KR101771677B1 - 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황토를 주재료로 하고 여기에 일라이트 및 음이온석을 혼합하되 폴리스티렌수지를 바인더로 활용하여 내열안정성, 내화성을 증대시키면서 원적외선 방사 특성과 음이온 생성을 향상시켜 인체 유익성을 강화하고, 특히 성형시 기공형성을 통해 축열성도 확보하여 난방효과를 증대시키도록 한 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 관한 것이다.

Description

음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌{Refractory bricks for fireplaces emitting negative ions and far infrared rays}

본 발명은 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황토를 주재료로 하고 여기에 일라이트 및 음이온석을 혼합하되 폴리스티렌수지를 바인더로 활용하여 내열안정성, 내화성을 증대시키면서 원적외선 방사 특성과 음이온 생성을 향상시켜 인체 유익성을 강화하고, 특히 성형시 기공형성을 통해 축열성도 확보하여 난방효과를 증대시키도록 한 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 관한 것이다.

일반적으로, 내화벽돌은 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0859588호(2008.09.16) 등에 개시된 바와 같이 소각처리 대상 폐기물을 태워 없애는 소각로 또는 소각 시설에 주로 사용되고 있고, 또한 대한민국 공개특허 공개번호 제2011-0077050호(2011.07.07)에 개시된 바와 같이 제강공정 설비인 전로에 용선을 장입하기 위한 용선예비처리 설비 등에고 사용되고 있다.

최근에는 친환경 및 웰빙 추세에 따라 주거시설의 벽돌로서 황토를 이용한 내화벽돌이 사용되고 있다.

상기 주거시설을 위한 내화벽돌은 주거시설의 외벽 용도로 사용되거나, 주가시설의 실내에 설치되는 벽난로 전용으로 사용되기도 한다.

이러한 주거시설 및 벽난로 용도로 사용되는 내화벽돌은 원료배합 단계와, 원료를 고르게 혼합하는 혼련 단계와, 원하는 형상으로 성형하는 단계와, 성형된 것을 고온 소성시키는 소성 단계를 통하여 제조되고 있고, 그 종류는 크게 점토질 내화벽돌과, 고순도 알루미나 내화벽돌과, 질석보드 등 총 3가지 종류가 사용되고 있으나, 다음과 같은 단점이 있다.

첫째, 상기 점토질 내화벽돌은 Al2O3 25~40%를 함유하는 실리카 알루미나(Silica Alumina)를 기반으로 내화점토와 가소샤모트를 함께 혼합한 원료를 단단하게 소성시켜 제조한 것으로서, 가장 광범위하게 널리 사용되는 제품이지만, 벽난로 내화용으로 사용시 너무 단단하여 형상 가공에 어려움이 있고, 축열 기능이 떨어져 적합치 않은 단점이 있다.

둘째, 상기 고순도 알루미나 내화벽돌은 알루미나를 주원료로 사용하여 입도조정, 고압성형, 고온소성 등의 순서로 제조된 제품으로서, 고화중 연화점을 가지는 동시에 내크리프성 및 내마모성이 우수하고, 열간 용적 안정성 또한 우수한 장점이 있으나, 가격이 너무 비싸 제조 비용이 크게 증가하는 단점이 있고, 또한 가공하는데 어려움이 있어 벽난로의 내화용도로 적합치 않은 단점이 있다.

셋째, 질석보드 제품은 운모 원석을 분쇄한 것에 실리카와 알루미나 등의 바인더를 혼련하여 소성 가공시킨 제품으로써, 현재 벽난로의 내화용으로 가장 많이 사용되고 있으며 가공이 용이하고 가벼운 장점이 있으며, 내화벽돌로서의 축열 기능이 부족한 치명적인 단점이 있고, 또한 강도가 너무 약해 짧은 기간(1년~2년)내에 제품이 마모되거나 균열로 인하여 파손되는 등의 단점이 있고, 그로 인하여 벽난로를 재시공해야 하는 문제점이 따른다.

이를 해결하기 위해, 등록특허 제10-1536600호(2015.07.08.), '벽난로 전용 내화벽돌 및 이의 제조 방법'이 개시된 바 있다.

