KR101765867B1 - 용사재 - Google Patents
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Abstract
테르밋 용사에 사용하는 용사재의 발화성 및 발진성을 억제하면서 접착성을 향상시키기 위해 내화재료 분말 및 금속 Si 분말을 포함하고, 산소 또는 산소를 함유하는 가스를 반송 가스로서 피시공면에 분무하고, 상기 금속 Si 분말의 연소 발열로 피시공면에 용융 부착시키는 용사재에 있어서, 용사재 전체 중 금속 Si 분말의 함유량을 10질량% 이상 25질량% 이하, 상기 금속 Si 분말의 메디안 지름을 10μm 이하, 상기 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량을 8질량% 이하로 하였다.
Description
본 발명은 공업용 요로의 노벽 보수 등에 사용하는 용사재에 관한 것이다.
공업용 요로의 노벽을 보수하는 기술 중 하나로서 내화 원료 분말 및 금속 분말을 주요 재료로서 포함하는 용사재를 산소 또는 산소를 함유하는 가스를 반송 가스로서 피시공면(피보수면)에 분무하고, 금속 분말의 연소 발열을 이용하여 내화 원료를 용융 부착시키는 테르밋 용사법이 알려져 있다.
이와 같이 테르밋 용사에 사용하는 용사재는 금속 분말을 포함하기 때문에 필연적으로 발화가 발생하기 쉽다는 문제가 있고, 특허문헌 1에서는 용사 장치의 구성면으로부터의 발화 방지 기술이 제안되어 있다. 단, 용사재가 발화성을 가지는 이상, 용사 장치의 구성면으로부터의 발화 방지 대책만으로는 충분하다고 할 수 없고 용사재 자체의 발화성을 억제하는 기술이 요구된다.
용사재의 발화성을 억제하려면 Al-Mg 합금 분말이나 Ca-Si 합금 분말 등의 다른 금속 분말에 비해 발화성이 낮은 금속 Si 분말을 주요 재료로서 사용하는 것이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 2, 3).
또한, 용사재에는 상술한 발화 방지 외에 작업성 향상을 위해 금속 분말에 의한 발진(發塵)을 억제하는 것이나 피보수면에 대해 안정된 시공을 행하기 위해 접착성(용융 부착성)을 향상시키는 것이 요구된다. 금속 분말에 의한 발진을 억제하는 점에 대해서는 본 발명자들이 금속 Si 분말 전체 중에 2μm 이하의 금속 Si 분말을 10질량% 이상 포함하는 상기 특허문헌 3의 용사재를 시험한 바, 용사 시공시에 금속 Si 분말에 의한 발진이 현저하게 발생하여 작업자의 시야가 나빠져서 용사 시공이 매우 어려운 것을 알 수 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 테르밋 용사에 사용하는 용사재의 발화성 및 발진성을 억제하면서 접착성을 향상시키는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 면밀히 연구한 결과, 우선 발화 방지의 점에서는 금속 Si 분말의 메디안 지름을 작게 하는 것이 유효하다는 지견을 얻을 수 있었다. 또한, 금속 Si 분말에 의한 발진을 억제하는 점에서는 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량을 저감하는 것이 유효하다는 지견을 얻을 수 있었다. 나아가 접착성 향상의 점에서는 금속 Si 분말의 함유량이 적으면 용사재로서의 필요한 접착성을 얻을 수 없기 때문에 접착성 향상에 필요한 금속 Si 분말의 함유량의 지견을 얻을 수 있었다.
본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것으로 본 발명의 용사재는 내화재료 분말 및 금속 Si 분말을 포함하고, 산소 또는 산소를 함유하는 가스를 반송 가스로서 피시공면에 분무하고, 금속 Si 분말의 연소 발열로 피시공면에 용융 부착시키는 용사재로서, 용사재 전체 중 금속 Si 분말의 함유량은 10질량% 이상 25질량% 이하이고, 상기 금속 Si 분말의 메디안 지름은 10μm 이하이며, 상기 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량은 8질량% 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 Si 분말의 메디안 지름은 8μm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 테르밋 용사에 사용하는 용사재의 발화성 및 발진성을 억제하면서 접착성을 향상시킬 수 있다. 즉, 용사재 중 금속 Si 분말의 메디안 지름을 15μm 이하로 함으로써 발화성이 억제되고, 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량을 8질량% 이하로 함으로써 발진성이 억제된다. 나아가 금속 Si 분말의 함유량을 10질량% 이상으로 함으로써 접착성을 얻을 수 있다. 또, 금속 Si 분말의 함유량이 25질량%를 넘으면 메디안 지름을 작게 하였다고 해도 발화가 발생하기 쉬워진다. 이 때문에 접착성 및 발화성의 관점에서 금속 Si 분말의 함유량은 10질량% 이상 25질량% 이하인 것이 필요하다.
도 1은 본 발명자들이 행한 실험에 의한 금속 Si 분말의 메디안 지름과 폭발 한계 농도의 관계를 나타낸다.
