KR940006415B1 - 건축용 소결인조석 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

건축용 소결인조석 및 그 제조방법

제 1 도는 입도구성에 따른 수축율의 변화도이다.

제 2 도는 CaO 함유량에 의한 곡강도의 변화도이다.

본 발명은 제철소의 부산물인 슬래그(slag)와 일반 도자기용 요업 원료인 장석, 점토 등을 사용하여 고온에서 소성 제조하는 건축물의 내외장용 소결인조석 및 그 제조방법에 관한 것이다.

좀더 상세히 설명하면 본 발명은 현재 건축물의 내외장 재료인 금속제품, 천연 및 인조석재류, 법랑류, 타일류, 보드류 등을 대체하기 위한 것으로서, 제철소의 고로(高爐)에서 쇗물 제조시 부산물로 발생하는 슬래그와 장석, 점토 등을 이용하여 전통요업인 도자기 또는 타일의 생산방식과 유사하게 고온에서 소성 제조하는 도자기질 건축용 자재에 관한 것이다.

종래의 도자기질 제조기술은 장석, 점토, 도석, 고령토, 규석 등을 볼밀(ball mill)에서 미분쇄(微粉碎)하여 여과(filtering)하고 숙성(ageing)하여 토련기(pug mill)에서 혼련(混練)하여 성형, 소성하는 습식방식이 있고, 상기의 원료를 사용하여 볼밀에서 미분쇄하여 스프레이 드라이어(spray dryer)에서 수분이 5 내지 6%정도 되도록 조정한 다음 가압성형(pressing)하는 건식방법이 있다.

상기 전자의 방식은 도자기류 및 식기류 제조에 주로 사용하고, 후자의 방식은 타일 제조에 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 기술은 전체가 미분말(微粉末)을 사용하기 때문에 제품소성시 수축이 크므로 대형 제품의 제조가 곤란한 문제점이 있고, 또한 CaO계 원료 사용시 CaO와 기존 성분의 반응에 의하여 융점이 저하되고 과량 사용시 크랙이 발생되므로 현재까지 사용을 기피하여 왔다.

슬래그의 사용과 관련된 종래기술을 살펴보면 1988. 7.27일자 일본국 공개 특허공보 소63-182272호(출원번호 62-13314, 출원일자 : 1987.1.24)의 ‘도자기질 소결체 및 그의 제조방법’에서 고로(高爐) 수재를 이용하여 화산재 및 석탄회(石炭灰)를 배합 제조하는 방법을 제안하고 있다. 여기에서 고로 수재는 1.5mm이하 또는 1mm이하의 원료를 사용하고 석탄되는 0.2mm이하, 화산재는 0.5mm 이하의 분말을 사용하여 시험한 예가 있다. 그러나 시험품의 크기는 300mm×300mm제품으로서 종래 타일크기의 범주를 벗어나지 못하고 있다.

국내 특허문헌으로는 출원번호 제85-10062호(1985.12.31)는 ‘고로 슬래그를 원료로한 타일제조법’을, 출원번호 제86-11716호(1986.12.31)는 ‘고로 슬래그를 이용한 고강도 인조석의 제조방법’을, 출원번호 제86-11717호(1986.12.31)는 ‘고로 슬래그를 이용한 고강도 타일 제조방법’을 제안하고 있으나, 이들은 슬래그를 50%이상 다량 미분으로 사용하여 제조하는 방식이며 크기도 소형이므로 본 발명과의 연관성은 없다.

따라서 본 발명자들은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 연구한 결과, CaO계 원료 사용시에 나타나는 결점을 제품제조에 재 이용하는 방식을 채택하고, 특히 사용 원료의 입도를 종래의 미분말 방식에서 1 내지 2mm입자를 배합하여 내화물 제조방식과 유사하게 제조하므로써 대형 형상으로 제조할 수 있음을 밝혀냈다.

본 발명은 다음과 같은 네가지 기술적 특징을 기초로 하고 있다.

첫째, 원료의 입도는 내화물 조성에 의한 입도 조정으로 종래 기술인 미립자에 의한 소결 용융반응에 의한 방식에서 본 발명은 입자간 결합방식으로서 입도의 구성은 2mm이하의 원료를 사용한 것이다.

