KR20010060401A - 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물 - Google Patents

고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물에 관한 것으로서, a) 알루미나졸 40 내지 55 중량%, b) 실리카졸 10 내지 25 중량%, c) 알루미나미분 5 내지 8 중량%, d) 실리카초미분 5 내지 8 중량%, e) 세라믹섬유 15 내지 30 중량% 및 f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 유기결합제 0.05 내지 0.5 중량부를 포함한다. 본 발명의 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물은 완충성 및 내화성이 우수하여 고로 등과 같은 고온로를 장기간 사용함으로써 내장내화물의 팽창에 의하여 균열 및 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물{BATCH COMPOSITION OF CHSHION MORTAR FOR AREA OF BLAST FURNACE}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르에 사용되는 내화조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완충성 및 내화성이 우수하여 사용후 열을 받아도 고온에서 가축성(可縮性)이 우수한 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물에 관한 것이다.
[종래 기술]
일반적으로 고로 대풍구 주위는 내화벽돌로 둘러싸여 있고 내화벽돌과 대풍구 사이에는 약 50mm 이하의 좁은 공간이 존재한다. 대풍구를 교체하는 경우에는 이 공간에 내화벽돌에 의한 팽창을 고려하여 부정형재(내화모르타르)을 압입하고 있으나 가축성이 없으므로 노체연화에 의한 팽창을 흡수하지 못하여 대풍구의 위치가 이동하게 되어 자주 대풍구의 위치 조정을 해야하는 문제가 있다. 또한 여러 공업용, 금속용해로 등을 장기간 사용하는 경우에는 내화물의 팽창에 의하여 균열 또는 틈이 생길 뿐만 아니라, 내화물이 탈락하여 로가 붕괴하는 위험을 야기시킬수도 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래 공지된 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물에 대한 기술에는 일본특허공보 평6-279129호, 평9-142994호 등이 있는데, 이러한 공지 기술은 용융 금속용기에 있어서 고열 팽창성 연와를 사용하여 축조하는 경우에는 모르타르로서 마그네슘, 알루미늄 등의 탄산염이나 수산화물의 1종 이상의 분말 10 중량% 이상 및 내화분말을 포함하는 가축성 내화모르타르에 관해서 기재되어 있거나, 또는 공업로의 철피와 내장내화물간 또는 내화물 상호간의 틈새부에 압입하는 압입보수재로서 분말골재 및 방향족 탄화수소 수지액의 혼합물을 사용하고 약 200℃에서 24시간 동안 유지한 후, 체적 감소율이 2.0% 이하이고 열경화하지 않는 틈새부 압입재에 관해서 기재되어 있다.
그러나 상기 공지된 기술들은 모두 고로 등과 같이 장기간 사용되는 용융 금속용기 및 공업로의 보수에 사용되는 모르타르에 관한 것으로서, 내화벽돌에 의한 팽창을 억제하기에는 가축성이 작으므로 팽창에 의한 균열 및 비틀림현상을 방지하지 못하는 문제가 있어 사용에 많은 제한이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 알루미나졸과 실리카졸을 주원료로 사용하고 중진재(filler)로 알루미나 및 실리카초미분을 사용하며 완충성을 부여하기 위하여 가축성이 큰 무기섬유(ceramic fiber)를 사용하여 완충성 및 내화성이 우수한 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
a) 알루미나졸 40 내지 55 중량%;
b) 실리카졸 10 내지 25 중량%;
c) 알루미나미분 5 내지 8 중량%;
d) 실리카초미분 5 내지 8 중량%;
e) 무기섬유 15 내지 30 중량%; 및
f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 유기결합제 0.05 내지 0.5 중량부
를 포함하는 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물은 알루미나졸, 실리카졸, 알루미나미분 및 실리카초미분을 정량하고 통상의 혼련기에서 혼련하여 혼합물을 제조한 후, 상기 제조된 혼합물에 무기섬유 및 유기결합제를 첨가하고 10분 내지 1시간 정도 혼련하여 제조한다. 상기 내화조성물을 제조하는 과정에서 모르타르 내화조성물의 작업성 및 압입성을 통상의 방법으로 측정한다.
