KR20110134883A - 세라믹 제품 - Google Patents

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ceramic
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resin
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요제프 주렌
페터 슈트라케
크리스토스 아네치리스
슈테펜 두트치크
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모멘티브 스페셜티 케미컬스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료, 적어도 하나 이상의 결합제와 경우에 따라 추가되는 첨가제로 이루어진 혼합물로부터 제조되는 세라믹 제품에 관한 것이다. 공지기술로부터 알려진 단점, 적어도 부식과 침식과 관련한 단점을 해결할 수 있는 세라믹 제품을 제공하기 위해, 상기 세라믹 제품을 a) 산화물 성분 적어도 10 중량% 이상(혼합물의 전체 고형분 중량 대비), b) 상기 혼합물에서 가용화제로서 작용하는 적어도 하나 이상의 유기계 결합제 0.05 내지 2.7 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비) 및 c) 함수 분산제 3 내지 10 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)을 포함하는 혼합물로 제조하는 것과, 상기 세라믹 제품이 600℃가 넘는 온도에서 사용 후 탄소 0.1 중량% 미만(세라믹 제품 전체 중량 대비)을 함유하는 것을 제안하고 있다.

Description

세라믹 제품{CERAMIC PRODUCT}
본 발명은 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료, 적어도 하나 이상의 결합제와 경우에 따라 추가되는 첨가제의 혼합물로 제조되는 세라믹 제품에 관한 것이다.
세라믹 제품은 1000℃가 넘는 연화점을 가지므로 예를 들면 금속제 용기에서 내면의 내화성 조성물로서 또는 연속 주조 분야에서 침지 노즐, 슬라이더판, 플러그 또는 주조 홈통과 같은 주요 부품으로서 널리 사용되고 있다. 내화 제품(연화점이 1500℃가 넘는)은 또한 고로 부문, 금속제 운반 용기, 국내 폐기물 소각 산업, 시멘트 산업 및 화학 산업에서 내면 재료(lining material)로서 사용되고 있다.
내화 제품은 그 공정기술에 따라 정형 조성물(정형 구조체)과 무정형 조성물, 즉 사용 중 형상화가 일어나는 조성물로 분류된다.
부정형 내화성 조성물 분야는 지난 30년간 상당히 중요시되어 왔다. 내화 건축재 전체 생산량의 거의 45%에 이르는 양은 내화 세라믹의 중요한 그룹을 이룬다. 부정형 내화성 조성물의 가장 중요한 그룹은 내화 캐스터블(castable)이다. 요즈음의 부정형 내화성 조성물은 품질면에서 정형 내화 제품에 비해 결코 뒤지지 않는 품질이 매우 높게 정의된 재료이다.
내화성 조성물은 각각의 공정법에 적합하게 일반적으로 정의된 입도 분포를 갖는 입상의 내화 광물 산화물 및/또는 비산화물 원료(산화물의 예로는 Al2O3, MgO, MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2 또는 이들이 존재하는 원료, 예를 들면 보크사이트, 안달루사이트, 돌로마이트, 샤모트가 있고, 비산화물의 예로는 SiC, Si3N4, BN, B4C가 있음)의 혼합물을 포함한다. 이들 혼합물에서 입자들은 느슨하게 있기 때문에 제조, 가열 및 사용과 같은 모든 기술적 공정단계에서 재료들의 강도를 충분하게 하기 위해서는 적절한 결합제 또는 결합제 조합물과 혼합하여야 한다. 상기 결합제로서 물, 공기 및/또는 열의 작용에 의해 자동적으로 경화되는 반응성 재료를 사용한다. 나아가, 부정형 내화성 조성물은 가소제 또는 첨가제와 같은 재료를 더 함유한다.
