KR101633472B1 - 노체 보수재 - Google Patents

노체 보수재 Download PDF

Info

Publication number
KR101633472B1
KR101633472B1 KR1020140156166A KR20140156166A KR101633472B1 KR 101633472 B1 KR101633472 B1 KR 101633472B1 KR 1020140156166 A KR1020140156166 A KR 1020140156166A KR 20140156166 A KR20140156166 A KR 20140156166A KR 101633472 B1 KR101633472 B1 KR 101633472B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
silica
tridymite
furnace body
crystal phase
Prior art date
Application number
KR1020140156166A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160056141A (ko
Inventor
정두화
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020140156166A priority Critical patent/KR101633472B1/ko
Publication of KR20160056141A publication Critical patent/KR20160056141A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101633472B1 publication Critical patent/KR101633472B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

본 발명은 코크스를 건류하는 노체를 보수하는 보수재로서, 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2) 및 보수 시에 분사되는 산소에 의해 산화되어 발화하는 금속 연료를 함유한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 보수재는 보수하고자하는 노체의 벽체를 구성하는 내화물과 광물상이 동일한 트리디마이트 상의 실리카를 포함하는 보수재를 통해 용접하므로, 내스폴링성 저항상을 가지는 시공체가 노체 상에 용접 즉, 시공된다. 이에, 보수재가 용접되어 노체 상에 시공된 시공체와 노체 간의 결합 강도가 종래에 비해 향상된다. 따라서, 노체의 열적 스폴링 등에 의해 내화물 연와로부터 시공체가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

