KR20050063487A - Fabrication method of light weight silica foam insulating refractory - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효율이 높은 경량의 내화 단열재를 제조하기 위한 방법으로 다공질 실리카를 이용하고 이를 일정한 형상을 갖도록 결합제를 사용하여 정형의 내화 단열재를 성형하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for forming a shaped refractory insulating material using a porous silica as a method for producing a high-efficiency lightweight refractory insulating material and using a binder to have a uniform shape.

본 발명은 균일한 특성의 단열재를 제조하기 위하여 실리카 성분을 함유하는 다공질의 실리카를 원료로 제공하는 단계와, 상기 실리카에 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기 위하여 무기 결합제와 충진제를 첨가 혼합하는 단계, 결합제가 첨가된 실리카를 성형틀에 넣어 성형하는 단계, 상기 무기결합제를 첨가한 상태에서 건조하는 단계, 상기 건조된 상태에서 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로하는 실리카 폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법을 요지로한다.The present invention provides a step of providing a porous silica containing a silica component as a raw material to produce a heat insulating material having a uniform property, and adding and mixing an inorganic binder and a filler in order to have a sufficient mechanical strength to the silica, the binder is Manufacturing the lightweight form refractory heat insulating material using a silica foam, comprising the steps of molding the added silica into a molding die, drying in the state in which the inorganic binder is added, heat treatment in the dried state To the point.

Description

실리카 폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조방법{Fabrication method of light weight silica foam insulating refractory}Fabrication method of light weight silica refractory insulating material using silica foam

본 발명은 실리카폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 단열재에 다공질 실리카를 사용하여 단열효과가 향상되고 또한 경량으로 인하여 시공이 용이한 실리카 폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a lightweight form fireproof insulation using silica foam, and in particular, a method of manufacturing a lightweight form fireproof insulation using silica foam which improves the insulation effect by using porous silica in the insulation and is easy to construct due to the light weight. It is about.

종래에 단열을 위해서 사용되는 단열재로는 보통 3 마이크론 내외의 직경을 갖는 유리섬유 또는 단열을 하고자 하는 부분의 온도가 높을 경우에는 암면 또는 세라믹 섬유를 이용하여 만들어진 펠트(felt) 또는 판상의 보드(board)를 이용한다. Conventionally used heat insulating material for the insulation is a felt or plate board made of rock wool or ceramic fiber when the temperature of the glass fiber having a diameter of about 3 microns or the portion to be insulated is high ).

유리섬유 또는 세라믹 섬유는 섬유의 형상 때문에 섬유사이 사이에 많은 빈 공간을 가지고 있게 되며 이 공간들이 열의 전달을 막아 단열 효과를 갖도록 해준다. Because of the shape of the fibers, glass or ceramic fibers have a lot of voids between the fibers and these spaces prevent heat transfer and have an insulating effect.

이와 같이 섬유 사이에 존재하는 빈 공간의 단열의 기능을 이용하여 섬유상의 재료를 단열의 재료로 사용하는 것의 이치는 보온의 목적으로 담요나 이불 같은 것을 차갑게 또는 뜨겁게 보온하는 역할에 사용하는 것과 같은 이치이다. Thus, the reason for using fibrous material as a material for thermal insulation by using the function of thermal insulation of empty spaces existing between fibers is the same as that of using a blanket or a blanket to keep warm or hot for the purpose of thermal insulation. to be.

일반적으로 3-400℃ 용의 단열재로는 유리섬유 펠트(felt)를 사용하고 있으며 고온에서는 고온용의 세라믹 화이버 펠트(felt)를 단열시키고자 하는 부분에 고정시켜 사용하거나 또는 일정한 형상을 유지해야 하는 경우는 상기의 세라믹 화이버 또는 암면 같은 섬유상의 내화물질에 결합제를 첨가하여 판상으로 만들어 사용한다. 이와 같은 단열재는 특성이 미흡하거나 제조원가가 고가인 이유로 활용이 제한되어 왔다. Generally, fiberglass felt is used as a heat insulating material for 3-400 ℃, and at high temperature, it is necessary to fix the ceramic fiber felt for high temperature to the part to be insulated or to maintain a constant shape. In this case, a binder is added to the fibrous refractory material such as ceramic fiber or rock wool to make a plate. Such insulators have been limited in use due to insufficient properties or expensive manufacturing costs.

