KR102499146B1 - 복수의 도포 방법에 적합한 단일 첨가제 내화 재료 - Google Patents

복수의 도포 방법에 적합한 단일 첨가제 내화 재료 Download PDF

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Abstract

고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스가 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 내화 재료와 혼합하는 단계; 및 이 내화 재료를 구조물 표면에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

복수의 도포 방법에 적합한 단일 첨가제 내화 재료
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함되는 2017년 1월 25일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/450,150의 우선권을 주장한다.
분야
본 개시는 일반적으로 내화 재료 및 이 내화 재료를 표면에 도포하는 프로세스에 관한 것이다. 특히, 본 명세서에 제공된 내화 재료, 시스템 및 그 사용의 프로세스는 광범위한 고온 용도에서 유용한 모노리스 표면을 형성한다.
용융 금속용 또는 재료 소각용으로 사용되는 고온 용기는 내부 공간의 열 또는 내용물을 수용하기 위해 내화 재료로 라이닝되어 있다. 이러한 내화재는 열응력에 저항할 수 있어야 할 뿐만 아니라 화학적 및 물리적 마모에도 저항할 수 있어야 한다.
전형적인 내화 재료는 이전에 소성된 벽돌 라이닝으로서 설치되거나, 모노리스 재료로서 현장에서 주조되거나, 또는 설치 전에 소성된 프리캐스트(pre-cast) 형상으로서 제공된다. 모노리스 내화 재료는 캐스팅, 래밍(ramming), 공압식 건식 거닝(dry gunning), 펌핑 및 습식 숏크리트(wet shot-crete)와 같은 다양한 설치 방법으로 설치될 수 있다. 개개의 설치 특성을 얻기 위해서는 각각의 특정의 설치 방법에 대한 재료 배합을 설계할 필요가 있다. 예를 들면, 래밍 재료는 유연성 및 비 슬럼프(non-slump) 특성을 필요로 하는 반면, 캐스팅 등급은 우수한 흐름 또는 높은 슬럼프를 필요로 한다. 다른 예로서, 건식 거닝에 적합한 내화 재료는 통상적으로 캐스팅 등급보다 작은 미세한 입자를 포함한다. 내화 재료 내에 존재하는 더 작은 입자의 재료는 노즐에서 습윤(wetting)되어야 하는 입자의 표면적을 감소시킨다.
개개의 설치 방법에 필요한 재료 특성은 흐름을 촉진하고 내화물 및 펌핑 혼합물의 물 요구량을 저감시키는 분산제와 같은 첨가제로 조정된다. 다당류 및 점토와 같은 다른 첨가제는 래밍 혼합물 및 공압식 건식 거닝 혼합물에 필요한 비 슬럼프 특성을 촉진하여 유연성 및 낮은 반발(rebound)을 가능하게 한다. 습식 숏크리트 프로세스의 경우, 재료가 표면에 닿는 순간 경화되도록 전형적으로 경화 촉진제가 노즐에 첨가된다. 이러한 모든 상이한 첨가제는 모노리스 재료의 설계를 매우 복잡하게 만든다.
또한, 적용분야의 요구사항이 상이하므로 현장 설치에는 일반적으로 설치 상황에 따라 작업 중에 여러가지 상이한 재료가 필요하다. 예를 들면, 버너용 래밍 혼합물, 충격 및 고마모 영역용 낮은 물 수요의 캐스터블(castable), 지붕 섹션용 건식 거닝 및 큰 벽 섹션용 습식 숏크리트 재료가 있다. 불행하게도, 적절한 검사가 수행되기 전에는 작업 범위 및 관련 재료의 양을 예측하는 것이 항상 가능한 것은 아니며, 이 검사는 퍼니스(furnace)가 냉각되고, 비계가 설치된 경우에만 가능하다. 대부분의 내화 재료는 긴 공급 리드 타임(lead time)을 가지므로 제공된 양이 개별 용도에 충분한지의 여부 및 작업 범위를 알지 못하고 사전에 종종 과잉량의 재료를 필요로 하므로 이것은 추가의 문제를 발생시킬 수 있다.
다수의 선행 재료 및 복잡한 설치 절차를 필요로 하지 않고, 몇몇 적용 방법을 이용하여 쉽게 적용할 수 있는 내화 시스템 및 이 내화 시스템의 적용을 개선하기 위한 지속적인 요구가 존재한다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스는 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 내화 재료와 혼합하는 단계; 및 이 내화 재료를 구조물 표면에 도포하는 단계를 포함한다.