가장 흔하게 사용되고 있는 결합제는 수화 공정(수경 결합)을 통해 내화 제품을 강화시킬 수 있는 고-알루미나 시멘트인 칼슘 알루미네이트를 기재로 하는 시멘트이다. 그러나 내화성 조성물이 산화칼슘을 함유하는 통상적인 경우, 궁극적으로는 내화성 조성물의 특성과 사용 온도를 악화 또는 감소시키는 바람직하지 않은 상을 형성하기 때문에 그 재료 특성이 손상될 수 있다. 이러한 부작용으로 인해 고-알루미나 시멘트를 덜 사용하거나 전혀 사용하지 않기 위한 개발이 많이 이루어져 왔다.
초기의 고전적인 내화 캐스터블(castable)은 고-알루미나 시멘트 비율 15-20%로 제조되었다. 이때 결합제 구성성분과 입상 물질 사이의 반응 결과 저-융점 화합물이 형성되기 때문에 제한 사용온도는 약 1500℃의 범위로 한정되었다. 이러한 현상들로 인해 저-시멘트 내화 캐스터블이 개발되었다. 이 기술에서는 가소제와 조합한 마이크로실리카와 같은 미세 충전제를 사용하여 시멘트 함량을 더욱 낮출 수 있다. 이들 저-시멘트 내화 캐스터블은 최적화된 입자 충전, 상당히 감소된 최소 강도와 고밀도로 인해 더욱 높은 강도를 나타내는데, 이는 더욱 낮고 미세해진 기공률과 관련이 있다. 그러나 개발된 저-시멘트 내화 캐스터블들은 낮아진 기공률 때문에 건조와 가열에 취약하게 된다. 최근 일부 용도에서는 수경성 고-알루미나 시멘트 결합에 대한 대안으로서 수화가능한 전이 알루미나의 사용이 확립되어 왔다. 이 결합제의 경우, 산화칼슘의 부작용이 없다.
다른 그룹의 결합제는 화학-무기재료를 포함한다. 이 결합은 플라스틱 조성물 뿐 아니라 충전 조성물, 주조 조성물과 분사 조성물을 위해 이용된다. 100-1000℃ 범위에서 사용하는 경우에는 알칼리금속 실리케이트 용액을 기재로 하는 물유리가 흔히 사용되고, 이보다 높은 1600℃ 이하의 온도범위에서는 포스페이트 화합물, 흔하게는 알루미늄 포스페이트가 사용되고 있다. 화학결합은 매우 좋은 접착 효과를 나타내고 최소 강도가 나타나지 않는다. 그러나 사용되고 있는 결합제 계의 화학적 성질로 인해 제한 사용온도가 감소할 수 있어 바람직하지 않다. 나아가 화학적 결합 계의 경우에는 예를 들면 포스페이트가 증발되어 주변에 존재하는 물질과의 상호작용을 배제할 수 없게 된다.
폐 설피드액, 메틸셀룰로오스, 알기네이트, 에틸 실리케이트, 테트라에톡시실란과 다른 거대분자 물질 형태의 내화성 조성물의 유기 결합은 많은 경우 허용 강도값을 제공하기도 한다. 그러나 이들 결합제 계의 경우에도 도입된 화합물에 의해 유발되는 바람직하지 않은 반응으로 인해 많은 경우 그 용도가 제한될 수밖에 없다. 이때에도 첨가된 화합물로 인해 때로는 가능한 용도가 한정되거나 가능한 결합제의 양이 제한받게 된다. 많은 경우, 예를 들면 폐 설피트액과 셀룰로오스의 경우, 유기 결합은 일시적인 결합제로 간주되는데, 그 이유는 특정 온도범위를 초과하여 가열할 때 소성되어 잔류물이 거의 남지 않게 되므로 그 결합제 작용이 일시적일 뿐이기 때문이다. 그러나 일부의 경우, 예를 들면 에틸 실리케이트의 경우, 실시예에서 언급하고 있는 이산화규소에서 결합제 계의 일부가 유지될 수도 있어 결합제 작용을 계속하여 갖게 된다.
