KR20150090225A - 분무용 부정형 내화물 - Google Patents

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KR20150090225A
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슌스케 이나도미
?스케 이나도미
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구로사키 하리마 코포레이션
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Abstract

본 발명은 분무용 부정형 내화물의 탈수성을 향상시켜 치밀한 시공체를 얻음과 동시에 피시공면에 대한 접착성을 향상시킴으로써 분무용 부정형 내화물의 고내용화를 실현시킨다. 본 발명의 분무용 부정형 내화물은 내화재료, 결합제 및 수용성 당질 재료를 함유하는 분무용 부정형 내화물로서, 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 15질량% 이상 55질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 15질량% 이상 40질량% 이하 함유하고, 상기 수용성 당질 재료를 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율로 2질량% 이상 15질량% 이하 첨가하여 이루어진다.

Description

분무용 부정형 내화물{Amorphous refractory for spraying}
본 발명은 고로, 통, 혼선차, 전로, 레이들, 2차 정련로, 턴디시, 시멘트 로터리 킬른, 폐기물 용융로, 소각로 혹은 비철금속 용기 등의 각종 금속 용기의 내장 내화물의 보수 등에 있어서 시공되는 분무용 부정형 내화물에 관한 것이다.
분무용 부정형 내화물의 시공은 기본적으로 내화재료에 물을 첨가하여 행해지는데, 물의 첨가 방법 및 내화재료와의 혼합·혼련 방법에 따라 습식 분무 시공 방법과 건식 분무 시공 방법으로 크게 나누어진다. 습식 분무 시공 방법은 믹서 등에 의해 내화재료와 물을 사전에 혼련하여 그 혼련물을 펌프 압송하고 분무 노즐부에서 결합제(급결제)를 도입하여 분무하는 시공 방법이다. 한편, 건식 분무 시공 방법은 사전 혼련하지 않고 결합제를 포함하는 내화재료를 건분 상태로 호스 안을 에어 반송하고 분무 노즐부에서 물을 첨가하여 분무하는 시공 방법이다.
종래 이러한 습식 또는 건식 분무 시공 방법에 사용되는 분무용 부정형 내화물에 있어서 당질 재료를 첨가하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 습식 분무 시공 방법에서 사용되는 슬러리상의 급결제 중의 물, 급결 촉진제, 분산제, 내화성 원료 미분 등의 분리를 억제하기 위해 증점제로서 수용성의 천연 고분자 다당류(바이오검계 증점제)를 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 슬라이딩 노즐용 플레이트 벽돌의 보수재에 있어서 그 접착성, 분산성 및 접착 강도를 향상시키기 위해 자당 등의 당류를 첨가하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2007-39256호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 소59-18173호 공보
분무용 부정형 내화물에는 양호한 시공성과 함께 피시공면에 대한 뛰어난 접착성(접착 강도)이 요구된다. 이 점에서 특허문헌 1에는 슬러리의 분리를 방지하기 위해 수용성의 천연 고분자 다당류를 첨가하는 것이 기재되어 있어 시공성에 대한 배려는 보이지만, 피시공면에 대한 접착성을 향상시키기 위해 수용성의 당질 재료를 첨가하는 것에 대해서는 기재되지 않았다. 또한, 특허문헌 1에는 수용성의 천연 고분자 다당류를 슬러리상의 급결제 중의 내화성 원료 미분 100질량%에 대해 0.005질량% 이상 0.5질량% 이하 첨가하면 바람직한 것이 기재되어 있다(단락 0044). 이 첨가량은 미분 이외의 골재도 포함한 내화성 원료 100질량%에 대한 첨가량으로 환산하면 매우 적다(표 1). 이 때문에 피시공면에 대한 접착성 향상에 효과가 있는 수준이 아니다.
또한, 특허문헌 2에는 내화재료가 100메쉬 이하(약 0.1mm 이하)의 미분만으로 구성되는 것이 기재되어 있다(제1표). 이와 같이 내화재료를 미분만으로 구성한 것을 분무 시공에 적용하면 미분이 수분을 흡수하여 덩어리가 되어 내화재료 전체가 균일하게 혼합되지 않는다. 즉, 혼합 불충분 재료가 노즐 안을 반송되기 때문에 분무 노즐로부터 분무할 때에 재료가 불균일하게 토출하는 이른바 맥동 현상이 발생한다. 분무 시공에서 맥동을 발생시킨 경우에는 불균일한 시공체가 되기 때문에 시공체의 내용성 저하로 이어진다.
