KR20070045181A - 부정형 내화물의 분무 시공 방법, 거기에 사용하는 분무재료 및 시공 장치 - Google Patents

부정형 내화물의 분무 시공 방법, 거기에 사용하는 분무재료 및 시공 장치 Download PDF

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요시히로 미즈마
고지 고다
요시노리 니시우미
노리카즈 시라마
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Abstract

분말 재료의 반송중에 물을 첨가하여 혼련하는 부정형 내화물의 분무 시공에 있어서, 저수분이면서도 혼련 효과가 높고 또한 작업성이 우수한 방법과 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 이 과제를 해결하기 위해 재료 공급기(1)로부터 선단 분무 노즐(4)까지의 반송 호스(5)에는 1차 주수기(7)가, 또 선단 분무 노즐쪽의 선단 분무 노즐(4)의 앞에는 2차 주수기(8)가 마련되어 있다. 1차 주수기(7)는 2차 주수기(8)의 상류쪽에 간격을 두고 설치하고, 1차 주수기로부터는 전체 시공수의 10∼50질량%, 보다 바람직하게는 15∼40질량%의 수분을 평균 입경 100μm 이하의 미립화수로서 첨가함으로써 반송중의 분무 재료를 슬러리 형태가 되지 않을 정도로 균일하게 습윤하고, 2차 주수기부터 시공에 필요한 나머지 물을 압축 공기와 함께 분무 주수한다.

Description

부정형 내화물의 분무 시공 방법, 거기에 사용하는 분무 재료 및 시공 장치{Method of spray application of monolithic refractory, spray material for use therein, and application apparatus}
본 발명은 용광로, 홈통, 혼선차(混銑車), 전로(轉爐), 취과(取鍋), 2차 정련로, 턴디시, 시멘트 로터리 킬른(Kiln), 폐기물 용융로, 소각로 혹은 비철금속 용기 등의 각종 금속 용기나 요로(窯爐)의 축로(築爐) 또는 보수시의 부정형(不定形) 내화물의 분무 시공 방법, 거기에 사용하는 분무 재료 및 시공 장치에 관한 것이다.
부정형 내화물의 분무 시공 방법은, 습식 시공 방법과 건식 시공 방법으로 크게 나눌 수 있다
습식 시공 방법은 시공수(施工水)를 미리 재료에 첨가하여 혼련하여 슬러리 형태로 한 부정형 내화물을 압송(壓送)하여 선단 노즐부에서 급결재 등을 첨가하여 분무하는 공법이다. 한편, 건식 시공 방법은 부정형 내화물을 건조 상태에서 공기 반송하고, 선단의 노즐부에서 시공수를 주수(注水)하여 분무하는 공법이다.
습식 시공 방법은 건식 시공 방법에 비해 부착성이 우수한 치밀질의 내화물의 분무 시공체를 형성할 수 있어 시공시의 분진 발생량이 적은 등의 효과가 있다. 반면, 분무시에 혼련 장치나 슬러리 압송 장치가 필요하고, 게다가 장치의 구조가 복잡하고 비싸며, 또 분무 작업 후는 슬러리형 부정형 내화물이 혼련 장치나 반송 호스 내에 부착되어 그 세정 작업에 시간이 걸린다는 결점이 있다.
이에 반해 건식 시공 방법은, 기본적으로는 건조 상태에서 공기 반송된 내화물에 선단 노즐부에 의해, 시공수를 주수할 뿐이므로 분무 장치는 간단하고 작업성이 우수하지만, 분무 재료에는 수분이 충분히 혼합되지 않은 상태에서의 분무이므로, 분무시에 분진이 많이 발생하고, 분무 시공체의 내화물 조직도 불균일해지는 경향이 있으며 부착율, 접착 강도 및 내식성도 불량해진다. 습식 시공 방법과 비교하면 혼련 효과가 낮고 수분 사용량이 많기 때문에 치밀한 시공체를 얻을 수 없다는 결점도 있다.
그래서, 건식 시공 방법의 개량으로서, 재료를 반송하는 호스의 반송 경로 내에서 주수하여 호스 내에서의 재료끼리 혹은 재료와 호스 내면과의 충돌에 의한 혼련 효과를 노린 건식 시공 방법이 과거 검토되어 왔다. 이 방법은, 건식 시공 방법의 결점인 분진의 발생을 방지하여 분무 시공체의 품질을 향상시키는 이점이 있다.
예를 들면, 후기의 특허문헌 1에는 분무 재료 반송용 압축 공기의 배관과 분무 노즐 2군데에서 물을 첨가하는 분무 시공 방법이 기재되어 있다. 그리고 분무 재료 반송용 압축 공기 중에는 예비 혼련으로서 물을 분무하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이 물을 공기 중에 균일하게 분산시켜 첨가함으로써 혼련 부족을 해소하여 짧은 노즐의 사용을 가능하게 하고, 국부적인 수분의 불균일에 기인하는 호스 내의 재료 부착을 방지할 수 있다고 기재되어 있다. 확실히 이 방법으로는 물만 분무 노즐만으로 첨가하는 경우와 비교하면 분진의 발생이 적어지고, 호스 내의 재료 부착 방지에는 효과가 있다고 생각되지만, 단순히 분무한 것만으로는 분무 재료를 균일하게 습윤시키기 어려워 양호한 혼련 효과를 얻을 수 없다. 따라서 종래의 건식 시공 방법과 비교하여 저수분으로 치밀하게 시공할 수 없었다.
또 후기의 특허문헌 2에는, 공기 반송된 부정형 내화 조성물에 분무 노즐 앞에서 워터 링을 통과하여 유입 연도(軟度)의 작업성을 얻을 수 있는 시공 수분량과 압착 공기를 첨가하고, 또 분무 노즐부에서 응집제 또는 보형성 부여제를 첨가하여 분무 시공하는 2단계 주수 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 시공 수분을 고압의 압착 공기를 사용하여 첨가하면, 그 강력한 교반 작용에 의해 부정형 내화물과 물의 균일 혼합이 단시간에 가능하다는 것이 기재되어 있다. 이 결과 리바운드 로스에 의한 환경 악화나 수분 증가에 의한 시공체의 품질 악화 등의 종래의 건식법이나 반건식 시공법이 갖는 문제점이나, 장치가 복잡해지거나, 청소가 번거롭다든가, 잔제(殘劑) 폐기량이 많다는 등의 문제가 해결된다고 기재되어 있다. 그러나 이 시공법으로는, 워터 링에서 일시에 슬러리 상태가 될 만큼의 대량의 수분을 더우기 분무 노즐 앞에서 첨가하기 때문에 분무 재료 중에 수분이 균일하게 분산되지 않고 게다가 충분한 혼련 효과를 얻을 수 없다. 이 때문에 치밀한 시공체를 얻을 수 없다는 문제가 있다. 또 혼련 효과를 높이기 위해 분무 노즐보다도 떨어진 위치에 워터 링을 설치하는 것도 생각할 수 있는데, 반송 호스가 막히기 쉬워지고 또 세정 작업 시간을 필요로 한다.
또 후기의 특허문헌 3에는, 내화 재료 골재, 내화성 분말, 결합제, 분산제 및 급결제(急結劑)를 포함하는 분무 재료를 분말의 상태에서 기류에 실어 반송관 내로 보내고 반송관 도중에서 시공수를 전량 주수하고 그 후에도 기류(공기) 반송하여 분무 노즐을 통해 분무하는 분무 시공 방법이 개시되어 있다. 그리고, 반송관의 도중에서 시공수를 전량 주수하여 습윤 상태가 된 후에도 부정형 내화물 조성은 반송관에 부착되는 점성으로는 되지 않고 종래의 습식 분무 시공 방법과 동일한 정도의 첨가 수분량과 시공체의 품질을 얻을 수 있다고 되어 있다.
그러나 이 방법으로 테스트를 했을 때, 단순히 반송관의 도중에서 시공수를 전량 주수한 것만으로는 분말 재료 특히 재료 중의 초미분 원료에 대한 물의 융합이 불량하여 혼련 상태가 불충분해지고, 리바운드 로스와 분진의 발생이 많아 작업성이 떨어지게 되어 안정적인 품질의 분무 시공체를 얻을 수 없다는 결점이 있다는 것을 알 수 있었다.
따라서 작업성을 만족시키기 위해서는, 아무래도 수분량을 늘리게 되어 장소에 따라 수분량의 불균일이 생기고, 수분이 지나치게 많은 부위는 높은 기공율이 되고, 반대로 지나치게 적은 부위에서는 결합이 불충분해져, 모든 부위가 소정의 내용성(耐用性)을 갖게 할 수 없게 된다는 문제가 있다. 또 노즐공에서 떨어진 위치에서 수분을 첨가하면 급결제의 용해에 의해 재료가 응집되기 시작하기 때문에 첨가 수분량이 늘고, 게다가 반송관의 세정이라는 번잡한 작업이 늘어나는 문제가 있다.