본 개시의 하나 이상의 실시형태에서, 내화 조성물은 저 시멘트 내화 재료 및 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 포함한다. 내화 재료는 50 중량% 내지 85 중량%의 알루미나를 포함한다. 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 용액의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 8 중량%, 그리고 내화 재료의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량%의 아질산 나트륨 용액을 갖는 아질산 나트륨 용액을 포함한다. 임의선택적으로, 분산제는 내화 조성물 내에 포함될 수 있다. 분산제는 인산염, 폴리카복실레이트, 폴리글리콜에테르, 폴리아크릴레이트, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
상세한 설명
이하의 특정한 양태(들)의 설명은 본질적으로 예시적인 것에 불과하고, 본 발명, 본 발명의 적용 또는 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않으며, 당연히 변화될 수 있다. 본 개시는 본 명세서에 포함된 비제한적인 정의 및 용어에 관련하여 제공된다. 이들 정의 및 용어는 본 발명의 범위 또는 실시에 대한 제한으로서 기능하도록 설계된 것이 아니고 예시 및 설명의 목적을 위해서만 제시된다. 공정 또는 구성요소가 개별적인 단계의 순서로 또는 특정 재료를 이용하여 기술되지만, 본 명세서에 제시된 단계 또는 재료 및 그 등가물은 상호교환가능하므로 설명은 본 기술분야의 당업자가 쉽게 이해하는 바와 같은 많은 방식으로 배열되는 다수의 부품 또는 단계를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정의 실시형태를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 한정하는 것을 의도하지 않는다. 본 명세서에서 사용될 때, 단수형 "하나"는 명확하게 달리 지시하지 않는 한 "하나 이상"을 포함하는 복수형을 포함하도록 의도된다. "또는"은 "및/또는"을 의미한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "및/또는"은 표시된 관련 항목 중 하나 이상의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다. 용어 "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 본 명세서에서 사용되는 경우에 언급된 특징, 영역, 정수, 단계, 작용, 요소, 및/또는 부품의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 정수, 단계, 작용, 요소, 부품, 및/또는 이들의 그룹의 존재나 추가를 배제하지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다. 용어 "또는 이들의 조합"은 전술한 요소들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 의미한다.
달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "약", "대략" 또는 "대략적으로"에 의해 수식되는 거리, 크기 또는 기타 치수를 표현하는 모든 수는 최소 유효 숫자까지 변화되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에서 임의의 범위의 개시는 범위 자체 및 범위 내에 포함된 모든 것 뿐 아니라 종점들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에 기재된 수치적 특성은 본 개시의 실시형태에서 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변화할 수 있는 근사값이다. 본 개시의 넓은 범위를 제시하는 수치 범위 및 파라미터가 근사값임에도 불구하고, 특정 실시례에 제시된 수치는 가능한 정확하게 보고되어 있다.
달리 정의되지 않는 한 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어를 포함함)는 본 개시가 속하는 기술분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술분야 및 본 개시의 문맥에서의 의미와 일치되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 더 이해될 것이다.
본 개시의 재료 및 프로세스는 아질산 나트륨 첨가제를 내화 재료에 통합하고, 이는 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 및 습식 숏크리트와 같은 복수의 설치 방법에 대한 내화 재료의 설치 특성을 가능하게 한다. 아질산 나트륨 첨가제는 적용 방법의 범위에 따라 적용 현장에서 첨가될 수 있다.
본 개시의 실시형태는 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스를 포함한다. 하나 이상의 실시형태에서, 이 프로세스는 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 내화 재료와 혼합하는 단계 및 이 내화 재료를 구조물 표면, 임의선택적으로는 플로어와 같은 수평에서 벗어나거나 수평을 배제하지만 지붕이나 기타 돌출 구조를 포함하는 구조물 표면에 도포하는 단계를 포함한다.
용어 "내화 재료"는 1,000 ℉(811 K; 538 ℃)를 초과하는 환경에 노출되는 구조 또는 시스템의 구성요소에 적용할 수 있는 화학적 및 물리적 특성을 갖는 재료, 임의선택적으로는 비금속 재료를 의미하며, 이는 원용에 의해 그 전체가 본 개시에 포함되는 내화재 관련 용어 ASTM C71에 따른 것이다.
용어 "건조 내화 재료"는 표준 온도 및 압력(STP)(22.5 ± 2.5 ℃의 온도 및 대략 1 기압의 압력)에서 액체인 재료를 제외한다. 예를 들면, 건조 내화 재료를 기준으로 한 총 중량은 물 또는 용매의 중량을 포함하지 않는다.
