1. 내화(고온)재료 정의

내화물(Refractories) : 고온에서 용융되지 않는 비금속 재료의 총칭고온에서 견디는 재료.

요구조건:1)고온의 열작용에도 견디기 위한 충분한 기계적 강도를 가질 것, 
         2)급격한 열변화나 반복가열에도 안정할 것,
         3)접촉하는 gas나 용융물등에 의한 침식, 마모등에도 저항성을 가질 것.      4)가열에 의한 용적변화가 작고 조직 열화가 적을 것.

내화(고온)재료의 용도: 철강, 비철, 시멘트, 유리, 신소재등 고온처리를 필요로 하는 공업요로나 보일러, 폐기물 소각로 등.

열설비: 매우 복잡 다양 ∴사용되는 재료의 품질, 형태, 형상도 여러 가지 이다.재료의 선정: 열설비의 종류, 사용조건, 사용연료, 조업조건등을 조사하고 조건에 맞는품질 특성을 보유하는 재료 선정이 필요하다.또한 구조면에서도 재료를 검토해야 한다.
- 국가 규격별 내화재료의 정의 -

국 가	규 격
한국(KSL 0011)	SK 26(1580℃)이상 내화도를 가진 비금속 물질 또는 그 제품일부금속 또한 포함) (Sk=Seger Kegel:Seger Cone사용) P426
일본(JIS-R2001)	1500℃이상의 정형내화물 및 최고 사용온도 800℃이상의 부정형내화물
미국(ASTM)	PCE NO 15 이상(1430℃) Pyrometric Cone Equivalent:Orton Cone사용
독일(DIN)	SK 26(1580℃) 이상

  2. 내화재료의 구성 및 분류

내화재료의 주원료

1)천연 원료 --내화물에 대한 요구가 가혹해지고 사용 분야도 확대 되어 천연원료만으로는 양적이나 질적으로 만족할 수 없게 되었다
2)인조원료 :합성 Mullite, 고순도Alumina Spinel, 해수 Magnesia, 탄화규소(Silicon Carnide),질화규소등이 개발되면서 내화재료의 품질도 다양해 지기 시작했다.

내화재료의 분류: 물리적 분류와 화학적 성질에 기초해서 산성, 중성, 염기성 내화재료로 분류된다.

산성내화물: RO2(SiO2, ZrO2)가 주체가 되며, Si경우는 비금속성이 강해수산화물이 수용액에서 OH기의 중간이 잘리어 H+이온을 생성하면서 산성을 나타내므로 산성내화물이라 한다.

Si(OH)4 → 2H+ + Si03- + H2O (산성)

  중성내화물: R2O3(Al2O3, Cr2O3)가 주체가 되며, 중간족 원소인 Al은 금속성과 비금속성 을 갖고 있으며 경우에 따라 OH-를 방출하여 약알칼리성이 되거나, H+를 방출하여 약한 산이 되기도 한다.

Al(OH)3 → Al+++ + 3 OH- (알칼리성)

Al(OH)3 → AlO3--- + 3H+ (산성)

또한 SiC 및 C는 수용액중에서 해리되지 않고 pH가 중성으로 나타내므로 중성내화물.

염기성내화물: RO(MgO, CaO),R2O(Na2O,K2O)가 주체가 되며, Mg는 금속성이 강해 수산화물이 물에 녹으면 OH-를 생성하여 알칼리성을 나타내 염기성내화물이라 한다.

Mg(OH)2 →Mg++ + 2 OH- (알카리성)

 3. 내화물의 화학적 성질에 따른 분류

종류	주요품종		비고
SiO2계 내화물	규석질내화물,반규석질내화물,silica내화물		산성 내화재료 (RO2)
SiO2-Al2O3계 내화물	납석내화물, 샤모트내화물,Mullite질 내화물, Alumina질 내화물
ZrO2계 내화물	Zircon질 내화물, Zirconia질 내화물 Zircon - Zirconia질 내화물
SiC계 내화물	탄화규소질 내화물, 탄화규소계 함유내화물		중성 내화재료 (R2O3,RO-R2O3)
Al2O3계 내화물	순Alumina질 내화물,고Alumina질 내화물 Alumina-탄소 내화물
스피넬계 내화물	Spinel질 내화물,Alumina-Spinel질 내화물
Cr2O3계 내화물	Chrome질 내화물
C계 내화물	탄소질 내화물
MgO계 내화물	Magnesia질 내화물, Magnesia-탄소 내화물		염기성 내화재료 (RO,R2O)
MgO-Cr2O3계 내화물	MgO-Chro 내화물, Chro-MgO 내화물
CaO계내화물	Dolomiite질 내화물

