KR970010304B1 - 유리제조로 열간보수용 화염용사재료 - Google Patents

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Description

유리제조로 열간보수용 화염용사재료

본 발명은 유리제조로 내화물의 열간보수에 사용되는 화염 용사재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리제조로의 수명을 향상시킬 수 있는 화염용사재료에 관한 것이다.

일반적으로 유리제조로에 사용되고 있는 각종 내화물은 계속적인 가열과 용융된 유리제조원료 및 유리제조시 발생되는 침식가스등으로 인하여 내화물의 손상이 크다. 특히, 유리제조로의 천정부위 및 벽체와 천정이 교차하는 부위의 침식이 심하여 그 손상의 정도가 크다.

이와 같이 손상된 내화물을 보수하기 위한 용사 보수작업은 작업자의 수작업에 의해 다음과 같이 행해진다.

먼저 적당한 용융성을 가지며 부착력 및 내침식성이 우수한 용사재료를 질소가스를 이용하여 용사랜스로 이송시킨 다음, 산소와 함께 용사랜스를 통해 로내로 수송하여 손상부위에 분사하면, 이와 동시에 로내열에 의해 용사재료가 착화 용융되어 손상부위를 보수하게 된다.

이상과 같은 방법으로 노내 내화물의 손상부위를 열간에서 화염용사 보수할 경우에는 용융성 및 부착력이 양호하고 내침식성이 우수한 용사재료가 요구된다.

종래 이러한 조건을 만족하기 위해 여러 용사재료들이 제안되었으며, 그중 대표적인 것으로는 일본특공소 61-4790호 및 특개평 5-201772호를 들 수 있다.

일본특공소 61-4790호는 SiO₂-Al₂O₃-MgO계 저팽창성 화염용사재료에 관한 것으로, SiO₂: 45-70중량%, Al₂O₃: 15-40중량%, MgO : 10-25중량% 및 기타 불가피한 불순물 : 5중량% 이하로 조성된 것이다. 이와 같이 조성되는 상기 일본특공소 61-4790호의 용사재료는 열간선팽창율이 적어 저팽창성면에서는 잇점이 있으나, 용사재료에 다량함유되어 있는 Al₂O₃성분에 의한 금속 알루미늄 성분이, 유리제품의 원료성분을 유리제조로에서 용해하여 제품으로 제조시 유리제품의 가장 결점인 기포현상을 발생시키는 문제점이 있다.

일본특개평 5-201722호는 표면상에 결합된 내화물체를 형성하기 위한 혼합물 및 방법에 관한 것으로, 이 방법에 있어서는 SiO₂의 함량이 80중량% 이하이기 때문에, SiO₂함량이 93중량%이상인 유리제조로의 내장내화물과는 화학상 조성이 달라 열간 선팽창의 차이가 발생하며, 그 결과 보수시공된 내화물의 내수명성을 기대하기 힘든 단점이 있다.

따라서 이러한 단점을 해결하고자 본 출원인은 대한민국 특허출원 제94-16587호(발명의 명칭 : 산업로 열간보수용 화염용사재료)를 제안한 바 있다. 그러나 이 재료는 유리제조로내의 내화연와의 손상부위를 보수시 용사재료를 프로판가스 원료를 사용하여 용융접착 시키게 되는데, 이렇게 하면 용사재료 중 그 함량이 3.0∼5.0중량%인 Al₂O₃성분의 일부가 환원되어 Al금속으로 유리되며, 그 결과 유리된 Al금속이 용융 유리원료에 투입되므로서 기포현상을 일으켜, 광학제품 및 TV브라운관등 생산제품에 치명적인 결점을 발생시키는 문제점이 있다.

이에, 본출원인은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명은 제안하게 된 것으로, 본 발명은 화염용사재료의 성분을 조성하므로서 손상내화물의 열간용사 보수작업시 부착성 및 보수시공후 내수명성이 우수한 화염 용사재료를 제공함에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 중량%로, SiO₂: 85-96%, Al₂O₃: 1.0-3.0%, CaO : 0.5-2.0%, Fe₂O₃: 0.5-1.0% 및 잔부 : 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 입경이 1.0mm이하인 유리제조로 열간 보수용 화염용사재료에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 손상내화물의 열간용사 보수작업시 부착성 및 보수시공후의 내수명성을 향상시키기 위하여 용사재료를 상기한 바와 같이, 중량%로, SiO₂: 85-96%, Al₂O₃: 1.0-3.0%, CaO : 0.5-2.0%, Fe₂O₃: 0.5-1.0% 및 나머지 기타 불가피한 불순물로 조성하고, 그 입경을 1.0mm이하로 함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

SiO₂는 화염용사재료의 주성분으로서, 그 함량이 85% 미만일 경우에는 SiO₂양의 부족으로 내화도가 1400-1500℃정도의 저용융점의 시공체를 만들고 비정질상으로 되며 모재인 규석 내화물과의 이질적인 상변화를 일으키며, 96%를 초과할 경우에는 1700℃정도의 고용융점의 시공체가 생성될 뿐만 아니라 손상 모재와 이질적인 성분이 되며 부착량도 좋지 못하기 때문이다.