하나 이상의 실시형태에서, 내화 재료는 골재 성분 및 결합제를 포함한다. 내화 재료의 일부의 실시형태에서, 골재 성분은 총 건조 중량으로 50 내지 95% 존재한다. 골재 성분은 플린트 점토, 멀코아, 현무암, 감람석, 규조암, 버미큘라이트, 진주암, 몰로카이트, 깁사이트, 남정석, 뮬라이트, 크로마이트, 판상 알루미나, 규소 산화물, 실리카, 소성 보크사이트, 크롬 산화물, 지르코니아, 인광석, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 골재 성분은 알루미나, 임의선택적으로는 50 내지 85 중량%의 최종 조성의 알루미나를 포함할 수 있다. 골재 성분의 입자 크기는 0.1 내지 1000 마이크론 범위일 수 있다. 골재 입자는 구형, 다면체, 불규칙형, 및 이들의 조합을 포함하는 다양한 형태일 수 있음을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 내화 재료는 저 시멘트 내화 재료를 포함할 수 있다. 용어 "저 시멘트"는 0.2 중량% 이상, 그러나 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 함유하는 재료를 의미한다. 임의선택적으로, 내화 재료는 뮬라이트 재료, 알루미늄 산화물, 칼슘 알루미네이트 시멘트, 소성 알루미나, 반응성 알루미나, 마이크로실리카, 폴리에틸렌 글리콜, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 임의선택적으로, 내화 재료는 건조 내화 재료의 총량을 기준으로 50.0 내지 75.0 중량%의 뮬라이트 재료를 포함할 수 있고, 여기서 뮬라이트 재료는 50.0 내지 65.0 %의 알루미늄 산화물을 포함한다. 임의선택적으로, 내화 재료는 건조 내화 재료의 총량을 기준으로 3.0 내지 10.0 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트; 10.0 내지 25.0 중량%의 소성 알루미나; 4.0 내지 15.0 중량%의 마이크로실리카; 및 0.1 내지 2.0 중량%의 폴리에틸렌 글리콜을 포함할 수 있다. 임의선택적으로, 내화 재료는 건조 내화 재료의 총량을 기준으로 2.0 내지 5.0 중량%의 반응성 알루미나를 포함할 수 있다.
이러한 내화 재료의 예시적인 실시례는 알루미나와, 칼슘 알루미네이트와 같은 시멘트계 성분으로 형성되는 것을 포함한다. 또한, 저 시멘트 내화재의 예시적인 실시형태는 70 중량%의 뮬라이트 재료(예, 멀코아 60 골재) 4 메시 내지 325 메시(전형적인 58.6 중량% Al2O3); 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71); 6 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966); 15 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제); 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제)를 포함하는 알루미나계 내화재일 수 있다.
일부의 실시형태에서, 내화 재료는 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 분산제는 인산염, 폴리카복실레이트, 폴리글리콜에테르, 폴리아크릴레이트계 재료, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 인산염계 분산제를 포함하는 재료의 예시적인 실시례는 원용에 의해 본원에 포함되는 미국 특허 7,503,974, 및 미국 특허 출원 번호 13/577,305(공개 번호 US 2012/0304904)에 예시적으로 기재되어 있다. Stellar Materials, Inc.(Boca Raton., FL에 소재)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 다양한 재료, 예를 들면, Thermbond 7004 또는 Thermblock 85와 같은 다른 재료도 사용될 수 있다. 재료 및 그 생산 방법의 예시적인 실시례는 원용에 의해 본원에 포함되는 미국 특허 6,447,596 및 5,888,292에서 찾아볼 수 있다.
분산제는 임의선택적으로 건조 물질의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 10.0 중량%의 총 농도로, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위로 내화 재료와 혼합될 수 있다. 임의선택적으로, 분산제는 3.0 중량% 내지 7.0 중량%의 총 농도로, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위로 건조 내화 재료와 혼합될 수 있다. 임의선택적으로, 분산제는 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 또는 10.0의 총 중량% 농도로 건조 내화 재료와 혼합된다.
실시형태에서, 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 용액으로 존재한다. 아질산 나트륨 용액은 적절한 용매(임의선택적으로 물)에 임의선택적으로 물 10,000 g 당 50 그램(g) 내지 800 g의 건조 아질산 나트륨 분말의 비율로 용해된 아질산 나트륨을 포함할 수 있다. 본 개시에서, 용어 "물"은 탈이온수, 정제수, 샘물, 담해수, 또는 물 처리 플랜트로부터 입수가능한 물을 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 물은 음용수에서 통상적으로 발견되는 미량의 칼슘, 소듐, 불화물 및 기타 이온을 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 내화재와 혼합되기 전의 아질산 나트륨 용액은 용액(즉, 아질산 나트륨 및 물)의 총 중량을 기준으로 대략 0.10 내지 대략 40.0 중량%의 아질산 나트륨을 포함할 수 있다. 임의선택적으로, 아질산 나트륨 용액은 용액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8.0 중량%를 포함할 수 있다. 임의선택적으로, 아질산 나트륨 용액은 용액의 총 중량을 기준으로 대략 1.0 중량% 내지 8.0 중량%을 포함할 수 있다. "0.1 내지 40.0 중량%"에 포함되는 개개의 값 및 부분범위는 별도의 실시형태로서 본 명세서에 개시되어 있다.
