KR20010052584A

KR20010052584A - 내화성 절연 물질

Info

Publication number: KR20010052584A
Application number: KR1020007013764A
Authority: KR
Inventors: 브랑드길베르
Original assignee: 도널드 엠 새티나; 비수비우스 크루서블 컴패니
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2001-06-25
Also published as: EP1089954A1; EP1089954B1; CN1143838C; AR021456A1; CN1305442A; ATE204837T1; DE69900251T2; WO1999065842A1; US6380114B1; AU4124999A; DE69900251D1; MXPA00012503A; JP2002518284A; CA2334725A1; FR2779716B1; CZ20004626A3; AU749004B2; TW562789B; RU2213714C2; FR2779716A1

Abstract

본 발명은 20 중량% 내지 80 중량%의 세라믹 매트릭스, 5 중량% 내지 40 중량%의 절연 미소구, 0.5 중량% 내지 15 중량%의 1 종 이상의 결합제, 및 0∼5 중량%의 물을 포함하는 내화성 절연 물질에 관한 것이다. 상기 세라믹 매트릭스는 유리질 입자, 특히 분사 실리카를 포함한다. 또한, 상기 세라믹 매트릭스는 0.5 중량% 내지 4 중량%의 해교제 및 0.5 중량% 내지 4 중량%의 콜로이드 실리카를 포함한다. 상기 절연 미소구는 실리카 및 알루미나를 주성분으로 하는 물질로 구성된 중공형 구이다. 이들은 55 중량% 내지 65 중량%의 실리카와 27 중량% 내지 33 중량%의 알루미나를 포함한다.

Description

내화성 절연 물질{INSULATING REFRACTORY MATERIAL}

예를 들어, 내화성 물질 성분은 강철의 연속 성형 시, 각종 컨테이너 사이, 특히 레이들 및 분배기와 연속 성형 금형 사이에서 용융된 강철을 전달하는 데 사용된다. 이들 성분은 예열 효율을 향상시키기 위해(이들 성분을 예열시키는 경우), 탭홀의 내벽 상에서 강철의 고화를 방지하기 위해, 분배기에 사용되는 성분들을 붓는 경우, 성형 성분과 금형 벽간의 가교를 방지하기 위해 열적으로 보다 큰 절연성을 가져야 한다.

또다른 예에 따르면, 분배기 마개봉의 예열 효율을 향상시키기 위해, 상기 마개 봉 상에 고정되어 버너의 열을 보유시키는 내화성 절연 물질로 구성된 슬리브를 사용한다.

내화성 절연 물질로는 세라믹 섬유가 함침된 종이 시트 또는 매트를 사용하는 것이 관례적이다. 이 물질은 우수한 열 절연 성질을 보장하나, 몇가지 단점을 가진다.

세라믹 종이를 배치하는 경우에는 절단, 배치 및 접착 작업을 필요로 하는데, 이들 작업은 길고 복잡하다. 또한, 세라믹 종이로 구성된 시트 또는 판의 조작 시에는 발암성 세라믹 섬유가 배출될 수 있으며, 이를 작업자가 흡입할 수 있다.

또한, 강철 성형 성분을 위한 내화성 절연 코팅은 공지되어 있다(EP 0 296 981). 이 코팅은 융합된 실리카, 알루미나 또는 지르코니아 분말 및 알루미나 비드, 알루미나 실리카, 지르코니아, 이산화티탄 또는 크롬-알루미나로 구성된 섬유의 세라믹 원료, 또는 심지어 알루미나 또는 지르코니아 비드 등의 미분 성분을 30 중량% 내지 85 중량%로 함유하는 수성 현탁액 조성물로 제조된다. 또한, 이 조성물은 나트륨 헥사메타포스페이트 또는 규산나트륨 등의 결합제 7 중량% 이하와, 유리 형성 프릿 40 중량% 이하로 구성된다.

