내화물(Refractories) 1.내화물의 기원 1)불의 사용 동물과 인간의 구분은 불의 사용능력이며, 불의 사용이 인류의 생활에 필수불가결의 요소가 되면서 인류는 불을 보존하는 단계에서 불을 만드는 단계로 진입 차돌의 마찰에 의해 섬광 발생 → 최초의 "불 만드는 법” 발견 중기 구석기시대에 동굴로부터 평원으로의 생활이동과 사냥이나 고기잡이 등의 공동생활을 영위하고 신석기시대에 정착생활과 농경이 시작되면서 토기제작과 불의 이용법 습득 2) 가마 제조 인류가 최초로 흙을 굽기 시작한 것은 기원전 6000년경 서아시아유역에서 점토를 이용하여 화덕을 제작하였으며, 기원전 4500년경 서아시아 지역에서 점토를 이용하여 토기 제작 Ceramic이라는 단어는 기원이 그리이스어의 KERAMOS로서 "노천에서 굽다”는 의미 초기 화덕이나 가마는 땅을 파서 만든 불웅덩이로서 열효율이 나쁨 열의 효율적인 활용방법으로 new- mexico에서 발견된 솥걸이 터 → 로의 기초  기원전 3500 ~ 3000년경 메소포타미아 유역에서는 구리를 녹여서 청동기 제작 단순한 형태인 불구덩이 로에 원광을 투입하여 용융하였으며 로의 바닥은 점토질의 벽돌 사용

2. 내화물의 정의와 특성 1) 내화물의 정의 내화물은 불에 견딜 수 있는 재료이나 방화재료(fire proof)라는 의미는 아니며, 고온에서 견디는 물질, 연화 또는 용융되기 어려운 비금속 무기재료를 총칭하는 것으로서 고온재료(high temperature materials)나 내열 세라믹스(refractory ceramics)와 구별하는 경우도 있다. 적절한 용어의 대체 없이 일본어식 표기법을 원용 내화물은 고온에서 열의 작용에 견디며 용적변화도 적고 기계적 강도가 충분하고 내화물에 접촉하는 가스나 용융체, 고체 등의 침식, 마모에 저항성이 있는 것을 내화재(내화물)라 통칭 내화물의 사용온도 범위에 따라 정의 DIN : Seger Cone 26번 이상(통칭 SK26번 1,580℃) ASTM : P.C.E 15번 이상(1,430℃) KS : KS L 0011-1976(내화물 용어)에 의하면 "SK 26 이상의 내화도를 가진 비금속 물질 또는 그 제품 (다만 금속이 일부 사용되고 있는 것도 포함함)"이라고 규정 JIS : JIS R 2001-1985 "1500℃ 이상의 정형내화물 및 최고사용온도가 800℃ 이상의 부정형내화물, 내화mortar 및 내화단열벽돌”로 규정

내화물은 철강, 비철금속, 시멘트, 유리, 요업 등의 고온처리를 필요로 하는 공업요로나 보일러, 폐기물 2) 내화물의 특성 내화물은 철강, 비철금속, 시멘트, 유리, 요업 등의 고온처리를 필요로 하는 공업요로나 보일러, 폐기물 소각로 등에 사용되며, 이러한 열설비는 종류가 다양하며 내화물의 품질, 형태, 형상에 영향을 받는다. 금속도 내화소재로 취급가능하나, 고온에서 쉽게 산화되는 성질과 높은 열전도도에 의해 금속이 요로의 lining재로서는 적합하지 못하다. 설비의 종류, 사용원료, 사용연료, 조업조건 등을 고려하여 내화물을 선정해야 한다. 불에 견디는 소재로서 건축자재로 사용되는 것도 있으나, 내화물의 범주에 포함시키는 것은 문제가 있다. 내화물은 단시간 동안만 불에 견디는 것이 아니라 장기간 가혹한 조건을 견딜 수 있어야 한다. 불을 일시적으로 차단하는 방화벽이 아니므로 열을 효율적으로 관리하고 통제할 수 있는 기능을 가져야 한다. 내화물에 요구되는 특성 고온 내화도, 상온 및 고온강도와 급가열 급냉각 등의 열변화에 대한 저항성 내화물과 접촉하는 내용물에 따라서는 용손에 대한 기계적 마모 저항성 또는 화학적 반응에 대한 침식 저항성과 내화학성이 요구되어 실제 사용에는 고온가열시 용적변화가 적고 조직열화도 적은 것이 요구 축로(lining) 측면에서는 시공의 간편성과 취급의 용이성 및 보수의 용이성이나 신속성이 요구 이러한 모든 조건을 모두 만족시킬 수 있는 내화물은 없기 때문에 다양한 형태의 내화물이 계속하여 출현하고 있으며 가장 중요한 기능만을 만족시키는 기능성 내화물이 주류를 이루고 있다.