또한, 내화재료를 미분만으로 구성한 경우 조립자가 존재하지 않으므로 시공체 중에서 수분이 빠지는 경로를 확보하기 어렵다. 시공체 중에서 수분이 빠지기 어려워지면 물 또는 수증기 상태로 시공체 내에 쌓여 물이 빠진 후는 공극이 된다. 공극이 생기면 용융 금속이나 슬래그가 침입하여 용손되어 시공체의 내용성이 저하된다. 또한 시공체 중의 수분이 빠지지 않고 물 또는 수증기가 시공체 내에 과도하게 쌓이면 시공체 내의 증기압이 높아져 시공체가 세게 붕괴되는 이른바 폭렬 현상을 초래할 위험성도 있다.
나아가 특허문헌 2의 보수재는 기본적으로 슬라이딩 노즐용 플레이트 벽돌의 보수에 사용되는 것이다. 슬라이딩 노즐용 플레이트 벽돌의 보수에는 극미량의 보수재밖에 사용하지 않기 때문에 탈수성의 영향은 작다. 그러나, 예를 들어 요로의 내장 내화물의 보수를 위한 분무 시공과 같이 슬라이딩 노즐용 플레이트 벽돌의 보수보다 시공 면적이 넓고 시공 두께가 큰 경우에는 시공 부피가 크기 때문에 시공체 중의 수분 체류, 내용성 저하의 영향이 현저하게 나타나게 된다.
그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 분무용 부정형 내화물의 탈수성을 향상시켜 치밀한 시공체를 얻음과 동시에 피시공면에 대한 접착성을 향상시킴으로써 분무용 부정형 내화물의 고내용화를 실현시키는 것에 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면 내화재료, 결합제 및 수용성 당질 재료를 함유하는 분무용 부정형 내화물로서, 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 15질량% 이상 55질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 15질량% 이상 40질량% 이하 함유하고, 상기 수용성 당질 재료를 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율(outer percentage)로 2질량% 이상 15질량% 이하 첨가하여 이루어지는 분무용 부정형 내화물이 제공된다.
본 발명에 의하면 입경 1mm 이상의 조립자를 특정량 함유하기 때문에 시공체 중에서 수분이 빠지는 경로를 확보할 수 있다. 또한 입경 75㎛ 이하의 미립자의 함유량을 특정 범위로 규정하고 있기 때문에 내화재료와 물이 섞이기 쉬워 수분을 다량으로 첨가할 필요가 없어지므로, 시공체 중의 수분이 빠지기 쉬워 치밀한 시공체를 얻을 수 있다.
나아가 수용성 당질 재료를 특정량 첨가하고 있으므로 시공시에 수용성 당질 재료가 내화재료 중에서 분산제로서 작용하여 내화재료의 경화 반응이 완화되기 때문에 내화재료가 피시공면의 요철에 밀착되기 쉬워진다. 또한 당질 재료는 가열되면 탈수 반응에 의해 구조 중의 수분이 증발하여 탈수 중합한 폴리머가 재료 중에 잔존한다. 그 때문에 폴리머 중의 탄소 성분이 피시공면과의 접착 계면에서 탄소 결합(carbon bond)를 형성하여 피시공면에 대한 접착성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 분무용 부정형 내화물은 내화재료, 결합제 및 수용성 당질 재료를 함유하여 이루어진다.
내화재료 및 결합제로서는 종래 습식 또는 건식 분무용 부정형 내화물에 일반적으로 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 내화재료로서는 알루미나, 실리카, 마그네시아, 칼시아, 탄화 규소, 카본 등을 들 수 있고, 나아가 이들을 2종 이상 조합하여 이루어지는 것도 이에 해당한다. 결합제로서는 시멘트, 인산염, 규산염, 염화물, 황화물, 수산화물, 실리카 졸, 알루미나 졸 등을 들 수 있다.
당질 재료로서는 당류(단당류, 이당류), 다당류, 올리고당, 당알코올 등을 들 수 있고, 이 중에서 본 발명에서는 수용성의 것을 사용한다. 수용성 당질 재료는 상술한 바와 같이 시공시에 내화재료 중에서 분산제로서 작용한다. 시공시에 물의 존재 하에서 양호한 분산성을 발휘하려면 분자량이 작고 구조체 중에 물을 넣기 쉬운 프룩토오스, 글루코오스 등의 수용성 단당류를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 분무용 부정형 내화물은 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 15질량% 이상 55질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 15질량% 이상 40질량% 이하 함유한다.
