KR950011097B1 - 시멘트 코팅 방지용 지르콘(Zircon)질 내화물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

시멘트 코팅 방지용 지르콘(Zircon)질 내화물

제1도는 본 발명의 침윤율을 나타낸 그래프.

제2도는 본 발명의 스피넬 첨가시 침윤율을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 마그네시아 첨가시 침윤율을 나타낸 그래프.

본 발명은 시멘트(Cement)제조를 위한 로타리 킬른(Rotary Kiln)설비에 사용되는 내화물에 관한 것으로, 특히 시멘트 제조시 사용되는 인렛트 챔버(Inlet chamber), 덕트(Duct), 하단사이클론(Cyclone)천정, 측벽부, 원료슈트(Shute) 등과 같은 설비부위에 시멘트의 코팅부착 방지를 위한 지르콘질(Zircon)내화벽돌의 조성물에 관한 것이다.

시멘트 제조에 이용되는 상기한 설비부위의 내화물은 상부로부터 시멘트 원료인 석회석이 통과하게 되는데, 이런 내화물은 시멘트 원료에 의한 코팅 부착과 마모가 일어나지 않도록하여 시멘트 원료가 잘통과될 수 있도록 하여야 한다.

그리고 고온 분위기에서 내열성을 갖으며 시멘트 원료가 가소될 수 있도록 열손실이 적어야 되는등 보온의 효과를 갖추어야 한다.

따라서 설비 부위에 이용되는 내화물은 내코팅성, 내마모성, 내스포링성(Spalling)이 엄격히 요구되고 있다.

현재, 이런 내화물에 이용되고 있는 재질로는 샤모트질(Chamotte), 고알루미나질 및 점토질 캐스타블(castable)이 있다.

그러나 이러한 재질은 분말원료 및 알카리 분진에 의한 침투 현상과 코팅으로 인한 조직적인 스포링이 발생되며, 이러한 침윤 및 코팅의 부착기구는 연질 코팅과 경질코팅으로 분류된다.

연질 코팅의 경우는 800-1200℃ 부근에서 생성되는데, K₂SO₄, 2CaSO₄, CaSO₄, KCl을 주로한 조성으로서 2Ca₂SiO₄·CaSO₄, 2Ca₂SiO₄·CaSO₃및 CaSO₃가 확인되고 있다.

사용된 내화벽돌의 변질층을 분석해 보면 10-15%가 K₂O 성분으로서 K₂O·Al₂O₃·4SiO₂를 주로한 저융점액상을 생성하고 있다.

이에따른 연질 코팅 부착기구는 알카리가 주성분으로서, (1) 분위기중 알카리 성분 원료더스트가 노벽에 부착되며, (2) 부착된 성분은 K₂SO₄, 2CaSO₄를 주로한 저융점 화합물을 생성하며, (3) 액상 성분은 내화 벽돌에 침투, 부착층과 노재와의 접착성을 높게하며, (4) 점성을 가진 부착층에 또다시 알카리 원료 더스트의 부착이 반복하여 진행된다.

또한 경질코팅의 경우는 1000-1200℃에서 생성되는데, CaSO₄, CaO를 주로한 조성으로서 K₂SO₄, 2CaSO₄는 일부이나, 특히 내화물과의 경계부에는 CaSO₄, CaO, Ca₃Fe₂(SiO₄)₃이 조성되고, 내화물과의 반응생성물은 2CaO·Al₂O₃·SiO₂이다.

내화벽돌 경계층에는 저융점 화합물은 보이지 않으나 접합면 방향으로 층을 이루어 무수 석고가 형성된다.

이때 부착 기구로서는, (1) 분위기중에 알카리 더스트가 부착되어 발달되지만, 부위기 온도가 높으므로 알카리 성분은 주로 기상반응되어 코팅 성장이 빨라지며, (2) 부착된 원료 더스트는 분위기중의 SO₃성분과 반응하여 CaSO₄를 생성하며, CaSO₄는 온도와 알카리 영향으로 높은 결정도로 소결되어 견고한 코팅으로 성장한다.

이와 같이 설비부위에 시멘트 코팅부착으로 인해 폐쇄 현상이 발생되어 킬른(Kiln) 운전방해와 생산성에 불리한 결과를 초래하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 내마모성과 내스포링성이 뛰어나고, 내부조직의 치밀화 및 폐쇄기공화시켜 알카리 침투와 분말원료의 코팅부착을 방지하는데 적합한 새로운 지르콘질 내화물을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명을 설명한다.