그러한 코팅은 세라믹 섬유가 함침된 세라믹 종이판의 단점 중 몇개를 해소한 것이다. 특히, 많은 작업을 필요로 하지 않기 때문에 설치가 보다 급속히 이루어진다. 또한, 작업자의 건강에 위험한 세라믹 섬유의 존재를 피할 수 있다. 그러나, 특정의 단점이 있다. 첫째, 다공성이 낮기 때문에(약 20%), 열 절연 특성이 그다지 양호하지 못하다. 또한, 그 기공이 실질적으로 개방되어 있어, 밀폐된 기공보다 열 절연 특성 면에서 덜 바람직하다. 또한, 성형체 상에 코팅을 상당한 두께로 침착시키기가 어렵다. 코팅의 두께를 증가시키기 위해서는 상기 성분들을 코팅하기 전에 예열시킬 필요가 있으므로, 추가 단계가 필요하며 비용이 추가된다. 또한, 코팅의 외표면이 평활하고 불투성이기 때문에 제2층이 양호하게 접착할 수 없으므로, 제1층의 침착 후 제2층을 침착시키는 것이 불가능하다.

산업 분야, 특히 야금학 분야에서는 열 손실을 줄이고 에너지를 절약하기 위해 내화성 절연 물질을 사용한다. 또한, 이들 물질은 물품을 코팅하는 데에도 사용할 수 있다. 또한, 이들 물질은 그 자체 내부의 절연 성분을 제조하는 데에도 사용할 수 있다. 또한, 이들 물질은 절연 단위를 형성하는 데 있어 수 개가 사용되는 패널 또는 브릭 등의 부재를 제조하는 데에도 사용할 수 있다.

본 발명의 목적은 이들 단점을 해소하는 내화성 절연 물질을 제공하는 것이다. 이 내화성 절연 물질은 세라믹 매트릭스 20∼80 중량%, 절연 미소구 5∼40 중량%, 1종 이상의 결합제 0.5∼15 중량%, 및 물 5 중량% 이하로 구성된다. 상기 매트릭스는 유리질 입자, 특히 실리카, 바람직하게는 분사 실리카로 구성된 매트릭스일 수 있으며, 또한 알루미나 또는 마그네시아 등의 비유리질 입자를 포함할 수도 있다. 상기 매트릭스는 비유리질 입자로 구성된 매트릭스를 30 중량% 이상 포함하지 않는 것이 바람직하다.

미국 특허 제4,874,726호에는 높은 내마모성 및 비교적 낮은 열전도성을 가진 내화성 물질이 개시되어 있다. 이 물질은 유리질 실리카 40 중량% 내지 95 중량%, 하소된 내화성 응집물 25 중량% 이하, 그리고 잔량의 알루미늄산칼슘을 포함한다. 상기 내화성 물질은 상기 혼합물 100부 당 알루미나-실리카계 미소구를 3 중량% 내지 15 중량% 더 포함한다. 성형 또는 거닝(gunning)을 통해 내화성 조각을 형성시키기 위한 용도의 상기 조성물은, 적당량의 물과 혼합했을 때 점도가 약 4 Pa.s 내지 약 6 Pa.s이다. 이러한 극히 낮은 점도는 성형 조작에 의해 내화성 조각을 형성시키는 데 있어 보편적인 것이나, 코팅을 침지 방식으로 형성시키는 경우에는 적합하지 않다.

또한, 이 물질은 4 중량% 이하의 해교제와 20 중량% 이하의 콜로이드 실리카를 함유할 수 있다. 이 물질은 해교제 0.5 중량% 내지 4 중량%와 콜로이드 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.

절연 미소구는 실리카 및 알루미나를 주성분으로 하는 물질로 구성된 중공형 구일 수도 있다. 이 물질은 실리카 55 중량% 내지 65 중량%와 알루미나 27 중량% 내지 33 중량%를 함유한다. 본 발명의 내화성 물질의 제조시 사용되는 수성 조성물(즉, 슬립)에 부여해야 하는 본 발명의 결합제의 주요 특성은, 상기 슬립 내에 내화성 조각을 침지시킴으로써 코팅을 형성시키는 데 적합할 정도의 점도를 갖는다는 점이다. 규칙적이고 균질한 코팅의 형성은 대개 슬립의 점도에 따라 좌우된다. 적당한 점도는 통상 8 Pa.s 이상이며, 10 Pa.s 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 결합제는 카올리나이트 유형의 점토 및 다당류(예, 덱스트린) 등의 유기 결합제이다.