본 발명의 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물에 사용되는 알루미나졸 및 실리카졸은 모르타르 내화조성물에 사용되는 통상의 것으로서 내화조성물의 결합제 기능을 하기 위해서 첨가하는데, 상기 두 원료를 혼용하여 사용하는경우에는 비교적 낮은 온도에서도 무라이트 조성(Mullite: 3Al2O3ㆍ2SiO2)을 형성하기 때문에 강도가 크다. 상기 알루미나 졸의 사용량은 40 내지 55 중량%가 바람직하고 실리카졸의 사용량은 10 내지 25 중량%가 바람직하며, 졸의 사용량이 본 발명에서 정해진 범위보다 적게 내화조성물에 첨가되는 경우에는 무기섬유의 체적이 증가되어 이를 균일하게 피복할 수 없고, 사용량이 정해진 범위보다 많은 경우에는 무기섬유를 피복하고도 졸이 과잉으로 존재하게 됨으로써 모르타르의 점력이 저하되어 내화물의 시공이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명에서 사용되는 알루미나미분은 내화조성물에 사용하는 통상의 것으로서 무기섬유들 사이에 충진시키는 충진제 역할과 모르타르의 소결을 촉진시켜 소성강도를 증가시키기 위해서 사용한다. 본 발명의 알루미나미분으로는 제조방법에 따라서 상이하게 제조되는 소결 알루미나, 전융 알루미나, 하소 알루미나 등을 사용할 수 있는데, 하소 알루미나미분을 사용하는 것이 상기 효과에 가장 바람직하다.
상기 알루미나미분의 사용량은 5 내지 8 중량%가 바람직하고, 사용량이 5 중량% 미만이면 모르타르의 접착력 및 부착강도가 작기 때문에 바람직하지 않고, 사용량이 8 중량%를 초과하는 경우에는 무기섬유에 비하여 무기섬유를 충진하는 미분량이 많게되어 소성강도는 증가하나 가축성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 사용되는 실리카초미분은 내화조성물에 사용하는 통상의 것으로서 상기 알루미나미분과 동일하게 무기섬유들 사이를 충진하는 충진제 역할과 모르타르의 소결을 촉진시켜 소성강도를 향상시키기 위해서 첨가된다. 상기 실리카미분의 사용량은 5 내지 8 중량%가 바람직하고, 사용량이 5 중량% 미만이면 내화조성물을 혼련하는 경우에 모르타르의 분산성이 저하되어 소성강도가 저하되고, 사용량이 8 중량%를 초과하면 무기섬유량에 비하여 알루미나미분의 사용량이 많게되어 내화조성물의 가축성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 사용되는 무기섬유는 내화조성물에 사용되는 통상의 것으로서 모르타르의 완충작용을 돕기 위해서 첨가된다. 본 발명에서 사용되는 무기섬유로는 여러가지가 있을 수 있으나, 바람직하게는 알루미나 함량이 30 내지 60 중량%이고 섬유 길이가 1 내지 10mm인 무기섬유를 사용하는 것이고, 가장 바람직하게는 알루미나 함량이 30 내지 60 중량%이고 섬유 길이가 5mm인 세라믹섬유를 사용하는 것이다. 섬유 길이가 10mm를 초과하면 섬유끼리 서로 얽혀서 잘 풀어지지 않아 내화조성물의 혼련이 어렵다는 문제가 있다.