개시된 바에 따르면, 황토를 기재로 하고, 여기에 규석과 알루미나를 첨가혼합하여 일정형상으로 성형한 후 성형품 표면에 백금 촉매를 도포한 후 소성가공함으로써 내화벽돌 터짐현상을 방지하여 성형성을 좋게 하면서 동시에 내화 및 축열성을 갖도록 한 것임을 알 수 있다.

그런데, 개시된 내화벽돌은 별도의 바인더를 포함하지 않고 황토 자체가 바인딩 기능을 수행하며 그 상태에서 소성가공되는 것이므로 규석과 알루미나 등의 균일 분산성이 떨어지고, 성형 후 장시간 사용시 미소크랙에 의한 부서짐이 발생되는 등은 개선의 필요성이 제기되었다.

또한, 황토를 통한 원적외선 방사특성을 나타나지만, 인체 유익성을 강화시키는 음이온 방출량이 약해 이에 대한 보완 필요성도 제기되었으며, 나아가 축열성을 강화시킬 수 있는 특정 성분이 포함되어 있지 않아 축열성 특성도 미약하다는 한계에 봉착해 있는 실정이다.

뿐만 아니라, 내화벽돌의 표면에 도포되는 백금 촉매는 비용이 고가이다 보니 대량의 내화벽돌 생산시 비용부담이 커 생산비용이 급증하므로 그 만큼 소비자 부담이 커지는 단점도 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1536600호(2015.07.08.), '벽난로 전용 내화벽돌 및 이의 제조 방법'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 황토를 주재료로 하고 여기에 일라이트 및 음이온석을 혼합하되 폴리스티렌수지를 바인더로 활용하여 내열안정성, 내화성을 증대시키면서 원적외선 방사 특성과 음이온 생성을 향상시켜 인체 유익성을 강화하고, 특히 성형시 기공형성을 통해 축열성도 확보하여 난방효과를 증대시키도록 한 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌을 제공함에 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌로서, 상기 내화벽돌은 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 황토분말 70중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 일라이트 분말 10중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 음이온석 분말 5중량% 및 나머지 메틸펜텐 폴리머 수지로 이루어진 기본성분의 조성물을 내화벽돌로 성형한 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 있어서; 상기 조성물에는 상기 황토분말 100중량부에 대해, 규회석 분말 5중량부, 포타슘실리케이트 3중량부, 펄라이트 분말 4중량부, 백토 분말 10중량부, 토르말린 분말 3중량부, 활석 분말 3중량부, 폴리아미드 섬유로 된 2-3cm 길이의 스테이플 파이버 4중량부, 지르코늄이 함유된 1.5-2cm 길이의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 4중량부, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소 5중량부, 소성된 산화이테르븀 분말 4중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌을 제공한다.
이때, 상기 조성물에는 상기 황토분말 100중량부에 대해, 축열성을 더욱 강화하기 위해 2-3cm의 틴슐레이트 극세사 4중량부 및 메타크릴수지와 폴리프로필렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 방사하여 얻은 메타크릴-폴리프로필렌 중공사 4중량부가 더 첨가될 수 있다.

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본 발명에 따르면, 황토를 주재료로 하고 여기에 일라이트 및 음이온석을 혼합하되 폴리스티렌수지를 바인더로 활용하여 내열안정성, 내화성을 증대시키면서 원적외선 방사 특성과 음이온 생성을 향상시켜 인체 유익성을 강화하고, 특히 성형시 기공형성을 통해 축열성도 확보하여 난방효과를 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 백금 촉매를 사용하지 않기 때문에 제조비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌은 고가의 백금 촉매를 사용하지 않고도 벽난로에서 발열된 열을 장시간 동안 축열하여 난방 지속시간을 증대시키면서 원적외석 방사는 물론 음이온 다량 방출을 통해 실내 거주자의 건강 증진에 기여할 뿐만 아니라, 고내열성 수지로 분말 성분들을 바인딩시키기 때문에 장기간 동안 사용하더라도 미소 크랙 발생이 없어 부서지지 않아 장수명화를 달성할 수 있도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명에 따른 내화벽돌은 황토분말 70중량%, 일라이트 분말 10중량%, 음이온석 분말 5중량% 및 나머지 수지(Resin)로 이루어진 기본성분으로 조성된다.