Description

노체 보수재{Repairing materials for blast furnace body}
본 발명은 노체 보수재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보수 품질을 향상시킬 수 있는 노체 보수재에 관한 것이다.
코크스로의 탄화실을 구성하는 노체 내화물(내화 조성물)로서 실리카계의 내화벽돌이 주로 사용되고 있다. 이러한 코크스로는 장기간 사용시 노체를 구성하는 내화물의 침식, 마모와 탈락으로 인해 손상이 발생한다. 그러나 코크스로의 특성상 가동을 중단시키고 보수하기에는 시간과 에너지가 많이 들고, 이는 결과적으로 생산성의 저하로까지 이어지기 때문에, 코크스로의 중단 없이, 가동 중에 노체를 보수할 수 있는 기술이 연구 개발되어 왔다.
한편, 코크스로는 내부온도가 1000~1200℃ 범위로 유지되어 연속적으로 사용되기 때문에 이 온도 범위에서 안정한 내화물인 광물상인 내화벽돌이 사용되고 있다. 그런데, 노체의 보수를 위해 노체를 냉각하면, 광물상의 전이로 인해 내화물이 오히려 더 손상될 가능성이 있다. 특히, 제철공업에서 사용하는 코크스로의 경우, 최초 건설 후 그 사용 수명이 20년 이상의 장기간이기 때문에, 코크스로의 손상 시 해체하여 재 건설하기 보다는 보수를 통해 노체 수명을 연장할 수 있는 방법이 요구된다.
일반적으로 코크스로의 노체를 보수하는 방법으로 열간 세라믹 용접(웰딩)법이 많이 사용되고 있는데, 열간 세라믹 용접법은 코크스로의 가동 중에도 신속 하고 치밀한 시공체를 형성할 수 있다. 또한, 열간 세라믹 용접(웰딩)법에 의하면, 코크스로를 구성하는 노체 내화물인 규석질 연와와 그 구성 성분이 같거나 유사한 재질을 사용할 수 있어 시공체와 기존 내화연와의 결합력이 높다는 장점이 있다.
하지만, 세라믹 용접법 또는 노체의 보수재의 경우, 1000℃ 이상에서 보수를 하더라도 구성하는 벽체가 본래의 벽체 내화물과 구성 성분과 광물상이 잘 맞지 않을 경우 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서 최적의 조성과 구성광물상을 구비하는 세라믹 용접재의 분말 조성물이 필요하다.
한국 등록특허 제0373703호
본 발명은 용접성, 시공체의 강도 및 내폴링성을 향상시킬 수 있는 노체 보수재를 제공한다.
본 발명은 코크스를 건류하는 노체를 보수하는 보수재로서, 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2) 및 보수 시에 분사되는 산소에 의해 산화되어 발화하는 금속 연료를 함유한다.
상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 70 중량% 내지 85 중량% 함유되고, 상기 금속 연료가 15 중량% 내지 30 % 중량 함유되는 것이 바람직하다.
상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 75 중량% 내지 80 중량% 함유되고, 상기 금속 연료가 20 중량% 내지 25 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2) 및 금속 연료에 적린 및 Mg-Al 합금이 더 첨가되는 것이 효과적이다.
상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 66.97 중량% 내지 82.98 중량%, 상기 금속 연료가 15 중량% 내지 30 % 중량 %, 상기 적린이 0.02 중량% 내지 0.03 중량%, 상기 Mg-Al 합금이 2 중량% 내지 3 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 71.97 중량% 내지 77.98 중량%, 상기 금속 연료가 20 중량% 내지 25 % 중량 %, 상기 적린이 0.02 중량% 내지 0.03 중량%, 상기 Mg-Al 합금이 2 중량% 내지 3 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 노체 보수재의 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)는 3.0mm 이하의 입도를 가지는 트리디마이트상 실리카 입자, 0.7mm 이상, 1.0mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 상 실리카 입자, 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자 및 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 트리디마이트상 실리카 전체에 대해, 상기 3.0mm 이하의 입도를 가지는 트리디마이트상 실리카 입자가 20 중량% 내지 25 중량%, 상기 0.7mm 이상, 1.0mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 상 실리카 입자가 10 중량% 내지 15 중량%, 상기 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 445 중량% 내지 50 중량% 및 상기 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 15 중량% 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 금속 연료는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 실리콘(Si)이 14 중량% 내지 28 중량%, 상기 알루미늄(Al)이 1 중량% 내지 2 중량% 함유된다.
상기 금속 연료는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 실리콘(Si)이 19 중량% 내지 23 중량%, 상기 알루미늄(Al)이 1 중량% 내지 2 중량% 함유된다.
