 실시하였다. 여기서, 응집제 이송에는, 35.15kg/㎠(500psi)의 다이아프램 케미칼 펌프를 사용하였다.
표에서, 나타낸 펌프압송성의 항목과 관련하여, 상기 조건으로 시공한 경우에 있어서, 펌프의 실린더 압력이 140.6kg/cm2(2000psi) 이하에서 펌프압송성이 아주 양호했던 것에는 "◎"표, 펌프의 실린더 압력이 140.6kg/cm2(2000psi)을 초과했지만 펌프압송가능했던 것에는 "○"표, 또한 펌프압송될 수 없었던 것에는 "×"표로 표시했다.
표에서, 부착율과 관련하여, 상기 조건으로 시공한 경우에 있어서, 전체 시공중량에 대한 부착중량의 비율이 95% 이상으로 아주 양호했던 것에는 "◎"표, 90%이상 95% 미만으로 양호했던 것에는 "○"표, 또한 90% 미만으로 불량했던 것에는 "×"표로 평가하였다.
표에서, 겉보기기공율은, 상기 조건으로 시공했던 시공체로부터 잘라낸 시험편을 500℃에서 3시간 소성한 후에 측정한 겉보기기공율이 20%이하였던 것에는 "◎"표, 20% 보다 크고 25% 이하였던 것에는 "○"표, 또한 25% 보다 컷던 것에는 "×"표를 표시하는 방식으로 평가하였다.
표에서 나타낸 열간굴곡강도는, 상기조건으로 시공했던 시공체로부터 잘라낸 단면구 40mm, 길이 160mm의 시험편을 사용하여, 1500℃의 전기로내, 스팬 100mm의 3점 굴곡강도를 측정하고, 그 열간굴곡강도가 비교예1(알루민산 칼슘 시멘트를 결합제로 한 예)의 열간굴곡강도의 200%이상으로 열간강도가 아주 큰 것에는 "◎"표, 150% 이상이고 200%미만으로 열간강도가 큰 것에는 "○"표, 150% 미만으로 열간강도의 향상이 불충분한 것에는 "×"표로 표시하였다.
또한, 표에서 내식성은, 상기조건으로 시공했던 시공체로부터 시험편을 잘라내, CaO/SiO2 (몰비) = 1.2의 슬러그를 이용하여 1600℃에서 슬러그회전시식시험(回轉試食試驗)을 실시한 후, 그 침식속도가 비교예1의 침식속도의 60% 이하로 내식성이 아주 양호한 것에는 "◎"표, 60% 보다 크고 90% 이하로 내식성이 양호한 것에는 "○"표, 90% 보다 커서 내식성의 향상이 불충분한 것에는 "×"표로 표시하였다.
표 1 ~ 표 4에 나타낸 실시예 1 ~ 34가 본 발명이 규정하는 조건을 만족하는 시공체의 결과인데, 결합제로서 시멘트를 필요로 하지 않거나, 또는 시멘트량을 아주 적게한 시공방법으로서, 모두 부착성이 우수하면서도 내식성이 양호한 시공체를 얻는 것이 가능하였다.
비교예 1은, 알루민산 칼슘 시멘트를 7중량%(칼루시아 성분 환산 2.1질량%) 사용했던 종래의 조성물을 나타낸다. 알루민산 칼슘 시멘트가 많기 때문에 부착성은 우수하지만, 마그네시아 미분을 포함하지 않으면서도 알루민산 칼슘 시멘트의 첨가량이 많기 때문에 본 발명의 실시예와 비교하면 내식성과 열간강도가 떨어진다.
비교예 2는 마그네시아 미분을 사용하고 있지만, 그 양이 본 발명의 규정범위 이하이기 때문에, 부착율이 만족스럽지 않았다.
비교예 3은 마그네시아 미분의 사용량이 본 발명의 규정범위 보다 많기 때문에, 저수분으로는 펌프압송하는 것이 가능하지 않았다.
비교예 4는 규산질미분의 사용량이 본 발명의 규정범위 이하이기 때문에, 부착율이 만족스럽지 않았다.
비교예 5는 규산질미분의 사용량이 본 발명의 규정범위 보다 많은 12중량%이기 때문에, 내식성 및 열간강도의 향상이 작았다.
비교예 6은 알루민산 칼슘 시멘트(SECAR 71)의 사용량이 칼루시아 성분환산으로 본 발명의 규정범위 보다 많기 때문에, 부착성은 아주 양호하였지만, 내식성과 열간강도의 향상이 작았다.
비교예 7은 점토(볼 클레이)의 사용량이 본 발명의 규정범위 보다 많은 7중량% 이기 때문에, 부착성이 매우 양호하였지만 내식성의 향상이 작았다.
중요한 것은 본 발명의 시공방법은 캐스터블 조성물이 충분히 경화되어 슬럼프를 발생하지 않게 되기까지 상기 캐스터블 조성물을 소정위치에 유지시키기 위한 형틀을 설치할 필요없이 시공할 수 있으며, 또한 이에 따라 노동력 및 시간을 들여 그러한 형틀을 설치하고 제거하는데 소요되는 코스트를 덜 수 있는 것이다.
본 발명은, 용융금속용기, 용융금속처리장치, 시멘트로(cement kiln), 소각로 등에 사용하는, 기본적으로 결합제로서의 시멘트를 필요로 하지 않거나, 또는 필요로 하더라도 다량으로는 필요로 하지 않는 비슬럼프성, 고밀도, 저수분의 캐스터블 조성물을 거푸집이나 형틀을 설치하지 않고 시공할수 있는 시공방법을 제공한다.
이에 의하여, 내식성 및 열간강도 등의 고온에서의 기계적특성을 향상시키고, 노동력 및 시간을 들여 형틀을 설치하고 제거하는 작업 및 코스트를 덜 수 있게 된다.
또한, 캐스터블 조성물이 충분히 경화되어 슬럼프를 발생하지 않게 되기까지 상기 캐스터블 조성물을 소정위치에 유지시키기 위한 거푸집이나 형틀을 설치하지 않고 시공할 수 있으며, 노동력 및 시간을 들여 그러한 형틀을 설치하고 제거하는 코스트를 덜 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
[표 5]
Figure pat00005

Claims (2)

  1. 거푸집(型) 또는 형틀을 사용하지 않고, 펌프 및 분무 노즐을 이용하여 캐스터블 조성물을 분무 시공하는 방법으로서,
    0.5 ~ 30중량%의 마그네시아 미분, 0.5 ~ 10중량%의 규산질 미분, 0.01 ~ 0.5중량%의 해교제와, 잔부가 내화성의 골재 및 미분으로 이루어진 고형분을, 상기 펌프 및 분무 노즐을 개재하여 펌프압송 및 분무 가능한 콘시스턴시의 달성에 충분한 양의 물로 혼련한 제1 성분을 펌프압송하고,
    상기 제1 성분의 분무 직전에 분무 노즐내에 알루민산염, 탄산염, 규산알카리, 염화물, 수산화물, 알루민산 칼슘, 포틀랜드 시멘트 중의 1종 또는 2종 이상의 수용액, 현탁액 또는 분체상의 응집제로 이루어진 제2성분을 제1 성분에 첨가하는 분무 시공방법.
  2. 제1항에 있어서, 응집제가 알루민산 칼슘 시멘트로서, 이 알루민산 칼슘 시멘트에 함유된 칼루시아 성분의 양이 상기 제1 성분의 고형분중에, 2 중량% 이하가 되도록 하는 양의 알루민산 칼슘 시멘트, 또는 5중량% 이하의 점토, 또는 이들의 모두를 포함하는 분무 시공방법.
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