KR20020076066A

KR20020076066A - 습식취부용 부정형 내화조성물 및 그 취부방법

Info

Publication number: KR20020076066A
Application number: KR1020010016048A
Authority: KR
Inventors: 조문규
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-09

Abstract

본 발명의 목적은 본 발명은 노즐 선단에서 경화제를 첨가하지 않으면서, 수분함량이 낮아 건조폭열등의 발생이 없는 습식취부용 부정형 내화조성물을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 0.5~5 중량%의 Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물, 75㎛ 이하의 입도를 가지는 20~40 중량%의 내화성 미분, 75㎛~6mm 입도를 가지는 55~79.5 중량%의 내화성 골재를 포함하는 습식취부용 부정형 내화조성물을 제공한다.

Description

습식취부용 부정형 내화조성물 및 그 취부방법{Unshaped refractories for wet-type gunning and gunning method}

본 발명은 철강설비용 각종 요로의 내장 내화물 표면에 도포되어 내화물을 보호하는 습식취부용 내화조성물 및 내화조성물 취부방법에 관한 것이다.

최근 이중 피스톤 방식의 압송장치가 개발되면서 저수분의 치밀질 부정형 내화조성물을 이송하여 취부 시공하는 습식취부법(shot-cast, shotcrete)이 활발하게 적용되고 있다.

이러한 습식취부법에 사용되는 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 1차혼련된혼합물은 장치에 부착된 혼련기(51)에 공급되어 2차 혼련되고 피스톤 펌프(52)의 작용으로 이송관(54)을 통해 노즐(55)까지 압송된다. 노즐 선단에서는 경화제 공급조(56)로부터 혼련물을 급결시키는 경화제와 공기 압축기(53)로부터 고압의 공기가 공급되며, 경화제, 혼련물, 그리고 압축공기가 혼합되면서 시공하고자 하는 부위로 취부되는 구조로 되어 있다.

한편, 종래 일본특허공보 97-141129에서는 시멘트를 결합제로 사용하고 규산 알칼리 혹은 알루미늄산 알칼리를 경화제로 사용하여 분진 발생이 적고, 고내식성의 치밀질 시공체를 얻는 방법을 제시하였고, 일본특허공보 97-99446, 97-50922에서는 고온상태의 보수부위에 시공시에 건조폭열등의 현상이 없는 Al계 금속분말과 수화반응 촉진제를 첨가한 내화조성물을 제시하고 있다.

또한, 미국특허공보 5968602에서는 수경성 알루미나를 결합제로 하고 인산염 및 암모늄계 경화제를 사용함으로써 기존의 알루미나 시멘트를 사용한 내화조성물에 비해 고내식성의 시공체를 얻을 수 있는 방법을 제시하고 있다.

그러나 상기한 종래의 구조는, 노즐 선단으로 이송된 혼련물에 경화제를 첨가함으로써 보수부위에 취부된 시공체가 흘러내리지 않고 고착되도록 하는 방식이므로, 시공되는 구조체가 층상(laminated structure)이 되기 쉽고, 이에 따라 가동중 박리에 의한 손상이 빈번한 문제점이 있다.

또한, 알루미나 시멘트를 결합제로 사용할 경우 수화반응물의 탈수에 의한 내부 수증기압의 급격한 상승에 의한 건조폭열이 있으므로, 이를 억제하기 위해 Al계 금속분말을 첨가하면 시공체의 기공율과 평균기공경이 커져서 폭열방지에는 효과적이나 내식성이 저하하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노즐 선단에서 경화제를 첨가하지 않으면서, 수분함량이 낮아 건조폭열등의 발생이 없는 습식취부용 부정형 내화조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 습식취부용 부정형 내화조성물의 취부방법을 제공하는 데에 또다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 습식취부용 부정형 내화조성물을 취부시키기 위한 취부장치를 제공함에 또다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 습식취부장치를 도시한 도면,

도 2는 종래기술에 따른 습식취부장치를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 혼련기 11 : 가열기

12 : 피스톤 펌프 13 : 이송관

14 : 노즐 20 : 공기압축기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 습식취부용 부정형 내화물 조성물은, Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물 0.5~5 중량%, 75㎛ 이하의 입도를 가지는 내화성 미분 20~40 중량%, 75㎛~6mm 입도를 가지는 내화성 골재 55~79.5 중량% 및, 외삽으로 0.1~0.5 중량%의 분산제를 포함한다.

Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물은 화학식이 M_n{-(SiO₂)_y-AlO₂}_n·wH₂O (여기서 M은 K, Na, Ca, Mg 등과 같은 알카리 금속이다) 이며, Al₂O_3,MgO, SiO_2,Na₂O, K₂O를 화학양존적으로 혼합한 후 녹여서 형성된 물유리 형태의 화합물이다.

Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물은 열경화하는 무기계 폴리머로써 첨가량이 0.5 중량%보다 적으면 시공체의 부착성이 낮아지게 되고, 5 중량%보다 많으면 열경화된 혼련물의 점도가 너무 높으므로 압송성이 낮아지게 된다.

