KR960015098B1 - 내화 구조물의 드레싱 방법과 그 방법에 사용하기에 적합한 입자상 조성물 - Google Patents

Abstract

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Description

내화 구조물의 드레싱 방법과 그 방법에 사용하기에 적합한 입자상 조성물

본 발명은 내화 구조물(refractory structure)의 드레싱 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 내화 구조물의 드레싱 방법에 사용하기에 적합한 입자 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 방법들이 다양한 목적을 위해 사용될 수 있지만, 그들은 손상된 내화 구조물의 보수(repair)의 한 단계로서 특별한 가치가 있다.

다양한 유형의 내화 구조물들, 예컨데 야금 노(爐), 코우크 노 및 유리 용융 노는 그들의 작업 도중에 손상되는 경향이 있다.

예컨데 그러한 손상은 불규칙한 표면 상태(surface profile)를 야기시키는 주요 구조와 관련된 하나 이상의 내화 블록들의 미끄러짐(slippage), 또는 내화 구조물의 균열(cracking)로서 나타날 수 있다. 일반적으로 내화 구조물의 설계된 표면 상태를 회복시키는 것이 바람직하며, 또한 문제의 블록(들)의 더 이상의 미끄러짐이 방지하고 그의 또는 그들의 대치나 균열에 의해 생긴 갭을 채우는 것이 바람직하다. 이런 목적을 달성하기 위해 내화 구조의 어떤 프라우드(proud)부분을 절단하는게 필요하거나 바람직할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 더 이상의 미끄러짐을 방지하기 위해 키이가 키이웨이(keyway)내에서 형성되거나 인서어팅되도록 키이웨이(keyway)를 미끄러지는 블록 및/또는 이웃하는 블록 내에서 절단하는 것이 필요하거나 바람직하다. 대안적으로 또는 부가적으로, 적합한 플러그의 형성이나 인서어팅을 위해 그러한 미끄러짐이나 균열에 의해 생긴 갭을 확대시키거나 형체짓는게 필요하거나 바람직하다.

그러한 손상은 대안적으로 내화 구조물 물질의 침식으로 인한 것일 수 있다. 그러한 침식은 구조물에 대해 불규칙한 표면 상태를 부여하는 경향이 있으며 종종 구조물에 대한 보수 전에 그 표면 상태를 개질시키는 것이 바람직하다.

다른 목적을 위해 내화 구조물에 호울을 형성시키거나 딴 방법으로 드레싱하는 것이 필요하거나 바람직하다.

물론 내화 구조물은, 예컨대 커팅 휠(cutting wheel), 드릴 또는 기타 도구를 사용하여 기계적으로 드레싱될 수 있지만, 이렇게 하는 것은 내화제 보수에 있어 어떠한 단점이 있다. 내화제를 드레싱시키고 보수에 적합한 표면을 남기기 위해, 조작기는 보통 드레싱 부위와 아주 가깝게 있어야 하는데, 이것은 그 부위가 드레싱에 필요한 시간동안 조작기가 견딜 수 있는 온도에 있어야만 한다는 것을 의미한다. 즉, 이것은 내화 구조물이 정상 조작 온도, 또는 조작 온도의 정상 작업 주기내에 있는 온도로부터 냉각되어야 한다는 것을 의미한다. 그리고 그것은 드레싱 및 보수 후에 재가열 되어야 한다. 다양한 유형의 공업 노인 경우, 그의 내화 물질이 수축하거나 팽창하기 때문에 생기는 노에 대한 손상을 피하기 위해, 그러한 냉각 및 재가열은 몇일동안, 심지어는 몇주동안에 걸쳐 계획되어야 하며, 따라서 이것은 그 노로부터의 생산에 상당한 손실을 준다.

본 발명의 목적은 정상 조작 온도로부터 내화 구조물의 실질적이고 계획적인 냉각을 실행하기 위한 실제적인 단계들을 취해야 하는 어떠한 요구도 없이 수행될 수 있는 내화 구조물의 드레싱 방법을 제공하는 것이다. 따라서 오랜 냉각과 재가열 시간의 요구를 피할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 내화 산화물을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소를 하나 이상 포함한 입자들(이하 "연료 입자들"이라 함)과 내화 산화물 입자들을 포함하여 구성되는 입자들의 혼합물을 함유한 컴버런트 가스류(comburent gas stream)를 드레싱될 부위에 투사시켜 연료 입자들을 연소시키거나 연소되게 하는 것을 특징으로 하는 내화 구조물의 드레싱 방법이 제공되는데, 여기서 상기 혼합물들은 용제(fluxing agent)를 더욱 함유하여 용제의 용융 작용은 연료입자들의 연소에 의해 방출되는 열에 의하여 내화 구조물이 충돌류(impinging)의 기계적 작용에 의해 그 구조물질의 제거나 대치에 의해 드레싱될 정도로 연화되게 한다.

따라서 본 발명은 내화 구조의 실질적이고 계획적인 냉각을 그의 정상 조작 온도로부터 실행하기 위한 실제적인 단계들을 취해야 하는 어떠한 요구도 없이 수행될 수 있어서, 그러한 오랜 냉각과 재가열 시간을 요구하는 것을 피할 수 있고, 따라서 내화 물질의 수축이나 팽창으로 생기는 문제들을 피하거나 감소시킬 수 있는, 내화 구조물의 드레싱 방법을 제공한다. 예컨대, 내화 구조물이 그것의 원료가 되는 물질의 팽창 곡선(dilatometric curve)상에 있는 임의의 전이점을 통해 냉각되고 재가열되는 것을 요구하지 않는 그러한 방식으로 진행될 수 있다. 실로, 내화 구조물의 온도가 높으면 높을수록, 본 발명의 방법은 더 효율적이다. 본 방법은 다소 고급인 내화 구조물 및/또는 구조물을 만드는 그 등급 내화의 최대 허용 조작 온도에 비해서는 다소 낮지만 상승된 온도에 있는 내화 구조물을 쉽게 드레싱하는데 특히 잇점이 있다.

