KR20160107256A - 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법, 라이닝 구조체 및 탄소 함유 내화물 - Google Patents

Abstract

기밀성이 높고 배면 산화의 억제 효과가 높은 배면 산화 억제 방법 및 라이닝 구조체를 제공한다. 본 발명의 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법은, 400 ℃ 이상의 고온에서 사용되고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 내화물에 있어서, 가동면의 반대측의 면인 배면에, 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상이고, 알칼리 금속 산화물과 SiO₂ 를 함유하는 규산의 알칼리 금속염 수용액을 부착, 및 고화시켜 부착층을 형성한다. 탄소 함유 내화물의 배면에 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층이 형성되어 있다.

Description

탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법, 라이닝 구조체 및 탄소 함유 내화물{METHOD FOR SUPPRESSING BACK OXIDATION OF CARBON-CONTAINING REFRACTORY PRODUCT, LINING STRUCTURE, AND CARBON-CONTAINING REFRACTORY PRODUCT}

본 발명은, 용융로나 가열로 등의 설비에 사용되는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 (rear face oxidation) 억제 방법, 및 라이닝 구조체에 관한 것이다.

용융로나 가열로 등의 내부 온도가 400 ℃ 이상의 고온이 되는 설비에 있어서는, 설비의 내부벽이 냉각 패널이나 내화물에 의해 구성되어 있다. 방열의 억제가 중시되는 설비의 내부벽에는 내화물이 사용된다.

용융로나 가열로 등의 내부벽의 라이닝 구조체 ((refractory) lining structure) 는, 예를 들어, 용강과 (溶鋼鍋) 에서는 내화물의 용강과 접하는 수열면이 되는 가동면 (working face (of refractory)) 에 워크 내화물이 형성되어 있다. 워크 내화물의 가동면과 반대측의 면은 배면으로 불리고 있다. 워크 내화물의 배면측에는 영구 피복 내화물이 형성되고, 또한 영구 피복 내화물의 상기 워크 내화물과 반대측에는 철피 (outer steel shell) 가 형성되어 있다.

온도 변화가 커 열충격에 의한 파손이 염려되는 경우나, 반응성의 가스나 용융물에 의한 침식이 염려되는 경우, 그리고 환원성의 분위기의 용도에 내화물이 사용되는 경우에는, 일반적으로 흑연이나 카본 블랙 등의 탄소, 혹은 탄화규소, 피치, 페놀 레진 등의 탄소 화합물을 내화물에 1 질량％ 이상 배합하여, 내화물의 내용성 (耐用性) 을 높이는 대응책이 취해지고 있다. 본 명세서에서는 이들 탄소 혹은 탄소 화합물을 함유하는 내화물을 탄소 함유 내화물로 총칭한다. 내화물에 탄소 및/또는 탄소 화합물을 배합함으로써, 탄소나 탄소 화합물이 갖는 높은 열전도도, 높은 용융 산화물과의 접촉각, 높은 충전성, 그리고 내화 성분으로의 바인더 효과를 이용하여, 내화물의 내용성을 높일 수 있다.

탄소 함유 내화물을 사용하면 배면이 산화되고, 탄소 함유 내화물의 배면측에는 산화층이 형성된다. 이하에서는, 배면의 산화를 배면 산화라고 부르고, 배면측에 형성된 산화층을 배면 산화층이라고 부른다. 내화물의 가동면측에서는, 슬러그의 접촉에 의해 가동면의 손모가 진행된다. 이 때, 탄소나 탄소 화합물을 함유하는 내화물에 있어서는, 배면측에서는 내부까지 탄소나 탄소 화합물이 산화되어 소실되기 때문에, 산화층에서는 탄소 감소량에 따라 공극률이 증가한다. 마모가 진행되어, 내화물의 가동면이 배면측의 산화층에 이른 시점에서, 내화물의 손모가 급격히 진행되어, 트러블이 되는 경우가 있다.

이에 대하여, 특허문헌 1 에 있어서는, 탄소 함유 내화물의 가동면측과 배면측의 산화 방지제의 배합을 변경하고, 즉 라이닝의 두께 방향에서 내화물의 조성을 변화시켜 대처하고 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 금속판으로 이루어지는 내화물 보호 시트를, 철피와 내화물 사이에 설치하여, 탄소 함유 내화물의 배면 산화를 방지하는 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평03-242369호 일본 공개특허공보 2001-317880호

그러나, 특허문헌 1 의 라이닝의 두께 방향에서 탄소 함유 내화물의 조성을 변화시키는 방법은, 공업적으로는 용이하지 않다. 또, 사용 시간의 증가에 따라 내화물 라이닝의 두께 방향으로 손모가 진행된다. 저온에서의 사용을 상정하여 조성 설계된 부위가 가동면이 되는 것을 피하기 위해서, 라이닝의 두께 방향에서 조성을 변경하지 않은 통상적인 내화물의 경우보다 잔존 두께가 두꺼운 채 사용을 종료해야 한다. 요컨대, 저온에서의 사용을 상정한 부위는 고온에 견딜 수 없기 때문에, 내화물의 보수에 들어가지 않으면 안 된다. 따라서, 특허문헌 1 에서는, 내화물 제조시의 비용, 및 사용시의 비용이 증가한다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2 에 있어서의, 탄소 함유 내화물의 배면측에 금속판이나 가요성 시트가 고착되어 있는 금속판으로 이루어지는 내화물 보호 시트를 설치하는 방법에서는, 내화물 배면과 내화물 보호 시트 사이의 간극이 조금이라도 남으면 외기가 용이하게 침입하거나 간극을 매립하거나 하기 위한 가요성 시트의 성능이 충분하지 않다는 이유에 의해, 만족할 수 있는 배면 산화의 억제 효과가 얻어지지 않았다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 대해 이루어진 것으로, 충분한 배면 산화의 억제 효과가 얻어지는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법 및 라이닝 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 목적을 달성하기 위해서, 이하와 같은 특징을 갖고 있다.