또 이 특허문헌 3에는 프리모이스트로서 수분을 첨가하는 것도 개시되어 있 는데, 이것은 분진의 발생 방지 효과를 목적으로 한 것이며, 이 정도의 수분을 첨가한 것만으로는 예비 혼련 효과를 얻을 수 없다.
<특허문헌 1> 일본 공개특허 소63-31562호 공보
<특허문헌 2> 일본 공개특허 평10-316478호 공보
<특허문헌 3> 일본 공개 특허 2002-220288호 공보
본 발명의 과제는, 종래의 건식 분무법으로 재료 반송관에 수분을 첨가하는 방법에 있어서, 재료 반송관 내에 재료가 부착되는 것을 회피하고, 수분과 분무 재료와의 혼련 효과를 높이고, 저수분으로 치밀한 시공체를 얻는 작업성이 우수한 분무 시공 방법과 그에 사용하는 재료, 그 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 재료 공급기에서 선단 분무 노즐에 이르는 재료 반송관에 1차 주수기(注水器)를 설치함과 아울러 선단 분무 노즐 직전에 2차 주수기를 설치하고, 각각의 주수기로부터 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료에 주수하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법으로서, 상기 1차 주수기는, 상기 2차 주수기의 상류쪽에 간격을 두고 설치하고, 1차 주수기로부터는 전체 시공수의 10∼50질량%의 시공수를 첨가하고, 2차 주수기로부터 시공에 필요한 나머지 시공수를 주수하고, 또한 1차 주수기에서는 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수(微粒化水)를 압축 공기와 함께 주수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료에 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수를 분무 주수하기 때문에, 첨가되는 물의 비표면적(比表面積)이 커지게 되어, 종래의 물의 첨가 방법과 비교하여 현격하게 재료를 균일하게 습윤시킬 수 있기 때문에, 재료 반송관 내를 고속으로 이동하는 재료 분말에 대해서도 단시간에 보다 높은 혼련 효과를 얻을 수 있다. 특히 미세한 원료 입자에 대한 보다 균일한 습윤화의 효과가 크다. 그 결과, 저수분의 치밀한 시공체를 얻을 수 있다는 것을 알게 된 것이다.
미립화수는, 평균 입경이 100μm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 70μm 이하, 가장 바람직하게는 5∼50μm이다. 이 평균 입경은 레이저 도플러법에 의해 측정할 수 있다. 미립화수의 평균 입경이 1OOμm보다 큰 경우에는 물의 비표면적이 작아져 분무 재료가 균일하게 습윤되지 않게 되므로, 혼련된 재료의 장소에 의한 수분량에 불균일이 발생하게 된다. 그 결과, 양호한 작업성을 가진 분무 재료로 하기 위해서는 시공 수분이 증가되어 버린다.
본 발명에서, 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수는, 압축 공기와 함께 분무 주수함으로써, 압축 공기의 압력이나 유속을 설정함으로써 보다 작은 입경의 미립화수를 얻을 수 있으며, 또한 그것을 제어할 수 있다. 또 분무 작업 종료시에는 주수를 중지했을 때에 공기만을 토출할 수 있기 때문에 노즐 막힘을 방지할 수도 있다.
평균 입경이 1OOμm인 미립화수는, 공기와 물의 혼합물을 가압 분무하는 일반적인 분무 노즐에 있어서, 노즐공 직경, 압력 및 유량 등을 경제적으로 실용화할 수 있는 범위에서 최적화함으로써 얻을 수 있다. 즉 분무되는 입경은, 공기의 압력이 높을수록 노즐공 직경이 작을수록, 혹은 물/공기의 유량비가 작을수록 작아지는 것으로 알려져 있으며, 따라서 필요한 수분량을 토대로 이러한 조건을 최적화함으로써 평균 입경이 1OOμm 이하인 미립화수를 얻을 수 있다. 예를 들면, 시공수 반송 경로로서의 내공과, 이 내공에 원주 방향으로 가늘고 긴 개구부를 갖는 1개의 슬릿형 노즐공을 가지며, 개구부의 폭이 O.1∼1mm이고, 노즐공의 상류쪽에는 균압실(均壓室)을 가지고, 이 균압실에 혼합실이 연결되어 혼합실에 가압수와 압축 공기의 도입구를 가지고 있는 주수기를 사용할 수 있다.
1차 주수기는, 2차 주수기보다 상류쪽에 간격을 두고 설치함으로써 분무 재료 반송중에 분무 재료를 균일하게 습윤화하면서 미립화수와의 충돌, 물을 포함한 분무 재료끼리의 충돌, 혹은 분무 재료와 반송관 내면의 충돌 등에 의한 혼련 효과가 가해진다.
또 본 발명에서는, 1차 주수기를 2개 이상 설치할 수도 있다. 1차 주수기를 일정 간격으로 2개 설치하고, 1차 시공수를 2군데로 나누어 주수해도 특별히 문제가 없다
본 발명에서는, 반송중의 분무 재료 중에 균일하게 미립화수를 분산하여 분무 재료를 균일하게 습윤하기 위해 1차 주수기로부터는 전체 시공수의 10∼50질량%, 보다 바람직하게는 20∼40질량%의 미립화수를 주수한다. 또 이 1차 주수기로부터 주수하는 미립화수에는 미리 분산제 혹은 결합제를 첨가해 놓을 수도 있다. 미리 분산제를 용해시켜 두면, 분산제가 분말로서 처음부터 혼합되는 경우와 비교하여 물에 빨리 용해되기 때문에, 보다 저수분화된다.
이 1차 주수기에 의한 분무 재료의 혼련 상태는, 분체, 물 및 공기의 각각이 연속된 상태 즉 퍼니큘러(Funicular) 영역을 지향하고 있다. 이 퍼니큘러 영역이란, 「혼련 기술 (하시모토 겐지 저, 1978년 10월 5일, 산업기술센터 발행)」에 기재되어 있으며, 분체, 액체 및 기체의 혼련 상태를 더욱 세밀하게 분류한 하나의 상태로서, 분체에 대해 액체가 충분히 코팅된 상태지만, 기체가 연속되어 있기 때문에 눈으로 보아 버석버석한 상태에 있는 것을 의미한다. 구체적으로는, 슬러리가 되기 직전의 단계로서 혼련물을 손에 쥐면 굳어지지만, 바로 다시 풀리는 상태이다. 통상 분산제를 포함하는 부정형 내화물은, 물을 조금씩 첨가하면서 혼련해 가면 초기에는 물을 첨가해도 거의 변화가 없지만, 어느 순간 급격히 연화되어 슬러리가 되는 수분 첨가량이 있다. 본 발명의 1차 주수기에서의 분무수의 첨가량은, 이 급격하게 연화되기 직전의 수분 첨가량을 목표로 하고 있다. 이 상태는 탭 플로우 시험에서도 혼련물이 거의 퍼지지 않는 상태 즉 1OO∼11Omm의 범위이기도 하다. 본 발명에서는, 사용하는 내화 원료, 급결제, 분산제 혹은 결합제의 종류, 입도 및 첨가량 등에 의해 1차 주수분이 다르지만, 수분 첨가량의 기준은 이 탭 플로우값의 범위도 기준으로 할 수 있다. 즉 수분이 지나치게 적거나 많아도 탭 플로우값은 확대되는데, 그 중간의 상태이다.
또 미시적으로는, 75μm 이하의 원료 입자는 원래 분말 상태에서는 몇개의 원료 입자가 모인 작은 2차 입자의 형태로 되어 있는데, 본 발명에서는 원료 입자가 이 2차 입자의 형태를 유지한 상태에서 미립화수에 의해 습윤된 상태가 된다고 생각된다. 이 2차 입자 중에는 75μm보다 큰 원료 입자가 핵으로서 존재하기도 한다. 그리고 본 발명에서는, 평균 입경이 1OOμm 이하로 매우 작은 미립화수를 사용함으로써, 하나의 2차 입자에 대한 수분량이 슬러리가 되는 분량보다 적은 값, 혹은 슬러리가 되어도 고점성의 값이 된다고 생각된다. 이 때문에 반송중에 2차 입자끼리 합체되어도 슬러리는 되기 어렵다고 생각하고 있다. 그리고 재료의 반송중에 2차 입자끼리, 2차 입자와 75μm 이상의 입자, 혹은 2차 입자와 반송관 내면 등의 충돌에 의해 더욱 혼련 효과가 추가된다고 생각한다.
