KR101808260B1 - 열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법 - Google Patents

열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

열방사성 세라믹 도료는 Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3로 이루어진 세라믹 분말; 근청석 분말 또는 CoCr2O4로 이루어진 선팽창 계수 조절제; 및 알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 이루어진 무기 접착제를 포함한다.

Description

열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법{A Ceramic Coating Agent Having a Function of a Thermal Expansion Coefficient and a High Heat Radiation Property and a Method for Producing the Same}
본 발명은 열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 가열로와 같은 고온의 산업용 가열로에 적용이 가능하도록 열팽창 계수의 조절이 가능하면서 가열로가 높은 열방사 계수를 가지도록 하는 열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
가연성 소재에 도포되어 연소가 되지 않도록 하도록 하거나 연소 과정에서 단열층이 형성되도록 하는 소재를 내화 도료라고 한다. 또한 고온에서 균열 또는 변형에 대한 저항성을 가지는 소재를 내화 소재라고 하고 이는 예를 들어 도가니, 소각로, 절연체, 화로 또는 용광로와 같은 산업용 장치에 적용될 수 있다. 내화 소재로는 마그네사이트, 백운석, 지르콘 또는 고령토와 같은 것이 있다. 이와 같은 내화 소재는 주로 라이닝 구조로 만들어지고, 내화성을 향상시키기 위하여 라이닝 구조에 내화 도료가 도포될 수 있다. 내화 소재는 높은 열 저항성과 함께 높은 열방사 계수(ε)가 요구된다. 일반적으로 내화 소재의 열방사 계수는 0.80 내지 0.85가 되지만 온도에 따라 달라질 수 있다. 내화 소재는 도료 형태로 만들어질 수 있고, 공업 가열로의 내벽에 코팅이 되어 가열로 내벽의 열방사율이 높아지도록 하는 도료를 열방사성 도료라고 한다. 이와 같은 열방사성 도료는 (i) 예를 들어 1000 ℃ 이상의 고온에서 높은 방사 에너지의 흡수 및 방사가 가능하고, (ii) 낮은 열전도율을 가지고, (iii) 고온에서 물리 및 화학적으로 안정성을 가질 필요가 있다.
특허공개번호 제10-2005-0023048호는 방사율이 0.8 이상인 철 화합물 30 내지 70 중량%, 무기 결합재 5 내지 40 중량% 및 수분 25 내지 60 중량%를 포함하고, 화로 또는 벽면에 당 0.5 내지 2.0 kg의 양으로 도포 또는 코팅이 될 수 있는 열방사성이 우수한 철화합물계 내화도료 및 이의 코팅 방법에 대하여 개시한다.
국제공개번호 WO 2002/40601은 환원 산화티타늄을 기재로 하며, 여기에 결합재, 무기 접착제를 배합하고, 경우에 따라서 산화크롬, 알루미나 및 실리카가 첨가되는 공업료용 산화티타늄계 열방사성 도료에 대하여 개시한다.
상기 선행기술에서 열방사율은 500 내지 1200 ℃에서 0.81 내지 0.91이 되거나 약 956 ℃ 의 온도에 0.91이 되는 것으로 제시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 이와 같은 열방사율을 가지는 온도에서 가열로와 열방사성 도료 사이의 서로 다른 팽창계수로 인하여 발생되는 박리에 대한 저항성을 높일 수 있는 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 특허공개번호 제10-2005-0023048호(주식회사 이맥솔루션, 2005년03월09일 공개) 열방사성이 우수한 철화합물계 내화 도료 및 이의 코팅 방법 선행기술2: 국제공개번호 WO 2002/40601(소라 카요코, 2002년05월23일 공개) 산화티타늄계 열방사성 도료
본 발명의 목적은 열팽창 계수의 조절에 의하여 박리가 발생되지 않도록 하면서 온도에 관계없이 높은 열방사율을 가지는 열팽창 계수 조절 기능을 가지는 열방사성 세라믹 도료 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 열방사성 세라믹 도료는 Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3를 포함하는 세라믹 분말; 근청석 분말 또는 CoCr2O4로 이루어진 선팽창 계수 조절제; 및 알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 이루어진 무기 접착제를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 세라믹 분말은 Ce2O3, CaCO3 및 도자기 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 세라믹 분말 : 선팽창 계수 조절제 : 무기 접착제는 중량비로 7 : 1.5 ~ 2.5 : 0.5 ~ 1.5가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 세라믹 도료는 0.05 내지 2.0 의 코팅 두께 및 1100 내지 1500 ℃의 온도에서 방사율(ε)이 0.93 내지 0.97이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 열방사성 세라믹 도료의 제조방법은 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 TEOS(Tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합물에 투입하여 투명 졸 용액을 형성하고, 이후 젤라틴을 첨가하여 건조시켜 근청석 분말로 만드는 단계; Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3, Ce2O3, CaCO3, 도자기 점토 및 상기 근청석 분말을 혼합하여 얇은 박편으로 만들어 가열 후 냉각하고, 냉각된 상기 박편을 분쇄하는 단계; 구연산이 용해된 물을 Co(NO3)26H2O와 Cr(NO3)39H2O의 혼합 용액에 첨가하여 형성된 제로젤(xerogel)을 가열하여 CoCr2O4를 획득하는 단계; 및 알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 무기접착제를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 TEOS와 에탄올의 몰 비율은 1 : 3 내지 5가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 근청석 분말 또는 CoCr2O4는 선팽창 계수 조절제가 되고, 전체 중량에 대하여 15 내지 25 중량%가 된다.
