KR102228508B1 - 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물 - Google Patents

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Abstract

입자 크기가 1 mm 이하인 MgO, CaO, FeO, CaF2, Al2O3, Fe2O3 및 Cr2O3에서 선택되는 적어도 하나의 무기 화합물 및 실리카를 포함하는 내화재료; 및 Si 분말과 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf, Ce 및 이들의 조합에서 선택되는 금속 분말을 포함하는 혼합 분말;을 포함하는 세라믹 웰딩용 조성물로서,
상기 무기 화합물과 실리카는 1:99 내지 30:70의 중량비로 포함되고,
상기 Si 분말과 금속 분말은 7:1 내지 14:1의 중량비로 포함되고,
상기 혼합 분말은 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함되는, 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물을 제공한다.

Description

고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물{CERAMIC WELDING COMPOSITION WITH HIGH DURABILITY}
본 발명은 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물에 관한 것이다.
코크 로의 탄화실 등에 사용중인 규석질 내화벽돌은 침탄, 잔류회분, 온도변화 및 코크스 압출시의 마모 등에 의하여 지속적으로 손상된다. 기존의 노체 보수기술로서는 드라이 실링 (Dry Sealing)법, 패칭 (Patching)법, 스프레이 (spray)법, 거닝 콘크리트 (Gunning Concrete)법 등이 있으나, 이러한 보수기술 들은 전부 물과 내화재료를 혼합하여 사용하고 있다. 물과 혼합하여 사용한다는 공통점 때문에 800 ℃ 이상의 고온상태인 규석벽돌에 대한 양호한 부착성 발현이 어려울 뿐만 아니라 규석벽돌 자체에 열충격이 필연적으로 수반된다는 단점이 있다.
이러한 보수기술의 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 웰딩 보수방법이 개발되어 사용되고 있으며, 이것은 규석벽돌과 유사한 성분의 내화원료를 금속 원료와 혼합하여 과잉의 산소를 통하여 분사시켜 로 손상부위를 신속하게 육성 용접하여 시공하는 방법이다.
세라믹 웰딩재는 로의 가동 중단이 없이 시공이 간단하고, 로체와 같은 재질을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 시공체의 수명이 길고, 경제적 시공이 가능하고, 물리적 및 화학적 내구성이 우수하다는 특징을 지니고 있다.
위와 같은 세라믹 웰딩재의 특성을 구현하기 위해서 세라믹 웰딩재는 주로 금속 분말과 혼합하여 과잉의 산소를 통하여 분사시켜 금속의 산화반응시 발생하는 반응 열로 시공하여 왔으나 미반응 금속의 존재시 특성이 저하될 뿐만 아니라 노체의 온도가 부위에 따라 다를 경우에는 세라믹 웰딩재의 조성물을 다양화해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 제철용 코크 로 (Coke Oven)에 사용중인 각종 규석질 내화벽돌의 손상 부위를 시공하여 코크 로의 노체 수명을 향상시키기 위하여 사용되는 세라믹 웰딩 (Welding)용 고내용성 조성물을 제공하기 위한 것이다.
일 구현예는 입자 크기가 1 mm 이하인 MgO, CaO, FeO, CaF2, Al2O3, Fe2O3 및 Cr2O3에서 선택되는 적어도 하나의 무기화합물 및 실리카(다공질 실리카는 제외함)를 포함하는 내화재료; 및 Si 분말과 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf, Ce 및 이들의 조합에서 선택되는 금속 분말을 포함하는 혼합 분말;을 포함하는 세라믹 웰딩용 조성물로서,
상기 산화물과 실리카는 1:99 내지 30:70의 중량비로 포함되고,
상기 Si 분말과 금속 분말은 12:1 내지 14:1의 중량비로 포함되고,
상기 혼합 분말은 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함되는, 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물을 제공한다.