내화성 미분 및 골재는 알루미나, 마그네시아, 스피넬, 실리카 등을 사용함이 바람직하다.

75㎛ 이하의 내화성 미분 함량이 20 중량%보다 적으면 시공체의 부착성이 낮아지게 되고, 40 중량%보다 많으면 혼련물의 점도가 높아 압송성이 낮고 첨가수분의 함량이 증가하므로 시공체의 내식성이 저하된다.

분산제로는 헥사메타인산소다, 니그린 술폰산염 등이 사용될 수 있다.

분산제의 첨가량이 0.1 중량%보다 적으면 첨가수분의 함량이 높아지고, 0.5 중량%보다 많으면 분산제의 얽힘현상으로 분산효과가 저하되어 압송성이 감소하므로 바람직하지 않다.

여기서 상기한 내화물의 취부방법을 살펴보면, 소형의 혼련기에서 상기 내화물을 100~250℃로 가열하면서 2~5분간 혼련한 후, 노즐 선단으로 압송한 다음 압축공기를 이용하여 적어도 3kgf/cm²이상의 압력으로 피시공체의 표면에 취부하는 것을 특징으로 한다.

혼련물의 열간 혼련시 혼련온도가 100℃보다 낮거나 혼련시간이 2분보다 짧으면 열경화가 일어나지 않아 시공체의 부착성이 낮아지게 되고, 250℃보다 높거나 5분보다 길게 되면 열경화에 의한 혼련물의 점도가 급격히 상승하여 압송성이 저하된다.

혼련물을 취부하는데 사용되는 압축공기의 압력이 3kgf/cm²보다 적으면 부착성이 낮아 반동 손실(rebound loss)가 커지므로 바람직하지 않다.

도 1은 본 발명의 내화물을 취부하기 위한 습식취부장치를 예시하고 있다.

상기 도면에 의하면, 습식취부장치는 혼련기(10)와 혼련되는 혼련물을 가열하기 위한 가열기(11), 혼련물을 이송시키기 위한 이송용 펌프(12), 펌프에 연결되어 내화물이 이송되는 이송관(13)이 설치된 본체와, 이송관 선단의 노즐(14)에 연결되어 분사용 공기를 공급하기 위한 공기압축기(20)로 이루어진다.

가열기(11)는 내부에 발열선이 내장된 플레이트 구조로 되어 혼련기 바닥에 부착설치된다. 발열선에서 발생된 열은 혼련기의 철피를 통해 혼련되는 내화물로 전달되게 된다.

이에 따라 1차혼련된 내화물은 본체에 부착된 혼련기에 공급되어 2차로 열간 혼련되고 피스톤 펌프의 작용으로 이송관을 통해 노즐까지 압송된다. 노즐 선단에서는 공기 압축기로부터 고압의 공기가 공급되어, 혼련물과 압축공기가 혼합되면서 시공하고자 하는 부위로 내화물을 취부시키게 된다.

여기서 무정형 무기물은 통상 상온에서 경화속도가 느리며 경화촉매의 첨가를 통해 경화를 촉진하게 되는 데, 본 발명에 따르면 상기와 같이 가열기를 이용하여 내화물을 가열처리함으로서 별도의 경화촉매 사용없이 바로 부착시공할 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 무정형 내화물의 열경화를 이용하여 혼련하는 과정에서 가열기에 의해 내화물을 가열처리함으로서 경화반응(축중합반응)을 촉발시킨 다음 노즐 선단으로 이송하여 압축기로 분무하게 된다. 경화반응이 촉발된 혼련물은 노즐 선단까지 이송되는 과정에서 계속적으로 경화가 진행되어 분무되는 순간에도 시공부위에 부착될 정도로 부착력을 가지게 된다.

따라서 노즐 선단에서 경화제 용액을 첨가할 필요가 없고 이에 따라 과잉수분이 첨가되지 않으므로 건조시 폭열발생이 감소하고 내식성 등이 향상되는 것이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

Al₂O₃-MgO-SiO₂- Na₂O-K₂O계 무정형 무기물 0.5~5 중량%, 75㎛ 입도 이하의 내화성 미분 20~40 중량%, 75㎛~6mm 입도 이하의 내화성 골재와의 합계 100 중량%에 대해서 외삽으로 헥사메타인산소다 0.1~0.5 중량%, 수분 5~7 중량%를 1차 혼합하였다.

여기서, Al₂O₃-MgO-SiO₂- Na₂O-K₂O계 무정형 무기물은 프랑스 A.G.S사의 Geopolymer, PZ-geopoly제품이 사용되었다.

이때 내화성 미분 및 골재는 알루미나, 마그네시아, 스피넬, 실리카 등을 사용하였다. 1차 혼합된 혼련물을 도 2의 취부장치를 사용하여 Al₂O₃계 구조체의 표면에 취부하였다.