Al₂O₃는 시공체를 저융점화시키는 성분으로서, 그 함량이 3.0%를 초과할 경우에는 시공체의 융점 및 내화도가 낮아져서 내식성 및 내마모성이 떨어지므로 Al₂O₃의 성분함량은 적을수록 바람직하나 용사재료의 원료구성성분상 1.0% 이하로 하는 것은 제조비용의 상승을 초래하므로 Al₂O₃의 함량은 1.0-3.0%로 제한함이 바람직하다.

CaO는 용사재 중 SiO₂상이 트리디마이트(tridymite)에서 크리스토발라이트(Crystobalite)로 전이하는 것을 촉진시키는 알카리류의 결정촉매제로서 역활을 하게 되는데, 그 함유량이 0.5% 이하로 되거나, 2% 이상이 되면 상기 SiO₂상전이가 미흡하여 내마모성 및 열팽창성이 떨어지므로 상기 CaO의 함유량은 0.5-2.0%로 제한함이 바람직하다.

Fe₂O₃는 상기 CaO의 경우와 마찬가지로 SiO₂가 크리스토발라이트로 변태하는 정도를 강하게 하는 촉진제 역활을 하며, 이때 Fe₂O₃의 함유량은 1.0% 이하로 함유시키면 충분하며, 보다 바람직하게는 0.5-1.0%로 하는 것이다.

상기한 조성을 갖도록 한 본 발명의 용사재 입도는 1.0mm 이하로 함이 바람직한데, 그 이유는 용사재 입자크기가 1.0mm이상일 경우 산소와 함께 배출되는 용사랜스의 노즐을 메워 작업성이 어려우며 화염용사중 완전히 용해되지 않아 손상 내화연와의 부착율이 저하되고 그에 따라 작업성이 저하되기 때문이다.

또한, 상기 용사재 분발은 1.0-0.005mm의 입경을 갖는 입자가 80% 이상되도록 함이 더욱 바람직한데, 그 이유는 0.005mm 미만의 입자 분말이 20% 이상일 경우 연소가스에 의해 입자가 비산되어 유리제품에 악영향을 미치고 분진공해를 일으켜 작업성이 떨어지며 용사재료 자체의 손실이 많아 비경제적이기 때문이다.

이러한 본 발명의 화염용사재료는 용사랜스 선단에서 분사됨과 동시에 용사재료의 Al₂O₃성분중에 함유된 금속 알루미늄의 산화반응(2Al+2₃O₂→Al₂O₃+408Kcal)에 의한 산화열에 의해 용융상태로되어 손상내화연와 부위에 부착되고, 로벽상에 크리스토발라이트 상의 안정한 SiO₂상 형태를 갖는 피막을 형성하게 된다.

즉, 이 크리스토발라이트상은 유리제조로의 내화연와의 열간선팽창율과 거의 같으므로 가열, 냉각과정이 반복되어도 온도변화에 강하여 부착부의 내스플링성도 향상되는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 용사재료는 유리제조로의 내와연와와 같은 열간 선팽창율 및 내스풀링성을 갖는 크리스토발라이트상의 생성에 기초로하고 있기 때문에 본 발명에 따른 조성범위를 벗어나게 되면 비결정질이 많이 생성되어 열변화의 저항성이 저하되어 내마모성이 떨어지게 되는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 화학조성을 갖는 용사재료를, LPG를 사용하여 800℃로 승온시킨 용량 3㎥의 간이로(Shuttle Kiln)의 내부 실리카질 연와의 벽면에, 캐리어 가스인 질소 및 산소와 용사랜스를 이용하여 용사보수 작업을 실시한 후, 시공체의 진비중, 기공율, 압축강도 및 내화도를 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이때, 용사재료는 그 입경이 1.0mm이하인 분말이 80중량% 이상인 용사재료를 사용하였으며, 용사랜스 노즐의 화염거리는 벽제로부터 100mm 이내로 유지하였다. 또한 산소가스의 압력 및 유량은 각각 5.0kg/㎠, 25N㎥/HR이었으며, 질소가스의 압력 및 유량은 각각 5.0kg/㎠, 4.8N㎥/HR이었으며, 용사재료의 용사량은 50-60kg/HR이었다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 화염 용사재료 조성범위를 만족하는 발명예(1-4)의 경우에는 본 발명의 범위를 못하는 비교예(5,6)의 경우에 비하여 기공율, 압축강도 및 내화도가 보다 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 화염용사재료를 사용하여 손상내화물을 용사 보수할 경우, 용사재료의 용융상태가 양호하여 부착성이 우수할 뿐만 아니라 용사시공체의 기포현상이 전혀 없고 실리카질 연와와 동등한 시공체를 형성하여 노내 내화물의 수명을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 중량%으로 SiO₂: 85-96%, Al₂O₃: 1.0-3.0%, CaO : 0.5-2.0%, Fe₂O₃: 0.5-1.0% 및 나머지 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 입경이 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 유리제조로 열간보수용 화염용사재료.
2. 제1항에 있어서, 용사재료는 입경이 0.005-1.0mm의 것이 80중량% 이상의 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 유리제조로 열간보수용 화염용사재료.