상기 실리카는 용융 실리카, 규석, 크리스토발라이트 (Cristoballite), 트리디마이트 (Tridymite), 실리카 흄 (Silica Fume) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 조성물은 마그네시아, 규회석, 코디어라이트, 페탈라이트 및 이들의 조합에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물은 산화반응시 발생하는 반응 열 뿐만 아니라 세라믹 화합물 생성에 의한 2차 발열을 유도하여 세라믹 웰딩 보수재의 내용성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 노체의 다양한 온도 부위에도 제약 없이 사용할 수 있는 우수한 특징을 가진다.
이하, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의될 뿐이다.
일 구현예는 입자 크기가 1 mm 이하인 MgO, CaO, FeO, CaF2, Al2O3, Fe2O3 및 Cr2O3에서 선택되는 적어도 하나의 무기 화합물 및 실리카를 포함하는 내화재료; 및 Si 분말과 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf, Ce 및 이들의 조합에서 선택되는 금속 분말을 포함하는 혼합 분말;을 포함하는 세라믹 웰딩용 조성물로서,
상기 무기 화합물과 실리카는 1:99 내지 30:70의 중량비로 포함되고,
상기 Si 분말과 금속 분말은 7:1 내지 14:1의 중량비로 포함되고,
상기 혼합 분말은 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함되는, 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물을 제공한다.
상기 무기 화합물은 분말 형태로 사용되며, 분말의 입자 크기는 1 mm 이하일 수 있다. 무기 화합물의 입자 크기가 1 mm를 초과하면 금속 분말의 발열 후에 발생하는 이 발열량이 불규칙할 뿐만 아니라 리바운드 로스 (Rebound Loss)가 많아질 뿐만 아니라 미세조직도 불균일하여 세라믹 웰딩용 조성물의 내용성이 저하된다.
상기 무기 화합물은 불순물의 영향을 최소화하기 위하여 순도 95% 이상, 좋게는 97% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 실리카는 분말 형태로 사용되며, 분말의 입자 크기는 1 mm 이하일 수 있다. 상기 실리카도 불순물의 영향을 최소화하기 위하여 순도가 95% 이상, 좋게는 97% 이상인 것이 바람직하다.
상기 실리카는 용융 실리카, 규석, 크리스토발라이트 (Cristoballite), 트리디마이트 (Tridymite), 실리카 흄 (Silica Fume) 및 이들의 혼합물 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.
상기 무기 화합물과 실리카는 1:99 내지 30:70의 중량부로 포함된다. 실리카의 함유량이 상기 무기 화합물과 실리카 합계량에 대하여 99 중량%를 초과하는 경우 세라믹 화합물 생성에 의한 이차 발열량이 부족하여 세라믹 웰딩용 조성물의 부착량 증가효과가 미약하게 된다. 또한 상기 무기 화합물과 실리카 합계량에 대하여 실리카의 함유량이 70 중량% 미만이면 세라믹 웰딩용 조성물의 부착량은 증가되는 반면에 세라믹 웰딩용 조성물의 팽창특성과 보수대상인 규석벽돌과의 열팽창 특성이 상이하여 세라믹 웰딩용 조성물의 사용중 탈락이 발생되어 내용성이 저하된다.
상기 Si 분말과 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf, Ce 및 이들의 조합에서 선택되는 금속 분말을 포함하는 혼합 분말을 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 혼합한다. 여기에서 금속 분말은 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf 및 Ce에서 선택되는 적어도 하나의 금속 분말 또는 둘 이상의 합금 분말일 수 있다. 상기 혼합 분말의 첨가량이 5 중량부 미만이면 발열량 및 결합력이 부족하여 리바운드 로스가 과다하게 발생될 뿐만 아니라 보수재의 내용성도 현저히 저하된다. 또한, 혼합 분말의 첨가량이 30 중량부를 초과하면 발열량이 과다하여 보수재가 용융되어 흘러내릴 뿐만 아니라 내용성도 저하된다.
또한 상기 Si 분말과 금속 분말은 7:1 내지 14:1의 중량비로 포함된다. 상기 Si 분말의 중량비가 7:1 미만이면 발열량이 과다하여 보수재가 용융되어 흘러내릴 뿐만 아니라 내용성도 저하된다. 또한, 상기 Si 분말이 14:1을 초과하면 발열량이 부족하여 시공 중에 불꽃이 소화되어 시공 중단을 일으키는 문제가 발생된다.
