KR19990033470A - 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 공업용 로(爐)에 축조되는 내화벽돌에 대해 내마모성과 내열충격성 및 내식성, 내스폴링성을 증대시켜 사용수명을 향상시키는 내화재 및 그 제조에 관한 것으로, 그에 따른 구성은 알루미나질 원료 55-71중량부, 지르콘질 원료 22-43중량부, 점토 2-7중량부로 조성된 내화재로 이루어지고, 이를 제조함에 있어서는 상기 조성물을 혼련, 성형후 1630∼1670℃ 온도에서 3∼6시간 소성함을 특징으로 하는 제조방법으로 구성된다.

Description

공업용 로(爐)에 내장되는 내화재 및 그 제조방법

본 발명은 알루미나-지르코니아-멀라이트질로 조성된 내화재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내마모성과 내열충격성 및 내식성, 내스폴링성의 향상으로 사용수명이 증대되는 내화재에 관한 것이다.

순환유동층 보일러, 각종 회전로 등의 공업용 로에서는 장입물이나 고온가스 흐름중의 분체에 의한 충돌 혹은 충격을 받는 요로 부위에 내화벽돌이 사용된다.

순환유동층 보일러는 연료로써 유, 무연탄 혹은 석유코크스등과 탈황제로써 석회석 등을 유동층내에서 연소시킨다.

이 설비의 내부는 연소열에 의한 온도부하 및 연소시 생성된 고체입자들에 의한 마모 등에 내구성을 갖도록 내화물로 내장되어 있다.

연소로에서 생성된 고체입자들은 연소가스와 함께 설비내부를 고속으로 순환하는데 연소가스와 함께 사이클론에 빠른 속도로 유입된다.

이때 경질의 고체입자들은 사이클론 내부에 약 10m/초 이상의 속도를 가지고 내화물 내장재 표면에 충돌한다.

특히 사이클론의 타겟존(Target Zone)은 항상 20m/초 이상의 속도이며 사이클론의 타부위에 비해 충돌 입사각이 커서 동일한 내화물 내장재의 상대적 마모에 따른 수명이 ½ 이하이다.

또한 내부 온도는 750∼950℃로 내장재의 가동면에서 철피까지 온도기울기가 가파르고 구조적으로 압축응력을 받는다.

따라서 온도변화에 대한 내열충격성이 우수해야만 가동중 균열 손상 등을 방지할 수 있고, 열전도율이 가능한 낮아야만 노외부로 열손실을 줄일 수 있다.

이 설비에 사용하고 있는 내화물로는 비교적 높은 내열성외에 일정한 경도 및 강도를 지닌 고알루미나(Alumina)질 벽돌이나 인산염결합 알루미나질 람밍(Ramming)재가 있다.

고알루미나질 벽돌은 약 59∼80중량%의 Al₂O₃함량을 가진 여러종류의 벽돌로 사용되는데 알루미나 함량이 높아질수록 고온에서 소성하므로써 매트릭스(Matrix)의 결합력을 크게 하여 파괴강도를 높이고 있다.

매트릭스의 결합력은 사용원료중 알루미나와 실리카(Silica)성분을 소성중 멀라이트(Mullite; 3Al₂O₃·2SiO₂)로 생성시키므로써 증가한다.

그러나 멀라이트는 비교적 낮은 열팽창성을 갖는 용적안정성이 우수한 광물임에도 그 파괴강도 값이 한계적이다.

이러한 벽돌을 타겟존에 사용할 경우 마모에 의한 보수발생이 잦아 설비가동율에 치명적인 영향을 준다.

한편, 인산염 결합 알루미나질 람밍재는 내마모성을 증진하는 고충진 밀도를 달성하고, 또한 용적 안정성을 위해 내화벽돌의 원료에 비해 고온소성한 원료이거나 용융 알루미나 같은 원료를 사용하여 냉간 및 열간에서 수축이 적고 치밀하다.

이 람밍재는 결합재로 인산알미늄을 투입하여 시공, 건조후에 매트릭스내에 Al₂O₃·nP₂O₅화합물을 생성하여 비교적 고온영역까지 열간강도를 발현하게 하고 인성증진을 위해 약 2∼3%의 금침을 투입, 내마모성을 유지한다.

