KR930009352B1 - 로 보수를 위한 SiO₂계 용사용 분말재료의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료의 제조방법
제 1 도는 본 발명에 따르는 SiO2계 용사용 분말재료의 제조공정도.
본 발명은 각종 공업용 요로(窯爐), 특히 철강업용 코크스로의 규석질 내화벽돌 또는 용선 및 용강 운반설비등에 사용되고 있는 규산질 내화물 혹은 규산 알루미나질 내화물의 손상부위를 화염용사법에 의해 보수할시 사용되는 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료의 제조방법에 관한 것이다.
분말의 화염용사 보수방법은 노즐로부터 분출되는 분말내화재료를 화염에 의해 용융시켜 접착시키는 방법으로서, 종래 많이 이용되었던 니장(泥裝) 내화재료의 분사에 비해 리바운드 드로스(Rebound dross), 조직의 치밀성, 접착성등의 여러면에서 우수하여 공업요로의 수명연장에 크게 기여해 오고 있다.
공업용 요로의 로벽보수에 사용되는 종래의 용사용 분말재료로는 SiO2를 약 70wt%정도 함유하는 용사용 분말재료를 들 수 있는데, 이 분말재료는 내화도가 1100-1280℃로서 매우 낮기 때문에 통상 1250-1350℃영역에 사용되는 철강용 코우크스로의 규석질 내화물등에 대한 용사용 분말재료로는 부적당하다.
또한, SiO285-98wt%, CaO 2-15wt%, Li2O 0.05-1.0wt%인 SiO2-CaO-Li2O계 저팽창성 용사용 분말재료(일본 특공소 59-156967호)는 CaO원(source)으로서, CaO 분말 또는 CaO가 함유되어 있는 원료를 사용한다.
이 경우, CaO의 원료 분말은 입경이 수십 혹은 수백미크론(μ) 단위의 큰 입자이기 때문에 SiO2원인 천연규석에 충분히 접촉되지 못하게 됨으로서, 천연규석의 양호한 전이를 위하여는 고온에서 장시간 유지, 소성해야 하는 결점이 있다.
또한, SiO2: 60-95wt%, Al2O3: 3-25wt%, Li2O : 0.1-5wt%인 SiO2-Al2O3-Li2O계 용사용 분말재료(일본 특공소 59-227780호)는 Al2O3가 다량함유되어 있어 1250-1350℃ 영역에서 트리디마이트(Tridymite) 상(相)의 실리카 용사 시공체를 얻을 수 없는 것으로서, 코우크스로의 탄화실용 규석질 내화벽돌의 용사재료로는 사용이 불가능한 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 수차례의 연구와 실험을 통해, 1650℃ 이하의 트리디마이트상의 실리카질 분말재료가 화염용사시 모재에 양호한 부착성을 나타내고 내마모성이 우수한 시공체를 얻을 수 있다는데 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 1250-1350℃ 영역은 물론 1250℃ 이하의 온도에서도 용사보수가 가능하며, 시공체의 강도 및 용사시공성이 우수한 SiO2계 용사용 분말재료를 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료를 제조하는 방법에 있어서, 화학조성이, SiO2: 90-98wt%, CaO : 2wt% 이하, Li2O : 0.1-2.0wt%, 및 기타 불순물로 이루어지도록 SiO2의 공급원인 천연규석, CaO 공급원인 석회유와 Li2O 공급원을 혼합한 후, 성형, 소성, 분쇄 및 분급하여 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 있어 성분 및 성분범위의 한정 이유등에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어 SiO2는 천연규석에 의해 공급되는 성분으로서, 그 함량이 90wt% 이하인 경우에는 화염 용사시 내화도가 너무 낮아서 과용융이 되어 용사시공성이 저하되며, 98wt% 이상인 경우에는 내화도가 지나치게 높아 용융이 충분치 못하기 때문에 SiO2의 함량은 90-98wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
