압입재

압입재{Gunning mass}

본 발명은 코크스로 등의 요로에 적용되는 압입재에 관한 것이다.

압입재가 적용되는 요로의 일례인 코크스로의 일반적인 구성을 도 1에 나타낸다. 코크스로에서는 병설된 다수의 탄화실(1) 내에 석탄을 장입하고, 이 석탄을 연소실(2)로부터의 열에 의해 건류하여 코크스를 제조한다. 그리고, 제조된 코크스는 탄화실의 로 덮개(3)를 벗기고 각 탄화실 사이를 이동하는 압출기에 의해 탄화실 내에서 외부로 밀려나온다.

이러한 코크스로에서 경년열화에 의해 내화 벽돌을 누르고 있는 금속제의 프로텍터(4)나 내화 벽돌에 손상이나 변형이 발생하여 탄화실(1) 내의 밀폐성을 유지할 수 없게 되면 도 1 중 화살표로 나타내는 바와 같이 로내 가스가 밖으로 새어 연소하여 프로텍터(4)를 손상시키는 악순환을 일으킨다. 또한, 탄화실 내의 압력이 부압(負壓)이 된 경우는 탄화실 내에 대기가 빨려들어가고, 이 대기에 의해 내화 벽돌이 냉각되어 열 스폴링에 의해 내화 벽돌이 손상된다. 내화 벽돌이 손상되면 손상부에 탄화실 내의 코크스가 맞물려 들어가 압출기에 의한 압출시에 막힘이 발생한다. 막힘이 발생하면 내화 벽돌에 맞물려 들어간 코크스를 제거하는 작업이 발생하여 코크스로의 가동이 정지된다. 따라서, 로내 가스가 코크스로의 밖으로 새지 않도록 할 필요가 있다.

그래서, 로내 가스가 코크스로의 밖으로 새지 않도록 하기 위해 압입재를 내화 벽돌과 프로텍터 사이의 간극에 압입하는 작업이 이루어지고 있다. 즉, 압입재를 간극에 충전하여 그 간극을 밀봉하고자 하는 것이다.

이 간극의 밀봉성을 향상시키기 위해 종래 압입재의 유동성을 향상시키는 시도가 이루어졌다. 예를 들어 특허문헌 1에는 압입재에 중공(中空) 구형 알루미나를 배합함으로써 유동성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 압입재의 유동성을 향상시키는 것만으로는 밀봉성 향상에는 한계가 있다. 즉, 상술한 코크스로의 요구(窯口)와 같이 협소하고 복잡 형상의 간극의 경우 아무래도 미충전부가 발생하기 쉽고, 또한 압입재는 시공 후 탈수 등에 의해 수축되기 때문이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 요로에서의 간극의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 압입재를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 압입재에 시공시에서의 현저한 부피 팽창성을 부여한 것이다. 즉, 본 발명의 하나의 관점에 의하면 요로에 적용되는 압입재로서, 80℃~500℃의 분위기 온도 환경 하에서 가열하였을 때에 가열 전보다 1.3배 이상의 부피 팽창을 수반하는 압입재가 제공된다.

본 발명의 압입재는 요로에서의 시공시 온도인 80℃~500℃의 분위기 온도 환경 하에서 가열하였을 때에 가열 전보다 1.3배 이상의 부피 팽창을 수반하기 때문에 탈수 등에 의한 압입재 수축이나 압입재의 미충전부를 보충하는 것이 가능해지고 요로에서의 간극의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 코크스로의 일반적인 구성을 나타내는 횡단면도이다.

본 발명의 압입재는 80℃~500℃의 분위기 온도 환경 하에서 가열하였을 때에 가열 전보다 1.3배 이상의 부피 팽창을 수반하는 것을 특징으로 한다. 이 부피 팽창성(부피 팽창률)은 압입재에 80℃~500℃에서 팽창하는 물질을 내포한 열팽창체를 배합함으로써 얻을 수 있다. 열팽창체는 액화 가스를 내포한 열가소성 플라스틱체이다. 즉, 상온 상압 하에서 액체 상태의 액화 가스가 80℃~500℃로 가열되면 기화하여 급격하게 팽창한다. 이에 의해 가열 전보다 1.3배 이상이라는 부피 팽창률을 얻을 수 있다. 또, 부피 팽창률의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 현실의 압입재로서 달성할 수 있는 부피 팽창성에는 스스로 상한은 있고, 예를 들어 4배 이하이다.