이들 결합제는 전술한 요건을 완전히 충족시키는 점도를 상기 수성 조성물에 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 절연 물질로 코팅된 내화성 물질체를 가진 부재, 특히 강철 성형을 위한 부재에 관한 것이다. 또한, 상기 부재는 본 발명의 물질로 부분 제조된 합성 조각일 수 있다. 이 부재는 단일 조작에 의해 제조(예, 성형)될 수 있거나, 또는 몇개의 조각을 합체시켜 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 절연 코팅을 실시하거나 또는 절연 조각을 제조하기 위한 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

이 방법에 따르면,

1종 이상의 결합제를 다량의 물에 용해시키고,

해교제를 첨가하며,

상기 용액을 교반하면서 분사 유리질 실리카 입자를 첨가하여, 상기 실리카 입자를 수화시켜 슬립을 형성시키고,

상기 슬립이 균질한 상태로 유지되도록 교반하면서 절연 물질의 미소구를 첨가한다.

본 발명의 방법의 바람직한 변형예에서, 콜로이드 실리카는 해교제를 첨가한 후에 첨가한다.

상기 물질을 제조하는 데 사용되는 조성물은 분사 유리질 실리카 입자 20 중량% 내지 70 중량%, 절연 미소구 5 중량% 내지 40 중량%, 1종 이상의 결합제 0.5 중량% 내지 20 중량%, 및 물 5 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 슬립일 수 있다. 상기 조성물은 4 중량% 이하의 해교제 및 10 중량% 이하의 콜로이드 실리카를 더 함유할 수도 있다. 상기 조성물은 0.5 중량% 내지 4 중량%의 해교제 및 0.5 중량% 내지 10 중량%의 콜로이드 실리카를 더 함유하는 것이 바람직하다. 그러한 조성물은 점도가 9 Pa.s 내지 12 Pa.s이다.

또한, 본 발명은 절연 코팅을 가진 내화성 부재에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 용융된 금속, 특히 강철의 성형에 사용되는 내화성 물질 조각을 본 발명의 조성물로 코팅하는 방법에 관한 것이다.

이 방법에 따르면,

내화성 물질 조각을 1분 미만의 시간 동안 전술한 조성물 내에 상온에서 침지시키고,

개방된 공기 중에서 2 시간 내지 4 시간 동안 건조시킨다.

본 발명의 방법을 이용하여 다음과 같이 몇개의 층을 제조할 수도 있다.

슬립의 제1층을 제1 침지에 의해 상기 내화성 물질 조각 상에 침착시키고,

상기 조각을 개방된 공기 중에서 45 분 내지 2 시간 동안 건조시키며,

상기 조각 상에 슬립의 제2층을 제2 침지를 통해 침착시키고,

상기 내화성 물질 조각을 개방 공기 중에서 2 시간 내지 4 시간 동안 건조시킨다.

본 발명의 물질은 여러 이점을 가진다.

종이 및 세라믹 섬유 매트보다 도포하기가 용이하다. 또한, 건강에 위험한 섬유를 형성시키지 않는다.

종래 공지된 코팅에 비해, 다공성이 보다 크고, 절연 미소구에 의해 제공되는 폐쇄된 기공 부분이 상당히 많기 때문에 열 절연성이 보다 우수하다. 또한, 슬립의 특정 점도로 인해, 절연 특성이 손상되는 일이 없이 내화성 물질 조각 상에 보다 두꺼운 두께로 코팅을 침착시킬 수 있기 때문에 열절연 특성이 개선된다. 이 두께는 1층이 최대 4 mm일 수 있고, 2층이 최대 7 mm일 수 있다. 최종적으로, 이 물질로 완전 또는 부분 구성된 절연 조각을 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 특성 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 실시예를 통해 보다 명백히 알 수 있을 것이다.

실시예 1

알루미나 흑연 처리된 신장형 몸체로 구성된 노즐 등의 강철 성형 부재를 내화성 절연 물질 코팅으로 코팅하였다. 이러한 용도로, 상기 부재를 침지시키기 위한 슬립을 제조하였다. 이 슬립을 제조하기 위해, 유기 결합제(예, 덱스트린)를 적당량의 물에 용해시켰다. 덱스트린은 낮은 기계적 강도를 제공하는 다당류이다. 이것은 또한 점증제로 작용하기도 한다. 이것은 상기 부재의 예열 중에 제거된다.