둘째, 소결기구는 종래 기술인 점토류의 탈수흡열반응에 따른 열전달의 장시간 소요와 장석류의 글래스(glass)화로 이루어지는 방식에서 본 발명은 점토류의 탈수흡열 반응에서 이루어지는 큰 수축을 슬래그의 결정화 발열에 의한 팽창으로 제품 전체의 수축을 상쇄하는 반응이며, 장석류가 조, 중·미립자(粗.中.微粒子)로 구성되어 있어서 조립자장석(粗粒子長石)의 표면에 글래스가 형성되고 미립자(微粒子) 부분의 글래스상과 용착(熔搾) 반응하는 특징이 있다.

셋째, 소결시간은 슬래그의 발열반응이 있으므로 짧고 특히 현재 타일 및 식기 제조용으로 보편화된 로울러 허트킬른(roller hearth kiln)에서도 두께 20 내지 30mm제품의 소성이 가능하다.

넷째, 소성 수축은 종래타일 및 도자기류의 소성수축인 5 내지 15%정도에 비하여 본 발명은 슬래그의 결정화 팽창에 따라 종래 기술의 1/3 내지 1/5수준 정도로 매우 적은 적은 수축율을 나타낸다.

본 발명에 따른 건축용 소결 인조석은 산화물의 중량비에 대해서 RO계(MgO+CaO)가 2 내지 20%의 범위이고 R₂O₃(R은 주로 Al) 및 RO₂(R은 주로 Si)가 98 내지 80%의 범위로 하며, 크기가 600mm×600×25mm 내지 600mm×900mm×25mm이고, 곡강도가 100 내지 170kg/㎠임을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따른 건축용 소결인조석은 수재슬러그를 점토, 장석 및 도석과 함께 혼합하고, 산화물의 중량비에 대해서 RO계(MgO+CaO)를 2 내지 20%의 범위로 하고 R₂O₃(R은 주로 Al) 및 RO₂(R은 주로 Si)를 98 내지 80%의 범위로 하며, 이들 배합의 입도를 1 내지 2mm의 조립, 1mm 내지 0.2mm의 중립 및 0.2 내지 0.01mm의 미립으로 조정하여 건조시킨 다음 약 1200℃의 온도에서 약 30분간 소성시킴으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 소결 인조석은 종래 기술에 의한 타일, 도자기 등과 전혀 다른 입도분포를 갖는다.

본 발명을 위하여 시험한 원료의 성분과 입도 분포는 하기 표 1, 배합예는 하기 표 2와 같다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1의 수재 슬래그 2mm이하는 중간 분쇄기인 프레트 밀(fret mill)에서 분쇄하고 미분은 로울러 밀(roller mill)에서 분쇄한 원료이며, 점토는 수비하여 분말상태의 원립이고, 장석 및 도석의 2mm이하는 프레트 밀에서 분쇄하고 미분은 로울러 밀에서 분쇄한 원료를 사용하였다.

표 2의 배합예에 의하여 물유리를 바인더하여 혼련하고 반전식 가압방법으로 시편크기 40mm×40mm×160mm를 200kg/㎠로 성형한 후 이를 100℃×24hrs로 건조하여 전기 로에서 1200℃×2hrs로 소성하여 수축율을 측정하였다.

수축율 측정결과는 도면 제 1 도 ‘입도구성에 따른 수축율 변화도’와 같으며 이를 검토하면 입도구성상 전량 미분을 사용한 종래의 타일 및 도자기 배합예인 5번 시료의 경우 수축율이 8%로서 대단히 크게 나타났으며, 본 발명의 이론에 기초한 1 내지 4번 시료의 경우는 종래 기술에 비하여 1/2 내지 1/4정도의 수축율을 보이고 있다.

이는 CaO 사용에 따른 CaO의 결정화 팽창이론 및 배합상 조립자 사용에 의한 결과이며, 특히 배합중 조립자 사용량이 증가할수록 수축율이 감소하는 경향을 보이고 있다.

