KR101260996B1

KR101260996B1 - 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101260996B1
Application number: KR1020110025726A
Authority: KR
Inventors: 이재훈
Original assignee: 주식회사 삼원
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2013-05-06
Also published as: KR20120108146A

Abstract

본 발명은 반죽된 혼합조성물이 세라믹시트 소지 형상으로 성형되어 건조되어 제조되는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관으로서, 상기 무기질 내열보호관은 혼합조성물 전체 원료 100중량부(wt%)에 대하여 적어도 40 중량부의 팽창 질석과, 적어도 10 중량부의 물유리를 포함하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법{ Inorganic Heat Protector for molten metal prove and Manufacturing Method Thereof }

본 발명은 용탕 프로브용 내열 보호관 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡성과 윤활성 및 건조중 기공성을 가진 팽창 질석 과립을 물유리를 이용하여 결합하여 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 압출 도포시킴으로써 압출 능력과 건조 효율이 향상된 방식으로 제조된 연속식 건조가 가능한, 용탕 프로브용 무기질 내열 보호관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 용탕 프로브용 내열보호관은 제선 및 제강 공정 등에서 용융 금속의 온도, 산소량 및 성분 측정을 수행하는 프로브의 열화 방지와 작업의 안정성 확보 등을 위해 사용되며, 용선 및 용강의 작업 온도인 1300~1800℃ 고온의 용융물 속으로 약 12초간 침지되는 방식으로 사용된다.

내열보호관은 프로브가 제 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위해 내열성, 단열성, 내침식성 및 용융금속 비산 방지성이 우수한 재질로 구성되어야 한다.

공지된 내열보호관의 제조 방법으로서, 대한민국 공개특허 제10-2004-0031966호는, 주원료인 무기 분체로서 규조토 등을 포함하고, 부원료인 무기섬유로 세라믹파이버 등을 포함하며 이들을 결합시키는 결합재로 유기바인더 및 무기바인더를 사용한 내열보호관 제조 방법을 개시하고 있다.

그런데, 대한민국 특허 제10-847622호를 참조하면, 규조토를 이용하는 경우, 미소성에서는 결정수를 갖기 때문에, 용융 금속에 침지될 때에 결정수가 급격하게 기화하여 방출되고 스플래쉬라고 불리는 융용 금속의 비산 현상이 발생할 수 있다고 기재하고 있다. 이 때문에 1000℃ 이상 정도의 온도로 소성한 규조토가 많이 사용되지만, 소성한 규조토도 대기 중의 수분을 흡수하기 쉽다. 따라서 장마철과 같이 다습한 시기에는 스플래쉬를 충분히 방지하는 것이 곤란하다고 한다. 또한 근래에는 IARC(국제 암 연구기관, International Agency for Research on Cancer)로부터, 세라믹파이버나 소성한 규조토 중 등에 포함된 크리스토발라이트 분말, 유리섬유, 암면 등의 발암성이 지적되어 있다고 한다.

공지된 내열보호관의 다른 제조 방법으로, 대한민국 특허 제10-793255호는 석면, 세라믹파이버, 규조토 등으로 내열보호관을 제조하는 방법을 공지기술로 개시하고 있다. 그러나 석면은 단가가 저렴한 반면에 암을 유발하는 환경규제 물질이며, 규조토만으로 제조된 내열보호관은 열충격성 및 단열효과는 뛰어나지만 내충격성, 내열성 및 강도가 떨어지는 단점이 있으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 공지된 내열보호관은 무기섬유인 세라믹파이버를 혼용하여 제조되는 데, 세라믹파이버는 내열성 및 단열성은 우수하지만, 작업장 내의 파이버 비산 때문에 작업자들이 위험 환경에 노출되며, 집속하였을 경우에 흡수성에 매우 약해 2% 정도의 습기를 침투시켰을 때, 압축 파괴강도가 약 절반이나 감소하는 현상이 발생되므로 장마철 등 다습한 시기에는 주의가 필요한 단점이 있다고 기재하고 있다.

또한, 종래의 내열보호관은 슬러리를 만드는 제조과정에서 원료 입자의 응결력 및 유연성, 점도 증가에 의한 압출성과 생강도(green strength)의 향상 등을 위해서 CMC 등과 같은 유기바인더를 물과 혼합하여 사용해 왔고, 또한 압출기의 토출 향상을 위하여 카본 성분이 포함된 페이퍼 파우더(paper powder)와 같은 이형제를 선택하여 왔는데, 이와 같은 유기바인더나 압출능력 향상제는 소량이 첨가되어도 원가 상승의 요인이 되면서도 용탕을 오염시키어 카본 함유량을 높이게 되어 채취된 시료의 분석 정확성이 떨어지는 문제가 발생하고 있으므로 사용되어서는 안 되는 것으로 기재하고 있다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허 제10-0793255호에서는 무기분체로 규조토와 규회석을 사용하고 무기결합재로 벤토나이트를 그리고 보조제로 분산제인 헥사메타인산염 혹은 실리카졸을 사용하여, 지관일체형과 지관분리형 두 종류 방식을 모두 제조할 수 있는, 저탄소강 프로브용 내열보호관 제조방법을 기재하고 있다.

대한민국 특허 제10-0793255호에서, 규조토와 규회석의 함량비를 각각 60~70 중량부, 10~20 중량부로 제한한 이유는, 압출 작업이 진행될 때에 상기 조성물을 지관과 틈이 없게 압출하면서 지관위에 도포를 하면, 지관과의 마찰력과 압출 틀 부위에서 압력의 영향이 커져 균일한 세라믹 시트를 형성할 수 없게 되므로, 지관과의 틈에 약간의 이격을 주면서 압출을 실시하면 압출 저항성을 줄일 수 있고 건조과정에서 규조토가 0.2~0.4mm 정도를 수축하여 지관과 밀착되어 지관일체형으로 제작이 가능하다고 기술되어 있다. 또한, 규회석을 20 중량부 이하로 제한하는 이유는, 규회석의 입자상이 침상이기 때문에 많은 양이 집속되면 표면이 세라믹파이버를 사용했을 때와 마찬가지로 내열보호관의 표면이 거칠어지며, 피부에 접촉시 가려움증과 상처 등을 유발시킬 수 있다고 기술되어 있다.

한편, 대한민국 특허 제10-0847622호는, 압출되는 조성물을 종이관의 외주면상에 압출하면서 성형하여 건조시켜서 제작하는 지관일체형 제조방법을 개시하였고, 대한민국 특허 제10-0793255호에서도 압출되는 조성물을 종이관의 외주면상에 압출하면서 성형하여 건조시켜서 제작하는 지관일체형 제조방법과, 종이관을 사용하는 대신에 금속제 봉의 외주 면에 압출하면서 성형하여 건조시켜서 제작하는 지관분리형 제조방법도 가능하다고 기재하고 있다. 또한 지관분리형 방식으로 조립하면 스테플을 삽입하여 지관에 고정하고 시멘트로서 양단을 막아주는 복잡한 공정으로 인하여 제조비용이 상승하며, 취급시 충격에 의한 크랙 발생과, 지관과 내열보호관 사이에 공간이 형성되어 고온의 용융물에 침지시 열충격에 의한 크랙의 발생으로 내열보호관이 소손되어 프로브의 안정적인 온도 측정과 건전한 샘플 채취 등에 문제가 있다고 기재하고 있다.

상술한 바와 같이, 내열보호관과 관련하여 통상적으로 원통형 지관을 사용하여 도포시켜서 제작하는 지관일체형 방식과 원통형 금속제 봉을 사용하여 제작하는 지관분리형 방식으로 제품을 생산하고 있다. 그리고 공지된 문헌들은 압출작업이 진행될 때에 압출 조성물과 지관과의 마찰 저항성 및 압출 다이 부위에서의 압력 상승으로 인한 불량품 발생을 줄이기 위하여, 압출 조성물을 지관과의 이격 사이에 약간의 틈을 주며 압출하거나 또는 유기바인더나 압출능력 향상제를 사용하여 압출저항성을 감소시키는 방법을 제안하였다. 그리고 이를 달성하기 위한 방법으로, 규조토와 세라믹파이버를 사용하고 결합재로 유기바인더와 무기바인더를 사용하는 제조방법, 규회석 단독 혹은 내열성 무기분말에 유기분산제와 유기바인더 및 무기바인더를 혼합하여 사용하는 방법 및 규조토와 규회석을 사용하고 무기결합재로 벤토나이트를 그리고 보조제로 분산제인 헥사메타인산염 혹은 실리카졸을 사용하여 지관일체형과 지관분리형으로 제조할 수 있는 방법을 제시하고 있다.

그러나 상기의 공지된 문헌들에서 제안된 유기바인더나 압출능력 향상제는 고가이며 용탕을 오염시키므로 사용해서는 안 되며, 무기질 재료로 선택된 세라믹파이버나 규회석은 침상의 섬유질 재료이므로 취급시 따가우며, 비산하여 인체에 흡입되는 위험성이 있으며, 다량을 사용하면 압출 저항성을 증가시키는 단점이 있다. 또한 입자의 크기가 10~50㎛ 정도로 매우 미세한 규조토를 주원료로 60~70 중량부로 매우 많은 양을 사용하는 혼합조성물은 입자 크기가 매우 미세한 혼합물이므로 특성상 조직이 매우 치밀하고 견고하므로, 건조과정에서 연속식 건조과정의 적용이 안 되어서 많은 시간을 필요로 하므로 생산성이 저하되는 단점이 발생한다.

한편, 최근에는 인체에 무해한 염류 용해성(soluble)벌크 화이버를 사용하는 방식에 대한 시도가 있으나, 파이버 고유 특성으로 인하여 취급시 따가우며 비산되어 흡입되는 절대량이 많을 경우에는 문제점이 있으며 원가 상승의 요인이 있다.

따라서, 압출능력 향상제나 고가의 유기바인더를 사용하지 않고 압출능력을 향상시킬 수 있으며, 연속식 건조방식으로 제조할 수 있고, 발암성과 취급 유해성이 없는 친환경 무기질 재료만을 사용하여 지관일체형과 지관분리형 방식을 모두 제조할 수 있는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 개발이 요청된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발암성과 취급 유해성이 없으면서 압출능력 향상제나 고가의 유기바인더를 사용하지 않고 친환경 무기질 재료를 조성으로 제조가능하며, 건조효율이 향상되어 연속식 건조가 가능한, 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 팽창 질석 과립들 사이를 물유리를 이용하여 결합시킴으로써 혼합성능 및 압출 능력이 향상되고, 팽창 질석 과립의 기공성에 의해 혼합조성물 내부에 미세 공간을 확보하여 단계적 승온 건조 없이 100 ℃이상의 일정한 온도에서 소정 시간 건조하는 방식으로 건조 가능한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 세라믹 시트 소지 형상으로 성형된 성형체가 150 ℃의 온도에서 신속하게 건조될 수 있으며, 150 ℃의 온도에서 2 시간 건조되는 방식으로 연속식 건조가 가능한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 지관 일체형 및 지관 분리형 방식으로 모두 제조될 수 있는 연속식 건조가 가능한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 제조 과정에서 발생한 불량품을 물에 분산 및 탈수시키는 저비용 처리방법으로 전량 재활용할 수 있는, 연속식 건조가 가능한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면 본 발명에 따른 용탕 프로브용 무기질 내열보호관은, 반죽된 혼합조성물이 세라믹시트 소지 형상으로 성형되어 건조되어 제조되는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관으로서, 상기 무기질 내열보호관은 혼합조성물 전체 원료 100중량부(wt%)에 대하여 적어도 40 중량부의 팽창 질석과, 적어도 10 중량부의 물유리를 포함한다.

본 발명에 따르면, 팽창 질석은 0.1 ~ 8mm 의 입경의 과립으로 포함된다.

