KR200250008Y1 - 케스터블용 피복 스틸 파이버 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고온의 작업환경에서 사용되는 케스타블 내화물내의 스틸파이버에 관한 것으로, 보다 상세히는 제조단계에서 내화물모재와의 접촉성이 균일하고, 사용단계에서는 내산화성이 우수함으로서 케스타블의 사용할 때 균열발생을 줄이거나 균열전달을 억제하여 케스타블의 내스폴링성( Anti-Spalling) 및 강도를 향상시킬 수 있도록 개선된 케스타블용 피복 스틸파이버에 관한 것이다.

본 고안은 고온의 작업환경에서 사용되는 케스타블 내화물내의 스틸파이버에 있어서, 외표면에는 비닐층이 1차로 피복형성되고, 비닐층표면 상부에는 내화물 분말이 2차로 피복형성됨을 특징으로 하는 케스타블용 피복 스틸파이버를 제공한다. 본 고안에 의하면, 케스타블의 균열 방지와 균열전달 억제에 의한 우수한 내스폴링성 및 고온영역에서의 높은 강도를 발휘하는 개선된 효과가 얻어지는 것이다.

Description

케스타블용 피복 스틸파이버(Steel Fiber)

본 고안은 고온의 작업환경에서 사용되는 케스타블 내화물내의 스틸파이버에 관한 것으로, 보다 상세히는 제조단계에서 내화물재와의 접촉성이 균일하고, 사용단계에서는 내산화성이 우수함으로서 케스타블의 사용할 때 균열발생을 줄이거나 균열전달을 억제하여 케스타블의 내스폴링성( Anti-Spalling) 및 강도를 향상시킬수 있도록 개선된 케스터블용 피복 스틸파이버에 관한 것이다.

일반적으로 캐스타블은 일정한 형태를 가지지 않고 물또는 용매와 혼련된 뒤 작업자가 요구하는 형틀로 캐스팅(Casting)하여 이후의 적절한 건조 및 승온과정을 거치고 고온에서 반복적으로 사용되는 특성을 가진다. 따라서, 캐스타블은 내화 연와로 제조가 어렵거나 시공이 곤란한 곳에서 다양하게 적용되며, 동일한 재질일지라도 시공상태나 건조, 승온조건에 따라서 물성차가 크게 발생할수 있다. 그리고, 캐스타블과 같이 높은 내구성이 요구되는 내화물에 있어서는 균열방지 및 강도의 향상을 위하여 여러 가지 첨가물이 사용되어 지는데, 최근에는 건축용 콘크리트에서 사용되던 스틸파이버가 케스타블에 적용되고 있다. 그리고, 건축용 콘크리트에서는 저탄소강으로 이루어진 스틸파이버가 적용되는 반면에 내화재료가 사용되는 케스타블에서는 스테인레스로 이루어진 스틸파이버가 일반적으로 적용되며, 통상적으로 케스타블 중량의 약 1 내지 6%가 케스타블에 첨가되어 케스타블의 균열방지 및 균열(Crack)전달억제에 효과적인 역할을 하는 것이다.

제1도는 종래에 사용되는 스틸 파이버(100)의 대표적인 형태를 나타내는 것으로, (a)도와 같은 직선형 (b)도와 같은 v형 (c)도와 같은 직선-굴곡형 (d)도와 같은 v-굴곡형 등이 사용되고 있다. 상기에서 (b),(c),(d)도에서 사용되는 구조는 내화물과의 접착력을 높이기 위해서 최근에 시도되고 있는 통상적인 방법이다. 제2도는 종래의 스틸파이버(100)의 단면형태로서 (a)도는 원형, (b)도는 둥근 사각형, (c)도는 사각형 등이 있으며, 이것은 스틸파이버(100)의 소재형태에 따라서 다른 것이다. 즉 (a)도와 같은 원형은 스틸파이버(100)의 소재가 선재이며, (b)도와 같은 둥근 사각형은 선재 형태의 소재를 냉간압연 시킨 것이고, (c)도와 같은 사각형은 판재형태의 소재를 절단시킨 것이다. 통상적으로 스틸파이버(100)의 형태 및 길이는 사용처에 따라서 각기 달리 적용되는 것이다.