우선, 본 발명은 용사재의 발화성을 억제하는 점에서 용사재 중에 포함되는 금속 Si 분말의 메디안 지름을 15μm 이하, 보다 한정적으로 10μm 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명자들이 행한 실험에 의한 금속 Si 분말의 메디안 지름과 폭발 한계 농도의 관계를 나타낸다. 폭발 한계 농도는 JIS Z8818에 기초하여 산소 분위기 하에서 측정하였다. 메디안 지름은 초음파 호모지나이저로 시료(금속 Si 분말)를 분산시키고 레이저 회절 산란식 입도 분포계로 측정하였다. 이 측정으로 얻어진 입도의 누적 분포(부피 분포)의 중앙 누적값(d50)에 해당하는 것이 메디안 지름이다.
도 1에 도시된 바와 같이 금속 Si 분말의 메디안 지름이 15μm 이하가 되면 폭발 한계 농도가 급격히 높아지고 발화하기 어려워지는 것을 알 수 있었다. 종래의 기술 상식에 의하면 금속 Si 분말의 메디안 지름을 작게 하면 오히려 발화하기 쉬워진다고 예측되는 바이지만, 본 발명자들의 실험에서는 그 예측에 반하는 지견이 얻어진 것이다. 이는 금속 Si 분말의 메디안 지름이 15μm 이하가 되면 미세한 금속 Si 분말이 응집되어 의사(擬似) 입자를 형성함으로써 외관상 입경이 커져 금속 Si 분말의 활성이 저하되는 것에 의한 것으로 추정된다.
실제의 용사 시공에서도 금속 Si 분말이 반송 가스로 반송되고 있는 도중에는 메디안 지름이 15μm 이하인 금속 Si 분말이 응집되어 의사 입자를 형성하여 활성이 저하됨으로써 발화성이 억제된다고 생각된다. 한편, 용사 시공에서 금속 Si 분말의 활성 저하는 피시공면에의 접착성(용융 부착성)에는 음의 영향을 초래한다. 그러나, 본 발명에서 금속 Si 분말은 원래는 메디안 지름이 15μm 이하인 미세한 입자이므로, 반송 가스에 의한 반송 중에 거칠고 큰 의사 입자를 형성하고 있어도 피시공면에의 분무(충돌)에 의한 충격에 의해 개개의 미세한 금속 Si 분말로 분리하고 그 활성이 유감없이 발휘된다. 이와 같이 본 발명은 금속 Si 분말의 메디안 지름을 15μm 이하로 함으로써 용사재의 발화성을 억제할 수 있고 피시공면에의 접착성(용융 부착성)도 향상시킬 수 있다는 일석이조의 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 용사재의 발진성을 억제하는 점에서 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량을 8질량% 이하로 하는 것을 특징으로 한다. 이는 용사재의 발진성을 억제하기 위해서는 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량을 저감하는 것이 유효하다는 본 발명자들의 새로운 지견에 기초한다. 즉, 금속 Si 분말의 메디안 지름을 작게 하였다고 해도 입도 2μm 이하의 함유량을 8질량% 이하로 함으로써 발진성을 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서 용사재 전체 중 금속 Si 분말의 함유량은 10질량% 이상 25질량% 이하로 한다. 금속 Si 분말의 함유량이 10질량% 미만에서는 용사재로서의 필요한 접착성(용융 부착성)을 얻지 못하고, 25질량%를 넘으면 메디안 지름을 작게 하였다고 해도 발화가 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 용사재에 있어서 금속 Si 분말 이외의 잔부는 주로 비금속의 내화재료 분말로 이루어진다. 비금속의 내화재료 분말의 재질은 종래의 용사재에 사용되고 있는 내화재료 분말과 동일한 재질로 할 수 있고, 예를 들어 실리카질 분말, 마그네시아질 분말, 알루미나질 분말, 알루미나-실리카질 분말, 마그네시아-실리카질 분말, 알루미나-마그네시아질 분말, 알루미나-스피넬질 분말, 카르시아질 분말, 카르시아-실리카질 분말 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 이들 내화재료 분말의 입도 구성도 종래의 용사재에 따라 적절히 조정한다.
본 발명에서는 금속분말의 주요 재료로서 금속 Si 분말을 이용하지만, 금속 Si 분말 이외의 잔부에는 비금속의 내화재료 분말 외에 발열성을 향상시키기 위한 연소 조제로서 Al 분말, Al-Mg 합금 분말, Mg 분말, Fe-Si 합금 분말, Ca-Si 합금 분말 등의 금속 Si 분말 이외의 금속 분말을 소량(최대 용사재 전체 중에 1질량%) 첨가해도 된다. 나아가 착화 조제로서 레진, 피치 등의 산소 분위기 하에서 연소하는 유기계 분말을 용사재의 물성에 영향을 미치지 않는 범위(예를 들어 용사재 전체 중에 2질량% 미만)에서 첨가해도 된다.