본 발명에 따르면, 상기 무기질 내열보호관은 내열성 충진제 분말을 포함하고, 상기 무기질 내열보호관의 혼합조성물은 팽창 질석 40 ~80 중량부, 물유리 10 ~ 30 중량부 및 내열성 충진제 5 ~ 35 중량부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 내열성 충진제 분말은 상기 팽창 질석 과립 보다 작은 입자 크기를 갖으며, 바람직하게는, 1~100㎛ 정도로 입자 크기를 갖는다.

본 발명에 따르면, 상기 내열성 충진제는, 활석, 견운모, 실리카, 알루미나 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하며, 바람직하게는 활석을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은, 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법으로서, 혼합조성물 전체 원료 100중량부(wt%)에 대하여 적어도 40 중량부의 팽창 질석 과립과, 적어도 10 중량부의 물유리를 물과 함께 반죽하여, 반죽물이 압출 성형 가능한 상태로 혼합하는 혼합 단계; 상기 혼합 단계를 통해 제작되어진 반죽물을 압출기를 사용하여 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 일정한 두께의 세라믹 시트(ceramic sheet) 소지 형태로 압출도포(extrusion coating) 하는 압출 성형 단계; 및 상기 세라믹 시트 소지 형태로 성형된 성형체를 건조기 속에 장입하여 건조하는 건조 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 혼합 조성물은 내열성 충진제 분말을 포함하여, 상기 혼합 조성물은 팽창 질석 과립 40 ~80 중량부, 물유리 10 ~ 30 중량부 및 내열성 충진제 분말 5 ~ 35 중량부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 팽창 질석 과립은 0.1 ~ 8mm 입경 중에서 선택되며, 상기 내열성 충진제 분말은 상기 팽창 질석 과립 보다 작은 입자 크기를 갖는다. 바람직하게는, 상기 내열성 충진제 분말은 1~100㎛ 정도로 입자 크기를 갖는다.

본 발명에 의하면, 상기 내열성 충진제는, 활석, 견운모, 실리카, 알루미나 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 압출 성형 단계는, 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 적어도 5mm 의 두께로 혼합 반죽물을 압출 도포한다.

본 발명에 의하면, 상기 건조 단계는 100℃ 이상의 온도, 바람직하게는 150℃이상의 온도가 유지되는 건조기에서 일정 시간 건조되며, 상기 성형체를 대차에 적재하고 상기 건조기 내에서 2시간 건조하고, 건조 완료된 성형체를 적재한 대차의 배출 후, 미 건조 성형체를 적재한 대차를 바로 장입하는 방식으로 연속 건조된다.

본 발명에 의하면, 발암 위험이 있는 재료나, 취급 유해성이 있는 파이버(fiber)류 및 용융물을 오염시키는 고가의 유기 바인더 등을 일체 사용하지 않고, 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 세라믹 시트 형태로 압출 도포시켜서 지관일체형과 지관분리형 용탕 프로브용 무기질 내열보호관을 모두 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 팽창 질석 과립을 물유리 또는 물유리 및 활석과 같은 내열성 충진재와 혼합하여 사용함으로써 혼합성능과 압출능력을 대폭 향상시키고, 연속식 건조방식으로 제조할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다.

또한 본 발명에 의하면, 제조 공정 중에 발생한 불량품을 물에 분산 및 탈수시키는 저비용 처리방법으로 전량 재활용 할 수 있는 친환경 순환자재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 노동 생산성을 향상시켜 내열 보호관의 제조 단가를 낮출 수 있다. 생산을 위해서 투입되는 노동의 량과 생산량 비가 노동생산성으로서, 통상 생산성이라고 하면 노동자 1인당 또는 노동자 1시간당 산출량으로 효율성을 측정하는 노동생산성을 말한다. 노동생산성은 근로자 1인이 단위시간당 생산하는 생산량을 기준으로 하는 물적노동 생산성과 부가가치를 기준으로 하는 부가가치노동생산성이 있는데, 물적노동 생산성은 생산 효율성이나 생산기술 수준을 파악하는데 적합하며 이러한 물적노동 생산성을 향상시키기 위해서는 기술혁신(innovation)이 이루어져야 한다. 본 발명에 의하면, 연속식 건조방식, 탁월한 혼합 및 압출 능력 및 재활용 특성에 의하여, 각 공정별 단위 생산량이 증가하고 노동생산성이 향상되어 제품 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 반죽된 혼합 조성물을 지관 봉 또는 알루미늄 봉의 외주면에 세라믹시트 형태로 압출 도포시켜서 지관일체형과 지관분리형으로 제작하는 과정에서 각각의 입자들 간의 결합상태를 도식한 모식도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 생산된 발명재(지관일체형/지관분리형)와 기존재 1(지관분리형)과 기존재 2(지관일체형/지관분리형)의 건조조건에 따른 건조 생산성 비교그래프이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 여름철 내구성을 측정하기 위한 습도저항성 시험 전후의 결과를 비교한 사진이다.

이하, 본 발명에 따른, 용탕 프로브용 무기질 내열 보호관 및 그 제조 방법에 관하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 기술적 특징은, 내열보호관의 주원료로서 수많은 미세기공을 함유한 팽창 질석 과립을 이용하여 용탕 프로브용 무기질 내열보호관을 제조할 수 있다는 것이다.

본 발명에 따라 내열보호관의 주원료로 사용되는 팽창 질석 과립은 수많은 미세기공을 가지고 있어서 매우 가벼우면서도 단열성이 우수하여 고온에서 사용할 수 있으며, 특히 활석과 같이 표면 재질이 매끄럽고 연해서 윤활성이 좋으므로 압출 저항성을 감소시킬 수 있는 재료이다.

특히 팽창 질석은 굴곡성(flexibility)을 가지고 있어서 구부리기 쉬울 정도의 탄력성을 보유하고 있으므로, 미세 분말형태가 아니라 과립 형태로 사용하여 압출성형 방식에 적용하면, 수많은 기공과 굴곡 탄력성 및 윤활성으로 인하여 압출시 압출조성물과 지관 봉과의 마찰 저항성 및 압출 다이 부위에서의 압력 상승을 방지하여 압출저항성을 현저히 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면 팽창 질석 과립은 0.1mm ~ 8mm의 크기를 가진다. 종래에는 내열보호관의 주원료로서 10~50㎛ 정도로 매우 미세한 분말 혼합물을 사용하였기 때문에 조직이 매우 치밀하고 견고하여, 건조과정에서 세라믹시트 소지 내부의 확산속도와 소지 표면의 증발속도 차이 때문에 균열(crack), 박리(peel) 및 핀홀(pin hole) 등과 같은 건조결함이 발생한다. 따라서 이러한 건조결합을 방지하기 위하여 건조시 승온 과정을 여러 단계로 나누어서 온도를 천천히 상승시키는 방법을 거쳐야 하기 때문에 연속식 건조가 불가능하였다.

하지만, 본 발명의 실시예는 0.1~8mm 크기를 갖는 팽창 질석 과립들 사이를 물유리와 활석 혼합조성물로 충진함으로써, 지관 봉 또는 금속제 봉 기재 표면에 프로브를 수용하는 원통형의 세라믹시트 소지 형상으로 결합시키는 과정에서, 세라믹시트 소지 내부에 일정 부위의 미세 공간들이 확보되고, 이에 의해 세라믹시트 소지 내부에서 표면으로 확산되는 확산조건과 세라믹시트 소지 표면에서 대기 중으로 증발되는 증발조건 간에 균형을 이루어 즉, 내부 속에서 표면으로 이동하여 공기 중으로 방출되는 수증기의 이동 통로를 확보할 수 있게 된다. 따라서 150℃의 온도에서 직접 장입해서 단계적 승온 과정 없이 건조시켜도 균열이 발생하지 않고, 2시간 내에 건조가 완료될 수 있다. 또한 150℃이상의 일정한 온도에서 건조하기 때문에 연속식 건조가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 다른 기술적 특징은, 팽창 질석과, 물유리 및 활석 혼합조성물을 사용하여, 지관 봉의 외주 면에 세라믹시트 소지 형상으로 압출 도포시킨 후 연속식 건조방식으로 제조하는 지관일체형 방식과, 금속제 봉의 외주 면에 세라믹시트 소지 형상으로 압출 도포시킨 후 연속식 건조방식으로 제조하는 지관분리형 방식 모두를 제조할 수 있다는 것이다.

지관일체형이 필요한 이유는, 건조가 완료된 무기질 내열보호관 속으로 용탕용 센서를 고정시키기 위하여 행해지는 절단, 타카(stapling), 및 타공(punching)등과 같은 기계적 가공작업에서, 지관과 조성물이 부착되어 있지 못하고 분리 되어 있으면, 가공 횟수도 많아져서 작업이 힘들고 정확성도 떨어지므로 생산성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문이다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 지관일체형은 반죽된 혼합조성물이 지관 봉 외주 면에 세라믹시트 소지 형상으로 압출 도포, 접착 및 결합시키는 방식으로 제조할 수 있고, 지관분리형은 금속제 봉의 외주 면에 반죽된 혼합조성물을 세라믹시트 소지 형상으로 압출도포 접착시킨 후, 급격한 건조과정과 냉각방식에 따른 금속제 봉과 세라믹시트의 열팽창과 수축율(thermal expansion & shrinkage)을 이용하여 금속제 봉에 접착된 세라믹시트를 분리하여 제조할 수 있다.

공지기술에서 내열보호관 바인더(binder)로 사용하고 있는 실리카졸은 콜로이드실리카(colloid silica) 또는 실리카졸(silica sol)로서 음전하(negative electric charge)를 띠는 무정질 실리카(SiO₂)미립자가 수중에서 콜로이드 상태로 존재하고 있으며 외관상 투명하거나 유백색을 띠며 미립자는 일반적으로 구형의 구조를 이루고 있다.

실리카졸 제품이 출하 당시에는 같은 음전하를 띤 입자들 사이의 반발력 때문에 안정된 상태를 유지할 수 있으나 같이 사용하는 재료와의 전기화학적 균형이 깨어지면 입자들이 서로 얽히게 되고 점도가 상승하여 겔화, 응집 등의 반응이 일어난다. 즉, 실리카졸에 소듐클로라이드나 소듐설페이트와 같은 금속염을 첨가하면 실리카 입자 표면전하의 전기적 균형을 깨뜨려 입자끼리 응집이 일어나며 겔화가 일어나는데 이러한 겔화의 정도는 일정하지 않고 실리카졸의 종류, 농도, 온도 등에 따라 다르다. 또한 알코올과 아세톤 기타 극성 유기용제와 혼합이 가능하나 한계가 있어서 그 한계를 넘으면 겔화가 일어나며, 양이온과 음이온 계면활성제와 모두 상용성이 있으나 계면활성제의 불순물과 활성제의 성분에 따라 상용성이 없을 수도 있으며, 실리카졸은 같은 pH와 전자를 갖는 에멀젼 수지와 수용해성 수지에게 상용성이 있으나 때때로 사용된 유화제에 따라 겔화되거나 분리가 될 수 있으므로 사용상에 주의가 필요한 재료이다.

이에 반하여, 본 발명의 실시 형태에 따라 물유리가 경화하여 생기는 박막(thin film)은 물이 조금만 빠져나가도 박막에 점착성이 생기면서 즉시 견고한 박막을 형성하는 매우 우수한 특성이 있다. 물유리는 상온에서도 쉽게 건조되지만 본 발명의 실시형태와 같이 연속식 건조를 하기 위해서는 열처리를 하는 것이 좋으며 이로 인하여 내수성이 생기고 습도저항성이 우수하게 된다.

일반적으로 물유리의 열에 의한 건조시 온도를 천천히 100℃ 미만까지 올리고 거의 건조가 될 때까지 같은 온도를 유지시켜 주어야 하며 박막의 요구조건에 따라 온도를 150~370℃ 범위까지 올릴 수 있으나 고온에서 갑작스럽게 처리를 하면 박막 내부에 증기가 발생하여 박막 층 사이에 발포가 일어나서 건조된 박막이 매끄럽지 않게 될 우려가 있다.