다음에, 아질산 나트륨 용액은, 일부의 양태에서, 내화 재료를 구조물 표면에 도포하기 이전에 또는 도포 시점에서 내화 재료와 혼합된다. 도포 시의 내화 재료와 혼합되는 아질산 나트륨 첨가제의 양은 조합된 아질산 나트륨 용액/내화재 총 중량에 대하여 임의선택적으로 0.01 내지 4.0 중량%, 임의선택적으로 0.1 내지 3.0 중량%, 임의선택적으로 0.3 내지 2.5 중량%이다. 일부의 양태에서, 최종 혼합물 내의 아질산 나트륨의 양은 건조 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 중량%이다. 일부의 양태에서, 예를 들면, 숏크리트와 같은 프로세스에 의해 내화 재료가 도포되는 경우, 질산 나트륨의 최종량은 1.0 중량% 내지 3.0 중량%, 임의선택적으로 1.5 중량% 내지 2.0 중량%이다. 예를 들면, 아질산 나트륨 첨가제가 래밍 또는 거닝과 같은 적용을 위해 내화 재료와 혼합되는 다른 양태에서, 아질산 나트륨의 최종량은 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 0.05 내지 대략 1.0 중량%의 아질산 나트륨일 수 있다. 다른 양태에서, 아질산 나트륨의 양은 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 중량%, 0.1 내지 0.75 중량%, 또는 0.1 내지 0.5 중량%일 수 있다.
고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스의 하나 이상의 실시형태에서, 표면에의 적용 시에 내화 재료 중의 물 또는 용매는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량%이다. 임의선택적으로, 내화 재료는 낮은 물 첨가를 포함한다. 용어 "낮은 물 첨가"는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 6.0 중량%의 물이 존재함을 의미한다. 일부의 실시형태에서, 내화 재료 중의 물은 내화 재료의 총 중량을 기준으로 10 중량% 미만, 임의선택적으로는 6 중량% 미만의 물이다. "1.0 내지 10.0 중량%"에 포함되는 개개의 값 및 부분범위는 별도의 실시형태로서 본 명세서에 개시되어 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 내화 재료가 예로서 래밍 프로세스에 의해 도포되는 경우, 내화 재료 중의 물의 양은 내화 재료의 총 중량을 기준으로 6.0 중량% 미만이다. 종래의 래밍 재료와 달리, 혼합은 낮은 물 첨가로 수행될 수 있다. 낮은 물 첨가는 종래의 인산염 결합 플라스틱 래밍 재료에서 약 1% 이상의 높은 건조 수축을 감소시킨다. 아질산 나트륨 용액을 사용하는 캐스터블 등급의 래밍 혼합물의 건조 수축률은 0.1% 미만이다. 이론에 구속될 의도 없이, 낮은 물 첨가는 소성 후의 크랙 또는 심지어 작업 온도에서의 개방 크랙(open crack)을 감소시키거나 방지하는 것으로 생각된다.
아질산 나트륨 용액이 더 적은 양(10 중량% 미만)의 아질산 나트륨을 함유하고, 아질산 나트륨 용액이 분산제를 포함하는 저 시멘트 내화 재료와 혼합된 경우에 분산제는 2 내지 3 분의 혼합 후에 활성화되는 것으로 밝혀졌다. 아질산 나트륨 용액은 내화 재료를 추가로 경화하지 않고 유연한 비 슬럼프 재료로 변환시킨다. 내화 재료는 경화가 천천히 일어날 때까지 추가의 30 내지 60 분 동안 유연한 상태를 유지한다.
고온 용도로 사용하기 위한 구조를 형성 또는 수리하는 프로세스의 실시형태에서, 내화 재료는 구조물 표면에 도포될 수 있다. 구조물 표면은 퍼니스, 킬른, 소각로, 또는 반응기의 내벽일 수 있고, 세라믹, 금속 또는 목재를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 내화 재료를 도포하기 위한 방법은 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍 및 습식 숏크리트를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 건조 내화 재료는 5 내지 30 분 동안 또는 2 내지 10 분 동안 사전 혼합되고, 다음에 혼합기가 작동 중인 상태에서 아질산 나트륨 용액을 건조 재료 내에 천천히 부어넣는다. 내화 재료 및 아질산 나트륨 용액은 내화 재료를 구조물 표면에 도포한 후 5 분 이내에 혼합된다. 일부의 실시형태에서, 건조 아질산 나트륨은 건조 내화 재료와 사전 혼합되고, 다음에 건조 내화 재료에 물이 첨가된다. 건조 내화 재료와 물이 혼합되면, 내화 재료가 구조물 표면에 도포된다.