부정형 제품, 특히 수경성 결합재의 경우, 건조 및 가열 공정단계는 상대적으로 높은 잔류 수분 함량을 상대적으로 조밀한 미세구조로부터 제거하여야 하므로 문제가 자주 일어나게 된다. 이러한 문제는 일체형 구조의 형성 또는 제조된 부품의 크기에 따라 건조시간이 매우 길어지고 건조 균열을 발생시켜 사용 전에 내면 또는 미리 제작한 부품을 손상시킬 우려가 있다. 일체형 제품을 처음 가열할 때 고려하여야 할 점은 일체형 제품은 대부분 300 내지 900℃의 범위에서 최소 강도를 갖는다는 것이다. 이 최소 강도는 수화상의 탈수온도와 재료의 세라믹 결합 형성 온도 사이의 범위에 있다. 결합제 상의 탈수로 인해 결합강도의 손실이 일어난다. 강도 증가는 약 1000℃가 넘는 온도에서 소결공정을 통한 세라믹 결합의 형성 초기에만 나타난다.
부정형 내화성 조성물의 가공 또는 성형 및 열처리는 통상적으로 사용 현장 또는 사용 조건하에서 실시된다. 운반된 상태 그대로 또는 필요량의 액체를 첨가한 후 직접 가공된다. 이들 조성물은 진동, 무진동 주조(자기-충전 조성물), 다짐, 충전 또는 분무에 의해 설치된다. 상기 조성물의 결합과 경화는 통상 가열하지 않은 상태에서 일어난다. 상기 내화성 조성물의 경화는 석조 구조물과 달리 일체형 구조, 즉 무-접합 구조와 외양을 갖는 내면을 형성한다.
정형 내화성 조성물은 예를 들면 내화 튜브 또는 벽돌을 제조하는 경우 원료 조성물을 형상-부여 구조에 넣고 상기 주형으로부터 꺼낸 다음 약 200 내지 700℃에서 여러 날 동안 건조공정에 의해 물을 빼냄으로써 제조한다. 이 공정은 시간이 매우 많이 소요되고, 충분한 흐름성을 얻기 위해서는 다량의 물을 필요로 하므로 이에 따라 한편으로는 건조공정이 길어지게 된다. 그러나 가열공정을 빠르게 하면 결과적으로 최종 제품에서 건조 균열과 박리(spalling)가 일어난다.
특정 액체 레졸-페놀산 에스테르 경화성 수지 5 내지 10 중량%와 경화제로서 에스테르를 이용하여 마그네시아, 산화칼슘, 산화알루미늄, 알루미늄 산화규소, 마그네시아 스피넬, 산화알루미늄 스피넬과 이들의 혼합물로부터 내화성 조성물을 제조할 수 있다는 것이 EP 0 577 733 B1에 공지되어 있다. 그러나 이들 조성물은 제조 중에 높은 점도 때문에 불균질하게 된다. 나아가 용도에 따라 조성물 내에는 탄소가 높은 비율로 잔존하게 된다. 이 잔존 탄소(흑연-함유 혼합물의 경우에도 마찬가지임)는 내화성 조성물을 사용하는 중에 소성될 수 있어 내화 제품의 기공률을 높이게 된다. 이 경우, 예를 들면 액체 철이 기공과 접촉하여 그 내부로 침투하게 되고 궁극적으로는 내화 제품의 내구성을 감소시킨다. 나아가, 소성된 탄소를 액체 철이 흡수하면 제조되는 강, 특히 스테인리스강의 품질이 떨어진다.