상기 무기섬유의 사용량은 15 내지 30 중량%가 바람직하고, 사용량이 15 중량% 미만이면 무기섬유량이 적어 가축성이 저하되고, 사용량이 30 중량%를 초과하면 내화조성물의 가축성은 우수하게 되나 섬유량이 많게 되어 내화조성물 내에서 섬유끼리 서로 얽혀서 잘 풀어지지 않아 내화조성물의 혼련이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명에서 사용되는 유기결합제(organic binder)는 내화조성물에서 통상되는 것으로서 모르타르의 접착력을 증가시키고 압송시 원료의 마찰을 감소시키기 위해서 첨가된다. 상기 사용되는 유기결합제로는 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 카르복실메틸셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 규산소다, 덱스트린(dextrine) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리비닐알코올을 사용하는 것이다. 상기 유기결합제의 사용량은 상기 알루미나졸, 실리카졸, 알루미나미분, 실리카초미분 및 무기섬유 성분의 함량 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조된 본 발명의 내화조성물의 물성을 측정하기 위하여 일정한 크기의 시편을 제조하고 대기중에서 약 15 내지 30시간 건조시킨 후, 온도 80 내지 150℃의 건조기에서 약 15 내지 30시간 건조시켜 내화조성물의 시편을 완성한다. 상기 제조된 시편을 온도 800 내지 1500℃의 전기로 내에서 약 1 내지 5시간 소성시킨 후, 통상의 방법으로 상기 제조된 시편의 가축성 시험, 선변화율 시험, 강도 시험 등을 측정한다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
하기 표 1에 나타낸 내화조성물의 성분을 하기 표 1의 함량으로 평량하고 만능 혼련기에 알루미나졸, 실리카졸, 알루미나미분 및 실리카초미분을 넣고 건식으로 혼련하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물에 세라믹섬유 및 폴리비닐알코올을 하기 표 1의 양으로 첨가하고 세라믹섬유가 충분하게 풀어져서 점력이 생겨 양호하게 뭉쳐질 때까지 혼련을 계속 수행하여 모르타르 내화조성물을 제조하였다. 상기제조된 내화조성물을 형틀(50x50)에서 성형하고 대기중에서 약 24시간 동안 자연 건조시킨 후, 온도가 약 110℃인 건조기에서 약 24시간 동안 건조시키고 상기 건조된 시편을 온도가 약 1000℃인 전기로 내에서 소성시켜 수축성 시험 시편을 제조하였다. 상기 제조된 시편에 하중 10kg/cm2을 가했을 때 수축되는 정도를 측정하여 내화조성물의 가축성에 대한 시험을 수행하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 상기 제조된 내화조성물을 형틀(40x40x160)에서 성형하고 대기중에서 약 24시간 동안 자연 건조시킨 후, 온도가 약 110℃인 건조기에서 약 24시간 동안 건조시키고 상기 건조된 시편을 온도가 약 1000℃인 전기로 내에서 소성시켜 선변화율 시험 및 강도 시험 시편을 제조하였다. 상기 제조된 시편을 사용하여 통상의 방법으로 내화조성물의 선변화율 시험 및 강도 시험을 수행하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 제조된 모르타르 내화조성물의 작업성은 모르타르 내화조성물 제조시에 혼련시간 및 혼련속도를 일정하게 했을 때 조성물이 뭉쳐지는 상태를 보고 육안으로 판단하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 제조된 모르타르 내화조성물의 압입성은 제조된 모르타르를 사용하여 압입기에서 압입했을 때의 압소성 및 압입시의 모르타르의 부착상태를 육안으로 판단하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(실시예 2 내지 4)
하기 표 1에서 보는 바와 같이 조성물의 함량을 상이하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 내화조성물의 시편을 제조하고 제조된 시편의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(비교예 1 내지 10)
하기 표 1에서 보는 바와 같이 조성물의 함량을 상이하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 내화조성물의 시편을 제조하고 제조된 시편의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(비교예 11)
하기 표 1에서 보는 바와 같이 종래 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물의 성분 및 함량을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 내화조성물의 시편을 제조하고 제조된 시편의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
성 분(g) 실 시 예 비 교 예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
알루미나졸 40 55 45 50 35 60 55 45 50 55 50 55 55 45 -
실리카졸 25 10 10 20 25 10 5 30 12 10 20 10 20 10 -
하소알루미나미분 8 5 7 5 5 5 8 5 3 10 7 5 7 5 15
실리카미분 7 5 8 5 5 5 7 5 10 5 3 12 8 5 -
보크사이트미분 70
내화점토 15
세라믹섬유 20 25 30 20 20 20 25 15 25 20 20 18 10 35 -
폴리비닐알코올1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 -
(1)의 폴리비닐알코올의 양은 알루미나졸, 실리카졸, 하소알루미나미분, 실리카미분 및 세라믹섬유의 함량 100 중량부에 대한 중량부이다)
물 성 실 시 예 비 교 예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
작업성 ◎ ◎ ◎ ◎ X X X X X X X ◎ ◎ X ◎
압입성 ◎ ◎ ◎ ◎ X X X X X X X X X X ◎
선변화율(%) -0.8 -0.7 -0.6 -0.9 -2.0 -2.5 -2.7 -2.6 -3.0 -2.5 -2.6 -2.8 -2.6 -2.7 -3.0
곡강도(1000℃, kg/cm2) 18 16 20 19 8 6 8 6 5 5 6 10 9 8 30
가축성(%) 25 27 30 25 10 12 12 10 10 9 9 9 10 11 0
(◎:양호 및 x:불량)
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 성분 및 함량 범위 내에서 제조된 실시예 1 내지 4의 내화조성물은 본 발명의 범위가 아닌 비교예 1 내지 10 및 종래예(비교예11)의 내화조성물에 비하여 시공성이 우수하고 가축성이 최소 25% 이상만큼 클 뿐만 아니라 소성강도도 우수하였다.