일부의 실시형태에서, 예를 들면, 내화 재료가 공압식 거닝 프로세스에 의해 도포되는 경우, 일정 비율의 아질산 나트륨 용액 또는 물이 사전 축임(pre-dampening)을 위해 혼합기에 첨가될 수 있다. 나머지 아질산 나트륨 용액 또는 물은 노출에서 첨가될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 아질산 나트륨 용액의 총량의 25% 내지 75%는 재료를 건나이트 기계(gunite machine)에 충전하기 전에 사전 축임용으로 첨가될 수 있고, 아질산 나트륨 용액의 총량의 25% 내지 75%는 노즐에서 첨가된다. 사전 축임은 제한된 공간 내에서 거닝하는 경우에 유리할 수 있다. 임의선택적으로, 아질산 나트륨 용액의 100%가 노즐에서 내화 재료에 통합된다.
종래의 공압식 건식 거닝 도포는 습식 도포 프로세스보다 많은 분진을 생성하여, 역사적으로 미립자 내화 재료의 사용을 방해하고 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 내화 재료가 공압식 건식 거닝 도포로 도포되는 경우, 아질산 나트륨 용액의 사용은 거닝 중에 노즐에서의 습윤을 촉진하여 분진이 매우 낮아지도록 한다. 따라서, 제공된 프로세스 또는 재료에서 사용되는 내화 재료는 입자 크기가 종래의 저 시멘트 거닝 혼합물보다 미세한 대략 45 마이크론 미만인 미세 분말 함량을 함유할 수 있다. 이론에 구속될 의도 없이, 아질산 나트륨 용액은 내화 재료가 구조물 표면에 도포될 때에 발생할 수 있는 분진의 양을 감소시키는 것으로 생각된다.
또한, 내화 재료가 분산제를 추가로 포함하는 경우, 물의 중량%는 아질산 나트륨 첨가제를 사용하지 않는 내화재 도포 프로세스에서의 물의 중량%에 비해 감소된다. 내화 재료는 구조물 표면 상에서 젖어 있는 것처럼 보이지만, 아질산 나트륨 첨가제의 반응으로 인해 슬럼핑(slumping)되지 않는다. 이론에 구속될 의도 없이, 아질산 나트륨 첨가제는 분산제의 활성을 상쇄하는 것으로 생각된다. 이것은 더 큰 골재가 젖은 기재에 잘 통합되기 때문에 매우 낮은 반발 속도를 가능하게 한다. 거닝되고 소성된 시험 패널의 절단면은 주조 재료와 동일한 입자 크기 분포를 보여준다. 반발에 의한 입자 성분의 명백한 손실은 없다.
본 발명의 다양한 양태를 이하의 비제한적인 실시례에 의해 설명한다. 본 실시례는 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 실시를 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 변형 및 수정을 행할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에 예시된 시약은 상업적으로 이용가능하고, 당업자는 이러한 시약을 입수할 수 있는 곳을 쉽게 안다.
예시적인 양태
고온 용도로 사용하기 위한 구조물의 형성 또는 수리의 프로세스의 다양한 양태가 설명되고, 이러한 양태는 다양한 다른 양태와 함께 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
제 1 양태에서, 본 개시는 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스를 제공한다. 이 프로세스는 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 내화 재료와 혼합하는 단계; 및 이 내화 재료를 구조물 표면에 도포하는 단계를 포함한다.
제 2 양태에서, 본 개시는 아질산 나트륨 첨가제가 용액의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 8.0 중량%의 아질산 나트륨의 아질산 나트륨 용액을 포함하는 제 1 양태의 프로세스를 제공한다.
제 3 양태에서, 본 개시는 아질산 나트륨 용액이 수용액인 제 2 양태의 프로세스를 제공한다.