이 결과, 저수분의 혼련 효과가 우수한 혼련물이 되어 2차 주수기에 필요 최소한의 수분량으로 시공 가능해진다. 따라서 종래의 건식 분무 시공법과 비교하여 매우 적은 수분 첨가량으로 작업성이 적합한 혼련물을 얻을 수 있게 된다. 또 재료 반송관 내에서는 이 때문에 분무 재료가 슬러리 상태가 되지 않기 때문에, 도중에 막히는 일이 없으므로 반송 호스를 길게 할 수 있어, 예를 들면 30m 이상의 긴 거리를 반송할 수도 있게 된다. 또한 반송 호스 내에 부착 퇴적되지 않기 때문에 세정 시간이 소요되지 않는다.
한편, 평균 입경이 1OOμm보다도 큰 미립화수에서는 이 2차 입자를 습윤화했을 때, 하나의 2차 입자에 대한 수분량이 지나치게 많아 2차 입자를 슬러리화해 버릴 빈도가 높아진다고 생각된다. 상술한 바와 같이, 아주 약간의 수분 함유율의 차이에 의해 슬러리화(해교(解膠))가 발생한다. 따라서, 반송중에 수분이 과잉된 2차 입자와 수분이 적량인 2차 입자가 충돌한 경우에는 슬러리가 합체 성장된다. 그 결과 반송 재료 중에는 국부적으로 슬러리가 생성되게 된다. 그리고 분무 재료는 불균일한 혼합물이 되어 혼련 효과가 저하되고, 또한 슬러리는 반송관 내에 부착하게 된다고 추정된다.
1차 주수기에 의한 수분의 첨가량이, 분무에 필요한 수분량의 1O질량% 미만일 경우에는, 분무 재료에 대해 수분량이 적기 때문에 반송중에 분무 재료를 균일한 습윤 상태로 할 수 없다. 그 결과, 2차 주수기에서의 첨가 수분량을 그 정도만큼 늘리게 되어 충분한 혼련 상태가 아닌 분무재가 분무되어 시공체의 품질이 저하된다. 또 50질량%를 넘으면, 반송중에 혼련된 분무 재료 중에 수분이 다량 존재하게 되기 때문에, 혼련물이 반송관 내에 부착되는 현상이 발생한다.
또 이 균일하게 습윤하여 혼련된 분무 재료에 대해 선단 분무 노즐 직전에 설치한 2차 주수기로부터 나머지 시공수를 첨가하지만, 보다 바람직하게는 평균 입경 100μm 이하의 미립화수로서 압축 공기와 함께 분무 주수한다. 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수로 함으로써 상술한 바와 같이 반송중의 분무 재료에 대해 보다 균일하게 습윤할 수 있기 때문에 높은 혼련 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에, 종래의 건식 시공 방법과 비교하여 보다 훨씬 적은 수분량으로 높은 혼련 효과를 얻을 수 있으며, 이로써 리바운드 로스가 적고 부착율이 높은 치밀한 시공체를 얻을 수 있다.
또 2차 주수기는, 선단 분무 노즐 직전에 설치한다. 직전에 설치함으로써 반송 호스의 세정을 줄이고, 또한 선단 분무 노즐 내에서의 혼련 효과를 얻을 수 있다. 분무 노즐의 직전이란, 반드시 분무 노즐과 주수기를 따로 따로 설치하는 것이 아니라 분무 노즐 자체에 2차 주수기를 장착해도 좋고, 분무 노즐과 일체화한 것이어도 좋다.
또 이 2차 주수기로부터, 급결제를 물에 첨가하여 분무 주수할 수도 있다. 급결제를 물에 첨가하여 넣음으로써 급결제가 습윤된 분무 재료 중에 보다 빨리 확산될 수 있어 반응성이 높아지고 부착율이 향상된다.
재료 반송관 내에서의 균일한 습윤 효과를 높이기 위해서는, 주수기로부터의 미립화수의 분무 주수 방향을 재료 반송관 내의 분무 재료의 반송 방향에 대해 30∼70도 경사진 삿갓형으로 분무 주수하는 것이 바람직하다. 이 삿갓형의 분무는, 재료를 반송하지 않는 조건에서 주수기로부터 미립화수를 압축 공기와 함께 분무 주수할 때 형성되어 있으면 된다. 실제로 재료를 반송하는 경우에는, 삿갓형 분무의 경사 각도는 더욱 커져 삿갓형의 하류쪽으로 길게 연장된 상태로 되어 있다.
이와 같이 분무되는 미립화수는 삿갓형 즉 면형태로 형성되어 있기 때문에 이 면을 분무 재료의 원료 입자가 통과할 때 미립화수와 충돌하기 때문에 분무 재료가 보다 균일하게 습윤될 수 있다. 또 이 미립화수 중 분무 직후에 원료 입자와 충돌하지 않았던 것은, 재료를 반송하는 공기의 흐름을 타고 재료 반송관 내에서 재료 반송 방향과 평행하게 부유 상태로 이동하는 병류(竝流) 분무류를 형성한다.
이 병류 분무류에 의해 반송중에 미립화수가 원료 입자와 접촉하여 원료 입자를 습윤화하기 때문에 습윤 효과가 더욱 높아진다. 삿갓형 분무의 형성은, 미립화수의 분무 각도에 영향을 받아 상기 경사 각도 내에 있는 것이 바람직하다. 그 각도가 30도 미만이면 충분한 습윤 효과가 얻어지지 않기 때문인지 혼련 부족이 되어 치밀한 시공체를 얻을 수 없고, 70도를 넘으면 벽면에 충돌하는 미립화수의 비율이 많아져 습윤 효과가 저하된다.
본 발명에서, 미립화수의 반송용 공기의 유속(v(m/sec))은, 재료의 반송 속도(V(m/sec))에 대해 V∼3V이고, 미립화수의 반송용 공기의 유량(w)는, 분무 재료의 반송용 공기의 유량(W(Nm3/min))에 대해 0.01W∼0.15W인 것이 바람직하다.
미립화수 반송용 공기의 유속(v)이 재료의 반송 속도(V) 미만이면 분무 재료를 균일하게 습윤하기 어렵고 혼련 부족이 되어 치밀한 시공체를 얻을 수 없으며, 3V를 넘으면, 미립화수가 반대쪽 벽면에 충돌하여 벽면을 따라서 물의 흐름을 형성하고, 바닥에 물이 고이기 때문에 미립화수를 반송 공기중에 균일하게 분산시킬 수 없다.
또 미립화수 반송용 공기의 유량(w(Nm3/min))이 0.01W 미만이면, 미립화수의 공기에 대한 비율이 지나치게 많아져 평균 입경이 커지기 때문에 분무 재료를 균일하게 습윤하기 어려워지고, 0.15W를 넘으면, 공기량이 증가하므로 리바운드 로스도 많아진다.
여기에서 미립화수 반송용 공기의 유량이란, 주수기로서의 프리믹스 혼합기에 불어넣는 공기의 유량이며, 미립화수 반송용 공기의 유속이란, 이 유량과 미립화수를 분무 주수하기 위한 노즐공의 단면적으로 계산되는 것이다. 또 분무 재료 반송용 공기의 유량이란, 재료를 반송하기 위해 불어넣는 공기의 유량이며, 그 유속은 주수기 직전의 재료 반송관의 단면적으로부터 계산하는 것이다.
또한 주수기의 미립화수를 분무 주수하기 위한 노즐공의 내면에 나선형의 요철을 형성하면, 분무된 미립화수가 반송 호스 내에서 나선형으로 회전하기 때문에 분무 재료와의 접촉 빈도가 보다 높아져 균질하게 습윤할 수 있다.
또 주수기에서 미립화수를 분무 주수하기 위한 노즐공은, 분무 재료의 반송 방향의 중심을 향해 경사 방향으로, 작은 관통공을 복수개 설치하여 형성해도 좋지만, 원주 방향으로 긴 슬릿이 보다 바람직하다. 슬릿의 경우에는, 노즐공으로부터 분무되는 미립화수가 면형태로 재료 반송관 내에 분무되기 때문에, 삿갓형의 분무가 쉽게 형성되고 또한 미립화수와 분무 재료 중의 원료 입자와의 접촉 빈도가 높아지기 때문이다. 또 슬릿인 편이 분무 재료가 잘 막히지 않는다. 슬릿은, 주수기의 내공면의 원주 방향으로 여러 개 설치해도 좋고, 연속한 1개의 슬릿이어도 좋다. 그 슬릿의 개구부의 폭은, 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수를 발생시키는 점에서 O.1∼1mm가 바람직하다. O.1mm 미만이면 슬릿이 분무 재료에 의해 막히기 쉽고, 1mm를 넘으면 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수가 발생하기 어려워진다.