또, 본 발명의 요건인 1.3배 이상의 부피 팽창률은 열팽창체를 배합하는 것 이외의 방법, 예를 들어 글리세린 등의 다가 알코올을 배합함으로써도 얻을 수 있다.

열가소성 플라스틱체에 내포시키는 액화 가스로서는 이소부탄, 이소펜탄, 트리메틸펜탄 등을 들 수 있다. 또한, 열가소성 플라스틱체의 외각을 구성하는 열가소성 플라스틱으로서는 염화 비닐리덴이나 아크릴로니트릴, 메타크릴산 메틸, 메타크릴로니트릴의 공중합체 등을 들 수 있다. 열가소성 플라스틱체의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 압입 작업성의 점에서 구체인 것이 바람직하다.

본 발명의 압입재의 바람직한 배합예는 이하와 같다.

(1) 압입재의 합량 100질량% 중에 열가소성 플라스틱체를 0.5질량% 이상 3질량% 이하, 규산염을 3질량% 이상 10질량% 이하 배합한다.

(2) 압입재의 합량 100질량% 중에 열가소성 플라스틱체를 2질량% 이상 7질량% 이하, 무기질 섬유를 60질량% 이상, 증점제를 1질량% 이상 10질량% 이하 배합한다. 여기서, 「압입재의 합량」이란 시공 이전에 첨가되는 수분을 제외한 것을 말한다.

상기 배합예(1)에서는 결합제로서 규산염을 배합하고 있다. 규산염을 배합함으로써 밀폐성을 유지할 수 있는 시공체 강도를 확보할 수 있다. 상기 배합예(1)에서 규산염이 3질량% 미만이면, 밀봉성을 유지할 수 있는 시공체 강도가 충분하지 않게 된다. 또한, 규산염이 10질량%를 넘으면 내열성이 저하된다.

상기 배합예(1)에서는 내열성을 얻기 위해 내화 원료를 배합하고 있다. 내화 원료로서는 전융 또는 소결 알루미나, 뮬라이트, 합성 뮬라이트, 뮬라이트 알루미나, 마그네시아-라임, 마그네시아, 스피넬, 지르코니아, 지르코니아-뮬라이트, 또한 보크사이트, 실리마나이트, 안달루사이트, 카이아나이트, 반토혈암, 샤모트, 납석, 규석, 용융 실리카, 가소 알루미나, 초미분 실리카, 지르콘, 크롬광, 탄화규소, 질화규소, 천연 흑연, 인조 흑연, 무연탄 등이나 점토, 벤토나이트에서 선택되는 1종 이상의 조합을 들 수 있다. 또, 이들을 원료로서 이루어지는 내화물의 가공 찌꺼기나 사용 후 찌꺼기도 사용해도 된다.

필요에 따라서는 유기 섬유, 무기 섬유 등의 섬유류 혹은 소포제, 공기 연행제나 카르복실메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 덱스트린, 알긴산 소다, 알긴산 암모늄, 웰란 검, 크산탄 검, 전분 등의 증점제 등을 더 첨가해도 된다.

상기 배합예(2)에서는 무기질 섬유와 함께 증점제를 배합한다. 무기질 섬유를 배합함으로써 열간에서의 압입재의 가소성을 향상시킬 수 있고, 이에 의해 밀봉성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 조업시의 열에 의해 로가 변형된 경우이어도 배합예(2)는 가소성을 가지므로, 로의 변형에 대한 순응성이 높고 로의 변형에 의한 밀봉성의 저하를 막을 수 있다. 무기질 섬유가 60질량% 미만이면 충분한 가소성 향상 효과를 얻을 수 없다. 무기질 섬유로서는 세라믹 파이버, 유리 섬유, 암면, 탄소 섬유, 월라스토나이트 섬유, 세피오라이트 등을 들 수 있다.

