KR20040091802A - 소성 열원으로서 석탄분말을 포함하는 벽돌 및 바닥재의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소성 열원으로서 석탄분말을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벽돌 및 바닥재의 원료 40-70 중량%에 석탄분말 30-60 중량%을 혼합하여 숙성시킨 후, 건조 및 소성하는 것을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

소성 열원으로서 석탄분말을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법{Method for producing a brick and a bottom material comprising coal powders as a heat source for sintering}

본 발명은 소성 열원으로서 석탄분말을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벽돌 및 바닥재의 원료 40-70 중량%에 석탄분말 30-60 중량%을 혼합하여 숙성시킨 후, 건조 및 소성하는 것을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법에 관한 것이다.

현재 다양한 벽돌 및 바닥재가 건축물의 내·외장재로 널리 사용되고 있으며, 이들에 대한 다양한 제조방법의 개발이 계속되고 있다. 대한민국 등록특허 제10-310975호에는 '원적외선 방사율이 강하고, 습도 및 온도 조절 효과가 우수한 황토벽돌의 제조방법'이 개시되어 있고, 대한민국 특허출원 제2001-2226호에는 '건축용 벽돌 및 황토 바닥벽돌의 제조방법'이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-275625호에는 '원적외선 방사율이 높고 표면에 환무늬와 흑색반점이 현출되는 소성벽돌'이 개시되어 있다.

종래 사용되고 있는 대부분의 벽돌 및 바닥재는 일반적인 벽돌 원료들, 즉 혈암, 점토, 황토, 고령토 등을 진공 토련기로 잘 이겨 압출시킨 다음, 철사나 칼로 일정한 크기로 잘라 성형하고, 건조 및 소성공정을 거쳐 길이 약 210mm, 너비 약 100mm 및 두께 약 61mm의 크기로 만들어진다. 이 때 건조는 실내와 일광에서 자연 건조시키거나 또는 50-200℃에서 40-80시간 동안 건조실에서 행해진다. 또한, 소성은 오름가마, 고리가마 또는 터널가마 등에서 900-1200℃의 온도로 장시간 동안 행해진다.이와 같이 종래 제조방법은 소성공정을 고온에서 장시간 동안 수행하기 위하여 많은 양의 열원을 필요로 하며, 이로 인해 연료비의 부담을 가중시킨다.

한편, 석탄은 가정용, 상업용, 수송용, 산업용 등의 열원 또는 동력원으로 널리 사용되고 있는 물질이다. 벽돌의 제조 공정에서도 석탄은 가스 또는 오일과 더불어 열원으로 사용되고 있다. 특히, 베트남에서는 가마에서 벽돌을 소성시킬 때 효과적으로 열을 가하기 위해 석탄을 벽돌 모양으로 만들어 서너 장의 벽돌 사이에 끼워 굽는다. 그러나, 지금까지 석탄을 벽돌의 원료로 사용한 예는 없다.다만, 대한민국 특허출원 제 2001-4261호에는 석탄재를 이용한 벽돌 및 바닥재의 제조방법이 개시되어 있는데, 상기 특허출원은 화력발전소에서 석탄을 전소하고 남은 산업 폐기물인 석탄재 분말을 벽돌 원료로 사용하여 벽돌의 표면에 석탄재 분말로 인한 검은색의 무늬가 나타날 수 있게 한 것으로 석탄재를 열원으로 사용하지 않았다.

이에 본 발명자들은 소성공정에 필요한 연료비를 절감할 수 있는 벽돌 및 바닥재의 제조방법을 개발하기 위하여 거듭 연구하던 중, 석탄을 분말 형태로 벽돌 및 바닥재의 원료에 첨가하여 소성 열원으로 이용하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 소성공정에 필요한 연료비를 절감할 수 있는 벽돌 및 바닥재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 벽돌 및 바닥재를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 석탄분말을 포함하는 벽돌의 모습을 나타낸 것이다.

A: 평면도 B: 측면도 C: 정면도

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 벽돌 및 바닥재의 원료 40-70 중량%에 석탄분말 30-60 중량%을 혼합하여 숙성시킨 후, 건조 및 소성하는 것을포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 벽돌 및 바닥재를 제공한다.

본 발명에서 '벽돌 및 바닥재의 원료'란, 이에 제한되는 것은 아니나, 벽돌 및 바닥재의 제조에 일반적으로 사용되는 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 말한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 벽돌 및 바닥재의 원료에 석탄분말을 첨가하여 벽돌 및 바닥재를 제조한다는 점에 특징이 있다.