입경 1mm 이상의 조립자가 15질량% 미만이 되면 내화재료 중의 미립자가 많아져 물과의 혼합이 나빠진다. 그 때문에 분무시에 맥동을 발생시켜 불균일한 시공체가 되어 공극 등을 발생시키는 경우가 있다. 또한 시공체 중의 수분이 빠지지 않고 시공체 중의 증기압이 과도하게 높아진 경우에는 폭렬 현상이 일어날 위험성도 있다. 한편, 입경 1mm 이상의 조립자가 55질량%를 넘으면 내화재료 중의 조립자가 많아져 내화재료의 충전성이 저하되어 치밀한 시공체를 얻을 수 없다. 또한, 분무 시공에서는 리바운드 현상이 많아져 시공성이 나빠진다.
또한 입경 75㎛ 이하의 미립자가 15질량% 미만이 되면 시공체 중의 미분이 적어져 내화재료의 충전성이 저하되어 치밀한 시공체를 얻을 수 없다. 또한 내화재료 중의 미분이 적어지면 결합제 및 당질 재료와의 반응성이 나빠지고 시공체 강도 저하, 피시공면에 대한 접착성 저하 등에 의해 내용성이 저하된다. 한편, 입경 75㎛ 이하의 미립자가 40질량%를 넘으면, 내화재료와 물의 혼합성이 나빠져 맥동을 수반하는 분무 시공이 되어 균일한 시공체를 얻을 수 없다. 또한 내화재료와 물의 혼합 불량을 보충하기 위해 다량의 수분으로 시공된 경우에는 다공질(porous)의 시공체가 되고, 탈수성이 나쁜 경우에는 공극 발생, 나아가 시공체의 폭렬 현상이 일어날 위험성도 있다.
본 발명의 분무용 부정형 내화물에 있어서 수용성 당질 재료는 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율로 2질량% 이상 15질량% 이하 첨가한다. 당질 재료의 첨가량이 2질량% 미만이 되면 내화재료 중에서의 분산제로서의 작용이 저하되어 피시공면의 요철부에의 밀착성이 나빠진다. 한편, 당질 재료의 첨가량이 15질량%를 넘으면, 재료 중의 휘발분이 과다해지고 시공체의 조직이 다공질이 되어 시공체 강도가 저하되고 내용성도 저하된다.
본 발명의 분무용 부정형 내화물은 상기 내화재료, 결합제 및 수용성 당질 재료 외에 필요에 따라 분산제, 감수제, 증점제 등을 함유할 수 있다.
또, 치밀한 시공체를 얻음과 동시에 피시공면에 대한 접착성을 향상시키려면 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 20질량% 이상 40질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 20질량% 이상 30질량% 이하 함유하고, 수용성 당질 재료를 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율로 3질량% 이상 10질량% 이하 첨가하는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 분무용 부정형 내화물은 습식 및 건식의 어떤 분무 시공에도 적용 가능하다. 그 시공 방법으로서는 종래 일반적인 방법을 그대로 사용할 수 있다. 또, 습식 분무 시공에 있어서 결합제는 분무 노즐부에서 첨가되므로 그 결합제를 첨가한 후의 구성이 본 발명의 규정을 만족하면 된다.
실시예
표 1에 나타내는 배합의 분무용 부정형 내화물을 건식 분무 시공 방법에 의해 분무 노즐부에서 물을 첨가하여 피시공면에 분무하여 그 시공성 및 탈수 시간을 평가하였다. 또, 표 1의 기재에서 「3~1mm」는 3mm 이하 1mm 이상을 의미하고, 「1~0.075mm」는 1mm 미만 0.075mm 초과를 의미한다. 또한 결합제로서는 규산염, 소석회(수산화 칼슘)를 사용하였다.
표 1에서 시공 부피는 비교예 1의 시공 부피(세로 200×가로 200×두께 50mm)를 100으로서 지수화하여 나타내었다. 비교예 1의 시공 부피는 상기 특허문헌 2에서 상정되어 있는 슬라이딩 노즐용 플레이트 벽돌의 보수시의 시공 부피에 상당한다.
분무 시공의 시공성은 혼수성(混水性)의 좋고 나쁨(맥동 유무), 리바운드 현상의 유무로 평가하고, 혼수성이 나쁘거나 리바운드 현상이 보인 경우는 ×, 어느 것도 보이지 않은 경우는 ○로서 평가하였다.