그러나 최근 발포유리를 제조하기 위한 기술로서 통상적인 방법으로 실리카 겔을 제조하고 실리카겔을 습윤 공기중에 노출시켜 적당량의 수분을 흡수하게 하는 등 (공개번호 특2001-0106171), 이를 단열재로 사용하기 위하여 일정 형상을 하고 있는 내화 거푸집에 투입하여 이들을 980℃ - 1300℃ 의 온도에서 소성하여 성형체를 만드는 방법이 개발되어있다. Recently, however, as a technique for manufacturing foamed glass, silica gel is manufactured by a conventional method, and the silica gel is exposed to wet air to absorb an appropriate amount of water (see Publication No. 2001-0106171). A method has been developed in which a molded article is formed by putting into a refractory formwork which is shaped and firing them at a temperature of 980 ° C-1300 ° C.

그러나 상기의 방법은 실리카 겔을 제조하기 위하여 통상의 방법이외의 첨가제와 다수의 공정 변수를 조절하는 것으로 알려져 있으며 성형체를 제조하기 위하여 실리카 겔 원료를 내화 거푸집에 넣고 고온에서 발포시켜 성형한다. However, the above method is known to control the additives and a number of process parameters other than the conventional method for producing the silica gel, and the silica gel raw material is placed in a refractory formwork and foamed at a high temperature to prepare a molded body.

그러나 이방법은, 첫째 실리카 겔이 발포되고 형성된 다공질의 실리카 겔이 서로 융착되어 결합력을 갖도록 하기 위하여는 발포온도보다 높은 온도에서 열처리하여야 하므로 그 과정이 용이한 것처럼 보이나 실제 융착시키기 위하여 높아지는 온도로 열처리하는 과정에 표면에서 우선적으로 발표되는 다공질 구형의 실리카가 단열재 역할을 하므로 내부의 실리카겔의 발포를 방해하는 역할을 한다. However, in this method, since the silica gel is foamed and the porous silica gels formed are fused to each other to have a bonding force, the heat treatment must be performed at a temperature higher than the foaming temperature. The porous spherical silica, which is released on the surface in the process, acts as a heat insulator and thus hinders the foaming of the silica gel.

고온에서 다공질의 구조가 무너지기 시작하여 형성된 다공질로 인한 단열 효과를 잃어 버리게 되며 온도가 낮을 경우에는 낮은 기계적 강도로 인하여 성형이 어렵게 된다. 그러므로 다공질 실리카의 구조가 최적으로 유지되도록 하면서 성형체를 만들 수 있는 방법을 고안하게되었다. At high temperatures, the porous structure begins to collapse and loses the thermal insulation effect due to the formed porous. At low temperatures, molding is difficult due to low mechanical strength. Therefore, the inventors have devised a method to make a molded body while maintaining the structure of the porous silica optimally.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 고온에서 융착하기 위한 열처리 공정을 거치지 않고 다공질 실리카를 이용하여 실리카의 다공질 구조를 최적의 상태로 유지하면서 동시에 용이하게 성형할 수 있는 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the problems described above, the production can be easily molded while maintaining the porous structure of the silica at the same time using the porous silica without undergoing a heat treatment process for fusion at high temperature The purpose is to provide a method.

상술한 목적은 균일한 특성의 단열재를 제조하기 위하여 실리카 성분을 함유하는 다공질의 실리카를 원료로 제공하는 단계와, 상기 실리카에 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기 위하여 무기 결합제와 충진제를 첨가 혼합하는 단계, 결합제가 첨가된 실리카를 성형틀에 넣어 성형하는 단계, 상기 무기결합제를 첨가한 상태에서 건조하는 단계, 상기 건조된 상태에서 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로하는 실리카 폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The above object is to provide a porous silica containing a silica component as a raw material to prepare a heat insulating material having a uniform property, and to add and mix an inorganic binder and a filler in order to have a sufficient mechanical strength to the silica, The step of molding the added silica to the molding die, the step of drying in the state in which the inorganic binder is added, the heat treatment in the dried state of the lightweight form refractory insulating material using a silica foam The purpose is to provide a manufacturing method.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 내열성을 갖는 경량의 다공질 구형 실리카(silica )를 기본 원료로 하고 여기에 결합제를 첨가하여 원하는 형상의 단열재를 만든다. In order to achieve the object as described above, in the present invention, a lightweight porous spherical silica (silica) having heat resistance as a basic raw material and a binder is added thereto to make a heat insulating material of a desired shape.

