KR101239244B1 - 초벌구이용 내화물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초벌구이용 내화물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지면으로부터 수직방향으로 형성되되, 반 원통 형상을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 하부에 일체로 형성되어, 상기 몸체부를 지지하는 육면체 형상의 지지부로 이루어져 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 하되, 상기 화구로부터 간격을 두어 설치되는 내화물로서, 상기 내화물은 멀라이트(mullite)와 근청석(cordierite)의 복합분말 과, 장석과, 점토와, 파쇄유리(Cullet)의 혼합으로 조성된 초벌구이용 내화물에 관한 것이다.

Description

초벌구이용 내화물{REFRACTORY FOR BISCUIT FIRING}
본 발명은 도염식 가마의 내부에 설치하되, 화구에서 다소 간격을 두어 상기 화구를 가로막도록 설치함으로써 버너의 직화가 기물에 직접 닿지 않도록 하여 기물이 직화에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있고, 또한 소성에 소요되는 시간을 단축함으로써 소성에 따른 연료를 절감할 수 있는 초벌구이용 내화물에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도염식 가마는 불연속 가마 중에서도 가장 열효율이 높은 구조를 갖는 것으로서, 불꽃이 가마 내부에서 천정으로 올라갔다가 다시 기물 사이를 지나, 가마 바닥에 있는 구멍을 통하여 밖으로 나가게 된다. 굴뚝의 높이에 따라서 불꽃을 강제로 흡입/배출하기 때문에 가마 내부의 용적에 비례하여 불구멍의 너비, 굴뚝의 높이와 너비 등이 크게 영향을 미친다.
그러나 이와 같이 열효율이 좋은 도염식 가마의 경우에도, 버너의 직화가 기물에 직접 닿음으로써 기물이 파손되는 문제가 여전히 남아 있으며, 또한 소성에 필요한 시간이 짧지 않기 때문에 연료의 소모가 많다는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 내화물을 설치하고자 하는 것으로서, 본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 10-0356369호(등록일자 2002년09월30일), 대한민국 등록특허 10-0371586호(등록일자 2003년01월27일), 대한민국 등록특허 10-0355110호(등록일자 2002년09월19일) 및 대한민국 공개특허 10-2010-0100850호(공개일자 2010년09월15일)에 개시되어 있다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 내화물을 설치함으로써, 버너의 직화가 기물에 직접 닿는 것을 방지하여 기물이 파손되는 것을 방지하고, 또한 소성에 필요한 시간을 기존의 방식에 비해 크게 단축시켜 줌으로써 연료 절감의 효과를 가질 수 있는 초벌구이용 내화물을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고자,
본 발명은 지면으로부터 수직방향으로 형성되되, 반 원통 형상을 갖는 몸체부와,
상기 몸체부의 하부에 일체로 형성되어, 상기 몸체부를 지지하는 육면체 형상의 지지부로 이루어져 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 하되, 상기 화구로부터 간격을 두어 설치되는 내화물로서,
상기 내화물은 멀라이트(mullite)와 근청석(cordierite)의 복합분말 40~50wt%와,
장석 10~11wt%와,
점토 33~39wt%와,
파쇄유리(Cullet) 4~10wt%의 혼합으로 조성되어 열팽창계수가 4.7~4.8×10-6인 초벌구이용 내화물을 주요 기술적 구성으로 한다.
그리고, 상기 내화물은 반 원통 형상을 갖는 몸체부의 중앙부 두께(t1)가 20~30mm이고, 주변부의 두께(t2)가 5~15mm인 것으로서, 중앙부에서 주변부로 가면서 점차 두께가 줄어드는 형상을 가지며,
전체 높이(h)가 210~250mm이고,
반 원통 형상을 갖는 몸체부의 내측면을 따라 형성되는 반원의 내경(L1)이 78~82mm이며,
지지부의 폭(L2)은 40~60mm인 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초벌구이용 내화물은 도염식 가마의 내부에 설치함으로써 버너의 직화가 기물에 직접 닿은 것을 방지하여 줌으로써, 초벌구이(1차소성)시 파손률을 효과적으로 줄일 수 있고,
또한, 일반적으로 0.7㎥에서 8시간의 소성시간이 필요한 것을 단축함으로써, 기존의 가스 사용량인 50㎏을 25㎏까지 절감을 함으로써 시간단축과 연료절감의 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 도염식 가마의 구조를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 내화물을 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 내화물의 정면을 보인 사진.
도 4는 본 발명에 따른 내화물의 배면을 보인 사진.
도 5는 본 발명에 따른 내화물을 설치함으로써 도염식 가마 내에서 화염이 직접적으로 기물에 닿지 않음을 보인 사진.
도 6은 도 5에 도시된 사진의 명암을 조절하여 보인 동일한 사진.
상기의 기술 구성을 도면과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 내화물은 도염식 가마의 내부에 설치하여 버너의 직화가 직접 기물에 닿음으로써 파손되는 것을 방지하고, 소성시간을 단축함에 따라 연료 절감 효과를 가질 수 있도록 하는 것으로서, 도 1의 도염식 가마에서 보인 바와 같이 화구의 앞쪽에 설치하되, 상기 화구를 가로막도록 함으로써 화구를 통해 유입되는 직화가 상기 내화물에 의해 위로 상승하도록 한다. 이와 같은 기능에 의해 버너의 직화가 기물에 직접 닿는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내화물은