탈수 시간으로서는 700℃의 피시공면에 분무한 시공체 중의 수분량이 0.5질량% 이하가 되는 시간을 측정하였다.
그 밖에 분무용 부정형 내화물의 접착성을 나타내는 물성값으로서 접착 강도를 측정하고, 상기 시공성 및 탈수 시간의 평가 결과와 함께 종합 평가를 행하였다.
접착 강도는 열간 시공을 상정하여 다음 방법으로 측정하였다. 700℃의 분위기 중에 벽돌을 놓고, 그 위에 통형의 금속틀을 세팅한다. 이 금속틀 내에 적당량의 물과 혼련한 분무용 부정형 내화물(시공재)을 부어 주조하여 일정 시간 후에 금속틀을 세팅한 채로 시공재와 벽돌의 전단 강도를 측정한다. 표 1에서는 비교예 1의 전단 강도를 100으로서 지수화하여 나타내었다.
종합 평가는 ◎, ○, △, ×의 4단계로 평가하였다. 그 평가 기준은 이하와 같다.
◎: 시공성이 ○, 탈수 시간이 100분 미만, 접착 강도 지수가 110 이상인 모두 만족하는 경우
○: 시공성이 ○, 탈수 시간이 100분 미만, 접착 강도 지수가 100 이상인 모두 만족하는 경우
△: 시공성이 ×, 탈수 시간이 100분 미만, 접착 강도 지수가 100 미만 중 어느 하나에 해당하는 경우
×: 시공성이 ×, 탈수 시간이 100분 이상, 접착 강도 지수가 100 미만 중 2가지 이상에 해당하는 경우.
또, 실제 기기에서의 검증 결과, 종합 평가가 ◎ 또는 ○인 경우는 시공성 및 내용성에 문제는 없고, △인 경우는 시공은 할 수 있지만 내용성이 불충분하며, ×인 경우는 실제 기기에서의 시공이 불가능한 상태이었다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 실시예 1~14는 종합 평가가 ◎ 또는 ○로 양호하였다.
이에 대조적으로 비교예 1은 상기 특허문헌 2의 보수재에 상당하며 내화 원료 전부가 입경 75㎛ 이하의 미립자로 이루어지는 예이다. 혼수성이 나빠 시공시에 맥동이 발생하였다. 비교예 2는 비교예 1의 시공 부피를 늘린 예이다. 시공시에 맥동이 발생함과 동시에 탈수성이 악화되어 시공체에 팽창이 발생하였다.
비교예 3은 입경 1mm 이상의 조립자가 너무 적은 예이다. 혼수성이 나빠 시공시에 맥동이 발생함과 동시에 탈수성이 악화되었다.
비교예 4는 입경 1mm 이상의 조립자가 너무 많은 예이다. 시공시에 리바운드 현상이 보여 리바운드 로스가 많아짐과 동시에 시공체의 치밀성이 저하되었다.
비교예 5는 입경 75㎛ 이하의 미립자가 너무 적은 예이다. 시공시에 리바운드 현상이 보여 리바운드 로스가 많아짐과 동시에 시공체의 치밀성이 저하되었다.
비교예 6은 입경 75㎛ 이하의 미립자가 너무 많은 예이다. 혼수성이 나빠 시공시에 맥동이 발생함과 동시에 탈수성이 악화되었다.
비교예 7은 당질 재료의 첨가량이 너무 적은 예이다. 피시공면에의 밀착성이 나빠지고 피시공면과의 접착성이 악화되었다.
비교예 8은 당질 재료의 첨가량이 너무 많은 예이다. 휘발분이 과다해지고 시공체의 조직이 다공질이 되어 시공체 강도가 저하되고 피시공면과의 접착성이 악화되었다.

Claims (2)

  1. 내화재료, 결합제 및 수용성 당질 재료를 함유하는 분무용 부정형 내화물로서,
    상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 15질량% 이상 55질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 15질량% 이상 40질량% 이하 함유하고,
    상기 수용성 당질 재료를 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율로 2질량% 이상 15질량% 이하 첨가하여 이루어지는 분무용 부정형 내화물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량% 중에 입경 1mm 이상의 조립자를 20질량% 이상 40질량% 이하 함유함과 동시에 입경 75㎛ 이하의 미립자를 20질량% 이상 30질량% 이하 함유하고,
    상기 수용성 당질 재료를 상기 내화재료 및 결합제의 합량 100질량%에 대해 외부백분율로 3질량% 이상 10질량% 이하 첨가하여 이루어지는 분무용 부정형 내화물.
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