본 발명의 시공 장치에서 재료 반송관의 2차 주수기 근처에 혼합기를 설치하면 혼련 효과가 보다 향상된다. 이것은, 1차 주수기로부터의 분무 주수에 의해 습윤된 분무 재료가 재료 반송관 내를 반송될 때, 특히 재료 반송관이 긴 경우에는 조입자(粗粒子) 원료와 미분부(微粉部)가 분리되는 분리상태가 발생하는 경우가 있다. 이 분리상태를 원래대로 되돌리기 위해 혼합기를 설치한다. 이 혼합기에 의해 균일하고 치밀한 시공체를 얻을 수 있다. 혼합기로서는, 정적 혼합기(static mixer) 등의 일반적인 혼합기를 설치할 수 있지만, 보다 바람직하게는 내경을 좁힌 혼합관이다. 내경을 좁히는 간단한 구조이므로, 재료가 막히지 않기 때문에 보다 바람직하다. 혼합관의 내경(d)은 재료 반송관의 내경(D)에 대해 0.5D 이상 0.9D 미만이 바람직하다.
본 발명의 시공 방법에 적용할 수 있는 분무 재료로서는, 종래의 습식 분무 재료나 건식 분무 재료 어떤 것도 문제 없이 사용할 수 있다. 종래의 습식 분무 재료를 사용한 경우에는, 혼련하기 위한 믹서가 불필요하고 또한 작업 후에 재료 반송관을 세정하는 공정도 필요 없기 때문에 현격하게 작업성이 우수한 시공 방법이 된다. 또한 종래의 습식 시공 방법과 동등 수준의 첨가 수분으로 치밀한 시공체를 얻을 수 있다. 또 종래의 건식 분무재를 적용한 경우에는, 보다 저수분의 치밀한 시공체를 얻을 수 있다. 예를 들면, 철강업에서는, 취과나 전로용 마그네시아 카본질 분무재, 전로용 마그네시아-칼시아 재질 분무재나 마그네시아-카본질 분무재, 홈통용 알루미나―탄화규소질 분무재 및 취과용 알루미나―마그네시아재질 분무재 등을 사용할 수 있다. 이 때 미리 물에 급결제나 분산제 등을 용해시킨 시공수를 미립화수로서 사용하는 것도 가능하다.
그 중에서도 분무 재료가, 입경 75μm 이하인 탄화규소를 5∼30질량% 포함하는 알루미나-탄화규소질 부정형 내화물인 경우에는, 저수분으로 시공할 수 있다. 알루미나―탄화규소질 부정형 내화물을 구성하는 탄화규소는, 다공질이고 또 물에 잘 젖지 않는 원료로서, 이것이 알루미나―탄화규소질 부정형 내화물과 시공수와의 융합성이 나쁜 원인이 된다. 본 발명에서는 시공수의 첨가를, 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수를 발생시키는 주수기로 수행함으로써 탄화규소의 다공질 조직에 미립화수가 스며든다. 또 내화 원료 조성에 차지하는 입경 75μm 이하의 탄화규소 미분의 비율을 5∼30질량%로 함으로써 이 탄화규소 미분이 부정형 내화물의 매트릭스에 미립화수를 봉해넣는다. 즉, 본 발명에 의하면, 이 탄화규소의 다공질 조직에 미립화수를 집어넣는 것과, 탄화규소 미분에 의한 매트릭스에 미립화수를 봉해넣는 것에 의해 탄화규소에 대해 시공수가 잘 젖지 않는 것이 완화된다. 그 결과, 1차 주수 부분에서 미립화수가 첨가된 부정형 내화물은 분무 노즐에 도달할 때까지의 동안의 혼화(混和)가 촉진되어 균일하면서 치밀한 시공체 조직을 얻을 수 있다.
또 분무 재료가 마그네시아 미분 1∼30질량%, 나머지 부분이 알루미나를 주체로 하는 알루미나-마그네시아질 부정형 내화물인 경우에는, 내용성을 보다 향상시키는 효과가 있다. 일반적으로 알루미나―마그네시아질 부정형 내화물에서 내화물 원료 조성의 일부를 차지하는 마그네시아는, 시공 수분과의 반응에 의해 소화되고, 내화물 조직을 취약화시켜 시공체의 강도 저하 원인이 된다. 본 발명에서는 상기한 바와 같이 부정형 내화물이 시공 수분과 장시간의 접촉이 없는 것, 또 시공 수량의 저감화가 가능해져, 알루미나-마그네시아질 부정형 내화물에서의 마그네시아의 소화가 억제되어, 분무 시공체의 강도가 향상된다. 또 시공 수량의 저감화에 의해 부정형 내화물의 시공체 조직이 치밀화된다. 이 조직의 치밀화는, 알루미나―마그네시아질 부정형 내화물에서의 알루미나 입자와 마그네시아 입자와의 접촉 면적을 크게 하고, 분무 시공체 사용시의 고온하에서 알루미나와 마그네시아의 반응에 의한 스피넬 생성이 촉진된다. 이 스피넬의 생성은, 스피넬 자신의 내슬래그성과 함께 스피넬 본드 조직 형성에 의한 강도 부여 효과를 갖는다.
내화 원료 조성에 차지하는 마그네시아 미분의 비율은, 1질량% 미만에서는 마그네시아가 가진 내식성의 효과를 얻을 수 없고 또한 알루미나와의 반응에 의한 스피넬 생성량이 적어져 내슬래그성의 효과가 불충분해진다. 30질량%를 넘으면, 부정형 내화물 시공체가 사용시의 열간에서, 스피넬 생성 반응이 불충분한 마그네시아 미분의 비율이 증가하기 때문인지 슬래그 침투층이 두꺼워져 구조적 스포링성이 원인이었던 내용성의 저하를 초래한다. 마그네시아 미분의 구체적인 입경은, 알루미나와의 반응성을 향상시키기 위해 JIS표준 체를 가지며, 예를 들면 1mm 이하로 한다. 또 바람직하게는 150μm 이하가 바람직하다. 또 75μm 이하의 미세 입자여도 좋다.
한편, 분무 재료를 시공 온도로 크게 구분하면, 냉온간용 분무재와 열간 분무재로 나눌 수 있다. 냉온간 분무재는, 새로운 요로의 라이닝 혹은 대규모의 보수에 사용되고, 요로 등의 온도는 상온에서 600℃ 이하의 범위에서 수행되며, 시공 후의 양생 시간중에 수화(水和) 반응이 진행되어 결합 조직이 생성된다. 이에 반해 열간 분무재는, 조업중에 소규모의 보수를 목적으로 수행되기 때문에, 요로를 식히지 않고 보수 작업을 하기 때문에 요로 등의 온도가 600℃ 이상의 고온에서의 작업이 된다. 시공 직후의 수분의 증발과 결합제의 중합 또는 축합 반응 등에 의해 급격하게 결합 조직이 생성된다.
600℃ 이하의 온도에서 시공되는 냉온간 분무 재료로서는, 내화 원료 분말에 대해 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트, 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어진 결합제와 급결제와 분산제 및 섬유를 첨가하여 혼합하여 이루어진 배합 조성물로서, 내화 원료 분말중에 입경 75μm 미만의 원료를 25∼60질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7인 분무 재료를 사용함으로써 저수분으로 혼련시킬 수 있어 치밀한 시공체를 얻을 수 있다.
본 발명의 시공 방법에서 1차 주수기를 통과한 후의 재료는 상술한 바와 같이 분말 상태의 2차 입자의 단위에서 각각이 분산되어 균일하게 습윤된 상태로 되어 있다고 생각된다. 이 2차 입자에는 급결제, 분산제 및 결합제가 함유되어 있는데 그 첨가량은 적고, 제조시에 다른 내화 원료 분말과 균일하게 혼합되어 있기 때문에 서로 접촉하는 빈도는 매우 낮다. 따라서 급결제, 분산제 및 결합제의 대부분은 이 효과를 잃지 않고 2차 입자립으로 존재한다고 생각된다. 이 때문에, 재료가 반송되는 동안에 급결제나 분산제가 수중에 용해되어 광범위하게 확산되는 경우가 거의 없다. 이 때문에 재료가 응집되지 않기 때문에 수분량이 늘지도 않는다. 이 때문에, 급결제를 선단부에서 별도로 첨가할 필요가 없기 때문에 급결제의 첨가량의 관리나 호스의 세정이라는 번잡한 작업도 불필요해진다. 또한 저수분의 치밀한 시공체를 얻을 수 있다.