나아가, EP 0 530 943 B1은 내화성 조성물을 제조하는 방법으로서, 경질 또는 사소(dead-burned) 마그네시아를 함유하는 조성물의 경우에는 경화성 페놀수지 적어도 3 중량%와 아스파레이트, 플루오라이드, 비플루오라이드, 말레에이트, 타르트레이트, 시트레이트, 포스포네이트 이온을 방출하고 소정의 테트라알콕시실란을 함유하는 화합물을 이용하여 경화를 지연시키는 내화성 조성물의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나 상기 조성물은 제조 중에 점도가 상승한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 고점도로 인해 형상-부여 구조 주변이 완전히 충전되지 않게 되어 가공 관점에서는 바람직하지 않다.
JP 07330451-A, JP 05070246-A 및 JP 2008-0249에서도 광물성 구성성분, 결합제로서 합성수지와 유기 첨가제를 추가로 함유하는 내화성 조성물이 언급되어 있다. 그 결과, 이들 조성물의 특성은 다양하게 영향을 받는다.
따라서 본 발명의 목적은 종래기술로부터 공지된 단점, 적어도 부식과 침식과 관련한 단점을 해결할 수 있는 세라믹 제품을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료, 적어도 하나의 결합제와 경우에 따라 추가되는 첨가제의 혼합물로 제조되는 세라믹 제품으로서, 상기 혼합물이
a) 산화물 구성성분 적어도 10 중량% 이상(혼합물의 전체 고형분 중량 대비),
b) 상기 혼합물에 대해 가소 효과를 갖는 적어도 하나의 유기계 결합제 0.05 내지 2.7 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비), 및
c) 함수(含水) 분산매 3 내지 10 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)를 포함하고,
600℃가 넘는 온도에서 사용 후 탄소 0.1 중량% 미만(세라믹 제품 전체 중량 대비)을 함유하는 세라믹 제품에 의해 달성된다.
놀랍게도 상기 혼합물은 본 발명에 따른 세라믹 제품의 제조에 있어서 가공 측면에서 바람직한 낮은 점도를 가지게 되어 추가 비용과 관련이 있고 다른 특성에도 영향을 줄 수 있는 가소제를 추가할 필요가 없다는 것이 밝혀졌다. 상기 혼합물의 낮은 점도로 인해 흐름성이 양호해짐으로써 충전이 잘 되도록 성형 환경이 개선되어 고품질의 세라믹 제품을 제조할 수 있게 된다. 또한 상기 세라믹 제품의 제조 중에는 소량의 물이 필요하게 되어 건조시간이 단축되고 세라믹 제품 내부 또는 상에 건조 균열과 박리의 생성을 방지할 수 있다.
탄소 0.1 중량% 미만(세라믹 제품 전체 중량 대비), 바람직하게는 0%를 함유하는 본 발명의 세라믹 제품은 일반적으로 내화 캐스터블을 함유하는 종래의 내화성 조성물에 비해 적어도 냉간 굽힘강도 및 건조 후 밀도가 높고 연소 후 기공률이 낮다. 나아가, 본 발명의 세라믹 제품은 종래의 제조기술을 이용하여 제조될 수 있어 추가적인 제조비용이 필요 없다. 따라서 최종 부품들을 탈형하거나 일체형 구조들을 동시에 거푸집으로부터 제거할 수 있다. 본 발명에 따르면, 특정 온도범위에서 수분 제거를 촉진시킬 수 있는 수화상이 전혀 형성되지 않으므로 후속 건조단계에서 거의 문제가 발생하지 않는다. 건조 보조제로서, 수경성 결합을 갖는 종래의 조성물의 경우에서와 같이 섬유(예를 들면 천연섬유, 인조섬유)를 첨가하여 물리적으로 결합되어 있는 물의 배출로를 형성할 수 있다. 나아가 금속성 및/또는 비금속성 섬유를 첨가하여 건조, 가열 및 이용 중에 미세구조를 보강할 수도 있다. 나아가 본 발명의 혼합물은 탄소함량이 매우 낮기 때문에(또는 바람직하게는 탄소가 없기 때문에) 더 이상 강의 품질에 영향을 주지 않게 된다.
