KR100896648B1 - 단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물 및 이를 이용한스프레이 시공방법 - Google Patents

Abstract

열연 가열로 등의 각종 고온로 설비에 주로 이용되는 내화물 조성물에 관한 것이다. 이 내화물 조성물은 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 액상 바인더 80~100중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 액상 바인더는 중량%로, Al₂O₃: 50~58%, SiO₂: 25~30% 및 TiO₂: 15~20%로 조성되는 무기계, 및 유기계를 포함하여 이루어지고, 400Cps 이하의 점도를 갖는 것이다. 본 발명에 따른 스프레이용 내화물 조성물은 단열성과 점착강도가 크므로 고온로 설비에서 단열효과를 높여 열손실 저감에 유용하며, 시공 시 스프레이 방법을 적용함으로서 시공시간을 단축하고 시공을 용이하게 할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

내화물 조성물, 스프레이, 액상 바인더, 단열성, 뮬라이트화

Description

단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물 및 이를 이용한 스프레이 시공방법 {Refractory composition having excellent adiabatic for spray and spraying construction method using the same}

본 발명은 열연 가열로 등의 각종 고온로 설비에 주로 이용되는 내화물 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 세라믹 화이버와 액상 바인더를 포함하여 이루어지는 내화물 조성물을 스프레이 방법에 의하여 시공함에 의해 단열효과를 높일 뿐만 아니라 시공시간을 단축시킬 수 있는 스프레이용 내화물 조성물 및 이를 이용한 스프레이 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고온에서 사용되는 로 설비는 열손실이 많으므로 열손실을 줄이기 위하여 단열성이 우수한 벽돌 또는 유사재질로 충전하여 열을 차단하고 있다.

이러한 충전용 내화물로는 용융금속용기에 있어 고열팽창성 연와를 사용하여 축조하는 경우에 사용하는 몰탈로서 마그네슘, 알루미늄 등의 탄산염이나 수산화물의 1종 또는 2종 이상의 분말 10중량% 이상과 내화분말로 된 내화몰탈이 있으며, 또한 공업로의 철피와 내장내화물간 또는 내화물 상호의 틈새부에 압입하는 압입보수재 로서 분말골재와 방향족 탄화수소 수지액과의 혼합물로 구성되고, 200℃에서 24시간 유지후 체적감소율이 2.0% 이하이고 열경화되지 않는 것을 특징으로 하는 틈새부 압입재가 있다. 그러나, 이러한 종래 충전용 내화물은 강도가 낮고 단열효과가 충분하지 않아 사용에 많은 제한을 받고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술로는 국내 공개특허공보 2004-0016493호가 있다. 상기 종래기술은 세라믹 화이버와 유기 화이버를 사용하여 단열성과 열충격저항성을 높인 고온에서의 소성강도가 큰 캐스타블 내화물에 관한 것이다.

그러나, 상기 종래기술의 내화물은 비중이 현저히 높고 기공율이 낮아 외부 노출 온도를 법정기준치 이하로 낮출 수 없으며, 시공 시 캐스타블 시공과 동일하게 거푸집의 설치 및 유입시공 후 양생, 거푸집 제거 등 많은 시간이 소요되는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세라믹 화이버와 액상 바인더를 사용하여 단열성과 부착성을 높이고 스프레이 방식을 적용함으로써 시공시간을 단축하고 시공을 용이하게 하기 위한 스프레이용 내화물 조성물 및 이를 이용한 스프레이 시공방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내화물 조성물은 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 액상 바인더 80~100중량부를 포함하여 이루어지며,

상기 액상 바인더는 중량%로, Al₂O₃: 50~58%, SiO₂: 25~30% 및 TiO₂: 15~20%로 조성되는 무기계, 및 유기계를 포함하여 이루어지고, 400Cps 이하의 점도를 갖는 것이다.