균일한 특성의 단열재를 제조하기 위하여 98% 이상의 실리카 성분을 함유하는 다공질의 구형 실리카를 원료로 하며 이것이 원하는 형상을 유지하고 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기 위하여 무기 결합제를 첨가 혼합하고 건조하거나 열처리 한다 In order to produce a uniform insulating material, porous spherical silica containing 98% or more silica is used as a raw material, and an inorganic binder is added, mixed, dried or heat treated to maintain a desired shape and have sufficient mechanical strength.

결합제를 다공질 구형 실리카와 혼합한 후 성형 틀에 넣은 후 적당한 방법으로 충진 시킨 후 성형 틀과 함께 50℃ ~ 2000℃ 의 건조 오븐에서 건조시킨다. 건조가 완료된 후 틀에서 제거하면 원하는 형상의 성형체가 제조되어 이를 열처리하면 사용 중 변형되지 않는 다공질 실리카의 성형체가 완성된다. The binder is mixed with the porous spherical silica, placed in a mold, and filled in a suitable manner, followed by drying in a drying oven at 50 ° C. to 2000 ° C. together with the mold. When the drying is completed, the mold is removed from the mold to prepare a molded body having a desired shape, and when heat-treated, a molded body of porous silica that is not deformed during use is completed.

이때 사용하는 무기결합제에 따라 사용온도가 제한된다. 결합제는 여러종류의 물유리, 인산 알루미늄, 통상의 시멘트 혼합방법 등 다양하게 사용할 수 있다. At this time, the use temperature is limited depending on the inorganic binder used. The binder may be used in various ways such as various kinds of water glass, aluminum phosphate, conventional cement mixing method.

물유리는 일반적으로 Na의 함량에 따라 구분되며 사용하는 물유리의 종류에 따라 그리고 전체적으로 사용하는 물유리의 양에 따라 내열성이 달라지게 되므로 사용온도에 따라 선택사용 하여야 한다. . Water glass is generally classified according to the content of Na and its heat resistance varies according to the type of water glass used and the amount of water glass used as a whole. .

유기 결합제는 건조후 상온에서 높은 강도를 나타내지만 대부분이 유기물의 연소후에는 결합강도를 잃어버리게 되는 경우가 많다. 그러므로 고온에서도 결합력을 갖을 수 있는 무기 결합제를 사용하면 용이하게 정형의 경량단열재를 제조할 수 있다. Organic binders show high strength at room temperature after drying, but most of them lose their bonding strength after combustion of organic materials. Therefore, by using an inorganic binder that can have a bonding force even at high temperatures, it is possible to easily produce a lightweight lightweight insulation.

이하에 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples.

비교예1Comparative Example 1

성형 틀에 실리카 겔을 넣고 1050℃ 와 1100℃ 로 승온하고 각각의 온도에서 1시간 유지 후 자연 냉각되도록 한다. 이때에 제조되는 형상은 열을 받는 표면 부분만 발포되고 내부는 거의 반응이 되지않고 부피의 변화도 없는 상태로서 서로의 결합력은 거의 없는 상태로서 취급이 곤란한 상태이다.Silica gel is placed in a mold and heated to 1050 ° C. and 1100 ° C., and maintained at each temperature for 1 hour to allow for natural cooling. At this time, the shape produced is a state in which only the surface portion subjected to heat is foamed and the inside is hardly reacted, and there is no change in volume.

비교예 2Comparative Example 2

성형틀에 실리카 겔을 넣고 1200도와 1250도로 승온하고 각각의 온도에서 1시간 유지후 자연냉각되도록 한다. 이때에 발포는 가능하나 성형체의 중앙부분이 산처럼 튀어 나와 그 밑부분은 빈 공간을 만들게 되어 변형되므로 목적하는 형상을 제조하기가 곤란하다. Silica gel is placed in a mold and heated to 1200 degrees and 1250 degrees and maintained for 1 hour at each temperature to allow for natural cooling. At this time, foaming is possible, but the center portion of the molded body is protruding like a mountain, and the bottom portion thereof is made to create an empty space, which makes it difficult to produce a desired shape.