그러나 본 발명에 따르면, 물유리가 팽창 질석 과립과 혼합 조성물을 이루기 때문에, 물이 탈수되는 100℃ 이상의 온도에서, 더욱 바람직하게는, 단위 건조 생산성을 높일 수 있는 약 150℃ 정도의 온도가 유지되는 건조기 내에 연속적으로 장입을 하여도, 혼합조성물의 기공성 및 굴곡 유연성으로 인하여 건조과정에서 발생하는 박막 응력(stress)이 완화되면서 균열 없이 매끄러운 표면 상태로 건조될 수 있다.

일반적으로 건조기는 4대 분량의 대차 적재물을 수용할 수 있는 형태가 주로 사용되는데, 본 발명에 따라 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 세라믹시트 소지 형상으로 성형된 성형체를 건조기를 장입하면 세라믹시트 소지 내부에서 표면으로 확산되는 확산조건과 세라믹시트 소지 표면에서 대기 중으로 증발되는 증발조건 간에 균형을 이루어 소지 자체의 급격한 온도 상승이 일어나지 않기 때문에, 균열 없이 매끄러운 표면 상태로 건조될 수 있다. 건조기의 온도가 150℃ 정도로 유지되는 상태에서 2시간 이내의 건조가 완료될 수 있으며 단계적 승온이 불필요하므로 연속식 건조가 가능하게 된다.

한편, 물유리 박막의 내수성을 향상시키기 위하여 소듐실리코플로라이드(sodium silicofluoride), 붕산, 인산 알루미늄 인산염 등과 같은 산이나 산성염을 반응시키는 방법이 사용될 수 있다.

물유리는 물에 용해하여 투명한 상태를 유지할 수 있을 정도의 유체 특성 즉, 시각적으로 볼 수 없을 정도의 나노급(nano) 입자 상태이므로 실리카졸에 비하여 지관 표면을 통하여 지관의 내부 속으로 침투할 수 있는 능력이 상대적으로 우수하며, 지관 속으로 침투된 물유리는 지관과 강하게 부착하기 때문에 지관일체형 내열보호관 제작에 유리하다. 즉, 실리카졸에 비해서 물유리는 수용성 상태의 나노급 입자 크기를 지니고 있으므로 슬러리 상태의 혼합조성물 속에서 물의 침투 확산작용에 의해 물이 이동할 수 있는 지점까지는 물과 함께 쉽게 이동할 수 있으므로, 본 발명에서와 같이 슬러리를 지관 표면에 밀착시키면 지관 내부 속까지 이동하여 박막 형태로 경화할 수 있는 매우 훌륭한 특성을 발휘하기 때문에, 팽창 질석과 활석 혼합물을 강력하게 구조적으로 결합하여 지관과의 부착력을 효과적으로 증진시킬 수 있다. 지관 분리형 제작 시에 팽창질석, 물유리 및 활석의 혼합 조성물은 지관일체형 제작 시의 혼합조성물 보다 상대적으로 부착력이 낮게 조절되는 것이 바람직한데, 현장 조건에 따라 조성 범위 내에서 물유리의 사용량을 적절히 조절하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 기술적 특징은, 물유리를 사용함으로써, 제조과정에서 발생하는 불량품 조성물을 물에 분산 및 탈수시키는 저비용 처리방법으로 전량 재활용하여, 생산성을 증가시키는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관을 제조할 수 있는 것이다.

물유리는 내열보호관의 심재로 사용되고 있는 지관의 내부 속 깊은 부위까지 침투하여 경화하는 특성이 우수하나, 물유리는 근본적으로 물속에서 장시간 방치하면 원래 상태로 돌아올 수 있는 물질이다. 따라서 무기질 내열보호관의 불량품을 물속에서 분산시키는 경우 전량 재활용 할 수 있게 되는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 용탕 프로브 무기질 내열보호관에 사용되는 성분의 특성 및 그에 대한 이유를 보다 상세하게 설명한다.

일반적으로 질석은 2:1 층상 규산염 광물로서 화학적 조성은 SiO₂ 57.4 중량부, Al₂O₃15.9 중량부, Fe₂O₃ 9 중량부, MgO 9 중량부 및 기타로 이루어져 있다. 실리카와 알루미나 함량이 전체의 약 76 중량부를 차지하고 있는데, 800~1000℃로 가열하면 층 사이에 있던 수분이 빠지며 격자 층이 부풀어 오르면서 많은 기공을 함유하게 되는 팽창질석으로 전이한다. 겉 비중(apparent density)이 0.2~0.4 정도로 매우 가벼우며, 단열성이 뛰어나며, 재질이 경도 1.5 정도로 연하면서, 미끄러운 특성이 있다. 따라서 고온에서의 내열특성이 우수한 무기질 내화원료(Inorganic Refractory Materials)로 사용될 수 있다.

팽창 질석은 질석 원광을 사용하여 800~1000℃의 고온에서 열처리하여 질석 원광을 발포시켜 제조되며, 분쇄기를 이용한 다양한 크기로 제조될 수 있다. 질석 원광을 500℃ 이하의 온도에서 열처리하여 실온에서 방치시키면 다시 수화하여 원래 상태로 돌아가나, 800℃ 이상으로 가열해서 탈수시키면 무수물 결정을 나타내며 이는 활석과 비슷한 구조가 된다. 본 발명에서 주원료로 사용하는 팽창 질석은 상기에서 언급한 것과 같이 질석 원광을 800℃ 이상의 고온에서 가열 처리하여 팽창시킨 것을 의미한다.

본 발명에서 주원료로 사용하는 팽창 질석 과립은 전체 원료 100 중량부(wt.%)에 대하여 적어도 40 중량부로 포함되며, 팽창 질석, 물유리, 내열성 충진제를 포함하는 혼합조성물을 이루는 경우 40~80중량부로 포함된다. 팽창 질석의 사용량은 내열보호관의 경량성, 굴곡성 및 제조단가 등에 의하여 결정되는 데, 내열성 충진제를 사용할 때를 기준으로 하며, 질석 사용량이 40 중량부 이하인 경우에는 경량성과 탄성이 부족하여 내열보호관 자체가 무겁고 내충격성도 약하며, 80 중량부 이상인 경우에는 혼합조성물의 결합력이 약화되어 내충격성이 저하된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 팽창 질석의 특성인 경량성, 고온성, 윤활성 외에도 특히 굴곡성이 있어서 구부리기 쉬울 정도의 탄력성을 보유하고 있다는 점에 착안하여, 종래의 선행기술에서 사용하였던 미세한 분말형태가 아니라, 0.1~8mm 입경의 팽창 질석 과립을 사용하여 압출도포 방식에 적용한 결과, 과립 내에 수많은 기공과 굴곡 탄력성 및 윤활성으로 인하여 압출시 압출조성물과 지관 봉과의 마찰 저항성 및 압출 다이 부위에서의 압력 상승을 방지하여 압출저항성을 현저히 감소시킬 수 있다는 것을 이용한다.

또한, 기공성을 보유하고 있는 팽창 질석 과립을 사용하기 때문에 소지 내부의 확산 속도와 소지 표면의 증발 속도에 차이가 발생하지 않으므로 150℃ 이상의 온도에서 직접 장입해도 균열이 발생하지 않고, 2시간 내에 건조가 완료되므로 생산성을 증가시킬 수 있다는 것을 이용한다.

본 발명에서 사용하는 팽창 질석 과립은 0.1~8mm 의 입자 크기를 가지며, 제조되는 내열보호관의 두께에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예는, 5mm 두께로 제조된 내열보호관을 예시하고 있는데, 이 경우 팽창 질석 과립은 내열보호관의 두께 보다 작은 범위 내에서 선택된다. 바람직하게는 내열 보호관의 두께 보다 0.5mm 이상으로 작은 크기로 선택된다. 따라서 5 mm 두께의 내열보호관 제조시 팽창질석 과립은 0.1 ~ 4.5mm의 범위에서 선택될 수 있다. 팽창 질석은 0.1~0.5 밀도의 것이 선택되는 것이 바람직하며 더욱 바람직한 밀도는 0.3 이다. 팽창 질석 과립은 세라믹시트 소지 내부에서 표면으로 확산되는 확산조건과 세라믹시트 소지 표면에서 대기 중으로 증발되는 증발조건 간에 균형을 이루어 즉, 내부 속에서 표면으로 이동하여 공기 중으로 방출되는 수증기의 이동 통로를 확보할 수 있게 하므로 단계적 승온 과정 없이 고온에서 건조 및 연속식 건조를 가능하게 한다.

본 발명에서는 팽창 질석을 0.1~8mm 입자 크기 범위내의 1 종류를 전량 사용할 수 있고, 혹은 입자 크기가 다른 2 종류 이상의 질석을 함께 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기의 팽창 질석 첨가량 범위 내에서 경량성, 탄성, 혼합조성물 결합력 및 압출성 등과 같은 물성을 저해하지 않는 범위에서는 선택하는 것이 가능하나, 생산 공정의 원료 단순화 면을 고려하여 1~2mm 크기의 팽창 질석을 단독으로 사용하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 질석은 보습성이 뛰어나서 흡수재로 많이 사용되고 있으며, 장시간 습을 보유하고 있으면 진흙처럼 되어 공기가 통하지 않는 단점이 있다. 그러나 본 발명의 실시 형태와 같이 물유리와 같이 결합된 상태에서 열을 가하여 경화시키면 매우 단단하고 치밀한 경화체로 전이하여, 후술하는 바와 같이, 습기에 대한 저항성이 증가하므로 온도가 25℃상태에서 상대습도 95 중량부 이상의 극한 환경을 유지하고 있는 항온항습기 내로 장입하여 1개월 동안을 유지하여도 외관 변화나 내구성 저하가 발생하지 않으며, 시험 후의 시험편에 스태플이 박힐 정도의 내구성을 지닐 정도로 견고하게 된다.

본 발명에서 사용하는 물유리의 MSDS 자료에 의하면, 물유리는 무색 또는 옅은 황색의 투명한 액체로서 비중 1.38 이상, 점도 150 cps(20℃)이상의 물성을 가지는 데, 물유리는 물에 대한 용해성이 있기 때문에 물유리(water glass)라고도 불리는 수용성 규산염의 일종이며, 일반적으로 Na₂O-n SiO₂-x H₂O의 분자식으로 표현된다. 물유리는 약간의 탈수만 시켜주어도 초기 접착력이 강해서 본 발명에서 사용하는 지관에 접착되는 데, SiO₂/Na₂O 의 몰비(mole ratio)와 농도에 따라 다양한 성질을 나타낸다.

본 발명에서 사용할 수 있는 물유리에 대한 특별한 제한은 없으며, 통상적인 물유리를 사용할 수 있는데, 바람직한 물유리의 물성은 SiO₂/Na₂O의 몰비가 3.12~3.40 이며 점도는 약 200 cps 이상(20℃)이며 고형분 함량은 38~39 중량부이다.

본 발명에서 결합재로서 사용되는 물유리는 다음과 같은 장점이 있다. 첫째는, 물유리는 기존의 유기 및 무기 바인더에 비하여 훨씬 저가이면서도, 앞에서 전술한 바와 같이, 실리카졸이 콜로이달 상태의 실리카 입자 크기인 반면에, 물유리는 수용성 상태의 나노급 입자 크기를 지니고 있으므로 슬러리 상태의 혼합조성물 속에서 물의 침투 및 확산작용에 의해 물이 이동할 수 있는 지점까지는 물과 함께 쉽게 이동할 수 있으므로, 본 발명에서와 같이 슬러리를 지관 표면에 밀착시키면 지관 내부 속까지 이동하여 경화할 수 있는 매우 훌륭한 특성을 발휘하여 질석과 활석 혼합물을 구조적으로 결합하여 지관과의 부착력을 효과적으로 증진시킬 수 있기 때문에 본 발명의 특징인 지관일체형 무기질 내열보호관 제조를 용이하게 하기 때문이다.