 4. 내화재료의 제조공정

가. 일반 소성 내화재료
1) 원료의 선별과 분쇄
원료선택 : 천연원료나 인공원료를 선택
분쇄 : 조립, 중립, 미립등으로 사분(체가름), *분쇄목적 *분쇄기 저장 후사용.\미분 부분에 코니칼 밀이나 연속식 진동 밀등을 많이 사용 입자의 조정.

2) 혼련 (kneading):
분쇄원료에 소요량의 물 또는 첨가제를 배합하여 이것이 균일하게 분포되도록 반죽하는 조작.( Wetpan, Pug Mill, MIXER등 사용)
성형방법 : 물이나 결합재의 첨가량을 조정해서 건식, 반건식, 반습식 등으로 배토를 혼련 조정. (배토의 조정에는 화학결합제나 계면활성제 등을 사용)특히 최근에는 Slip Casting법이 중요하게 사용.

(목적)ⅰ)배토의 성형에 필요한 가소성부여 ⅱ)입자간의 공간 또는 기포제거배토란? 성형직전의 조합된 점토.

3) 성형
성형의 가장 일반적인 방법: 기계 성형법 : 금속형의 내부에 배토를 넣고 상하에서 700~1500kg/㎠로 가압해서 성형품을 제조하는 방법.

ⅰ)배토가 균일 할 것 ⅱ)형중 공급된 배토의 양 일정 ⅲ)型內의 압력이 균일하게 분포
가압방법 : 후릭숀 프레스, 파워드라이 프레스, 유압 프레스 등의 성형기계가 내화벽돌의 종류, 수분량, 배토의 량등에 따라서 사용됨.그 외에 수요량의 관계나 대형이형 벽돌의 성형방법 : 수타 성형법이 이용 (나무나 금속으로 제작된 형틀내에 배토를 넣고 람마 등으로 두둘겨서 성형하는 방법)

배토 : 일반적으로는 건식( 복잡한 형상이나 특수요구에 주입성형방법의 성형도 일부 실용화) 기타 :CIP, 진동성형, 특수가압성형---품종 다양화 또 HOT Press, Roll성형, HIP성형.사출성형, 테이프성형(닥터블레이드법, 카렌더법)

4) 건조(P85)

성형된 벽돌은 수분제거를 위해서 충분한 시간 건조를 행한다.
건조 : 자연건조, Chamber Dryer법, Tunnel Dryer법, 조습(調濕)건조법 등 배토의 성상이나 벽돌의 형상에 따라서 건조 조건이 다르지만 대게 80℃부근의 온도로 건조. 성Energy 차원에서 소성로의 폐gas의 열량을 이용함

목적 : 1.취급상 안전한 강도를 갖게함 2.소성시 변형 또는 균열을 방지.
방법 : 상온건조, 열풍건조, 적외선건조, 진공건조, 분무건조(spray drying).안전 건조 조건: 표면 수분 증발 ≤내부 수분 확산(습한 천으로 덮는다)

 5) 소성(P90)
목적 :1.고온에서 안정한 화학조성 및 광물상을 얻기 위하여(열화학 변화)
      2.필요한 형상과 결합조직(강도)을 갖게 하기 위하여.
      3.화학변화: 소성조건을 정하는데 필요함.

시차열분석(DTA)흡열반응: 열분해, 상전이, 환원, 용융
발열반응: 산화, 결합, 결정화
가마(로;kiln) :각가마(shuttle kiln), 원형가마 등의 도염식 단독가마,Tunnel식 연속소성로, 소성온도 :1300~1800℃,Tunnel kiln의 온도 : 보통소성:1300℃정도,고온소성:1500~1800℃, 초고온 소성:1800~2000℃.