본 발명의 실시형태에 따른 보수재는 보수하고자하는 노체의 벽체를 구성하는 내화물과 광물상이 동일한 트리디마이트 상의 실리카를 포함하는 보수재를 통해 용접하므로, 내스폴링성 저항상을 가지는 시공체가 노체 상에 용접 즉, 시공된다. 이에, 보수재가 용접되어 노체 상에 시공된 시공체와 노체 간의 결합 강도가 종래에 비해 향상된다. 따라서, 노체의 열적 스폴링 등에 의해 내화물 연와로부터 시공체가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 보수재는 적린 및 Mg-Al 합금을 더 포함하도록 구성되어, 발화 온도를 1000℃ 이하로 낮출 수 있고, 따라서 1000 ℃ 이하의 저온에서도 세라믹 용접을 용이하게 실시할 수 있다. 이에 시공체와 노체 간의 결합 강도를 향상시킬 수 있고, 이에 시공체가 내화물 연와로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노체 보수재 제조 방법을 나타낸 순서도
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
코크스로의 노체 즉, 내화 조성물로 이루어진 연와는 코크스의 장입과 배출에 의한 충격과 마모가 심하고, 온도 편차에 의한 열적 스폴링(spalling)이 심한 부위이므로, 노체 연와와 시공체 간의 결합 강도 및 시공체의 강도 또한 우수하여야 한다. 또한 열적 스폴링에 의한 연와의 탈락이 심한 부위이므로, 내스폴링 저항성을 갖는 시공체가 형성되어야 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 노체 보수재 또는 웰딩재는 노체 보수재 코크스로의 벽체 즉, 노체의 손상 부위를 보수하는 보수재로서, 제 1 실시예에 따른 보수재는 트리디마이트(tridymite) 상의 실리카(SiO2)와, 금속 연료인 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함한다. 여기서, 보수재 전체를 100 중량%라 할 때, 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)는 70 중량% 이상, 85 중량% 이하(즉, 70 중량% 내지 85 중량%), 금속 연료가 15 중량% 이상, 30 중량% 이하(즉, 15 중량% 내지 30 중량%)를 포함한다. 금속 연료는 상술한 바와 같이 예컨대, 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)로서, 실리콘(Si)이 14 중량% 이상, 28 중량% 이하(즉, 14 중량% 내지 28 중량%), 알루미늄(Al)이 1 중량% 이상, 2 중량% 이하(즉, 1 중량% 내지 2 중량%)를 포함한다. 보다 바람직하게, 제 1 실시예의 따른 변형예에 따른 노체 보수재는 75 중량% 이상, 80 중량% 이하(즉, 75 중량% 내지 80 중량%)의 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)와, 20 중량% 이상, 25 중량% 이하(즉, 20 중량% 내지 25 중량%)의 금속 연료를 포함하며, 금속 연료 중, 실리콘(Si)이 19 중량% 이상, 23 중량% 이하(즉, 19 중량% 내지 23 중량%), 알루미늄(Al)이 1 중량% 이상, 2 중량% 이하(즉, 1 중량% 내지 2 중량%)를 포함한다.
상술한 조성을 가지는 보수재는 노체 표면에 산소와 함께 분사됨으로써, 용접되며, 노체 표면에 용접된 보수재를 시공체라고 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보수재 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보수재 제조 방법은 트리디마이트(tridymite) 상의 실리카(SiO2)를 준비하는 과정(S100), 실리콘(Si)을 준비하는 과정(S200), 알루미늄(Al)을 준비하는 과정(S300), 상기 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)와, 실릴콘(Si)와 알루미늄(Al)을 혼합하는 과정(S600)을 포함한다.
실리카(SiO2)는 보수재의 주성분으로서, 트리디마이트(tridymite)상 결정질을 가지는 실리카(SiO2)를 사용한다. 이는 시공체가 빠른 시간에 형성되기 때문에, 일반적인 쿼츠(Quartz)상의 실리카를 사용하게 되면, 노체의 결정상인 트리디마이트 상과 같은 결정 구조로 전이가 어렵고, 결정 구조차이 때문에 노체와 시공체 간의 접착 강도가 낮아 쉽게 박리 또는 탈락되기 때문이다. 이러한 실리카(SiO2)는 보수재 전체를 100 중량%라 할 때, 실리카(SiO2)는 70 중량% 내지 85 중량%, 보다 바람직하게는 75 중량% 내지 80 중량%로 함유된다. 실리카(SiO2)의 함량을 70 중량% 내지 85 중량%으로 한정하는 것은 연료로서 첨가되는 금속 연료의 함량을 15 중량% 내지 30 중량% 또는 20 중량% 내지 25 중량% 위로 확보하여, 시공체의 강도를 높이고, 내폴링성을 향상시키기 위함이다.
또한, 노체와의 부착 강도와 내스폴링성의 향상을 위해서는 실리카가 적절한 입도를 가지는 것도 중요하다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 실리카의 입도가 0mm 초과, 3.0 mm 이하의 입도 범위에서 다양한 입도 범위로 함유되며, 이때 각 입도 범위의 함량이 다르도록 조절한다.