그러나 결합재로 들어 있는 인산염은 수용성으로 건조시 수분의 이동에 따라 결합재를 시공체 표면으로 이동시켜 표면의 P₂O₅농도를 높게 한다.

이렇게 시공체간에 농도분포가 틀리므로써 발생하는 본드 미그레이션(Bond Migration)은 표면과 내부의 강도차이로 박리현상을 일으킨다.

사이클론의 구조는 원통형 구조로써 내장재의 부분적인 박리 발생시 치명적 손상을 가져오는 문제점이 있다.

또한 시공과 건조가 잘 되었다 하더라도 사용중 고온에서 내마모성의 한계는 상존하므로 사이클론의 타겟존에 사용하는 경우 벽돌과 마찬가지로 마모에 의한 손모가 커서 보수발생이 잦은 문제점이 있다.

내마모성 내화물이 요구되는 또 다른 설비의 부위로써 회전로의 쿨러 슈트부가 있다.

일반적으로 회전로의 쿨러 슈트부에 사용하는 내화물은 제조되는 클링커의 종류 및 쿨러의 구조에 따라 틀리다.

그예로써 시멘트 제조용 회전로의 쿨러 슈트부 내화물은 경질의 클링커의 낙하충격에 의한 마모뿐만 아니라 표면부는 600∼1200℃의 급격한 온도변화에 의한 열충격 손상을 받는다.

또한 연소가스 성분중의 알카리들은 쿨러 내화물에 광범위하게 응축된다.

일반적으로 이 부위에는 Al₂O₃를 60∼85중량% 함유하는 고알루미나질 벽돌이 사용되어 왔다.

그러나 고알루미나질 벽돌은 대부분 파괴강도가 한계적인 멀라이트 매트릭스로 이루어져 마모에 의해 쉽게 손모된다.

더구나 알칼리화합물의 침투에 대한 저항성이 약해 구조적 스폴링(Spalling)을 일으키므로써 수명이 크게 단축되는 문제점이 있다.

다른 클링커를 생산하는 회전로로써 소결 알루미나 제조설비가 있다.

이 요로의 쿨러 슈트부위는 600∼1300℃의 온도변화에 의한 열충격과 함께 경도가 큰 알루미나의 낙하 충격으로 마모가 극심하다.

사용실적이 있는 내장재의 재질도 금속재인 주강, 전주질 벽돌, 경질점토질 벽돌 등으로 다양하다.

금속인 주강은 타재질에 비해 마모에 의한 손모는 적으나 열간에서의 변형이 커서 장기 적용에 문제점이 있다.

또한 전주질 벽돌은 열간에서의 변형이 적고 마모에 의한 손모도 작은편이지만 수명대비 고가인 것이 문제점이다.

경질점토질 벽돌은 이 온도 범위에서 고알루미나질 벽돌등과 함께 마모에 의한 보수발생이 잦아 로의 가동효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

일반적으로 내열충격성 및 내마모성이 우수한 재질로는 탄화규소(SiC)질 내화물이 있지만 탄화규소질은 산화물계 내화물에 비해 열전도율이 약 2∼5배가 크기 때문에 노외부로의 방산 열손실이 큰 문제점이 있다.

고온하에서 경질의 장입물 혹은 고온의 가스흐름중의 분체에 의해 마모되는 정도와 내화물이 가진 물성과의 관계는 그다지 많이 연구되지 않았지만 일반적으로 내마모성은 열간강도, 사용된 골재의 경도, 매트릭스의 인성이 큰 내화물이 보다 우수한 것으로 알려져 있다.

지금까지 내마모성 알루미나-지르코니아-멀라이트 벽돌에 대한 연구로서 소개된 것은 없었다.

다만 종래에는 통상 소결AZS(Bonded Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂)벽돌이라 불리는 알루미나-지르콘- 벽돌 혹은 지르콘-멀라이트질 벽돌이 유리용융물에 대한 내침식성이 뛰어나 유리로의 유리 접촉부위용 내화물로 사용되어 왔다.