3 내화물의 분류 내화물은 사용목적에 따른 성질과 형상을 가져야 하므로 종류가 다양하며 분류방법도 다양하다. 내화물은 화학적 성질, 주원료, 주요 화학성문 주요광물, 열처리 방식, 모양, 내화도, 용도및 상품명 등에 따라 분류할 수 있으나, 화학적 성질 및 주원료에 따른 분류법이 가장 많이 사용된다. 최근에 와서는 내화벽돌과 같이 일정한 모양을 갖지 않고 분말상태 그대로 현장에서 물 또는 다른 첨가제를 넣어서 혼련한 것를 필요한 형태로 사용하는 내화물을 많이 사용하고 있는데, 이것을 부정형 내화물(unshaped refractories)이라고 한다. 부정형 내화물에는 캐스터블 내화물(castable refractories), 플라스틱 내화물(plastic refractories), 내화 몰타르(refractory mortar), 래밍재(ramming materisals), 거닝 내화물(gunning refractories), 슬링재(sling materias)등이 있는데 이들은 가마의 보수에 많이 사용되고 있으나 가마의 축조에도 많이 사용되고 있다. 열처리 방식에 따라 분류하면, 성형한 뒤 높은 온도로 구워 소결시킨 소성 내화물, 화학적 결합제를 첨가하여 성형한 뒤 불에 굽지 않고 저온에서 화학결합만 시킨 불소성 내화물, 내화 원료를 용도에 맞게 혼합하여 전기로에서 액체로 녹여 주조한 전주 내화물로 구별된다.

3.1. 전통적 분류 내화물은 전통적으로 구성과 성질에 따라 크게 점토내화물과 비점토내화물로 나눌 수 있다.  점토 내화물 내화점토(fireclay), 규토(semisilica), 고토(high alumina), 절연물(insulating) 등  비점토 내화물 베이직(basic), 탄화규소(silicon carbide), 초고토(extra-high alumina), 뮬라이트(mullite), 지르콘(zircon), 융합 주조물(fused cast), 세라믹 섬유(ceramic fiber), 흑연(graphite), 크롬-알루미나(chrome-alumina), 마그네시아-알루미나(magnesia-alumina) 등 내화물 제조를 위해 원료와 함께 사용되는 화학물질에는 접합제, 첨가물, 고정제 등이 있다.

3.2. 화학적 성질 및 주원료에 의한 분류  산성, 중성, 염기성은 내화물의 주요 화학성분이 산성, 중성 염기성이라는 뜻이며 기호 R은 금속원소, 내화물의 주요화학성분은 각각 RO2, R2O3, RO로 표시한다.

산성, 중성 및 염기성 내화물의 종류, 특징 및 용도

1) 산성 및 중성내화물(Acid & Neutral Refractories ) (1) 특수고알루미나질 연와(Special High Alumina Bricks)  산업로의 다양화, 생산제품의 고급화에 따라 내화물의 사용조건이 가혹화 됨에 따라 개발 (2) 고알루미나질 연와(High Alumina Bricks)  고알루미나질 연와는 sillimanite, bauxite, fused alumina, mullite 등 고품위의 원료를 입도조정, 고압성형, 고온소성하여 제조 (3) 특수 점토질 연와(Special Fire Clay Bricks)  요로의 대형화에 따라 내화물의 사용조건이 가혹화 됨에 따라 내구성이 우수한 특수 점토질 연와가 개발. 저기공, chamotte 사용, 고압성형, 고온소성한 특수 점토질 연와는 내spalling성, 내마모성, 내침식성 등이 우수