단, 본 발명에서는 1OOμm 이하의 미립화수를 분무했기 때문에 습윤 효과가 매우 높고 따라서 급결제, 분산제 및 결합제의 용해 확산을 억제하면서 효과적인 수분을 첨가하려면 비표면적이 큰 1Oμm 미만의 초미분 원료가 유효하며, 또한 75μm 미만 10μm 이상의 원료와의 밸런스가 중요하다. 즉 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7의 범위인 것이 바람직하고, 또 0.30∼0.60의 범위가 보다 치밀한 시공체를 얻을 수 있기 때문에 더욱 바람직하다. 0.25 미만에서는 응집되는 경향이 있어 시공 수분이 많아지고, 0.7을 초과하면 분체가 반송관 내에 부착되기 쉽다.
또 75μm 미만의 원료의 사용량은, 25질량% 미만에서는 치밀한 시공체를 얻을 수 없고, 60질량%를 넘으면 시공체의 내용성이 저하된다.
한편, 이 냉온간 분무 재료에 섬유를 첨가해 놓으면 반송관 내에 재료가 더 잘 부착되지 않는 효과가 있다. 그 이유는, 섬유의 첨가에 의해 반송중의 재료가 공기를 많이 포함한, 부피(bulk)가 적은 덩어리를 형성하기 때문에 공기에 의해서 보다 쉽게 반송되어 반송관 내의 내면에 잘 부착되지 않기 때문이라고 추정한다. 한편, 시공체가 치밀해지기 때문에 건조시의 폭렬(爆裂) 대책에도 유효하다.
나아가 보다 바람직한 냉온간 분무 재료의 입도 구성은, 입경 5mm 이하 1mm 이상이 20∼45질량%, 입경 1mm 미만 75μm 이상이 10∼40질량% 및 입경 75μm만이 25∼60질량%이고, 또한 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7인 내화 원료 분말 100질량부에 대해 외첨의 결합제로서 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트, 인산염 또는 규산염 중 1종을 1∼7질량부, 급결제를 0.5∼5질량부, 분산제를 0.01∼0.5질량부, 및 섬유를 0.05∼0.5질량부 첨가하고 혼합하여 이루어진 배합 조성물이다.
이상은, 시공시의 온도가 600℃ 이하인 경우였으나, 600℃ 이상의 온도에서 시공되는 열간 분무 재료로서 바람직한 재료는, 내화 원료 분말에 대해 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어진 결합제와, 급결제를 첨가하고 혼합하여 이루어진 배합 조성물로서, 내화 원료 분말 중에 입경 75μm 미만의 원료를 10∼45질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼07이다.
이 열간 분무 재료는, 종래의 건식 시공 방법으로 일반적으로 사용되고 있는 인산염 혹은 규산염을 결합제로 하는 타입과 비슷하나, 미분의 구성에 특징이 있다. 즉, 시공수를 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수로서 반송관 중에 분무 주수하기 때문에 종래의 습식 재료보다 75μm 미만의 미분원료를 10∼45질량%로 많이 사용할 수 있고, 그 결과 대단히 치밀한 시공체를 얻을 수 있는 장점이 있다.
그리고 냉온간 분무 재료와 마찬가지로, 본 발명에서는 평균 입경이 1OOμm 이하인 미립화수를 분무하기 때문에 습윤 효과가 대단히 높고, 따라서 급결제와 결합제의 용해 확산을 억제하면서 효과적인 수분을 첨가하려면, 비표면적이 큰 1Oμm 미만의 초미분 원료가 유효하고, 또한 75μm 미만 10μm 이상의 원료와의 밸런스가 중요하다. 즉 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7의 범위인 것이 바람직하고, 또 0.30∼0.60의 범위가 보다 치밀한 시공체를 얻을 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 0.25 미만에서는 응집 경향이 있어 시공 수분이 많아지고, 0.7을 넘으면 분체가 반송관 내에 부착되기 쉽다.
또 열간 분무 재료에서의 보다 바람직한 입도 구성은, 입경 5mm 이하 1mm 이상이 20∼45질량%, 입경 1mm 미만 75μm 이상이 20∼45질량%, 및 입경 75μm 미만이 10∼45질량%이고, 또한 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 중량비가 0.3∼0.6인 내화 원료 분말 100질량부에 대해 외첨의 결합제로서 인산염 또는 규산염을 1∼7질량부, 및 급결제를 0.5∼5질량부 첨가하고 혼합하여 이루어진 배합 조성물이다.
또한 본 발명의 분무 시공 방법에서 상온에서 시공한 시공체에서, 양생 후 110℃에서 24시간 이상 건조한 후, 겉보기 기공율이 18∼30%, 또한 통기율이 100×10-5cm3·cm/cm2·cmH2O·sec 이상인 분무 재료를 사용한 경우에는 보다 저수분으로 치밀하면서 내폭렬성이 우수한 시공체를 얻을 수 있다. 본 발명의 시공 방법에 적용하는 분무 재료는, 저수분 시공을 전제로 한 설계로 되어 있기 때문에 겉보기 기공율은 저하되는 반면, 건조시 혹은 열간에서의 분무시에 폭렬을 쉽게 일으키는 경우가 있다. 이 때문에, 통기성을 부여한 시공체로 함으로써 폭렬을 방지할 수 있다. 겉보기 기공율이 18% 미만이면 치밀해져 폭렬되기 쉬워지고, 30%를 넘으면 내식성이 저하된다. 통기율이 100×10-5cm3·cm/cm2·cmH2O·sec 미만에서는 폭렬되기 쉬워진다. 상기 범위를 만족하는 재료는, 입도 구성을 최적화하거나, 섬유 등의 통기성을 높이는 첨가재를 넣음으로써 얻을 수 있다. 예를 들면, 75μm 이하의 입도 구성을 조정함으로써 얻을 수 있으며, 보다 구체적으로는, 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비를 0.3∼0.6의 범위로 함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 분무 재료에 사용하는 내화 재료 분말로서는, 일반적인 부정형 내화물에 사용되는 내화 원료라면 문제 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 질화물, 탄소류, 금속 등이다. 또 내화 원료 분말의 최대 입경은, 5mm를 넘으면 1차 주수기에 의한 분무 주수후의 반송중에 분리, 분리상태가 쉽게 발생하여 혼련 효과가 저하되기 때문에 내화 원료 분말 중에 입경 5mm 이하의 원료가 90질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 나아가 보다 바람직하게는 내화 원료 분말 중에 입경 3mm 이하의 원료가 90질량% 이상이다.
냉온간 분무 재료의 결합제로서는, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트, 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어진 것을 사용할 수 있지만, 강도가 발현하기 쉬운 점에서는 알루미나 시멘트가 보다 바람직하다.
열간 분무 재료의 결합제로서는, 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
분산제는 해교제라고도 불리우며, 일반적인 부정형 내화물에서 사용되고 있는 것이라면 문제 없이 사용할 수 있다. 부정형 내화물 시공시의 유동성을 부여하는 효과를 갖는다. 구체예로서는, 트리폴리인산 소다, 헥사메타린산 소다, 울트라폴리인산 소다, 산성헥사메타인산 소다, 붕산 소다, 탄산 소다, 폴리메타인산염 등의 무기염, 구연산 소다, 주석산 소다, 폴리아크릴산 소다, 술폰산 소다, 폴리카르본산염, β―나프탈렌술폰산염류, 나프탈린술폰산, 카르복실기 함유 폴리에테르계 분산제 등이다.
급결제는 시공수의 존재하에 결합제와 반응하고 부정형 내화물을 급속하게 경화시켜 부정형 내화물에 부착성을 부여한다. 급결제는 분말 상태에서 부정형 내화물에 당초부터 혼입시켜 두는 것 외에 급결제를 분무 노즐 근방에서 또한 2차 주수 부분보다 앞쪽에서 첨가해도 좋다. 급결제를 분무 노즐 또는 그 근방에서 첨가하는 경우에는 필요에 따라 급결제를 물로 희석한 액상으로 사용한다.
급결제의 구체예를 들면, 규산나트륨, 규산칼륨 등의 규산염, 알루민산나트륨, 알루미늄산칼륨, 알루미늄산칼슘 등의 알루미늄산염, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 등의 탄산염, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘 등의 황산염, CaO·Al2O3, 12CaO·7Al2O3, CaO·2Al2O3, 3CaO·Al2O3, 3CaO·3Al2O3·CaF, 11CaO·7Al2O3·CaF2 등의 칼슘알루미네이트류, 산화칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘 등의 칼슘염 등이다.