이때, 본 발명에서 설명하는 분말은 성형성과 기공성 확보를 위해 0.1-0.2mm의 입도를 갖는다. 때문에, 이하 설명되는 분말에 대해서는 특별히 입도를 한정하여 설명하는 경우를 제외하고 설명되는 분말의 입도는 모두 0.1-0.2mm라고 보면 된다.

특히, 상기 황토는 너무나 잘 알려져 있는 원적외선 및 음이온 방사물질이다.

여기에서, 후술하는 바와 같이 황토가 소성되면 황토에 서식하는 대략 2억 마리 이상의 미생물(세균 포함)이 제거되므로 오로지 원적외선 방사 특성과 음이온 방출 특성 효과만을 얻을 수 있다.

그리고, 상기 일라이트는 해양성 셰일 및 이와 관련된 퇴적물에 널리 분포하는 운모형 점토광물로서, 상온에서도 원적외선 방출 능력과 음이온 방출능력이 우수하여 인체에 방사되었을 때 세포 활성화, 면역력 증강에 기여할 뿐만 아니라 각종 중금속 및 유독가스 흡착 탈취능력이 뛰어나기 때문에 본 발명에서 사용된다.

뿐만 아니라, 상기 음이온석은 청맥반석을 말하는 것으로, 청맥만석은 해저층의 용암분, 어패류, 해초, 석염 등의 성분이 퇴적 응축된 뒤 지각변동으로 인해 해면 위로 융기된 청록색의 암석으로서 45가지 이상의 미네랄 함유는 물론 40℃ 부근에서 93%의 음이온 및 원적외선 방사 특성이 있는 물질이므로 본 발명에서 첨가 사용된다. 또한, 모세관 현상을 일으켜 수증막, 오염물질, 유기물, 잡균 등을 흡착 분해하는 특성도 있다.

아울러, 상기 수지는 바인더로서, 메틸펜텐 폴리머 수지를 사용하는데, 상기 메틸펜텐 폴리머 수지는 점도가 낮고 유동성이 좋아 성형하기 용이한 수지재료이며, 특히 융점이 235℃로서 매우 높고 고온에서의 기계적 강도가 PP나 PC 보다 우수하며, 내열안정성이 뛰어나고, 결합력이 우수하여 바인더로서 손색이 없다.

특히, 본 발명에 따른 내화벽돌은 벽난로의 둘레에 쌓여 외벽을 형성하는 것으로, 벽난로 내부는 최대 600-700℃까지 상승하지만, 벽난로 케이스 외측에 축조되는 내화벽돌은 간접 가열되는 것이기 때문에 최대 180℃를 초과하여 가열되지 않기 때문에 수지가 용융될 이유는 없으므로 이러한 메틸펜텐 폴리머 수지는 고내열성을 갖는 완벽한 바인더로서의 기능을 담당할 수 있게 된다.

이렇게 조성된 내화벽돌 기본성분은 교반기를 통해 100-120rpm의 속도로 충분히 교반된 다음 물을 혼련한 후 벽돌 성형기를 통해 성형하고, 성형체를 약 800℃의 온도에서 최종 소성됨으로써 다공성을 갖는 내화벽돌로 만들어진다.

한편, 본 발명은 상술한 동일한 효과를 나타내되 기능성(미소 크랙 방지성, 내열성 및 내구성)을 더욱 강화시키기 위해 상기 기본성분으로 이루어진 조성물에 다음과 같은 기능성 첨가물을 더 첨가할 수 있다.

이때, 상기 기능성 첨가물은 상기 황토분말 100중량부에 대해, 규회석 분말 5중량부, 포타슘실리케이트 3중량부, 펄라이트 분말 4중량부, 백토 분말 10중량부, 토르말린 분말 3중량부, 활석 분말 3중량부, 폴리아미드 섬유로 된 2-3cm 길이의 스테이플 파이버 4중량부, 지르코늄이 함유된 1.5-2cm 길이의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 4중량부, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소 5중량부, 소성된 산화이테르븀 분말 4중량부을 포함하여 구성된다.

여기에서, 상기 규회석은 저흡습성이고, 결정수가 없으므로 치수안정성이 뛰어나 성형 후 안정화를 유도하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 포타슘실리케이트는 무기질의 불연성을 부여하고 증대시키기 위해 첨가되며, 결로 억제 및 그에 따른 곰팡이 번식 억제력을 구현하는데도 기여하게 된다.