본 발명에 따른 세라믹 도료는 가열로 또는 내화소재에 코팅이 되어 가열로의 효율이 향상되도록 하고, 가열로의 사용 수명을 연장시키고, 가열로의 가열 시간을 단축시키면서 이와 동시에 가열로 전체의 온도가 균일하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료는 팽창계수의 조절에 의하여 박리 현상이 감소되도록 하면서 도료와 소재의 접착능이 향상되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 도료는 예를 들어 0.05 내지 0.5 ㎜ 의 얇은 두께에 의하여 내화 소재의 보호가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 도료의 제조 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
본 발명에 따른 세라믹 도료는 Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3, Ce2O3, CaCO3 및 도자기 점토로 이루어진 세라믹 분말; 근청석 분말 또는 CoCr2O4로 이루어진 선팽창 계수 조절제; 및 알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 이루어진 무기 접착제를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료는 상기 세라믹 분말: 선팽창 계수 조절제: 무기 접착제를 중량비로 7 : 1.5 ~ 2.5 : 0.5 ~ 1.5가 되도록 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료는 0.05 내지 2.0 의 코팅 두께 및 1100 내지 1500 ℃의 온도에서 방사율(ε)이 0.93 내지 0.97이 될 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 도료는 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 TEOS(Tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합물에 투입하여 투명 졸 용액을 형성하고, 이후 젤라틴을 첨가하여 건조시켜 근청석 분말로 만드는 단계; Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3, Ce2O3, CaCO3, 도자기 점토 및 근청석 분말을 혼합하여 얇은 박편으로 만들어 가열 후 냉각하고, 냉각된 상기 박편을 분쇄하는 단계; 구연산이 용해된 물을 Co(NO3)26H2O와 Cr(NO3)39H2O의 혼합 용액에 첨가하여 형성된 제로젤(xerogel)을 가열하여 CoCr2O4를 획득하는 단계; 및 알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 무기접착제를 형성하는 단계를 포함한다. 이와 같은 과정에서 TEOS와 에탄올의 몰 비율은 1 : 3 내지 5가 된다. 그리고 전체 중량에 대하여 15 내지 25 중량%가 될 수 있다.
아래에서 이와 같은 본 발명에 따른 세라믹 도료의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 세라믹 도료에 대하여 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 도료의 제조 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 세라믹 도료의 제조방법은 근청석 분말을 준비하는 단계(P41); 세라믹 분말을 준비하는 단계(P42); 선팽창 계수 조절제를 준비하는 단계(P43); 무기접착제를 합성하는 단계(P44); 및 근청석 분말, 세라믹 분말, 선팽창 계수 조절제 및 무기 접착제를 혼합하여 세라믹 도료를 합성하는 단계(P45)를 포함한다.
본 발명에 따른 세라믹 도료는 산업용 가열로에 적용될 수 있고, 가열로의 내부에 적절한 두께로 코팅이 될 수 있고, 예를 들어 0.05 내지 5 ㎜의 두께, 바람직하게 0.05 내지 2.0 ㎜ 의 두께, 가장 바람직하게 0.05 내지 0.5 ㎜ 의 두께로 코팅이 될 수 있다. 그리고 예를 들어 0.93 이상이 되는 열방사율(ε)을 나타낼 수 있다. 세라믹 도료는 내열성이 요구되는 임의의 분야에서 내열 코팅제로 사용될 수 있고, 구체적으로 산업용 노(furnace)의 내벽 코팅제로 적용될 수 있지만 본 발명은 적용 분야에 의하여 제한되지 않는다.
