KR102628680B1 - 내화 블록 조성물, 내화 블록 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 섬유, 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 내화 블록 조성물로서, 상기 내화 블록 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 이상의 금속 섬유를 포함하는, 내화 블록 조성물, 내화 블록 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

내화 블록 조성물, 내화 블록 및 이의 제조 방법{COMPOSITE FOR REFRACTORY BLOCK, REFRACTORY BLOCK AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 강도 및 파괴 인성 등이 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 문제 발생이 방지 가능한 내화 블록 조성물, 내화 블록 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
캐스터블(castable) 제품은 시공성이 우수하고, 일체 구조물의 형성 등 여러 이점을 가져 널리 이용되고 있다. 그러나, 종래 캐스터블 제품은 첨가되는 수분의 양이나 시공체의 시공 방법에 따라 큰 직경의 기공, 크랙(crack), 스폴링(spalling) 등의 결함이 발생하는 문제가 있었다. 특히, 캐스터블 제품에 외력이 가해지면 상술한 바와 같은 결함의 선단부에 큰 힘이 작용되어 균열이 점차 진행됨으로써 재료 전체가 파괴되는 등의 문제가 있었다.
이에 대한 대안으로 캐스터블 제품의 조성물에 금속 섬유를 첨가하여 균열, 박리 등의 결점을 방지하는 방법이 제안되었다. 구체적으로, 일본 공개특허 제2016-124768호(특허문헌 1)에는 내화성 원료와 스틸 섬유로 구성되는 용융 금속 용기 뚜껑용 캐스터블 내화물이 개시되어 있다. 구체적으로, 특허문헌 1과 같이 철 섬유(steel fiber) 등의 금속 섬유를 포함하는 종래 캐스터블 제품은 결함이 금속 섬유에 부딪거나, 교차되어 균열의 진행을 멈춤으로써 결점을 방지한다. 그러나, 특허문헌 1과 같이 금속 섬유를 포함하는 종래 캐스터블 제품은 고온에서 장시간 사용시 금속 섬유가 산화되어 팽창 균열이 발생됨으로써 금속 섬유의 첨가로 인한 효과인 결함 방지 효과가 감소하는 한계가 있었다. 또한, 철 섬유를 5질량% 이상 포함하는 캐스터블 제품은, 부정형 내화물 시공시에 철 섬유가 서로 뭉치는 현상이 발생하거나 분산성이 떨어져 시공 자체에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 고온에서 장시간 사용 가능하고, 강도 및 파괴 인성 등이 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생 방지가 가능한 내화 블록에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
일본 공개특허 제2016-124768호 (공개일: 2016. 7. 11.)
이에, 본 발명은 고온에서 장시간 사용 가능하고, 강도 및 파괴 인성 등이 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생이 적은 내화 블록 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 금속 섬유, 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 내화 블록 조성물로서,
상기 내화 블록 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 이상의 금속 섬유를 포함하는, 내화 블록 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 내화 블록 조성물 유래, 내화 블록을 제공한다.
나아가, 본 발명은 틀에 금속 섬유를 채우는 단계;
금속 섬유가 채워진 틀에 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 바인더 조성물을 첨가하여 블록 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 블록 조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는, 내화 블록의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 내화 블록은 충돌 내구성, 강도 및 파괴 인성 등의 기계적 강도가 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생이 적다. 또한, 상기 내화 블록은 고온에서 장시간 사용 가능하여 다양한 분야에 적용 가능하다. 특히, 본 발명에 따른 내화 블록은 하중을 많이 받는 부위, 조업의 온도 변화가 극심한 부위, 기계적 충격을 많이 받는 부위 등 열악한 다양한 부위에 소재로 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 내화 블록을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 제조된 블록의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블록의 제조 방법, 및 제조된 시편의 외관 및 단면 사진이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 "평균 입경"은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어, 45㎛ 이상의 평균 입경을 가지는 내화 골재는 표준체를 활용한 체가름 시험방법인 KS A 0507:2007을 통해 측정될 수 있으며, 45㎛ 미만의 평균 입경을 가지는 내화 원료는 입도 분석기(Particle size analyzer, PSA)를 이용하여 측정한 입경 분포도에서 누적 분포 50%(D50)의 입경으로 측정할 수 있다.