비교예 3Comparative Example 3

미리 제조된 다공질 실리카 3 리터(무게로 약 600-700그람, 밀도의 변화가 있으므로 부피를 기준으로 함)에 인산알루미늄 28% 180그람을 첨가 혼합하여 성형건조한후 1000℃ 와 1100℃ 에서 각각 1시간 열처리하였으나 강도가 약한 편이다. 3 liters of porous silica (about 600-700 grams in weight, based on volume due to change in density) is added and mixed with 28% 180 grams of aluminum phosphate, followed by drying and molding for 1 hour at 1000 ° C and 1100 ° C, respectively. Heat treatment is weak.

실시예 Example

미리 제조된 다공질 실리카를 3 리터 (무게로 약 600-700그람, 밀도의 변화가 있으므로 부피를 기준으로 함)를 사용하여 여기에 결합제로 인산알루미늄을 그리고 충진제로 실리카, 알루미나를 아래와 같이 사용하였으며, 벤토나이트를 사용할 수 도 있다. 여기서 알루미나의 양은 다공질 실리카 1리터당 17g~67g의 범위에서 첨가하여 성형하게 된다.Using 3 liters of pre-made porous silica (about 600-700 grams in weight, based on volume due to change in density), aluminum phosphate as a binder and silica and alumina as fillers were used as follows. Bentonite can also be used. In this case, the amount of alumina is added in a range of 17 g to 67 g per one liter of porous silica to be molded.

여기서 강도 판단은 취급할 때의 강도로서 통상적으로 단열 보드를 취급하는 경우와 같이 무리하게 힘을 가하지 않는 상태에서 부서지거나 균열이 가면 약한 것으로 그리고 외부에서 약간의 충격을 주어도 온전한 경우는 강한것으로, 이의 중간은 적당으로 표시하였다. 그리고 인산알루미늄의 농도는 54에서 60%로서(60%로 간주함) 물을 섞어서 조정하였다. Here, the strength judgment is the strength when handling, which is weak when broken or cracked without excessive force, such as when handling insulation boards, and when it is intact even when given a slight impact from the outside, it is strong. The middle is marked as appropriate. The concentration of aluminum phosphate was adjusted by mixing water as 54 to 60% (referred to as 60%).

예로 60% 인산 알루미늄 100그람은 60그람의 인산 알루미늄 과 40그람의 물로 구성되어있으며 30% 인산 알루미늄 100그람은 30그람의 인산 알루미늄과 70그람의 물로 구성되어있다. For example, 100 grams of 60% aluminum phosphate consists of 60 grams of aluminum phosphate and 40 grams of water, and 100 grams of 30% aluminum phosphate consists of 30 grams of aluminum phosphate and 70 grams of water.

실시예(번호)Example (number) 인산알루미늄농도 및 량 Aluminum Phosphate Concentration and Amount 충진제 및 양Filler and amount 열처리온도/시간Heat treatment temperature / hour 결과(강, 중, 약)Result (strong, medium, weak) 1One 60% 180그람60% 180g 알루미나 100그람100 grams of alumina 1100도/1시간1100 degrees / 1 hour 강River 22 60% 180그람60% 180g 알루미나 100그람100 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 강River 33 60% 180그람60% 180g 알루미나 200그람Alumina 200 Grams 1100도/1시간1100 degrees / 1 hour 강 약간무거움Slightly heavy river 44 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 100그람100 grams of alumina 1100도/1시간1100 degrees / 1 hour 강River 55 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 200그람Alumina 200 Grams 1000도/1시간1000 degrees / hour 강 약간무거움Slightly heavy river 66 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 100그람100 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 강River 77 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 100그람100 grams of alumina 900도/1시간900 degrees / hour 강River 88 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 50그람50 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 중medium 88 30% 180그람30% 180 grams 알루미나 30그람30 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 약about 1010 15% 180그람15% 180 grams 알루미나 100그람100 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 중medium 1111 5% 180그람5% 180 grams 알루미나 100그람100 grams of alumina 1000도/1시간1000 degrees / hour 약about

알루미나를 사용한 실시예의 결과는 실리카를 충진제로 사용한 성형체의 결과와 동일하게 결합제의 양과 충진제의 양에 의하여 강도가 결정되었다. 이와 같이 다공질 실리카 1리터당 인산알루미늄을 무게로 환산하여 9~36그람을 첨가하고, 충진재로 알루미나 혹은 실리카를 50그람 이상 사용하여 열처리하면 적당한 강도를 갖는 성형체를 제조할 수 있다. 한편, 열처리 온도는 900~1100℃ 범위에서 열처리하게 된다.The results of the examples using alumina were determined by the amount of the binder and the amount of the filler in the same manner as the result of the molded article using the silica as the filler. As described above, 9 to 36 grams of aluminum phosphate per liter of porous silica is added and heat treatment is performed using at least 50 grams of alumina or silica as a filler to prepare a molded article having a suitable strength. On the other hand, the heat treatment temperature is heat treatment in the range 900 ~ 1100 ℃.