드레싱 방법은 다양한 목적을 위해 내화 구조물의 부분을 제거하는데 간단하게 사용될 수 있다. 때때로 내화 구조물을 너무 침식되어, 침식되는 물질을 대치함으로써 간단히 보수하는 것 대신에, 내화 구조물의 새로운 블록을 배치하기 위한 공간을 제공하기 위해 부가적인 내화 물질을 제거하는 것이 더 경제적이거나 아니면 바람직한 것이다. 예컨대, 키잉 블록(keying block)을 적합하게 하기 위해, 내화 구조물의 블록내에 호울을 절단하는 것이 때로는 필요하다. 때때로 내화 구조물의 아치 블록은 내화 구조물로부터 프라우드를 세우기 위해 그것의 설계된 위치로부터 쓰러지며, 구조물의 면(profile)을 수정하기 위해 그러한 블록의 부분을 제거하는게 필요하다. 이런 절차는 용제가 내화 구조물로부터 제거되는 물질을 연화된 상태나 유체 상태로 유지되도록 하여 그것이 바람직하지 않은 냉각으로 인한 구조물의 정상 조작에의 붕괴(disruption)를 최소로 하면서 충돌류의 작용에 의해 제거되게 하기 때문에 본 발명에 따른 드레싱 방법에 의해 수행될 수 있다.

내화 구조물이 본 발명에 따라 드레싱될때, 그 구조물의 드레싱된 표면은 변화된 조성물이라는 것을 알아냈다. 이것은 그 표면으로부터 모든 연화된 물질이 제거되지 않았기 때문이고, 그 연화된 물질은 용제를 포함하는, 드레싱 조작중에 투사된 물질을 포함한다. 용제의 존재로 인해, 그 연화된 물질은 구조물의 표면에 존재할 수 있는 어떠한 균열(fissures)을 채우고 그 안으로 더 쉽게 흐를 수 있다. 이것은 드레싱된 표면의 보전성(integrity)을 개선시킨다는 장점을 갖는다. 그러한 균열 사이에 있는 구조물의 부분을 그들이 거의 떨어지지 않도록 위치내로 시멘팅(cementing)시키고, 충전된 균열부분은 예컨대, 침식을 아주 잘 일으키는 구조물내의 공기에 더 이상 노출되지 않는다.

본 발명의 가장 바람직한 실시양태에서, 투사된 혼합물내의 존재하는 용제의 성질과 비율은 내화 구조물로부터 제거되는 물질의 융점이나 연화점이 드레싱되는 구조물의 내화 물질의 융점이나 연화점보다 최소한 200℃낮도록 한다. 이것은 다소 고급인 내화 구조물 및/또는 그것들이 만들어지는 내화 등급의 최대 허용 조작 온도에 비해서는 다소 낮은 온도에 있는 구조물의 드레싱에 대해 한층 더 용이하게 공정이 사용될 수 있게 한다는 장점을 갖는다. 드레싱 조작 중에 블록의 내부 구조물을 보호하기 위하여 물질이 제거되어 생기는 블록의 중앙에 있는 물질과 제거되는 물질의 연화점 사이에 커다란 차이가 있는 것이 특히 유리하다. 이것은 특히 내화 구조물의 블록의 외부표면에서 작용될때 실행을 더 쉽게 한다. 정상적으로 블록의 내부표면을 향하는 외부 표면으로부터의 온도차는 증가하고, 이것은, 만일 연화점에 있어서 그런 커다란 차이가 없다면, 그의 중심 구조물을 보호하면서 그러한 블록의 바깥쪽을 드레싱하는 것을 어렵게 할 수 있다.

유리하게도, 사용된 용제는 적어도 몇몇의 상기 내화 산화물 입자들로된 내화 물질을 위한 용제이다. 이는 그러한 입자들로부터 비롯된 물질과 제거나 대치를 위해 연화되거나 유체 상태에 있는 내화 구조물로부터 비롯된 물질을 유지하는 것을 도운다.

다량의 용제를 사용할 필요는 없다. 용제의 최적량은, 연료의 최적량과 같이, 드레싱되는 구조물의 내열성(refractoriness)과 그의 온도에 따라 좌우된다. 또한 원하는 결과를 얻기 위해 필요한 만큼의 용제를 사용하는게 바람직하다. 따라서, 용제가 상기 연료 입자들의 1/2 이하의 중량 비율로, 바람직하게는 상기 연료 입자들의 1/3 이하의 중량 비율로 투사된 혼합물내에 존재하는 것이 바람직하다.

사용될 수 있는 다양한 용제가 있는데 그 중 몇가지는 드레싱되는 내화 구조물의 조성과 분무되는 내화 산화물 입자들의 조성에 따라 좌우된다.

몇가지 바람직한 본 발명의 실시양태에서, 상기 용제는 불화물이다. 실시예에 의하여, 이불화 암묘늄과 불화 마그네슘은 많은 내화 산화물 조성물을 위한 효과적인 용제이다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 용제가 상기 내화 산화물 입자들내에 존재하는 산화물을 지닌 금속이외의 금속으로 된 화합물인 것이 바람직하다. 예컨대, 탄산 칼륨은 알루미노-실리케이트 내화와 함께 작업될때 용제로서 사용될 수 있고, 마그네시아를 함유하지 않는 많은 내화 조성물과 함께 작업될때 탄산 마그네슘이 용제로서 사용될 수 있다. 일반적인 목적을 위해서는, 상기 용제가 최소한 하나의 알칼리 금속염을 포함하는 것이 바람직하다. 알칼리 금속염은 본질적으로 고려중인 모든 내화 물질을 위한 우수한 용제이다. 나트륨 염의 사용은 비용 때문에 바람직하다. 용제로서 가장 효능있는 알칼리 금속염은 붕산염, 황산염, 탄산염 및 인산염에서 선택되며, 따라서 그들을 사용하는 것이 바람직하다.

입자상 혼합물의 투사를 쉽게 하기 위해, 그리고 원하는 결과를 쉽게 얻기 위해, 용제의 평균 입도(grain size)는 상기 내화 산화물 입자의 평균 입도의 1/2-2배이며, 바람직하게 용제 입자의 최소한 50중량%가 200㎛이하의 입도를 갖는다.