천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료로서, Al2O3, MgO, SiO2, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2 및/또는 예를 들면 MgAl2O4, 스피넬, 포르스테라이트, 보크사이트, 안달루사이트, 돌로마이트 및/또는 샤모트를 산화물 구성성분을 함유하는 원료로서 사용하는 것이 바람직하다. 나아가 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료로서 비산화물 원료, 바람직하게는 BN, SiC, Si3N4, B4C 또는 그 밖의 TiN 및/또는 TiC를 사용할 수도 있다. 그러나 종래기술로부터 공지된 다른 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료들도 생각할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 세라믹 제품은 산화물 구성성분(위에 기재된 바와 같은)을 적어도 10 중량% 이상(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)을 함유한다.
산화물 구성성분을 10 중량% 미만으로 사용하는 경우, 고형 입자와 분산매의 부분적인 성분분리가 나타난다.
10 중량% 넘게 사용하면 성분분리와 내화 입자의 침강 경향이 더 이상 관찰되지 않으므로 상기 세라믹 제품을 제조하기 위해서 산화물 구성성분을 적어도 10 중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.
산화물 구성성분 대 비산화물 구성성분의 비가 80:20 내지 50:50인 것이 가공성과 고온특성, 예를 들면 크리프 강도와 관련한 장점을 제공하므로 특히 바람직하다.
위에서 언급한 원료로부터 얻은 혼합체들은 필요로 하는 가공방법, 예를 들면 진동, 무진동 주조(자기-충전 조성물), 다짐, 충전 또는 분무에 의한 압축법에 적합한 입도 분포를 갖는다. 이러한 입도 분포의 적합성 여부는 안드레아센(Andreassen) 분포와 같은 관련 이론에 의해 실시된다. 이때 상기 조성물은 다양한 가공기술에 대해 유리한 입도 분포율을 이용한 이상적인 분포에 따라 최적화된다. 상기 입도 분포율은 누적 입도 분포의 로그 곡선에서 구배를 의미한다. 따라서 자기-충전 조성물(외부 힘의 인가없이 압축)은 일반적으로 이들 조성물에 대해서 바람직한 0.25 내지 0.30 범위의 입도분포율로 구성된다. 진동 조성물의 경우, 일반적으로 이보다 높은 0.30-0.35 범위의 입도 분포율이 추정된다. 상기 조성물은 각각의 내화 산화물, 상기 내화 산화물의 화합물을 포함하는 천연 또는 합성 원료 및/또는 미립자, 중입자 및 조입자 범위에 있는 상기 언급한 재료들의 혼합물을 포함한다. 상기 입도 범위는 직경이 15 mm 이하일 수 있는 조입자 범위 이하의 나노미터 범위인 입자를 포함한다. 마지막으로 산화물 화합물 또는 산화물을 주성분으로 함유하고 지금까지 종래기술에서 사용되고 있는 모든 조성물에서 치환이 가능하다고 말할 수 있다.
유기계 결합제로서, 페놀 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 아미노 수지, 알키드 수지, 레조르시놀 수지 및/또는 노볼락, 레졸 및/또는 에폭시 수지의 수성 분산액, 알킬레이트 분산액 및/또는 폴리우레탄 분산액과 같은 합성 제조되는 결합제 및/또는 당, 포도당, 다당류, 탄닌 및/또는 리그닌과 같은 천연 원료로 제조되는 결합제가 바람직하다. 재생가능성 때문에 천연 원료들이 유리하다. 페놀 수지, 푸란 수지, 에폭시 수지와 아미노 수지는 상온에서 경화될 수 있어 적용에 있어 큰 장점이 있다. 따라서 경화제를 추가할 필요가 없다. 단량체가 낮고 점도가 낮으며 수성인 분산액을 사용하는 것이 유리하다.