그리고, 상기 펄라이트는 단열, 차열 기능 강화 및 난연성 증대를 위해 첨가되는데, 화산암의 하나로서 석영 조면암이 유리모양으로 된 것을 말한다.

아울러, 상기 백토도 원적외선은 물론 음이온을 방사하는 물질로서 황토보다 20배 더 좋은 효능을 가진 것으로 알려져 있는데 무엇보다도 중금속을 흡수 분해하는 능력을 가지고 있기 때문에 인체 유익성을 강화시키는 특성이 있다.

또한, 상기 토르말린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 대략 4~14 미크론의 파장대역의 전자파를 영구적으로 발생시키는 물질로 알려져 있으며, 4-14 미크론의 파장대역의 전자파는 동ㆍ식물의 세포를 활성화하거나, 단백질을 합성하거나, 오염수를 정화하는 효능이 있다고 보고되어 있는 바, 본 발명에서는 사용자의 건강 증진에 기여하도록 하기 위한 것으로 성형성과 전자파 방출특성을 고려하여 첨가된다.

그리고, 상기 활석분말은 산화규소, 마그네슘, 칼슘, 기타 물질을 포함하는 유용한 광물질로서 분석결과 활석 자체에서만 93%의 원적외선 방사율을 가진 약용광물로 판명되었다. 특히 약재화하여 복용시에는 이뇨, 지사, 항염, 항균(티푸스균, 뇌막염구균) 작용하는 약리 효능이 있는 것으로 보고되어 있으며, 접촉만해도 마그네슘의 흡착, 수렴작용으로 모세혈관을 확장시켜 신진대사를 촉진시키는 것으로 보고되어 있고, 더 나아가 음이온의 방출로 세포의 활성화를 도모하는 효능도 있음이 알려져 있어 기능성 강화를 위해 첨가된다.

나아가, 폴리아미드 섬유로 된 2-3cm 길이의 스테이플 파이버는 융점이 310℃에 이르는 고인장력, 고내열성 특성을 가지며, 분산성이 우수하고 평활성이 뛰어나 바인딩된 무기물들을 앵커식으로 결속하여 미소 크랙 발생을 억제하는 특성을 갖도록 첨가된다.

뿐만 아니라, 지르코늄이 함유된 1.5-2cm 길이의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 융점이 290℃로 매우 높고, 연신력이 있으며, 고열에서 열고성성이 우수하여 열고정화 기능으로 축열가능하고, 수축변형이 발생하지 않으므로 축열성 강화를 위해 첨가된다. 특히, 지르코늄은 태양광의 95%인 적외선, 가시광선 이상의 단파장 영역에서 열흡수율이 매우 높아 축열성을 강화시키는 특성을 가진다.

아울러, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소는 1000℃ 온도까지 열충격을 흡수 저항하는 특성이 있어 고열 팽창시 열충격을 흡수하여 내화벽돌에 미소 크랙이 발생하는 것을 억제하는 특징을 갖는다.

또한, 소성된 산화이테르븀은 융점이 824℃에 이르는 고내열성을 갖는 희토류 금속으로서 결정립 미세화를 통해 강도를 증대시키므로 내화벽돌의 내구성을 강화시키기 위해 첨가된다.

덧붙여, 축열성을 더욱 강화하기 위해 상기 황토분말 100중량부에 대해 2-3cm의 틴슐레이트 극세사 4중량부 및 메타크릴수지와 폴리프로필렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 방사하여 얻은 메타크릴-폴리프로필렌 중공사 4중량부를 더 첨가할 수 있다.