예컨대, 미국특허 3,437,499호에는 지르콘, 알루미나, 용융멀라이트, 가소카이아나이트(Calcined Kyanite), 점토 등의 조성으로 지르콘의 해리온도 이하에서 소성한 소결체로써 유리에 대한 침식저항성이 크고 내열충격성이 큰 내화물 제조에 대해서 알려져 있고, 미국특허 4,045,233호에는 알루미노실리케이트(Alumino-Silicate)원료, 가소알루미나, 지르콘, 점토, 납석(Pyrophyllite)을 조성으로 하여 유리용해로의 적용을 만족하는 기공율 8.5∼15%인 내화조성물에 대해서 보고되어 있으나, 기계적 특성에 대한 언급이 없고 골재로서 알루미노실리케이트질 원료를 사용했기 때문에 경도 및 기계적 특성이 낮을 수밖에 없다.

그리고 이런 벽돌은 기공율이 높고 매트릭스가 치밀하지 않아 낮은 강도와 경도를 가지므로 기계적 특성이 떨어지고, 또한 주로 지르콘으로 이루어져 있어 고온에서의 지르코니아의 변태특성에 의한 인성증진 효과를 기대할 수 없으므로 내마모특성이 발현되지 않는다.

N.Claussen 등은 기계구조용 세라믹스로써 멀라이트질 재료의 기계적 특성의 한계 때문에 알루미나와 지르콘의 혼합물을 고온에서 반응소결하므로써 멀라이트 매트릭스내에 지르코니아를 분산시키고, 강도와 인성을 증진하므로써 기계적 특성을 향상시키는 것으로 발표(J. Am. Ceram. Soc., 63, 3-4, p228-229, 1980)하였다.

그 외에 멀라이트-지르코니아에 대해 많이 연구되어져 왔으나 내마모특성을 갖는 내화벽돌로의 실용화에 이르지 못했다.

한편 국내특허공보 95-14492호는 초미분 실리카졸 및 보헤마이트-지르코니아 분말을 사용하여 여과, 건조, 하소, 분쇄, 압축 성형후 가열 소결하는 단계의 기물이 작은 알루미나-멀라이트-지르코니아 복합체의 제조방법이 알려져 있으나 실용성이 없다.

또한 이러한 방법으로 제조한 복합체는 기공율을 전혀 갖고 있지 않아 고온에서 열충격저항성과 동시에 내마모성을 요구하는 요로의 사용조건에서 내화물로써 적용은 불가능하다.

또한 지르코니아의 변태에 의한 인성강화 특성과 내열충격성이 우수한 것으로 알려진 지르코니아-멀라이트가 내화물 원료로써 제조, 시판되고 있고 최근 이를 내화물에 사용하여 내열충격성과 기계적 특성을 향상하기 위한 노력이 진행되고 있다.

예를 들면, 탄화수소 제조공업의 요로에 사용하는 내화물은 내마모 및 고강도, 저열전도, 열충격저항성이 우수한 내화캐스타블이 더욱 요구되고 있어 AZS골재를 투입하여 내마모성을 강화했으나 가격은 종래의 캐시타블에 비해 높다고 보고하고 있다.(O. Hunter et al, Proceeding UNITECR '95congress, 京都, p197-201, 1995)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 멀라이트 매트릭스내에 지르코니아를 생성시킴과 함께 폐기공 형성 및 매트릭스의 치밀화 도모로 파괴강도를 증진시켜 내마모성과 내열충격성이 우수하고, 내식성 및 내스폴링성 증대로 사용수명이 향상된 내화물로 조성된 내화재를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 Al₂O₃대 ZrSiO₄혼합비에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프

도 2는 Al₂O₃미분대 ZrSiO₄미분 혼합비에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프

도 3은 Al₂O₃의 입도별에 따른 겉보기 기공율 및 부피비중을 나타낸 그래프

도 4는 소성온도에 따른 파괴강도를 나타낸 그래프

도 5는 소성유지 시간에 따른 파괴강도를 나타낸 그래프

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 알루미나질 원료 55∼71 중량부, 지르콘(Zircon)질 원료 22∼43중량부, 점토 2∼7중량부로 조성된 내화물로 구성된다.

상기 조성중 알루미나질 원료는 Al₂O₃성분품위를 99중량% 이상 함유한 전융알루미나 또는 소결알루미나 중 1종 또는 이들을 혼합사용할 수 있다.

