KR101161108B1

KR101161108B1 - 내화 조성물과, 고온 내화 벽의 보수를 위한 방법

Info

Publication number: KR101161108B1
Application number: KR1020127007785A
Authority: KR
Inventors: 세르게 사브레; 크리스토프 요나스
Original assignee: 프리미어 리프랙토리즈 벨지움 에스.에이.
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2012-06-28
Also published as: US20070027023A1; BRPI0408553B1; UA80187C2; MXPA05010294A; DE602004014915D1; BRPI0408553A; EP1462429A1; KR20120049376A; EP1611070A1; WO2004085341A1; ATE400537T1; KR20060002863A; RU2005128492A; BRPI0408553B8; EP1611070B1; PL1611070T3; US7309674B2

Abstract

본 발명은 40-89.8 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와, 10-15 건조 중량%의 클레이와, 0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고, 2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 내화 조성물에 관한 것이다. 이들 조성물은 분사 공정(gunning process)에서 코크스 오븐의 손상된 벽을 보수하는 데에 특히 유용하다.

Description

내화 조성물과, 고온 내화 벽의 보수를 위한 방법{REFRACTORY COMPOSITION AND PROCESS FOR THE REPAIR OF A HOT REFRACTORY WALL}

본 발명은 내화 조성물, 특히 비정질의 실리카계 조성물과, 이들 내화 조성물을 이용하여 고온의 실리카 내화 벽을 보수하는 공정, 특히 분사 공정(gunning process)에 관한 것이다.

본 발명의 상업-기술적 목적은 실리카 내화 요소로 제조되는 코크스 오븐 및 다른 산업적 노의 서비스 수명을 최대한으로 신장시키는 것이다. 그러한 실리카 내화 조립체의 적절한 유지 및 보수는, 이들의 수명을 제어하는 중요 요인 중 하나이며, 보수를 만족스럽게 한다는 관점으로부터, 그리고 보수 중의 생산 중단 또는 방해 모두로 인하여 계속해서 심각한 문제를 야기시킨다.

본 발명은 코크스 오븐의 내화 벽돌 라이너 벽을 보수하는 데에 특히 적합하며, 본 명세서에서는 코크스 오븐의 보수를 참고로 본원 발명을 설명하지만, 본 발명을 유리 용해로와 같은 다른 고온의 실리카 벽돌 벽을 보수하는 데에 채용할 수도 있고, 그에 따라 본 발명이 코크스 오븐에 사용하는 것으로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

코크스 오븐은 통상적으로 내화 실리카 벽돌로 구성되며, 이 실리카 벽돌은 심지어 코킹 작업(coking operation)에서 겪게 되는 극한의 온도에서도 비교적 고강도를 유지한다. 이러한 코크스 오븐의 전체 예상 수명은 40년 이상일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 단지 수년의 작업 후에 보수를 받아야 할 필요가 있다. 예컨대 기본적 침전물로 인한 작은 균열, 가열 또는 비제어식 냉각 중의 불균일한 팽창, 에어 리크, 작업 중의 열 충격 및/또는 반복된 열 사이클을 비롯한 다양한 이유로 라이닝 벽에 있어서 내화 벽돌의 균열이 시작될 수 있다. 장입탄에 이물질이 혼입되면, 국부적 영역을 손상시키는 "열점(hot-spots)"이 또한 발생할 수도 있다. 일단 균열이 시작되면, 균열은 인접 벽돌로 진행할 수 있고, 또한 코크스의 푸싱을 방해할 때까지 벽 내로 보다 깊이 진행할 수도 있는데, 이는 다시 보다 큰 손상을 야기할 수 있다. 적절하게 보수하지 않으면, 이러한 손상은 벽의 라이너를 통하여 가열 연도로 진행할 수도 있다.