이어서, 제2 결합제, 예를 들어 카올리나이트 유형의 점토를 첨가하였다. 점토는 절연 미소구 및 분사 실리카 입자를 현탁시키기 위한 제제이다. 이것은 낮은 응집력에 기여한다. 균질성을 보장하고, 특히 점토의 경우 이것을 완전히 수화시켜 응집체로 응집되는 것을 방지하기 위해서는, 덱스트린 및 점토의 첨가 중에 상기 조성물을 연속적으로 교반하는 것이 필요하다. 이 교반은 바람직하게는 유성형 믹서, 예를 들어 COUVROT-LAINE 브랜드 중 하나를 사용하여 수행한다. 이어서, 독일 회사인 침머 앤드 슈바츠(ZSCHIMMER ＆ SCHWARZ)에서 상표명 DOLAPIX CE64로 시판되는 유형의 해교제를 첨가하였다. DOLAPIX는 특히 세라믹 산화물, 스테아타이트 등의 해교 등에 사용되는, 알칼리를 함유하지 않고 카르복실산을 주성분으로 하는 세라믹 물질 및 원료를 위한 분산제/해교제이다. 콜로이드 실리카는 30%의 콜로이드 실리카를 함유하는 용액 형태로 첨가하고, 분사 실리카 입자를 주입하였다. 이들 입자는 기류 중에서 실리카 슬립을 분쇄시켜 얻었다. 대기 하에 현탁액 중의 액적은 직경이 50 ㎛ 내지 1.5 mm이었다. 뜨거운 기류 중에서 물을 제거함으로써, 다소 완전한 실리카 미소구를 얻었다.

최종적으로, 예를 들어 크기가 5 ㎛ 내지 500 ㎛인 알루미늄 실리케이트로 구성된 절연 미소구를 첨가하였다. 이들 미소구는 매우 경량이었다. 이들을 포함하는 물질의 고유 밀도는 2.7∼2.8 g/㎤이나, 이들 미소구는 중공형이므로, 미소구의 겉보기 밀도는 0.6∼0.8 g/㎤에 불과하다. 따라서, 이들 미소구는 매우 양호한 열 절연을 보장해준다. 전술한 바와 같이, 각 성분을 연속 첨가하는 중에 조성물을 연속 교반해줄 필요가 있다는 것은 말할 필요도 없다.

점도가 12 Pa.s인 본 발명의 조성물은 임의의 적당한 방법, 예를 들어 스퍼터링을 통해 상기 조각 상에 침착시킬 수 있다. 그러나, 코팅의 도포는 침지를 통해 실시하는 것이 바람직하다.

상기 조각은 비교적 상당한 수준일 수 있는 속도(수 m/분)로 상기 조성물에 침지시켰다. 상기 조각은 1 분 미만(예, 30 분) 동안 침지 상태로 유지시켰다. 상기 조각을 조로부터 빼내고, 이때 빼내는 속도는 비교적 느리게, 예를 들어 3 m/분 미만으로 해야 한다. 이어서, 상기 조각을 1 분 미만 동안, 예를 들어 30 초 동안 조 위로 빼낸 후, 공기 중에서 건조시킨다. 하나의 층만을 도포하는 경우에는, 개방 공기 중에서의 건조 시간이 2 시간 내지 4 시간이 된다. 2층 이상을 도포하는 경우에는, 다음 층의 도포 이전 공기 중에서의 건조 시간이 보다 짧은데, 예를 들면 45 분 내지 2 시간이다. 최종적으로, 마지막 층은 단일층 코팅의 경우와 같이 2 시간 내지 4 시간 동안 건조시킨다. 이어서, 상기 조각을 120℃의 항온 하의 로 내에서 1 시간 동안 완전히 건조시킬 수 있다.

조성예

물 20.0%

덱스트린 3.2%

콜로이드 실리카 1.0%

Dolapix CE64 2.0%

Fillite SG 500 10.0%

점토(HYMOD RF CLAY) 4.6%

분사 유리질 실리카 입자 59.2%

상기 조성물로부터 얻은 코팅의 화학 조성은 다음과 같았다.

성분	중량%
SiO₂Al₂O₃TiO₂Fe₂O₃CaOMgONa₂OK₂O연소 손실	91.946.320.110.620.020.030.020.130.56

얻어진 코팅의 밀도는 1.1 미만이고, 비중은 1.5∼2 g/㎤이며, 다공성은 40% 내지 55%이다.

실시예 2

턴디쉬 마개 봉을 위해 예열 슬리브를 제조하였다. 이 슬리브는 마개 봉의 외경 상에 고정되는 원통형 부와, 분배기의 탭홀을 완전히 덮는 플레어형 내장부를 갖는다. 이 슬리브는 본 발명의 내화성 절연 물질의 슬립을 플라스터 금형 내에 부어 제조하였다.