상기 배합예(2)에서 증점제는 무기질 섬유의 분산성을 향상시키기 위해 배합한다. 증점제로서는 카르복실메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 덱스트린, 알긴산 소다, 알긴산 암모늄, 웰란 검, 크산탄 검, 전분 등을 들 수 있는데, 무기 섬유의 분산성 점에서 카르복실메틸셀룰로오스가 가장 바람직하다. 상기 배합예(2)에서 증점제가 1질량% 미만이면 무기질 섬유의 분산성이 나빠져 시공 불량이 된다. 증점제가 10질량%를 넘으면 점착성이 너무 높아져서 작업성이 저하된다.

또한, 분산성을 더욱 향상시키기 위해 축합 인산, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에테르, 폴리카르본산, 폴리아크릴산, 멜라민 설폰산계 고분자, 휴민산, 알킬 설폰산, 포스폰산, 방향족 설폰산 등의 분산제 혹은 합성 폴리머, 녹말 에테르 등의 저점성 처짐 방지제 혹은 이들과 동일한 효과를 얻을 수 있는 물질에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

또, 상기 배합예(2)에서도 내열성을 얻기 위해 배합예(1)와 동일한 내화 원료를 배합할 수 있다.

또한, 상기 배합예(1) (2)는 열가소성 플라스틱체가 열에 의해 팽창함으로써 보형성을 유지할 수 있다. 이 때문에 보형성 확보를 위해 알루미나 시멘트 등의 수경성 결합제를 첨가하지 않아도 된다. 즉, 배합예(1) (2)는 수경성 결합제를 포함하지 않으므로, 물을 첨가해도 경화되지 않는다. 따라서, 수분을 첨가하여 혼련 후, 상온 하 밀폐 용기 내에서 24시간 이상 보형성을 확보하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 배합예(1) (2)는 수경성 결합제를 사용한 경우보다 경화된 부분의 청소 수고를 경감할 수 있다.

본 발명의 압입재는 종래의 압입재와 같이 적당량의 수분을 첨가하여 혼련 후 요로의 간극(시공 대상 부분)에 압입된다. 본 발명의 압입재는 우수한 밀봉성을 가지기 때문에 시공 대상 부분으로서 종래의 압입재에서는 밀봉이 곤란한 부분, 구체적으로 30mm 폭 이하의 간극 또는 균열로서 사용시 온도가 80℃ 이상이 되는 부분에 적용하는 경우에 특히 효과적이다.

실시예

(실시예 1)

표 1에 나타내는 배합 조성으로 이루어지는 각 예의 압입재에 대해 선변화율, 압축강도 및 부피 팽창률을 측정함과 동시에 밀봉성을 평가하여 종합 평가를 행하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 내화 원료로서 샤모트 원료 및 점토, 결합제로서 규산염, 증점제로서 카르복실메틸셀룰로오스, 열가소성 플라스틱 구체로서 이소펜탄을 내포한 것을 이용하였다.

선변화율 및 압축강도는 각 예의 배합 조성을 소정의 첨가수량(添加水量)으로 혼련 후 40×40×160mm의 형틀에 주조하고, 구속한 상태로 110℃×24시간 건조 후 틀을 벗기고 1000℃×3시간 소성하여 얻어진 시료편에 대해 측정하였다.

부피 팽창률은 각 예의 배합 조성을 소정의 첨가수량으로 혼련 후 20mm×20mm×80mm의 형틀에 주조하고, 형틀마다 300℃의 전기로에서 2시간 가열한 후에 취출하여 냉각을 행하고, 형틀에서 틀을 벗기고 시험편의 길이와 높이와 폭의 외경 치수를 측정하여 용적을 산출하고, 산출한 가열 냉각 후의 용적(㎣)에서 20mm×20mm×80mm=32,000(㎣)의 주조 치수를 나누어 계산하였다.

밀봉성 평가는 1000℃로 가열한 실험 버너로에 10mm의 간극을 열어 그 간극으로부터 강제적으로 화염을 분출시킨 상태를 만들고, 각 예의 배합 조성을 소정의 첨가수량으로 혼련 후 압송기로 그 간극에 시료를 충전하여 화염 누출이 없어진 경우를 ○, 약간 화염 누출이 인정되는 경우를 △, 화염 누출이 인정된 경우를 ×로 하였다.