단, 본 발명의 냉온간 분무 재료에 사용하는 급결제로서는, 알루미늄산 소다 또는 소석회 모두 분말이, 시공체의 강도가 우수한 면에서 보다 바람직하다. 또 본 발명의 열간 분무 재료에 사용하는 급결제로서는, 소석회, 활성마그네시아 혹은 황산염의 분말이 시공체의 강도가 우수한 면에서 보다 바람직하다.
섬유는, 통상의 부정형 내화물에서 폭렬 방지 등의 목적으로 사용되고 있는 섬유를 사용할 수 있고, 예를 들면 비닐론, 나일론, PVA, 폴리비닐, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 탄소 등이다.
평균 입경이 1OOμm 이하인 미립화수를 재료 반송관 내에 분무 주수함으로써 저수분으로 양호한 혼련 효과를 얻을 수 있기 때문에 불균일성이 적은 치밀한 시공체를 얻을 수 있으며, 로(爐)의 수명이 향상된다. 또 믹서 등의 특별한 혼련 장치를 필요로 하지 않고 또한 재료 반송관이 막히지 않기 때문에, 작업중의 트러블이 감소되고 세정 작업도 줄어들기 때문에 작업성이 매우 우수한 시공 방법이 된다.
분무 재료가, 입경 75μm 이하의 탄화규소를 5∼30질량% 포함하는 알루미나―탄화규소질 부정형 내화물인 경우에는 종래의 시공 방법과 비교하여 시공수와 잘 융합되고, 재료 반송관 내에서의 시공수의 첨가로는 부정형 내화물과 시공수와의 혼화가 충분해져 부착성의 향상과 동시에 분진의 발생이 억제된다. 그리고, 시공체의 치밀성이 향상된다.
분무 재료가, 마그네시아 미분 1∼30질량%, 나머지 부분이 알루미나를 주체로 하는 알루미나-마그네시아질 부정형 내화물인 경우에는 시공체의 소화 억제와 스피넬 생성 촉진에 의해 알루미나―마그네시아질 부정형 내화물이 갖는 용적 안정성 및 내식성의 효과가 유감없이 발휘되어 분무 시공체의 내용성은 현격하게 향상된다.
또 내화 원료 분말에 대해 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트, 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어진 결합제와, 급결제와, 분산제와, 섬유를 첨가하고 혼합하여 이루어진 배합 조성물로서, 내화 원료 분말 중에 입경 75μm 미만의 원료를 25∼60질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 중량비가 0.25∼0.7로 구성된 재료를 사용한 경우, 종래의 습식 시공 방법과 비교하여 적은 첨가 수분량으로 혼련할 수 있기 때문에 고품질이면서 불균일이 적은 시공체를 얻을 수 있어 로의 수명이 향상된다. 또 종래와 같이 급결제의 첨가량의 관리나 재료 반송관의 세정이라는 번잡한 작업도 거의 없어 작업 효율이 향상된다.
또 내화 원료 분말에 대해 결합제로서 인산염 또는 규산염과, 급결제를 첨가하여 혼합하여 이루어진 배합 조성물로서, 내화 원료 분말중에 입경 75μm 미만의 원료를 10∼45질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 중량비가 0.25∼0.7로 구성된 재료를 사용한 경우, 종래의 건식 시공 방법과 비교하여 적은 첨가 수분량으로 혼련할 수 있기 때문에 고품질이면서 불균일이 적은 시공체를 얻을 수 있으며 로의 수명이 향상된다. 또 대규모의 전용 믹서를 설치하지 않기 때문에 작업성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 분무 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용하는 주수기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 사용하는 주수기의 노즐공의 경사 각도를 도시한 도면이다.
도 4는 혼합관의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 1차 주수기에서의 미립화수의 평균 입경과 부정형 내화물 시공체의 치밀성과의 관계를 도시한 도면이다.
<부호의 설명>
1. 재료 공급기
2. 건조 내화물(분무 재료)
3. 테이블 피더
4. 선단 분무 노즐
5. 반송 호스
6. 반송 공기 도입 부분
7. 1차 주수기
8. 2차 주수기
9. 프리믹스 기액 혼합기
91. 압축 공기 도입구
92. 시공수 도입구
10. 분무 장치
11. 외통
12. 내통
13. 균압실
14. 노즐공
15. 노즐 본체
16. 개구부
18. 대상체
19. 혼합실
이하, 본 발명의 실시형태를 실시예에 기초하여 설명한다.
실시예 1
도 1은, 본 발명의 부정형 내화물의 분무 시공 방법을 실시하기 위한 장치(10)의 전체 구성을 도시한다.
도 1에서, 1은 분무 재료(2)가 수납된 재료 공급기를 가리킨다. 재료 공급기(1)는 일반적으로 부정형 내화물의 분무 장치에 사용되고 있는 것으로서 정량 토출할 수 있는 것이라면, 로텍터 건, 리드 건, 노가미(野上) 시멘트 건 등 어떠한 타입이라도 문제 없이 사용할 수 있다.
이 재료 공급기(1) 내의 분무 재료(2)는, 재료 공급기(1) 내로 공급되는 압축 공기에 의해 내압이 조정되고, 하단에 설치된 모터(M)에 의해 구동하는 테이블 피더(3)에 의해 재료 공급기(1)로부터 선단 분무 노즐(4)까지 배치된 반송 호스(5)로 공급된다.
반송 호스(5)에는 테이블 피더(3)의 반송 공기 도입 부분(6)을 통해 반송 공기가 공급되고, 재료 공급기(1)로부터의 분무 재료(2)를 반송 호스(5)의 선단 분무 노즐(4)로부터 대상체(18)로 분무 시공한다.
이 반송 호스(5)에는, 재료 공급기(1)의 직후에는 1차 주수기(7)가, 또 선단 분무 노즐(4)의 직전에는 2차 주수기(8)가 설치되어 있다.
이 1차 주수기(7) 및 2차 주수기(8)는, 미립화수를, 반송 호스(5) 내를 공기 반송되는 분무 재료에 2단계로 분무 주수하여 분무 재료를 습윤시킨다.
도 2는, 주수기의 구성을 반송 호스(5)를 따라서 절단한 단면에 의해 도시한다. 주수기는, 도 1에 도시한 1차 주수기(7)과 2차 주수기(8) 모두 마찬가지의 구조로서 적용할 수 있다. 주수기는, 노즐 본체(15)와 프리믹스 기액 혼합기(9)로 이루어진다.
프리믹스 기액 혼합기(9)는, 수직 방향의 압축 공기 도입구(91)와 여기에 직교하는 시공수 도입구(92)를 갖는 스프레이 노즐 구조를 형성하고 있다.
프리믹스 기액 혼합기(9)에서는, 그 혼합실(19)에서 분무형 물방울을 발생시킨다. 즉, 시공수 도입구(92)에 가압한 물을 도입하고, 압축 공기 도입구(91)로부 터 물보다도 압력이 높은 공기가 도입되기 때문에 공기와 혼합되어 물방울 모양이 된다. 이 프리믹스 기액 혼합기(9)는, 물을 물방울 모양으로 하여 공기와 혼합한 혼합물로 하기 위한 것으로서, 이 실시예의 구조에 한정되지 않고 일반적인 공지의 구조의 기액 혼합기를 사용할 수 있다.
미립화수를 분출하는 노즐 본체(15)는, 외통(11)과 그 내부에 설치된 내통(12)으로 이루어진다. 노즐 본체(15)는, 노즐 본체를 관통하는 볼트에 의해 반송 호스(5) 사이에 고정되어 있다. 분무 재료는 도면 중의 화살표의 방향으로 공기 반송되고, 노즐 본체의 내공 안도 분무 재료가 반송된다. 주수기의 외통(11)과 내통(12) 사이에는, 프리믹스 기액 혼합기(9)로부터의 가압 상태에 있는 분무형 물방울을 미립화수를 발생하기 위한 노즐공으로부터 반송 호스 중에 균일하게 분무하기 위해, 압력이 균일해지도록 모이게 하여, 원주 방향으로 연속한 균압실(13)이 형성되어 있다. 이 균압실(13)에는 기액 혼합기로서의 프리믹스 기액 혼합기(9)의 혼합실(19)이 연속되어 있다.