또한, 본 발명의 내화물 조성물을 이용한 스프레이 시공방법은 상기 내화물 조성물을 구성하는 세라믹 화이버와 액상 바인더를 스프레이기의 각각 다른 홀에 주입한 후 스프레이하는 단계;

상기 스프레이된 표면에 코팅제를 도포한 후 150℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조시키는 단계를 포함하여 구성하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 주로 세라믹 모듈(ceramic module)로 사용되어 시공시 원하는 두께 및 균일성 확보에 어려움을 가지고 있던 종래의 내화물에 있어서, 시공용이성, 경제적 저하 측면에서 상기의 문제점을 개선하기 위한 방안을 모색하던 중 세라믹 화이버와 함께 액상 바인더를 이용하여 단열성을 높이고 액상 바인더의 점도를 제어함에 따라 부착성을 확보할 수 있으며, 이러한 내화물 조성물을 스프레이 방식을 적용하여 시공하면 시공시간을 단축하고 시공을 용이하게 할 수 있다는 것을 실험을 통해 확인하고, 그 실험결과에 기초하여 본 발명을 완성하게 된 것이다.

먼저, 본 발명의 내화물 조성물에 대하여 설명한다.

본 발명에서의 내화물 조성물은 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 액상 바인더 80~100중량부를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 세라믹 화이버는 스프레이 되어 모재에 접착하는 형식임으로 많은 공기층을 포함하며 낮은 열전도율을 가지고 있어 뛰어난 단열효과뿐만 아니라 모재의 보호효과를 기대할 수 있다.

상기 세라믹 화이버 100 중량부에 대하여 액상바인더가 80 중량부 미만인 경우에는 대체로 비중이 낮고 기공율이 높은 세라믹 화이버에 액상바인더가 충분히 침투되지 못하여 비산되는 양이 많고 접착이 원활하지 못할 수 있다. 반면, 액상바인더가 100 중량부를 초과하는 경우에는 상기 조성물이 모재에 접착 후 과도한 수분에 의한 비중 증가로 특히 천정을 시공하는 경우 탈락의 현상을 보일 수 있다.

상기 세라믹 화이버의 최고사용온도는 1350~1600℃인 것이 바람직하다. 일반적으로, 철강 가열로의 경우 가동조건이 가혹화되어지고 그 내부온도는 1300℃ 이상으로 운전되나 프레임과 순환되는 열풍으로 접촉면은 휠씬 더 높은 온도로 구동되어지며 스프레이 된 세라믹 화이버 표면은 기공이 많아 휠씬 빠른 속도로 열화되는 경향을 나타낼 수 있으므로, 본 발명에서는 가장 고온용으로 생산되는 최고 사용온도가 1600℃ 이하를 가진 세라믹 화이버를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 액상 바인더는 중량%로, Al₂O₃: 50~58%, SiO₂: 25~30% 및 TiO₂: 15~20%로 조성되는 무기계, 및 유기계를 포함하여 이루어지며, 400Cps 이하의 점도를 가질 수 있다. 상기 액상 바인더의 무기계는 승온되면서 세라믹 화어버와 반응하여 모재와 같은 뮬라이트 재질로 결정화되어진다. 상기 Al₂O₃와 SiO₂의 함량은 1300℃ 이상의 고온에서 열화되지 않는 내화도를 가지는 것이며, 상기 세라믹 화이버와 액상 바인더가 뮬라이트화 되어지는 것에 관여하는 함량이다. 특히, 상기 Al₂O₃가 58%를 초과하는 경우에는 비중이 무거워져 스프레이시 세라믹 화이버에 고루 분산되지 못할 수 있다.

또한, TiO₂가 15% 미만인 경우에는 목표로 하는 점도가 발현되지 않아 부착이 불량해질 수 있는 반면, 20%를 초과하는 경우에는 경제성의 문제와 높은 점도로 인해 액상 바인더의 분무가 원활하지 않을 수 있다.

또한, 상기 액상 바인더의 점도는 TiO₂와 유기계의 복합작용으로 발현되는 것으로서, 400Cps를 초과하는 경우에는 상기 세라믹 화이버를 모재에 접착시키는데 어려울 수 있다.