지면으로부터 수직방향으로 형성되되, 반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)와,
상기 몸체부(10)의 하부에 일체로 형성되어, 상기 몸체부(10)를 지지하는 육면체 형상의 지지부(20)로 이루어져 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 하되, 상기 화구로부터 간격을 두어 설치되는 내화물로서,
상기 내화물은 멀라이트(mullite)와 근청석(cordierite)의 복합분말 40~50wt%와,
장석 10~11wt%와,
점토 33~39wt%와,
파쇄유리(Cullet) 4~10wt%의 혼합으로 조성되어 열팽창계수가 4.7~4.8×10-6인 것임을 특징으로 한다.
상기 몸체부(10)는 버너의 직화가 도염식 가마의 천정으로 자연스럽게 상승될 수 있도록 하기 위하여, 반원형의 라운드 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 몸체부(10)의 두께는 버너의 직화를 가장 큰 접촉을 하는 중앙부의 두께를 두껍게 하고, 나머지 주변으로 갈수록 얇게 함으로써 내화물을 경제적으로 제작하면서도 효과적인 면에서 큰 이점을 갖도록 구성한다.
또한 상기 지지부(20)는 전체적으로 내화물을 지지하여 줌으로써 도염식 가마의 화구를 가로막도록 설치된 내화물이 화염에 의해 쓰러지지 않도록 지지하는 역할을 하게 된다.
상기 몸체부(10)와 지지부(20)를 포함하는 내화물은 멀라이트(mullite)와 근청석(cordierite)의 복합분말과, 장석과, 점토와, 파쇄유리(Cullet)의 혼합으로 조성되는 것으로, 각 성분에 대해 살펴보고자 한다.
상기 복합분말은 mullite-cordierite 복합체로서, 입형은 구형으로 균질하다. 그리고 상기 mullite의 비표면적은 23.5㎡/g, 입경은 0.1~0.3㎛이고, 상기 cordierite의 비표면적은 20.2㎡/g, 입경은 0.2~0.4㎛이다.
상기 Mullite(3Al2O3 ·2SiO2)는 Al2O3-SiO2계 화합물로서 오래전부터 도자기, 즉 점토광물을 주원료로 하는 traditional ceramics의 대표적인 결정상이다. 상압 및 고온에서 안정한 유일한 중간생성화합물로서, 융점(1,828±10℃)이 높고 비교적 열팽창계수가 작으며, creep 저항성, 스폴링저항성이 높고, 내마모성, 내침식성 및 고온강도 등의 우수한 기계적 특성을 가지고 있는 산화물 cearmics이다.
상기 cordierite(2MgO·2Al2O3·5SiO2)는 낮은 열팽창성, 내열 충격성, 낮은 유전율, 높은 전기절연성 등의 특성을 가진 재료이다.
그러나, 상기 mullite의 경우에는 내열충격성이 약하다는 단점이 있고, cordierite의 경우에는 기계적 강도가 떨어지는 단점이 있기 때문에 열적, 화학적인 안정성을 확보하기 위해, 본 발명에서는 상기 mullite와 cordierite의 복합분말을 사용한다.
상기 복합분말의 사용량이 40wt% 미만인 경우에는 내화물의 열적 강도가 떨어질 수 있으므로, 상기 복합분말의 사용량은 전체 내화물에 대해 40~50wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 장석은 칼륨장석(orthoclase), 나트륨장석(albite), 칼슘장석(anorthite), 바륨장석(celsian), 사장석(plagioclase), 리튬장석(petalite), 하석(nepheline) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 사용한다.
상기 파쇄유리(Cullet)는 SiO2 71.00wt%, Al2O3 3.00wt%, Fe2O3 0.50wt%, R2O(Na2O + K2O) 14.50wt%, RO(CaO + MgO + BaO) 11.00wt%의 성분 조성을 갖는 것을 사용한다.
본 발명의 내화물 조성에 대한 구체적인 예는 다음의 실시예 1과 같다.
멀라이트(mullite) 50wt%와 근청석(cordierite) 50wt%의 복합분말 50wt%와; 장석 10wt%와; 점토 35wt%와; 파쇄유리(Cullet) 5wt%의 혼합으로 내화물을 조성한다.
그리고, 상기 내화물은 반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)의 중앙부 두께(t1)가 20~30mm이고, 주변부의 두께(t2)가 5~15mm인 것으로서, 중앙부에서 주변부로 가면서 점차 두께가 줄어드는 형상을 가지며,
전체 높이(h)가 210~250mm이고,
반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)의 내측면을 따라 형성되는 반원의 내경(L1)이 78~82mm이며,
지지부(20)의 폭(L2)은 40~60mm인 것임을 특징으로 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 내화물의 실제 사진 및 도염식 가마 내에 직접 설치한 상태를 보인 것으로서,
상기 내화물을 설치하지 않은 상태에서 소성하게 되는 경우에는 소성시간이 0.7㎥에서 8시간이 필요하나, 상기 구조 및 성분으로 구성된 내화물을 도염식 가마의 내부에 설치하게 되면, 4시간이면 소성이 가능하다. 그리고 가스의 사용량은 50kg에서 25kg로 절감할 수 있다.
결과적으로, 상기 내화물을 도염식 가마의 내부에 설치하여 소성을 하게 되면, 소성에 필요한 시간 단축과 함께 연료 절감의 효과를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 초벌구이용 내화물은 도염식 가마의 내부에 설치함으로써 기물의 소성에 필요한 시간을 단축시켜 주어 소성에 필요한 연료를 절감시켜 주기 때문에 매우 경제적이며, 특히 버너의 직화가 기물에 직접 닿는 것을 방지하여 줌으로써 기물의 파손되는 것을 방지하여 줌으로써 생산성을 높일 수 있기 때문에 산업상 이용가능성이 크다.
1: 내화물
10: 몸체부
20: 지지부