근청석(iolite)은 마그네슘과 철의 알루미노 규산염 광물에 해당하고, (Mg,Fe)2Al3(Si4Al2)O18로 표시될 수 있다. 근청석은 예를 들어 자기의 주성분으로 사용되는 광물이 될 수 있고, 약 7.5의 굳기 및 2.5 내지 2.78의 비중을 가지는 광물을 의미하고, 온도에 따라 물을 함유하는 근청석을 말한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료의 성분으로 사용되는 근청석은 아래와 같은 방법으로 만들어질 수 있다.
(i) 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 물에 투입하여 자력 교반기를 통하여 균일하게 혼합하는 단계;
(ii) TEOS(tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합 용액을 만들면서 TEOS : 에탄올의 몰 비가 1 : 3 내지 5가 되도록 하는 단계;
(iii) TEOS와 에탄올 혼합 용액에 알루미늄 질산염 및 마그네슘 질산염을 혼합하여 질산염 용액을 만드는 단계;
(iv) Si(OC2H5)4-C2H5OH 용액에 교반과 함께 질산염 용액을 투입하여 투명 상태의 졸(sol)로 만드는 단계; 및
(v) 투명 졸에 젤라틴을 투입하여 50 내지 70 ℃의 건조기에서 8 내지 14 시간 동안 건조시키고 300 내지 1,000 ℃의 온도로 1 내지 5 시간 동안 가열하는 단계.
근청석 분말의 제조 과정에서 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염은 각각 제조되는 근청석의 화학식량 또는 분자량에 대한 각각 알루미늄과 마그네슘의 질량에 기초하여 투입될 수 있다. 예를 들어 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염은 몰 비율로 2 : 1.5 내지 7의 비율로 혼합될 수 있다. 또는 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 각각 물에 대한 포화 용해도에 대하여 20 내지 80 %의 용해도 수준이 되도록 물에 첨가될 수 있다. 질산염을 Si(OC2H5)4-C2H5OH 용액에 투입하는 과정에서 교반기에 의하여 교반이 이루어질 수 있고, 투명한 상태로 만들어지도록 교반이 이루어질 수 있다. Si(OC2H5)4-C2H5OH 용액에 대한 질산염의 투입 비율은 예를 들어 중량 비율로 Si(OC2H5)4-C2H5OH 용액 : 질산염 용액 = 100 : 5 내지 50이 되도록 첨가될 수 있다. 다만 투명 졸이 되기 전 임의의 양으로 첨가될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 이후 투명 졸에 젤라틴을 첨가하여 건조기에서 제시된 조건으로 건조 및 가열이 될 수 있다. 이후 건조된 근청석은 분쇄기에 의하여 분쇄되어 근청석 분말로 만들어질 수 있다.
이와 같은 방법으로 근청석 분말이 준비되면 세라믹 분말이 준비될 수 있다(P42).
세라믹 분말은 45~70 wt%의 Fe2O3, 10 내지 20 wt%의 ZnO, 5 내지 20 wt%의 MnO2, 및 5 내지 20 wt%의 ZrO3를 포함할 수 있다. 세라믹 분말은 추가로 Ce2O3, CaCO3, 및 도자기 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다. 이와 같은 추가 성분은 세라믹 분말 전체 중량의 5 내지 15 wt%가 될 수 있다. 예를 들어 세라믹 성분은 2 내지 3 wt%의 Ce2O3, 0.5 내지 2.0 wt%의 CaCO3를 및 2.5 내지 10 wt%의 도자기 점토를 포함할 수 있다. 또는 6 wt%의 Ce2O3를 포함하거나, 8 wt%의 CaCO3 성분을 포함할 수 있다. 대안으로 2.0 내지 3.0 wt% Ce2O3, 및 0.5 내지 4.0 wt%의 CaCO3를 포함할 수 있다. 세라믹 성분이 준비되면 근청석 분말이 세라믹 성분에 혼합될 수 있고(P42), 선팽창 계수 조절제가 준비될 수 있다(P43).
본 발명에 따르면, 선팽창 계수 조절제로 코발트 크로마이트(Cobalt chromite)가 사용될 수 있고, 코발트 크로마이트(CoCr2O4)는 선택적으로 스피넬형 구조(spinel structure)를 가질 수 있다. 코발트 크로마이트(CoCr2O4)는 아래와 같은 단계를 통하여 제조될 수 있다.