이 균압실(13)의 선단부에는 미립화수를 발생하기 위한 노즐공(14)이 형성되어 있다. 이 노즐공(14)은 공기 반송 방향으로 외경이 가늘어지는 내통(12)의 선단부와 그와 거의 동일한 간격으로 대면하는 외통(11)에 의해 형성되는 연속한 공간으로서 형성되어 있다. 이 노즐공(14)은, 원주 방향으로 연속한 1개의 슬릿형을 이루며, 도 3에 도시한 바와 같이 반송 호스(5)의 반송 방향의 축심을 향해 화살표로 나타내는 재료 진행 방향이 이루는 각도(α)가 30∼70도 경사지게 형성되어 있다. 이 실시예의 노즐공의 개구부(16)의 폭 및 슬릿의 폭은 0.5mm이고, 노즐공의 길이 는 15mm이다. 또 이 내통(12)와 외통(11)은, 내마모성을 갖도록 하기 위해 세라믹제로 하면 내용성이 향상되고, 또한 평균 입경 1OOμm 이하의 안정된 미립화수를 쉽게 얻을 수 있다. 더욱이 노즐공의 개구부(16)의 폭 및 슬릿의 폭은 내통(12)와 외통(11)의 간격 조정에 의해 임의로 변경할 수 있는 구조로 되어 있다.
노즐 본체(15)의 균압실(13)보다 후단쪽은, 외통(11)과 내통(12)이 접해 있어 도중에 O링(20)에 의해 실링되어 있다. 또 외통(11)과 내통(12)에 의해 형성되는 노즐공면에는 나선형의 요철이 형성된다. 이로써 분무된 미립화수가, 반송 호스 내에서 나선형으로 회전하고, 분무 재료와의 접촉 빈도가 보다 높아져 균질하게 습윤할 수 있다.
도 2에서 점선으로 도시한 미립화수의 움직임은, 실험용으로서 주수기의 양쪽에 투명한 재질의 원통을 접속하고, 분무 재료는 도입하지 않고 가압수와 압축 공기만을 공급함으로써 압축 공기와 함께 미립화수를 분무 주입한 상태를 관찰한 개략도를 도시하고 있다. 미립화수는 삿갓형으로 분무 주수되어 중앙부에서 충돌하고 그 후 거의 평행하게 흘러 병류 분무류를 형성하고 있다. 이 상태에서, 재료 반송 공기를 공급하면, 충돌의 중심이 불명확해지게 되는데, 삿갓형 분무와 그 후류쪽으로는 병류 분무류가 형성된다.
도 4는 본 발명에 사용하는 혼합관을 나타낸다. 이 혼합관(21)은, 양쪽에 플랜지를 갖는 원통으로, 내공은, 내경이 재료 반송관(5)보다 작은 오리피스부(22)와, 그 양쪽의 테이퍼부(23), 또 그 양쪽에 재료 반송관의 내경(D)과 동일한 직선부(24)로 이루어져 있다. 오리피스부의 내경(d)은, 재료 반송관의 내경(D)에 대해 0.5D 이상 0.9D 이하로 되어 있다. 이 혼합관은, 2차 주수기의 전·후의 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치할 수 있다. 이 혼합관을 2차 주수기의 전·후에 배치하면, 혼련 효과가 보다 높아져 불균일이 적은 시공체를 얻을 수 있다.
상기 각 도면에 도시한 분무 장치(10)에 의한 분무는 이하의 요령으로 시공된다.
우선, 종래의 건식 분무 방법과 마찬가지로, 재료 공급기(1)의 분무 재료를 반송 공기 도입 부분(6)으로부터의 반송 공기에 의해 반송 호스 내를 공기 반송시킨다. 그와 동시에 미립화수를, 1차 주수기(7) 및 2차 주수기(8)로부터 공기 반송되는 분무 재료에 분무한다. 이 때, 주수기에서 시공수 도입구(92)에는 가압수를 공급하고, 압축 공기 도입구(91)에는 가압수보다도 압력이 높은 압축 공기를 공급함으로써 분무형 물방울이 발생한다. 이 분무형 물방울은, 압축 공기와 함께 노즐공에 공급됨으로써 노즐공에서 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수가 되어 재료 반송 경로 내에 분무 주수된다.
그리고, 선단 분무 노즐을 조작하여 로벽에 충분히 혼련된 부정형 내화물을 분무한다.
도 1에 도시한 1차 주수기(7)와 2차 주수기(8)의 거리 간격에 관해서는, 바람직하게는 혼련 효과면에서 5m 이상, 보다 바람직하게는 15m 이상인 것이 바람직하다. 5m 미만이면 1차 주수기에서 2차 주수기까지의 거리가 짧기 때문에 미립화수에 의한 분무 재료의 혼련 효과가 불충분해져 충분한 혼련 효과를 얻을 수 없다.
2차 주수기를 설치하는 위치는, 선단에서 0.5m 이상 5m 미만의 범위가 바람 직하고, 보다 바람직하게는 0.5m 이상 3m 미만이다. 0.5m 미만인 경우에는 미립화수와 분무 재료가 충분히 혼련되지 않고, 5m을 넘으면 반송 호스나 선단 분무 노즐이 막히기 쉬워진다.
표 1 및 표 2는, 상기 각 도면에 도시한 분무 장치를 사용하여 각각의 표에 도시한 분무 재료를 사용하여 분무 테스트를 수행한 결과를 나타낸다. 1차 주수기는 선단에서 20m의 위치, 2차 주수기는 선단에서 1.7m의 위치, 선단 분무 노즐의 길이는 1.5m이다. 또 분무 재료의 반송용 공기의 유량은 5Nm3/min, 압력은 0.27MPa, 1차 주수기의 앞쪽 분무재 반송용 공기의 유속은 23m/sec, 1차 주수기의 미립화수 반송용 공기의 유량은 250NL/min, 미립화수 반송용 공기의 유속은 30m/sec, 2차 주수기도 동일한 수치로 하고, 슬릿 및 노즐의 개구부의 폭은 0.5mm, 재료 반송관의 내경은 35mm, 각각의 주수기에 공급하는 물의 원압(元壓)은 0.38MPa로 했다. 이 때, 미립화수의 평균 입경을 분무 재료는 공급하지 않고 분무 재료의 반송용 공기만을 공급한 상태에서 레이저 도플러법으로 측정했을 때 40μm(체적 평균 입경)이었다. 더욱이 측정 위치는, 노즐의 개구부보다 300mm 하류부이다. 또 미립화수의 입경의 측정 장치는, 미국 TSI사의 상품명「AEROMETRICS」를 사용했다.
[표 1]
Figure 112007001032366-PCT00001
[표 2]
Figure 112007001032366-PCT00002
이들 표에서, 비교예 1은, 실시예에 도시한 분무 장치에서, 1차 주수기에서만 시공수 전량을 분무한 것이다. 또 비교예 2는, 실시예와 동일한 장치를 사용한 것이기는 하지만, 노즐공 단면적을 작게 하여 분무 상태가 아닌 고압수만을 주수한 경우를 가리킨다. 또 비교예 3은 종래의 습식 방식으로 시공한 예로서, 믹서에 의해 혼련한 후 압송 펌프에 의해 분무 재료를 압송하고, 선단 분무 노즐로 급결제를 첨가하는 일반적인 장치를 사용한 것이다. 실시예 및 비교예 1∼2는, 급결제를 분말로서 미리 다른 원료와 함께 혼합한 배합 조성물을 사용했다.
테스트는 수평 방향으로 약 1m 떨어진 위치에, 수직으로 놓인 금속 프레임(깊이 40mm, 폭 160mm, 길이 400mm)으로 분무 시공하고, 110℃에서 건조 후의 시공체의 품질을 조사한 것이다. 회전 침식 시험에서는, 용광로 슬래그를 사용하여 1550℃×4시간 수행하여 시험편의 잔존 두께를 비교했다.
테스트의 결과, 1차 주수기에서 시공수 전량을 분무 주입한 비교예 1의 경우에는, 반송시에 분무 재료가 슬러리형이 되어 재료 반송관 내에서 막혀 시공할 수 없었다.
또 압축 공기를 사용하지 않고 물만을 첨가한 비교예 2는, 리바운드 로스가 적은 양호한 작업성으로 하기 위해서는 첨가 수분량이 증가하고, 따라서 시공체 품질은 악화된 결과가 되었다.
또 실시예 1은, 종래의 습식 분무 방법인 비교예 3과 비교하면, 같은 첨가 수분량으로 분무 시공할 수 있고, 또한 시공체의 품질도 거의 동등했다.