본 발명에 사용되는 벽돌 및 바닥재의 원료는 벽돌 및 바닥재의 제조에 사용되는 일반적인 원료를 모두 포함하며, 바람직하게는 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 혈암을 사용한다. 이 때 벽돌 및 바닥재 원료는 원료와 석탄분말의 혼합물 총 중량에 대하여 40-70 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 석탄은 무연탄, 유연탄(역청탄), 갈탄, 토탄(이탄) 등을 모두 포함하며, 바람직하게는 연소성분이 많아 높은 발열량을 나타내는 유연탄을사용할 수 있다. 이 때 석탄분말은 원료와 석탄분말의 혼합물 총 중량에 대하여 30-60 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 석탄분말의 함량이 30 중량% 미만이면 소성이 덜 이루어져 벽돌의 압축강도가 떨어지게 된다. 반대로 60 중량%를 초과하게 되면 과소성되어 마찬가지로 압축강도가 떨어지게 되고, 또한 벽돌 및 바닥재로서의 형상을 제대로 갖추지 못하게 된다.

본 발명에 따른 벽돌 및 바닥재의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 벽돌 및 바닥재의 원료 40-70 중량%에 석탄분말 30-60 중량%을 혼합한 후, 이를 72-84시간 동안 10-20℃에서 숙성시킨다. 이 과정을 통해 석탄분말과 원료들의 과립이 충분히 수분화되고, 일부 규산염 물질과 물이 접촉하여 접합성이 좋은 물질(cemented material)로 됨으로써 성형성이 높아지게 된다. 또한, 이 과정을 통해 산화·환원 반응이 일어나 미생물의 번식이 초래되어 재료들이 부드럽고 균일하게 됨과 동시에 유동성과 응집성이 높아짐으로써 성형체의 표면이 더 고르게 된다.

이후, 숙성과정을 거친 석탄분말과 원료의 혼합물을 각 용도에 적합하도록 통상의 방법에 따라 성형한다. 성형된 벽돌을 단으로 쌓아 50-200℃에서 20-30시간 동안 건조시킨다. 건조가 완료된 후, 그 상태로 1100-1150℃에서 24-50시간 동안 소성시킨다.이 때 소성은 오름가마, 고리가마, 터널가마, 호프만식 가마 또는 전기가마에서 할 수 있다. 이 공정 동안 외부에서 가해지는 열과 더불어 재료 자체에 포함된 석탄분말로부터 발생되는 내부의 열을 통해 균일한 소성이 이루어지게된다. 소성공정을 행하기 전에 벽돌 및 바닥재의 표면을 더 아름답게 하고 흡수성을 줄이기 위하여 유약을 바를 수도 있다.

종래 벽돌 및 바닥재의 제조 방법은 벽돌을 성형한 후, 열이 각 벽돌로 골고루 퍼지게 하기 위하여 벽돌을 층으로 나누어 건조대차에 적치하고 건조공정을 수행한다. 이후, 소성공정을 위해 건조대차에 적치된 벽돌을 다시 수작업으로 소성대차에 옮겨 실어 소성로에 투입한다. 이 때에는 건조된 벽돌을 층으로 나누지 않고 단으로 쌓아 소성대차에 적치한다. 그러나, 본 발명은 벽돌 및 바닥재의 원료에 열원인 석탄분말이 포함되어 있기 때문에 건조공정시에 벽돌을 층으로 나누어 각각 적치할 필요가 없으므로, 건조공정시에도 소성공정시와 마찬가지로 벽돌을 단으로 쌓아 건조를 수행하고, 건조공정이 완료되면 이를 그대로 소성로에 투입한다. 따라서, 본 발명은 종래 방법에서 건조대차에 적치된 벽돌을 다시 소성대차로 옮기는 재적치의 단계를 줄여 건조 및 소성을 일괄 공정으로 수행할 수 있다.

이와 같은 소성공정을 거친 소성재는 냉각 및 포장 단계를 통해 건축용 구조제로서 건축물의 내·외장에 사용 가능한 벽돌 또는 바닥재로 제조된다.

본 발명에 따른 벽돌 및 바닥재의 제조방법은 다음과 같은 장점이 있다.

1) 벽돌 및 바닥재의 원료와 석탄분말과의 숙성과정을 통해 성형 능력이 향상된다.

2) 건조공정에서 소성공정으로 벽돌을 옮겨 실어야 하는 재적치 단계를 필요로 하지 않아 건조와 소성의 일괄 공정이 가능하다.

3) 소성공정에서 필요한 열원을 소성재 자체에서 발생시킴으로써 소성공정에 필요한 연료비를 절감할 수 있다.