기술한 바와같이, 본 발명의 드레싱 방법은 내화 구조물을 트리밍(trimming)하기 위해서나, 그 안에 있는 효율을 절단하는데에 간단히 이용될 수 있다. 그러나 드레싱 방법이 특정 내화 구조물의 보수 공정, 특히 내화 구조물의 정상 조작 온도나 그 근처에서 실행될 수 있는 보수 공정의 준비단계로서 수행될때 특별히 장점을 가진다.

그러한 보수 기술은 세라믹 용접(ceramic welding)으로서 알려져 있다. 본 방법의 이러한 유형은 영국 특허 제1,330,894호 및 영국 특허 출원 공보 제2,170,191A호(모두 글레리버벨(Glaverbel)의 이름으로 출원됨)에 설명되어 있다. 그러한 세라믹 용접 공정에서, 응집성(coherent)의 내화재는 내화 입자 및 연료 입자들의 혼합물을, 산소와 함께 표면에 투사시킴으로써 표면상에 형성된다. 사용된 연료 입자들은 그의 조성과 측정 입도(granulometry)가, 그들로 하여금 산소와 발열반응하여 내화 산화물을 형성하고 투사된 내화 입자들의 적어도 표면을 용융시키는데 요구되는 열을 방출할 정도가 되게 하는 입자들이다.

또한 본 발명은, 하나 이상의 내화 산화물을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소를 하나 이상 포함한 입자들(이하 "연료 입자들"이라 함)과 내화 산화물 입자들을 포함하여 구성되는 입자들의 혼합물을 함유한 컴버런트 가스류를 용접 부위에 투사시키고, 이때 연료 입자들이 연소되게 하여 상기 응집성의 내화재가 내화구조물에 부착되어 형성될 수 있도록 적어도 내화 산화물 입자들의 표면을 용융시키거나 연화시키므로써 응집성의 내화재가 용접 부위에서 내화 구조물에 부착되어 형성되는 세라믹 용접 방법에 있어서, 예비 처리단계에서, 용접 부위가 상기에서 정의한 바와 같이 내화 드레싱 방법에 의해 드레싱되는 것을 특징으로 하는 세라믹 용접 방법을 제공한다.

일반적으로, 고농도의 산소 존재하에서 예컨대, 담체 가스(carrier gas)로서 시판되는 등급의 산소를 사용하여, 입자들을 투사시키는 것이 추천되고 있다. 세라믹 용접 반응 지대(reaction zone)에서의 매우 높은 온도 때문에, 내화 입자의 충분한 용융이나 연화가 이루어질 수 있고, 따라서 우수한 내화성을 가진 상당한 응집성의 내화재가 형성될 수 있다.

세라믹 용접 방법들의 특별한 장점을 내화 구조물이 본질적으로 정상 고온 작업 온도에 있는 동안 세라믹 용접 방법이 내화 구조물상에서 수행될 수 있다는 것이다. 이것은 내화의 열 수축 및 팽창으로 인한 어떠한 문제점이 최소화되는 것과 마찬가지로 보수되는 구조물의 "비가동시간(down time)"이 최소화될 수 있다는 점에서 자명한 장점을 갖는다. 또한 내화 구조물의 작업 온도에 근접한 온도에서의 용접은 형성되는 용접물의 품질에 있어서 유리하다. 용접 반응은, 구조물의 표면을 연화시키거나 용융시킬 수 있는 경향이 있어서 그 결과 처리되는 표면과 새로 형성된 내화 용접물 사이에 우수한 접합부(joint)가 만들어진다.

본 출원인들은 기저 내화 구조물과 용접물 사이에 우수한 접합부를 보통 형성할 수 있지만 본 발명에 따른 세라믹 용접 방법에 의해 본질적으로 피할 수 있는 문제들이 생길 수 있다는 것을 발견했다. 이들 문제들은 두 기본적인 이유인 내화 구조물에 대한 용접 부위의 온도 및 응집성 내화 용접물을 형성하고 그것을 기저 구조물에 접합시키는데 요구되는 온도들 중 하나로부터 생긴다.

용접 부위의 정상 온도는 내화 구조물의 정상 온도에 비해 너무 낮아서 상당한 시간동안 내화 구조물에 세라믹 용접 분무를 행하지 않으면(우수한 접합에 대해 요구되는 바와 같음) 그것을 연화시키기에 충분히 가열될 수 없다. 그 시간동안, 많은 분무된 물질이 구조물로부터 반발되어 낭비된다.

용접 부위에서의 낮은 온도에 대해서는 여러가지 가능한 이유가 있다. 다양한 조성과 성질의 내화재가 다양한 장소에서 대하게 되는 작업 온도에 따라 보통 좌우되는, 많은 내화재 구조물의 서로 다른 부분에 사용된다. 그러나 때때로 고급 내화재가 온도만을 고려했을때는 저급 내화재를 사용하기에 적합하다고 기대되는 장소에서 사용된다. 일반적인 온도가 그러한 저급 내화재상에 강하게 부착되는 용접을 형성하기에는 충분한 반면에, 고급 내화재상에 우수한 용접을 형성하기에는 충분히 높지 않다. 이것의 특수한 실시예와 같이, 본 출원인은 유리-용융 노내에서의 도그-하우스 아치(dog-house arch)를 인용한다. 조작되는 유리-용융노의 도그-하우스 아치에서 보통 널리 알려진 온도는 노내의 어디서나 대할 수 있는 온도에 비해 그리 높지 않기 때문에 저급 내화재 물질을 사용하는 것이 고려될 수 있다. 그러나 그 지역내의 공기는 유리 형성물질의 용융 배치(batch)로부터 유출되는 나트륨 증기가 풍부하여 부식이 잘되기 때문에, 보통 "작크(Zac)"라고 알려진 고급 내화재로부터 도그-하우스 아치를 만든다.

용융 부위에서의 저온에 대한 또 다른 이유는 간단하게 용융 부위가 그의 안쪽보다는 바깥쪽에 있다는 것일 수 있다. 이는 처리되는 내화재의 등급이 무엇이든 간에 문제점을 유발시킨다.