(i) 구연산(citric acid)을 물에 용해시켜 pH 0.5 내지 2.5가 되는 구연산 용액을 만들어 A 용액으로 하는 단계;
(ii) Co(NO3)26H2O : Cr(NO3)39H2O가 몰 비율로 1 : 1.5 내지 2.5가 되도록 혼합하여 B 용액으로 하는 단계;
(iii) A 용액을 B 용액에 천천히 투입시키면서 A : B가 몰 비율로 1 : 1.5 내지 5가 되는 양으로 적어도 1 시간 동안 교반을 하면서 반응을 유도하고, 반응 생성물을 30 내지 70 ℃의 온도로 15 내지 25 시간 동안 유지시켜 반응 생성물을 획득하는 단계;
(iv) 상기 반응 생성물을 100 내지 150 ℃의 온도로 유지되는 건조기에서 5 내지 10 시간 동안 건조시켜 벌집 형상의 제로젤(xerogel)을 형성하는 단계;
(v) 상기 제로젤을 600 내지 1,000 ℃의 온도로 유지되는 건조기에서 3 내지 5 시간 동안 가열하여 코발트 크로마이트(CoCr2O4)를 획득하는 단계.
이와 같은 방법으로 획득된 코발트 크로마이트는 선팽창 계수 조절제가 될 수 있다. 선팽창 계수 조절제는 근청석 분말과 코발트 크로마이트가 되고, 근청석 분말과 코발트 크로마이트는 독립적으로 세라믹 분말에 추가될 수 있다. 또는 근청석 분말이 세라믹 분말의 혼합 과정에서 첨가되어 코발트 크로마이트는 독립적으로 준비되어 첨가될 수 있다.
선팽창 계수 조절제가 준비되면(P43), 무기 접착제가 합성될 수 있다(P44).
무기 접착제는 알루미늄을 반응기에 투입하여 가열하면서 Al(H2PO4)3과 규산나트륨을 첨가하는 방법으로 만들어질 수 있다.
예를 들어 650 내지 750 ℃의 반응기에 알루미늄을 투입하고 몰 비율로 알루미늄 : Al(H2PO4)3 : 규산나트륨 = 10 : 0.5 ~ 2 : 0.1 내지 1.0이 되도록 Al(H2PO4)3 및 규산나트륨을 천천히 투입하면서 2 내지 5 시간 동안 교반하여 무기 접착제를 합성할 수 있다.
이와 같은 방법으로 무기 접착제가 합성되면(P44), 세라믹 분말, 선팽창 계수 조절제 및 무기 접착제가 혼합되어 내열성 도료가 만들어질 수 있다(P45).
내열성 도료의 합성을 위하여 세라믹 분말 : 선팽창 계수 조절제 : 무기 접착제는 중량비로 7: 1.5 ~ 2.5 : 0.5 ~ 1.5가 되도록 혼합될 수 있다. 제조 단계에서 세라믹 분말, 코발트 크로마이트 분말 또는 근청석 분말은 100 mesh 내지 500 mesh의 평균 직경 또는 그 보다 작은 직경을 가지는 분말로 만들어질 수 있지만 사용 용도에 따라 적절한 평균 직경을 가지도록 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
합성된 내열성 도료는 예를 들어 산업용 가열로의 내벽에 0.05 내지 2.0 ㎜ 의 두께로 코팅이 되어 1100 내지 1500 ℃의 온도에서 방사율(ε)이 0.93 내지 0.97이 되도록 할 수 있다.
아래에서 본 발명에 따른 세라믹 도료의 실시 예에 대하여 설명된다.
실시 예
실시 예 1
단계 1: 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 물에 투입하여 금속 용액을 만들고, TEOS와 에탄올의 혼합 용액에 금속 용액을 투입하여 질산염 용액을 생성하였다. 생성된 질산염 용액을 Si(OC2H5)4-C2H5OH 용액에 첨가하여 투명 졸로 만들어 젤라틴을 투입하여 55 내지 65 ℃의 온도를 유지시키면서 10 내지 12 시간 동안 건조시킨 후 500 내지 800 ℃의 온도로 2 내지 4 시간 동안 가열하였다. 그리고 냉각 후 분쇄하여 근청석 분말이 제조되었다. 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염은 각각 물에 대하여 30%의 용해도로 용해되었고, TEOS와 에탄올은 몰 비율로 1 : 4가 되도록 혼합되었고, Si(OC2H5)4-C2H5OH : 질산염 용액 = 100 : 20의 몰 비율로 투입되어 투명 졸이 만들어졌다.