4) 소성공정에서 소성재 내부로부터 발생되는 열을 통해 균일한 소성이 이루어져 흡수율은 감소되고 압축강도는 향상된 벽돌 및 바닥재를 제조할 수 있으며, 아울러 표면이 매끄러운 미려한 벽돌 및 바닥재를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

석탄분말을 포함하는 벽돌의 제조

혈암(중국하북성지역) 70 중량%에 석탄분말(삼천리(주)) 30 중량%를 혼합한 후, 10℃에서 72시간동안 숙성시켰다. 이후, 길이 190㎜, 너비 90㎜ 및 두께 57㎜의 크기로 성형한 후, 성형된 벽돌을 단으로 쌓아 130-160℃에서 21-24시간 동안 건조한 다음, 1150℃에서 38시간 동안 소성시켜 석탄분말을 포함하는 벽돌을 제조하였다. 본 발명에 따라 제조된 벽돌은 그 표면이 굉장히 매끄러움을 확인할 수 있었다(도 1 참조).

<비교예 1>

석탄분말을 포함하지 않는 벽돌의 제조

혈암 100 중량%를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 벽돌을 제조하였다.

<시험예 1>

품질 테스트

실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 벽돌의 흡수율과 압축강도를 한국산업규격인 KSL 4201의 시험방법에 따라 시험하였다.

<1-1> 흡수율 측정

시료를 110±5℃의 공기 중탕 속에서 24시간 동안 건조하여 실온까지 방랭한 후 칭량하고, 이것을 건조 후 무게 m1(gr)으로 하였다. 이후, 즉시 상기 시료를 20±5℃의 물 속에 24시간 동안 정치하였다. 이 때 시료 상부와 수면 사이의 거리를 50-60㎜로 하였다. 이후, 물 속에서 꺼내어 재빨리 젖은 헝겊으로 표면의 수분을 닦고 즉시 무게를 달아 이것을 수분을 포함한 무게 m2(gr)로 하였다. 이후, 하기 식에 따라 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 벽돌의 흡수율을 계산하였으며, KSA 0021에 따라 소수점 이하 첫째 자리에서 끝맺음하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

흡수율(a) = {(m2-m1)/m1} ×100(%)

m1 : 건조 후 무게(gr)

m2 : 수분을 포함한 무게(gr)

<1-2> 압축강도 측정

시료를 미리 110±5℃의 공기 중탕에서 건조하고, 24시간 후에 꺼내어 실온까지 방랭하였다. 벽돌의 190㎜×90㎜의 면을 가압면으로 하고, 미리 시료마다 개구부를 포함하는 가압면적 A(㎠)를 구하였다. 가압속도는 매초 5-10kgf/㎠(49-98.1N/㎠)로 하여 시료가 파괴되었을 때의 최대하중 W(kgf)를 측정하였다. 이후, 하기 식에 따라 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 벽돌의 압축강도를 측정하였으며, KSA 0021에 따라 정수 자리로 끝맺음하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

압축강도(C) = W/A (kgf/㎠)

W: 최대하중(kgf)

A : 개구부를 포함하는 가압면적

본 발명에 따른 벽돌의 품질 테스트 결과

	실시예 1	비교예 1
흡수율(%)	8.6	9.2
압축강도 kgf/㎠(N/㎠)	265	240

그 결과, 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 벽돌의 원료에 석탄분말이 첨가되어 제조된 벽돌(실시예 1)의 경우, 석탄분말을 포함하지 않는 벽돌(비교예 1)에 비하여 흡수율(%)이 현저히 감소되고, 압축강도(kgf/㎠)는 증가됨을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 벽돌의 흡수율은 KSL 4201 규정의 1종 제품의 기준인 10% 이하를 만족하는 8.6%이었으며, 압축강도는 1종 제품의 기준인 210 kgf/㎠을 능가하는 265 kgf/㎠의 수치를 나타내었다. 이로부터 본 발명에 따라 제조된 벽돌이 건축물의 내·외장재로의 사용은 물론 바닥재로서도 사용이 가능함을 알 수 있었다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 벽돌 및 바닥재의 원료에 석탄분말을 첨가함으로써 성형능력 및 압축강도가 향상되고, 흡수율이 현저히 감소된 벽돌을 제조하였다. 또한, 본 발명의 방법은 종래의 벽돌 제조방법보다 더 낮은 소성 온도에서 단시간 내에 KSL 규격에 맞는 벽돌을 제조할 수 있으므로 소성공정에 필요한 연료비가 절감된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 건축물의 내·외장재로 사용될 수 있는 우수한 품질의 벽돌 및 바닥재를 제조하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 벽돌 및 바닥재의 원료 40-70 중량%에 석탄분말 30-60 중량%을 혼합하여 숙성시킨 후, 건조 및 소성하는 것을 포함하는 벽돌 및 바닥재의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 벽돌 및 바닥재의 원료는 황토, 점토, 백토, 혈암, 보명토, 고령토, 장석 및 카오린토석으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 숙성은 10-20℃에서 72-84시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 건조는 50-200℃에서 20-30시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 소성은 1100-1150℃에서 24-50시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따르는 방법으로 제조된, 석탄분말을 포함하는 벽돌 및 바닥재.