용접을 형성하는데 요구되는 온도는 역시 고급 조성물의 내화재를 형성하는 것과 관련되어 문제점을 야기시킬 수 있다. 문제는, 이런 경우에 있어서 구조물과 용접물 사이에 우수한 접합을 이루기 위해 내화 구조물의 연화를 확실히 하기 위하여, 내화 구조물의 표면은 매우 높은 온도여야 하는데, 이 온도는 내화재 물질의 팽창 곡선에 대한 전이점 이상일 수 있지만, 반면에 내화재의 작업 온도는 그 전이점 이하라는 것이다. 이것의 결과로서, 비록 기저 내화 구조물 및 새로 형성된 용접물이 본질적으로 동일한 화학적 조성물일때라도, 용접부는 그의 형성 온도에서 그의 작업 온도까지 냉각되기 때문에 새로 형성된 내화재 및 기저 내화 구조물 사이의 접합을 가로지르는 수축에 있어서 차이가 있을 것이다. 그 결과 스트레스가 작용되기 때문에, 새루 형성된 덩어리는 기저 내화 구조물로부터 균열되고 벗겨져 떨어지는 경향이 있다.

본 발명에 따라 드레싱되는 내화 구조물의 표면은 모든 연화물질이 드레싱된 표면으로부터 제거되는 것은 아니기 때문에 변성된 조성물의 표면이 된다. 기저 내화 구조물에 잘 결합되는 용제를 함유하는 내화재 물질의 얇은 표면 스킨(skin)의 존재는 후에 그 부위에서 내화재를 더욱 융착시키기 위해 세라믹 용접 공정을 수행하는 것이 요구된다면 특히 유리할 수 있다. 기저 내화재의 새로운 표면 스킨이 용제를 함유하기 때문에, 그것을 연화시키기 위해 그렇게 강하게 가열될 필요가 없고, 그 결과로써, 세라믹 용접 반응에 의해 연화되고 그 표면에 대해 충돌하는 내화재 물질은 그 표면에서 물질과 더 쉽게 혼합될 수 있어서 기저 구조물에 대한 내화재 용접물의 결합을 촉진시킨다. 또한 본 출원인은 용제가 일반적으로 저농도가 되고 결과의 구조물의 내화성에 대해 덜 불리한 효과를 갖도록 새로운 용착 용접물내에 분산되는 경향이 있다는 것을 발견했다. 표면/용접물의 계면에서의 용제 함량이 예상했던 것보다 작기 때문에 우수한 결합을 보증하고 동시에 용제의 사용에 의해 예상된 것 만큼 감소된 내화성을 갖지 않는 원래 구조물과 용접물 사이의 전이 지대를 얻을 수 있다. 실로 전이 지대는 구조물과 용접 사이의 접합이 질이 새로운 구조물의 내화성을 눈에 띄게 손상시키지 않고 개선되도록 할만큼 아주 얇다.

물론, 세라믹 용접 혼합물내에 용제의 특정양을 합입시키는 것이 가능하지만 용접물의 내화성에서의 결과적인 감소가 묵인될 수 없는 한 이것은 바람직하지 않다. 이것외에도, 세라믹 용접 단계에서 투사되는 입자들의 혼합물은 내화재 드레싱 혼합물의 내화재 입자 및/또는 연료 입자에 관해 이후에 기술되는 바와 같이 한가지 이상의 바람직한 특성을 갖는 것이 효과적이고 편리하다.

실로 세라믹 용접 단계에서 투사된 입자들의 혼합물이 세라믹 용접 단계에서, 용제가 생략되었다는 것을 제외하고는 내화재 드레싱 단계에서 투사된 바와 같이 본질적으로 동일한 조성을 갖는다는 것이 특히 편리하다. 따라서, 예컨대, 내화재 드레싱 단계에서 투사될 입자 혼합물은 세라믹 용접 단계에 사용되어야 하는 혼합물의 양에다 적절한 양의 용제를 첨가함으로써 간단하게 만들어질 수 있다.

연료 입자들의 입도는 연소 반응이 내화재 구조의 드레싱이나 세라믹 용접 공정도중에 일어나는 것에 대해 매우 중요한 효과를 갖는다. 아주 미세하게 나누어진 연료 입자들을 사용하는게 바람직하다는 것을 알았다. 바람직하게, 상기 연료 입자들의 최소한 50중량%가 50㎛ 이하의 입도를 갖고, 유리하게는 상기 연료 입자들의 최소한 80중량%가 50㎛ 이하의 입도를 갖는다. 상기 입자들의 최소한 50중량%가 30㎛ 이하의 입도를 갖는 것이 바람직하며, 최적의 결과를 위해서는 상기 연료 입자들의 최소한 80중량%가 30㎛ 이하의 입도를 갖는다.

마그네슘 및 지르코늄을 포함한 다양한 원소들이 연료로서 사용될 수 있지만, 효력, 이용에 있어서의 용이함과 안전성 및 비용에 있어서 우수한 절층을 제공하기 때문에 상기 연료 입자들에는 알루미늄 및/또는 규소 입자들이 포함되는게 바람직하다. 특히 알루미늄과 규소 입자들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 알루미늄보다는 규소가 더 많은 것을 사용하는게 바람직하다. 더 쉽게 연소가 잘되는 알루미늄은 규소의 연소와 생성된 합해진 열이 고려중인 목적에 대해 충분할 수 있는 반응 지대를 유지하게 한다.