본 발명의 실시예에서는 보수재 조성물에 함유된 전체 트리디마이트 상의 실리카(SiO2) 중, 입도 별로 함유량을 조절한다. 즉, 트리디마이트 상의 실리카(SiO2) 전체에 대해, 3.0mm 이하의 입도를 가지는 트리디마이트상 실리카 입자 20 중량% 이상, 25 중량% 이하(즉, 20 중량% 내지 25 중량%), 0.7mm 이상, 1.0mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 상 실리카 입자 10 중량% 이상 15중량% 이하(즉, 10 중량% 내지 15중량%), 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자 45 중량% 이상, 50 중량% 이하(즉, 45 중량% 내지 50 중량%) 및 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자 15 중량% 내지 20 중량%(즉, 15 중량% 내지 20 중량%)가 함유되도록 한다.
상기와 같은 입도 구성을 갖는 트리디마이트상 실리카 입자들을 각각의 함량 범위로 포함할 때, 세라믹 용접재 조성물은 적절한 착화 온도와 함께 우수한 결합강도 및 스폴링 저항성을 나타낸다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 금속 연료로서, 실리콘(Si)와 알루미늄(Al)을 사용하며, 실리콘이 보수재 조성물 100 중량%에 대해, 14 중량% 내지 28 중량%로 함유된다. 또한, 제 1 실시예의 변형예로서, 트리디마이트상 실리카가 75 중량% 내지 80 중량% 포함될 때, 실리콘이 19 중량% 내지 23 중량%로 함유된다. 이는 보수 작업 시에 노체 표면에 시공체가 분리 분리 또는 탈락되지 않도록 충분한 강도를 가지도록 하기 위함이다. 예를 들어 실리콘이 함유량이 14 중량% 미만인 경우, 보수재를 노체 표면에 분사하여 용접을 실시하였을 때, 보수재와 노체 표면 간의 용접성이 좋지 않고, 시공체가 노체로부터 쉽게 분리 및 탈락되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 실리콘이 함량이 28 중량%를 초과하는 경우, 상대적으로 알루미늄의 함유량이 적어, 이하에서 설명되는 알루미늄에 의한 효과를 발현시킬 수 없다.
알루미늄은 보수재 조성물 100 중량%에 대해, 1 중량% 내지 2 중량% 함유된다. 이는 보수재를 산소와 함께 노체의 손상 부위에 분사할 때, 실리콘이 산화될 수 있도록 발화 온도를 확보하기 위함이다. 예를 들, 실리카의 함유량이 85 중량%를 초과하거나, 실리콘이 28 중량%를 초과하여, 알루미늄이 1 중량% 미만인 경우, 노체 표면이 실리콘이 산화되기 위한 온도까지 충분히 상승되지 못하기 때문에, 용접 불량이 발생될 수 있다. 또한 알루미늄이 2 중량%를 초과하는 경우, 실리카의 함유량이 70 중량% 미만이되거나, 실리콘의 함유량이 14 중량% 미만이되어, 상기 실리카 및 실리콘에 의한 효과를 발현시킬 수 없다.
이하에서는 보수 작업 시에 보수재에 함유된 금속 연료(즉, 금속 연료)의 반응 및 작용에 대해 설명한다.
열간 세라믹 용접법은 금속 분말을 연료로 사용하며, 하기 반응식 1, 반응식 2에서와 같은 금속과 산소와의 결합에 의한 발열반응에 의해 이루어진다.
[반응식 1]
Si(s) + O2(g) → SiO2 (s), 210 Kcal/mole at 1400℃
[반응식 2]
2Al(s) + 3/2O2 (g) → Al2O3(s), 200 Kcal/mole at 660℃
실리콘 및 알루미늄을 포함하는 보수재 분말을 산소와 함께 손상된 노체 표면에 분사하면, 초기 알루미늄과 산소 간의 산화 발열 반응에 의하여 발생하는 열은 노체 표면의 온도를 상승시키며, 이때 상대적으로 높은 용융점을 갖는 실리콘을 연속적으로 산화된다. 그 결과 노체 표면의 온도는 순간적으로 1500 내지 2000 ℃내외의 고온으로 상승하게 된다. 또한, 알루미늄과 산소 간의 반응에 의해 생성된 산화물 Al2O3의 용융점은 2040 ℃, 실리콘과 산소 간의 반응에 의해 생성된 산화물 SiO2의 용융점은 750 ℃이기 때문에, 노체가 1500℃ 내지 2000 ℃ 내외의 고온으로 상승하면, Al2O3 및 SiO2가 용융되어 Al2O3-SiO2 이성분계의 반응 생성물을 형성하며, 형성된 반응 생성물은 노체 표면의 손상부위와 결합함으로써 세라믹 용접이 완성되게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 보수재는 보수하고자하는 노체의 벽체를 구성하는 내화물과 광물상 또는 결정상이 동일한 트리디마이트 상의 실리카를 포함하는 보수재를 통해 용접하므로, 내스폴링성 저항상을 가지는 시공체가 노체 상에 용접 즉, 시공된다. 이에, 보수재가 용접되어 노체 상에 시공된 시공체와 노체 간의 결합 강도가 종래에 비해 향상된다. 따라서, 노체의 열적 스폴링 등에 의해 내화물 연와로부터 시공체가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 세라믹 용접 공정에 있어서 금속 연료와 산소가 동시에 분사될 때, 분사 표면의 온도가 금속 연료의 산화점 온도 이상이기 때문에, 사용되는 금속의 종류에 따라 시공 가능한 온도가 결정된다. 알루미늄과 실리콘의 용융 온도는 각각 약 660 ℃와 1400 ℃ 이므로, 산화가 용이하게 일어나기 위해서는 시공 온도가 최소한 용융점 이상이어야 한다. 그러나, 실제적으로 알루미늄과 실리콘을 금속연료로 이용한 세라믹 용접법에서 시공이 가능한 최소한의 온도는 1000 ℃ 부근으로 알려져 있다. 이는 알루미늄과 실리콘 혼합분말이 자연 산화할 수 있는 온도이다. 이와 같이 알루미늄의 용융점이 660 ℃임에도 불구하고 산화 가능한 온도가 1000 ℃ 정도인 것은, 금속연료를 산화시키기 위하여 과잉으로 공급되는 산소에 의해 온도가 저하되기 때문에 알루미늄의 용융점보다 훨씬 높은 온도에서 산화 발열 반응이 진행하기 때문이다. 따라서 보수하고자 하는 노체 표면의 온도가 1000 ℃ 이하로 낮아지게 되는 경우, 저온의 조건에서도 쉽게 산화할 수 있는 금속의 선택이 필수적이다.
이에, 1000 ℃ 이하의 저온에서 세라믹 용접이 용이하게 하기 위해서는 1000 ℃ 이하에서 산화될 수 있는 금속이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 000 ℃ 이하의 저온에서 세라믹 용접을 용이하게 실시되는 보수재(제 2 실시예)를 제안한다.