내화 블록 조성물
본 발명의 내화 블록 조성물은 금속 섬유, 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함한다.
특히, 상기 내화 블록 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 이상의 금속 섬유를 포함한다. 즉, 상기 내화 블록 조성물은 종래 캐스터블 제품보다 다량의 금속 섬유를 포함함으로써, 강도 및 마모 등의 기계적 강도가 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생이 적은 장점이 있다.
금속 섬유
금속 섬유는 강도 강화재로서, 제조된 블록의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 금속 섬유는 제조된 블록 내에서 서로 얽혀 네트워크를 이룸으로써 블록의 강도 및 파괴 인성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 금속 섬유는 제조된 블록 내에서 발생한 균열(crack)의 전파를 방해하여 블록의 결함으로 인해 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
상기 금속 섬유는 평균 직경이 0.65mm 이하, 0.45 내지 0.65 mm, 또는 0.5 내지 0.6 mm일 수 있다. 금속 섬유의 평균 직경이 상기 범위 미만인 경우, 금속 섬유가 치밀하게 충진되어 내화성 골재의 유입이 어려워 제조된 블록의 시공이 어려운 문제가 있고, 금속 섬유의 평균 직경이 상기 범위 초과인 경우, 금속 섬유의 적용 비율이 감소하여 제조된 내화 블록의 기계적 물성이 부족해지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 금속 섬유는 평균 길이가 30mm 이하, 20 내지 30 mm, 또는 20 내지 25 mm일 수 있다. 금속 섬유의 평균 길이가 상기 범위 초과인 경우, 제조된 블록 내에서 금속 섬유가 서로 얽힌 네트워크 구조를 생성하기 어렵기 때문에 우수한 기계적 물성 발현이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 금속 섬유는 통상적으로 구매 또는 제조할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 철 섬유일 수 있다.
상기 금속 섬유는 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율이 ±5중량% 일 수 있다. 금속 섬유의 산화율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 제조된 블록을 고온 환경에 적용시 블록 내 금속 섬유가 산화되어 급격하게 팽창됨으로써 블록의 강도가 급격하게 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 금속 섬유는 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 이상의 함량으로 조성물에 포함된다. 구체적으로, 상기 금속 섬유는 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 40 중량%, 보다 구체적으로, 20 내지 30 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 금속 섬유의 함량이 상기 범위 내인 경우, 제조된 블록의 파괴 계수가 향상되어 강도가 우수한 효과가 있다. 한편, 금속 섬유의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 금속 섬유의 첨가로 인한 효과인 제조된 블록의 강도 향상 효과를 수득할 수 없을 뿐만 아니라, 미분으로 구성된 내화성 골재와 알루미나 시멘트 적용 비율이 높아짐에 따라 건조 및 사용간 과축수에 의해 블록에 크랙(Crack)이 발생하여 사용 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 상기 금속 섬유의 함량이 상기 범위 초과인 경우, 금속 섬유의 첨가량 대비 수득 효과가 적어 경제성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
내화성 골재
내화성 골재는 내화 블록에 내화성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 내화성 골재는 통상적으로 내화재에 원료로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미나계, 뮬라이트계, 실리카계, SiC계 및 크롬계로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 내화성 골재의 입자 형상은 구상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 내화성 골재는 평균 입경이 74㎛ 이하, 또는 50㎛ 이하일 수 있다. 내화성 골재의 평균 직경이 상기 범위 초과인 경우, 촘촘하게 채워져 있는 금속 섬유 내부까지 내화성 골재의 유입이 어려워 시공 문제가 발생할 수 있다.
상기 내화성 골재는 조성물 총 중량에 대하여 45 내지 70 중량%, 또는 55 내지 65 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 상기 내화성 골재의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 제조된 블록의 내화성이 떨어져 고온 환경에의 적용이 어려운 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 과량의 내화성 골재로 인해 상대적으로 결합제로 적용되는 시멘트의 적용 비율이 감소되어 제조된 블록의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
분산제
분산제는 내화성 골재의 응집(aggregation)을 억제하여 블록 조성물의 유동성을 개선하여 작업성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 분산제는 통상적으로 내화재에 원료로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG)을 포함할 수 있다. 분산제로 폴리에틸렌 글리콜을 사용할 경우, 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 바인더 조성물의 유동성이 우수하여 금속 섬유가 채워진 틀 내의 빈 공간을 보다 효과적으로 채움으로써 블록 제조를 보다 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 분산제는 중량평균분자량(Mw)이 3500 내지 6400 g/mol, 구체적으로 3800 내지 4400 g/mol일 수 있다. 분산제의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우, 이를 포함하는 조성물의 점성이 증가하여 유동성에 부정적인 영향을 미치며, 상기 범위 초과인 경우, 이를 포함하는 조성물의 유동성이 부족하여 제조된 블록의 유입 시공에 문제가 발생할 수 있다.