단계 2: 65 wt%의 Fe2O3, 15 wt%의 ZnO, 10 wt%의 MnO2, 및 10 wt%의 ZrO3를 혼합하여 세라믹 분말을 만들고, 전체 중량의 5 wt%의 근청석 분말을 혼합하였다.
단계 3: 구연산이 물을 용해시켜 pH가 1.0이 되는 구연산 용액(A 용액)을 제조하여, Co(NO3)26H2O : Cr(NO3)39H2O가 몰 비율로 1 : 2가 되도록 혼합된 용액(B 용액)에 투입하면서 A : B = 1 : 3이 되도록 혼합하여 코발트 크로마이트를 제조하였다.
단계 4: 알루미늄을 반응기에 투입하여 가열하면서 Al(H2PO4)3과 규산나트륨을 첨가하는 방법으로 무기 접착제가 만들어졌고, 알루미늄 : Al(H2PO4)3 : 규산나트륨 = 10 : 1 : 0.5가 되도록 몰 비율이 조절되었다.
단계 5: 근청석 분말을 포함하는 세라믹 분말 : 코발트 크로마이트 : 무기 접착제 = 7 : 2 : 1의 중량 비율이 되도록 하면서 혼합하여 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
실시 예 2
실시 예 1의 세라믹 분말의 전체 중량에 2 wt% Ce2O3 및 2.0 wt%의 CaCO3를 추가하는 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
실시 예 3
실시 예 1의 세라믹 분말의 전체 중량에 2 wt% Ce2O3, 2.0 wt% CaCO3 및 5 wt%의 도자기 점토를 추가하는 것을 제외하고 실시 예 1과 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
실시 예 4 내지 6
세라믹 분말 : 코발트 크로마이트 : 무기 접착제 = 7.5 : 1.5 : 1로 중량 비율이 조절되도록 하는 것을 제외하고, 실시 예 1, 2 및 3과 각각 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
실시 예 7 내지 9
세라믹 분말 : 코발트 크로마이트 : 무기 접착제 = 6.5 : 2.5 : 1로 중량 비율이 조절되도록 하는 것을 제외하고, 실시 예 1, 2 및 3과 각각 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
비교 예
비교 예 1
근청석 분말이 사용되지 않고 실시 예 1과 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
비교 예 2
근청석 분말 및 코발트 크로마이트가 사용되지 않고 실시 예 1과 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료를 제조하였다.
비교 예 3 내지 비교 예 6
Fe2O3, ZnO, MnO2, 및 ZrO3가 각각 사용되지 않으면서 실시 예 1과 동일한 방법으로 내열성 세라믹 도료가 각각 제조되었다.
결과
실시 예 및 비교 예를 통하여 제조된 세라믹 도료를 300 내지 500 ℃, 800 내지 1200 ℃ 및 1300 내지 1600 ℃의 온도에서 작동되는 산업용 가열로 및 가열 도관(heating tube)의 내벽에 건조 두께가 0.1 ㎜가 되도록 코팅을 하였다. 그리고 각각의 가열로에 대하여 열방사율(ε), 에너지 효율, 배기가스 온도, 가열로 열 상승 속도 및 가열로 외벽 온도 시험이 이루어졌다.
시험 결과가 아래의 표로 제시되었다.
<열방사율>
열방사율 측정기를 이용하여 각각의 가열로 및 가열 도관으로부터 측정된 열방사율을 아래와 같다. 또한 코팅 전후의 열방사율에 따른 에너지 효율의 측정되었고, 에너지 효율은 연료의 단위 소비량이 코팅 전 시간당 0.03579 ton/time이 사용되었고, 이를 기초로 실시 예와 비교 예의 연료 감소량을 전체 평균을 %로 표시하였다. 가열로 외벽 온도는 최대 온도를 기준으로 측정되었다. 그리고 외벽 온도 변화는 실시 예 및 비교 예에 의하여 제조된 세라믹 도료의 도포 전후의 온도 감소의 평균값을 나타낸 것이다. 온도 감소는 가열로에서 365의 지점을 선택하여 온도를 측정하여 평균값을 산출하여 도포 전후의 온도 감소 수준을 측정하였다.