다음으로, 표 3에 도시한 배합 비율에서, 실시예 1의 시공 조건으로 분무 테 스트를 실시한 결과에 대해서 설명하기로 한다. 통기율의 측정 방법은 JISR2115에 따랐다. 표 3은, 냉온간 분무재의 예이며, 입경 75μm 이하의 탄화규소를 10질량%, 나머지 부분이 알루미나로 이루어진 내화 원료 분말을 사용한 알루미나―탄화규소질 분무재에서 미분부의 시공체에 미치는 영향에 대해서 조사했다. 결합제, 급결제 및 분산제는 분말형의 것을 사용하고, 내화 원료 분말 및 섬유와 미리 균일하게 혼합한 배합 조성물을 사용했다. 실시예 2∼5는, 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 본 발명의 범위 내이며, 저수분의 치밀한 시공체를 얻을 수 있다. 이에 반해 비교예 4는 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 중량비가 0.2로 작기 때문에 급결제가 응집경향이 되어 첨가 수분이 증가하기 때문에 치밀한 시공체를 얻을 수 없었다. 또 비교예 5는, 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.75로 크기 때문에, 반송관이 막혀 노즐로부터 재료가 토출될 때 불안정해져 양호한 시공체를 얻을 수 없었다. 실시예 6∼9는 입경 75μm 미만의 원료가 본 발명의 범위 내에 있어 저수분의 치밀한 시공체를 얻었다. 이에 반해 비교예 6은 입경 75μm 미만의 원료가 부족하여 저강도의 시공체로 되어 있다. 비교예 7은 입경 75μm 미만의 원료가 지나치게 많기 때문에 내식성이 불량하다.
[표 3]
Figure 112007001032366-PCT00003
또한 표 4에 도시한 배합 비율에서, 실시예 1의 시공 조건으로 분무 테스트를 실시한 결과에 대해서 설명하기로 한다. 통기율의 측정 방법은 JISR2115에 따랐다. 표 4는 열간 분무재의 예에서, 입경 75μm 이하의 마그네시아를 10질량%, 나머지 부분이 알루미나로 이루어진 내화 원료 분말을 사용한 알루미나―마그네시아재질 분무재에서 미분부의 시공체에 미치는 영향에 대해서 조사했다. 결합제와 급결제는 분말형의 것을 사용하여 내화 원료 분말과 미리 균일하게 혼합한 배합 조성물을 사용했다. 실시예 10∼17은, 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 본 발명의 범위 내이고, 저수분의 치밀한 시공체를 얻었다. 이에 반해, 비교예 8은 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.2로 작기 때문에, 급결제가 응집 경향이 되어 첨가 수분이 증가하기 때문에 치밀한 시공체를 얻을 수 없었다. 또 비교예 9는, 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.8로 크기 때문에 반송관이 막혀 노즐에서 재료가 토출될 때 불안정해져 양호한 시공체를 얻을 수 없었다. 실시예 14∼17은 입경 75μm 미만의 원료가 본 발명의 범위 내에 있어 저수분의 치밀한 시공체를 얻었다. 이에 반해 비교예 10은 입경 75μm 미만의 원료가 부족하여 저강도의 시공체를 얻었다. 비교예 11은 입경 75μm 미만의 원료가 지나치게 많아 내식성이 불량하다.
[표 4]
Figure 112007001032366-PCT00004
도 5는 1차 주수기에서의 미립화수의 평균 입경과 부정형 내화물 시공체의 기공율의 관계를 그래프화한 것이다. 이 시험에는 표 1에 도시한 실시예를 기초로 하여 1차 주수기에서의 시공수의 평균 입경만을 변화시키고, 그 밖에는 이 실시예와 동일한 조건으로 시공하고, 얻어진 부정형 내화물의 시공체의 기공율을 측정했다. 도 5의 그래프와 같이, 본 발명에서 규정한 미립화수 첨가에 의한 시공체의 치밀성 향상 효과는 뚜렷하다.
본 발명은, 각종 야금로, 요업로의 각 부위의 분무 보수, 축로에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 재료 공급기로부터 선단 분무 노즐에 이르는 재료 반송관에 1차 주수기를 설치함과 동시에 선단 분무 노즐 직전에 2차 주수기를 설치하고, 각각의 주수기로부터 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료에 주수하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법으로서,
    상기 1차 주수기는, 상기 2차 주수기의 상류쪽에 간격을 두고 설치하고, 1차 주수기로부터는 전체 시공수의 10∼50질량%의 시공수를 첨가하고, 2차 주수기로부터 시공에 필요한 나머지 시공수를 주수하고, 또한 1차 주수기에서는 평균 입경 1OOμm 이하의 미립화수를 압축 공기와 함께 주수하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 2차 주수기로부터도 1차 주수기와 마찬가지로 평균 입경 100μm 이하의 미립화수를 압축 공기와 함께 주수하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 주수기로부터 재료 반송관 내로 압축 공기와 함께 분무되는 미립화수는, 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료의 반송 방향으로 30∼70도 경사지고, 또한 재료 반송관 내의 중심을 향해 삿갓형으로 분무 주수되는 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 주수기로부터 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료에 압축 공기와 함께 분무되는 미립화수는, 미립화수 반송용 공기의 유속(v)이 분무 재료 반송 용공기의 유속(V)에 대해 V∼3V이고, 또한 미립화수 반송용 공기의 유량(w)이 분무 재료 반송용 공기의 유량(W)에 대해 0.01W∼0.15W의 조건하에서 분무되는 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분무 재료가 입경 75μm 이하의 탄화규소를 5∼30질량% 포함하는 알루미나―탄화규소질 부정형 내화물인 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분무 재료가, 마그네시아 미분 1∼30질량%, 나머지 부분 알루미나를 주체로 하는 알루미나―마그네시아질 부정형 내화물인 부정형 내화물의 분무 시공 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉온간에서 시공되는 냉온간 분무 재료로서, 내화 원료 분말에 대해 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트, 인산염 또는 규산염 중 1종으로 이루어지는 결합제와, 급결제와, 분산제와, 섬유를 첨가하여 혼합하여 이루어지고, 내화 원료 분말중에 입경 75μm 미만의 원료를 25∼60질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7인 것을 특징으로 하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법에서 사용되는 분무 재료.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열간에서 시공되는 열간 분무 재료로서, 내화 원료 분말에 대해 결합제로서 인산염 또는 규산염과, 급결제를 첨가하여 혼합하여 이루어지고, 내화 원료 분말 중에 입경 75μm 미만의 원료를 10∼45질량% 함유하고, 또한 이 중에서 10μm 미만의 원료/75μm 미만 10μm 이상의 원료의 질량비가 0.25∼0.7인 것을 특징으로 하는 부정형 내화물의 분무 시공 방법에서 사용되는 분무 재료.
  9. 제7항에 있어서, 결합제가 알루미나 시멘트이고, 급결제가 알루민산 소다 또는 소석회 어느것이나 분말인 분무 재료.
  10. 제8항에 있어서, 결합제가 인산염 또는 규산이고, 급결제가 소석회, 활성 마그네시아, 혹은 황산염 어느것이나 분말인 분무 재료.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서 분무 시공한 시공체에 있어서, 양생 후 110℃에서 24시간 이상 건조한 후 겉보기 기공율이 18∼30%, 또한 통기율이 100×10-5cm3·cm/cm2·cmH2O·sec 이상인 것을 특징으로 하는 부정형 내화 물의 분무 시공 방법에서 사용되는 분무 재료.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서 분무 시공한 시공체에 있어서, 양생 후 110℃에서 24시간 이상 건조한 후 겉보기 기공율이 18∼30%, 또한 통기율이 100×10-5cm3·cm/cm2·cmH2O·sec 이상인 분무 재료.
  13. 재료 공급기로부터 선단 분무 노즐에 이르는 재료 반송관에 1차 주수기를 설치함과 동시에 선단 분무 노즐 직전에 2차 주수기를 설치하고, 각각의 주수기로부터 재료 반송관 내를 반송되는 분무 재료에 압축 공기와 함께 미립화수를 주수하는 부정형 내화물의 분무 시공 장치로서,
    상기 1차 주수기는 평균 입경 100μm 이하의 미립화수를 발생시키고, 상기 2차 주수기의 상류쪽으로 간격을 두고 설치한 부정형 내화물의 분무 시공 장치.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 주수기는, 시공수 반송 경로로서의 내공과, 이 내공에 원주 방향으로 가늘고 긴 개구부를 갖는 1개의 슬릿형 노즐공을 가지며, 이 노즐공은 분무 재료의 반송 방향으로 30∼70도 경사지고, 또한 개구부의 폭이 0.1∼1mm이고, 노즐공의 상류쪽에는 균압실을 가지고, 이 균압실에 혼합실이 연결되고, 혼합실에 가압수와 압축 공기의 도입구를 가지고 있는 부정형 내화물의 분무 시공 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 2차 주수기 근처의 재료 반송관의 도중에 내경을 좁힌 혼합관을 설치한 부정형 내화물의 분무 시공 장치.
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