둘째로, 물유리는 상기에 전술한 바와 같이 수용성 물유리 자체가 본 발명에서 내열보호관의 심재로 사용되고 있는 지관 표면 내부 속 깊은 부위까지 침투하여 경화하는 특성이 우수하나, 근본적으로 물유리는 물속에서 장시간 방치하면 원래 상태로 돌아올 수 있는 물질이므로, 무기질 내열보호관의 불량품을 물속에서 분산 및 여과시키는 방법으로 전량 재활용 할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 불량품을 단순히 물속에 침강시키는 방법만으로 무기질 내열보호관을 제조하는 과정에서 발생하는 불량품을 재활용할 수 있다. 즉, 압출, 건조 및 가공작업 등과 같은 제조과정에서 발생하는 불량품을 단순히 물속에 침강시켜서 하루 정도 방치시키면 경화된 불량품 조각들이 분말 상태로 분해되는 데 특히 물의 온도를 가열시키면 단시간에 분해될 수 있다.

상기와 같이 불량품을 물속에 침강시켜 방치하는 단순한 방법만으로도 재활용이 가능한 이유는 다음과 같이 설명할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합조성물은 적어도 팽창 질석 및 물유리를 포함하며 내열성 충진제 예컨대 활석을 선택적으로 포함하는데, 팽창 질석과 활석은 자체적으로 경화될 수 있는 특성이 없으며 물유리의 경화 능력으로 결합하여야만 된다. 물유리는 물에 용해하고 상온에서 적은 양의 탈수로도 그 상태가 액체에서 반고체까지 변할 수가 있으며, 특히 열을 가하면 단시간에 경화하여 고온에서도 결합력을 유지할 수 있으며 내수성을 향상시킬 수 있는 물성을 보유하고 있는 반면에, 근본적으로는 물유리 자체가 물에 용해할 수 있는 수용성 물질이기 때문에 과량의 물과 반응하거나 물속에서 가열을 하면 다시 용해되어 결합력을 잃어버리는 특성이 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 물유리는 열에 의하여 질석과 활석 조성물을 강하게 결합시키지만 물에 다시 용해하는 성질이 있어서 불량품 재활용 사용이 가능하면서도, 전술한 바와 같이, 여름 장마철과 같이 습도가 높을 경우에도 내수성이 강하여 직접적으로 물에 장시간 침강시키지 않는 한, 형태가 변질되는 일이 없이 내구성을 유지할 수 있는 장점을 지니게 된다.

물유리는 Ca, Mg, Al, Ba 등의 금속 이온들과 반응하여 불용성의 규산염 금속 수화물, 규산염 금속 수산화물 및 규산 등을 동시에 생성하여 겔화되는 특성이 있다고 알려져 있는 데, 질석과 활석 성분 중의 금속 이온들과 물유리가 반응하여 일부분 불용성 생성물을 생성할 수 있지만, 본 발명으로 제조된 무기질 내열보호관을 직접적으로 물에 장시간 침강시키지 않는 한, 습도 저항성은 양호하게 유지될 수 있다.

이와 같이 제조과정에서 발생하는 불량품을 단순히 물속에 침강시키는 방법으로 전량 재활용 할 수 있다는 점은, 원가 절감으로 인한 가격 경쟁력 향상과 자원의 지속적인 순환적 관점에서 매우 유리한 효과가 된다.

본 발명에서 결합재로 사용되는 물유리는 혼합 조성물을 이루는 전체 원료 100 중량부에 적어도 10 중량부로 포함되며, 팽창질석, 물유리, 내열성 충진제, 예컨대 활석으로 혼합조성물이 구성되는 경우에는 10~30중량부로 포함된다.

물유리의 사용량은 혼합조성물의 결합력에 따른 지관일체형과 분리형 방식, 압출성 및 제조단가 등에 의하여 결정될 수 있다. 내열성 충진제를 사용하는 경우 내열성 충진제가 팽창 질석과 물유리를 결합시켜 주는 필러(filler)역할로 균열 발생을 억제하는데, 물유리 사용량이 10 중량부 이하인 경우에는 혼합물의 결합력이 약해져서 불량률이 높아지며, 물유리 사용량이 30 중량부 이상일 경우에도 혼합물의 점성 증가로 인하여 압출이 힘들게 되며 제조원가가 상승하는 단점이 발생한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 무기질 내열보호관 제조를 위해 사용되는 혼합물은 팽창 질석 과립들 사이에 물유리와 함께 충진되는 내열성 충진재를 포함한다.

내열성 충진제는 팽창 질석과 물유리를 결합시켜 주는 필러(filler)역할로 균열 발생을 억제하고, 결합력을 증대시켜 내열보호관의 내충격성을 증가시키는 효과가 있다. 미세 분말 형태의 내열성 충진제를 사용하는 경우 미세 분말 형태의 무기분체가 가지는 견고성 및 내충격성을 가지면서도 팽창 질석이 가지고 있는 기공성에 의해 연속식 건조가 가능하게 되는 것이다. 특히, 활석과 같은 내열성 충진제는 팽창 질석에 비하여 매우 저렴하다. 따라서 고객의 요구 또는 사용처에 따라 내열보호관의 내충격성을 보다 향상시킬 필요가 있는 경우 팽창 질석의 사용량을 증대시키기 보다 내열성 충진제를 사용하는 것이 제품 단가 측면에서 매우 바람직하다.

바람직하게는 내열성 충진제로는 입자크기가 1~100㎛ 정도로 매우 미세한 분말 형태의 무기질 분말이 사용되며, 상기한 입자 크기에서 바람직한 필러 역을 수행한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 내열성 충진재는 윤활성, 경량성, 결합 안정성 및 취급유해성이 없는 무기질 재료라면 특별히 제한을 두지는 않지만, 활석, 견운모, 실리카 및 알루미나 등과 같은 내열성 점토류 광물들을 단독 혹은 복합화 한 것을 사용할 수 있다. 내열성 충진재를 사용함으로써, 무기질 내열보호관의 압출공정에서는 압출성과 치수 안정성 등과 같은 압출 성형성을 증가시킬 수 있었으며, 건조공정에서는 팽창 질석과 물유리를 결합시켜 주는 필러(filler)역할로 균열 발생을 억제하며, 용융물에 사용될 때에는 내열성을 발휘할 수 있다.

본 발명에서는 0.1~8mm 입경의 팽창질석 과립들 사이를 내열성 충진재가 물유리와 함께 충진 결합되는 형식이므로, 만일 첨가되는 내열성 충진재의 양이 필요 이상으로 많으면, 본 발명의 기술적 특징인 연속식 건조방식이 가능한 미세 공간의 확보가 불가능할 정도로 압출조성물 조직이 지나치게 치밀하게 된다. 이로 인해 건조과정에서 조성물 소지 내부의 확산 속도와 소지 표면의 증발 속도에 차이가 발생하고, 이에 따라 균열, 박리 및 핀홀 등과 같은 결함이 발생할 우려가 있다.

내열성 충진제는 전체 원료 100 중량부에 대하여 5~35 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 내열성 충진재의 사용량이 5 중량부 이하인 경우에는 상대적으로 주원료인 팽창질석 사용량이 증가하게 되므로 제조원가 상승의 요인이 되며, 35 중량부 이상인 경우에는 내열보호관의 비중이 증가하면서 탄성이 저하되는 현상이 발생한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 내열성 충진재로서 바람직하게는 활석이 사용된다. 내열성 충진재로 사용되는 활석은, 함수 마그네슘 규산염 광물의 3층 층상형 구조광물로서 주원료로 사용한 질석과 구조가 유사하여 매우 연질이며, 또한 윤활성이 강해서 본 발명에서와 같은 압출성형 방법에 사용하면 압출 부하를 줄일 수 있으면서도 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 또한 활석은 화학적으로 매우 안정하여 물이나 유기질용액에 의한 팽윤성이 없으며, 고온에서의 열충격 저항성이 뛰어난 특성을 가지고 있으므로, 무기질 내열보호관이 사용되는 1300∼1800℃ 고온 환경에서 사용하기에 적합하다. 또한, 본 발명에서 사용하는 활석의 입자 크기나 비중은 특별한 제한이 없으나, 약 325 mesh(44㎛) 정도의 입자 크기와 겉보기비중 약 0.5~0.7인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 팽창질석, 물유리 및 활석과 같은 내열성 충진제를 포함하는 혼합조성물을 이용한 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조방법과 그 실시예 및 비교예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법은, 0.1~8mm 크기의 팽창 질석 과립 40~80 중량부, 물유리 10~30 중량부 및 활석 등과 같은 내열성 충진재 5~35 중량부를 물과 함께 혼합하여 압출도포(extrusion coating) 방식으로 제조하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법이다.

팽창 질석 과립, 활석 분말, 물유리 및 물을 혼합기로 반죽하여, 반죽물이 압출성형이 가능한 상태로 제작하는 혼합단계; 상기 혼합단계를 통해 제작되어진 반죽물을 압출기에 투입하여, 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 세라믹 시트(ceramic sheet) 소지 형태로 압출도포(extrusion coating)하여, 지관일체형 또는 지관분리형으로 성형하여 대차에 적재시키는 성형단계; 및 상기 대차에 적재시킨 지관일체형 또는 지관분리형 성형체를 150℃가 유지되는 건조기 속으로 연속적으로 장입하여 2시간 만에 건조시키는 건조단계를 포함한다. 이때 압출도포물은 지관봉 및 금속제 봉의 외주면에 5mm 이상의 두께로 압출 도포되는 것이 바람직하다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에서는 팽창 질석, 물유리, 활석과 같은 내열성 충진재를 사용하여 다음과 같은 제조공정별로 무기질 내열보호관을 제조하였다. 제조공정은 원료 계량 → 원료 혼합 → 압출 성형 공정 → 건조 공정 → 가공 작업 순이며, 각 공정별로 무기질 내열보호관을 제조하기 위한 세부적 사항들은 다음과 같다.

원료계량 공정에서는 주원료인 팽창 질석 과립, 활석 분말 및 물유리를 계량하여 물과 함께 혼합기에 장입하는 공정이다.

본 발명에 따라 원료를 계량하여 혼합기에서 혼합하는데 있어서 각각의 원료의 혼합 순서는 특별히 한정되지는 않지만, 각각의 원료들의 성상별 특성 예를 들면, 작업 중 비산 문제점이나 물과 반응하여 단시간에 경화하는지 여부 및 혼합기의 혼합능력 등과 같은 작업 요인들을 감안하여 혼합순서를 정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 질석과 활석은 건식 상태에서 같이 혼합하고, 물유리는 물에 미리 용해한 후에 분말 원료와 액체 원료를 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 무기질 내열보호관의 제조방법은, 원료 종류가 팽창 질석, 활석 및 물유리 3 종류로서, 다종의 원료를 사용하는 공지기술에 비하여 원료 구성이 간단하고 단순한 장점을 보유하고 있다.

원료혼합 공정은 혼합기로 이송된 원료들에 적정량의 물을 혼합하여 압출작업이 가능한 상태의 반죽물로 제작하는 작업으로서, 혼합이 완료된 반죽물은 컨베이어벨트와 같은 원료 이송장치를 통하여 압출기의 호퍼로 투입한다.

혼합기의 혼합시간은 15분 이내이며 이때의 물의 양은 혼합된 전체 원료 100 중량부 대비 30~50 중량부로서 압출기 스쿠류의(screw) 전단마찰력과 같은 압출부하를 적게 받으면서 압출되어 나오는 내열보호관에서 균열, 분리, 절단 및 팽창 등과 같은 불량이 발생하지 않는 범위 내에서 물의 양이 결정된다.

물의 양이 너무 적으면 반죽물의 가소성이(plasticity)부족하여 일정한 크기로 형성되지 못하며, 반대로 물이 너무 많으면 반죽물의 가소성이 커져서 매우 큰 덩어리 상태로 존재하여 압출작업이 원활하지 않게 되므로, 압출작업에 적합한 반죽물 상태는 가루상태로 흩어지지 않아야 되며 반죽물을 손 안에서 뭉쳤을 때 펠렛(pellet)형태로 응집이 되는 상태가 되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 0.1~8mm 의 입자 크기를 갖는 팽창 질석 과립들을 서로 결합시키기 위하여, 활석과 같은 내열성 충진재와 물유리를 혼합하여 결합제로 사용하므로, 10~50㎛ 정도의 매우 미세 분말 형태의 무기분체를 사용하는 종래의 내열보호관과는 결합구조 형태가 매우 상이하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 지관일체형 내열보호관 및 지관 분리형 내열 보호관 모두를 제작할 수 있는데, 도 1 은 지관 봉 및 금속제 봉 외주면에 반죽된 혼합조성물이 세라믹 시트 소지 형상으로 압출도포 시킨 상태에서 입자들 간의 결합구조를 도시하고 있다.