Claims (5)

  1. 지면으로부터 수직방향으로 형성되되, 반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)와,
    상기 몸체부(10)의 하부에 일체로 형성되어, 상기 몸체부(10)를 지지하는 육면체 형상의 지지부(20)로 이루어져 도염식 가마 내부의 화구를 가로막도록 하되, 상기 화구로부터 간격을 두어 설치되는 내화물로서,
    상기 내화물은 멀라이트(mullite)와 근청석(cordierite)의 복합분말 40~50wt%와,
    장석 10~11wt%와,
    점토 33~39wt%와,
    파쇄유리(Cullet) 4~10wt%의 혼합으로 조성되어 열팽창계수가 4.7~4.8×10-6인 것임을 특징으로 하는 초벌구이용 내화물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    복합분말은 멀라이트(mullite) 10~90wt%와 근청석(cordierite) 10~90wt%의 혼합으로 조성되는 것임을 특징으로 하는 초벌구이용 내화물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    장석은 칼륨장석(orthoclase), 나트륨장석(albite), 칼슘장석(anorthite), 바륨장석(celsian), 사장석(plagioclase), 리튬장석(petalite), 하석(nepheline) 중 선택되는 어느 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 초벌구이용 내화물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    파쇄유리(Cullet)는 SiO2 71.00wt%, Al2O3 3.00wt%, Fe2O3 0.50wt%, R2O(Na2O + K2O) 14.50wt%, RO(CaO+MgO+BaO) 11.00wt%의 성분 조성을 갖는 것임을 특징으로 하는 초벌구이용 내화물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    내화물은 반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)의 중앙부 두께(t1)가 20~30mm이고, 주변부의 두께(t2)가 5~15mm인 것으로서, 중앙부에서 주변부로 가면서 점차 두께가 줄어드는 형상을 가지며,
    전체 높이(h)가 210~250mm이고,
    반 원통 형상을 갖는 몸체부(10)의 내측면을 따라 형성되는 반원의 내경(L1)이 78~82mm이며,
    지지부(20)의 폭(L2)은 40~60mm인 것임을 특징으로 하는 초벌구이용 내화물.



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