1차 혼합된 혼련물을 혼련기의 가열기(20)에 의하여 100~250℃로 가열하면서 2~5분간 혼련한 후 피스톤 펌프를 이용하여 노즐 선단으로 압송한 다음 압축기(10)를 이용하여 3kgf/cm²이상의 압력으로 Al₂O₃계 구조체의 표면에 취부하였다.

펌프로부터 노즐까지의 거리를 기준으로 혼련물이 압송된 거리를 이용하여 압송율을 계산하였으며, 노즐까지 압송된 함량을 기준으로 Al₂O₃계 구조체의 표면에 부착된 함량을 이용하여 부착율을 구하였다.

구조체는 500×500×50mm 크기의 블록으로 이루어지고, 여기에 시공체를 분무하면서 전체 압송량과 부착되지 않고 리바운드(rebound)되는 양을 측정하였다.

시공체의 내식성 평가에는 부착된 시공체를 가공하여 사용하였으며, 레이들 슬래그를 사용하여 회전침식시험으로 1650℃에서 5시간 평가하였다.

비교예와 실시예 모두 동일한 시험조건에서 수행되었다.

혼련물의 압송율, 부착율 그리고 내식성은 비교예 1을 100으로 하여 환산한 값을 지수로써 나타내었다. 시험에 사용한 내화도료의 제조조건과 시험결과는 표 1에 예시되어 있다.

내화조성물의 제조조건 및 시험 결과

	결합제(중량%)	미분함량(중량%)	분산제(중량%)	혼련온도(℃)	혼련시간(분)	압력(kgf/㎤)	부착지수	내식성지수	압송지수
비교예	1	0.1	30	0.2	150	4	5	100	100	100
	2	10	30	0.2	150	4	5	170	70	55
	3	4	10	0.2	150	4	5	90	90	110
	4	4	50	0.2	150	4	5	140	80	60
	5	4	30	0.01	150	4	5	105	75	65
	6	4	30	1.0	150	4	5	118	150	80
	7	4	30	0.2	50	4	5	90	130	130
	8	4	30	0.2	350	4	5	115	145	62
	9	4	30	0.2	150	1	5	110	135	135
	10	4	30	0.2	150	10	5	120	150	61
	11	4	30	0.2	150	4	1	105	154	150
실시예	4	30	0.2	150	4	5	160	155	150

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건으로 제조한 비교예 1~11의 경우 압송성, 부착성, 그리고 내식성이 낮음을 알 수 있다. 반면에 본 발명의 조건 범위로 제조된 실시예의 경우 압송성, 부착성 그리고 내식성이 우수함을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 습식취부용 부정형 내화조성물 및 취부방법에 의하면, 노즐 선단에서 경화제를 첨가하지 않아 층상구조를 가지지 않으므로 박리등에 의한 손상이 적은 잇점이 있다.

또한, 수분함량이 낮아 건조폭열등의 발생이 없으므로 고온상태의 보수부위에도 시공이 가능하다.

또한, 경화제 공급장치가 없으므로 취부장치도 간단하여 조작이 간편한 장점이 있다.

Claims

Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물 0.5~5 중량%, 75㎛ 이하의 입도를 가지는 내화성 미분 20~40 중량%, 75㎛~6mm 입도를 가지는 내화성 골재 55~79.5 중량% 및, 외삽기준 0.1~0.5 중량%의 분산제를 포함하는 습식취부용 부정형 내화조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 미분 및 골재는 알루미나, 마그네시아, 스피넬, 실리카 중 하나 또는 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 습식취부용 부정형 내화조성물.
Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물 0.5~5 중량%, 75㎛ 이하의 입도를 가지는 내화성 미분 20~40 중량%, 75㎛~6mm 입도를 가지는 내화성 골재 55~79.5 중량% 및, 외삽기준 0.1~0.5 중량%의 분산제를 포함하는 습식취부용 부정형 내화조성물을 취부장치의 혼련기에서 100~250℃로 2~5분간 혼련하고, 노즐 선단으로 압송시킨 후, 압축공기를 이용하여 3kgf/cm²이상의 압력으로 시공부위에 취부하도록 된 습십취부용 부정형 내화조성물 취부방법.
혼련기와 피스톤펌프, 공기압축기를 포함하는 부정형 내화조성물 취부장치에있어서,

상기 혼련기에 가열기가 더욱 구비되어 Al₂O₃-MgO-SiO₂-Na₂O-K₂O계 무정형 무기물 0.5~5 중량%, 75㎛ 이하의 입도를 가지는 내화성 미분 20~40 중량%, 75㎛~6mm 입도를 가지는 내화성 골재 55~79.5 중량% 및, 외삽기준 0.1~0.5 중량%의 분산제를 포함하는 습식취부용 부정형 내화조성물을 100~250℃로 가열하면서 혼련하도록 된 것을 특징으로 하는 습식취부용 부정형 내화조성물 취부장치