상기 알루미나질 원료 55∼71중량부 중에는 5∼1㎜ 입자가 8∼40 중량부, 초미분이(100㎛ 이하가 50% 이상 포함된 입도분포를 가진 것) 나머지로 구성됨이 바람직하다.

지르콘질 원료 22∼43 중량부 내에는 ZrO₂성분을 64∼69중량% 함유한 품위를 갖는 원료이고, 250㎛ 이하를 70중량% 이상 함유한 입도분포를 갖는 것이 바람직하다.

점토 2∼7 중량부 내에는 Al₂O₃가 29중량% 이상의 품위를 갖는 것이 바람직하다.

상기 배합원료를 이용한 소성방법에 있어서는 상기 조성물에 바인더를 첨가하고 혼련, 성형하여 얻어진 성형체를 건조하고, 지르콘의 해리온도 이상의 고온인 1630∼1670℃에서 3∼6시간 소성하여 필요용도의 벽돌등과 같은 소결체를 얻는다.

본 발명에 사용되는 원료에 따른 첨가이유를 설명하면 알루미나 원료는 다음 반응식 1과 같이 지르콘의 실리카 성분과 반응 소결하여 멀라이트 매트릭스에 지르코니아를 잘 형성하는 원료로서 전융 알루미나를 사용한다.

3Al₂O₃+ 2ZrSiO₄→ 3Al₂O₃·2SiO₂+ 2ZrO₂

그 이유는 적당량의 알칼리성분을 함유하므로서 별도의 광화제를 첨가하지 않고도 지르콘의 해리를 촉진하여 상기 반응식이 오른쪽으로 진행하는 것을 쉽게 하고, 소결진행중 매트릭스의 멀라이트와 지르코니아 입계사이에 고온강도 및 열충격 저항성을 저하시키는 액상이 과도하게 생성되는 것을 방지한다.

또 다른 이유로서 전융알루미나는 소결알루미나에 비해 폐기공과 β-Al₂O₃(Na₂O·11Al₂O₃)를 보다 많이 함유하여 매트릭스내에 골재로 존재할 때 응력을 효과적으로 분산, 내열충격성이 우수하고 결정크기가 커서 경도와 화학적 내식성도 크기 때문이다.

상기 전융알루미나 55∼71중량부 내에는 5∼1㎜ 크기의 입도를 갖는 골재를 8∼40중량부로 구성함이 바람직한데, 5∼1㎜ 입도가 8중량부 이하인 경우는 벽돌의 성형성이 저하되고 배합물중에 골재들이 편재되어 균일한 품질을 얻기 어렵고, 40중량부 이상인 경우는 매트릭스에 비해 골재가 많아 파괴강도가 낮고 기공율이 높아 내마모 특성이 발현되지 않는다.

지르콘질 원료는 22∼43중량부 사용하되, ZrO₂와 SiO₂가 몰비로 약 1:1의 구성으로 ZrO₂함량의 품위를 64∼69중량%, 불순물로써 CaO + MgO + Fe₂O₃성분의 함량품위가 0.5중량% 이하이고, 상기 지르콘질 원료입도는 250㎛ 이하를 70중량% 이상 함유함이 바람직하다.

상기 불순물(CaO + MgO + Fe₂O₃)이 0.5중량% 이하가 바람직한 이유는 지르콘은 ZrSiO₄로 결합되어 있다가 가열하면 광화제의 첨가없이도 1580℃ 부근에서 특성을 가지게 되는데, ZrO₂와 SiO₂이외의 상기 불순물은 해리온도를 일정치 않게 하고 고온에서 반응소결후에 지르코니아-멀라이트의 매트릭스간에 액상을 생성하여 기계적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 과도할 경우에는 벽돌 표면에 액상을 삼출(Exudation)하여 외관 불량을 발생시키기 때문이다.

그리고 지르콘질 원료 사용량이 43중량부 이상일 경우는 고온에서 소결시 생성된 과잉의 SiO₂액상이 열간강도와 내열충격성을 저하시키고, 부피비중이 너무 높아 축로체의 하중을 증가시키는 결점으로 작용한다.