경화제를 첨가하여 상온에서 경화시킬 수 있고 경화시간을 쉽게 변경할 수 있으며, 일반적으로 유기용매를 전혀 함유하지 않는 수성 페놀 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 세라믹 제품을 제조하기 위해, 유기계 결합제를 0.05 내지 2.7 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)의 농도로 첨가한다. 0.05 중량% 미만으로 첨가하는 경우, 강도와 흐름 거동에 대한 충분한 효과가 관찰되지 않는다. 농도가 2.7 중량%를 넘는 경우, 뜻밖에도 혼합물에 대한 결합제의 가소 효과가 감소하고 혼합물이 더 이상 흐를 수 없다는 것이 밝혀졌다. 상기 유기계 결합제는 0.5 내지 2.0 중량%의 농도로 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 이 범위에서 가소 효과가 가장 크고 소성 후 기공률이 가장 낮다.
본 발명의 세라믹 제품을 제조하기 위한 혼합물은 다른 구성성분으로서 함수 분산매(물이 가장 간단한 경우임)를 3 내지 10 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)의 농도로 함유한다. 이 범위에서 상기 함수 분산매는 점도를 감소시켜 혼합물의 최적 가공을 가능하게 한다.
상기 혼합물은 첨가제로서 경화제를 추가로 함유하는 것도 유리하다. 이 경화제는 바람직한 농도로 0.1 내지 0.6 중량%(혼합물 전체 고형분 중량 대비)로 첨가되는데, 이 범위에서 경화속도와 최종 강도가 특별히 요구되는 수준에 상응하기 때문이다. 각각의 수지에 대해 적합하다고 종래기술로부터 알려진 모든 경화제를 사용할 수 있다. 상기 경화제는 특히 바람직하게는 에스테르(부티로락톤, 카프로락톤, 프로피오락톤, 펜틸락톤, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트 등과 같은 저분자량 락톤), 산(예를 들면 p-페놀설폰산) 또는 아민(예를 들면 폴리아민(지방족, 지환족 또는 방향족), 폴리아미드, 만니히 염기, 폴리아미노이미다졸린, 폴리에테르 아민) 중에서 선택되지만, 상기 경화제는 수지의 특정 용도에 따라 선택될 수 있다.
특히 에스테르의 경우, 경화시간이 가공공정에 정확히 부합할 수 있다.
그러나 열작용에 의해 경화가 일어나는 경우, 일반적으로 경화제를 사용할 필요가 없을 수도 있다. 성분을 생략함으로써 비용면에서도 바람직하고 혼합물의 다른 특성에 대한 영향도 없을 수 있어 유리하다.
예를 들면 상기 혼합물의 가소화 및/또는 결합제 작용을 보조하는 추가의 유기 및/또는 무기 첨가제도 생각할 수 있지만, 공급과 그와 관련된 비용 발생 측면에서 반드시 필요한 것은 아니다. 성분의 수가 적으면, 상기 혼합물 또는 세라믹 제품의 특성에 대한 바람직하지 않은 효과를 피할 수도 있다.
본 발명의 세라믹 제품은 600℃ 넘는 온도에서 사용한 후 탄소를 0.1 중량% 미만(세라믹 제품의 전체 중량 대비), 특히 바람직하게는 검출이 불가능한 양의 탄소를 함유한다. 따라서 본 발명에 따르면 경화된 제품에 탄소가 0.1 중량% 미만으로 존재하도록 상기 혼합물의 각 성분과 사용 파라미터가 선택된다.
본 발명의 세라믹 제품은 하기 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
a) 균질한 혼합물을 제조하는 단계,
b) 상기 혼합물을 성형하고 15℃ 넘는 온도에서 건조 및/또는 경화시키는 단계, 및
c) 경우에 따라 주형으로부터 제거하고 50℃ 넘는 온도에서 추가로 건조 및/또는 경화시키는 단계.
정형 제품뿐 아니라 부정형 제품을 제조하기 위해, 적절한 입도 분포를 갖는 세라믹 원료를 혼합기, 예를 들면 Eirich사 제 혼합기 내에서 적정량의 결합제와 균질하게 혼합한다.