본 발명에서의 유기계 바인더는 본 발명의 무기계 바인더와 반응이 없으며 실온(-20~40℃)에서 변질이 없는 액상 상태인 것이 바람직하다. 이러한 유기계의 하나의 예시로는 PVA,MC 폴리머가 사용될 수 있다. 이러한 유기계는 적정한 점도를 발현하여 스프레이된 세라믹 화이버가 모재에 접착되게 한다. 상기 액상 바인더는 대부분 무기계로 이루어지며 소량의 적정 유기계 바인더를 첨가하는 형식으로 제조될 수 있다.

이하, 스프레이용 내화물 조성물을 이용한 스프레이 시공방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 상기 내화물 조성물을 구성하는 세라믹 화이버와 액상 바인더를 스프레이기의 각각 다른 홀에 주입한 후 시공 표면에 스프레이할 수 있다. 이때, 스프레이 기계는 당업계에서 일반적으로 사용되는 스프레이기이면 어느 것이든 사용될 수 있고, 특별히 제한하는 형태의 스프레이기는 없다.

상기 스프레이된 표면에 코팅제를 도포한 후 150℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조시킬 수 있다. 상기 건조 시간이 150℃ 미만이거나 5시간 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 두께의 시공체에 포함된 수분을 충분히 증발시키기 어려울 뿐만 아니라 바인더에 포함된 유기 바인더의 수분이 미증발되어 접착성을 발휘하는데 어려울 수 있다.

상기 코팅제는 Al₂O₃: 75~80%, SiO₂: 10~15% 및 TiO₂: 5~10%로 조성되고 300Cps 이하의 점도를 가지며 1000℃ 이상에서 표면이 경화되어 표면열화 방지효과를 가지는 열경화성 액상 형태인 것이 바람직하다.

상기 코팅제에서 Al₂O₃와 SiO₂의 함량은 1350℃ 이상의 고온과 상기 코팅제가 프레임에 접촉했을 때 열화되지않는 내화도를 가지며 상기 세라믹 화이버와 액상 바인더가 뮬라이트화되어지는 것에 관여하는 것이다. 또한, 상기 TiO₂의 함량은 본 발명에서 목표로 하는 300Cps의 점도를 발현하기 위하여 5~10%로 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코팅제의 점도는 200~300Cps로 제어하는 것이 바람직하다. 200Cps 미만, 300Cps를 초과하는 경우에는 천정부분 스프레이시 코팅되는데 어려울 수 있으며, 세라믹 화이버 표면을 타고 흘러내려 가동시 크랙이 발생하고 탈락으로 진행 될 수 있다.

또한, 본 발명의 내화물 조성물은 뮬라이트화(Mullite, 3Al₂O₃·2SiO₂)되어 표면에 부착되는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 이에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스프레이용 내화물 조성물은 단열성과 점착강도가 크므로 고온로 설비에서 단열효과를 높여 열손실 저감에 유용한 효과가 있으며, 시공시 스프레이 방법을 적용함으로서 시공시간을 단축하고 시공을 용이하게 할 수 있는 효과도 확보할 수 있다.

Al₂O₃: 56.5%, SiO₂: 42.5%의 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 하기 표 1과 같은 조성비 및 점도를 갖는 액상 바인더 100중량부를 준비하여 스프레이기에 각각 주입한 후 스프레이한 표면에 하기 표 1과 같은 조성비 및 점도를 가진 코팅제를 도포하였다. 이후, 하기 표 2와 같은 조건으로 건조하여 부착성, 열충격저항성, 내화성, 스프레이정도 및 뮬라이트화를 측정하여 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.

뮬라이트화의 생성여부는 X-ray 결정상 분석을 통하여 확인하였으며, 열충격 저항성 및 내화성은 급열, 급냉 시험을 통하여 확인하였다.