상기 분산제는 조성물 총 중량에 대하여 0.2중량% 이하, 구체적으로 0.1 내지 0.15 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 분산제의 함량이 상기 범위 초과인 경우, 조성물 내 미분과 수분이 분리되는 블리딩(Bleeding) 현상이 발생할 수 있다.
시멘트
시멘트는 다른 성분들을 서로 결합시켜 블록의 형상을 형성하는 역할, 및 제조된 내화 블록에 강도 및 내화성을 유지시키는 역할을 한다.
상기 시멘트는 통상적으로 내화재에 원료로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미나 시멘트일 수 있다. 이때, 상기 알루미나 시멘트는 보크 사이트(알루미나(Al2O3)를 포함하는 암석)와 석회석(CaCO3)을 혼합 및 소성하여 제조된 시멘트일 수 있다.
또한, 상기 시멘트는 알루미나 함량이 68 내지 72 질량%, 또는 69 내지 71 질량%인 알루미나 시멘트를 포함할 수 있다. 시멘트의 알루미나 함량이 상기 범위 미만인 경우, 제조된 블록의 내화도가 떨어지는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 시멘트의 적용 비율 증가와 함께 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 시멘트는 블록 조성물 총 중량에 대하여 30 내지 55 중량%, 30 내지 45 중량%, 또는 30 내지 35 중량%의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 시멘트의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 제조된 블록의 강도가 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 제조된 블록 내 산화 칼슘(CaO)의 함량이 증가되어 블록의 내식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은 내화 블록 조성물은 충돌 내구성, 강도 및 파괴 인성 등의 기계적 강도가 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생이 적은 내화 블록을 제조할 수 있다.
내화 블록
본 발명의 내화 블록은 상술한 바와 같은 내화 블록 조성물 유래이다.
상기 내화 블록은 파괴 계수(modulus of rupture)가 350 내지 1,000 kgf/cm2, 360 내지 800 kgf/cm2, 또는 360 내지 700 kgf/cm2일 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 내화 블록은 충돌 내구성, 강도 등의 기계적 강도가 우수하여 스폴링(spalling), 크랙(crack) 등의 결함 발생이 적다. 또한, 상기 내화 블록은 고온에서 장시간 사용 가능하여 다양한 파괴적인 고온 환경에 적용이 가능하다. 특히, 빠른 온도 변화, 극심한 마모 및 높은 기계적 하중에 노출되는 응용분야에 적용이 가능하다.
내화 블록의 제조 방법
또한, 본 발명에 따른 내화 블록의 제조 방법은 틀에 금속 섬유를 채우는 단계; 금속 섬유가 채워진 틀에 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 바인더 조성물을 첨가하여 블록 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 블록 조성물을 경화시키는 단계;를 포함한다.
틀에 금속 섬유를 채우는 단계
본 단계에서는, 틀에 금속 섬유를 채운다.
상기 틀은 통상적으로 블록, 내화재 등의 제조시에 사용 가능한 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 하지만, 촘촘히 채워져 있는 금속 섬유 내부까지 내화 블록 조성물이 흘러들어갈 수 있을 정도로 유동성이 우수하기 때문에 틀 내부 접합 부위에는 실리콘 등을 활용하여 실링(Sealing) 작업이 사전에 필요하다. 상기 실링 작업을 실시하지 않을 경우, 틀 접합 빈틈 사이로 내화 블록 조성물이 새어 나오기 때문에 내화 블록 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 금속 섬유는 평균 직경이 0.65mm 이하이고 평균 길이가 30mm 이하이며 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율이 ±5중량%인 철 섬유일 수 있다. 또한, 상기 금속 섬유의 평균 직경, 평균 길이, 산화율 등의 범위는 상기 내화 블록 조성물에서 설명한 바와 같다.