또한 그 사용량이 22중량부 이하일 경우는 매트릭스에 지르콘의 해리로 생성되는 지르코니아와 멀라이트 양이 너무 작아 매트릭스 인성의 감소, 강도저하와 기공율 증가로 기계적 특성이 현저히 저하된다.

점토는 잔사 및 염화합물이 없는 것이 좋은 것으로, 배합물 사이를 잘 충전하고 혼련물의 가소성과 성형성을 부여한다.

그 사용량이 2중량부 이하일 경우는 상기 효과를 얻을 수 없고, 7중량부 이상일 경우는 지르코니아-멀라이트 매트릭스에 과도한 액상을 생성하여 기계적 특성을 저하시킨다.

본 발명에서 상기의 구성에 의한 성형체를 가열처리하여 반응소결하는 온도 및 시간으로서 1630∼1670℃에서 3∼6시간을 유지하는 것이 치밀한 지르코니아-멀라이트 매트릭스 형성 및 해리된 지르콘 입자주위의 폐기공을 형성시키는데 바람직하다.

이 1630℃를 못미치는 온도에서 소성하는 경우, 200㎛ 이상의 지르콘 입자는 해리가 완전히 진행되지 않아 소성후 입자 주위에 폐기공이 형성되지 않는다.

그리고 매트릭스에 과량의 액상이 존재, 결과적으로 열간강도와 열충격 저항성을 저하시킨다.

한편, 1670℃ 이상의 경우에는 겉보기 기공율이 더 이상 감소되지 않을 뿐 아니라 벽돌 표면으로 액상성분 삼출이 커서 외관불량을 일으킨다.

그리고 최고온도에서 3시간 미만의 소성시간 유지는 지르콘의 해리시간 부족으로 바람직한 지르코니아-멀라이트의 매트릭스 구조를 얻을 수 있고, 최고 온도에서 너무 오래 유지할 경우 또한 폐기공 형성에 도움이 되지 않고 오히려 벽돌 표면에 액상 삼출이 심하게 일어난다.

다음은 실시예에 따라서 설명한다.

실시예 1

본 실시예는 배합물로서 사용된 알루미나와 지르콘원료의 입도와 그 양에 따른 치밀화 소결특성을 알기 위해 표 1에 나타낸 내화벽돌 배합물에 바인더로서 당밀을 3중량%를 더하여 성형용 배합물로 조정하였다.

그후 300톤 용량의 마찰프레스 성형기를 이용하여 230 × 114 × 65㎜ 크기로 성형하고, 실온에서 1일 이상, 120℃ 에서 2일 이상 건조한 후 1650℃에서 3시간 유지 소성 제조하였다.

	1	2	3	4	5	6	7
원료중량%	전융알루미나골재전융알루미나미분	3032	3026	3016	306	3016	3026	3046
	지르콘	35	41	51	61	51	41	21
	점토	3	3	3	3	3	3	3
	Al2O3/ZrSiO4비*1	1.77	1.36	0.90	0.59	0.90	1.36	3.61
	Al2O3미분/ZrSiO4미분비*2	1.03	0.84	0.52	0.19	0.80	2.64	4.60
*1 : 배합물중 알루미나/지르콘 원료 사용비(比)*2 : 배합물중 알루미나미분중 75㎛이하/지르콘원료중 75㎛ 이하원료사용비

도 1과 도 2는 표 1과 관련하여 제조된 벽돌의 겉보기공율과 부피비중을 보여주고 있다.

도 1은 알루미나와 지르콘의 중량비(Al₂O₃/ZrSiO₄)가 0.59에서 1.77(배합물 번호 4, 3, 2, 1순)일 때 지르콘 미분량을 고정하고 알루미나 미분을 감소하여 (Al₂O₃/ZrSiO₄미분비는 0.19에서 1.03) 사용하면 과잉으로 배합된 지르콘의 해리가 많아지면서 효과적으로 지르코니아-멀라이트 매트릭스가 생성하고, 부피비중 및 강도 증가, 겉보기기공율이 감소하므로써 바람직한 물성을 나타낸다.