금속 연료의 자전 발화 온도를 보면(CORNING사의 Hotplate(PC-600)을 이용하여 측정), 적린의 발화 온도는 250℃ 내지 300℃, Mg-Al 합금의 발화 온도는 600℃ 내지 650℃, Al의 발화온도는 700℃ 750℃, Si의 발화 온도는 1400℃, Al과 Si이 1 : 1로 포함되는 경우 발화 온도는 1000℃~1100℃, Mg-Al 합금, Al 및 Si이 포함되는 경우 발화 오도는 750℃~800℃, 적린, Al 및 Si이 포함되는 경우 발화 온도는 400℃~450℃이다. 이로부터, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 금속 연료에 적린을 더 첨가하는 경우 발화 온도는 400℃ 내지 450 ℃, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 금속 연료에 Mg-Al 합금을 더 첨가하는 경우 발화 온도는 750℃ 내지 800 ℃ 임을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에서는 제 2 실시예에 따른 보수재에는 제 1 실시예에 따른 보수재이 조성 즉, 트리디마이트 상의 실리카, 실리콘 및 알루미늄에 추가로 적린 및 Mg-Al 합금을 더 첨가한 보수재를 제조한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보수재 제조 방법은 트리디마이트(tridymite) 상의 실리카(SiO2)를 준비하는 과정(S100), 실리콘(Si)을 준비하는 과정(S200), 알루미늄(Al)을 준비하는 과정(S300), 적린을 준비하는 과정(S400) 및 Mg-Al 합금을 준비하는 과정(S500), 상기 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)와, 실릴콘(Si)와 알루미늄(Al)과, 적린과 Mg-Al 합금을 혼합하는 과정(S600)을 포함한다.
여기서, 제 2 실시예에 따른 보수재에서는 보수재 전체를 100 중량%라 할 때, 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)는 66.97 중량% 이상, 82.98 중량% 이하(즉, 66.97 중량% 내지 82.98 중량%), 금속 연료가 15 중량% 이상, 30 중량% 이하(즉, 15 중량% 내지 30 중량%), 적린이 0.02 중량% 이상, 0.03 중량% 이하(즉, 0.02 중량% 내지 0.03 중량%), Mg-Al 합금이 2 중량% 이상, 3 중량% 이하(2 중량% 내지 3 중량% 이하)를 포함한다. 금속 연료는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)로서, 실리콘(Si)이 14 중량% 이상, 28 중량% 이하(즉, 14 중량% 내지 28 중량%), 알루미늄(Al)이 1 중량% 이상, 2 중량% 이하(즉, 1 중량% 내지 2 중량%)를 포함한다. 보다 바람직하게, 제 1 실시예의 따른 변형예에 따른 노체 보수재는 71.97 중량% 이상, 77.98 중량% 이하(즉, 71.97 중량% 내지 77.98 중량%)의 트리디마이트 상의 실리카(SiO2)와, 20 중량% 이상, 25 중량% 이하(즉, 20 중량% 내지 25 중량%)의 금속 연료를 포함하며, 금속 연료 중, 실리콘(Si)이 19 중량% 이상, 23 중량% 이하(즉, 19 중량% 내지 23 중량%), 알루미늄(Al)이 1 중량% 이상, 2 중량% 이하(즉, 1 중량% 내지 2 중량%)를 포함한다.
이러한 제 2 실시예에 따른 보수재에 의하면, 발화 온도를 1000℃ 이하로 낮출 수 있어, 1000 ℃ 이하의 저온에서도 세라믹 용접을 용이하게 실시할 수 있어, 시공체와 노체 간의 결합 강도를 향상시킬 수 있고, 이에 시공체가 내화물 연와로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
표 1은 제 1 실험예 내지 제 3 실험예에 따른 보수재의 조성 및 그에 다른 특성을 나타낸 표이다. 여기서 제 1 실험예는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보수재의 조성물로서, 트리디마이트 상의 실리카, 실리콘 및 알루미늄을 포함한다. 제 2 실험예는 쿼츠 상의 실리카, 실리콘 및 알루미늄을 포함하고, 제 3 실시예는 쿼츠 상의 실리카, 실리카, 실리콘 및 알루미늄 외에 추가 첨가제로서 규회석(CaSiO3)를 포함한다.
압축강도는 실험예들에 따른 세라믹 보수재 조성물을 산소와 함께 1000℃ 온도의 노체 표면에 분사하여 시공체를 제조하고, 제조된 시공체를 50 mm×50 mm×50 mm의 정육면체로 절단하여 압축강도 측정용 시편을 준비하였다. 시편에 대해 KSL3115 규정의 내화벽돌의 압축강도 측정방법에 따라 압축강도를 측정하였다.
부착강도는 상기 압축강도 평가시와 동일한 방법으로 실시하여 시공을 하고, 시공체와 연와 접합부위를 50 mm×50 mm×100 mm로 절단하여 시편을 준비하고, KSL3110 규정의 내화벽돌의 꺽임강도 시험방법에 따라 부착강도를 측정하였다.
스폴링 저항성은 상기 압축강도 평가시와 동일한 방법으로 시편을 준비하여 KSL3114 규정의 열충격법에 의한 도자기류의 균열저항성 측정방법에 따라 전기로에서 1000 ℃× 1hr 가열 후, 수냉하여 시편의 균열이 발생하는 반복횟수를 측정하였다.
착화온도는 시공하고자 하는 노체 표면 온도를 MIKRON사의 적외선 온도측정기를 이용하여 측정하여, 시공이 가능한 온도를 관찰하였다.
시공체 광물상 또는 결정상은 시공체가 냉각되면 벽체에 부착된 시공체를 채취 74um 이하로 분쇄하여 X-ray 분석법으로 광물상 또는 결정상을 분석하였다.
제 1 실험예 제 2 실험예 제 3 실험예