코크스 오븐은 통상적으로 인접 오븐들 사이의 공통벽과 나란한 관계로 연장되는 다수의 오븐으로 각각 이루어지는 배터리(battery) 내에 구성되므로, 실용적인 관점에서는, 개별 오븐 벽의 라이너에 대한 보수는 보수를 필요로 하는 오븐만을 간단하게 실온으로 냉각하는 것에 의해서는 달성할 수 없는데, 그 이유는 공통벽에 있는 연도가 인접 오븐을 가열하는 데 필요하기 때문이다. 또한, 소정 배터리 중의 하나의 오븐을 작업자가 내부로 들어가서 보수를 행할 수 있게 하는 소정의 온도로 냉각시키는 시도는, 인접 오븐을 부분적으로 냉각했다고 하더라도, 수축에 기인하여 심각한 응력을 초래할 수 있고, 보수 대상의 오븐과 인접 오븐 모두에 상당한 손상을 야기할 수 있다. 따라서, 내화 응집체를 슬러리로서 도포하거나 고온 오븐 벽에 직접적으로 분무되거나 뿌려지는 "건식" 분사용 혼합물로서 도포하는 분사 또는 분무 기법을 이용하여 손상된 영역에 임시 패치를 적용함으로써 코크스 오븐의 라이너 벽을 보수하는 것이 오랫동안 관례로 되어 왔다. 그러한 패치 재료를 부착할 때에 직면하게 되는 문제점은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예컨대 미국 특허 제3,413,385호에 개략적으로 언급되어 있다. 수리공이 개방 도어를 통해 용이하게 도달할 수 없고, 열 실드에 의해 보호되며, 오븐의 외측에 존재하는 영역에서는 분사 공정에 의해 오븐 라이너 벽을 보수할 때에 특별한 문제에 직면한다.

분사 방법(gunning process)을 활용하여 고온 내화 벽을 보수하기 위하여 다양한 기법 및 절차가 개발되어 왔지만, 결과가 항상 만족스럽지는 않았다.

종래의 분사 기법은 건식 내화 조성물을 분사 노즐로 반송하는 것을 포함하며, 이 분사 노즐에서 내화 조성물이 물과 혼합된 후, 손상된 벽에 분사된다. 종래의 분사 방법에서 발견되는 중요한 문제점은 내화 벽에 대하여 분사된 내화 조성물이 튕겨 나오는 것이다. 이와 같이 오랫동안 알려져 있었던 문제점을 해결하기 위한 시도로는 분사된 조성물 내의 물의 양을 증가시키는 것이다. 한편, 코크스 오븐 챔버 내에 대량의 물이 있으면, 다른 성가신 작업이 발생한다. 또한, 분사 노즐을 향하여 반송된 건식 내화 조성물은 일반적으로 완전히 균일하지는 않은 것으로 관찰되었다.

종래 기술에는 또한 반건식 분사 방법 및 습식 분사 방법이 공지되어 있는데, 이들 방법에서는 내화 조성물이 분사 노즐을 향하여 반송되기 전에 물과 혼합된다. 반건식 분사 방법에서는, 혼합기에 의해 내화 조성물을 필요한 물의 일부와 미리 혼합한 후, 특정의 분사 노즐로 반송하고, 나머지 물과 혼합한 후, 노즐을 통하여 분사한다. 습식 분사 방법에서는, 내화 조성물을 분사에 필요한 모든 물과 미리 혼합하고, 분사 노즐을 향하여 반송한 후에, 분사한다. 이들 반건식 분사 방법 및 습식 분사 방법은 일반적으로 냉각된 벽 또는 차가운 벽에 대하여 실행되고, 습식 내화 조성물을 반송할 수 있는 특별한 장치를 필요로 한다. 또한, 이들 방법에 있어서는, 응고제 및/또는 분산제를 사용할 필요가 종종 있으며, 이로 인하여 다른 성가신 작업이 발생한다.

본 발명의 목적은, 통상의 건식 분사 장치(gunning apparatus)에 사용될 수 있고, 해당 벽을 냉각할 필요 없이 손상된 내화 벽을 보수하는 데 사용될 때에 우수한 결과를 제공하는 균일성이 개선된 내화 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전체적으로 분사에 필요한 물의 양이 적고, 응고제 및/또는 분산제를 사용할 필요가 없는 내화 조성물을 제공하는 것이다.