도 1 을 참조하면, 팽창 질석 과립들이 활석과 물유리가 결합제로 작용하여 결합되는 데, (a) 지관 봉을 사용하는 지관 일체형의 경우 혼합 조성물이 세라믹시트 소지 형상으로 지관 봉 외주 면에 압착되면 혼합조성물 속에서 물에 용해된 물유리 입자가 물의 이동을 따라서 쉽게 지관의 표면을 통과하여 지관 내부 속까지 침투(infiltration)하여 박막 형태로 경화(hardening)하여 매우 강하게 결합되며, (b) 금속제 봉을 사용하는 지관분리형의 경우 도포 기재로서 알루미늄 봉을 사용하기 때문에 침투현상은 발생하지 않으며, 따라서 금속제 봉의 표면에 부착되어 있는 형태를 유지하다가 건조 후에는 열팽창율과 수축율에 의해 분리된다.

본 발명에 따르면 주원료로 사용하는 팽창 질석 과립은 입자가 큰 상태이므로 내열성 충진재인 활석 분말과 혼합하기가 쉬우며, 특히 팽창 질석과 활석 원료 자체가 윤활성을 보유하고 있는 특성 때문에 혼합하기가 수월하여 혼합시간을 크게 줄일 수 있다.

이에 반하여, 공지 기술은 섬유질 재료인 무기질 파이버를 주원료로 다량 사용하는 데, 파이버(fiber) 비산으로 인하여 작업 환경이 유해하며 또한 현재까지의 공학적 기술로서는 수많은 단위 필라멘트 파이버가 집적화 되어있는 섬유질 재료를 분산하기가 매우 어렵다.

따라서 본 발명에 따르면 공지 기술에 비하여 혼합 능력이 월등해서 혼합시간을 절약할 수 있으므로 생산성이 향상되는 장점을 가지게 된다.

압출작업 공정은 호퍼에 투입된 반죽물을 압출기 스쿠류의 회전 전단력(shearing force)과 압착력을 사용하여 배출구 방향으로 압출시켜서 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 세라믹 시트 형상으로 압출 도포시키는 공정이다.

통상적으로 압출기는 본체 입구에 설치된 원료공급기(feeder), 본체 내에서 원료를 운반하는 스크루(screw), 스크루를 둘러싸는 바렐(barrel)이라고 불리는 실린더 및 본체 출구의 다이(die)로 구성된다. 압출기의 스크루는, 공급부위, 압축부위, 계량부위로 구분하는데, 공급부위의 스크루는 호퍼에서 내려오는 반죽물을 압출기 앞부분에서 충진하기 위하여 날개 깊이가 깊은 부위이며, 압축부위의 스크루는 날개깊이가 점차 낮아지거나 날개 간격이 점차 좁아짐으로써 공급부위에서 밀려오는 원료를 압축 및 전진시키는 작용을 하며, 배출구 부위의 다이에 연결되어 있는 계량부위의 스크루는 날개의 높이가 매우 낮아 강한 전단력이 발생하여 높은 에너지와 다량의 열을 많이 발생하는 부위이다. 일반적으로 직경이 큰 스크루를 낮은 속도로 회전시키면 전단력은 작지만 혼합력은 커지고, 반대로 작은 날개를 빠른 속도로 회전시키면 전단력은 커지나 혼합력은 떨어진다. 따라서 적절한 전단력과 혼합력으로 압출기를 가동시켜야 반죽물의 혼합 성능을 유지하면서 배출구 방향으로 직진 이송이 가능하게 된다.

본 발명의 실시예에서 사용된 압출기는 같은 방향 회전 및 완전 맞물림형 이축압출기(twin screw extruder)로서, 호퍼 속에 투입된 팽창 질석과 활석 및 물유리 반죽물을 스크루 회전 전단력을 이용하여 출구 쪽으로 압축 및 직진시킬 수 있으며, 압출기의 출구 쪽에 다이를 결합하여 스크루에서 받는 회전 전단력을 일정방향의 전단력으로 전환시켜 줌으로써 제품을 안정하게 연속적으로 압출할 수 있다.

압출기에서 배출되는 반죽물을 각각 지관 봉 또는 금속제 봉 외주 면에 도포시키기 위해서는 지관 봉 또는 금속제 봉이 압출기에 결합된다. 압출기 배출구의 끝부분에 위치한 다이에 지관 봉 또는 금속제 봉을 삽입하면 압출되어 나오는 반죽물이 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면을 타고 흘러가면서 약 5mm 두께의 세라믹시트 형상으로 도포된다. 세라믹시트가 원하는 길이에 이르면 철사 줄 같은 것을 사용하여 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 도포된 세라믹 시트를 절단한다.

다이에 지관 봉 또는 금속제 봉을 삽입한 상태에서 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 압출반죽물이 진행 방향으로 이동되면서 도포(coating)되므로 지관일체형과 지관분리형 모두를 제조할 수 있다.

압출기 호퍼로 투입된 반죽물이 스쿠류의 회전운동과 전단 압착력으로 인하여 배출구 방향으로 밀려 나올 때에는 압출기 몸체와 스쿠류 사이에 압착되어 있는 반죽물로 인하여 강력한 전단응력이 발생하여 반죽물의 압력이 상승하는 반면에, 압출기에서 배출되어 지관 봉 또는 금속제 봉 외주 면으로 도포되는 시점부터는 세라믹시트에 작용하는 중력 현상과의 불균형 현상으로 인하여 세라믹시트에 응력이 발생하여 변형이 일어나기 쉬운 상태가 되는 데, 반죽물이 스쿠류를 통과하여 다이에 도달하는 구간사이에 일정한 공간을 확보하는 것에 의하여 반죽물에 걸린 응력을 완화시키고, 혼합조성물의 윤활성을 극대화시키는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 무기질 내열보호관의 사용 용도에 따라 내열보호관을 제조하는 방식을 지관일체형과 지관분리형으로 생산할 수 있다. 즉, 세라믹시트가 지관 봉 외주 면에 함께 도포 건조되어 지관과 일체화 되어 사용되는 지관일체형과, 지관 봉 대신에 알루미늄 봉을 사용하여 도포 건조시킨 후 알루미늄 봉을 분리한 후 원형의 세라믹시트만을 사용하는 지관분리형 모두를 제조할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 건조공정은 세라믹시트 소지에 존재하고 있는 수분을 탈수시키면서 물유리를 경화시키는 건조 공정으로 진행된다. 건조 공정은 세라믹시트를 상온에서 장시간 건조시키거나 또는 100℃ 정도의 온도에서 건조시키는 방식도 적용가능하다. 그러나 바람직하게는, 건조 공정은 물이 탈수되는 100℃ 이상의 온도에서, 더욱 바람직하게 단위 건조 생산성을 높이기 위해서는 약 150℃ 정도의 온도가 유지되는 건조기 내에 세라믹 시트를 장입하는 방식으로 건조가 이루어진다. 이 경우 2시간 이내에 건조가 완료될 수 있으며, 건조가 완료된 대차를 대기 중으로 꺼낸 후에 다시 연속적으로 대기하고 있던 압출물 대차를 연속적으로 장입하여 건조시키는 연속식 건조가 가능하다. 이와 같은 연속식 건조 공정에 의할 경우 기존 방식에 비하여 1일 생산량을 4배로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 건조공정에서 가장 중요한 사항은 소지 내부의 확산 속도와 소지 표면의 증발 속도의 균일성에 있으며, 균일성이 확보되어야 균열, 박리 및 핀홀 등과 같은 결함이 발생하지 않는다.

통상적으로 당 업계에서 사용하는 공지된 내열보호관의 건조메커니즘(drying mechanism)은 다음과 같이 설명할 수 있다. 즉, 건조기에 장입된 내열보호관 세라믹시트 소지에 가열을 시작하면 소지의 수분 함량이 일정량 감소할 때까지는 소지 표면의 증발 속도와 내부의 확산 속도가 일정하여 소지의 온도 자체가 일정하므로 단위 시간당 건조량이 일정하면서 건조속도는 크나, 선행기술은 입자 크기가 10~50㎛ 정도로 매우 미세한 혼합물이기 때문에 조직이 매우 치밀하고 견고하기 때문에 소지의 수분함량이 일정량 감소한 이후부터는 표면 증발량이 증가되는 대신 내부 확산량은 감소되어 내열보호관 세라믹시트 자체의 온도가 상승되면서 건조속도는 감소하게 된다. 이것이 장벽이 되어 세라믹시트 소지 표면으로부터의 열 침투와 소지 내부의 수분 이동이 장애를 받아서 세라믹시트 소지 표면이 경화되는 현상이 발생하면서 건조속도는 급격히 떨어지고 세라믹시트 소지에 결함이 발생하게 된다.

따라서 상기와 같은 결함을 방지하기 위하여 공지 기술에서는 건조시 승온 과정을 여러 단계로 나누어서 온도를 천천히 상승시키는 방법을 거쳐야 하기 때문에 연속식 건조가 불가능하였다. 즉, 도 2 에 도시된 바와 같이 지관일체형은 단계적 승온을 거쳐 40℃에서 15시간 이상을, 지관분리형은 단계적 승온을 거쳐 110℃에서 6시간 이상을 열처리해야 하므로 건조과정에서 많은 시간을 필요로 하기 때문에 생산성이 저하되는 단점이 발생한다.

그러나 본 발명에 의할 경우, 상온에서 건조시켜도 되고, 상온에서 시작해서 온도를 상승시키는 방법을 사용해도 되고, 특히 150℃ 온도를 유지하고 있는 열풍 건조기 내부에 압출 즉시 투입해도 균열이 없으며 약 2시간 이내에 건조가 완료되는 연속식 건조 방식의 장점이 있으므로 생산성을 증가시킬 수 있다.

가공작업 공정은 건조가 완료된 무기질 내열보호관 속으로 용탕용 센서를 고정시키기 위하여 행해지는 기계적 가공 작업으로서 절단, 타카(stapling), 및 타공(punching)등이 있다.

본 발명으로 제조되는 무기질 내열보호관은 상기와 같은 가공 작업 중에 발생하는 충격 등에 견딜 수 있을 정도의 내구성을 가지고 있으며, 또한 제작된 내열보호관의 운반 취급 중에 발생하는 충격에 대한 저항성을 지니고 있다.

이하, 본 발명에 따른 무기질 내열보호관의 제조 방법을 실시예 및 비교예를 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

입자 크기가 약 1mm 상태의 팽창 질석 과립(미성산업 Silver Right, 이하 동일) 60kg과 활석(KOCH KCA-325, 이하 동일) 분말 20kg을 200kg용량의 혼합기에 장입한 후에 물 40kg에 미리 혼합시킨 20kg 물유리(영일화성 물유리 KS 3호, 고형분 함량 38~39 중량부, 이하 동일)를 추가로 혼합기에 장입한 후에 교반을 시작하여 15분을 혼합한 후에 압출작업이 가능한 상태의 반죽물을 제작하였다.

반죽물을 압출기의 호퍼에 투입하여 압출기 배출구 방향의 끝부분에 위치한 다이 방향으로 진행시킨다. 다이 외주 면에 지관 봉을 삽입한 후에는 압출되어 나오는 반죽물이 지관 봉의 외주 면을 타고 흘러가면서 약 5mm 두께의 원형 세라믹시트 형상으로 도포된다. 원형 세라믹시트 소지의 길이가 570mm 길이에 이르면 철사 줄을 사용하여 절단한 후 대차에 적재시켰다.

