KR20160103401A - 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재에 관한 것으로서, 폐내화물을 선별하고 이물질을 제거하는 선별단계와, 선별된 폐내화물을 1차 파쇄한 후 균일한 크기로 재차 분쇄하는 분쇄단계와, 분쇄된 폐내화물을 스크린망에 투과시켜 5㎜이하의 입도로 분리하는 입도분리단계와, 입도분리된 폐내화물을 건조로에 투입해 경소성하여 재생내화물을 수득하는 건조단계와, 상기 재생내화물에 중소마그네시아(DBM)와, 바인더를 혼합하여 내화보수재를 형성하는 혼합단계와, 상기 내화보수재를 일정 단위로 포장하는 포장단계를 포함하여 구성됨에 따라 수입에 의존해오던 종래 내화보수제의 제조에 비해 원가를 절감함은 물론 폐내화물의 재활용에 따른 다양한 이점을 가지는 것이 특징이다.

Description

내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재{METHOD FOR MANUFACTURING REFRACTORY MENDING MATERIALS AND ITSELF}

본 발명은 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 가열로, 소성로, 용광로 등 각종 로(爐)의 보수에 사용되는 내화보수재를 제조함에 있어서 수명을 다하고 폐기되는 내화벽돌을 이용하여 재생내화물을 형성하고 중소마그네시아(DBM)와 일정배율로 혼합하여 내화보수재를 제조하도록 하는 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재의 제공에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 물체의 온도를 높여 가열하거나 용해하기 위한 목적으로 일정 공간을 가지는 연소실을 형성하여 연소장치를 이용해 고온처리가 이루어지도록 하는 것을 로(爐)하고 한다. 로(爐)는 가열할 물체에 가해지는 온도 범위에 따라서 다양한 화학적 조성의 내화원료를 이용한 열처리과정을 통해 제조되는 내화물을 이용하여 형성된다.

내화물은 화학적 조성이나 주원료, 형상 및 열처리 방식 등에 따라서 분류할 수 있다. 우선, 화학적 조성에 따라서 내화물을 분류하면 SiO₂ 등 산성 산화물을 주성분으로 하는 규석질, 실리카질 등의 산성내화물과, Al₂O₃ 등 산성 및 염기성에 속하지 않는 알루미나질, 탄소질, 탄화규소질, 크롬질 등의 중성내화물, 및 MgO, CaO 등 마그네슘과 칼슘 성분이 포함된 염기성 내화원료를 주성분으로 하는 마그네시아, 돌로마이트, 칼시아 등의 염기성내화물로 분류할 수 있다. 일반적으로는 염기성내화물이 탈탄, 탈산 작업에도 내성을 가지므로 광범위하게 이용되고 있다.

또한, 형상 및 열처리 방식에 따라서 내화물을 분류하면 소성벽돌, 불소성벽돌, 전주벽돌, 단열벽돌 등과 같이 로(爐)의 벽체나 천장을 쌓아올리도록 형성된 내화벽돌류의 정형내화물과, 캐스터블, 플라스틱 등과 같이 일정량의 물이나 바인더를 첨가해 반죽하여 사용하도록 형성된 내화몰탈류의 부정형내화물로 분류할 수 있다. 정형내화물은 로(爐)의 형성에 용이한 이점이 있으며 부정형내화물은 성형이 자유로운 이점이 있으므로 로(爐)의 목적에 따른 구조 및 조업 관계 등을 고려하여 내화물을 선택해 이용할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 내화물을 이용하여 형성된 로(爐)는 초고온의 환경에서도 내화성을 일정 기간 유지할 수 있으나 반복적인 사용에 따른 피처리물로 인해 크랙이 발생하거나 침식 또는 내화물이 탈락되는 등의 현상이 빈번하게 발생하게 되므로 내화보수재를 이용한 지속적인 보수작업을 필요로 한다.

상기와 같이 로(爐)의 보수작업에 사용되는 내화보수재는 그 원료를 대부분 수입에 의존하고 있으나 점차 관련 기술의 개발이 진행되고 있으며, 예컨대 등록특허 제10-0399676호에는 규산질 내화성 물질의 제조방법이 공지되고 있으므로 그 내용을 살펴보면 다음과 같다.

가연성 입자와 가스상 산소 간의 반응이 표면에 대하여 일어나고 반응열을 방출하여 홍연석을 포함하는 응집성 내화성 물질이 형성되도록 하는 방법으로 가스상 산소, 고체 내화성 입자 및 실리콘 입자를 포함하는 고체 가연성 입자를 표면에 대하여 투사시킴으로써 결정성 규산질 내화성 물질을 제조하는 방법에 있어서, 고체 내화성 입자가 유리질 실리카의 형태로 실리카를 포함하고 이들이 투사되는 표면이 1000℃ 이상의 온도임을 포함하여 구성된다.