이들 목적 및 다른 목적은 40-89.8 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와, 10-15 건조 중량%의 클레이와, 0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고, 2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 내화 조성물에 의해 달성된다.

내화 조성물 내의 클레이의 양은 10 내지 15 건조 중량%로 함유되어야 한다. 실제로, 클레이는 특히 분사 용례에 필요한 가소성 및 고착성을 제공한다. 내화 조성물이 10 건조 중량% 미만의 클레이를 함유하면, 벽에 분사할 때에 혼합물의 중요 부분이 튕겨져 나오고, 결과적으로 혼합물의 손실이 발생한다. 다른 한편으로, 클레이는 보수된 벽의 품질(수명, 내화성, 내식성 등)을 저하시키므로, 내화 조성물 내에 클레이를 15 건조 중량% 넘게 함유하지 않는 것이 바람직하다.

놀랍게도, 공급되는 내화 조성물에 2 내지 8 중량% 정도의 소량의 물을 첨가하면, (압축 공기 및 로터 시스템을 이용하는) 통상의 분사 장치를 여전히 이용할 수 있으며, 내화 조성물을 고온 벽에 대하여 분사할 수 있는 것으로 관찰되었다.

내화 조성물 내에 2 내지 8 중량%의 물을 첨가하면, 분사 노즐 내에서 조성물과 혼합되는 물의 양을 줄일 수 있고, 그에 따라 분사 조성물과 함께 도입되는 물의 전체적인 양은 종래의 방법의 경우보다 적은 것으로 또한 관찰되었다(12 중량% 대신에 6 중량%).

또한, 내화 조성물에 물을 첨가하면, 조성물의 균일성이 우수하게 된다.

분사 작업 중의 튕김(rebound)은 종래의 방법에 비하여 적어도 50% 감소한다. 이는 작업의 경제성을 향상시킬 뿐 아니라, 또한 분사 중에 먼지의 발생이 매우 제한되므로 작업자를 위한 건강하고 안전한 작업 조건을 현저하게 향상시킨다. 이러한 점은 작업자의 복지 향상 측면에서의 지속적인 요구와 관련하여 매우 중요한 것이다.

궁극적으로, 본 발명의 내화 조성물에 의해 보수된 벽은 유리질 실리카계 조성물을 이용하는 종래의 기법에 의해 보수된 벽의 수명과 유사하거나 그보다 긴 수명을 갖는 것으로 관찰되었다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비정질 실리카 응집체는 유리질 실리카를 포함한다.

적절한 알루미나계 화합물에는 남정석, 홍주석, 샤모트(chamotte), 멀라이트 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 존재하는 경우에, 알루미나계 화합물은 바람직하게는 20 내지 40 건조 중량%의 양으로 포함되어야 한다. 이때 상기 비정질 실리카 응집체의 함량은 40-69.8 건조 중량%이다.

바람직하게는, 화학 바인더는 인산, 산성의 알루미나 포스페이트, 알루미나 설페이트 또는 규산 나트륨으로부터 선택되는 무기질의 화학 바인더이다.

내화 조성물의 성분은 입자 사이즈가 4 mm 이하인 것이 바람직한데, 즉 조성물의 적어도 95 중량%는 입자 사이즈가 4 mm 또는 그 미만이다. 바람직하게는, 조성물의 100 중량%의 입자 사이즈가 5.60 mm 미만이다.