2) 염기성내화물(Basic Refractories) (1) 마그네시아 카본질 연와  마그네시아 카본질 연와는 정선된 고순도의 마그네시아 크링커와 흑연을 사용하여 고압성형한 불소성 연와로서 슬래그에 대한 내침식성이 뛰어날 뿐 아니라 열충격에 대한 저항성이 우수하여 전로(轉爐), 전기로, 특수 정련로(精練爐) 등에 광범위하게 사용 (2) 불소성 마그네시아, 크롬·마그네시아질 연와  불소성(不燒成) 마그네시아 및 크롬·마그네시아질 연와는 연료비 절감과 제조시간의 단축에는 매우 유리한 제품이지만 사용 중의 수축과 화학결합의 소실로 고온강도가 감소한다. 엄밀한 입도조정과 고압성형으로 용적변화가 적고 내Spalling성이 우수한 불소성 연와가 개발 (3) 보통소성 마그네시아, 크롬·마그네시아질 연와  정선된 고순도 마그네시아질 크링커와 크롬광으로 제조되는 보통 소성품 마그네시아 및 크롬·마그 네시아질 연와는 고내화성이 요구되는 제강로, 유리 용해로 및 각종 요로 등에 사용

(4) 고온소성 마그네시아, 크롬·마그네시아질 연와  정선된 원료를 사용, 고온으로 소성한 연와로서 열간 용적변화가 적고 열충격 저항성이 매우 우수하여 전로, 전기로, cement rotary kiln 등 공업요로에 사용 (5) 초고온소성 마그네시아, 크롬·마그네시아질 연와  고순도의 마그네시아 크링커를 사용하여 초고온으로 소성한 연와로서 열간에서의 품질이 더욱 향상된 제품으로 cement rotary kiln, 제강로 등 조업조건이 가혹한 부위에 사용 (6) 특수 불소성 내화 연와  정선된 고품위의 원료를 사용하여 입도배합, 고압성형, 고온건조된 내화연와로서 열간 용적안정성, 내침식성, 내spalling성이 우수한 제품으로 특히 소성공정을 거치지 않아 치수가 정확하여 축로가 용이하여 사용량 증가

3.3.물리적 형태에 따른 분류

1) 정형내화물 정형 내화물은 내화벽돌과 내화단열벽돌로 구분된다. (1) 내화벽돌 각종 요로에 널리 사용되며 주로 가동면에 사용되어 구조물을 보호하고 피처리물이나 로내 분위기의 기계적 마모나 화학적 반응에 잘 견디며, 가공처리 방법에 따라 소성품, 불소성품 및 용융주조품으로 구분된다. ① 소성품  대략 800℃ 이상으로 소성하여 결합이 형성된 내화물로서 가장 역사가 길고 산성, 중성, 염기성 및 복합 내화물 등 매우 많은 종류의 내화물로 광범위 하게 사용되고 있다. ② 불소성품  100~500℃의 저온에서 열처리하여 소재에 첨가한 binder에 의해 생성되는 화학결합으로 필요한 물리적 특성을 얻고 사용과정에서 생성된 열에 의해 추가적인 결합이 이루어 진다. 사용상의 요구 특성을 만족시키는 경우에 제한적으로 이용되며 산성, 중성, 염기성, 복합 내화물 등의 형태로 적용된다. ③ 용융주조내화물  전기로나 기타 반사로 등에서 용융시킨 내화물 소재를 형틀에 주입하여 응고시킨 내화물로서 비교적 고가의 제품이며 품질의 특성상 극히 제한적으로 사용되며 alumina-silica질, alumina질, zirconia질, chrome질 등이 있다.

(2) 내화단열벽돌  소성품과 불소성품으로 구분되며, 열효율을 향상시키고 요로의 내부에서 전달되는 고온열을 차단 하여 구조물을 보호하는 역할을 한다. 최근 내화벽돌의 기능을 겸비한 내화단열벽돌이 출시.