통상, 코우크스로에 사용되는 용사용 분말재료는 내화도가 1650℃보다 훨씬 높게 되면 시공시 화염내 짧은 체류시간 동안 용융되지 않게 되어 모재에 부착이 제대로 되지 않기 때문에 화염용사시 충분히 용융되어 모재에 양호한 부착성을 나타내고 내마모성이 우수한 트리디마이트상의 시공체를 얻을 수 있는 내화도 1650℃ 이하의 트리디마이트상의 분말재료가 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는 쿼츠(Quartz)상인 천연규석을 트리디마이트 상으로 상전위시키기 위한 촉매 및 분말재료의 내화도를 낮추기 위하여 석회유 형태로 CaO를 첨가하는데, CaO의 함량이 2.0wt% 이상인 경우에는 천연규석의 상전이 효과가 더 이상 상승되지 않을 뿐만 아니라 내화도가 너무 낮아지기 때문에 CaO의 함량은 2wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, CaO를 분말상으로 첨가하면, 혼련, 성형후 곧바로 수화현상이 일어나 소성을 위한 취급이 어려워지기 때문에 본 발명에서는 석회유를 CaO의 공급원으로 사용해야 하는 것이다.
상기 CaO의 공급원인 석회유로는 SiO2의 공급원인 천연규석의 중량에 대한 2wt% 이하의 CaO를 천연규석의 중량에 대한 4-5wt%의 물에 첨가하여 혼합한 후, 80℃ 이상에서 30분 이상 가열하여 상기 물과 CaO가 충분히 반응하여 Ca(OH)2가 생성되도록 한 다음, 수용성 바인더를 고형분으로 첨가하여 제조된 것이 바람직하다.
상기 석회유에 첨가되는 수용성 바인더로는 PVA, CMC, Abrabic gum, 당밀, 페놀계등을 들 수 있으며, 그 첨가량은 0.4wt% 정도가 바람직하다.
또한, 상기 Li2O는 천연규석의 상전이 촉매 및 내화도를 낮추는 역할을 하는 성분으로서, 그 공급원으로는 Li2CO3및 스포두멘(Spodumene)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 Li2O의 함량이 0.1wt% 이하인 경우에는 천연규석의 상전이에 거의 효과가 없고 SiO2의 내화도도 낮아지지 않으며, 2.0wt% 이상인 경우에는 과잉의 Li2O가 존재하게 되어 SiO2의 내화도가 지나치게 낮고 소성시 Li2O의 공급원으로부터 다량의 CO2가스가 발생하고 알칼리 성분의 증발로 인하여 양호한 용사시공체를 얻기 어려우므로, 상기 Li2O의 함량은 0.1-2.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 성분 조성된 혼합물을 제 1 도에 나타난 바와 같이 통상의 방법으로 성형, 소성, 분쇄 및 분급하므로써, 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료가 제조된다.
본 발명에 있어서의 바람직한 소성은 1350-1450℃에서 5시간 이상 행하는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 최종 분말재료의 입경은 0.21mm 이하가 되도록 분급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 SiO2계 용사용 분말재료는 트리디마이트상을 갖게 되므로, 화염용사시 충분히 용융되어 모재에 양호한 부착성을 나타내고 강도 및 내마모성이 우수한 시공체를 얻을 수 있다.
그러나, 천연규석을 상전이 시키지 않고 입자의 크기만을 조정하여 제조된 용사용 분말재료를 화염용사하게 되면 용사시공체는 유리질 또는 쿼츠(Quartz)상의 시공체만 얻게 되며, 이러한 유리질이나 쿼츠상의 용사시공체는 1250-1350℃의 영역에서 온도변화에 따라 상변태가 극심하고 수축, 팽창이 심해 실제 사용이 곤란하게 된다.