바람직한 조성물의 예

재료	재료의 예	예 1(건조 중량%)	예 2(건조 중량%)
비정질 실리카 응집체	용융 실리카(200㎛-4mm)	54.1	53.6
비정질 실리카 응집체	용융 실리카(<100㎛)	31.6
알루미나계 화합물	남정석(<100 ㎛)		32.2
클레이		13.5	13.4
화학 바인더		0.8	0.8
물		3.4	3.4

본 발명의 다른 목적에 따르면, 본 발명은

a) 40-89.8 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와, 10-15 건조 중량%의 클레이와, 0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고, 2 내지 8 중량%의 물을 더 포함하는 내화 조성물을 분사 노즐로 반송하는 단계와,

b) 상기 분사 노즐에서 상기 내화 조성물과 물을 혼합하는 단계와,

c) 얻어진 혼합물을 고온 내화 벽에 대하여 분사하는 단계를 포함하는 고온 내화 벽을 보수하는 공정에 관한 것이다.

전술한 바와 같이, 이러한 보수 공정은 특히 코크스 오븐의 벽에 대하여 보수된 벽의 품질과 관련하여 놀라운 결과를 나타내었다.

Claims

83-89.8 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와,
10-15 건조 중량%의 클레이와,
0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고,
2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 분사용 내화 조성물.
43 이상 89.8 미만의 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와,
0 초과 40 이하의 건조 중량%의 알루미나계 화합물과,
10-15 건조 중량%의 클레이와,
0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고,
2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 분사용 내화 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비정질 실리카 응집체는 유리질 실리카를 포함하는 것인 분사용 내화 조성물.
제2항에 있어서, 상기 알루미나계 화합물은 남정석, 홍주석, 샤모트(chamotte), 멀라이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 분사용 내화 조성물.
제2항에 있어서, 상기 알루미나계 화합물의 함유량이 20 내지 40 건조 중량%인 것인 분사용 내화 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 바인더는 인산, 산성의 알루미나 포스페이트, 알루미나 설페이트 또는 규산 나트륨으로부터 선택되는 무기질 화학 바인더인 것인 분사용 내화 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화 조성물의 성분은 입자 사이즈가 4 mm 미만인 것을 95 중량% 포함하는 것인 분사용 내화 조성물.
제7항에 있어서, 상기 내화 조성물의 성분의 100 중량%는 입자 사이즈가 5.6 mm 미만인 것인 분사용 내화 조성물.
a) 83-89.8 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와, 10-15 건조 중량%의 클레이와, 0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고, 2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 내화 조성물을 분사 노즐(gunning nozzle)로 반송하는 단계와,
b) 상기 분사 노즐에서 상기 내화 조성물과 물을 혼합하는 단계와,
c) 얻어진 혼합물을 고온 내화 벽에 대하여 분사하는 단계
를 포함하는 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
a) 43 이상 89.8 미만의 건조 중량%의 비정질 실리카 응집체와, 0 초과 40 이하의 건조 중량%의 알루미나계 화합물과, 10-15 건조 중량%의 클레이와, 0.2-2.0 건조 중량%의 화학 바인더를 주성분으로 하고, 2 내지 8 중량%의 물을 더 함유하는 내화 조성물을 분사 노즐(gunning nozzle)로 반송하는 단계와,
b) 상기 분사 노즐에서 상기 내화 조성물과 물을 혼합하는 단계와,
c) 얻어진 혼합물을 고온 내화 벽에 대하여 분사하는 단계
를 포함하는 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 비정질 실리카 응집체는 유리질 실리카를 포함하는 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제10항에 있어서, 상기 알루미나계 화합물은 남정석, 홍주석, 샤모트(chamotte), 멀라이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제10항에 있어서, 상기 알루미나계 화합물의 함유량이 20 내지 40 건조 중량%인 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 화학 바인더는 인산, 산성의 알루미나 포스페이트, 알루미나 설페이트 또는 규산 나트륨으로부터 선택되는 무기질 화학 바인더인 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 내화 조성물의 성분은 입자 사이즈가 4 mm 미만인 것을 95 중량% 포함하는 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제15항에 있어서, 상기 내화 조성물의 성분의 100 중량%는 입자 사이즈가 5.6 mm 미만인 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 내화 벽은 코크스 오븐의 벽인 것인 고온 실리카 내화 벽 보수 방법.