열방사율 에너지효율(%) 온도 변화(℃)
300~500℃ 800~1200℃ 1300~1600℃
실시 예 1 0.93 0.95 0.97 20.02 % - 10.25
실시 예 2 0.91 0.94 0.96
실시 예 3 0.92 0.95 0.97
실시 예 4 0.94 0.96 0.98
실시 예 5 0.93 0.96 0.97
실시 예 6 0.92 0.94 0.96
실시 예 7 0.94 0.95 0.97
실시 예 8 0.92 0.94 0.96
실시 예 9 0.93 0.96 0.98
비교 예 1 0.75 0.77 0.78 10.24 % 5.49
비교 예 2 0.74 0.78 0.79
비교 예 3 0.75 0.76 0.76
비교 예 4 0.77 0.78 0.79
비교 예 5 0.78 0.80 0.82
비교 예 6 0.76 0.77 0.79
위에서 제시된 연료 소비량을 기준으로 각각의 온도에 도달하는 시간 및 배기가스의 온도가 측정되었고 실시 예 및 비교 예에 대한 평균값이 산출되고 결과가 아래의 표 2로 제시되었다.
300~500 ℃ 800~1200 ℃ 1300~1600 ℃ 배기가스(℃)
코팅 전 108분 203분 325분 220
실시 예 32분 62분 98분 165
비교 예 68분 110분 230분 185
추가로 실시 예 및 비교 예에 따른 시편이 제작되어 건조 두께 0.1 ㎜가 되도록 하여 박리 시험이 ASTMD3359에서 정하는 교차 절단 테이프 시험(cross cut tape test)에 따라 진행되었다. 박리 시험 결과 실시 예는 작은 도막편이 격자 또는 선에서 5% 이하로 떨어지는 4B 내지 5B 등급이 되고 비교 예는 3B 내지 4B 등급이 되는 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 세라믹 도료는 가열로 또는 내화소재에 코팅이 되어 가열로의 효율이 향상되도록 하고, 가열로의 사용 수명을 연장시키고, 가열로의 가열 시간을 단축시키면서 이와 동시에 가열로 전체의 온도가 균일하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 도료는 팽창계수의 조절에 의하여 박리 현상이 감소되도록 하면서 도료와 소재의 접착능이 향상되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 도료는 예를 들어 0.05 내지 0.5 ㎜의 얇은 두께에 의하여 내화 소재의 보호가 가능하도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
P41: 근청석 분말 준비
P42: 세라믹 분말 준비
P43: 선 팽창 계수 조절제 준비
P44: 무기 접착제 합성
P45: 도료 합성

Claims (4)

  1. Fe2O3, ZnO, MnO2 및 ZrO3를 포함하는 세라믹 분말;
    근청석 분말 또는 CoCr2O4로 이루어진 선팽창 계수 조절제; 및
    알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 이루어진 무기 접착제를 포함하는 열방사성 세라믹 도료.
  2. 청구항 1에 있어서, 세라믹 분말은 Ce2O3, CaCO3 및 도자기 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 열 방사성 세라믹 도료.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 세라믹 분말 : 선팽창 계수 조절제 : 무기 접착제는 중량비로 7 : 1.5 ~ 2.5 : 0.5 ~ 1.5가 되는 것을 특징으로 하는 열방사성 세라믹 도료.
  4. 알루미늄 질산염과 마그네슘 질산염을 TEOS(Tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합물에 투입하여 투명 졸 용액을 형성하고, 이후 젤라틴을 첨가하여 건조시켜 근청석 분말로 만드는 단계;
    Fe2O3, ZnO, MnO2, ZrO3, Ce2O3, CaCO3, 도자기 점토 및 상기 근청석 분말을 혼합하여 얇은 박편으로 만들어 가열 후 냉각하고, 냉각된 상기 박편을 분쇄하여 세라믹 분말을 준비하는 단계;
    구연산이 용해된 물을 Co(NO3)26H2O와 Cr(NO3)39H2O의 혼합 용액에 첨가하여 형성된 제로젤(xerogel)을 가열하여 CoCr2O4를 획득하는 단계;
    알루미늄, Al(H2PO4)3 및 규산나트륨으로 무기접착제를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 세라믹 분말, 상기 CoCr2O4 및 상기 무기 접착제를 혼합시켜 내열성 도료가 형성되는 단계를 포함하는 열방사성 세라믹 도료의 제조방법.












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