부정형 조성물을 제조하는 경우, 이후 상기 혼합물을 포장하여 사용할 장소로 운반한다. 정확한 양의 경화제와 물을 현장에서 혼합기에 첨가한 다음, 주조가능해진 조성물을 내면을 형성할 장치로 이송, 예를 들면 펌핑한다. 정형 제품을 제조하는 경우 상기 원료와 결합제의 혼합물을 혼합기에서 직접 적정량의 경화제와 물과 혼합한다. 상기 혼합물을 건조시키고 주형으로부터 제거하기에 충분한 강도를 가질 때까지 주형에서 부분 경화시킨다. 이후 상기 성형체를 직접 사용하거나 여러 시간 동안 120-180℃의 온도에서 추가로 가열 공정처리를 진행할 수 있다.
본 발명의 세라믹 제품은 예를 들면 야금산업 장치에서 사용할 수 있다.
본 발명은 종래기술로부터 공지된 단점, 적어도 부식과 침식과 관련한 단점을 해결할 수 있는 세라믹 제품을 제공하는 효과가 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 설명할 것이다.
표 1에 나타낸 조성물을 예를 들면 산소 랜스 노즐과 같은 정형 제품 및/또는 강 이송 레들의 내면과 같은 부정형 내화 제품용으로 사용할 수 있다. 이들 조성물은 본 발명에 따른 혼합물을 함유하는 2개의 혼합체(혼합체 2 및 3), 수화성 알루미나(Alphabond 300, Almatis사 제)를 기재로 하는 종래의 계(혼합 조성물 1) 및 비교 혼합 조성물 4이다. 4개의 모든 혼합 조성물들은 산화알루미늄(Almatis사 제 판상형 알루미나 T60/T64)과 산화알루미늄이 풍부한 마그네슘 알루미네이트 스피넬(Almatis사 제 AR78)의 적절한 혼합물을 기재로 하고 있다. 표 1에 4개의 조성물을 나타내었다. 상기 혼합체 간 차이는 종래의 혼합체(혼합 조성물 1)에는 결합제 Alphabond 300(수화성 알루미나) 뿐 아니라 첨가제 ADW1과 ADS1(분산 알루미나)가 추가로 함유되어 있다는 것이다. 이에 비해, 다른 2개의 혼합체(혼합 조성물 2와 혼합 조성물 3)의 경우 Alphabond 300과 첨가제 ADW 및 ADS가 첨가되어 있지 않음을 볼 수 있다. 혼합 조성물 2는 본 발명에 따른 혼합체의 유기계 결합제 2%를 함유하고, 혼합 조성물 3은 이 결합제를 1% 함유하고 있다.
혼합 조성물 1 내지 4
혼합 조성물 1 혼합 조성물 2
본 발명		 혼합 조성물 3
본 발명		 혼합 조성물 4
(중량%) (중량%) (중량%) (중량%)
제조사: Almatis 판상형 알루미나 T60/64 2-5 mm 25 25 25 25
1-3 mm 15 15 15 15
0.5-1 mm 11 11 11 11
0-0.02 mm 11 11 11 11
AR78 0-0.5 mm 7 7 7 7
0-0.09 mm 9 9 9 9
0-0.02 mm 8 8 8 8
반응성 알루미나
CTC50 10 13 13 13
CT3000SG 1 1 1 1
결합제 Alphabond 300 3 - - -
100 중량%
첨가제 ADW1 0.5 - - -
ADS1 0.5 - - -
물 5.5 5.0 5.0 6.5
수지* - 2.0 1.0 3.0
경화제** - 0.3 0.15 0.45
* 1% 미만의 유리 페놀 함량, 20℃에서 200-400 mPas의 점도, 수지 함량 52-55%를 갖는 페놀성 레졸
** 30:70의 비로 혼합된 부티로락톤과 에틸렌 글리콜 디아세테이트의 혼합물
상기 혼합 조성물들을 종래의 콘크리트 기술에 따라 ToniTechnik사 제 실험실용 혼합기에서 혼합한 후, 주조하여 치수가 40 × 40 × 160 mm인 시험편을 제조하였다. 이들 시험편을 3시간 후 주형에서 꺼내어 120℃에서 일정한 중량까지 건조시켰다. 표 2에는 제조한 시편의 몇몇 재료특성을 나타내었다. 혼합 조성물 4는 주입이 불가능하였다.