블록 조성물을 제조하는 단계
본 단계에서는, 금속 섬유가 채워진 틀에 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 바인더 조성물을 첨가하여 블록 조성물을 제조한다.
상기 내화성 골재, 분산제 및 시멘트는 상기 내화 블록 조성물에서 설명한 바와 같다.
본 단계에서는 상기 바인더 조성물이 상기 금속 섬유가 채워진 틀 내 빈 공간을 채울 수 있다.
상기 블록 조성물은 20 내지 40 중량%의 금속 섬유, 45 내지 70 중량%의 내화성 골재, 0.2 중량% 이하의 분산제 및 30 내지 55 중량%의 시멘트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 블록 조성물은 20 내지 30 중량%의 금속 섬유, 55 내지 65 중량%의 내화성 골재, 0.1 내지 0.15 중량%의 분산제 및 30 내지 35 중량%의 시멘트를 포함할 수 있다.
경화시키는 단계
본 단계에서는, 상기 블록 조성물을 경화시킨다.
상기 경화는 110 내지 300 ℃에서 유지시간 기준으로 10 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 경화는 110 내지 300 ℃에서 유지시간 기준으로 12 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다.
경화 시 온도가 상기 범위 미만인 경우, 제조된 블록의 강도가 부족하거나 내부의 수분이 잔존하여 사용시 폭렬(Spalling Failure) 등의 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 블록 내 금속 섬유의 팽창에 의해 블록에 크랙(Crack)이 발생할 수 있다. 한편, 경화시 처리 시간이 상기 범위 미만인 경우, 제조된 블록 내 수분이 잔존하여 사용시 폭렬 등의 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 경화 시간 대비 수득 효과가 적어 경제성이 떨어질 수 있다.
이하, 하기 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예에 의한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들 실시예에 기재된 내용으로 한정하거나 제한 해석하고자 의도하는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 내화 블록의 제조
표 1에 기재된 바와 같은 함량으로 각 성분을 사용하여 내화 블록 조성물을 제조한 후 건조 블록을 제조하였다(도 1 참조).
구체적으로, 가로 15cm X 세로 10cm X 높이 5cm의 틀에 철 섬유-1(평균 직경: 0.55mm, 평균 길이: 25mm, 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율: ±5중량%)를 채웠다.
이후 틀 내 빈 공간에 바인더 조성물을 첨가하여 블록 조성물을 제조했다. 이때, 바인더 조성물로서는 내화성 골재-1, 분산제 및 시멘트를 혼합한 후 20±5℃에서 10분 동안 혼련한 후 사용했다. 이때, 상기 내화성 골재-1로는 알루미나계 내화성 골재(제품명: Sintered Alumina, Al2O3의 함량: 99중량%, 평균 입경: 44㎛)를 사용하고, 분산제로는 폴리에틸렌 글리콜(PEG, Mw: 4000g/mol)을 사용하고, 시멘트로는 알루미나 시멘트-1(제조사: 유니온, 제품명: UAC-70N, 알루미나 함량: 70질량%)을 사용했다.
이후 상기 블록 조성물을 110℃에서 24시간 건조하여 건조 블록을 제조했다.
실시예 2 내지 17 및 비교예 1 내지 5. 내화 블록의 제조
표 1 내지 3에 기재된 바와 같은 함량으로 각 성분을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 내화 블록 조성물을 제조하였다.
이때, STP는 트리폴리포스페이트 나트륨(sodium tripolyphosphate)이고, SHMP는 헥사메타포스페이트 나트륨(sodium hexametaphosphate)이며, 유기 미네랄 바인더로는 KERNEOS사의 REFPAC-100 바인더를 사용했다. 또한, 철 섬유-2로는 산화율이 높은 철 섬유(평균 직경: 0.55mm, 평균 길이: 25mm, 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율: 36중량%)를 사용하고, 내화성 골재-2로는 (제품명: Sintered Alumina, Al2O3의 함량: 99중량%, 평균 입경: 1mm 초과)를 사용했다. 나아가, 알루미나 시멘트-2로는 (제조사: 유니온, 제품명: UAC-50, 알루미나 함량: 56질량%[알루미나 함량 부족])을 사용하고, 알루미나 시멘트-3으로는 (제조사: 유니온, 제품명: UAC-80N, 알루미나 함량: 80질량%[알루미나 함량 초과])을 사용했다.