그러나 종래의 스틸파이버(100)는 케스타블의 제조과정중에서 내화물모재와의 혼합시, 제1도에 도시된 바와 같은 날카로운 침(針)상의 형태를 가짐으로서 서로 엉켜서 내화물모재에 균일하게 혼합되지 않는 경우가 발생한다. 따라서, 스틸파이버(100)가 과도하게 뭉친곳은 스틸파이버(100)의 노출로 용강의 침식이 급속히 진행되고 스틸파이버(100)가 노출되지 않은 곳은 균열이 과다하게 발생되어 그 사이로 용강이 손쉽게 침투된다. 또한, 종래의 스틸파이버(100)는 케스타블의 시공과정에서 내화물모재와의 접착력을 증대시키기 위하여 제1(c)도 및 (d)도와 같은 형상을 변경시켜 적용하였으나 근본적으로 스틸 파이버(100)자체가 내화물 모재보다 비중이 높고 체적에 대한 표면비율이(전체 표면적 ≒ 체적)이 상대적으로 커서 제3도와 같이 시공을 하게 되면, 첨가된 물입자(110) 및 각종 바인더(112)가 스틸파이버(100) 주변으로 집중되는 양상을 보인다. 따라서, 종래의 스틸파이버(100)는 물입자(110)와 각종 바인더(112)와의 접촉이 많고 내화물모재와의 접촉은 상대적으로 적어져서 접착력이 저하된다. 결국, 접착력의 저하는 고온에서의 강도를 저하시켜 낮은 열충격에서도 균열을 발생시키게 된다. 또한, 제3도에 제시된 바와 같이, 종래의 스틸파이버(100)는 내화물 모재 및 물입자(110)와 직접 접촉되어 있다. 따라서, 시공이 완료된 종래의 캐스타블은 건조, 승온중에 발생되는 수증기가 탈기되면서 시공체내부에 미세한 내부기공을 형성하게 된다. 그러므로 스틸파이버(100)는 미세한 내부기공을 통하여 공기에 의해서 노출된다. 이때, 고온에서 캐스타블을 사용하게 되면 미세한 내부기공을 통하여 스틸파이버(100)가 손쉽게 산화되고 스틸파이버(100) 자체가 지닐수 있는 특성이 급속하게 하락하여 균열전달 억제효과가 손실된다.

이상을 종합하면, 종래의 스틸 파이버(100)는 제조과정중의 불균일한 혼합, 시공 과정중 내화물모재와의 불완전한 접촉성, 사용과정중의 과다한 산화성등이 원인이 되어 균열방지 효과감소, 강도저하, 균열전달 억제효과 감소등의 문제점을 발생 시키는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 제조단계에서 케스타블 내화물모재와의 접촉성이 균일하고, 사용단계에서는 내산화성이 우수함으로서 케스타블을 사용할 때 균열발생을 줄이거나 균열전달을 억제하며 케스타블의 내스폴링성( Anti-Spalling) 및 강도를 향상시킬수 있도록 개선된 케스타블용 피복 스틸파이버를 제공하고자 하는 것이다.

제1(a)도 내지 (d)도는 종래의 기술에 따른 스틸파이버를 도시한 구성도.

제2(a)도 내지 (c)도는 종래의 기술에 따른 스틸파이버를 도시한 단면도.

제3도는 종래의 기술에 따른 스틸파이버를 사용한 케스타블 혼련상태를 도시한 구성도.

제4도는 본 고안에 따른 케스타블용 피복 스틸파이버를 도시한 단면도.

제5(a)도 내지 (c)도는 본 고안에 따른 케스타블용 피복 스틸파이버를 도시한 단면도.

제6도는 본 고안에 따른 피복 스틸파이버를 사용한 케스타블 혼련상태를 도시한구성도.

제7도는 종래의 기술에 따른 스틸파이버와 본 고안에 따른 피복 스틸파이버를 스폴링 시험한 결과표.