상기와 같은 방법으로 압출시킨 무기질 내열보호관의 규격은 지름 70mm 길이 570mm 이고, 본 발명의 실시예에서 사용한 건조기 1회 건조 능력이 4대차 분량인 건조기를 사용하였다. 본 발명에서 사용한 대차 1대를 적재하는데 필요한 수량이 169개이고 4대차는 총 676개가 필요하므로, 총 676개를 압출하여 4대차 분을 준비하였다. 압출공정에서의 단위 생산성을 계산한 결과, 단위개수 당 압출시간은 6~8 초이며, 압출시 균열, 처짐 및 찌그러짐 등과 같은 불량품을 감안한 압출 성공률은 99% 이었다.

압출하여 적재시킨 4대의 대차를 150℃가 유지되는 열풍 건조기 속으로 장입하여 2시간을 건조시켜서 무기질 내열보호관을 완성하였으며, 건조 후의 내열보호관을 검사하여 균열, 지관과의 결합 여부, 찌그러짐 및 직진성 등과 같은 불량품을 감안한 건조 성공률은 99% 이었다.

건조가 완료된 무기질 내열보호관을 가공하여 재활용성, 경량성, 가공 취급성, 내구성, 용탕저항성 시험 등의 물성시험을 실시하였다.

(실시예 2)

사용하는 입자 크기가 약 1mm 상태의 팽창 질석 과립 54kg에 입자 크기가 약 4mm 상태의 팽창 질석 과립 6kg을 추가로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기의 실시예 1과 동일하다.

압출 물량은 총 676개를 압출하였고 단위 개수당 압출시간은 6~8초이며 압출 성공률은 99%,이었으며, 대차에 총676개를 적재한 후 건조 성공률은 99%이었다.

(실시예 3)

입자 크기가 약 1mm 상태의 팽창 질석 과립 65kg과 활석 분말 20kg을 혼합기에 장입한 후에 물 35kg에 미리 혼합시킨 15kg 물유리를 추가로 혼합기에 장입한 후에 교반을 시작하여 15분을 혼합한 후에 압출 작업이 가능한 상태의 반죽물을 제작하였다.

반죽물을 압출기의 호퍼에 투입하여 압출기 배출구 방향의 끝부분에 위치한 다이 방향으로 진행시킨다. 다이 외주 면에 알루미늄 봉을 삽입한 후에는 압출되어 나오는 반죽물이 알루미늄 봉의 외주 면을 타고 흘러가면서 약 5mm 두께의 원형 세라믹시트 형상으로 도포된다. 원형 세라믹시트의 길이가 570mm 길이에 이르면 철사 줄을 사용하여 절단한 후 대차에 적재시켰다.

압출공정에서의 단위 생산성을 계산한 결과, 단위개수 당 압출시간은 6~8 초이며, 압출시 균열, 처짐 및 찌그러짐 등과 같은 불량품을 감안한 압출 성공률은 95~98% 이었다.

압출하여 적재시킨 4대의 대차를 150℃가 유지되는 열풍 건조기 속으로 장입하여 2시간을 건조시킨 후에 알루미늄 봉과 도포되어 건조된 원형의 세라믹시트를 분리하여 무기질 내열보호관을 완성하였으며, 건조 후의 내열보호관을 검사하여 균열, 지관과의 결합 여부, 찌그러짐 및 직진성 등과 같은 불량품을 감안한 건조 성공률은 95~98% 이었다.

(실시예 4)

입자 크기가 약 1mm 상태의 팽창 질석 과립 70kg과 견운모(sericite) 분말 10kg을 200kg용량의 혼합기에 장입한 후에 물 40kg에 미리 혼합시킨 20kg 물유리를 추가로 혼합기에 장입한 후에 교반을 시작하여 15분을 혼합한 후에 압출작업이 가능한 상태의 반죽물을 제작하였다. 실시예 1과 비교하여, 내열성 충진재로 활석을 사용하지 않고, 견운모(sericite)를 10kg을 첨가하였으며, 이에 따라 팽창 질석 10kg 이 추가로 사용되었다.

압출 물량은 총 676개를 압출하였고 단위 개수당 압출시간은 7~9초이며 압출 성공률은 99%,이었으며, 대차에 총 676개를 적재한 후 건조 성공률은 99%`이었다.

(실시예 5)

입자 크기가 약 1mm 상태의 팽창 질석 과립 70kg을 혼합기에 장입한 후에 물 45kg에 미리 혼합시킨 30kg 물유리를 혼합기에 장입한 후에 교반을 시작하여 10분을 혼합한 후에 압출 작업이 가능한 상태의 반죽물을 제작하였다. 반죽물을 압출기의 호퍼에 투입하여 압출기 배출구 방향의 끝부분에 위치한 다이 방향으로 진행시킨다. 다이 외주 면에 알루미늄 봉을 삽입한 후에는 압출되어 나오는 반죽물이 알루미늄 봉의 외주 면을 타고 흘러가면서 약 5mm 두께의 원형 세라믹시트 형상으로 도포된다. 원형 세라믹시트의 길이가 570mm 길이에 이르면 철사 줄을 사용하여 절단한 후 대차에 적재시켰다.

압출공정에서의 단위 생산성을 계산한 결과, 단위개수 당 압출시간은 5~6 초이며, 압출시 균열, 처짐 및 찌그러짐 등과 같은 불량품을 감안한 압출 성공률은 99% 이었다.

(실시예 6)

사용하는 원료에 추가로 유리촙(길이;5~10 mm) 0.5kg을 추가로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기의 실시예 1과 동일하다.

압출 물량은 총 676개를 압출하였고 단위 개수당 압출시간은 7~9초이며 압출 성공률은 99%,이었으며, 대차에 총 676개를 적재한 후 건조 성공률은 99 %이었다.

(비교예 1)

본 발명 방식대로 제조되는 내열보호관과 비교 분석하기 위하여, 당업계에서 종래의 기술방식으로 제조되고 있는 지관분리형 내열보호관을 제작하여 물성을 비교하였으며, 단위는 wt.% 이다.

Bulk Type의 세라믹울(chopped glass wool, 모간산업 R or ZR grade) 54.4kg과 실리카졸(광진, 고형분 30%)13.9kg, CMC 분말(지엘켐,carboxymethyl cellulose)7.6kg, 물 43.2kg 및 재활용 스크랩 24.1kg을 200kg용량의 혼합기에 장입한 후에 교반을 시작하여 25~30분을 혼합한 후에 압출 작업이 가능한 상태의 반죽물을 제작하였다.

상기와 같은 방법으로 압출시킨 무기질 내열보호관의 규격은 지름 70mm 길이 570mm이고 본 발명의 실시예와 같이 총 676개를 압출하여 4대차 분을 준비하였다. 압출공정에서의 단위 생산성을 계산한 결과, 단위개수 당 압출시간은 5~10초이며, 압출시 균열, 처짐 및 찌그러짐 등과 같은 불량품을 감안한 압출 성공률은 99% 이었다.

건조 조건은 실시예 1과 동일한 방식을 먼저 적용하였으나, 표면 균열 및 미 건조로 인하여 건조가 되지 않았다.

따라서, 도 2 에 기재된 건조조건에 따른 건조 생산성 비교그래프에서, 기존재 1의 방식대로 건조를 실시하였다.

건조 후의 내열보호관을 검사하여 균열, 찌그러짐 및 직진성 등과 같은 불량품을 감안한 건조 성공률은 99% 이었다. 건조가 완료된 내열보호관을 가공하여 재활용 여부, 경량성, 가공 취급성, 내구성, 용탕저항성 시험 등의 물성시험을 실시하였다.

본 발명의 기술적 특징인 연속식 건조방식, 탁월한 혼합 및 압출 능력 및 재활용 특성을 각 공정별 단위생산량과 연관시켜 기존 기술과 비교분석을 실시하였다. 이를 도 3 및 표들을 참조하여 설명한다.

(시험예 1 : 제조공정별 단위 생산성 비교)

실시예 1 내지 실시예 6 에 따른 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조공정별 단위 생산성과, 비교예 1로 제시된 종래의 기술대로 제조되는 내열보호관의 제조공정별 단위 생산성 결과를 비교하면 아래의 표 1과 같다.

상기 [표 1]에서 내열보호관은 지름 70mm, 길이 570mm 시험체를 기준으로 한 결과이며, 단위 혼합시간은 원료 재료들을 혼합기를 사용하여 분산시켜서 반죽물로 만드는데 소요되는 시간이며, 단위 압출시간은 내열보호관 1개를 압출하는데 걸리는 시간이며, 단위 건조시간은 내열보호관 4대차 분량을 건조기에 장입하여 건조를 완료시키는데 필요한 시간이다. 제품수율은 균열, 처짐 및 찌그러짐 등과 같은 불량품을 감안한 정상적인 내열보호관 제품과의 비례 성공률이며, 공정싸이클(process cycles)횟수는 계량 → 혼합 → 압출 → 건조공정까지의 단계를 포함하는 공정싸이클을 1회 싸이클로 기준하여 1일 8시간 내에서 가능한 횟수이며, 1일 생산량은 법정근로시간인 8시간을 기준한 것이다.

실시예 2의 경우에는 실시예 1과 달리 단일 크기의 팽창 질석을 사용하지 않고, 1mm 크기의 팽창질석과 4mm 크기의 팽창질석을 혼합하여 사용하였는데, 혼합 및 압출 능력이 우수했으며 건조방식도 연속식으로 적용해도 전혀 문제점이 발생하지 않았다.

실시예 3은 실시예 1 보다 물유리 함량 5 중량부 적게 사용하여 지관 분리형을 제작하였다. 지관분리형은 금속제 봉의 외주 면에 세라믹시트 소지 형상으로 혼합 반죽물을 압출 도포하여 접착시킨 후, 급격한 건조과정과 냉각방식에 따른 금속제 봉과 세라믹시트의 열팽창과 수축율(thermal expansion & shrinkage)을 이용하여 금속제 봉에 접착된 세라믹시트를 분리하여 제조할 수 있다.

실시예 4는 내열성 충진재로서 활석 20 중량부 대신에 견운모 10 중량부를 사용한 방식으로, 상대적으로 팽창 질석 함량이 10 중량부 증가하여 직접재료비 원가가 상승하였다. 견운모를 사용하면 소지 조성물 간의 결합력을 물유리 결합력 외에 견운모의 건조 후 발생하는 결합력으로 보강할 수 있기 때문에, 내충격성이 향상되고 용탕저항성 특성이 더욱 향상되는 장점이 있다.

실시예 5는 활석과 같은 내열성 충진재를 전혀 사용하지 않고 단순히 팽창 질석과 물유리 2종류만을 사용하여 내열보호관을 제작한 경우로서, 단위 혼합시간과 단위 압출시간이 향상되었다. 그러나, 내열성 충진제를 사용하면 팽창 질석의 함량을 늘이지 않고서도 내충격성이 향상되는 효과를 달성할 수 있으므로 내열성 충진제를 사용하는 것이 더욱 유리하다.

실시예 6은 유리촙을 0.5 중량부 사용한 경우이다. 많은 양이 사용될 경우 작업 환경성 면에 문제를 발생시키므로 극소량을 사용하였다. 실시예 6은 본 발명에 따른 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조방법에 따라 팽창 질석, 물유리 및 활석이 사용된 경우 유리촙과 같은 세라믹 파이버를 첨가하더라도 본 발명의 장점이 그대로 유지된다는 것을 보여준다. 다만, 실시예 6의 경우 유리촙의 사용에 따라 직접재료비 원가가 상승하였다.

상기 표에 나타난 결과를 바탕으로 각 실시예 별로 세부항목을 분석하면 다음과 같다.

단위 혼합시간 항목을 분석하면, 시간은 10분 내지 20분으로서 비교예 25 내지 30분에 비해서는 단위 혼합시간이 많이 감소하여 공정싸이클 상의 혼합공정 소요시간을 대폭 줄일 수가 있어서 생산성 향상의 효과가 발생하였다. 특히 비교예 같은 경우에는 혼합공정에서 반죽물이 완성된 후에도 즉시 압출이 가능하지가 않고 대기 중에서 약 12시간 동안을 방치하여 숙성(aging)시킨 후에야 압출이 가능한 특성이 있기 때문에 혼합을 완료한 후 연속적으로 압출이 가능한 본 발명 방식과는 생산성 면에서 불리하다.