성분(중량부) 실시예
1 2 3 4 5 6 7
철 섬유-1 20 25 30 35 40 - 20
철 섬유-2 - - - - - 30 -
내화성 골재-1 65 65 65 65 65 65 -
내화성 골재-2 - - - - - - 65
분산제 PEG 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
STP - - - - - - -
SHMP - - - - - - -
유기 미네랄 바인더 - - - - - - -
알루미나 시멘트-1 35 35 35 35 35 35 35
성분(중량부) 실시예
8 9 10 11 12 13 14 15
철 섬유-1 30 30 30 30 30 30 30 30
철 섬유-2 - - - - - -
내화성 골재-1 65 65 65 95 85 70 60 50
분산제 PEG - - - 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
STP 0.15 - - - - - - -
SHMP - 0.15 - - - - - -
유기 미네랄 바인더 - - 0.15 - - - - -
알루미나 시멘트-1 35 35 35 5 15 30 40 50
성분(중량부) 비교예 실시예
1 2 3 4 5 16 17
철 섬유-1 5 10 20 20 - 20 20
철 섬유-2 - - - - - - -
내화성 골재-1 65 65 65 - 65 65 65
분산제 PEG 0.15 0.15 - 0.15 0.15 0.15 0.15
STP - - - - - - -
SHMP - - - - - - -
유기 미네랄 바인더 - - - - - - -
알루미나 시멘트-1 35 35 35 100 35 - -
알루미나 시멘트-2 - - - - - 35 -
알루미나 시멘트-3 - - - - - - 35
실험예 1. 물성 측정
건조 블록을 800℃에서 3시간 소성하거나(제1 소성 블록), 1,200℃에서 3시간 소성(제2 소성 블록), 또는 1,400℃에서 3시간 소성(제3 소성 블록)하여 소성 블록을 제조한 후 소성 블록의 물성은 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 4 및 5, 및 도 2 및 3에 나타냈다.
(1) 파괴 계수
파괴 계수는 KS L 3503:2013 캐스타블 내화물의 강도 시험방법을 활용하여 측정하였다.
(2) 잔존 선팽창 수축률(permanent linear change)
잔존 선팽창 수축율은 KS L 3518:2017 경량 캐스터블 내화물의 선변화율 시험 방법을 활용하여 측정하였다.
건조 블록의 물성 철 섬유의 함량
파괴 계수(kgf/cm2)
실시예 1 375 20
2 451 25
3 591 30
4 611 35
5 642 40
6 547 30
7 시편 제작 불가 20
8 시편 제작 불가 30
9 시편 제작 불가 30
10 시편 제작 불가 30
11 55 30
12 189 30
13 621 30
14 801 30
15 785 30
비교예 1 94 5
2 153 10
3 시편 제작 불가 20
4 332 20
5 31 -
실시예 16 411 20
17 285 20
파괴 계수(kgf/cm2) 잔존 선팽창 수축률(%)
제1 소성 블록 제2 소성 블록 제3 소성 블록 제1 소성 블록 제2 소성 블록 제3 소성 블록
실시예 1 367 320 287 -0.10 0.68 0.88
2 447 392 248 -0.08 0.75 1.05
3 568 511 454 -0.10 1.01 1.32
4 598 531 476 -0.10 1.12 1.38
5 625 550 501 -0.06 1.23 1.49
6 238 67 101 -0.05 3.11 3.53
7 시편 제작 불가
8 시편 제작 불가
9 시편 제작 불가
10 시편 제작 불가
11 49 40 33 -0.12 0.88 0.98
12 175 151 132 -0.10 0.91 1.03
13 602 546 497 -0.08 1.00 1.30
14 769 681 625 -0.11 1.15 1.54
15 766 685 613 -0.10 1.21 1.68
비교예 1 52 77 85 -0.89 -0.65 -0.43
2 99 144 168 -0.51 -0.48 -0.28
3 시편 제작 불가
4 270 229 155 -1.21 -0.75 0.95
5 과수축에 의한 Crack 발생(시편의 물성 측정 불가)
실시예 16 619 550 482 -0.19 0.88 1.01
17 537 482 432 -0.10 1.11 1.30
표 4 및 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 블록은 파괴 계수, 잔존 선팽창 수축률 등의 기계적 물성이 매우 우수했다.