[1] 400 ℃ 이상의 고온에서 사용되고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물에 있어서, 가동면의 반대측의 면인 배면에, 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 규산의 알칼리 금속염 수용액으로서, 알칼리 금속 산화물과 SiO₂ 를 함유하는 규산의 알칼리 금속염 수용액을 부착시키고, 그 후 고화시켜 부착층을 형성하는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[2] 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액의 점도가 10 mPa·s 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[3] 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액의 부착이 완료되고 나서 30 분 이상 경과한 후에, 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액을 부착, 및 고화한 내화물을 설비에 시공하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[4] 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액은, 규산 소다 4 호 및 일본 공업 규격 JIS K 1408-1966 에 규정되는 규산 소다 2 호 및 3 호 중 적어도 하나를 포함하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[5] 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액이 규산칼륨 수용액인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[6] 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액을, 내화물의 배면에 2 도 이상 중첩하여 도포하고, 부착시키는 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[7] 고화 후의 상기 규산의 알칼리 금속염의 부착층의 두께는 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.

[8] 400 ℃ 이상의 고온에서 사용되고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물을 포함하고, 상기 탄소 함유 내화물의 가동면의 반대측의 면인 배면에, 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층이 형성되고, 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 라이닝 구조체.

[9] 상기 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층의 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 [8] 에 기재된 라이닝 구조체.

[10] 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하고, 사용시에 가동면의 반대측의 면인 배면이 되는 적어도 하나의 면에 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층을 갖고, 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 탄소 함유 내화물.

[11] 상기 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층의 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 [10] 에 기재된 탄소 함유 내화물.

본 발명에 의하면, 기밀성이 높고 배면 산화의 억제 효과가 높은 배면 산화 억제 방법 및 라이닝 구조체를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 배면 산화 억제 방법을 적용한, 제철소의 용강과의 라이닝 구조체를 나타내는 도면이다.
도 2 는 실시예 1 에 있어서의 본 발명을 적용한 내화물을 3 개월 사용한 후의 배면측의 단부의 사진이다.
도 3 은 종래예의 내화물을 3 개월 사용한 후의 배면측의 단부의 사진이다.
도 4 는 실시예 2 에 있어서의 제철소의 용강과의 라이닝 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5 는 실시예 2 에 있어서의 본 발명을 적용한 내화물을 3 개월 사용한 후의 배면측의 단부의 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

[경위]

처음으로, 본 발명에 이른 경위에 대해 말한다. 탄소 함유 내화물의 배면측의 산화를 억제하는 데에 있어서, 탄소 함유 내화물의 산화 속도가 무엇에 의해 율속되어 있는지를 조사하였다. 탄소 함유 내화물의 산화 속도, 즉 내화물 중의 탄소의 산화 속도는, 일반적으로 탄소의 산화 반응 속도 또는 산소의 공급 속도 중 어느 것에 율속된다고 생각되기 때문이다. 탄소의 산화 반응 속도는, 고온이 될수록 빨라진다. 또, 산소의 공급 속도는, 외기와의 접촉면에 있어서 빨라지는 것이 알려져 있다. 본 설명에 있어서, 탄소 함유 내화물의 배면이란, 내화물의 철피측의 면을 나타내는 것으로 한다.

제철소에 있어서의 용강과의 사용 후의 내화물을 회수하여 관찰하였다. 탄소 함유 내화물의 산화는, 가동면으로부터 배면측으로 깊이 약 1 ㎜ 의 범위, 및 배면으로부터 가동면측으로 깊이 수십 ㎜ 의 범위에 발생하였다. 가동면측의 산화층 및 그 근방에서는, 산화물계의 내화 성분이 부분 용융되고 내화물이 치밀화되어 내산화성이 향상되어 있었던 데에 반하여, 배면측의 산화층에서는 공극률의 상승이 확인되었다.

즉, 탄소 함유 내화물의 가동면측에서는, 산화물계의 내화 성분의 부분 용융에 의한 통기 저항의 증대에 의해, 내화물 내부의 탄소의 산화가 억제되어 있었다. 그러나, 온도가 낮은 배면측 (철피측) 에서는, 산화물계의 내화 성분이 부분 용융되지 않기 때문에, 탄소의 산화가 빠르고, 깊은 곳까지 산화가 진행되어 있었다.

따라서, 배면측에서는, 저온이기 때문에 내화물의 치밀화가 진행되지 않으므로, 내화물 중의 탄소의 산화에 의한 공극률의 상승이 통기 저항의 저하를 초래하고, 또한 심부로 산소가 침입하여 산화층이 확대된 것으로 생각되었다. 즉, 탄소의 산화 반응 속도가 빨라지는 고온의 가동면에서도, 치밀화가 진행되어 있으면 내화물이 비교적 산화되지 않기 때문에, 탄소의 산화 반응 속도보다 산소의 공급 속도가 탄소의 산화 속도를 율속한다고 추찰하였다.

이 조사 결과로부터, 특허문헌 1 과 같이, 가동면에서의 내화물의 성능 저하를 초래하는 성분 조성의 변경없이 내화물의 배면 산화를 억제하려면, 산소 (외기) 와 접하는 면의 기밀성을 높이면 되는, 즉 피복 등에 의해 산소 (외기) 의 통기 저항을 높이는 것이 효과적이라는 결론에 이르렀다.

탄소 함유 내화물의 배면을 내화물 보호 시트에 의해 피복하는 방법은 공지 (특허문헌 2) 이지만, 상기 서술한 바와 같이 만족할 수 있는 성능을 얻을 수는 없다. 그 때문에, 충분한 성능을 확보함과 함께, 특허문헌 2 에 개시된 방법보다 간편하고 저비용의 방법을 모색하는 데에 있어서, 먼저 제철소에 있어서의 용강과에 있어서, 일반적으로 내화물의 줄눈 매립에 사용되는 모르타르를, 내화물 시공시에 배면에 흙손 도포하여, 부분 보수를 실시하거나 할 때에 배면 산화의 상황을 조사하였다.

1 개월의 사용 후, 침식 깊이가 큰 부위의 부분 보수 (1 회째의 부분 보수) 를 실시할 때에, 모르타르를 배면에 흙손 도포한 범위의 내화물의 일부를 회수하여 관찰하였다. 모르타르를 도포하지 않은 장소는, 배면으로부터 20 ㎜ 의 범위가 산화되어 있는 데에 반하여, 모르타르를 도포한 장소의 배면 산화 깊이는 10 ㎜ 정도로 반감되어 있었다.