본 발명은 지르콘질 원료 83-92중량%, 100㎛ 이하의 입자분포를 갖는 규석 3-7중량%, Al₂O₃성분이 30% 이상인 점토 3-6중량%, 스피넬(Spinel)합성원료 2-4중량%로 구성되는 지르콘질 내화물로 이루어진다.

상기 구성중 지르콘질 원료 83-92중량%는 ZrO₂성분을 60-70% 함유하는 지르콘질 원료가 53-75중량%이고, 10㎛ 이하의 입자분포가 80-100%로 이루어진 지르콘질 원료를 17-30중량%로 구성함이 바람직하다.

본 발명의 다른 하나는, 지르콘질 원료 85-94중량%, 100㎛ 이하의 입자분포를 갖는 규석 3-7중량%, Al₂O₃성분이 30% 이상인 점토 2.5-6중량%, 마그네시아 파우더 0.5-2중량%로 구성되는 지르콘질 내화물로 이루어진다.

상기 구성중 지르콘질 원료 85-94중량%는 ZrO₂성분을 60-70% 함유한 지르콘질 원료 55-74중량%와 10㎛ 이하의 입자분포가 80-100%인 지르콘질 원료 20-30중량%로 조성됨이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 지르콘질 원료는 침식성과 부착 젖음성이 적은 내화원료로서, 샌드(Sand)입도로부터 10㎛ 이하의 극미립까지 최밀 충진을 위한 입도로 구성되나, 지르콘질 원료 83-92중량% 중에서 10㎛ 이하의 입자분포를 17-30중량%로 하고, 기타 입도분포를 53-75중량%로 사용시 바람직한 물성을 나타내며 그 양이 75중량% 이상의 경우는 규석과 스피넬의 사용량이 적게되어 조직강도 및 치밀성을 잃게 된다.

그리고 알카리 침윤과 분말원료 부착성이 좋아지게 되어 SiO₂성분 증가에 따라 스피넬과 반응이 쉬워 저융점 광물이 형성된다.

따라서 내열성 및 내스포링성에 취약하게 되며, 온도 조건의 상승에 따라 조직 이완으로 알카리 침투 및 원료 부착성이 빠르게 일어난다.

규석은 고온 영역에서 매트릭스(Matrix)부분에 액상생성을 유도하여 조직의 치밀화와 고온 영역에서 용적 안정성이 좋은 원료로서, 그 사용량이 3-7중량% 범위에서 가장 양호한 효과를 갖는다.

점토는 가소성 및 내마모성을 높이기 위해 3-6중량% 첨가한다. 스피넬은 열팽창 계수가 낮고 알카리 액상 침투에 대한 저항성이 커서 구조적 스포링(Spalling)에 의한 균열박리 손상억제에 효과적인 원료로서, 소성에 따라 고온(1320-1360℃)에서 2MgO·2Al₂O₄·5siO₂(Cordierite)합성 광물이 생성되며 코디어라이트의 저팽창성과 프리시리카(Free-Silica)의 액상생성에 따라 조직을 치밀하게 해주는 반응효과를 나타내게 된다.

따라서 사용비율이 2-4중량%일때 가장 바람직하나, 사용량이 적으면 코디어라이트 생성이 미약하여 내스포링성 및 내알칼리성이 취약하고, 4중량% 이상 사용시는 코디어라이트의 전량 액상화 진행이 짜르게 일어나 실제조직 내부에는 코디어라이트 결정이 남아있지 않고, 저융점 광을 생성으로 내스포링성 및 내알칼리성 저하를 초래한다.

페리크레스(periclase)결정으로 제조되는 마그네시아 원료는 내알카리성과 내침식성이 우수하며 저온에서 SiO₂, Al₂O₃와 반응하여 저융점 광물 생성 및 코디어라이트 생성으로 조직의 치밀화를 유도시키는 것으로 사용비율은 0.5-2중량%일때 가장 바람직하다.

이는 소량의 코디어라이트 생성에 의한 조직의 치밀화와 매트릭스부내에 첨가된 규석이 마그네시아에 의해 크리스토바라이트(cristobalite)로 전이가 촉진되는데, 생성온도인 1470℃ 보다 더 낮은 온도에서 생성촉진되어 조직의 치밀화를 유도시킨 것으로 판단된다.