제8도는 종래의 기술에 따른 스틸파이버와 본 고안에 따른 피복 스틸파이버의 압축강도를 시험한 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피복 스틸파이버 3 : 스틸몸체

5 : 비닐층 6 : 내화물 분말 피복층

11 : 절단면 110 : 물입자

112 : 바인더

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 고온의 작업환경에서 사용되는 케스타블 내화물내의 스틸파이버에 있어서, 외표면에는 비닐층이 1차로 피복형성되고, 비닐층표면 상부에는 내화물 분말인 2차로 피복형성됨을 특징으로 하는 케스타블용 피복 스틸파이버를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 고안에 따른 케스타블용 피복 스틸파이버(1)는 제4도에 도시한 바와 같이, 스틸몸체(3)의 외표면에 비닐층(5)이 1차로 피복형성되고, 비닐층(5)의 외표면 상부에는 내화물 분말(6)이 2차로 코팅된다. 이때 비닐층(5)의 두께(t2)는 스틸몸체(3)의 최대 단면길이(t1)를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 만일 비닐피복층(5)의 두께(t2)가 스틸파이버(1)의 최대단면길이(tl)보다 두꺼울 경우에는 고온에서 캐스타블의 강도가 저하되기 때문이다. 또한, 내화물 분말피복층(6)의 두께(t3)는 스틸파이버(1)의 최대 단면길이(tl)의 1/2를 초과하지 않는 것이 유익하다. 내화물 분말 피복층(6)의 두께(t3)가 스틸파이버(1)의 최대단면길이(tl)의 1/2을 초과할 경우, 내화물 분말피복층(6)이 케스팅 및 운반작업중에 일부 탈락할 수도 있다.

또한, 스틸몸체(3)의 전체길이(L)가 스틸몸체(3)의 최대 단면길이(tl)의 5배보다 길경우에는 제5(a)도에 도시된 바와 같이, 스틸몸체(3)가 내화물분말로 피복되지 않고 비닐층(5)으로만 피복되거나, 제5(b)도에 도시된 바와 같이, 스틸몸체(3)가 절단면(11)을 제외한 표면이 비닐층(5)으로만 피복되거나, 제5(c)도에 도시된 바와 같이, 스틸몸체(3)의 절단면(11)을 제외한 표면이 비닐층(5) 및 내화물 분말 피복층(6)으로 피복된 구조로 되는 것이다.

상기 비닐층(5)의 재질은 통상적으로 사용하는 폴리에틸렌(Poly Ethylene), 폴리프로필렌( Poly Propylene )등이 모두 사용가능하며, 내화물분말 피복층(6)의 재질은 가능한 한 사용하고자 하는 케스타블에 사용되는 내화물 골재와 유사한 재질이 바람직하다. 상기에서 내화물 분말 피복층(6)의 크기는 일반적으로 100매쉬(mesh) 이하의 크기가 적당하다. 100 메쉬를 초과할 경우에는 내화물 피복층(6)의 관리가 어렵고, 일부 피복층이 탈락될 수 있기 때문이다.

본 고안에서 제시되는 스틸파이버(1)의 스틸몸체(3) 구조는 제1도 및 제2도에서 제시한 모든 형태에 적용될 수 있으며, 스틸몸체(3)의 재질은 저탄소강 또는 스테인레스강에 모두 적용가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 고안의 케스터블용 피복 스틸파이버(1)는 케스타블 제조과정중에서 스틸몸체(3)의 표면이 비닐층(5) 및 내화물분말 피복층(6)으로 피복되어 있기 때문에 날카로운 침상의 형태가 완만한 형태로 변화하게 된다. 따라서 케스타블의 제조과정중에 피복 스틸파이버(1)가 엉키거나 덩어리를 형성하지 않음으로서 손쉽고 균일하게 내화물 모재로 투입이 가능하게 되는 것이다. 이렇게 균일하게 분포된 피복 스틸파이버(1)는 열팽창에 의해서 발생되는 케스타블 내부의 열응력을 완화시키거나 열응력을 흡수하여 균열방지에 효과적인 역할을 하며, 균열발생이 한곳으로 집중되지 않도록 하여 전체적으로는 내스폴링성을 향상 시켜준다.