입자상 혼합물내에 합입될 최적량의 연료 입자들을 작업 조건에 따라 좌우될 것이다. 주어진 내화제 조작온도에 대해서, 보통 내화재가 고급일수록 더 많은 연료를 함입하는게 바람직하다. 마찬가지로, 제공된 내화재에 대해, 용접 또는 드레싱 부위에서의 조작 온도가 낮을수록 더 많은 연료를 함입하는게 바람직하다. 환경에 따라, 드레싱에 대해 사용된 혼합물이 세라믹 용접에 대해 사용되는 혼합물내에 존재하는 것보다 약간 많은 연료 함량을 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로 본 출원인은, 만족스런 드레싱이나 세라믹 용접 조작을 이루기 위해, 연료를 투사되는 혼합물내에 30중량% 이하의 양으로 함입시키는 것이 충분하다는 것을 알아냈다. 유리하게도, 상기 연료 입자들은 투사된 입자들의 혼합물의 30중량%를 넘지 않는 비율로 존재한다. 이는, 연료 입자들이 투사된 혼합물의 가장 비싼 부분이기 때문에 경제적인 면에서 유리하다. 또한 연료 입자의 과량을 함입시키면 기껏해야 드레싱이나 용접 공정을 중지시키고 최악의 경우에는 조작 요원에게 폭발의 위험 부담을 야기시키는 투사 장치에 따라 역으로 전파될 수 있다는 반응 진행에 따른 위험성을 부당하게 증가시킬 수도 있다는 사실을 알아냈다.

유리하게, 상기 입자들은 투사된 입자 혼합물의 8중량% 이상의 비율로 존재한다. 이것은 함입될 연료의 양과 반응지대가 드레싱되거나 용접되는 부위상에서 움직이는데 필요한 시간과의 사이에 만족스러운 절층을 제공한다. 물론 더 많은 연료가 저온, 고급 내화재에 대해 작용하는데 요구될 수 있고, 연료가 고온, 저급 내화재에 대해 조작될때 적게 요구될 수 있다.

투사된 혼합물의 내화재 산화물 입자들의 선택은 드레싱되는 내화 구조물 표면의 변성과 용접 도층에 형성되는 표면 융착의 부착성 및 질에 영향을 미친다. 내화 구조물의 표연 스킨의 차이가 나는 열 팽창이나 수축 또는 용접 용착과의 계면에서 기인하는 문제들을 감소시키기 위해서는 일반적으로 구조물 표면의 조성물이 크게 변성되지 않아야만 하고 용접 용착이 또한 광범위하게 유사한 화학 조성물이어야 하는 것이 바람직하다. 이것은 또한 용착층과 구조물과의 화학적으로 상용성을 제공한다. 표면의 조성물과 그 아래에 있는 내화 구조물과의 명백하게 완전한 상응성은 그 표면내에 용제를 함입했기 때문에 얻어질 수 없다. 그럼에도 불구하고, 부착성과 상용성을 촉진하기 위해, 상기 내화재 산화물 입자들이 내화 구조물의 적어도 주요한 성분(들)의 입자들을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르는 바람직한 실시 양태에서, 상기 내화재 입자들은 알루미늄, 크롬, 마그네슘, 규소 및 지르코늄중 하나 이상의 산화물로부터 선택된다.

유리하게도, 상기 내화재 산화물 입자들은 투사된 입자들의 혼합물의 75중량% 이상의 비율로 존재한다. 동일한 다량의 산화물 입자들은 한편으로는, 내화 구조물로부터 내화재 물질을 근본적으로 제거하는 방법과, 또 한편으로는 동일한 내화 구조물상에 내화재 물질을 용착시키는 방법에 대해 사용되는 혼합물내로의 합입을 위하여 고려되어야 한다는 것은 놀라운 일이다. 그럼에도 불구하고 이것은 그 경우이다. 내화재 산화물의 그러한 양을 함입시키는 것은 드레싱이나 용접 반응의 역방향 전달의 위험을 감소시킨다는 점에서 장점을 가지며, 사용된 연료의 제공된 양 때문에, 반응의 전달 속도를 감소시키는 경향이 있다.

본 발명은 상기에서 정의한 바와 같이 내화재 드레싱 공정에 사용되기에 적합한 입자상 조성물까지 확장되고, 따라서 내화 구조물의 드레싱 방법에 사용되기에 적합한 입자상 조성물을 포함하는 것으로서, 이때 조성물은 내화재 산화물(이하 "연료 입자들"이라고 함)을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소를 하나 이상 포함한 입자들과 내화재 산화물 입자들을 포함하여 구성되며, 상기 혼합물이 용제로서 알칼리 금속염을 더욱 함입하고, 그 용융 작용은 혼합물이 검버런트 가스류에 투사되어 연료 입자들이 연소되도록 하고, 내화 구조물이 충돌류(impinging)의 기계적인 작용에 의하여 그 물질의 대치나 제거에 의해 드레싱될 정도로 연화되게 한다.

그러한 조성물은 내화재 드레싱 공정, 예컨대 상기에서 정의한 바와 같은 공정에서 사용될때 매우 유용하고 효과적이다.

기술한 바와 같이, 연료 입자들의 입도는 연소 반응이 일어나는 도중에 매우 중요한 효과를 갖는다. 바람직하게, 상기 연료 입자의 최소한 50중량%는 50㎛ 이하의 입도를 갖고, 유리하게는 상기 연료 입자들의 최소한 80중량%가 50㎛ 이하의 입도를 갖는다. 상기 연료 입자의 최소한 50중량%가 30㎛ 이하의 입도를 가지고, 최적의 결과를 위해서는, 상기 연료 입자들이 최소한 80중량%가 30㎛ 이하의 입도를 가진다.

마그네슘 지르코늄을 포함하는 다양한 원소들이 연료로서 사용될 수 있지만, 상기 연료 입자들은 알루미늄 및/또는 규소의 입자들을 포함하며 이들 원소들은 효력, 이용의 용이함과 비용면에서 우수한 절충을 제공하기 때문에 바람직하다. 알루미늄 및 규소 입자들의 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하고, 알루미늄보다는 규소가 더 많은 것이 바람직하다. 더 쉽게 연소될 수 있는 알루미늄은 규소의 연소와 생성된 합해진 열이 고려중인 목적에 대해 충분한 반응 지대를 유지하게 한다.