상기 고내용성을 가지는 세라믹 웰딩용 조성물은 마그네시아, 규회석, 코디어라이트, 페탈라이트 및 이들의 조합에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기와 같은 함량 범위로 첨가제를 포함할 때, 세라믹 웰딩용 조성물이 우수한 결합강도를 나타낼 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
하기 표 1에 기재한 바와 같이 입자 크기가 1 mm 이하인 무기 화합물과 실리카를 포함하는 내화재료에, Si 분말과 금속 분말의 혼합 분말을 첨가하여 세라믹 웰딩용 조성물을 제조하였다. 상기 무기 화합물은 MgO, CaO, FeO, CaF2, Al2O3, Fe2O3 및 Cr2O3를 동일 함량비로 포함한다. 상기 금속 분말은 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf 및 Ce를 동일 함량비로 포함한다. 또한, 실시예의 범위를 벗어난 범위에서 세라믹 웰딩용 조성물을 제조하여 비교예 1 내지 7을 얻었다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7
무기 화합물의
입자 크기(mm)		 1 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하 1.5 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하 1 mm 이하
무기 화합물: 실리카의
중량비		 1:99 30:70 15:85 50:50 0:100
(실리카만 사용)		 40:60 15:85 15:85 15:85 15:85
Si 분말 : 금속 분말의
중량비		 7:1 14:1 12:1 10:1 10:1 10:1 5:1 15:1 10:1 10:1
혼합분말의 함량 30 17 5 15 15 15 15 15 3 35
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7에 따른 세라믹 웰딩용 조성물을 코크 로 탄화실 측벽에 각각 적용하였다. 그런 다음 리바운드 로스, 시공 전후 유동현상, 시공시 불꽃 소화현상, 시공 전후 부착량 및 내용성을 평가하여 하기 표 2에 기재하였다. 내용성은 시공 30일 경과 후 잔존량 관찰결과이다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7
Rebound
Loss		 적음 적음 적음 과다 많음 적음 과다 적음 과다 적음
시공전후
유동현상		 없음 없음 없음 없음 없음 발생 없음 발생 없음 발생
시공시 불꽃
소화현상		 없음 없음 없음 없음 없음 없음 발생 없음 없음 없음
시공전후 부착량 양호 양호 양호 적음 적음 양호 적음 양호 적음 양호
내용성 양호 양호 양호 불량 불량 불량 불량 불량 불량 불량
표 2의 결과에서, 실시예 1 내지 3에 따른 세라믹 웰딩용 조성물은 리바운드 로스, 시공 전후 유동현상, 시공시 불꽃 소화현상, 시공 전후 부착량 및 내용성에서 모두 만족한 결과를 보였으나, 비교예 1 내지 7에 따른 세라믹 웰딩용 조성물은 부착량 및 내용성 증진 효과가 미약하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 입자 크기가 1 mm 이하인 MgO, CaO, FeO, CaF2, Al2O3, Fe2O3 및 Cr2O3에서 선택되는 적어도 하나의 무기 화합물 및 실리카(다공질 실리카는 제외함)를 포함하는 내화재료; 및
    Si 분말과 금속 분말을 포함하는 혼합 분말(여기에서 금속 분말은 Al, Mg, Zr, Ca, Fe, Cr, Hf 및 Ce를 포함함);
    을 포함하는 세라믹 웰딩용 조성물로서,
    상기 무기 화합물과 실리카는 1:99 내지 30:70의 중량비로 포함되고,
    상기 Si 분말과 금속 분말은 12:1 내지 14:1의 중량비로 포함되고,
    상기 혼합 분말은 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함되고,
    상기 실리카는 용융 실리카, 규석, 트리디마이트 (Tridymite), 실리카 흄 (Silica Fume) 및 이들의 혼합물에서 선택되는,
    세라믹 웰딩용 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 마그네시아, 규회석, 코디어라이트, 페탈라이트 및 이들의 조합에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는, 세라믹 웰딩용 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 5 중량부의 함량으로 포함되는, 세라믹 웰딩용 조성물.
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