이때, 틴슐레이트 극세사는 섬유들 사이에 미세한 정전기력이 미치는 공간을 확보하여 열을 가두는 열챔버 기능을 수행함으로써 축열성을 강화시키며, 메타크릴 수지는 내열성이 우수하므로 폴리프로필렌 수지의 내열성을 보강하면서 중공사 형태로 구성하여 열챔버 기능을 수행함으로써 축열성을 강화시킨다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

본 발명에 따른 내화벽돌의 특성을 확인하기 위해, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 황토분말 70중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 일라이트 분말 10중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 음이온석 분말 5중량% 및 나머지 메틸펜텐 폴리머 수지로 이루어진 기본성분의 조성물을 일반적인 내화벽돌 제조과정을 거쳐 내화벽롤 시료로 성형하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 하되, 상기 조성물에 상기 황토분말 100중량부에 대해, 규회석 분말 5중량부, 포타슘실리케이트 3중량부, 펄라이트 분말 4중량부, 백토 분말 10중량부, 토르말린 분말 3중량부, 활석 분말 3중량부, 폴리아미드 섬유로 된 3cm 길이의 스테이플 파이버 4중량부, 지르코늄이 함유된 2cm 길이의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 4중량부, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소 5중량부, 소성된 산화이테르븀 분말 4중량부를 더 첨가하여 내화벽돌 시료를 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일하게 하되, 상기 조성물에 상기 황토분말 100중량부에 대해 3cm의 틴슐레이트 극세사 4중량부 및 메타크릴수지와 폴리프로필렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 방사하여 얻은 메타크릴-폴리프로필렌 중공사 4중량부를 더 첨가하여 내화벽돌 시료를 제조하였다.

상기 실시예 1,2,3의 시료가 갖는 내화도를 측정하기 위해 PCE 428(내화도 측정장비)를 이용하여 ISO 170의 규정에 따라 내화도를 측정하였다.

측정결과, 실시예 1은 SK 26, 실시예 2는 SK 32, 실시예 3은 SK 31의 결과를 얻었다. 이때, SK 26은 1580℃에서 견디는 특성을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 내화벽돌은 충분한 내화특성이 있는 것으로 확인되었다.

또한, 상기 실시예 1,2,3의 시료가 갖는 원적외선 방출 특성과 음이온 방출 특성을 확인하였다.

이때, 원적외선은 적외선 분광법(infrared spectrometry)에 의해 측정한 결과, 실시예 1은 3.48×10²(W/㎡)의 방사에너지를 나타내었고, 실시예 2는 5.39×10²(W/㎡)의 방사에너지를 나타내었으며, 실시예 3은 4.89×10²(W/㎡)의 방사에너지를 나타내었는 바, 우수한 방사특성이 있음을 확인할 수 있었다.

뿐만 아니라, 음이온은 음이온측정기(COM-3300A)를 사용하였으며, 실시예 1은 1,100 IONS/CC 였지만, 실시예 2는 2,100 IONS/CC 였고, 실시예 3은 2,085 IONS/CC 였다. 이것은 산림욕장에서 얻을 수 있는 음이온 개수로서 음이온 방출특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 축열성을 확인하기 위해 벽난로를 30분간 가동한 후 불을 끄고 내화벽돌의 온도변화를 적외선온도계로 측정하였다.

측정결과, 실시예 1의 경우에는 소화 후 30분이 경과한 시점에서 온도가 크게 떨어졌고, 실시예 2의 경우에는 소화 후 40분이 경과한 시점에서 온도가 크게 떨어졌지만, 실시예 3은 소화 후 60분이 경과한 시점에서 온도가 크게 떨어졌다.

이를 통해, 축열성도 있는 것으로 확인되었다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌로서, 상기 내화벽돌은 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 황토분말 70중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 일라이트 분말 10중량%, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 음이온석 분말 5중량% 및 나머지 메틸펜텐 폴리머 수지로 이루어진 기본성분의 조성물을 내화벽돌로 성형한 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌에 있어서;
   상기 조성물에는 상기 황토분말 100중량부에 대해, 규회석 분말 5중량부, 포타슘실리케이트 3중량부, 펄라이트 분말 4중량부, 백토 분말 10중량부, 토르말린 분말 3중량부, 활석 분말 3중량부, 폴리아미드 섬유로 된 2-3cm 길이의 스테이플 파이버 4중량부, 지르코늄이 함유된 1.5-2cm 길이의 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 4중량부, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소 5중량부, 소성된 산화이테르븀 분말 4중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 조성물에는 상기 황토분말 100중량부에 대해, 축열성을 더욱 강화하기 위해 2-3cm의 틴슐레이트 극세사 4중량부 및 메타크릴수지와 폴리프로필렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 방사하여 얻은 메타크릴-폴리프로필렌 중공사 4중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 음이온 및 원적외선을 발산하는 벽난로용 내화벽돌.