입자상 혼합물내에 함입되는 연료 입자들의 최적량은 그것이 사용되는 작업 조건에 따라 좌우될 것이다. 일반적으로, 만족스런 드레싱 조작을 이루기 위해서는, 30중량% 이하의 양으로 연료를 투사된 혼합물내로 함입시키는 것이 매우 만족스럽다. 바람직하게, 상기 연료 입자들은 입자들의 투사된 혼합물의 30중량% 이하의 비율로 존재한다. 이것은 연료 입자들이 투사된 혼합물의 가장 비싼 부분이기 때문에, 경제적인 장점을 갖는다. 또한 본 출원인들은 과량의 연료 입자들을 함입시키는 것은 사용에 있어서, 생성되는 드레싱 반응이 투사 장치를 따라 역으로 전달되는 위험성을 부당하게 증가시킬 수 있다는 것을 알아냈다.

유리하게, 상기 연료 입자들은 투사된 입자의 혼합물 8중량% 이상의 비율로 존재한다. 이것은 함입되는 연료의 양과 드레싱 반응 지대가 드레싱되는 부위상에서 작용하는데 필요한 시간을 만족스럽게 절충시킨다는 것을 나타낸다. 물론 더 많은 연료는 저온, 고급 내화재에 대해 작용하는데 필요할 수 있고 더 적은 연료는 고온, 저급 내화재상에서 조작시킬때 요구될 수 있다.

유리하게도, 상기 내화재 산화물 입자들은 투사된 입자들의 혼합물의 75중량% 이상의 비율로 존재한다. 그러한 다량의 산화물 입자들이 내화 구조물로부터 내화재 물질을 근본적으로 제거하는 방법에 대해 사용될 혼합물내에 함입시키기 위해 고려되어야 한다는 것은 놀라운 일이다. 그럼에도 불구하고 이것은 그 경우이다. 사용된 내화재 입자들은 드레싱되는 부위에 대해 몇가지 마찰 효과를 갖기에 드레싱 공정을 빠르게 한다. 물론 투사된 내화재 산화물 입자들은 내화 구조물의 표면에서 대치된 물질과 합체화되도록 용융시키거나 연화시키고, 드레싱된 내화재에 대해 표면 스킨 용착을 형성하도록 전부 제거되지 않는다.

투사된 혼합물에 대한 내화재 산화물 입자들의 선택은 드레싱되는 내화 구조물상에 남게되는 변성된 표면 스킨의 부착성과 질에 영향을 미친다. 내화 구조물과 용착의 차이가 나는 열 팽창이나 수축 때문에 기인하는 문제점들을 감소시키기 위해 용착 및 구조물은 보통 광범위하게 유사한 화학 조성물을 가지는 것이 바람직하다. 또한 이것은 용착과 구조물 사이에 화학적 상용성을 제공한다. 내화 구조물과 표면 용착의 조성물 사이에 명백하게 완전한 상응성은 용착내에 용제를 함입했기 때문에 얻어질 수 없다. 본 발명의 입자상 조성물은 다양한 내화 구조물의 조성물을 드레싱시키는데 사용될 수 있으며, 만족스러운 입자들은 알루미늄, 크롬, 마그네슘, 규소 및 지르코늄중 하나 이상의 산화물로부터 선택되는 것이 바람직하다.

다량의 용제가 사용될 필요는 없다. 용제의 최적량은, 연료의 양과 마찬가지로, 드레싱되는 구조물의 내화성과 구조물의 온도에 따라 좌우된다는 것이 밝혀졌다. 또한 필요한 만큼의 용제를 사용하는게 바람직하다. 따라서 본 출원인들은 용제가 상기 연료 입자들의 1/2 이하의 비율, 바람직하게는 상기 연료 입자의 1/3 이하의 비율로 투사된 혼합물내에 존재하는게 바람직하다는 것을 밝혀냈다.

사용될 수 있는 다양한 용제가 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 용제는 불화물을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 그러한 용제는 알칼리 금속염을 포함한다. 알칼리 금속 염중에서, 나트륨 염을 사용하면 비용때문에 바람직하다. 용제로서 더욱 효과적인 알칼리 금속염중에는 붕산염, 황산염, 탄산염 및 인산염으로부터 선택된 것이 있고, 따라서 그들의 사용은 바람직하다.

입자상 혼합물의 투사를 용이하게 하고 원하는 결과를 용이하게 얻기 위해, 용제 입자들의 평균 입자는 상기 내화재 산화물 입자들의 1/2-2배이며, 바람직하게, 용제 입자의 최소한 50중량%는 200㎛ 이하의 입도를 갖는다.

이제 본 발명의 바람직한 실시 양태는 하기 실시예에 의해서 더 자세히 기술될 것이다.

하기 설명에서, 입자의 혼합물을 투사시키는데 사용되는 장치는 모든 경우에서 영국 특허 제1,330,894호에 기술된 바와 같은 장치이다.

[실시예 1]

유리 용융 노에서, "작크" 내화재 물질의 블록은 대치된 노내로 떨어진 위험이 있다. "작크" 내화재의 적절한 조성은 10-15중량%의 실리카, 40-55중량%의 알루미나, 30-45중량%의 지르코니아이다. 물리이트(mullite)로 형성된 이웃하는 블록과 그 블록을 안전하게 하는 것이 바람직하다. 노의 부분내에 있는 벽의 정상 조작 온도는 800℃ 이하이다. 작크 블록을 안전하게 하기 위해, 카이웨이를 물리이트 블록으로 절단하고 세라믹 용접에 의해 형성된 내화재 물질로 그 키이웨이를 충전시키도록 한다. 작크 블록의 특수한 형태 때문에, 키이웨이를 그것으로 절단시킬 필요는 없다.

입자들의 혼합물이 되는 세라믹 용접 조성물은 하기와 같이 제조된다(중량부) :

Si l1

Al 9

안전화된 지르코니아 30

알파-알루미나(코란덤) 45(총 95)

규소 및 알루미나 연료 입자들의 표준 최대 입도는 45㎛ 이하이다. 규소의 평균 입도는 6㎛이다. "평균입도"라는 것은 입자 질량의 50%가 그러한 평균 입도 보다는 작은 크기가 되게 하는 크기를 말하는 것이다. 알루미늄의 평균 입도는 5㎛이다. 지르코늄의 평균 입도는 150㎛이고 알루미나의 평균 입도는 100㎛이다.