또한 도 2는 전체 Al₂O₃/ZrSiO₄의 비가 0.59에서 3.61(배합물 번호 4, 5, 6, 7순)일 때 알루미나 미분량은 증가, 지르콘 미분량은 감소(Al₂O₃/ZrSiO₄미분비는 0.19에서 4.60)하면 부피비중 및 강도증가, 겉보기기공율 감소에 바람직한데 알루미나와 지르콘의 비표면적에 따라 반응하지 않고 매트릭스내에 과잉지르콘이 줄어들어 효과적인 소결을 나타내는 것을 보여준다.

실시예 2

본 실시예는 알루미나 원료의 종류 및 미분 입도의 사용특성을 알기 위한 것으로 표 2에 나타낸 내화벽돌 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

도 3은 표 2와 관련하여 제조된 벽돌의 겉보기기공율과 부피비중을 보여주고 있다.

전융알루미나 미분입자의 크기가 큰 경우가 기공율의 감소를 보여주고 있는데, 이는 지르콘의 해리에 의한 소결반응 및 매트릭스 치밀화에 효과적인 것을 나타낸다.

또한 같은 입도에서는 전융알루미나가 소결알루미나에 비해 치밀화에 보다 효과적임을 보여 준다.

원료중량%	실시예
	8	9	10	11	12
전융알루미나 골재	30	30	30	…	30
전융알루미나 미분0.110 ㎜이하0.080 ㎜이하0.050 ㎜이하	32……	…32…	……32	32……	………
소결알루미나 골재	…	…	…	32	…
소결알루미나 미분0.110 ㎜이하	…	…	…	…	32
지르콘	35	35	35	35	35
점토	3	3	3	3	3

실시예 3

본 실시예는 소성온도 및 유지시간에 따른 소결특성을 알기 위한 것으로 표 3에 나타낸 내화벽돌 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였고, 소성후 외관상태 및 물성시험 결과를 나타냈다.

표 3에서와 같이 소성온도와 유지시간을 증가할수록 치밀화가 진행되어 기공율이 감소되는 것을 확인할 수 있다.

도 4와 도 5는 표 3과 관련하여 제조된 벽돌의 구성광물을 보여주고 있다.

구성광물의 양은 X-ray 회절분석기를 이용하여 측정된 각 구성물의 회절강도값에 대해 배합물번호 13의 지르콘 회절강도값을 100으로 하여 측정된 값을 비교 도시한 것이다.

도 4와 도 5에서와 같이 소성온도와 유지시간을 증가할수록 지르콘의 해리가 완전히 진행되어 지르콘의 잔존이 확인되지 않고, 멀라이트의 생성량이 많아져 파괴강도를 증진하는 멀라이트에 지르코니아가 분산되는 조직화에 효과적으로 작용하고 있음을 보여준다.

	비교예	실시예	비교예	실시예	비교예
	13	14	15	16	17	18	19	20
소성조건*1	1500℃5시간	1580℃5시간	1630℃5시간	1690℃5시간	1630℃1시간	1630℃3시간	1630℃5시간	1630℃8시간
배합원료구성	전융알루미나 60중량%지르콘 37중량%점토 3중량%
외관상태	양호	양호	양호	액상삼출	양호	양호	양호	액상삼출
부피비중	3.23	3.22	3.24	3.24	3.23	3.23	3.24	3.24
겉보기기공율(%)	18.2	14.5	5.5	1.3	11.6	802	5.5	2.3
압축강도(㎏/㎠)	1210	1450	2380	2890	1660	2120	2300	2750

실시예 4

본 실시예는 종래기술 및 비교예와 같이 설명하므로써 본 발명의 효과를 구체적으로 알기 위한 것이다.

표 4에 나타낸 배합물에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였고, 그 특성을 종래기술 및 비교예와 비교하였다.

표 4에서와 같이 본 발명은 종래의 기술들에 비교하여 벽돌의 치밀도가 높고, 냉.열간 강도가 월등하여 내마모성, 내열충격성, 내알칼리특성 등에 우수한 명백한 결과를 나타내었다.

또한 본 발명은 실제 요로에서의 적용성능이 2배이상 우수한 효과를 보인다.