등록특허 제 10 - 0399676 - 0000 호.

상기와 같은 종래 기술이 적용되는 규산질 내화성 물질의 제조방법은 규산질, 즉 실리카를 주요성분으로 하는 내화물질을 제조하여 이를 보수작업에 사용하도록 제공하는 형태를 취하고 있다.

그러나, 종래 기술이 적용되는 규산질 내화성 물질의 제조방법에 사용되는 실리카는 현재 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이다. 국내에서 내화보수재의 개발에 곤란성이 있는 이유 역시 상기 실리카를 포함한 내화원료의 수입에 따른 과도한 제조원가 상승에 부담이 따르고 국제정세나 환율변동에도 큰 영향을 받으므로 원료 조달에 어려움이 따르는 등에서 원인을 찾을 수 있다. 결국, 보수작업을 빈번히 실시해야 하는 경우 고가의 내화보수재를 사용하는 것은 비용 상승을 초래하고 그로 인해 보수작업의 부실화 등과 같은 문제점을 야기하는 실정에 있다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

폐내화물을 선별하고 이물질을 제거하는 선별단계와;

선별된 폐내화물을 1차 파쇄한 후 균일한 크기로 재차 분쇄하는 분쇄단계와;

분쇄된 폐내화물을 스크린망에 투과시켜 5㎜이하의 입도로 분리하는 입도분리단계와;

입도분리된 폐내화물을 건조로에 투입해 경소성하여 재생내화물을 수득하는 건조단계와;

상기 재생내화물에 중소마그네시아(DBM)와, 바인더를 혼합하여 내화보수재를 형성하는 혼합단계와;

상기 내화보수재를 일정 단위로 포장하는 포장단계로 구성함으로써 재생내화물을 이용한 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재를 제공할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 노후된 로(爐)의 보수작업에 사용되는 내화보수재의 원료를 대부분 수입에 의존하고 있는 현실을 극복하여 사용 후 폐기되는 내화물을 재활용해 내화보수재의 제조에 사용하도록 함으로써 원가절감에 현저한 효과가 있음을 물론이고 자원재활용에 따른 폐기비용의 발생을 줄여주는 이점이 있다.

또한, 기존의 내화물과 흡사한 화학적 조성으로 이루어지는 내화보수재를 제공하므로 이물반응이 발생하지 않고 그에 버금가는 내화성을 발휘할 수 있으며 특히, 재생내화물과 함께 중소마그네시아와 바인더를 혼합하여 제조함에 따라 보수시 기존 내화물에 쉽게 융착되고 염기성내화물의 특성에 따른 탈탄, 탈산 작업에도 내성을 가지므로 광범위한 분야에서 이용가능한 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재의 실시 예에 따른 제조과정을 도시한 플로차트도.
도 2는 기존 로(爐)의 형성에 사용된 후 폐기처분된 내화벽돌을 나타낸 예시이미지.
도 3은 도 2의 폐기처분된 내화벽돌을 이용하여 본 발명의 내화보수재의 제조방법에 따라 선별단계 및 분쇄단계를 거친 후의 형상을 나타내는 예시이미지.

이하, 본 발명에 의한 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재의 실시 예에 따른 제조과정을 도시한 플로차트도, 도 2는 기존의 로(爐)의 형성에 사용된 후 폐기처분된 내화벽돌을 나타낸 예시이미지, 도 3은 도 2의 폐기처분된 내화벽돌을 이용하여 본 발명의 내화보수재의 제조방법에 따라 선별단계 및 분쇄단계를 거친 후의 형상을 나타내는 예시이미지로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 내화보수재의 제조방법은 폐내화물을 선별하고 이물질을 제거하는 선별단계와, 선별된 폐내화물을 1차 파쇄한 후 균일한 크기로 재차 분쇄하는 분쇄단계와, 분쇄된 폐내화물을 스크린망에 투과시켜 5㎜이하의 입도로 분리하는 입도분리단계와, 입도분리된 폐내화물을 건조로에 투입해 경소성하여 재생내화물을 수득하는 건조단계와, 상기 재생내화물에 중소마그네시아(DBM)와, 바인더를 혼합하여 내화보수재를 형성하는 혼합단계와, 상기 내화보수재를 일정 단위로 포장하는 포장단계로 이루어진다.

상기 선별단계는 기존 로(爐)의 형성에 사용된 후 폐기되는 내화물을 선별 수거하는 단계로서 로(爐)의 사용목적에 따라 화학적 특징이 다른 내화물이 사용되고 있으므로 이를 선별하기 위해 실시하는 단계이다.