또한, 천연규석에 첨가제를 단순 혼합한 용사용 분말재료를 화염용사하여도 시공체는 이와 유사한 결과를 얻게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
하기표 1과 같은 배합원료를 사용하여 제 1 도의 제조공정에 따라, 혼련, 성형한 것을 1350-1450℃에서 약 5시간 소성한 다음, 분쇄하여 최대입경이 0.21mm 이하가 되도록 용사용 분말재료를 제조하였다.
[표 1]
상기와 같이 제조된 분말재료의 화학조성 및 화염용사시 제반특성을 하기표 2에 나타내었다.
하기표 2에서 "용사시공성"은 75N㎥/hr의 산소와 15N㎥/hr의 L.P.G에 의해 얻어지는 화염 및 30kg/hr의 용사속도 조건으로 용사하여 부착률이 50% 이하인 경우를 "불량", 50-70% 정도를 "보통", 그리고 80% 이상인 경우를 "양호"로 구분하여 나타내었으며, 꺾임강도는 1000℃에서 측정된 값이다.
[표 2]
* Tr. : 트리디마이트(Tridymite)
* Cr. : 크리스토발라이트(Cristobalite)
* 진비중 : 시료의 중량(g)을 Qunata-Chrome사이 Multi Pycnometer로부터 측정한 참부피(Truevolume)로 나눈값
* 내화도 : JIS R2204-76에 의하여 측정
한편, 본 발명에서 기타 불순물의 함량이 높은 이유는 상기 표 1에 나타난 바와 같이 배합원료로서 천연광석을 사용하기 때문이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 발명예(1, 2, 3)는 107kg/㎠ 이상의 강도를 갖고, 용사 시공성 또한 양호함을 알 수 있다.
한편, SiO2의 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 1은 내화도(1690℃)가 너무 높아 용사시 분말재료가 충분히 용융되지 않고 비산되는 입자가 많으며, SiO2의 함량이 본 발명의 범위보다 적은 비교예 2는 내화도(1580℃)가 낮아 용사시 과잉 용융되었으며, 시공성이 나빠 용사용 분말재료로 불충분함을 알 수 있다.
또한, 종래예(1, 2)는 일본 특공소 59-156967호의 실시예에 제시된 실험결과를 그대로 나타난 것으로서, 종래예 1은 본 발명예와 다소 유사하나 꺾임강도가 낮고, 종래예 2는 꺾임강도는 높지만 CaO 함량이 너무 높아 코크스로용 분말재료로는 적합하지 못함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 코우크스로 탄화실의 손상된 부위인 1250-1350℃ 영역은 물론 1250℃ 이하의 온도에서도 용사보수가 가능하며, 용사시 시공체의 강도 및 시공성이 우수한 SiO2계 용사용 분말재료를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 CaO 함유 석회유를 사용하기 때문에 소성시 최고 소성온도에서 5시간 정도만 유지하여도 거의 완전한 전이를 얻을 수 있기 때문에 제조공정의 단축이 가능하여 제조원가의 절감을 가져올 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료를 제조하는 방법에 있어서, 화학조성이, SiO2: 90-98wt%, CaO : 2wt% 이하, Li2O : 0.1-2.0wt%, 및 기타 불순물로 이루어지도록 SiO2의 공급원인 천연규석, CaO 공급원인 석회유와 Li2O 공급원을 혼합한 후, 성형, 소성, 분쇄 및 분급하는 것을 특징으로 하는 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료를 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 석회유가, 천연규석의 중량에 대한 2wt% 이하의 CaO를 천연규석의 중량에 대한 4-5wt%의 물에 첨가하여 80℃ 이상에서 30분 이상 가열한 후 수용성 바인더를 첨가하여 제조된 것임을 특징으로 하는 로 보수를 위한 SiO2계 용사용 분말재료의 제조방법.
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EP0990712A4 (en) * 1998-03-27 2003-03-19 Kawasaki Steel Co POWDER REPAIR MIXTURE FOR FLAME SCRATCHING

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