그 사용량이 2중량% 이상인 경우는 저융점 형성 광물의 증기로 인한 조직내 미세기공율이 증가되며 수축 현상과 외관 색상 변화의 요인이 되어 고온에서 하중연화점 저하 및 내열성, 내스포링성이 불량해진다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예는 규석 사용량의 적정비를 결정하기 위한 것으로, 200톤 용량의 프레스 성형기를 이용하여 (표 1)에 나타난 혼합물로 표준벽돌을 성형한 다음 이를 전기로에서 1360℃, 4시간 유지하여 소성하였다.

[표 1]

(표 1)과 관련한 기공율 및 알카리 침윤율은 제1도와 같이 규석 사용비율이 3-7중량%일 경우 가장 양호한 결과를 나타내었다.

[실시예 2]

본 실시예는 스피넬 사용량의 적정비를 결정하기 위한 것으로, (표 2)에 나타낸 혼합물을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

[표 2]

(표 2)과 관련한 기공율 및 알카리 침윤율은 제2도와 같이 스피넬 사용 비율이 2-4중량%일 경우 가장 양호한 결과를 나타내었다.

[실시예 3]

본 실시예는 마그네시아 사용량의 적정비를 결정하기 위한 것으로, (표 3)과 같은 혼합물을 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

[표 3]

(표 3)과 관련한 기공율 및 알카리 침윤율은 제3도와 같이 마그네시아 사용비율이 0.5-2중량%일때 가장 양호하였다.

[실시예 4]

(표 4)에 나타낸 혼합물을 300톤 용량의 프레스 이용, 성형하여 터넬 킬른(Tunnel Kiln)에서 1360℃로 소성하였다.

이에 따른 물성 및 특성치 결과는 (표 4)와 같이 나타났다.

이때 품질 측정은 다음의 방법으로 하였다.

(1) 알카리(Alkali) 침윤율 테스트(Test)

40×40×40㎜의 시험편을 잘라내어 시멘트 원료 : K2SO4 : Coal=65 : 30 : 5의 비율로 혼합된 원료 20gr 재취하여 25×10m/m의 페렛트(Pellet)로 성형하여 시편상부에 올린다음 진기로에서 1300℃×5hrs 소성후 표면반응부의 부착상태를 관찰하고 시편을 2분할 커팅(Cutting)하여 알카리 침윤율을 측정하였다.

(2) 스포링 테스트(Spalling Test)

230×114×65㎜ 표준형상의 시험편으로 제조하여 진기로에서 판넬(Pannel)식 스폴링방법을 택하여 1200℃×1hr 가열후 공냉한 것으로 반복 6회 실시후 균열의 유무를 관찰하였다.

균열이 없는 것은 ○, 미세균열이 있는 것은 △으로 평가했다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존의 샤모트 벽돌 및 점토질 캐스티블 보다 내알카리성 및 내코팅층이 우수하여 2배의 내용 수명을 나타내고 있어, 시멘트 생산에 따른 안정 조업과 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.

[표 4]

Claims (4)

1. 지르콘질 원료 83-92중량%, 100㎛ 이하의 입자분포를 갖는 규석 3-7중량%, Al₂O₃성분이 30% 이상인 점토 3-6중량%, 스피넬(Spinel)합성원료 2-4중량%로 구성됨을 특징으로 하는 시멘트 코팅 방지용 지르콘질 내화물.
2. 제1항에 있어서, 지르콘질 원료 83-92중량%는 ZrO₂성분을 60-70% 함유하는 지르콘질 원료가 53-75중량%이고, 10㎛ 이하의 입자분포가 80-100%인 지르콘 원료 17-30중량%로 구성됨을 특징으로 하는 시멘트 코팅 방지용 지르콘질 내화물.
3. 지르콘질 원료 85-94중량%, 100㎛ 이하의 입자분포를 갖는 규석 3-7중량%, Al₂O₃성분이 30% 이상인 점토 2.5-6중량%, 마그네시아 파우더 0.5-2중량%로 구성됨을 특징으로 하는 시멘트 코팅 방지용 지르콘질 내화물.
4. 제3항에 있어서, 지르콘질 원료 85-94중량%는 ZrO₂성분을 60-70% 함유하는 지르콘 원료 55-74중량%와, 10㎛ 이하의 입자분포가 80-100%로 이루어진 지르콘질 원료 20-30중량%로 구성됨을 특징으로 하는 시멘트 코팅 방지용 지르콘질 내화물.