상기 비교예에서 제조된 내화조성물에 대하여 상세하게 고찰하면 다음과 같다. 비교예 1은 알루미나졸의 사용량이 부족한 경우로서 알루미나졸의 양이 다른 성분의 사용량에 비하여 상대적으로 적기 때문에 작업성이 저하되고 가축성이 작아 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다. 비교예 2는 알루미나졸의 사용량이 과다한 경우로서 알루미나졸의 사용량이 과다하여 세라믹섬유 및 분말상의 다른 성분을 코팅하고도 과잉의 알루미나졸이 남게되기 때문에 알루미나졸의 소비량이 증가하고 내화조성물의 시공시 세라믹섬유와 액체가 분리되어 압입이 어렵다는 문제가 있어 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 3은 실리카졸의 사용량이 부족한 경우로서 실리카졸의 사용량이 부족하여 세라믹섬유의 코팅이 양호하지 않아 내화조성물의 작업성이 어렵고 내화조성물의 강도가 저하되는 문제가 있어 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다. 비교예 4는 실리카졸의 사용량이 과다한 경우로서 실리카졸의 사용량이 과다하므로 내화조성물의 압입시 과잉의 졸이 혼합되지 않고 분리되어 호스의 막힘 현상을 야기시키는 문제 등이 있어 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 5는 알루미나미분의 사용량이 부족한 경우로서 졸의 양에 비하여 알루미나미분의 사용량이 부족하여 내화조성물의 혼련이 용이하지 않았으며 수축이 크고 강도가 작아서 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 6은 알루미나미분의 사용량이 과다한 경우로서 졸의 양에 비하여 알루미나미분의 사용량이 과다하여 내화조성물의 혼련이 균일하지 않았으며 가축성이 저하되어 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 7은 실리카초미분의 사용량이 부족한 경우로서 성분들의 분산이 용이하지 않아 작업성에 문제가 있어 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 8은 실리카초미분의 사용량이 과다한 경우로서 내화조성물의 작업성이 양호하고 강도는 우수하나 가축성이 저하되고 수축이 심하여 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 9는 세라믹섬유의 사용량이 부족한 경우로서 세라믹섬유의 양이 적으므로 내화조성물의 혼련시 작업 부하가 적어 작업성은 양호하나 가축성이 저하되어충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
비교예 10은 세라믹섬유의 사용량이 과다한 경우로서 졸의 양에 비하여 세라믹섬유의 양이 과다하여 내화조성물 내에서 세라믹섬유 간에 얽혀서 용이하게 풀어지지 않아 내화조성물의 작업성 및 압입성이 양호하지 않아 충진용 모르타르 내화조성물로는 적합하지 않았다.
따라서 본 발명에 의한 내화조성물은 시공성, 소성강도, 가축성 등에서 우수함을 확인할 수 있었다.
본 발명의 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물은 작업성, 소성강도, 완충성 및 내화성이 우수하여 내장내화물의 팽창에 의하여 고로 등의 고온로에 균열 및 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. a) 알루미나졸 40 내지 55 중량%;
    b) 실리카졸 10 내지 25 중량%;
    c) 알루미나미분 5 내지 8 중량%;
    d) 실리카초미분 5 내지 8 중량%;
    e) 세라믹섬유 15 내지 30 중량%; 및
    f) 상기 a) 내지 e) 성분의 함량 100 중량부에 대하여 유기결합제 0.05 내지 0.5 중량부
    를 포함하는 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 c)의 알루미나미분이 소결 알루미나, 전융 알루미나 및 하소 알루미나로 이루어진 군중에서 선택되는 1종인 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 e)의 세라믹섬유가 알루미나 성분을 30 내지 60 중량%를 함유하고 길이가 1 내지 10mm인 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 f)의 유기결합제가 폴리비닐알코올, 카르복실메틸셀룰로오스, 규산소다 및 덱스트린으로 이루어진 군중에서 선택되는 1종인 고로 대풍구주변 충진용 완충모르타르 내화조성물.
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