보수재 조성
(중량%)
 실리카
(트리디마이트상)		 78 - -
실리카
(쿼츠 상)		 - 78 76
실리콘(Si) 20 20 20
알루미늄(Al) 2 2 2
규회석(CaSiO3) - - 2
착화온도(℃) 1000 1000 1000

시공체의 특성

 부착강도(Kg/cm2) 35 15 15
압축강도(Kg/cm2) 400 300 300
스폴링 저항수
(횟수)		 5 2 2
시공체의 결정상 트리디마이트결정상 쿼츠 결정상,
크리스토발라이트 결정상		 트리디마이트 결정상,
쿼츠 결정상
표 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조성물의 보수재를 이용한 용접 시에 시공체(부착물)의 결정상은 트리디마이트(Tridymite) 결정상으로 이루어졌으며, 내 스폴링성이 우수하였다. 또한, 압축강도와 부착강도도 우수함을 확인할 수 있었다.
반면, 트리디마이트 결정상의 실리카가 아닌, 쿼츠 결정상의 실리카를 포함하는 제 2 실험예의 경우, 용접 후 시공체(부착물)의 결정상은 쿼츠(quartz) 결정상과 크리스토발라이트(cristobalite ) 결정상이 공존하며, 트리디마이트 결정상을 가지고 있지 않아, 부착 강도가 약하고, 내스폴링성도 낮다.
또한, 제 3 실험예는 쿼츠 결정상의 실리카를 주원료로하고, 용접 시 트리디마이트 결정상으로 전이되도록 규회석을 2중량% 첨가하였으나, 트리디마이트 결정상과 함께 쿼츠(quartz) 결정상과 크리스토발라이트(cristobalite ) 결정상이 공존함에 따라 제 1 실험예에 비해 부착 강도 및 압축 강도가 떨어진다.
표 2는 제 4 실험예 내지 제 9 실험예에 따른 보수재의 조성 및 그에 다른 특성을 나타낸 표이다. 여기서 제 4 실험예 내지 제 9 실험예들은 트리디마이트 결정상의 실리카, 실리콘 및 알루미늄을 포함하는 보수재이다.
제 4 실험예 제 5 실험예
 제 6 실험예 제 7 실험예 제 8 실험예 제 9 실험예




보수재 조성
(중량%)
 실리카
(트리디마이트 결정상)		 78 85
 69 88 80 76
실리카
(쿼츠 결정상)		 - -
 - - - -
실리콘
(Si)		 20 14
 29 10 20 20
알루미늄(Al) 2 1
 2 2 - 4
규회석
(CaSiO3)		 - - - - - -
착화온도(℃) 1000 1100
 1000 1000 1400 1000