실시예
표 1에 본 발명의 용사재의 실시예를 비교예와 함께 나타낸다. 본 실시예에서는 비금속의 내화재료 분말로서 실리카질 분말을 이용하였다. 실리카질 분말로서는 천연 석영 분말, 용융 실리카 분말, 규사, 규석 분말 혹은 이들 성분을 주체로 한 내화물 분말 등을 들 수 있다.
각 예의 용사재를 피시공면인 벽돌 표면에 용사 시공하고, 그 용사 시공시의 발화 유무, 발진성 및 용사 후의 벽돌과의 접착성(용융 부착성)을 평가하였다.
용사 시공에는 일반적인 용사 장치를 이용하고, 탱크의 바닥부에 장착한 테이프 피더로 용사재를 잘라내어 산소로 반송하여 노즐 선단에서 벽돌 표면으로 향하여 분무하였다. 용사재(분체)의 공급 속도는 60kg/h, 벽돌 표면과 노즐 선단과의 거리는 80mm로 하고, 1회당 3kg의 용사재를 벽돌 표면에 분무하였다.
용사 시공시의 발화 유무의 평가는 상술한 용사 시공을 반복하여 100회 행하여 발화의 발생이 0회인 경우는 ◎, 1회인 경우는 ○, 2회인 경우는 △, 3회 이상인 경우는 ×로 하였다.
발진성 평가는 용사 시공시에 발진이 거의 없고 시야가 양호한 경우는 ◎, 발진이 약간 있지만 시야가 양호한 경우는 ○, 발진이 있고 시야는 약간 나쁘지만 시공에 문제없는 경우는 △, 발진이 있고 시야가 나빠 시공이 불가능한 경우는 ×로 하였다.
벽돌과의 접착성 평가는 시공체를 타격에 의해 분리하였을 때에 벽돌과 함께 붕괴되는 경우는 ◎, 외관상 접착 불량은 보이지 않고 시공체를 타격에 의해 분리하고자 하였을 때에 접착 계면으로부터 벗겨져 떨어지는 경우는 ○, 외관상 부분적으로 벗어난 개소가 보이는 경우는 △, 외관상 접착 불량이 현저한 경우는 ×로 하였다.
상기 모든 평가에서 ◎, ○, △, × 순으로 평가 결과가 나쁜 것을 나타낸다. 종합 평가는 상기 어떤 평가 중에서 가장 평가 결과가 나쁜 것에 맞추었다. 예를 들어 어떤 평가 중에서 ○이 가장 나쁜 결과이면 종합 평가는 ○, △이 가장 나쁜 결과이면 종합 평가는 △, ×이 가장 나쁜 결과이면 종합 평가는 ×로 하였다. 종합 평가에서 △ 이상의 평가를 합격으로 하고, ×의 평가는 불합격으로 하였다.
표 1의 각 실시예는 모두 본 발명의 범위 내에 있고, 종합 평가에서 △ 이상의 평가를 얻을 수 있었다.
이에 반해 비교예 1은 금속 Si 분말의 함유량이 너무 적기 때문에 벽돌과의 접착성이 떨어진다. 비교예 2는 금속 Si 분말의 함유량이 너무 많기 때문에 발화하기 쉽다. 비교예 3, 4는 금속 Si 분말의 메디안 지름이 너무 크기 때문에 발화하기 쉽다.
여기서, 금속 Si 분말의 메디안 지름이 15μm인 참고예 4, 5의 종합 평가가 △인 것에 반해 금속 Si 분말의 메디안 지름이 10μm인 실시예 6~8의 종합 평가가 ○, 8μm 이하인 실시예 1~3, 9의 종합 평가가 ◎인 것으로부터 금속 Si 분말의 메디안 지름은 10μm 이하인 것이 바람직하고, 8μm 이하인 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 참고예 5는 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 함유량이 8질량%인 예로서 발진성 평가가 △이다. 또, 실시예 7은 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 함유량이 참고예 5와 동일한 8질량%이지만 발진성 평가는 ○이다. 이는 실시예 7은 참고예 5에 비해 금속 Si 분말의 함유량이 많기 때문에 용사재의 접착성(용융 부착성)이 높아진 것에 의한다. 한편, 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 함유량이 10질량%인 비교예 2의 발진성 평가는 ×이다. 이상을 감안하면 용사재의 발진성을 억제하려면 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 함유량은 8질량% 이하로 할 필요가 있다고 할 수 있다.
Claims (2)
- 내화재료 분말 및 금속 Si 분말을 포함하고, 산소 또는 산소를 함유하는 가스를 반송 가스로서 피시공면에 분무하고, 상기 금속 Si 분말의 연소 발열로 피시공면에 용융 부착시키는 용사재로서,
용사재 전체 중 금속 Si 분말의 함유량은 10질량% 이상 25질량% 이하이고,
상기 금속 Si 분말의 메디안 지름은 10μm 이하이며,
상기 금속 Si 분말 전체 중 입도 2μm 이하의 금속 Si 분말의 함유량은 8질량% 이하인 용사재. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 Si 분말의 메디안 지름은 8μm 이하인 용사재.
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