재료특성
처리온도 재료특성 혼합 조성물 1 혼합 조성물 2
본 발명		 혼합 조성물 3
본 발명
120℃ 건조 겉보기 밀도[g/cm3] 2.90 2.97 2.95
냉간굽힘강도[MPa] 3.20 5.53 4.63
소성 겉보기 밀도[g/cm3] 3.05 2.91 3.04
1650℃ 냉간굽힘강도[MPa] 39.80 33.96 37.07
Dynamic E-modulus [GPa] 69 63 85
개기공률[%] 17.1 15.4 15.4
탄소함량[%] 0 0 0
본 발명에 따른 조성물은 건조 균열에 취약(민감)하지 않으므로 또한 높은 생강도를 가지며, 낮은 기공률은 소성 후 부식과 침식성 개선에 기여한다.

Claims (12)

  1. 천연 및/또는 합성 무기 비금속성 원료, 적어도 하나의 결합제와 경우에 따라 추가되는 첨가제의 혼합물로 제조되는 세라믹 제품으로서, 상기 혼합물이
    a) 산화물 구성성분 적어도 10 중량% 이상(혼합물의 전체 고형분 중량 대비),
    b) 상기 혼합물에 대해 가소 효과를 갖는 적어도 하나의 유기계 결합제 0.05 내지 2.7 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비), 및
    c) 함수 분산매 3 내지 10 중량%(혼합물의 전체 고형분 중량 대비)를 포함하고,
    600℃가 넘는 온도에서 사용 후 탄소 0.1 중량% 미만(세라믹 제품 전체 중량 대비)을 함유하는 세라믹 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화물 구성성분 대 비산화물 구성성분의 비가 80:20 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  3. 제1항 및 제2항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 산화물 구성성분이 Al2O3, MgO, MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3와 TiO2 및 이들을 함유하는 천연 및/또는 합성 원료로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 비산화물 구성성분이 SiC, Si3N4, BN 및 B4C로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 유기계 결합제가 페놀 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 아미노 수지, 알키드 수지, 레조르시놀 수지 및 노볼락, 레졸 및/또는 에폭시 수지의 수성 분산액, 알킬레이트 분산액 및 폴리우레탄 분산액과 같은 합성 제조되는 결합제 및/또는 당, 포도당, 다당류, 리그닌 및/또는 탄닌과 같은 천연 생산 결합제로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기계 결합제가 수성 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 혼합물이 추가 첨가제로서 경화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 경화제가 에스테르, 산 및 아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 제품이 내화 성형체인 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 한 항 이상에 있어서, 상기 제품이 사용 중에 형상화되는 것을 특징으로 하는 세라믹 제품.
  11. 야금산업 장치에서 제1항 내지 제10항 중 적어도 한 항 이상에 따른 세라믹 제품의 이용.
  12. 하기 단계를 포함하는 제9항 또는 제10항에 따른 세라믹 제품을 제조하는 방법:
    a) 균질한 혼합물을 제조하는 단계,
    b) 상기 혼합물을 성형하고 15℃ 넘는 온도에서 건조 및/또는 경화시키는 단계, 및
    c) 경우에 따라 주형으로부터 제거하고 50℃ 넘는 온도에서 추가로 건조 및/또는 경화시키는 단계.
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