종합 평가는 ○, △, ×의 3단계로 평가하였다(○, △, ×의 순으로 평가가 나쁜 것을 나타낸다). 구체적으로 본 발명이 과제로 하는 밀봉성이 ×인 경우, 종합 평가는 ×로 하였다. 또한, 밀봉성이 △인 경우는 종합 평가도 △로 하였다. 나아가 선변화율 및 압축강도의 값을 상대 평가하여 종합 평가의 ○, △를 평가하였다. 구체적으로 실시예 9는 압축강도의 값이 낮기 때문에 종합 평가는 △로 하였다. 실시예 10은 선변화율의 값이 크기 때문에 종합 평가는 △로 하였다.

실시예 1~10은 부피 팽창률이 1.3배 이상인 요건을 만족하고 종합 평가는 ○ 또는 △이었다. 특히, 상술한 바람직한 배합예(1)의 범위 내에 있는 실시예 1~7은 종합 평가가 ○로서, 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 비교예 1, 2는 부피 팽창률이 1.3배를 밑돌고 밀봉성이 ×가 되었다.

(실시예 2)

표 2에 나타내는 배합 조성으로 이루어지는 각 예의 압입재에 대해 분산성, 점착성 및 가소성을 평가함과 동시에 실시예 1과 같이 부피 팽창률 및 밀봉성을 측정·평가하여 종합 평가를 행하였다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 무기질 섬유로서 세라믹 파이버, 내화 원료로서 샤모트 원료, 증점제로서 카르복실메틸셀룰로오스, 저점성 처짐 방지제로서 합성 폴리머, 열가소성 플라스틱 구체로서 이소펜탄을 내포한 것을 이용하였다.

분산성 평가는 주식회사 아이코샤 제작소 제품의 켄믹스 탁상 믹서를 사용하여 각 예의 배합 조성을 소정의 첨가수량으로 2분간 혼련을 행하고, 세라믹 파이버의 풀림 정도를 촉감으로 판정하였다. 1cm 정도의 응집된 세라믹 파이버가 남아 있는 상태를 ×, 응집된 세라믹 파이버가 약간 남아 있는 상태를 △, 응집된 세라믹 파이버가 남지 않은 상태를 ○로 하였다.

점착성 평가는 혼련 후의 시료를 손가락으로 잡아 손가락에 시료가 남아 끈적거린 촉감인 것을 ×, 약간 끈적거린 것을 △, 끈적거림이 없는 것을 ○로 하였다.

가소성 평가는 각 예의 배합 조성을 소정의 첨가수량으로 혼련 후 20×20×80mm의 형틀에 주조하고, 형틀마다 300℃의 전기로에서 2시간 가열한 후에 취출하여 냉각을 행하고, 형틀로부터 틀을 벗기고 시험편에 0.1MPa의 하중을 걸었을 때에 수축되어 하중을 해방하였을 때에 80% 이상의 형상 복원이 인정된 것을 ○, 50% 이상 80% 미만의 형상 복원이 인정된 것을 △, 50% 미만의 형상 복원의 것을 ×로 하였다.

종합 평가는 ○, △, ×의 3단계로 평가하였다(○, △, ×의 순으로 평가가 나쁜 것을 나타낸다). 구체적으로 본 발명이 과제로 하는 밀봉성이 ×인 경우, 종합 평가는 ×로 하였다. 그 이외는 분산성, 점착성, 가소성, 밀봉성 평가 중에서 가장 평가 결과가 나쁜 것에 맞추었다.

실시예 11~21은 부피 팽창률이 1.3배 이상인 요건을 만족하고 종합 평가는 ○ 또는 △이었다. 특히, 상술한 바람직한 배합예(2)의 범위 내에 있는 실시예 11~16은 종합 평가가 ○로서, 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 비교예 3~6은 부피 팽창률이 1.3배를 밑돌고 밀봉성이 ×가 되었다.