특히, 도 2에서 보는 바와 같이, 산화율이 낮은 철 섬유-1을 사용한 실시예 4는 건조 블록, 제1 소성 블록, 제2 소성 블록 및 제3 소성 블록 모두에서 섬유의 산화로 인한 결함이 발생하지 않았다. 반면, 도 2 및 표 5에서 보는 바와 같이, 산화율이 높은 철 섬유-2를 사용한 실시예 6은 제2 소성 블록 및 제3 소성 블록에서 철 섬유가 산화되어 잔존 선팽창률이 현저히 높았다.
또한, 도 3에서 보는 바와 같이, 분산제로 트리폴리포스페이트 나트륨(STP)을 사용한 실시예 8, 및 헥사메타포스페이트 나트륨(SHMP)을 사용한 실시예 9의 블록은 외관 상태가 불량했다. 나아가, 분산제로 유기 미네랄 바인더를 사용한 실시예 10의 블록은 바인더의 급격한 경화로 인해 시편 제작이 불가했다.
나아가, 평균 입경이 큰 내화성 골재를 사용한 실시예 7은 몰드(Mold) 내 채워진 금속 섬유 내부로 바인더 조성물이 유입되지 않아 시편 제작이 불가하고, 분산제를 미사용한 비교예 3은 유동성이 발현되지 않아 시편 제작이 불가했다.
또한, 금속 섬유인 철 섬유를 미포함하는 비교예 5는 블록 조성물의 과수축으로 인해 제조된 블록에 크랙이 발생하여 시편의 물성 측정이 불가했다.

Claims (15)

  1. 금속 섬유, 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 내화 블록 조성물로서,
    상기 내화 블록 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 이상의 금속 섬유를 포함하고,
    상기 금속 섬유는 평균 직경이 0.65mm 이하이고 평균 길이가 30mm 이하이며 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율이 ±5중량% 이내인 철 섬유인, 내화 블록 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화성 골재는 평균 입경이 74㎛ 이하인, 내화 블록 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)을 포함하는, 내화 블록 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화성 골재는 알루미나계, 뮬라이트계, 실리카계, SiC계 및 크롬계 내화성 골재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 내화 블록 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 시멘트는 알루미나 함량이 68 내지 72 질량%인 알루미나 시멘트를 포함하는, 내화 블록 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    20 내지 40 중량%의 금속 섬유, 45 내지 70 중량%의 내화성 골재, 0.2 중량% 이하의 분산제 및 30 내지 55 중량%의 시멘트를 포함하는, 내화 블록 조성물.
  9. 청구항 1 및 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 향의 내화 블록 조성물 유래, 내화 블록.
  10. 청구항 9에 있어서,
    파괴 계수(modulus of rupture)가 350 내지 1,000 kgf/cm2인, 내화 블록.
  11. 틀에 금속 섬유를 채우는 단계;
    금속 섬유가 채워진 틀에 내화성 골재, 분산제 및 시멘트를 포함하는 바인더 조성물을 첨가하여 블록 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 블록 조성물을 경화시키는 단계;를 포함하고,
    상기 금속 섬유는 평균 직경이 0.65mm 이하이고 평균 길이가 30mm 이하이며 1400℃에서 1시간 동안 처리 전과 후의 산화율이 ±5중량% 이내인 철 섬유인, 내화 블록의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 블록 조성물을 제조하는 단계에서는 상기 바인더 조성물이 상기 금속 섬유가 채워진 틀 내 빈 공간을 채우는, 내화 블록의 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 블록 조성물은 20 내지 40 중량%의 금속 섬유, 45 내지 70 중량%의 내화성 골재, 0.2 중량% 이하의 분산제 및 30 내지 55 중량%의 시멘트를 포함하는, 내화 블록의 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 경화는 110 내지 300 ℃에서 유지시간 기준으로 10 내지 24 시간 동안 수행되는, 내화 블록의 제조 방법.
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