비고	액상 바인더(중량%)				코팅제(중량%)
	Al2O3	SiO2	TiO2	점도	Al2O3	SiO2	TiO2	점도
발명예1	58	25	17	320	80	10	5	220
발명예2	56	26	18	360	79	11	6	240
발명예3	54	26	20	400	78	12	7	270
발명예4	52	27	19	400	76	14	9	270
발명예5	52	28	20	400	75	15	10	300
비교예1	48	29	22	550	74	15	11	320
비교예2	46	30	24	600	73	14	12	320
비교예3	45	30	25	730	72	12	13	360

비고	부착성	열충격저항성	내화성	스프레이정도	뮬라이트화
발명예1	○	○	○	○	생성
발명예2	○	○	○	○	생성
발명예3	○	○	○	○	생성
발명예4	○	○	○	○	생성
발명예5	○	○	○	○	생성
비교예1	×	○	○	×	불생성
비교예2	×	×	○	×	불생성
비교예3	×	×	×	×	불생성
○: 양호 ×: 불량

상기한 바와 같이, 본 발명의 내화물 조성물 및 그 시공방법의 조건을 모두 만족하는 발명예(1~5)의 경우에는, 스프레이 시공이 용이하였고, 내화물 조성물이 뮬라이트화됨을 확인하였으며, 이에 따라 우수한 부착성, 열충격저항성 및 내화성을 나타내었다.

그러나, 본 발명에서 목표로 하는 액상 바인더의 Al₂O₃ 함량과 코팅제 조건을 만족하지 않은 비교예(1~3)의 경우, 뮬라이트화가 진행되지 않음을 X-ray 결정상 분석을 통해 확인하였으며, 이에 따라 열충격 저항성과 내화성도 불량으로 나타났음을 잘 알 수 있다. 또한 본 발명의 액상 바인더 TiO₂ 함량을 만족하지 않는 비교예(1~3)의 경우에도, 스프레이 노즐에서 분산되는 모양이나 정도가 불량하여 부착성이 저하되었다. 또한 본 발명의 코팅제의 TiO₂ 함량을 만족하지 않는 비교예(1~3)의 경우에도, 점도가 300Cps를 초과하여 스프레이 정도가 불량하였고, 부착성 또한 열화되었다.

Claims (6)

1. 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 액상 바인더 80~100중량부를 포함하여 이루어지며,

   상기 액상 바인더는 중량%로, Al₂O₃: 50~58%, SiO₂: 25~30% 및 TiO₂: 17~20%로 조성되는 무기계 바인더 및 폴리머로 이루어진 유기계 바인더를 포함하여 이루어지고, 400Cps 이하의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 화이버의 최고사용온도는 1350~1600℃ 임을 특징으로 하는 단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물.
3. 세라믹 화이버 100중량부에 대하여 액상 바인더 80~100중량부를 포함하여 이루어지며,

   상기 액상 바인더는 중량%로, Al₂O₃: 50~58%, SiO₂: 25~30% 및 TiO₂: 17~20%로 조성되는 무기계 바인더 및 폴리머로 이루어진 유기계 바인더를 포함하여 이루어지고, 400Cps 이하의 점도를 가지는 내화물 조성물을 준비하는 단계;

   상기 준비된 내화물 조성물을 구성하는 세라믹 화이버와 액상 바인더를 스프레이기의 각각 다른 홀에 주입한 후 대상재의 표면에 스프레이하는 단계;

   상기 스프레이된 대상재의 표면에 중량%로, Al₂O₃: 75~80%, SiO₂: 10~15% 및 TiO₂: 5~10%로 조성되고 200~300Cps의 점도 및 1000℃ 이상의 표면경화온도를 갖는 액상의 열경화성 코팅제를 도포한 후 150℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조시키는 단계를 포함하여 구성되는 단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물을 이용한 스프레이 시공방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 3항에 있어서, 상기 내화물 조성물은 뮬라이트화(Mullite)되어 표면에 부착되는 것임을 특징으로 하는 단열성이 우수한 스프레이용 내화물 조성물을 이용한 스프레이 시공방법.