제 4 양태에서, 본 개시는 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제가 내화 재료를 구조물 표면에 도포하기 전 5 분 이내에 내화 재료와 혼합되는, 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 5 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 갖는 저 시멘트 내화 재료를 포함하는 제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 6 양태에서, 본 개시는 내화 재료를 도포하는 단계가 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 또는 습식 숏크리트 방법을 포함하는 제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 7 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 알루미나를 포함하는 제 1 양태 내지 제 6 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 8 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 포스페이트; 폴리카복실레이트; 폴리글리콜에테르; 폴리아크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 더 포함하는 제 1 양태 내지 제 7 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 9 양태에서, 본 개시는 프로세스가 아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 첨가하기 이전에 분산제를 내화 재료에 첨가하는 단계를 더 포함하고, 분산제의 양이 내화 재료의 총 중량을 기준으로 0.08 중량% 내지 1.0 중량%인 제 1 양태 내지 제 8 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 10 양태에서, 아질산 나트륨 용액을 내화 재료와 혼합하는 단계 - 아질산 나트륨 용액은 용액의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 8.0 중량%의 아질산 나트륨을 포함하고, 첨가제는 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 10.0 중량%의 아질산 나트륨으로 혼합됨 -; 및 내화 재료를 구조물 표면에 도포하는 단계를 제공한다.
제 11 양태에서, 본 개시는 내화 재료를 도포하는 단계가 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 또는 습식 숏크리트 방법을 포함하는 제 10 양태의 프로세스를 제공한다.
제 12 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 포함하는 제 10 양태 또는 제 11 양태의 프로세스를 제공한다.
제 13 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 알루미나를 포함하는 제 10 양태 내지 제 12 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 14 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 포스페이트; 폴리카복실레이트; 폴리글리콜에테르; 폴리아크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 포함하는 제 10 양태 내지 제 13 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 15 양태에서, 본 개시는 아질산 나트륨 첨가제의 첨가 이전에 분산제가 내화 재료 내에 건조 내화 재료의 중량을 기준으로 0.08 내지 1.0 중량%의 양으로 존재하는 제 10 양태 내지 제 15 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 16 양태에서, 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 프로세스로서, 아질산 나트륨 첨가제를 내화 재료와 혼합하는 단계 - 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 분말 및 물을 포함하고, 아질산 나트륨 분말의 양은 아질산 나트륨 용액의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 40 중량%이고, 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 첨가제의 조합된 중량을 기준으로 0.10 중량% 내지 10 중량%임-; 및 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 습식 숏크리트 방법, 또는 이들의 조합에 의해 상기 내화 재료를 구조물 표면에 도포하는 단계를 포함하고, 내화 재료는 인산염, 폴리카복실레이트, 폴리글리콜에테르, 폴리아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 포함하고, 내화 재료는 50 중량% 내지 85 중량%의 알루미나를 포함한다.
제 17 양태에서, 본 개시는 분산제가 0.08 중량% 내지 1.0 중량%의 양으로 또는 0.08 중량% 내지 0.1 중량%의 양으로 존재하는 제 16 양태의 프로세스를 제공한다.
제 18 양태에서, 본 개시는 혼합이 낮은 물 첨가를 더 포함하는 제 16 양태 또는 제 17 양태의 프로세스를 제공한다.
제 19 양태에서, 본 개시는 내화 재료가 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 포함하는 제 16 양태 내지 제 18 양태 중 어느 하나의 프로세스를 제공한다.
제 20 양태에서, 본 개시는 저 시멘트 내화 재료 - 상기 저 시멘트 내화 재료는 50 중량% 내지 85 중량%의 알루미나를 포함함 -; 아질산 나트륨 첨가제 - 상기 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 용액의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 8 중량%, 그리고 내화 재료의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량%의 아질산 나트륨(NaNO2)을 포함하는 아질산 나트륨 용액을 포함함 -; 및 임의선택적으로, 인산염; 폴리카복실레이트; 폴리글리콜에테르; 폴리아크릴레이트; 및 이들의 조합으로부터 선택되는 분산제를 포함하는 내화 조성물을 제공한다.
실시례
실시례 1: 래밍 재료의 형성 및 도포
5%의 칼슘 알루미네이트 시멘트 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(70 중량%의 뮬라이트 재료(예, 멀코아 60 골재) 4 메시 내지 -325 메시(전형적인 58.6 중량%의 Al2O3), 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 6 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 15 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 0.08 중량%의 폴리에틸렌글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 60%의 알루미나계 캐스터블을 혼합하여 건조 내화 재료를 형성하였다. 이 건조 내화 재료를 5.5 중량%(건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 함)의 양으로 2.8%의 아질산 나트륨 용액과 혼합하였다. 재료를 5 분 동안 혼합한 후, 이 재료를 슬럼프 없이 공압 래밍 해머를 이용하여 오버헤드(overhead)로 래밍하였다. 작업 시간은 30 분이었고, 경화 시간은 약 3 시간이었다. 1500 ℉에서의 소성 후에 최종 저온 파쇄 강도는 18000 PSI였고, ASTM C 704 마모 손실은 4.5 cc였고, 수축률은 0.1 % 미만이었다.