본 발명에서는 다공질 실리카를 골재로 하고 충진제로 세라믹 분말, 그리고 무기 결합제를 사용하여 일정한 모양으로 통상적인 세라믹 제조방법과 같이 경량 단열재를 제조할 수 있다. 여기서 충진제는 알루미나와 실리카 분말을 결합제로는 인산 알루미늄을 사용한다. 상기한 바와 같이 본 발명은 실리카 겔을 열처리하여 용이하게 제조되는 다공질 실리카를 이용하여 경량의 단열효과가 있는 경량단열재를 제조하는 효과가 있다. In the present invention, porous silica is used as an aggregate, and ceramic powder and inorganic binder may be used as a filler, and thus, a lightweight insulating material may be manufactured as in a conventional ceramic manufacturing method. Here, the filler uses alumina and silica powder, and aluminum phosphate as a binder. As described above, the present invention has an effect of producing a lightweight insulating material having a light insulating effect using porous silica easily prepared by heat-treating the silica gel.

도 1은 인산알루미늄과 알루미나를 혼합하여 제조된 경량단열재의 사진1 is a photograph of a lightweight insulation prepared by mixing aluminum phosphate and alumina

Claims (7)

균일한 특성의 단열재를 제조하기 위하여 실리카 성분을 함유하는 다공질의 실리카를 원료로 제공하는 단계와,Providing porous silica containing a silica component as a raw material to produce a heat insulating material having a uniform property, 상기 실리카에 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기 위하여 무기 결합제와 충진제를 첨가 혼합하는 단계,Adding and mixing an inorganic binder and a filler to have sufficient mechanical strength on the silica, 결합제가 첨가된 실리카를 성형틀에 넣어 성형하는 단계,Putting the silica to which the binder is added into a molding mold, 상기 무기결합제를 첨가한 상태에서 건조하는 단계,Drying in the state where the inorganic binder is added, 상기 건조된 상태에서 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로하는 다공질 실리카를 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법.Method for producing a lightweight form refractory heat insulating material using a porous silica, characterized in that comprising the step of heat treatment in the dried state. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 결합제는 인산알루니늄인 것을 특징으로 하는 실리카 폼을 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법.The binder is a method for producing a lightweight form refractory insulation using silica foam, characterized in that the aluminum phosphate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 결합제로는 인산 알루미늄을 다공질 실리카 1리터당 9 ~ 36g 첨가하는 것을 특징으로 하는 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법.The binder is a method for producing a lightweight form refractory heat insulating material, characterized in that the aluminum phosphate is added 9 to 36g per liter of porous silica. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 충진제로는 실리카, 알루미나 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 다공질 실리카를 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법.The filler is a method for producing a lightweight form refractory insulating material using porous silica, characterized in that one selected from silica and alumina. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미나의 양은 다공질 실리카 1리터당 17g~67g 의 범위내에서 첨가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 다공질 실리카폼을 이용한 경량 정형 내화단열재의 제조방법.The amount of the alumina is added in the range of 17g ~ 67g per one liter of the porous silica, and the molding method for producing a lightweight form refractory insulating material using a porous silica foam. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 건조단계에서 50 ~ 200℃ 의 범위에서 건조하는 것을 특징으로 하는 실리카 폼을 이용한 경량정형 내화단열재의 제조방법.Method for producing a lightweight form fireproof insulation using a silica foam, characterized in that drying in the range of 50 ~ 200 ℃ in the drying step. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 성형 및 건조단계 이후, 900 ~ 1100℃ 범위에서 열처리하는 것을 특징으로하는 다공질 실리카를 이용한 경량 정형 내화 단열재의 제조 방법.After the molding and drying step, a method for producing a lightweight form refractory insulation using porous silica, characterized in that the heat treatment in the range of 900 ~ 1100 ℃.
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