(3) 정형내화물의 종류 ① 점토질 연와  Silica-alumina계 내화연와로서 고온안정성이 크고 사용범위가 넓어 공업요로에 가장 널리 사용된다. ② 조괴용 내화물(Casting & Molding Refractories)  최근 주조작업이 연속주조형태로 바뀌어 조괴용(造塊用)내화물의 수요가 감소하고 있으나, 다품종 소량 생산품, 대형 주강품 등에는 고품질의 제품이 요구된다. ③ 연속주조용 및 GLASS용 내화물  연속주조법은 용강을 주형에 주입하여 냉각, 응고시킨 강을 연속적으로 인출한 후, 일정한 크기로 절단하여 강편(鋼片)으로 만들므로 종래의 조괴법에 비하여 작업시간의 단축, 공정의 단순화 등 많은 장점이 있으나 초기비용이 높고 강종에 따라서는 주입이 불가능한 강도 있으며 또한 사고 발생시 생산에 큰 영향을 미치므로 연속주조용 내화물은 재질선정에 신중을 기하여야 함은 물론 특히 균일한 품질특성을 구비하여야 한다.

(4) Glass용 내화물  최근 고열공업 분야에서 energy절약, 내용(耐用)수명의 연장 등에 의해 설비에 필요한 내화물도 사용조건이 가혹해져 재질, 구조 등에서 고품질의 내화물이 요구된다. (5) 내산, 내산·내열 연와  내산, 내산·내열 연와는 화학공업의 반응조 및 각종 폐수처리 탱크의 내장 등에 사용된다. (6) 특수 내화단열 연와  정제된 원료를 사용하고, 엄격한 공정관리로 제조되어 고온에서 열간 안정성이 매우 높고 열충격 저항성이 우수하며 환원분위기 또는 기타의 불활성가스 분위기 하에서 환원저항성이 우수하여 각종 분위기로의 내장재로 널리 사용되고 있다. (7) 내화단열 연와  다공질로서 우수한 단열보온력을 가지고 있어 로내의 열이 로외로 유출되는 것을 방지하고 적은 연료로 단시간 내에 조업온도까지 승온시킬 수 있으므로 연료의 절감과 단열효과로 로벽의 두께를 줄일 수 있으므로 건설비의 절감은 물론 생산성 향상 등 energy 절약에 많은 효과가 있다.

2)부정형 내화물 (Non Monolithic Refractories) 부정형 내화물의 형태는 분말상, 가소성을 가진 bulk상, cake상으로 사용현장에서 시공하여 형체를 갖는 내화물이며 사용 부위의 조건이나 시공방법에 따라 종류나 형태가 복잡하고 다양하다. 부정형내화물이 널리 사용될 수 있는 가능성 시사 부정형 내화물은 제품의 성상에 따라서 내화mortar, castable내화물, plastic내화물, gunning재, ramming재, slinger재, patching재, coating재, 경량castable 등이 있다.

3) 특수 내화물(Special Refractories ) SN 내화물  래들(ladle) 및 턴디쉬(tundish)하부에 용강 유랑을 제어할 목적으로 사용되는 SN 내화물은 고순도의 알루미나, 카본 원료를 사용하여 만든 내화물로서 용강 또는 slag에 대한 내침식성 및 내spaling성이 우수한 제품. (2) 턴디쉬 오픈노즐(Tundish Open  Nozzle)  턴디쉬 하부에 용강주조용으로 사용되는 오픈노즐은 고온소성 지르코니아 노즐과 알루미나 노즐수가 일체형으로 성형되어 지금 침투 또는 노즐이탈 위험이 없으므로 품질에 대한 신뢰도가 높은 내화물. (3) 세미 노즐(Semi Nozzle)  턴디쉬 하부 몰드내에 용강의 재산화 방지 및 강품질 향상을 위해 사용되는 semi nozzle은 저열팽창 특성인 용융실리카(fused silica)를 이상적인 입도조정으로 성형, 소성한 제품으로 내spalling성이 우수한 제품으로, 고순도의 용융실리카를 사용하므로 예열 없이 사용해도 균열이 발생치 않으며 노즐공 막힘(clogging)현상이 발생하지 않음.