실시례 2: 공압식 건식 거닝 재료의 형성 및 도포
5%의 칼슘 알루미네이트 시멘트 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(70 중량%의 뮬라이트 재료(예, 멀코아 60 골재) 4 메시 내지 -325 메시(전형적인 58.6 중량%의 Al2O3), 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 6 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 15 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 0.08 중량%의 폴리에틸렌글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 60%의 알루미나계 내화재를 공압식 로터리 보울 콘크리트 거닝 머신(pneumatic rotary bowl concrete gunning machine)으로 시간당 2500lb의 속도로 거닝하였다. 노즐에서, 2.8 중량%의 아질산 나트륨 용액을 200 PSI의 고압 펌프로 첨가하여, 최종량이 5.5 중량%인 아질산 나트륨 용액(건조 내화재 및 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량의 기준으로 함)이 되게 하였다. 총 반발은 10% 미만이었다. 1500 ℉에서의 소성 후에 최종 저온 파쇄 강도는 12000 PSI였고, ASTM C 704 마모 손실은 7 cc였고, 수축률은 0.15% 미만이었다.
동일한 내화 재료가 설치 상황 및 원하는 특성에 따라 4.5% 내지 5.5%의 비율로 캐스팅 및 펌핑의 목적을 위해 통상의 무수 아질산 나트륨과 혼합될 수 있다.
실시례 3: 래밍 재료의 형성 및 도포
2%의 칼슘 알루미네이트 시멘트 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.06 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(77 중량%의 보크사이트 재료 3 메시 내지 -325 메시(전형적인 85 중량%의 Al2O3), 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 5 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 12 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 0.08 중량%의 폴리에틸렌글리콜, 및 3.94 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 82%의 알루미나계 캐스터블을 혼합하여 건조 내화 재료를 형성하였다. 건조 내화 재료를 2.8%의 아질산 나트륨 아질산 나트륨 용액과 혼합하여, 최종량이 4.3 중량%인 아질산 나트륨 용액(건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 함)이 되게 하였다. 5 분 동안 혼합한 후, 재료를 슬럼프 없이 공압 래밍 해머를 이용하여 오버헤드로 래밍하였다.
실시례 4: 래밍 재료의 형성 및 도포
5%의 칼슘 알루미네이트 시멘트 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(72 중량% 규소 탄화물 재료 4 메시 내지 -325 메시(전형적인 98% SiC, Electro Abrasives), 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 7 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 12 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 규소 탄화물계 캐스터블을 혼합하여 건조 내화 재료를 형성하였다. 이 건조 내화 재료를 5%의 아질산 나트륨 용액과 혼합하여, 최종량이 4.3 중량%인 아질산 나트륨 용액(건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 함)이 되게 하였다. 5 분 후, 혼합된 재료를 슬럼프 없이 공압 래밍 해머를 이용하여 오버헤드로 래밍하였다.
실시례 5: 래밍 재료의 형성 및 도포
20% 규소 탄화물 첨가 및 5%의 칼슘 알루미네이트 시멘트 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(53 중량%의 뮬라이트 재료(예, 멀코아 60 골재) 4 메시 내지 -325 메시(전형적인 58.6 중량% Al2O3), 20 중량% SiC(98% SiC Electro Abrasives) < 35 메시, 5 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 6 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 15 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 50%의 알루미나계 캐스터블을 물 중에서 2.8%의 아질산 나트륨과 혼합하여, 최종량이 5.5 중량%인 내화재에의 첨가제 용액이 되게 하였다. 5 분 동안 혼합한 후, 재료를 슬럼프 없이 공압 래밍 해머를 이용하여 오버헤드로 래밍하였다.
실시례 6: 래밍 재료의 형성 및 도포
0.2%의 칼슘 산화물 및 폴리글리콜계 분산제(0.1 중량% 또는 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜)(70 중량%의 뮬라이트 재료(예, 멀코아 60 골재) 4 메시 내지 -325 메시(전형적인 58.6 중량% Al2O3), 0.6 중량%의 칼슘 알루미네이트 시멘트(예, Secar 71), 6 중량%의 마이크로실리카(예, Elkem 966), 15 중량%의 소성 알루미나(예, Almatis제), 3%의 수화성 알루미나(Dynabond Aluchem), 0.08 중량%의 폴리에틸렌 글리콜, 및 3.92 중량%의 반응성 알루미나(예, Almatis제))를 함유한 60%의 알루미나계 캐스터블을 물 중에서 2.8%의 아질산 나트륨과 혼합하여, 최종량이 5.5 중량%인 내화재에의 첨가제 용액을 형성하였다. 5 분 동안 혼합한 후, 재료를 슬럼프 없이 공압 래밍 해머를 이용하여 오버헤드로 래밍하였다.