그런데, 추가로 1 개월의 사용 후 (2 번째의 부분 보수시), 동일하게 조사한 결과, 모르타르를 도포하지 않은 장소는, 배면으로부터 30 ㎜ 의 범위가 산화되어 있는 데에 반하여, 모르타르를 도포한 장소도 25 ㎜ 로, 거의 동일한 정도의 산화 깊이가 되었다. 이 때, 탄소 함유 내화물의 배면에 도포한 모르타르는 탄소 함유 내화물과 외각 철피 사이의 영구 피복 내화물과 접착하여, 탄소 함유 내화물의 배면과의 사이에는 공극이 생겨 있었다. 이것은, 탄소 함유 내화물에 비해 공극률이나 표면의 조도가 큰 영구 피복 내화물쪽이 모르타르와의 접착이 강하고, 가동 후에 부분 보수를 위해서 냉각되어, 탄소 함유 내화물이 수축했을 때에 모르타르가 영구 피복 내화물쪽에 붙은 상태로 탄소 함유 내화물 배면으로부터 박리된 것으로 생각되었다.

이상으로부터, 1 회째의 부분 보수 후에는 모르타르에 의한 탄소 함유 내화물의 배면의 기밀 효과가 손실되어, 배면 산화가 진행된 것으로 생각되었다.

다음으로, 동일한 모르타르를 사용하여, 탄소 함유 내화물의 적층 시공시에 배면에 흙손 도포하는 것이 아니라, 내화물 시공의 3 일전에 미리 도포함으로써, 탄소 함유 내화물과 모르타르의 접착 강도를 높게 하는 것을 시도하였다. 그런데, 내화물 시공시에 모르타르를 도포하는 경우, 모르타르는 내화물과 영구 피복 내화물 사이에서 압축되어 충전되지만, 미리 내화물의 배면에 모르타르를 도포하면, 두께의 불균일이나 코너부에서의 과부족이 발생하여, 치밀하게 시공하는 것이 곤란하였다. 사용 1 개월 후의 2 번째의 부분 보수시에 모르타르를 도포하지 않은 장소는, 배면으로부터 30 ㎜ 까지의 범위가 산화된 데에 반하여, 모르타르를 도포한 장소의 배면 산화는 15 ㎜ 정도로 반감되어 있었다. 그러나, 배면 산화의 속도의 추가적인 저감이 필요한 점과 시공의 곤란함으로부터, 상기와 같은 모르타르의 시공에 의한 배면 산화 방지 방법은 실조업에서의 실용화에는 이르지 않았다.

모르타르를 도포한 사례로부터, 탄소 함유 내화물의 배면에 어떠한 기밀성을 갖게 하는 재료를 도포하는 시공에 있어서, 시공시에 도포한 경우에는 표면 조도가 큰 영구 피복 내화물쪽과 강하게 접착되어, 사용 후에 냉각되어 내화물이 수축했을 때에 탄소 함유 내화물의 배면으로부터 박리되는 것이 명확해졌다. 그래서, 적층 시공 전에 내화물의 배면에 도포하고, 어느 정도 고화된 후에 적층 시공하는 것이 유효하다고 생각하였다. 또, 탄소 함유 내화물의 배면에 도포한 재료가 접착된 상태라도, 도포재가 모르타르에서는 산화를 절반까지 밖에 저감시킬 수 없었기 때문에, 보다 치밀하고 기밀성이 있는 재료의 탐색이 필요하다고 생각하였다.

배면 산화를 억제하는 대상의 탄소 함유 내화물의 기공율은, 예를 들어, 탄소가 산화되기 전에 12 ％, 산화된 후에 18 ％ 였다. 따라서 산화 억제를 위해서 도포하는 재료는 그것보다 훨씬 낮은 기공율이고 높은 기밀성을 가질 것이 필요하였다. 그런데, 상기 서술한 모르타르와 같이 고강도·고탄성률의 내화 성분 입자에 물을 첨가하여 가소성을 갖게 한 것은, 고온에서의 사용시에 부착수나 결정수가 분해, 증산됨과 함께 기공율이 높아진다는 결점이 있었다.

즉, 산화 억제를 위해서 도포하는 재료를 선정하는 데에 있어서, 기능으로는, (1) 탄소 함유 내화물 표면과의 접착을 강하게 하기 위해서, 도포시에는 우수한 유동성과 밀착성을 갖는 것, (2) 탄소 함유 내화물과의 접착을 영구 피복 내화물과의 접착과 비교하여 강하게 하기 위해서, 도포 후에 내화물을 적층 시공하기까지 어느 정도 고화되어 전착성 (spreadability and adhesivity) 이 저하된 것, (3) 고온에서의 사용시에도 높은 기밀성을 유지하는 위해, 고온에서 용매가 증산 또는 분해되어도 기공을 발생시키지 않고 치밀성과 기밀성이 유지되는 것, (4) 고온에서의 사용시에 내화물의 성능을 현저하게 저해하는 경우가 없도록, 내화물을 열화시키지 않는 성분이거나, 열화가 실질적으로 악영향을 미치지 않는 정도로 미량인 것의 네 가지가 중요하다고 고찰되었다.

따라서, 산화 억제를 위해서 도포하는 재료의 재질에 대해서는, 상기의 기능 (3) 을 만족시키기 위해서는, 고강도·고탄성률의 고체의 입자를 함유하는 재료는 부적절하고, 고온에서 고화가 완료될 때까지 가역성이 있는 비정질 물질 (amorphous material) 이 바람직하다고 생각하였다. 그런데, 일반적으로 유통되고 있는 고온용의 도포재나 접착제는 수지계의 유기물을 주제 또는 용매로 하고 있고, 비정질이지만, 탄소의 산화가 문제가 되는 400 ℃ 이상에서는 탄소와 마찬가지로 변질·취화되어 균열이나 박리에 의해 기밀성이 소실되는 것을 알 수 있었다.

그래서, 고온에서도 안정적인 비정질 물질로는 산화물계가 생각되고, 유리 네트워크 포머로서 알려진 Si, Al, B, P 의 산화물을 후보로 하였다. 이들 비정질 산화물을 양호하게 졸화시켜 유동성을 갖게 하는 용매로는, 산화 분위기·환원 분위기 중 어느 것에서도 고온에서 잔류물이 발생하지 않는 물 또는 에탄올이나 에틸렌글리콜 등의 알코올이 바람직하다고 생각하였다.

이들 조건을 만족시키는 재질로서 규산 알칼리 금속염 수용액을 들 수 있고, 그 일종인 규산 소다 수용액은, 종래부터 주물의 사형이나 모르타르에 결합재로서 배합되어 있었다. 그러나, 예를 들어 철강업에서 용선이나 용강의 수송에 사용되는 워크 내화물과 같이, 보다 높은 내화도가 요구되는 내화물에 대해서는, 규산 소다에 함유되는 SiO₂ 나 Na₂O 는, 저융점화나 팽창 등의 변질을 초래하기 때문에, 내화물의 성능을 대폭 저하시키는 성분으로서 알려져 있었다.

그러나, 전술한 바와 같이 내화물의 배면 산화를 억제하려면, 산소와 접하는 면의 기밀성만을 높이면 된다는 것을 알고 있었으므로, 그 사용량을 내화물에 악영향이 실질적으로 미치지 않는 극한까지 줄여, 매우 얇고 또한 균일한 도포 두께를 실현할 수 있고, 이로써 기밀성을 확보할 수 있으면, 규산 소다에 함유되는 SiO₂ 나 Na₂O 에 의한 폐해가 현재화되지 않을 가능성이 있는 것을 생각하기에 이르렀다.

그래서, 규산 소다 수용액을 탄소 함유 내화물의 배면에 도포하고, 배면 산화의 억제를 시도하였다. 시판되는 규산 소다 3 호 수용액 (29 질량％ SiO₂, 9.5 질량％ Na₂O (수용액 질량당, 이하 동일)), 및 규산 소다 4 호 수용액 (24.5 질량％ SiO₂, 7.5 질량％ Na₂O) 을, 브러시를 사용하여 탄소 함유 내화물의 배면에 도포하였다. 여기서, 규산 소다 3 호 수용액이란, 일본 공업 규격 JIS K 1408-1966 에 규정되는, 수용액 질량당으로 SiO₂ 를 28 ∼ 30 질량％, Na₂O 를 9.0 ∼ 10.0 질량％, 및 불가피적 불순물을 함유하는 것이며, 규산 소다 4 호 수용액이란, 각 제조업자의 제품 규격에 준하는 것이지만, 수용액 질량당으로 SiO₂ 를 23.5 ∼ 25.5 질량％, Na₂O 를 7.0 ∼ 8.0 질량％, 및 불가피적 불순물을 함유하고, Na₂O 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 3.3 ∼ 3.5 인 것이 일반적이다.

탄소 함유 내화물로서 길이 230 ㎜, 폭 100 ㎜, 높이 81 ㎜ 의 벽돌 284 장을 각각 사용하였다. 규산 소다 3 호 수용액 1.0 리터 및 규산 소다 4 호 수용액 1.0 리터를, 각각 이 내화물의 배면의 합계의 면적 2.3 ㎡ 에 도포하였다. 계산 상의 도포시의 두께는 0.4 ㎜ 였다 (여기서, 계산상의 두께란, 도포한 수용액의 체적을, 도포한 면적으로 나눈 값으로 하였다).

도포시에, 탄소 함유 내화물의 배면이 되는 폭 100 ㎜, 높이 81 ㎜ 의 상측 방향으로 한 면으로부터 주위의 면에 규산 소다가 흐르는 경우가 있었기 때문에, 적절히 천으로 닦아냈지만, 그 양은 약간으로 전체량에 대해 무시할 수 있는 양이었다. 도포 30 분 후 도포면은 거의 응고되어, 이웃하는 벽돌의 도포면이 접하더라도 고착되는 경우는 없었다. 부착층의 두께는 건조에 의해 수축되고, 어느 규산 소다 수용액 경우도 약 0.2 ㎜ 로 반감되어 있었지만, 탄소 함유 내화물의 배면 전체를 피복하는 규산 소다의 부착층 (규산 소다 피막) 이 형성되었다. 배면에 규산 소다를 도포한 내화물의 용강과로의 시공은, 통상적인 내화물과 완전히 동일하게 실시할 수 있었다.

용강과를 1 개월 사용한 후, 침식 깊이가 큰 부위의 부분 보수를 실시하였다. 이 때에, 배면에 규산 소다를 도포한 범위의 내화물과 규산 소다를 도포하지 않은 범위의 내화물 각각의 일부를 회수하여, 관찰하였다. 규산 소다를 도포하지 않은 범위의 탄소 함유 내화물은 배면으로부터 20 ㎜ 까지의 범위가 산화되어 있는 데에 반하여, 규산 소다를 도포한 범위의 탄소 함유 내화물의 배면으로부터의 산화 깊이는 1 ㎜ 미만이었다. 즉, 규산 소다를 도포하지 않은 범위에 비해 규산 소다를 도포한 범위에서는 탄소 함유 내화물의 배면의 산화는 거의 진행되지 않은 것을 알 수 있었다.

또한, 1 개월의 용강과를 사용한 후, 동일하게 조사한 결과, 규산 소다를 도포하지 않은 범위의 탄소 함유 내화물은 배면으로부터 30 ㎜ 의 범위가 산화되어 있는 데에 반하여, 규산 소다를 도포한 범위의 탄소 함유 내화물의 배면의 산화는 1 ㎜ 미만으로 산화가 거의 진행되지 않았다.

또한 1 개월의 사용 후, 동일하게 조사한 결과, 규산 소다를 도포하지 않은 범위의 탄소 함유 내화물은 배면으로부터 40 ㎜ 의 범위가 산화되어 있었던 데에 반하여, 규산 소다를 도포한 범위의 탄소 함유 내화물은 대략 3/4 의 면적으로 배면 산화의 깊이가 1 ㎜ 미만이었지만, 나머지의 약 1/4 의 면적에서는 배면 산화 깊이가 10 ㎜ 로 되어 있었다. 배면 산화의 깊이가 10 ㎜ 로 되어 있던 부분에서는, 규산 소다의 부착층에 균열이 확인되었다. 이 균열은 도포 두께가 비교적 얇은 부분에서 많이 볼 수 있었다. 이 균열의 원인은 2 번째의 부분 보수시에, 용강과를 냉각·재가열했을 때, 탄소 함유 내화물과 규산 소다의 팽창률 차이에 의한 것으로 생각되었다.

통상적으로는, 규산 소다층에 균열이 발생해도 3 개월의 사용으로 배면 산화의 깊이가 10 ㎜ 정도에서는 내용성은 악화되지 않지만, 내화물과 외각 철피 사이에 단열층을 형성하여 에너지 로스를 저감시키는 라이닝에서는, 단열층을 형성하지 않은 라이닝에 비해 내화물의 배면의 온도가 상승하므로, 배면 산화의 깊이가 20 ㎜ 정도까지 깊어져 내용성이 악화되는 경우가 있다. 그래서, 규산 소다의 도포 두께를 전체적으로 두껍게 한 실험을 실시하였다. 규산 소다 3 호 수용액 및 규산 소다 4 호 수용액을, 각각, 상기의 예의 면적 2.3 ㎡ 에 1.0 리터에 대해 2 배인 2.0 리터를 도포하였다. 이 양의 계산상의 도포 두께는 0.8 ㎜ 였다.

1 개월의 사용 후, 내화물의 일부를 회수하여 관찰한 결과, 전술한 규산 소다 3 호 수용액 및 규산 소다 4 호 수용액의 도포에 의해 형성된 규산 소다의 부착층이 넓은 범위에서 내화물로부터 박리되고, 배면 산화의 깊이가 약 10 ㎜ 에 이르고 있었다. 이 원인은, 규산 소다층을 지나치게 두껍게 했기 때문에 탄소 함유 내화물과 규산 소다 부착층의 팽창률 차이를 규산 소다 부착층의 탄소성 (彈塑性) 변형에 의해 흡수할 수 없어, 접합면이 박리되었다고 생각되었다. 따라서, 규산 소다 부착층의 두께는 건조 후에 0.4 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 건조 후에 0.2 ㎜ 정도가 양호하다는 것을 알 수 있었다.

규산 소다의 부착층 두께를 균일화하기 위해서, 시판되는 규산 소다 3 호 수용액 (29 질량％ SiO₂, 9.5 질량％ Na₂O) 및 규산 소다 4 호 수용액 (24.5 질량％ SiO₂, 7.5 질량％ Na₂O) 을 물로 1.2 배에 엷게 하여 점도를 낮추고, 얇게 도포할 수 있도록 하여 각각 2 번 도포하였다. 1 번째의 도포 10 분 후 도포면의 유동성이 없어졌으므로 2 번째의 도포를 실시하였다. 2 번째의 도포 30 분 후 도포면은 거의 응고되었다. 1 번 도포에서는 육안으로도 확인할 수 있었던 도포 불균일은 2 번 도포함으로써 대폭 저감되었다.

상기 서술한 시험과 마찬가지로 합계 면적 2.3 ㎡ 의 탄소 함유 내화물의 배면에, 규산 소다 3 호 수용액 또는 규산 소다 4 호 수용액 1.0 리터와, 물 0.2 리터의 합계 1.2 리터의 규산 소다 수용액을 2 번 도포로 도포하였다. 여기에서는, 계산상의 도포 두께는 0.5 ㎜ 이고, 건조 후의 두께는 어느 규산 소다 수용액인 경우도 약 0.2 ㎜ 였다. 내화물을 사용 개시 후에 부분 보수 2 회를 거쳐, 합계 3 개월 경과 후에도 탄소 함유 내화물의 배면 산화의 깊이는 약 1 ㎜ 로, 배면 산화는 양호하게 억제되었다.

높은 내화도가 요구되는 용도의 내화물에 대하여, 저융점화나 팽창 등의 변질을 초래하기 때문에, 성능을 대폭 저하시키는 성분으로서 알려져 있는 규산 소다에 함유되는 SiO₂ 나 Na₂O 의 영향을 조사한 결과, SiO₂ 나 Na₂O 의 내화물 내부로의 침윤은 확인되지 않아, 내화 성능의 저하는 없다고 생각되었다.

이상으로부터, 400 ℃ 이상의 고온에서 사용하고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물의 배면에, 내화물에 악영향을 실질적으로 미치지 않고, 현저한 도포 불균일이 발생하지 않는 적정한 양의 규산의 알칼리 금속염 수용액을 도포함으로써, 비용이나 내화성을 악화시키지 않고 내화물의 배면 산화를 대폭 억제할 수 있는 것이 명확해져, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

[실시형태]

다음으로, 상기의 지견에 기초하는, 본 발명의 실시형태에 관련된 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법에 대해 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 배면 산화 억제 방법을 적용한, 제철소의 용강과의 라이닝 구조체를 나타내는 도면이다. 이 라이닝 구조체는, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면측에 규산 소다 부착층 (2) 이 형성되어 있다. 탄소 함유 내화물 (1) 은 워크 내화물이며, 지면 우측의 가동면에 있어서 용강 (도시 생략) 과 접하고, 400 ℃ 이상의 고온에서 사용된다. 구체적으로는, 탄소 함유 내화물 (1) 은, 가동면에 있어서 1550 ∼ 1650 ℃ 의 용강과 접한다. 규산 소다 부착층 (2) 의 탄소 함유 내화물 (1) 의 반대측 (지면 좌측) 에는, 알루미나질의 영구 피복 내화물 (3) 이 2 층 형성되어 있다. 또한, 영구 피복 내화물 (3) 의 내화물 (1) 이나 규산 소다 부착층 (2) 의 반대측에는, 철피 (4) 가 형성되어 있다. 또한, 영구 피복 내화물 (3) 과 철피 (4) 사이에 단열 시트를 형성하도록 구성해도 된다.

규산 소다 부착층 (2) 은, 규산의 다른 알칼리 금속염 (예를 들어 칼륨염, 리튬염 등) 의 부착층이어도 되고, 규산의 알칼리 금속염 수용액을 페인트칠용 브러시 등을 사용하여 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면에 도포하거나 하는 것에 의해 형성할 수 있다. 여기서, 규산의 알칼리 금속염 수용액은, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면 전체에 균일한 두께로 도포하기 위해서, 적당한 점도인 것이 바람직하고, 구체적으로는 10 mPa·s 이하로 하는 것이 바람직하다. 수용액의 점도가 10 mPa·s 초과로 증대함에 따라, 도포 불균일의 발생이 현저해지고, 부착층이 결락되는 부분이 생기거나 반대로 부착층 두께가 지나치게 두꺼워져 박리되기 쉬워지는 부분이 생기거나 할 우려가 있다.

또, 규산의 알칼리 금속염 수용액은, 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상이 되도록 알칼리 금속 산화물과 SiO₂ 를 함유하는 것을 사용한다. 상기 몰비를 2.3 이상으로 함으로써, 규산의 알칼리 금속염 수용액은, 건조시켜 고화될 때까지, 적당한 점탄성 (viscoelasticity) 을 유지할 수 있으므로, 얇고 균일한 두께의 부착액의 층을 유지할 수 있다. 예를 들어, 규산 소다 1 호에서는 상기 몰비가 약 2.1 로 낮기 때문에, 부착액의 점탄성이 부족하여 부착액의 피막의 안정성이 결여되어, 규산 소다 부착층 (2) 에 결함을 일으킬 우려가 있다.

규산 알칼리 금속염 수용액으로서, 예를 들어 상기의 규산 소다 4 호, 및 JIS K1408-1966 에 규정되는 규산 소다 2 호 및 3 호, 및 규산칼륨 수용액 중 적어도 하나를 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있고, 필요에 따라 이들을 물로 희석시키거나 하여 점도를 조정한 후 사용한다. 여기서, 각 규산 소다의 상기 몰비의 전형적인 값은, 규산 소다 2 호에서 약 2.4, 규산 소다 3 호에서 약 3.2, 규산 소다 4 호에서 약 3.4 이다.

상기의 몰비의 규산의 알칼리 금속염 수용액을 탄소 함유 내화물에 부착, 및 고화시켜 부착층을 형성한, 본 발명의 실시형태에 관련된 탄소 함유 내화물은, 사용시에 가동면의 반대측의 면인 배면이 되는 적어도 하나의 면에, 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층을 갖고, 이 부착층은 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상이고, 알칼리 금속 산화물과 SiO₂ 를 함유하는 것이 된다.

규산 소다 부착층 (2) 은, 수용액의 도포 후 30 분 정도 고화함으로써 형성된다. 규산 소다 수용액의 부착층이 고화되어, 유동성이 없는 상태가 된 후에, 탄소 함유 내화물 (1) 을 용강과에 시공하는 것이 바람직하다. 규산 소다 이외의 규산의 알칼리 금속염 수용액을 사용하는 경우 동일하다. 이로써, 규산의 알칼리 금속염의 부착층이 내화물의 배면측이 되는 영구 피복 내화물에 고착되어 내화물로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 규산 알칼리 금속염 수용액은, 규산 소다 2 호, 3 호, 4 호, 규산칼륨 수용액 중 적어도 하나를 포함하고 있으면 되고, 2 개 이상을 혼합해도 된다.

규산 소다 부착층 (2) 은, 건조 후의 두께를 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 0.1 ㎜ 이상으로 함으로써, 충분한 배면 산화 억제 효과를 얻을 수 있다. 또, 0.4 ㎜ 이하로 함으로써, 규산 소다에 함유되는 SiO₂ 나 Na₂O 에 의한 저융점화나 팽창 등의 변질과 같은 영향을 작게 할 수 있음과 함께, 온도 변화가 큰 경우에 부착층이 박리되기 쉬워지는 리스크도 저감시킬 수 있다. 또한, 규산 소다는, 1 번만 도포한 경우에는 도포 불균일이 생기기 때문에, 1 번 도포한 후, 30 분 정도 자연 건조시킨 후, 2 번째의 도포를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 3 번 이상, 규산의 알칼리 금속염 수용액을 도포하도록 해도 된다. 또, 규산의 알칼리 금속염 수용액을 탄소 함유 내화물 (1) 에 부착시키는 방법은, 솔로 도포하는 것 이외에, 스프레이로 산포하거나 롤러로 전착시키거나 닥터 블레이드법으로 부착 두께를 고르게 하거나 하는 방법 등을 단독 혹은 조합하여 사용함으로써 부착시켜도 되고, 구성은 이들에 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 400 ℃ 이상의 고온에서 사용하고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물 (1) 에 대하여, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면에 도포하는 재료로서 규산의 알칼리 금속염 수용액을 사용한다. 규산의 알칼리 금속염 수용액을 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면에 도포, 및 건조 (고화) 시킴으로써, 상온에서 고온까지의 온도 영역에 있어서, 비정질이고 균열이나 기공이 적은 부착층, 즉 피복층을 형성할 수 있어, 높은 배면 산화 억제 효과가 얻어진다.

규산의 알칼리 금속염 수용액은 액체이기 때문에, 용이하게 입수하여 도포할 수 있고, 상온에서 자연 건조시켜 고화한다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 데에 있어서 특별한 처리를 필요로 하지 않고, 종래 방법에 비해 비용을 삭감할 수 있다.

또, 탄소 함유 내화물의 배면으로의 규산의 알칼리 금속염 수용액의 도포를, 내화물을 용강과 등의 설비에 시공하기 30 분 이상 전에 실시함으로써, 규산의 알칼리 금속염의 부착층 (피복층) 이 탄소 함유 내화물의 배면에서 충분히 경화되어, 접착된다. 그 결과, 규산의 알칼리 금속염의 부착층 (피복층) 이 탄소 함유 내화물보다 영구 피복 내화물이나, 영구 피복 내화물의 줄눈을 매립하고 있는 모르타르 등과 보다 강고하게 접착되는 것을 회피할 수 있어, 사용 개시 후의 조업의 중단에 따르는 냉각에 의한 내화물의 수축시에 규산의 알칼리 금속염의 부착층 (피복층) 이 내화물로부터 박리되어 기밀성이 소실되는 것을 회피할 수 있다.

여기서, 배면이 산화된 탄소 함유 내화물 (1) 의 영역 (배면 산화층) 에서는, 탄소가 산화에 의해 소실되고, 슬러그의 침윤 (infiltration) 이나 내화 성분의 강도 저하에 의해 내용성이 극단적으로 저하된다. 따라서, 배면이 산화된 영역 (배면 산화층) 이 가동면으로서 노출되기 전에 해체하고 재시공하여 보수할 필요가 있다. 종래로는, 내화물의 배면측이 약 40 ㎜ 산화되고, 즉 배면 산화층이 40 ㎜ 가 되어, 잔존하고 있는 내화물 전체가 50 ∼ 60 ㎜ 정도의 두께를 남긴 상태가 되었을 때에 해체하였지만, 본 발명의 배면 산화 억제의 대책을 취한 경우에는, 구조적인 한계인 내화물의 두께를 20 ㎜ 정도까지 사용할 수 있어, 내화물의 내용 횟수를 약 3 할 정도 증가시킬 수 있었다.

규산의 알칼리 금속염 수용액은, 상온에서 고온에 이를 때까지의 온도 영역에서 비정질의 부착층 (피복층) 을 형성하기 때문에, 기밀성이 높고, 배면 산화의 억제 효과가 높다. 또한 사용 중에는 퍼지용 가스 등의 유틸리티를 필요로 하지 않기 때문에 런닝 코스트가 저렴하고, 또, 이동하는 반송 용기에도 적용할 수 있다.

또, 내화물의 배면으로의 규산의 알칼리 금속염 수용액의 도포를, 내화물의 설비로의 시공의 30 분 이상 전에 실시함으로써, 규산의 알칼리 금속염의 부착층 (피복층) 이 영구 피복 내화물 등에 고착되어, 내화물로부터 박리하는 것을 방지할 수 있다.

또, 내화물의 배면으로의 규산의 알칼리 금속염 수용액의 도포를, 2 번 도포로 하여 건조 후의 규산의 알칼리 금속염의 부착층 (피복층) 의 두께를 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하로 함으로써, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면측을 단열하여 배면의 온도가 높아지거나 사용 기간이 긴 경우에도, 균열에 의한 기밀성의 저하가 일어나지 않아, 배면 산화를 억제하는 효과를 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 규산의 알칼리 금속염 수용액을 3 번 이상 도포하도록 해도 된다.

이상의 설명에서는, 본 발명을 용강과의 라이닝 구조체에 적용한 예를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 용융로나 가열로 등의 내부 온도가 400 ℃ 이상의 고온이 되는 설비에 사용되는 탄소 함유 내화물이면, 어떠한 설비에 적용해도 된다.

실시예 1

도 1 에 나타내는 라이닝 구조체를 사용하여, 본 발명의 검증을 실시하였다. 실시예 1 에서 사용한 라이닝 구조체의 탄소 함유 내화물 (1) 은, 가동면에 있어서 1550 ∼ 1650 ℃ 의 용강과 접한다. 탄소 함유 내화물 (1) 은, 두께 150 ㎜, 성분 조성이 80 질량％ 알루미나-10 질량％ 마그네시아-7 질량％ 카본질, 잔부는 레진 등의 결합재 그리고 불가피의 불순물로 이루어지는 것을 사용하였다. 규산 소다 부착층 (2) 은, 시판되는 29 질량％ SiO₂-9.5 질량％ Na₂O 의 규산 소다 3 호 수용액을, 페인트칠용 브러시를 사용하여 탄소 함유 내화물 (1) 에 도포함으로써 형성하였다.

그리고, 규산 소다 부착층 (2) 은, 도포 후 30 분 동안 고화하여, 유동성이 없는 상태가 되었다. 이 상태가 되고 나서, 탄소 함유 내화물 (1) 을 용강과에 시공하였다. 또한, 규산 소다 부착층 (2) 은, 도포시의 두께가 0.4 ㎜, 건조 후의 두께가 0.2 ㎜ 였다. 두께 38 ㎜ 의 용강과의 철피 (4) 의 내측, 즉 용강과의 중심측에는, 두께 30 ㎜ 의 알루미나질의 영구 피복 내화물 (3) 이 2 층 형성되어 있고, 그 더욱 내측에, 규산 소다 부착층 (2) 이 영구 피복 내화물 (3) 에 접하도록 하고, 탄소 함유 내화물 (1) 을 워크 내화물로서 적층 시공하였다.

이 라이닝 구조체를 적용한 용강과를 3 개월 가동하였다. 구체적으로는, 용강과에, 전로 (도시 생략) 로부터 출탕된 용강을 약 3 시간 유지시킨 후, 2 시간 대기시켰다. 그리고, 이 조업을 반복하였다. 약 1 개월 후에, 다른 부위의 부분 수리를 위해서 용강과를 냉각시키고, 약 4 일 후에 용강과를 재가열하여 사용을 재개하였다. 그리고, 탄소 함유 내화물 (1) 의 잔존 두께가 얇아진 상태로, 탄소 함유 내화물 (1) 의 해체를 실시하고, 탄소 함유 내화물 (1) 을 재시공하였다. 이와 같은 가동으로, 라이닝 구조체를 3 개월 사용하였다.

3 개월 후의 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면측의 단부의 사진을, 도 2 에 나타낸다. 또한, 도 2 에 있어서, 하얗게 되어 있는 부분이 탄소 함유 내화물 (1) 이 산화되어 있는 부분 (배면 산화층) 이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명을 적용한 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면 산화는, 양호하게 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

또, 비교예로서 규산 소다 부착층 (2) 을 갖지 않는 종래의 내화물 시공을 실시한 라이닝 구조체를 3 개월 사용하였다. 비교예의 라이닝 구조체에 있어서의, 3 개월 후의 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면의 사진을 도 3 에 나타낸다. 이 도면에서도, 하얗게 되어 있는 부분이 탄소 함유 내화물 (1) 이 산화되어 있는 부분 (배면 산화층) 이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는 약 40 ㎜ 의 깊이까지 배면 산화가 진행되고 있는 것을 알 수 있다.

이로써, 본 발명을 적용함으로써, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면 산화를 효과적으로 저감시킬 수 있는 것이 명확해졌다.

실시예 2

계속해서, 본 발명의 다른 검증을 실시하였다. 도 4 는, 실시예 2 에 있어서, 본 발명의 배면 산화 억제 방법을 적용한, 제철소의 용강과의 라이닝 구조체를 나타내는 도면이다. 실시예 2 에서는, 실시형태 1 과 마찬가지로, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면측 (철피측) 에, 규산 소다 부착층 (2) 을 형성하였다. 용강과의 철피 (4) 의 내측, 즉 용강과의 중심측에는, 단열 시트 (5) 를 사이에 두고 영구 피복 내화물 (3) 이 2 층 형성되어 있고, 그 더욱 내측에, 규산 소다 부착층 (2) 이 영구 피복 내화물 (3) 에 접하도록 하여, 탄소 함유 내화물 (1) 을 워크 내화물로서 적층 시공하였다.

그리고, 탄소 함유 내화물 (1) 은, 80 질량％ 알루미나-10 질량％ 마그네시아-7 질량％ 카본질로 이루어지고, 두께를 150 ㎜ 로 하였다. 또, 규산 소다 부착층 (2) 은, 도포시의 두께가 0.4 ㎜ 이고, 건조 후의 두께가 0.2 ㎜ 였다. 영구 피복 내화물 (3) 은, 두께 30 ㎜ 의 알루미나질 2 층에 의해 구성하였다. 또한, 단열 시트 (5) 의 두께 5 ㎜ 로 하고, 철피 (4) 의 두께 38 ㎜ 로 하였다.

실시예 2 에서는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 규산 소다를 도포하였다. 사용 개시 후 1 개월에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같은 깊이 약 10 ㎜ 의 부분적인 배면 산화가 약 1/4 의 면적에서 확인되었다. 배면 산화의 발생은, 규산 소다 부착층의 두께가 두껍기도 하고 얇기도 한 불균일이 있는 장소에 있었다.

그 때문에, 시판되는 규산 소다 3 호 수용액에 물을 첨가하여 1.2 배로 희석시켜, 규산 소다 3 호 수용액의 유동성을 높였다. 이 희석시킨 규산 소다 3 호 수용액을 2 번 도포하여 두께를 균일화하였다. 1 번째의 도포 후, 10 분 후에 도포면의 유동성이 없어졌으므로, 2 번째의 도포를 실시하였다. 2 번째의 도포 30 분 후에 도포면은 거의 응고되었으므로, 용강과에 시공하였다. 또한, 2 번의 도포 및 응고에 의해 최종적으로 얻어진 규산 소다 부착층 (2) 의 두께는 0.2 ㎜ 가 되었다. 3 개월의 사용 후의 내화물의 배면은, 실시예 1 의 도 2 와 마찬가지로 내화물 배면의 산화는 거의 진행되고 있지 않았다.

이로써, 규산 소다를 2 번 도포함으로써, 도포 불균일을 저감시켜, 탄소 함유 내화물 (1) 의 배면 산화 방지 효과를 높일 수 있는 것을 알 수 있었다. 점도가 22 mPa·s 로 비교적 높은 규산 소다 3 호의 수용액에서는, 도포 불균일이 발생하기 쉬웠지만, 물로 1.2 배로 희석시키면 점도는 3 mPa·s 까지 낮아져, 도포 불균일이 대폭 해소되었다. 규산 소다 수용액의 점도가 배면 산화의 억제에 영향을 미치는 것을 알 수 있었기 때문에, 각종 규산 소다의 수용액에 관해서 도포 성상과 배면 산화 방지의 효과를 조사하였다.

점도가 2 mPa·s 로 낮은 규산 소다 4 호의 수용액에서는, 도포 불균일은 발생하지 않았다. 점도가 13 mPa·s 로 상기의 규산 소다 3 호의 수용액보다 낮은 규산 소다 2 호의 수용액에서도, 도포 불균일이 발생하여 부분적으로 배면 산화가 발생하였다. 이 규산 소다 2 호의 수용액을 물로 추가로 1.03 배로 희석시키면, 점도는 10 mPa·s 로 저하되어, 도포 불균일과 배면 산화를 억제할 수 있었다. 규산 소다 1 호는 점도가 1000 mPa·s 이상으로 매우 높고, 그대로는 도포 자체가 곤란하였다. 이 규산 소다 1 호를 물로 1.5 배로 희석시키면, 점도는 2 mPa·s 까지 낮아져, 도포 불균일은 해소했지만, 건조 중에 균열이 발생하고, 사용시에 배면 산화도 발생하였다.

이것은, 규산 소다 1 호는 Na₂O 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.1 로, 규산 소다 2 호의 2.4, 규산 소다 3 호의 3.2, 규산 소다 4 호의 3.4 에 비해 낮고, 분자량이 200 미만으로 낮기 때문에 점탄성이 부족하여, 피복 필름의 안정성이 결여되기 때문으로 생각된다. 이 점으로부터, 알칼리 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상이고, 또한 물로 희석시키거나 함으로써 점도를 10 mPa·s 이하로 하면, 양호한 산화 방지 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

1 : 탄소 함유 내화물
2 : 규산 소다 부착층
3 : 영구 피복 내화물
4 : 철피
5 : 단열 시트

Claims (11)

1. 400 ℃ 이상의 고온에서 사용되고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물에 있어서, 가동면의 반대측의 면인 배면에, 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 규산의 알칼리 금속염 수용액으로서, 알칼리 금속 산화물과 SiO₂ 를 함유하는 규산의 알칼리 금속염 수용액을 부착시키고, 그 후 고화시켜 부착층을 형성하는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염 수용액의 점도가 10 mPa·s 이하인 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염 수용액의 부착이 완료되고 나서 30 분 이상 경과한 후에, 상기 규산의 알칼리 금속염 수용액을 부착, 및 고화한 탄소 함유 내화물을 설비에 시공하는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염 수용액은, 규산 소다 4 호 및 일본 공업 규격 JIS K 1408-1966 에 규정되는 규산 소다 2 호 및 3 호 중 적어도 하나를 포함하는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염 수용액이, 규산칼륨 수용액인 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염 수용액을, 탄소 함유 내화물의 배면에 2 도 이상 중첩하여 도포하고, 부착시키는 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   고화 후의 상기 규산의 알칼리 금속염의 부착층의 두께는 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 탄소 함유 내화물의 배면 산화 억제 방법.
8. 400 ℃ 이상의 고온에서 사용되고, 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하는 탄소 함유 내화물을 포함하고, 상기 탄소 함유 내화물의 가동면의 반대측의 면인 배면에, 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층이 형성되고, 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 라이닝 구조체.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층의 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 라이닝 구조체.
10. 탄소 또는 탄소 화합물을 1 질량％ 이상 함유하고, 사용시에 가동면의 반대측의 면인 배면이 되는 적어도 하나의 면에 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층을 갖고, 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 알칼리 금속 산화물 R₂O (R 은 알칼리 금속 원소) 에 대한 상기 규산의 알칼리 금속염에 함유되는 SiO₂ 의 몰비가 2.3 이상인 탄소 함유 내화물.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 규산의 알칼리 금속염의 고형의 부착층의 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하인 탄소 함유 내화물.

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