세라믹 용접 분말 조성물을 두 분량으로 나누고, 그 중 한 분량에다 용제로서 5중량%의 탄산 나트륨을 포함하도록 탄산 나트륨을 첨가한다. 이는 드레싱 분말 조성물을 형성하기 위해 행해진다. 탄산 나트륨의 평균 입도는 지르코니아의 그것과 유사하다.

드레싱 분말 조성물은 영국 특허 제1,330,894호에 기술된 바와 같이 랜스(lance)를 사용하여 시판되는 등급의 산소의 흐름내에서 드레싱될 블록에 투사된다. 용제의 존재때문에, 물리이트 내화재의 저온 조작임에도 불구하고, 물리이트 블록으로부터의 물질은 키이웨이를 형성하도록 아주 빠르게 제거될 수 있다는 것을 알았다.

원하는 절단 깊이가 되면, 렌스에 공급되는 분말 혼합물은 상기 제공된 세라믹 용접 분말 조성물로 변화된다. 이것은 물론 드레싱을 위해 사용된 것과 동일한 조성물이지만 용제를 뺀 것이다. 용제의 부재하에서, 내화 구조물로부터 물질을 더 제거하는 것이 매우 어렵다는 것을 알았다. 오히려, 응집성 용접물은 강하게 부착되어 용축되고 더이상의 작크 블록의 대치를 방지하는 키이를 형성한다. 그러한 강하게 부착되는 용접물이 용이하게 형성된다는 것은 그 용접물의 다소 고급인 내화재 조성물과 작업 부위에서의 다소 낮은 주위 온도를 고려하면 오히려 놀라운 것이다. 이 강한 부착은 부분적으로 초기 드레싱 공정에서 남겨진 용제를 포함하고 용접 공정도중에 블록과 용접물 사이에서 전이층으로 변형되어 그 사이에 결합을 촉진시키는 용접물 덩어리와 물리이트 블록 사이의 얇은 스킨의 존재로 인한 것이다.

변형된 것으로서, 용접물 키이와 작은 블록 사이의 결합은 스킨을 형성하기 위해 그위에 용제를 함유하는 블록상에서 예비 드레싱 공정에 의해 촉진된다.

전체 드레싱 및 보수 조작은 쉽게 그리고 아주 빠르게 수행될 수 있으며, 노에서의 생산에는 본질적으로 손실이 없다.

변형된 것으로서, 세라믹 용접 단계내에 사용된 분말 조성물의 부분은 또다른 코란덤 5중량부로써 보충된다.

[실시예 2]

유리 용융노의 도그 하우스 아치의 외부면을 형성하는 작크 블록은 균열이 생기고 그 작크 블록의 일부분은 떨어져 나간다. 보수를 실행하기 위해, 아치의 남아있는 표면은 실시예 1에 기술된 바와 같이 드레싱 혼합물을 사용하여 우선 드레싱된다. 드레싱 공정은 유리된 물질의 연화와 투사된 내화재 입자들로 인해 주로 기계적인 작용에 의해 아치로부터의 제거를 야기시키고 또한 그의 유동성 때문에, 남아있는 균열내로 침투하고 본질적으로 균열을 충전시킬 수 있는, 용제를 함유하는 표면 스킨의 형성도 야기시킨다. 또한 이 표면은 이후 용착되는 세라믹 용접물과 드레싱된 아치 구조 사이의 결합을 촉진시키는데 매우 효과적이다.

세라믹 용접물은 하기와 같이 제조된 분말 조성물을 투사시킴으로써 부착된다.

첫번째 혼합물은 "혼합물 A"는 87중량% 실리카, 12중량% 규소 및 1중량% 알루미늄을 함유하는 것으로 이루어진다. 규소 및 알루미늄은 실시예 1에 기술된 각각의 입도 측정을 가지고, 실리카의 평균 입도는 약 450㎛이다.

두번째 혼합물인 "혼합물 B"는 45중량% 코란덤, 43중량% 안정화된 지르코니아, 8중량% 규소 및 4중량% 알루미늄을 함유하는 것으로 이루어진다. 이들 물질들의 실시예 1에 기술된 각각의 입도 측정을 갖는다.

이들 두 혼합물 "A" 및 "B"는 드레싱된 도그 하우스 아치상에 보수 용접물을 부착시키기 위해 투사된 세라믹 용접 분말 조성물을 형성하도록 같은 중량부 부분으로 함께 섞인다.

결과의 용접물은 드레싱된 작크 블록에 아주 잘 부착된다고 한다.

실험에서, 이 실시예에서 사용된 드레싱 혼합물에 해당하는 조성물이지만 용제가 없는, 실시예 1의 세라믹 용접 혼합물은 도그 하우스 아치 구조물의 작크 블록의 예비 드레싱에 대해 매우 낮은 효율성을 가지며, 또한 유동성 없는 혼합물을 사용하여 처리된 블록상에서 직접 그 장소에 보수 용접물을 부착시키는 것은 어렵다는 것에 주의한다. 이것은 이들 블록의 낮은 조작 온도와 그들의 매우 높은 내화재 등급에서 기인한다. 이 두가지 요인들은 용착된 용접물 덩어리와 기저 내화재 구조 사이에 가장 우수한 부착성을 얻는데 필요한 바와 같이 블록 표면의 그러한 연화에 대해 작용하기 위해 병용된다. 다른 한편으로 드레싱된 블록과 용접물 사이에 있는 탁월한 부착성은 적어도 부분적으로 드레싱 조작도중에 용제가 풍부한 표면 스킨의 존재때문이며, 따라서, 스킨은 더 쉽게 연화된다. 놀랍게도, 이 스킨의 존재때문에 중간층은 예상했던것 만큼 결과의 보수로 인한 내화성에 대해 나쁜 영향을 끼치진 않는다. 스킨의 조성물은 용접물의 용착중에 개질되며 그 결과로, 보수 작업에서 용제의 농도가 함입된 내화재 물질의 연화점에 대해 뚜렷하게 불리한 효과를 갖지 않도록 감소되게 하여 용제가 내화 구조물내에서 더욱 넓게 분포된다고 한다.