또한, 시공과정에서는 본 발명이 제시하는 피복 스틸파이버(1)의 표면이 내화물 분말 피복층(6)으로 형성되어 있고, 그 사용재질이 내화물모재와 성분이 유사함으로서 제6도와 같이, 시공작업시 투입되는 물입자(110)가 내화물모재(114)와 피복스틸파이버(1)에 균일하게 접촉할수 있다. 따라서, 내화물 모재(114)와 피복 스틸파이버(1)는 균일한 접착력을 가지게 되고, 종래의 스틸 파이버(100) 사용시 보다 균일한 강도를 발휘하여 외부의 응력에도 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

또한, 사용중에는 제4도에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시한 피복 스틸파이버(1)가 비닐층(3) 및 내화물 피복층(6)으로 코팅되어 있으므로 건조, 승온, 사용 과정중에 공기와의 접촉이 차단된다. 따라서, 본 고안에 의해서 피복되어진 스틸 파이버(1)는 산화가 자연적으로 방지되고, 고온에서도 내산화성을 일정하게 유지할 수 있음으로서 스틸파이버(1)자체가 가지는 특성을 유지시키고 고온과 저온의 반복사용중에도 균열의 전달억제효과가 일정한 것이다. 따라서, 본 고안에 의하면 케스타블의 내스폴링성과 강도를 향상시킬수 있는 주요한 요인으로 작용하는 것이다,

본 고안에 의한 효과를 보다 구체적으로 파악하기 위하여 스폴링시험과 압축강도 시험을 실시하고 그 결과를 제7도와 8도에 도시하였다. 각각 시험용 샘플은 가로 10cm X 세로5cm 높이 15cm의 캐스타블시편을 동일한 재질과 시공조건으로 만들었다. 샘플시험은 1450℃로 승온된 가열로에 3시간동안 가열후 30분 냉각을 각 5회씩 실시하였으며, 균열의 크기 및 발생횟수를 검측하였다. 시험결과는 제7도에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 피복 스틸 파이버(1)를 사용한 케스타블이 상대적으로 균열의 발생횟수가 적고, 균열 발생정도도 양호한 것으로 확인 되었다.

압축강도시험은 300℃, 600℃, 900℃, 1200℃, 1450℃에서 3시간동안 각각 가열한후, 3점법을 통해서 시험을 실시하였다. 시험결과 제8도와 같이, 고온으로 갈수록 본 고안에 의한 피복 스틸파이버(1)를 사용한 케스타블이 상대적으로 높은 압축강도값을 가짐을 알수 있었다.

상기에서와 같이 본 고안에 의하면, 케스타블의 균열 방지와 균열전달 억제에 의한 우수한 내스폴링성 및 고온영역에서의 높은 강도를 발휘하는 개선된 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (3)

1. 고온의 작업환경에서 사용되는 케스타블 내화물내의 스틸파이버에 있어서, 스틸몸체(3)의 외표면에는 비닐층(5)이 1차로 피복형성되고, 비닐층(5)의 표면 상부에는 내화물 분말 피복층(6)이 2차로 피복형성됨을 특징으로 하는 케스터블용 피복스틸파이버.
2. 제1항에 있어서, 상기 비닐 피복층(5)의 두께(t2)는 스틸몸체(3)의 최대 단면길이(t1) 이하이고, 내화물 분말피복층(6)의 두께(t3)는 스틸몸체(3)의 최대 단면길이(t1)의 1/2이하임을 특징으로 하는 케스터블용 피복 스틸파이버.
3. 제1항에 있어서, 상기 비닐층(5)의 재질은 폴리에틸렌(Poly Ethylene), 폴리 프로필렌(Poly Propylene)등이며, 내화물분말 피복층(6)의 재질은 사용하고자 하는 케스타블에 일치하는 내화물 재질임을 특징으로 하는 케스터블용 피복 스틸 파이버(1).