특수 내화벽돌 : 2000℃이상의 초초고온 소성.
단독가마 : 셔틀킬른(shuttle kiln)의 이용

Tunnel kiln : Tunnel 가마의구조, 버너의 선택 등 성 에너지화를 위한 연비의 개선이나NOx의 발생억제등 금후 소성방법의 개선이 요구.

소결(sintering):액상의 존재없이 고상반응으로 융점보다 낮은 온도에서 입자가 결합되는 현상.

 6) 선별
Crack등 외관 선별검사: 불량품을 제거.lot별 칫수, 형상, 품질 등 시험검사를 실시.
품질시험: 파괴검사, 일부 비파괴검사 등을 실시

5.내화벽돌이란

높은 온도에서 녹거나 변형이 일어나지 않는 무기재료로 된 벽돌로서 내화도가 높고 강도나 열충격저항이 크며, 화학적 침식에 강해야 하는 등의 구비조건이 필요한데, 이 와 같은 조건은 사용하는 원료와 제조공정에 따라 크게 좌우된다. 따라서 내화벽돌은 주원 료와 제조공정에 따라 종류를 구별하는 수가 많으며, 주원료의 종류에 따른 것에는 규사 (硅砂) ·규조토(硅藻土) ·납석 ·흑연 ·고알루미나 ·마그네시아 ·돌로마이트 ·크롬광 ·탄화규 소 ·질화규소 ·지르콘 등의 원료를 분쇄하여 혼련(混練) ·성형 ·건조 ·소성의 공정을 거쳐 제조되는데, 사용되는 원료나 용도에 따라 각 공정이 약간씩 다르다. 이 벽돌은 1,000~1,700 ℃의 열처리장치에 사용되는데, 예를 들면 보일러 ·용광로 ·용선로 ·평로 ·전 기로 ·전로 ·혼선로 ·유리용해로 ·시멘트소성가마 ·석회소성가마 ·도자기소성가마 ·코크스가 마 ·가열로 ·균열로 ·비철금속제련로 ·우주선몸체 ·가스터빈 ·원자로 따위이다. 내화벽돌의 소비량은 중화학공업의 발전과 불가분의 관계가 있기 때문에 중화학공업의 축도라 할 수 있다. 내화벽돌 대신에 가루로 된 부정형 내화물을 사용하기도 하고, 내침식성이 요구되는 부분에는 전기용융한 내화벽돌을 사용하기도 한다
내화벽돌은 여러 가지 형상의 것이 있으나, 한국산업규격(KS)에는 보통형 벽돌 (230×114×65 mm)과 사용상 이와 관계가 많은 가로형 ·세로형 ·쐐기형 벽돌의 표준치수 가 규정되어 있다. 
 내화벽돌을 쌓을 때는 질이 같은 내화모르타르를 사용하는 것이 원칙이다. 국내의 내화벽 돌 생산량은 내화점토질 77 %, 규석질 2 %, 고알루미나질 4 %, 크롬-마그네시아질이 17 %로서 내화점토질이 가장 많으며, 내화벽돌의 분야별 사용량은 제철 ·제강 67 %, 요업 19 %, 기계 ·주물 9 %, 화학공업 4 %, 전력 기타 2 %로 철강 관계의 노재(爐材)로 가장 많 이 쓰인다.

가. 전융 주조 내화벽돌의 제조(전융주조법:전주법)
원료를 전기로에 넣어 용융합성시켜 안정한 내화물을 제조하는 방법.
소성 내화벽돌에서는 볼수 없는 특성을 발휘하기 위해서 개발된 제법.
이 용융합성에 의해서 천연으로는 산출되지 않는 순도가 높은광물결정조직 (응고조직)과 화학조성을 조정하는 것이 가능

규사형이나 흑연형 등의 주형에 유입시켜서 제조제품:monofrux(베타 알루미나), corhart black(뮬라이트+알루미나)
나. 화학결합에 의한 내화벽돌 제조(불소성 벽돌)
MgO-C, Al2O3 -MgO- C계의 공정 : 원료의 선별- 분쇄- 혼련- 성형- 건조-제품.
온도영역 :300~400℃ Backing공정에서 불소성 벽돌 제조

end