	실시예	종래기술
	21	22	23	24	25	26	27	가	나	다	라
배합원료(중량%)	전용알루미나5-1㎜	10	37	37	31	29	38	38	알루미나벽돌	알루미나지르콘	인산염결합알루미나람밍재	탄화규소벽돌
	전용알루미나미분	46	20	22	31	36	32	33
	지르콘0.25㎜ 이하	41	38	38	35	32	27	22
	점토	3	5	3	3	3	3	7
	당밀	+3	+3	+3	+3	+3	+3	3
부피비중	3.17	3.20	3.31	3.21	3.18	3.24	3.19	2.61	3.32	2.86	2.67
겉보기기공율(%)	1.0	8.0	1.8	7.7	10.5	9.0	5.4	14.0	13.5	17.0	12
압축강도(㎏/㎠)	2820	2270	2690	2560	2150	2530	2450	1050	1320	560	1350
열간곡강도 1200℃(㎏/㎠)	210	220	240	220	200	205	200	160	170	70	300
열전도율 350℃(Kcal/mh℃)	2.3	-	-	2.1	2.1	2.1	2.1	2.0	2.2	2.3	13.0
마모시험[g/(g/㎤)] *1	2.5	3.5	2.5	3.5	3.7	-	2.8	5.5	5.5	5	-
마모시험(%) *2	6	7	5	8	10	8	7	46	35	-	32
스폴링시험 *3	△	○	○	○	△	○	○	×	△	○	○
알칼리침투시험 *4	◎	◎	◎	◎	○	○	○	×	△	×	-

*1 : ASTM C-704, 실온에서의 내화재료의 내마모규격 시험방법(Standard Test Method for Abrasion Resistance of Refractory Materials at Room Temperature)*2 : rattler test, 30×30×30㎜ 시편 5개를 볼밀에 넣고 60R.P.M.속도로 20 시간 마모시킨후 각각의 중량감소율 측정하여 평균값을 계산하였다.*3 : 230×114×65㎜ 표준형상의 시험편을 전기로에서 패널식(Pannel)스폴링방 법으로 하여 1200℃에서 급열 20분 유지, 공냉을 10회 반복하여 시편외관 에 대균열은 ×, 중균열은 △, 미세균열은 ○, 균열없음은 ◎으로 평가하 였다.*4 : ATSM C-987, 유리로 상부구조용 내화물 알칼리증기침투 규격 시험방법 (Standard Test Method for Alkali Vapor Attack on Refractories for Glass-Furnace Superstructure), 영향없음(Unaffected)은 ◎, 약간침투 (Slight Attack)은 ○, 심한침투(Major Attack)은 △, 파괴됨(Destroyed) 는 ×로 표시하였다.

이상에서와 같이 본 발명은 알루미나질원료, 지르콘질원료, 점토에 대한 조성을 적절히 배합함과 함께 각 원료의 입도를 조절함으로써, 멀라이트 매트릭스내에 지르코니아를 생성시킴과 동시에 폐기공형성 및 매트릭스치밀화를 도모하여 내마모성과 내열충격성, 내스폴링성의 증대로 장기간 사용수명을 갖는 내화벽돌을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 알루미나질 원료 55∼71중량부, 지르콘질원료 22∼43중량부, 점토 2∼7중량부로 조성됨을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
2. 제 1 항에 있어서,

   알루미나질 원료중 5∼1㎜ 입자가 8∼40중량부 이고, 나머지는 미분자입자 임을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   알루미나질 원료는 알루미나 품위가 99중량% 이상인 전융알루미나 또는 소결알루미나 임을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
4. 제 2 항에 있어서,

   알루미나 미분입자는 100㎛ 이하를 50% 이상 포함한 입도분포임을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
5. 제 1 항에 있어서,

   지르콘질 원료는 ZrO₂성분품위가 64∼69중량% 이고, 250㎛ 이하 입도가 70중량% 이상임을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
6. 제 1 항에 있어서,

   점토는 Al₂O₃품위가 29중량% 이상임을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재.
7. 알루미나질 원료 55∼71중량부, 지르콘질 원료 22∼43중량부, 점토 2∼7 중량부 조성되게 혼합물을 혼련, 성형한 후 1630∼1670℃ 온도에서 3∼6시간 소성함을 특징으로 하는 공업용 로(爐)에 내장되는 내화재의 제조방법.