본 명세서에 도시 및 설명된 것에 더하여, 본 발명의 다양한 변경이 상기 설명의 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 이와 같은 변경도 또한 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
모든 시약은 달리 명시되지 않는 한 본 기술분야에 공지된 공급원으로부터 입수할 수 있다는 것이 이해된다.
본 명세서에 언급된 특허 및 공개는 본 발명이 속하는 당업자의 수준을 나타낸다. 이들 특허 및 공개는 각 개별 출원 또는 공개가 구체적이고 개별적으로 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 것과 동일한 정도로 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (20)

  1. 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 방법으로서,
    상기 방법은
    아질산 나트륨(NaNO2) 첨가제를 내화 재료와 혼합하여, 내화 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 내화 혼합물을 구조물 표면에 도포하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아질산 나트륨 첨가제는 용액의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10.0 중량%의 아질산 나트륨을 갖는 아질산 나트륨 용액이고,
    상기 내화 혼합물은 인산염; 폴리카복실레이트; 폴리글리콜에테르; 폴리아크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 더 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아질산 나트륨 용액은 수용액인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아질산 나트륨 첨가제는 상기 내화 혼합물을 상기 구조물 표면에 도포하기 전 5 분 이내에 상기 내화 재료와 혼합되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내화 재료는 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 갖는 저 시멘트 내화 재료를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내화 혼합물을 도포하는 단계는 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝(dry gunning), 래밍(ramming), 또는 습식 숏크리트(wet shot-crete) 방법을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내화 재료는 알루미나를 포함하고,
    상기 내화 재료는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 4.0 내지 15.0중량%의 마이크로실리카를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 아질산 나트륨 첨가제를 첨가하기 이전에 상기 분산제를 상기 내화 재료에 첨가하는 단계를 더 포함하고,
    상기 분산제의 양은 상기 내화 재료의 총 중량을 기준으로 0.08 중량% 내지 1.0 중량%인, 방법.
  8. 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 방법으로서,
    상기 방법은
    아질산 나트륨 용액을 내화 재료와 혼합하여 내화 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 아질산 나트륨 용액은 상기 용액의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 10.0 중량%의 아질산 나트륨을 포함하고, 상기 아질산 나트륨 용액은 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 용액의 조합된 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 4.0 중량%의 아질산 나트륨으로 혼합되는, 단계; 및
    상기 내화 혼합물을 구조물 표면에 도포하는 단계
    를 포함하고,
    상기 내화 혼합물은 인산염; 폴리카복실레이트; 폴리글리콜에테르; 폴리아크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 더 포함하는,
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내화 혼합물을 도포하는 단계는 캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 또는 습식 숏크리트 방법을 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 내화 재료는 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 포함하고,
    상기 내화 재료는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 4.0 내지 15.0중량%의 마이크로실리카를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 내화 재료는 알루미나를 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 분산제는 상기 아질산 나트륨 첨가제를 첨가하기 이전에 내화 재료의 총 중량을 기준으로 0.08 내지 1.0 중량%의 양으로 상기 내화 재료 내에 존재하는, 방법.
  13. 고온 용도로 사용하기 위한 구조물을 형성 또는 수리하는 방법으로서,
    상기 방법은
    아질산 나트륨 첨가제를 내화 재료와 혼합하여, 내화 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 분말 및 물을 포함하고, 상기 아질산 나트륨 분말의 양은 상기 아질산 나트륨 첨가제의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 8.0 중량%이고, 건조 내화 재료와 아질산 나트륨 첨가제의 조합된 중량을 기준으로 0.10 중량% 내지 10 중량%인, 단계; 및
    캐스팅, 펌핑, 공압식 건식 거닝, 래밍, 습식 숏크리트 방법, 또는 이들의 조합에 의해 상기 내화 혼합물을 구조물 표면에 도포하는 단계
    를 포함하고,
    상기 내화 재료는 인산염, 폴리카복실레이트, 폴리글리콜에테르, 폴리아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분산제를 포함하고,
    상기 내화 재료는 50 중량% 내지 85 중량%의 알루미나를 포함하는,
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분산제는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 0.08 내지 1.0 중량%의 양으로 상기 내화 재료 내에 존재하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 혼합은 1 내지 6 중량%의 물 첨가를 더 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 내화 재료는 2.5 중량% 미만의 칼슘 산화물을 포함하고,
    상기 내화 재료는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 4.0 내지 15.0중량%의 마이크로실리카를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 분산제는 내화 재료의 총 중량을 기준으로 0.08 내지 0.1 중량%의 양으로 상기 내화 재료 내에 존재하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 아질산 나트륨 첨가제는 아질산 나트륨 및 물로 이루어지는, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 내화 혼합물은 0.1% 미만의 건조 수축률을 나타내는, 방법.
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