단위 압출시간 항목을 분석하면, 가소성이 큰 견운모를 적정량 이상으로 사용하거나 유리촙을 사용한 경우에서 압출시간이 증가하였으나 모두 9초 이내로 우수한 특성을 나타내었다. 특히 실시예 1 내지 6 의 경우 약 12시간 동안을 방치하여 숙성(aging)시킨 후에야 압출이 가능한 비교예 1과 달리 혼합 반죽 후에 바로 압출하는 공정이 가능하므로, 생산성이 특히 향상된다.

단위 건조시간 항목을 분석하면, 상기의 실시예 1 내지 실시예 6 모두 2시간 이내에 건조가 가능하므로 모두 연속식 공정이 가능하다.

제품수율 항목을 분석하면, 실시예 1 내지 실시예 6 모두 종래 방식의 비교예 1과 대비하여 제품 수율이 떨어지지 않음을 알 수 있다. 그런데 본 발명에 따르면 연속 압출 및 연속식 건조 공정이 가능하므로 비교예 1에 비해 생산성이 향상된다는 것을 알 수 있다.

공정싸이클 항목을 분석하면, 1일 8시간 기준으로 비교예가 1회인 것에 반하여, 상기의 실시예 1 내지 실시예 6 모두 4회의 결과를 나타내어 1일 생산량 항목에서도 비교예가 676개인 것에 반하여 상기의 실시예 1 내지 실시예 6 모두 2704 개를 나타내어 생산성이 4배로 증가하였다.

지관일체형/분리형 가능 여부 항목을 분석하면, 비교예가 지관분리형만 제작이 가능하고 지관일체형은 제작이 불가능한 반면에, 상기의 실시예 1 내지 실시예 6 모두 지관일체형과 지관분리형 모두 제작이 가능하였다.

본 발명 방식대로 제조되는 실시예 1과 종래의 방식대로 제조되는 비교예 1의 내열보호관의 제조공정별 단위생산성 결과를 바탕으로 더욱 구체적으로 1일 생산량을 비교 분석한 결과를 표 2에 나타내었다.

단위 압출시간 (1개당)	혼합시간		압출시간		혼합+압출시간	건조시간 (150℃)	1일 생산량 (8시간)
	1회	5회 4대차	169개/ 1대차	676개/ 4대차	676개/ 4대차	676개 /4대차	1회싸이클/ 2시간 공정 ×4회
7초	15분	75분	20분	80분	95분	2시간	2704개
8초			23분	92분	107분
9초			26분	104분	119분

실시예 1의 단위 압출시간을 1개당 7초로 기준하여 단위생산성 지수를 분석하면, 200kg 용량의 혼합기 속에 100kg 건식상태의 원료를 물과 혼합하여 15분을 가동시켜서 반죽물을 얻은 후에 연속적으로 압출하였을 경우에 약 140개가 압출된다. 따라서 실시예 1에서 사용한 건조기의 1회 건조능력인 대차 4대를 적재할 수 있는 분량 674개를 혼합하는데 소요되는 시간은 75분이며, 압출하는데 소요되는 시간은 80분이다.

상기에서 혼합기와 압출기는 별개로 작동하는 기계이므로 당연히 본 발명에서는 혼합기와 압출기를 별도로 연속적으로 운전시켜서 본 발명의 연속식 건조조건인 2시간 이내에 4 대차 분량을 준비해야 만이 계량 → 혼합 → 압출 → 건조공정의 1회 공정싸이클이 완성될 수 있다.

구체적으로 예를 들면, 혼합 1회차 분량이 완료된 상태에서 연속적으로 압출을 시작했을 경우에는 혼합과 압출시간은 연속적으로 작업이 이루어 질 수 있으므로, 즉, 혼합 1회차 분량이 완료된 후 압출 1회차 분량이 압출을 시작하면서 동시에 혼합 2회차 분량이 혼합을 시작하는 방식으로 혼합과 압출작업은 연속적으로 계속되어서 4대차 분량분이 완성되면 대차4대를 150℃ 온도가 유지되는 건조기에 즉시 장입하여 2시간 후에는 건조를 완료시켜서 대차4대를 대기 중으로 꺼내는 동시에, 압출이 완료된 4대차를 다시 연속적으로 건조기에 장입하는 패턴으로 공정싸이클은 연속적으로 순환된다.

상기와 같이 실시예 1의 단위 압출시간을 1개당 7초로 기준했을 경우에 혼합 +압출시간은 95분이 소요되며, 8초로 기준했을 경우에 혼합 +압출시간은 107분이 소요되며, 9초로 기준했을 경우에 혼합 +압출시간은 119분이 소요되므로, 1회 공정싸이클에서 요구하는 즉, 단위 건조시간인 2시간 이내가 가능하다. 따라서 상기의 실시예 1 내지 실시예 6에서 나타난 단위 압출시간 결과는 모두 9초 이내이므로 상기의 실시예 1 내지 실시예 6은 모두 연속식 공정이 가능하다.

2시간이 소요되는 공정싸이클을 1일 8시간 가동시키면 1일에 4회의 공정싸이클이 순환될 수 있으며 이로 인하여 1일 생산량은 8시간 기준으로 2704개가 산출되어 비교예의 676개에 비해서 생산성은 4 배로 향상된다.

또한, 본 발명에서 사용하는 원료들은 압출능력 향상제나 고가의 유기바인더를 사용하지 않고 발암성과 취급 유해성이 없는 친환경 무기질 재료만을 사용하였음에도 종래의 기술에서 사용하는 원료보다 직접재료비 원가가 1/2 이하로 감소되어 제품단위당 생산원가가 감소하게 되어 판매가격을 인하할 수 있는 여지가 생기며 궁극적으로는 매출액의 증가를 가져올 수 있다.

따라서 본 발명품은 기존 생산설비를 증설하지 않고 현 상태의 제조설비를 사용하는 조건에서, 친환경적인 재료를 사용함에도 불구하고 기존재에 비하여 재료원가는 1/2 가격이며, 1일 생산량은 4배로 향상된다.

(시험예 2) 건조방식 평가

본 발명 방식대로 제조되는 실시예 1의 지관일체형 건조조건, 실시예 3의 지관분리형 건조조건, 비교예 1의 지관분리형 건조조건 및 선행기술인 대한민국 특허 제10-0793255호에 기재된 바와 같은 지관일체형 및 지관분리형 건조조건을 비교 분석하였으며, 이에 대한 건조 생산성 비교그래프를 도 2에 나타내었다.

도 2에 명확하게 나타난 바와 같이, 본 발명 방식은 지관일체형이나 분리형 모두 150℃ 온도가 유지되는 건조기 속으로 장입하여 2시간 만에 건조가 완료된 반면에, 비교예 1의 지관분리형은 대기 중 상온조건에서 건조를 시작하여, 30분에 걸쳐서 80℃상승 → 30분 유지 →30 분에 걸쳐서 110℃ 상승 → 270분 유지하는 식으로 총 6시간이 소요되는 패턴(patterns)을 보이고 있고, 대한민국 특허 제10-0793255호에서의 지관일체형은 2~3일 정도 자연 건조하거나, 열풍식 건조로에서 40℃로 15시간 이상 건조하여 열에 의한 지관 봉의 수축을 최소로 하거나, 또는 열풍식 건조로에서 110℃로 6시간 이상 건조하여 지관분리형으로 제조될 수 있다고 기재되어 있다.

이와 같이 선행기술에서는 유기바인더를 사용하기 때문에 건조조건에 따라 탈바인딩(debinding)환경이 변하여 다공성, 바인더 분포 및 유리전이온도(TG) 등과 같은 상변화(phase transition)등이 발생하므로 사용하는 유기바인더 특성을 감안하여 건조를 시켜야 되며 건조 후에도 회분이나 탄소의 잔류문제가 발생하므로, 이에 대한 세심한 건조조건이 필요하다.

유기바인더를 사용하는 건조공정 상에서의 건조메커니즘은 다음과 같이 설명될 수 있다. 건조 초기에 부착수의 이탈 후 유기바인더의 상변화가 일어나는데, 이러한 바인더의 거동특성은, 고상에서 액상으로의 용해, 고상에서 기상으로의 승화, 액상에서 액상으로의 유동, 액상에서 기상으로의 증발 및 비등현상 등과 같은 단독 혹은 복합적인 상변화를 일으키며, 이때에 바인더의 상변화로 인하여 체적팽창이 일어나 가스가 발생하여 균열, 층간박리 등의 결함이 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 가열속도, 최고온도 및 냉각속도 등의 건조조건을 적절히 조절하는 것이 중요하며 이러한 건조조건을 위해서는 서서히 승온하면서 상변화가 생기는 구간에서는 유지시간을 주어서 안전한 상변화를 유도한 다음에 건조를 진행하는 것이 최선의 방법이다.

또한 대한민국 특허 제10-0793255호에서 사용하는 규조토 원료는 입자 크기가 10~50㎛ 정도로 매우 미세한 혼합물이기 때문에 조직이 매우 치밀하고 견고하여 건조공정에서 혼합조성물 소지 내부의 확산 속도와 소지 표면의 증발 속도에 차이 때문에 발생하는 균열, 박리 및 핀홀 등과 같은 결함을 방지하기 위하여 건조시 승온과정을 여러 단계로 나누어서 온도를 천천히 상승시키면서 즉, 지관일체형은 40℃에서 15시간 이상을, 지관분리형은 110℃에서 6시간 이상을 열처리해야 하므로 건조과정에서 많은 시간을 필요로 하기 때문에 생산성이 저하되는 단점이 발생한다.

하지만, 본 발명에서는 기공성을 보유하고 있는 팽창 질석 과립을 사용하여 소지 내부의 확산 속도와 소지 표면의 증발 속도에 차이가 발생하지 않고, 또한 결합제로 사용하는 물유리는 물을 용매로 사용하므로 단순히 물을 탈수시키는 작용만으로도 결합능력을 발휘하는 물질이기 때문에, 150℃ 온도에서 직접 장입해도 균열이 발생하지 않고, 2시간 내에 건조가 완료되므로 생산성을 증가시킬 수 있는 것이다.

(시험예 3) 생산 효율성 분석 및 물성평가 종합 비교표.

본 발명 방식대로 제조되는 지관일체형 발명재와 기존기술 방식대로 제조되는 지관분리형 기존재1과 지관일체형 기존재2 와의 공정별 생산성, 경제성, 작업효율성, 용탕 저항성 및 내구성 등을 비교 분석하였으며, 이에 대한 결과를 표 3에 나타내었다.

상기 [표 3]에서 각각의 세부항목들에 대한 발명재와 기존재1 및 기존재2의 분석 결과는 정량적으로 계량화하여 비교한 것이 아니고, 발명자의 주관적 판단으로 작성하여 단지 참고사항으로 비교가 가능하며, 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 후술하는 본 발명의 청구범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니다.

상기 표는 생산성 효율성을 분석하기 위하여, 공정별 생산성, 경제성, 작업효율성 항목이 있으며, 물성시험 결과인 용탕저항성과 내구성 항목으로 구분하며, 각 항목에 따른 세부항목으로 세분화되어 세부항목을 분석하기 위한 분석용 인자(factor)들로 구성되어 있다.

공정별 생산성 항목을 분석하면, 기존 방식에서는 유기바인더를 사용하기 때문에 압출능력이 대폭적으로 향상되어야 하나 규회석과 세라믹파이버들을 사용했기 때문에 이로 인하여 압출능력이 상쇄된 결과를 나타내는 반면에, 본 발명에서 사용하는 팽창 질석 과립과 활석 분말 자체가, 전술한 바와 같이, 굴곡성과 윤활성을 구비한 관계로 압출저항성을 대폭 줄일 수 있어서 압출능력이 향상되었으며, 이로 인하여 생산성 증가를 가져올 수 있었다.