시공체의 특성		 부착강도(kg/cm2) 35 30
 35 20 10 20
압축 강도(kg/cm2) 400 350
 400 200 200 400
스폴링 저항성(횟수) 5 5
 4 2 2 2
시공체 결정상
 트리디마이트 결정상 트리디마이트 결정상
 트리디마이트 결정상 트리디마이트 결정상 트리디마이트 결정상 트리디마이트 결정상
표 2를 참조하면, 트리디마이트 결정상의 실리카의 함유량이 70 중량% 내지 85 중량%, Si이 14 중량% 내지 28 중량%, 알루미늄이 1 중량% 내지 2 중량%를 만족하는 제 4 및 제 5 실험예는 시공체(부착물)의 결정상이 트리디마이트(Tridymite) 결정상으로 이루어졌으며, 내스폴링성이 우수하였다. 또한 압축강도와 부착강도도 우수함을 확인할 수 있었다.
그리고, 제 6 내지 제 9 비교예는 트리디마이트 결정상의 실리카의 함유량 70 중량% 내지 85 중량%, Si의 함유량 14 중량% 내지 28 중량%, 알루미늄의 함유량 1 중량% 내지 2 중량% 중 적어도 어느 하나를 만족하지 않는 것으로, 모두 트리디마이트(Tridymite) 결정상으로 이루어지나, 그 특성이 좋지 않다. 즉, 제 6 실험예는 실리콘의 함량이 28 중량%를 초과하고, 트리디마이트 결정상의 실리카가 70 중량% 미만으로서, 제 4 및 제 5 실험예에 비해 스폴링 저항성이 낮다. 그리고 제 7 실험예는 트리디마이트 결정상의 실리카 함량이 85 중량%를 초과하고, 실리콘 분말의 함량이 10 중량% 미만으로, 제 4 및 제 5 실험예에 비해 부착 강도, 압축 강도 및 스폴링 저항성이 낮다.
제 8 실험예는 Al을 포함하지 않는 보수재로서, 착화 온도가 1000℃를 초과하도록 너무 높고, 부착 강도, 압축 강도 및 스폴링 저항성이 제 4 및 제 5 실험예에 비해 낮다. 또한 제 9 실험예는 Al의 함유량이 2 중량%를 초과하는 것으로, 부착 강도 및 스폴링 저항성이 제 4 및 제 5 실험예에 비해 낮다.
표 3은 실리카 입도 별 함량에 따른 보수재를 이용한 용접 시에 특성을 나타낸 표이다. 제 10 실험예는 보수재의 트리디마이트 결정상의 실리카(SiO2)에 있어서, 그 입도 별 함량이 본 발명에 따른 함량을 만족하는 보수재이다. 즉, 제 10 실험예는 3.0mm 이하의 입도를 가지는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 20 중량% 내지 25 중량%, 0.7mm 이상, 1.0mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 10 중량% 내지 15중량%, 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 45 중량% 내지 50 중량%, 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 15 중량% 내지 20 중량%가 함유되어 있다.
반면, 제 11 실험예는 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 50 중량%를 초과하고, 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 15 중량% 미만이다. 또한, 제 12 실험예는 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트상 실리카 입자가 45 중량% 미만, 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 20 중량%를 초과한다.
구분 입도 크기(mm) 제 10 실험예 제 11 실험예 제 12 실험예



트리디마이트 결정상 실리카 입도 별
함량(중량%)		 1.0 이상, 3.0 이하 20 20 20
0.7 이상, 1.0 미만 10 10 10
0.18 이상, 0.7 미만 48 60 30
0.18 미만 22 10 40
압축 강도(kg/cm2) 400 200 300
부착 강도(kg/cm2) 35 10 30
표 3을 참조하면, 제 10 실험예에 따른 보수재를 이용하여 용접 또는 시공한 시공체의 압축 강도가 제 11 및 제 12 실험예에 비해 크다. 그런데, 1mm 이상의 입도가 많으면 시공시 흐름성이 좋지 않은 문제가 있으며, 제 11 실험예와 같이, 0.18mm 미만의 입도를 가지는 미분부 함량이 15 중량% 미만으로 적으면 강도 발현이 약하고, 제 12 실험예와 같이 0.18mm 미만의 입도를 가지는 미분부 함량이 20 중량%를 초과하도록 많으면 스폴링 저항성이 약해지는 단점이 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 따른 보수재는 보수하고자하는 노체의 벽체를 구성하는 내화물과 결정상이 동일한 트리디마이트 결정상의 실리카를 포함하는 보수재를 통해 용접하므로, 내스폴링성 저항성을 가지는 시공체가 노체 상에 용접 즉, 시공된다. 이에, 보수재가 용접되어 노체 상에 시공된 시공체와 노체 간의 결합 강도가 종래에 비해 향상된다. 따라서, 노체의 열적 스폴링 등에 의해 내화물 연와로부터 시공체가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 보수재는 적린 및 Mg-Al 합금을 더 포함하도록 구성되어, 발화 온도를 1000℃ 이하로 낮출 수 있고, 따라서 1000 ℃ 이하의 저온에서도 세라믹 용접을 용이하게 실시할 수 있다. 이에 시공체와 노체 간의 결합 강도를 향상시킬 수 있고, 이에 시공체가 내화물 연와로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
S100: 트리디마이트 결정상의 실리카 준비
S200: 실리콘 준비
S300: 알루미늄 준비
S400: 적린 준비
S500: Mg-Al 합금 준비
S600: 혼합

Claims (10)