실시예 3

유리 산업 분야를 위해 주입구 커버판을 제조하였다. 이 판은 두께가 50 mm인 평행 육면체이다. 이 판은 본 발명의 내화성 절연 물질을 플라스터 금형 내에 부어 제조하였다.

Claims

20 중량% 내지 80 중량%의 세라믹 매트릭스,

5 중량% 내지 40 중량%의 절연 미소구,

0.5 중량% 내지 15 중량%의 1 종 이상의 결합제, 및

5 중량% 이하의 물

을 포함하는 내화성 절연 물질로서,

상기 1 종 이상의 결합제는 상기 내화성 절연 물질을 제조하는 데 사용되는 조성물에 8 Pa.s 이상의 점도를 제공하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항에 있어서, 세라믹 매트릭스는 유리질 입자를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제2항에 있어서, 유리질 입자는 실리카 입자, 특히 분사 실리카를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 4 중량% 이하의 해교제를 더 포함하는 것이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 20 중량% 이하의 콜로이드 실리카를 더 포함하는 것이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 절연 미소구는 실리카 및 알루미나를 포함하는 물질로 구성된 중공형 미소구를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제6항에 있어서, 실리카 및 알루미나를 포함하는 상기 물질은 55 중량% 내지 65 중량%의 실리카와 27 중량% 내지 33 중량%의 알루미나를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1 종 이상의 결합제는 유기 결합제를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제8항에 있어서, 상기 유기 결합제는 덱스트린을 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1 종 이상의 결합제는 카올리나이트 유형의 점토를 포함하는 것임이 특징인 내화성 절연 물질.
내화성 절연 물질체를 가지는 특히 용융된 금속의 성형 조각에 있어서, 상기 내화성 절연 물질체가 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 내화성 절연 물질의 코팅을 가지는 것임이 특징인 특히 용융된 금속의 성형 조각.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 내화성 절연 물질로 완전 또는 부분 제조되는 것이 특징인 특히 용융된 금속의 성형 조각.
강철의 성형에 사용되는 내화성 물질로 된 물품의 코팅을 위한 조성물의 제조 방법에 있어서,

1 종 이상의 결합제를 다량의 물에 용해시키고,

상기 용액을 교반하면서 바람직하게는 분사 유리질 실리카 입자를 첨가하여, 이들 입자를 수화시켜 슬립을 형성시키며,

상기 슬립을 계속 교반하여 균질화시키면서 절연 물질의 미소구를 첨가하는데, 이때 상기 결합제는 상기 슬립에 8 Pa.s 이상의 점도를 제공하는 것임이 특징인 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 1 종 이상의 결합제를 첨가한 후에 해교제를 첨가하는 것이 특징인 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 유리질 실리카를 첨가하기 전에 콜로이드 실리카를 첨가하는 것이 특징인 방법.
용융된 금속의 성형시 사용되는 내화성 물질로 된 물품을 코팅하는 방법에 있어서,

상기 물품을 실온 하에 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 조성물에 1 분 미만 동안 침지시키고,

개방 공기 중에서 2 시간 내지 4 시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

슬립의 제1층을 제1 침지를 통해 물품 상에 침착시키고,

상기 물품을 45 분 내지 2 시간 동안 개방 공기 중에서 건조시키며,

슬립의 제2층을 제2 침지를 통해 상기 물품 상에 침착시키고,

상기 물품을 2 시간 내지 4 시간 동안 개방 공기 중에서 건조시키는 것이 특징인 방법.
20 중량% 내지 70 중량%의 세라믹 성분,

5 중량% 내지 40 중량%의 절연 미소구,

0.5 중량% 내지 20 중량%의 1 종 이상의 결합제, 및

5 중량% 내지 25 중량%의 물

을 포함하고,

점도가 8 Pa.s 이상인 것인, 내화성 절연 물질을 제조하기 위한 수성 조성물.
제18항에 있어서, 상기 세라믹 성분은 유리질 실리카, 바람직하게는 분사 실리카의 입자를 포함하는 것임이 특징인 수성 조성물,
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 1 종 이상의 결합제는 유기 결합제를 포함하는 것임이 특징인 수성 조성물.
제20항에 있어서, 유기 결합제는 다당류를 포함하는 것임이 특징인 수성 조성물.
제18항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1 종 이상의 결합제는 카올리나이트 유형의 점토를 포함하는 것임이 특징인 수성 조성물.