내화물의 화학적 특성을 살펴보면 대부분 규석(SiO₂)질, 탄화규소(SiC)질, 마그네시아(MgO)질, 크롬(Cr₂O₃)질, 마그크롬(MgO Cr₂O₃)질, 스피넬(MgO Al₂O₃)질로 이루어진 것들이 주를 이룬다. 규석(SiO₂)질은 고온강도가 우수하고 잔존팽창성이 있어 전기로나 열풍로 등에 사용되며, 탄화규소(SiC)질은 열간강도가 좋고 내스폴링성이 우수하여 소각로에 주로 사용되고, 마그네시아(MgO)질은 고내화성을 가지고 염기성에 의한 침식성에 대한 저항력이 우수하여 혼선로, 전기로 등에 사용된다. 크롬(Cr₂O₃)질은 고내화성을 가지므로 각종 제강로의 노저에 사용되고, 마그크롬(MgO Cr₂O₃)질은 내스폴링성, 염기성에 의한 침식성에 대한 저항력이 우수하여 전기로, 용해로, 정련로 등에 사용된다. 스피넬(MgO Al₂O₃)질은 고내화성을 가지고 내스폴링성이 우수하여 시멘트 용해로에 주로 사용된다.

상기 선별단계에서는 상술한 바와 같은 다양한 특성의 내화물 중에서도 수거가 비교적 용이한 내화벽돌에 주로 사용되는 크롬(Cr₂O₃)질과 스피넬(MgO Al₂O₃)질의 내화물을 선별하고 표면 등에 잔존하는 시멘트 등의 이물질을 제거한다.

상기 분쇄단계에서는 형태 및 크기가 제각각인 폐내화물을 2단계에 걸쳐 파쇄 및 분쇄하는 단계로서 도 2와 도 3에는 분쇄단계의 실시전·후 예시이미지를 나타내고 있다. 내화보수재를 이용한 로(爐)의 보수작업에는 일반적으로 스프레이건을 이용한 내화보수공법이 적용되므로 이에 적합한 몰탈 형태의 내화보수재의 제조를 위해서는 상기 폐내화물을 일정 크기 이하의 입도로 형성되도록 하는 분쇄단계가 우선 실시되어야 한다. 분쇄단계를 통해 일정 크기 이하로 분쇄된 폐내화물은 상기 입도분리단계를 통해 5㎜ 이하의 입도로 분리된다.

상기 입도분리단계에서는 스크린망에 분쇄된 폐내화물을 투과하여 5㎜ 이하 입도를 가지는 폐내화물을 수합하고 스크린망을 통과하지 못한 크기의 폐내화물은 재차 분쇄단계를 거치도록 한다.

상기 건조단계는 입도분리된 폐내화물을 건조로를 이용하여 경소성(輕燒成)한다. 소성은 원료를 가열하여 경화성을 부여하도록 하는 과정으로서 일반적으로 1300℃ 내외의 가열온도로 이루어지는 소성을 경소성이라고 한다. 본 건조단계에서는 입도분리된 폐내화물을 500 ~ 1500℃의 온도로 조성된 건조로에 투입하여 함수량이 0.5%이하가 되도록 건조하고 함께 함유된 이산화탄소 및 불순물을 제거함으로써 재생내화물을 수득한다. 상기 온도범위를 벗어날 경우 건조시간의 지연이나 과도한 에너지손실에 따른 작업효율성의 저하를 야기할 수 있으므로 이를 고려한 최적의 온도범위를 구성한 것이나 이에 반드시 한정할 필요는 없다.

상기 건조단계를 통해 수득한 재생내화물은 원료로 사용된 폐내화물이 가진 크롬(Cr₂O₃)질 및 스피넬(MgO Al₂O₃)질의 특성을 부여받아 그에 따른 고내화성, 내스폴링성을 가지게 된다.

상기 혼합단계에서는 재생내화물에 중소마그네시아와 구성요소간의 접착력을 부여하는 통상의 바인더를 일정 배율로 혼합하하여 내화보수재를 형성한다.

상기 중소(重燒)마그네시아(DBM)는 내화원료 중에서도 가장 높은 용융온도를 가진것으로 알려져 있어 주로 용광로 등의 내화벽돌의 제조에 사용된다. 원료가 되는 산화마그네슘(MgO) 분말의 열처리 온도에 따라 경소(輕燒) 및 중소(重燒)로 분류되며 본 발명에서는 염기성내화 특성을 가지는 중소(重燒)마그네시아(DBM)를 혼합단계에 사용한다.