[실시예 3]

실리카 블록내에서 벽의 정상 온도가 약 450℃인 노의 외부에서 균열이 생기고, 구조물의 부분들이 떨어져 나간다.

그러한 결점은 이미 공지된 어떠한 방법에 의해서는 보수되기 아주 어렵다. 그 부위는 임의로 공지된 웨트-시멘팅 기술에 대해서는 너무 뜨겁지만, 이미 공지된 세라믹 용접 기술에 대해서는 너무 차갑다.

보수 작업을 실행하기 위해, 보수 부위 주변의 벽 지역은 절연되고, 그래서 보수 주위는 약 750℃까지 가열된다. 보수 부위는 랜스를 통해 내화재 드레싱 분말을 투사시킴으로써 드레싱되고, 보수 작업은 세라믹 용접에 의해 완전해진다.

투사된 혼합물내에 존재하는 용제의 성질과 비율 때문에, 보수 부위로부터 제거되는 물질의 연화점은 내화재 블록이 형성되는 실리칸의 온도보다 낮지만 200℃ 이상이다.

이것은 내부 심부 구조를 상하지 않게 하고 그 블록으로부터 물질의 제거를 용이하게 한다.

세라믹 용접 분말을 형성하기 위해, 실시예 2의 혼합물 "A"에 부가적인 알루미늄 3부를 보충하고, 여기에 내화재 드레싱 분말을 형성하기 위해 용제로서 탄산 나트륨 5부를 더 보충한다.

보수 부위의 저온 때문에 부가적인 연료를 사용한다.

[실시예 4]

본 발명에 따르는 방법에 의해 알루미늄을 함유하는 내화 구조물을 드레싱하는데 사용되는 본 발명에 따르는 적합한 분말 혼합물은 하기와 같다 :

Si 11

Al 9

탄산나트륨 5

알파-알루미나(코란덤) 75

제공된 비율은 중량 비율이고, 다양한 성분들은 실시예 1에 기술된 각각의 입도를 갖는다.

용제가 없고, 임의로 금속성 연료를 덜 사용한 동일한 혼합물은, 본 발명에 따르는 이후의 세라믹 용접 공정에서 사용되는데 적합하다.

본 발명에 따르는 변형된 드레싱 공정에서, 탄산 나트륨은 용제로서 탄산 마그네슘이나 탄산 칼슘에 의해 대치될 수 있다.

본 발명에 따르는 또다른 변형된 방법과 조성물에서, 탄산 나트륨 용제가 붕산 나트륨, 황산 나트륨 또는 인산 나트륨에 의해 대치된다.

본 발명에 따르는 또다른 변형된 방법과 조성물에서, 분말 혼합물은 처리되고 있는 내화 구조물의 조성물을 고려하기 위해 개질된다.

Claims (9)

1. 하나 이상의 내화재 산화물을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소인 알루미늄 및 실리콘을 하나 이상 포함한 입자들(이하 "연료 입자들"이라 함)과, 알루미늄, 크롬, 마그네슘, 실리콘 및 지르코늄중 하나 이상의 산화물로부터 선택된 내화제 산화물 입자들을 포함하여 구성되는 입자들의 혼합물을 함유한 컴버런트 가스류(comburent gas stream)를 드레싱될 부위에 투사시켜 연료 입자들을 연소시키거나 연소되게 하며, 상기 혼합물은 붕산염, 황산염, 탄산염 및 인산염에서 선택되는 최소한 하나의 알칼리 금속염 또는 불화물 또는 이들 양자로 구성되는 용제(fluxing agent)를 더욱 함입하여 그 용제의 용융 작용은 연료 입자들의 연소에 의해 방출된 열에 의해, 내화 구조물이 충돌류(impinging stream)의 기계적인 작용에 의하여 그 물질의 대치나 제거에 의해 드레싱될 정도로 연화되게 하는 것을 특징으로 하는, 내화 구조물의 드레싱 방법.
2. 하나 이상의 내화재 산화물을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소를 하나 이상 포함한 입자들(이하 "연료 입자들"이라 함)과 내화재 산화물 입자들을 포함하여 구성되는 입자들의 혼합물을 함유한 컴버런트 가수류를 용접 부위에 대해 투사시켜 연료 입자들을 연소시키거나 연소되게 하여 응집성 내화제가 내화 구조물에 부착되어 형성될 수 있도록 적어도 내화 산화물 입자들의 표면을 용융시키거나 연화시키므로써 응집성 내화재가 용접 부위에서 내화 구조물에 부착되어 형성되는 세라믹 용접 방법에 있어서, 예비처리 단계중, 용접 부위가 제1항에 따른 내화 구조물의 드레싱 방법에 의해 드레싱되는 것을 특징으로 하는 세라믹 용접 방법.
3. 내화재 산화물을 형성하기 위해 산화될 수 있는 원소를 하나 이상 포함한 입자들(이하 "연료 입자들"이라 함)과 내화재 산화물 입자들을 포함하여 구성되며, 상기 혼합물이 용제로서 알칼리 금속염을 더욱 함입하고, 그의 용융 작용은, 혼합물이 컴버런트 가스류에 투사되어 연료 입자들이 연소될때, 내화 구조물이 충돌류(impinging stream)의 기계적 작용에 의하여 그 물질의 대치나 제거에 의해 드레싱될 정도로 연화되게 하는, 제1항에 따르는 내화 구조물의 드레싱 방법에 사용하기에 적합한 입자상 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 연료 입자들이 투사된 입자들의 혼합물의 30중량% 이하의 비율로 존재하는 조성물.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 연료 입자들이 투사된 입자들의 혼합물의 8중량% 이상의 비율로 존재하는 조성물.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 용제가 상기 연료 입자들의 1/2 이하의 중량 비율로 투사된 혼합물 내에 존재하는 조성물.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 용제가 최소한 하나의 나트륨 염을 포함하는 조성물.
8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 용제가 불화물을 포함하는 조성물.
9. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 용제가 붕산염, 황산염, 탄산염 및 인산염에서 선택된 최소한 하나의 알칼리 금속염을 포함하는 조성물.