또한 기존 방식에서는 미세한 입자들을 사용하여 조성물의 조직이 매우 치밀하여 건조과정이 배치식으로 복잡하고 시간이 많이 소요되는 반면에, 전술한 바와 같이, 본 방식은 본 발명의 기술적 특징인 0.1~8mm입경 크기의 팽창 질석 과립을 사용한 관계로 150℃ 온도에서 연속적으로 장입하여 2시간 내에 건조를 완료할 수 있었으며, 이로 인하여 생산성 증가를 가져올 수 있었다.

한편, 원료의 혼합성 측면에서는 기존 재료가 파이버를 사용하기 때문에 화이버 분산이 매우 어려운 반면에, 본 방식은 윤활성을 가지고 있는 팽창 질석 과립 입자와 활석 분말을 사용하기 때문에 기존 방식에 비하여 혼합하기가 훨씬 수월하여 혼합시간을 줄일 수 있었다.

가공성은 내열보호관을 가공하기 위한 절단, 타공, 타카 작업에 대한 기계적 가공성을 말하는 것으로서 본 발명으로 제조되는 무기질 내열보호관은 팽창 질석 과립과 활석 분말 및 물유리를 사용하고도 탄력성이 매우 우수한 세라믹 울과 유기 바인더를 사용하는 기존재 방식과 동일하게 가공성을 발휘할 수 있었다.

경제성 항목을 분석하면, 기존 방식에서는 원료취급 안정성 면에서는 기존재1 내지 기존재2 모두 침상재료를 사용하기 때문에 작업자들에게 피부병을 유발할 수 있으며, 사용하는 원료의 종류가 많고, 재활용 면에서는 기존재1이 가능하나 기존재2는 관련 데이터가 없는 실정이다. 그러나 본 방식은 사용하는 원료의 종류가 3가지로 단순하며 원료 자체의 원가가 저렴하며, 취급시 작업자의 불편함이 없으며, 지관일체형과 지관분리형 제조가 가능하며, 연속식 건조가 가능하여 1일 생산성은 기존재보다 월등히 우수하며, 물에 침강시키는 저비용 단순한 방법으로 불량품 전량을 다시 원료로 재활용할 수 있는 친환경 순환자재이다.

작업효율성 항목은 제품을 조립하고 가공하며 운반 및 적재할 때에 요구되는 물성으로서, 기존재1은 지관일체형 방식으로 제조가 불가능하고 기존재2는 가능한 반면에, 발명재는 모두 가능하며, 경량성과 직진성 및 작업장 환경면에서 기존재와 별다른 차이점이 발견되지 않았다.

(시험예 4) 용탕저항성 시험평가

무기질 내열보호관이 사용되는 환경은 1300∼1800℃ 고온의 금속 용융물 속에서 12초이상 침지하여 측온, 측산 및 시료 채취 등의 시험을 실시한 후 대기 중으로 끄집어 낸 후는 물론 시료 분석을 위해 이동할 때에도 내열보호관이 부서지지 않아야 된다. 또한 수분 및 유기 성분이 고온의 금속 용융물 속에서 급격히 기화 및 연소하면서 발생하는 가스와, 온도를 상승시킬 때에 발생하는 격렬한 버블링 현상으로 인하여 작업자가 위험에 노출되는 경우가 발생하므로, 이러한 극한 환경에서의 용탕 조건에 견디기 위해서는 보다 강력하고 안정된 무기질 내열보호관이 요구된다.

상기 표에 서술된 무기질 내열보호관의 용탕 시험을 실시하기 위하여, 본 발명으로 제조한 무기질 내열보호관을 사용하여 용탕시험용 공시체로 제작하여 용탕저항성 시험을 하였다.

용탕저항성 시험용 공시체 제작은, 실시예 1에서 제작한 무기질 내열보호관의 한쪽 끝 부분을 내화용 코어와(core)습식 상태의 몰탈로서(mortar)밀봉시켰다. 밀봉 작업이 완료된 내열보호관을 대기 중에서 1일간 건조시킨 후 다시 100℃ 정도의 온도가 유지되는 열풍 건조기를 사용하여 부착 수분을 완전히 제거한 후 용탕저항성 시험용 공시체로 사용하였다. 만약 공시체에 약간의 수분이 존재한 상태에서 용탕물 속에 장입하면 순간적으로 수분이 비등하여 매우 강력한 버블링 현상이 발생하므로, 상기와 같이 수분을 완전히 제거하는 것이 바람직하다.

용탕저항성시험 측정방식은, 1740℃ 온도가 유지되는 금속 용융물 속에 용탕저항성 시험용 공시체를 장입하여 12초 동안을 유지시킨 후 대기 중으로 꺼내어 공시체 형상의 변형 유무, 균열 및 박리 등과 같은 결함 요인을 관찰 비교하였는데, 본 발명의 실시예 1에서 제작한 무기질 내열보호관 공시체는 형상의 변형이 없었으며 균열 및 박리 등의 결점도 없었다.

용탕저항성 시험에 합격하기 위해서는 내열보호관에 카본 오염성, 열충격성, 단열성, 내침식성, 스플래쉬, 및 내열성 특성이 구비되는 것이 중요한데, 열충격성과 단열성은 소재 내에 기공형성이 되어 있으면 향상될 수 있으므로 발명재 특성에 부합되는 특징이며, 내침식성과 내열성은 사용하는 재료의 용융온도에 의해서 결정되는 특성으로, 침지시간이 12초 정도로 매우 짧은 시간이며 침지 후 대기 중으로 나왔을 때 부서질 정도의 형상 훼손만 일어나지 않고 약간의 내침식성은 용인되는 사항이다.

(시험예 5) 여름철 습도저항성 시험평가

본 발명에서 사용되는 물유리는 열에 의하여 팽창 질석 과립과 활석 분말 혼합조성물을 강하게 결합시키지만 물에 다시 용해하는 성질이 있어서 불량품 재활용 사용이 가능하면서도, 반대로 여름 장마철과 같이 습도가 높을 경우에도 직접적으로 물에 장시간 침강시키지 않는 한, 형태가 변질되는 일이 없이 내구성을 유지할 수 있는 장점을 지니고 있는데, 이러한 장점은 장마철에 내열보호관을 장기간 창고에 보관할 때에 발생할 수 있는 습도에 대한 저항성이 강하다는 의미로 이해될 수 있다.

상기 표에 서술된 내열보호관의 장마철 환경에서의 내구성을 측정하기 위하여, 기계적 장치를 사용하여 온도와 습도를 극한 환경으로 조절할 수 있는 항온항습기를(climate chamber) 활용하여 무기질 내열보호관의 습도저항성 시험을 실시하였다.

실시예 1과 같이 본 발명으로 제작되는 무기질 내열보호관 시험편을 온도가 25℃상태에서 상대 습도가(relative humidity)95 중량부 이상의 극한 환경을 유지하고 있는 항온항습기 내로 장입하여 1개월 동안을 유지한 후 시험편을 꺼내서, 시험 전후의 외관 변화를 비교하였고, 이에 대한 변화 모습을 도3 에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이 본 발명으로 제작되는 무기질 내열보호관 시험편의, 항온항습기에 장입시키기 전의 모습과, 내구성 시험을 종료한 후의 시험체 모습을 비교한 결과, 형체 붕괴, 절단 및 균열 등의 결함이 발견되지 않았으며 시험이 완료된 공시체에 타카작업이 가능할 정도의 강한 내구성을 지니고 있었다.

상기에 서술된 온도 25℃에서 상대 습도 95 중량부 이상의 극한 환경은 국내의 장마철 최대 습도량 보다 더욱 열악한 극한 상황을 의미하는 것으로서, 본 발명으로 제조되는 팽창 질석 과립과 활석 분말 및 물유리의 혼합조성물은 150℃ 정도의 열풍 조건에서 견고하고 치밀한 경화체로 전이함으로써, 장마철과 같이 습도가 높은 극한 환경에서도 형체의 변질 없이 장기간 보관할 수 있음을 의미한다.

따라서 본 발명으로 제조하는 방식의 원료조성비, 공정별 단위생산성, 경제성 및 작업효율성 항목 분석결과를 종합하면, 본 발명에 의한 무기질 내열보호관은 기존재에 비하여 직접재료비 원가는 1/2이며, 1일 생산량은 4배로 향상되며, 불량품을 전량 저비용으로 재활용할 수가 있기 때문에, 최근에 국내외에서 일어나고 있는 저탄소 녹색성장에 부합할 수 있는 친환경 순환 자재로서, 대내외적으로 가격경쟁력과 품질을 모두 갖추었다고 할 수 있다.

이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

Claims

반죽된 혼합조성물이 세라믹시트 소지 형상으로 성형되어 건조되어 제조되는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관으로서, 상기 무기질 내열보호관은 전체 원료 100중량부에 대하여 적어도 40 중량부의 팽창 질석과, 적어도 10 중량부의 물유리와,나머지는 내열성 충진제 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
제 1 항에 있어서,
상기 팽창 질석은 0.1 ~ 8mm 의 과립인 것을 특징으로 하는 프로브용 무기질 내열보호관.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 팽창 질석은 40 ~80 중량부, 상기 물유리는 10 ~ 30 중량부인 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
제 3 항에 있어서,
상기 내열성 충진제 분말은 상기 팽창 질석 과립 보다 작은 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
제 4 항에 있어서,
상기 내열성 충진제 분말은 1~100㎛ 정도로 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
제 4 항에 있어서,
상기 내열성 충진제는, 활석, 견운모, 실리카, 알루미나 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
제 4 항에 있어서,
상기 내열성 충진제는 활석인 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관.
용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법으로서,
팽창 질석 과립, 물유리의 혼합 조성물 또는 팽창 질석 과립, 물유리 및 내열성 충진제 분말의 혼합조성물을 물과 함께 반죽하여, 반죽물이 압출 성형 가능한 상태로 혼합하는 혼합 단계;
상기 혼합 단계를 통해 제작되어진 반죽물을 압출기를 사용하여 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주 면에 일정한 두께의 세라믹 시트(ceramic sheet) 소지 형태로 압출도포(extrusion coating) 하는 압출 성형 단계;
상기 세라믹 시트 소지 형태로 성형된 성형체를 건조기 속에 장입하여 건조하는 건조 단계를 포함하고,
상기 혼합 조성물은, 전체 원료 100 중량부에 대하여 적어도 40 중량부의 팽창 질석 과립과 적어도 10 중량부의 물유리와 나머지는 내열성 충진제 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 팽창 질석 과립은 40 ~80 중량부, 상기 물유리는 10 ~ 30 중량부인 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 팽창 질석 과립은 0.1 ~ 8mm 입경 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 내열성 충진제 분말은 상기 팽창 질석 과립 보다 작은 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 내열성 충진제 분말은 1~100㎛ 정도로 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 내열성 충진제는, 활석, 견운모, 실리카, 알루미나 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 조성물의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 압출 성형 단계는, 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 적어도 5mm 의 두께로 혼합 반죽물을 압출 도포하는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 조성물의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 건조 단계는 100℃이상의 온도가 유지되는 건조기에서 일정 시간 건조되는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 건조 단계는 150℃이상의 온도가 유지되는 건조기에서 일정 시간 건조되는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 압출 성형 단계는, 상기 혼합 단계에서 제작된 반죽물이 상기 지관 봉 또는 금속제 봉의 외주면에 5mm 두께로 세라믹 시트 소지 형태로 압출 도포된 후, 일정한 길이로 절단된 상태로 대차에 적재되고,
상기 건조 단계에서는, 상기 대차에 적재된 지관 봉 또는 금속제 봉 외주 면에 압출 도포된 성형체가 대차에 적재된 상태로 건조기 내에서 2시간 건조되고, 건조 완료된 성형체를 적재한 대차의 배출 후, 미 건조 성형체를 적재한 대차를 바로 장입하는 방식으로 연속 건조되는 것을 특징으로 하는 용탕 프로브용 무기질 내열보호관 제조 방법.