상기 혼합단계에서 각 구성요소의 배합비율은 재생내화물 5 ~ 52중량%와, 중소마그네시아 45 ~ 92중량%와, 바인더 2.5 ~ 5중량%를 배합비로 하여 혼합함으로써 내화보수재를 형성하는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 포장단계에서는 혼합단계를 통해 형성된 내화보수재를 일정 단위로 포장하여 제품을 완성한다. 내화보수재는 몰탈형태로 형성되므로 포장시 밀봉상태를 유지하도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 제조방법을 통해 내화성, 내스폴링성이 우수하여 보수효과가 뛰어난 내화보수재를 제조하도록 한다. 내스폴링성은 단시간에 고열에 노출됨에 따라 표면이 박락(剝落)되는 현상에 대한 저항성으로서 내화보수재에 요구되는 주요 특성이라고 할 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명을 포함하는 실시 예를 구성하고 그에 따른 효과에 대해서 면밀하게 파악하고자 한다.

<실시 예 1>

본 발명의 제조방법에 따른 재생내화물의 제조.

폐내화물을 수거하여 크롬(Cr₂O₃)질과 스피넬(MgO Al₂O₃)질의 내화벽돌을 선별하고 표면 등에 잔존하는 시멘트 등의 이물질을 제거한다. 상기 선별된 폐내화물을 분쇄기에 투입하여 파쇄 및 분쇄를 통해 균일한 크기로 분쇄한 후 스크린망에 투과하여 5㎜ 이하의 입도로 분리한다. 500 ~ 1500℃의 온도로 조성된 건조로에 투입하여 건조단계를 실시하되 함수량이 0.5%이하가 되도록 건조하고 함유된 이산화탄소 및 불순물이 동시에 제거되도록 하여 재생내화물을 수득한다.

<실시 예 2>

본 발명의 제조방법에 따라 상기 재생내화물을 포함하는 내화보수재의 제조.

상기 재생내화물에 중소마그네시아(DBM)와 바인더를 배합한 후 고르게 혼합하여 몰탈 형태의 내화보수재를 완성한다. 배합비율은 아래 표 1과 같다.

재생내화물	중소마그네시아(DBM)	바인더
5 ~ 52중량%	45 ~ 92중량%	2.5 ~ 5중량%

상기 중소마그네시아(DBM)는 통상의 주지된 기술을 이용하여 제조한다. 마그네사이트(MgCO₃)를 소성하여 이산화탄소를 제거한 후 산화마그네슘(MgO) 분말을 형성하고 이를 열처리하여 제조할 수 있다.

<실시 예 3>

본 발명에 따라 제조된 내화보수재를 이용하여 내화벽돌로 이루어진 노후된 로(爐)의 보수작업 실시.

보수작업에는 분사방식의 내화보수공법을 적용하여 스프레이건에 상기 본 발명의 내화보수재를 주입하고 해당 보수부위에 별도 부착된 적정량의 물과 함께 고압분사하여 용손이나 탈락을 메워줌으로서 노후 로(爐)의 수명을 연장하고 작업효율을 향상시키도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 내화보수재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 내화보수재는 원료의 대부분을 수입에 의존해오던 종래 내화보수재의 실정을 개선하여 기존에 사용 후 폐기되는 내화물을 선별하여 재생내화물을 수득하고 이를 내화보수제의 제조에 이용함으로써 원가절감 효과와 함께 자원재활용에 따른 폐기비용의 발생을 줄이는 등의 다양한 이점이 있다.

해당 없음.

Claims (4)

1. 폐내화물을 선별하고 이물질을 제거하는 선별단계와;
   선별된 폐내화물을 1차 파쇄한 후 균일한 크기로 재차 분쇄하는 분쇄단계와;
   분쇄된 폐내화물을 스크린망에 투과시켜 5㎜이하의 입도로 분리하는 입도분리단계와;
   입도분리된 폐내화물을 건조로에 투입해 경소성하여 재생내화물을 수득하는 건조단계와;
   상기 재생내화물에 중소마그네시아(DBM)와, 바인더를 혼합하여 내화보수재를 형성하는 혼합단계와;
   상기 내화보수재를 일정 단위로 포장하는 포장단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 내화보수재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 건조단계에서는 입도분리된 폐내화물을 500 ~ 1500℃의 온도로 조성된 건조로에 투입하여 함수량이 0.5%이하가 되도록 건조하고 함유된 이산화탄소 및 불순물이 제거되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 내화보수재의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합단계에서는 재생내화물 5 ~ 52중량%와, 중소마그네시아 45 ~ 92중량%와, 바인더 2.5 ~ 5중량%를 배합비로 하여 내화보수재를 형성하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 내화보수재의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 내화보수재.

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