  1. 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2) 및 보수 시에 분사되는 산소에 의해 산화되어 발화하는 금속 연료를 함유하고,
    트리디마이트 결정상 실리카 전체에 대해, 1.0mm 이상, 3.0mm 이하의 입도를 가지는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 20 중량% 내지 25 중량%, 0.7mm 이상, 1.0mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 10 중량% 내지 15 중량%, 0.18 mm 이상, 0.7mm 미만의 입도를 갖는 트리디마이트 결정상 실리카 입자가 45 중량% 내지 50 중량% 및 0.18 mm 미만의 입도를 갖는 노체 보수재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 70 중량% 내지 85 중량% 함유되고, 상기 금속 연료가 15 중량% 내지 30 % 중량 함유된 노체 보수재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 75 중량% 내지 80 중량% 함유되고, 상기 금속 연료가 20 중량% 내지 25 중량% 함유된 노체 보수재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2) 및 금속 연료에 적린 및 Mg-Al 합금이 더 첨가된 노체 보수재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 66.97 중량% 내지 82.98 중량%, 상기 금속 연료가 15 중량% 내지 30 % 중량 %, 상기 적린이 0.02 중량% 내지 0.03 중량%, 상기 Mg-Al 합금이 2 중량% 내지 3 중량% 함유된 노체 보수재.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보수재 전체에 대해 상기 트리디마이트(tridymite) 결정상의 실리카(SiO2)가 71.97 중량% 내지 77.98 중량%, 상기 금속 연료가 20 중량% 내지 25 % 중량 %, 상기 적린이 0.02 중량% 내지 0.03 중량%, 상기 Mg-Al 합금이 2 중량% 내지 3 중량% 함유된 노체 보수재.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 금속 연료는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하고,
    상기 보수재 전체에 대해, 상기 실리콘(Si)이 14 중량% 내지 28 중량%, 상기 알루미늄(Al)이 1 중량% 내지 2 중량% 함유된 노체 보수재.
  10. 청구항 3 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 연료는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하고,
    상기 보수재 전체에 대해, 상기 실리콘(Si)이 19 중량% 내지 23 중량%, 상기 알루미늄(Al)이 1 중량% 내지 2 중량% 함유된 노체 보수재.

KR1020140156166A 2014-11-11 2014-11-11 노체 보수재 KR101633472B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140156166A KR101633472B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 노체 보수재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140156166A KR101633472B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 노체 보수재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160056141A KR20160056141A (ko) 2016-05-19
KR101633472B1 true KR101633472B1 (ko) 2016-06-24

Family

ID=56103297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140156166A KR101633472B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 노체 보수재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101633472B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009120406A (ja) * 2007-11-12 2009-06-04 Jfe Refractories Corp 溶射材料

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100373703B1 (ko) 1998-12-29 2003-05-09 주식회사 포스코 실리카계 내화조성물 및 그 제조방법
KR101788275B1 (ko) * 2011-08-04 2017-10-19 주식회사 인텍 세라믹 용접재 조성물

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009120406A (ja) * 2007-11-12 2009-06-04 Jfe Refractories Corp 溶射材料

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160056141A (ko) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080099216A (ko) 제철／제강용 설비의 내화성 보수재 원료, 그 제조방법 및 그를 포함하는 보수재
JP5493711B2 (ja) 溶射補修材料
KR101633472B1 (ko) 노체 보수재
KR102228508B1 (ko) 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물
KR20160114578A (ko) 규산질 조성물 및 그것의 제조 방법
KR101788275B1 (ko) 세라믹 용접재 조성물
JPS6215508B2 (ko)
EP1328490B1 (en) Refractory article
JP4109663B2 (ja) 工業窯炉補修用溶射材
KR20190001767A (ko) 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재
JP3103523B2 (ja) 溶射材料
JP4464804B2 (ja) 工業窯炉補修用溶射材
JP6372533B2 (ja) コークス炉炉底補修材
JP4493404B2 (ja) 溶射材料
KR100373703B1 (ko) 실리카계 내화조성물 및 그 제조방법
US1204211A (en) Silicon-carbid refractory article.
CN105016747B (zh) 一种抗热震耐火锆刚玉砖
JP3827119B2 (ja) 火炎溶射補修用粉状混合物
JPH06199576A (ja) 溶射材
CN104496492B (zh) 一种复合镁碳耐火坩埚及其制备方法
KR20010013054A (ko) 화염 용사 보수용 분상 혼합물
JP2009107865A (ja) 溶射材料
JP6805673B2 (ja) 耐火物の溶射補修方法
JP6375274B2 (ja) 粉体混合物及び炉壁用不定形耐火物の製造方法
JPH11199333A (ja) 溶射補修材料

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant