KR20190095990A - 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 개시한다.
본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드는 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제1밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 판상의 제1플레이트; 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제2밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 것으로 상기 제1플레이트의 상측 또는 하측으로 상기 제1밴드와 교차되게 제2밴드가 배치된 상태에서 적층되는 제2플레이트; 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 도포되어 접합시키는 내열접착층; 으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드는 알루미나 다결정질 섬유로 된 길이재의 밴드를 판상의 플레이트 형태가 되게 접합 구성하고, 이 플레이트를 복수개 준비하여 상·하로 교차되게 한 상태에서 일체화한 구조로 제공됨에 따라 밀도를 높일 수 있어 지붕의 처짐현상을 억제할 수 있고, 이외에도 지붕과 측벽의 균열 발생을 방지하며 반복된 가열-냉각 싸이클에 기인한 열충격과 이로 인한 내화물 열화현상을 해소할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 상용온도 1800℃의 운전온도에서 안정된 내열성능을 보장함에 따라 초고온로의 설계에 따른 설계의 자유도를 높일 수 있고, 아주 빠른 가열-냉각 싸이클을 갖는 전기로의 설계가 가능하며, 로의 운전수명 연장과 유지보수의 절감을 통한 생산단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 열처리시 로의 내부 공급 공기는 다양한 분위기에 적합하게 운용될 수 있는 이점이 있다.

Description

다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드 및 그 제조방법{Alumina polycrystalline fiber and it's manufacturing method}

본 발명은 고온 전기로의 제작시에 필요한 내화요소인 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미나 다결정질 섬유로 된 길이재의 밴드를 판상으로 접합하고 이를 교대로 적층하는 구성을 통해 1800℃의 상용 온도와 양호한 내구성에 따른 장수명을 보장할 수 있도록 한 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드에 관한 것이다.

일반적으로 전기로는 전기를 이용하여 가열하는 노(爐)를 일컫는 것으로, 연료를 사용하는 연소로(燃燒爐)에 비해 폐기 가스의 발생이 없고, 노내 분위기의 제어가 비교적 쉽고 온도제어 등의 조작 및 자동화가 용이한 장점을 가지고 있어 금속·기계·화학공업·요업(窯業)을 비롯한 여러 산업 분야에 널리 사용되고 있다.

이러한 전기로는 가열방식에 따라 크게 전기저항체에 전기를 통할 때 발생하는 줄열(熱)로 노 자체를 가열하고 그 열로 피열물(被熱物)을 가열하는 방식인 저항로와, 흑연전극 사이 또는 전극과 피열물 사이에서 아크방전을 일으켜 그 열로 목적물을 가열하는 방식인 아크로와, 전자기유도(電磁氣誘導)에 의해 코일 내의 전기전도성의 피열물 또는 용기에 전류를 유도하여 이 맴돌이전류에 의한 줄열로 가열하는 저항가열의 일종인 유도로(誘導爐)와, 고전압에서 가속한 전자(電子)를 피열물에 충돌시킴으로써 국부적으로 고온이 얻어지는 방식의 전자빔로 등으로 구분된다.

현재 산업적으로 많은 생산량을 차지하는 것은 전기 아크로에 의한 철강의 생산이며, 유도가열로는 일부 고순도가 필요한 특수강 및 실험용 노 등으로 소량 사용되고 있는 실정이다.

한편, 상기 아크 방식의 전기로의 노체는 크게 나누어 내화벽돌과 내화물 라이닝으로 된 하부와, 수냉식 철피로 된 측벽(Side Wall) 및 지붕(Roof)으로 구성되어 있으며, 피용융물인 고철은 장입 후 용융된 후에는 내화물 라이닝으로 제작된 하부에만 고이게 되며, 지붕은 측벽과 마찬가지로 수냉식 철피로 되어 있고 상부 전극을 설치하기 위한 구멍이 형성되어 있다.

상부 전극은 삼상교류전기로의 경우 세 개, 직류전기로의 경우 한 개를 사용하며, 전극은 흑연으로 제작되어 조업중의 초고온에 노출됨에 따라 조금씩 승화되어 소모되고 열응력에 의해 손상되거나 용융되는 피용융물과 충돌하여 파손되는 소모성 요소이다.

한편, 아크 방식의 전기로는 전기아크의 열을 주된 열원으로 사용하지만, 최근에는 전력비용의 증가 등에 대응하여 산소와 함께 분탄을 취입하여 열을 발생시키는 보조 버너를 사용하는 경우도 있다.

이러한 구성의 전기로에서 가장 어려운 과제는 전기로의 내면인 내화벽돌 부분이 손상되지 않고 열효율성을 극대화시키는데 있다.

그러나, 기존이 내화벽돌은 단순히 세라믹 섬유를 진공 혹은 압축하여 성형한 것이 사용됨에 따라 강도가 떨어지고 단열성이 불량하여 1800℃ 이상의 고온에서는 사용이 불가능한 폐단이 있었다.

즉, 종래 기술에 따른 세라믹 섬유를 압축 성형한 내화벽돌은 밀도 160~180Kg/M3, 최고 상용온도는 1600℃, 선형열팽창지수 +4.0%(24H/1600), 수명은 2~4년으로, 높은 수축율로 인해 1600℃ 이하에서 사용되고, 내구성이 취약하고 가열과 냉각 반복시 변형과 크랙 현상으로 인해 쉽게 파손됨에 따라 유지관리비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 세라믹 섬유(Ceramic Fiber) 기반으로 성형됨에 따라 불순물 함량이 높으며, 대면적으로 제작되는 경우 평탄도가 떨어지므로 크기에 제한이 있으며, 일정한 규격화된 크기로 제작됨에 따라 전기로의 크기나 형태에 따른 적용 자유도가 제한적인 단점이 있으며, 특히 단열효과가 떨어짐에 따라 내화벽돌의 두께가 두꺼워져야 하므로 이로 인한 전기로의 전체적인 크기가 커져야 하는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2017-0020754호(2017.02.24), ′전기로 전극을 위한 슬리브 시일′

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 알루미나 다결정질 섬유로 된 길이재의 밴드를 판상으로 접합하고 이를 교대로 적층하는 구조를 통해 종전에 비해 향상된 상용 온도에서의 안정된 내열성을 보장하고 아울러 내구성을 증대시켜 장수명을 기대할 수 있는 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드는, 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제1밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 판상의 제1플레이트; 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제2밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 것으로 상기 제1플레이트의 상측 또는 하측으로 상기 제1밴드와 교차되게 제2밴드가 배치된 상태에서 적층되는 제2플레이트; 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 도포되어 접합시키는 내열접착층으로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드의 제조방법은, 다결정질 알루미나 섬유로 길이재의 밴드를 형성하는 단계; 상기 복수개의 밴드를 폭 방향으로 연결 접합하여 판상의 플레이트를 제작하는 단계; 상기 판상의 플레이트를 복수개 적층시키되, 상·하 배치된 각각의 플레이트의 각 밴드 방향이 서로 교차 배치되어 접합하는 단계; 상기 복수의 플레이트가 적층된 적층물을 고온에서 열처하는 단계;로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 복수개의 밴드 및 상·하로 적층되는 복수의 플레이트는 내열 접합제에 의해 일체로 접합되는 것에 있다.

본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드는 알루미나 다결정질 섬유로 된 길이재의 밴드를 판상의 플레이트 형태가 되게 접합하고, 이 플레이트를 상·하로 교차되도록 일체화한 구조로 제공됨에 따라 밀도를 높일 수 있어 지붕의 처짐현상을 억제할 수 있고, 이외에도 지붕과 측벽의 균열 발생을 방지하며 반복된 가열-냉각 싸이클에 기인한 열충격과 이로 인한 내화물 열화현상을 해소할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 상용온도 1800℃의 운전온도에서 안정된 내열성능을 보장함에 따라 초고온로의 설계에 따른 설계의 자유도를 높일 수 있고, 아주 빠른 가열-냉각 싸이클을 갖는 전기로의 설계가 가능하며, 로의 운전수명 연장과 유지보수의 절감을 통한 생산단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 열처리시 로의 내부 공급 공기는 다양한 분위기에 적합하게 운용될 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 정면에서 바라본 도면,

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드를 정면에서 바라본 도면이다.,

이상의 도면을 참조한 본 발명의 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드는, 크게 제1플레이트와 제2플레이트 그리고 이들 제1플레이트와 제2플레이트를 일체로 접합하는 내열접착층으로 구성된다.

상기 제1플레이트는 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제1밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 구성된다.

여기서 상기 제1밴드는 장방형의 형태로 구비되는 띠형 판상부재로서, 이들 제1밴드는 폭방향으로 내열접착제를 사용하여 연결 접합하는 것에 의해 판상의 제1플레이트를 형성하게 된다.

상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트의 상측이나 하측에 배치되어 내열접착제에 의해 적층된 상태에서 일체로 접합되는 것으로, 상기 제1플레이트와 대동소이한 구조로 제작된다.

즉, 상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트와 마찬가지로 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제2밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 판상의 제2플레이트를 형성하는 구조이다.

이러한 제2플레이트는 도 1에 나타내 보인 바와 같이 상기 제1플레이트의 제1밴가 갖는 길이 방향에 대하여 교차되는 방향으로 배치된 상태에서 일체로 접합된다.

내열접착층은 상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 위치되어 접합시키는 접착요소로, 1800℃ 이상의 내열온도에서도 안정된 접합성능을 유지할 수 있도록 세멘다인 알루미나, 실리카 등의 무기계 재료로 된 접착제가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드의 제조방법을 설명하기로 한다.

첫째, 다결정질 알루미나 섬유로 길이재의 밴드를 형성한다.

둘째, 상기 다결정질 알루미나 섬유를 복수개 준비하고, 이들을 폭 방향으로 연결 접합하여 판상의 플레이트를 제작한다.

셋째, 상기 판상의 플레이트를 복수개 적층시키되, 상·하 인접 배치된 각각의 플레이트의 각 밴드 방향이 서로 교차 배치되게 하여 접합한다.

넷째, 상기 복수의 플레이트가 적층된 적층물을 고온에서 열처하여 완성한다.

한편, 상기 복수개의 밴드 및 상·하로 적층되는 복수의 플레이트는 내열 접합제에 의해 일체로 접합된다.

이와 같은 방법으로 제조되는 다결정질 알루미나 내화보드는 다음과 같은 특성을 갖는다.

아래의 표 1은 본 발명의 다결정질 알루미나 내화보드와 종래기술에 따른 세라믹섬유 보드(Ceramic Fiber Board )의 성능을 비교한 것이다.

구분	다결정질 알루미나 내화보드	세마릭섬유 보드
밀도	400~1000Kg/m3	160~180Kg/M3
최고 상용온도	1800℃	1600℃
선형 열팽창지수	+0.2%(24H 1700도C)	+4.0%(24H/1600)
가공방법	디자인된 규격으로 성형가능 기계가공하여 성형가능	규격화 보드에서 절단가공사용
내화물 수명	약 7~10년	약 2~4년
보수비용 및 시간절감	상용1800도까지 사용가능 뛰어난 내열특성으로 거의 수축이 없으므로 최종교체시기까지 별다른 보수가필요없음.유지보수비용및시간절약 생산성향상	높은 수축율로 1600도 이하 사용 사용시 파손이 잦아 유지보수비 증가
내화물 불순물 함량	고순도 Alumina사용으로 불순물 0%	Ceramic Fiber 기반으로 불순물 함량 높음
축로구조	벽체고정시 anchoring이 가능하여 로의 크기에 구애받지 않음	대형으로 되면 보드의 휘어짐으로해서 일정크기 이상은 곤란함
로 사용환경	초고온 열처리 가능 반복된 가열-냉각 사이클에도 균열이 없음 일반내회물에 비해 수명이 2~3배 연장	열처리온도에 제한 가열-냉각반복시 단열재 변형,크랙, 휨 및 박리 등이 발생

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1 : 다결정질 알루미나 내화보드

Claims (3)

1. 다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제1밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 판상의 제1플레이트;
   다결정질 알루미나 섬유로 성형된 길이재의 제2밴드를 폭 방향으로 복수 연결 접합하여 된 것으로 상기 제1플레이트의 상측 또는 하측으로 상기 제1밴드와 교차되게 제2밴드가 배치된 상태에서 적층되는 제2플레이트;
   상기 제1플레이트와 제2플레이트 사이에 도포되어 접합시키는 내열접착층;
   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드.
   
2. 다결정질 알루미나 섬유로 길이재의 밴드를 형성하는 단계;
   상기 복수개의 밴드를 폭 방향으로 연결 접합하여 판상의 플레이트를 제작하는 단계;
   상기 판상의 플레이트를 복수개 적층시키되, 상·하 배치된 각각의 플레이트의 각 밴드 방향이 서로 교차 배치되어 접합하는 단계;
   상기 복수의 플레이트가 적층된 적층물을 고온에서 열처하는 단계;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드의 제조방법.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 복수개의 밴드 및 상·하로 적층되는 복수의 플레이트는 내열 접합제에 의해 일체로 접합되는 것을 특징으로 하는 다결정질 알루미나 섬유로 된 내화보드의 제조방법.

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