그러나 0.2mm이상의 조립자 사용량이 50%이상인 4번 시료의 경우는 3번 시료에 비하여 수축율이 다소 높으며 이는 0.2mm이상 조립자가 다량 존재시 배합의 입도 구성상 공극이 많이 형성되어 나타난 결과로 판단된다.

본 발명은 건축용 내외장 재료로서 CaO계 원료첨가에 따라 강도 및 소결성이 매우 우수한 제품이며, 이를 위하여 시험한 배합예는 하기 표 3과 같다.

[표 3]

상기 표 3의 배합예에 의하여 물유리를 바인더로 하여 혼련하고 반전식 가압 방법으로 시편크기 40mm×40mm×160mm를 200kg/㎠로 성형한 후 110℃×24hrs로 건조하고 전기로에서 1200℃×2hrs로 소성하여 곡강도를 측정하였다.

곡강도 측정결과는 도면 제 2 도 ‘CaO함유량에 의한 곡강도 변화도’와 같으며 이를 검토하면 CaO의 사용에 따라 곡강도는 증가한다.

이는 팽창에 의하여 치밀한 조직형성과 조립자의 사용으로 매트릭스(metrix)부가 조립자를 중심으로 하여 반(半)글라스화된 미분이 상호 결합한 것으로 판단된다.

그러나, CaO성분이 20%이상일 경우 및 2%이하일 경우는 강도가 저하되며 이는 CaO성분이 과다시 결정화 팽창량이 매우 커서 조직에 균열이 발생되는 결과이고 CaO성분이 2%이하는 CaO성분효과가 나타나지 않는 결과를 얻었다.

다음의 실시예는 앞에서 서술한 2 가지의 시험결과를 토대로 하여 현장 제조한 결과를 나타낸다.

[실시예]

표 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 기본 요지인 수재 슬래그의 사용과 조립분을 첨가하여 배합후 물유리를 바인더로서 혼련하고 반건식 가압방법으로 600mm×600mm×25mm의 시편을 150kg/㎠로 성형후 110℃×24hrs로 건조하고 Gas로에서 1200℃×30min로 소성하였으며, 표 4와 같이 현장제조 가능성과 제반성질을 측정하였다.

이때에도 상기 발명에서와 같은 결과를 얻었고, 특히 종래의 기술로서는 제조가 불가능한 600mm×600mm×25mm의 소결인조석을 제조하였다.

즉, 본 발명은 수재 슬래그의 발열팽창과 조립자의 사용에 의하여 종래기술의 문제점이었던 소성시 과다한 수축율, 강도저하, 대형형상, 제조난이 등을 해결한 소결인조석 분야에서 기술의 발전을 의미한다.

[표 4]

Claims (4)

1. 산화물의 중량비에 대해서 RO계(MgO+CaO)가 2 내지 20%의 범위이고 R₂O₃(R은 주료 Al) 및 RO₂(R은 주로 Si)가 98 내지 80%의 범위이며, 크기가 600mm×600mm×25mm 내지 600mm×900mm×25mm이고, 곡강도가 100 내지 170kg/㎠임을 특징으로 하는 건축용 소결 인조석.
2. 수재슬러그를 점토, 장석 및 도석과 함께 혼합하고, 산화물의 중량비에 대해서 RO계(MgO+CaO)를 2 내지 20%의 범위로 하고 R₂O₃(R은 주로 Al) 및 RO₂(R은 주로 Si)가 98 내지 80%의 범위로 하며, 이들 배합의 입도를 1 내지 2mm의 조립, 1mm 내지 0.2mm의 중립 및 0.2 내지 0.01mm의 미립으로 조정하여 건조시킨 다음 약 1200℃의 온도에서 약 30분간 소성시킴을 특징으로 하는 크기 600mm×600mm×25mm 내지 600mm×900mm×25mm, 곡강도 100 내지 170kg/㎠인 건축용 소결 인조석의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, MgO가 1.7중량%, CaO가 9.5중량%, Al₂O₃가 22.9중량%, SiO₂가 63.2중량%임을 특징으로 하는 소결 인조석.
4. 제 2 항에 있어서, 슬래그, 점토, 장석 및 도석의 혼합비가 2 : 3 : 3 : 2임을 특징으로 하는 소결 인조석의 제조방법.