(4) 포러스 플러그(Porous Plug) slit형상을 기하학적으로 형성하여 gas purging효과를 극대화한 제품 (5) CCN 내화물- CCN Refractory  연주용(CCN) 내화물은 강 품질을 좌우하는 가장 중요한 내화물로서 고신뢰성이 요구되며 고급강을 생산하는데 중요한 역할을 하며, 래들의 SN내화물 하부에 연결되어 래들과 턴디쉬간에 용강의 재산화 를 방지하는 기능의 롱노즐, 턴디쉬의 용강을 조절하는 스토파(stopper)와 몰드(mold)내 용강류의 제어 기능을 하는 침지노즐(submerged entry nozzle)이 있다.

4) 요도구 내화물(Kiln Furniture Refractories) (1) 전자요업 및 코디라이트질 요도구 연와  전자요업 및 도자기 생산업체 등에 사용되는 각종 요도구(窯度具) 내화물은 열적으로 안정한 고내화성 고하중성(高荷重性), 내화학성 및 장기간의 사용에도 팽창, 수축변화가 작은 우수한 품질특성이 요구 되며, 특히 전자부품용 요도구 연와는 고도의 기술을 요한다. (2) 탄화 규소질 연와  탄화규소질 연와는 높은 열전도도, 낮은 열팽창성, 강한 열충격 저항성 등 우수한 품질특성을 가지고 있기 때문에 각종 요로용 내화물로 널리 사용되며, 특히 요도구로서의 사용 폭이 넓으며 비철금속 용해로 및 runner, 기타 muffle tile로서 사용된다.

  4 내화물의 성질 4.1.화학적 성질  요로나 고온장치에 내화물의 사용시 내화물을 단지 고열의 작용을 받을 뿐만 아니라 고온에서 연소 가스, 증기, 연료의 회분, 광재, 비산 분진, 용융체, 고체 등 여러 종류의 이물질과 접촉하게 되므로 내화물의 표면이나 침투 부분에서 이들과 화학반응을 일으키고 변질이나 침식작용을 받는다. 1) 알칼리 증기  알칼리(K, Na)증기에 의한 침식은 내화물과 반응하여 많은 문제를 일으키고 있다.  제선로 shaft부의 알칼리침식으로 이 고로의 환원로는 장입원료 중의 미량의 알칼리가 휘발, 농축하여 내화물과 반응한다.  그외 기상반응은 CO 가스에 의해 탄소의 침적과 병행하여 내화물의 조직을 약화시키고 균열, 팽창, 붕괴, 용융현상을 일으킨다.  알칼리는 815℃ 이하에서는 크게 문제되지 않으나 1,200℃이상에서는 용융물질의 생성과 반응에 의한 문제점이 커진다.  가능한 알칼리 증기의 양을 줄이는 것이 좋으며, 낮은 온도로 사용하는 것이 좋으며, 만약 로의 구조상 plastic을 사용할 경우 phosphate bond 제품을 사용하며(알칼리증기에 침투성이 적음), 벽돌의 경우 high super duty 급의 저가공율 제품이 좋다.

 내화물 중 SiO2성분의 환원증발에 의한 문제점을 해결하기 위해 SiO2 성분이 작은 알루미나질 내화물을 사용한다. 2) 수소가스  내화물 중 SiO2성분의 환원증발에 의한 문제점을 해결하기 위해 SiO2 성분이 작은 알루미나질 내화물을 사용한다. 3) 염소가스  CaO, MgO의 알칼리토류 금속을 함유한 조성은 CaCl2, MgCl2를 생성한다.  CaCl2, MgCl2는 조해성이 강해 내화물 내에 생성된 염화물은 냉각 후 대기 중의 H2O와 반응(흡수)하여, 조직이 붕괴된다.  Castable보다는 plastic의 사용이 바람직하며 철분이 적고 Al2O3 성분이 많은 고알루미나질 사용. 4) SOx 가스  일반적으로 SOx 가스에 의한 침식은 600~ 1,000℃의 고온침식과 200℃이하의 저온침식으로 분류.  고온 건조가스의 반응보다 저온에서의 습윤(wet)가스의 반응이 빠르다.  고온침식의 경우 내화물 중의 CaO, MgO가 다량 존재할 경우 SOx와 반응하여 황산염을 생성하므로 조직을 팽창시키거나 약화시킨다.  저온침식은 기상 중에 산액으로 침투반응하는 경우가 많다.  SOx 가스분위기에서는 MgO를 함유한 염기성 내화물 및 알루미나 시멘트계 castable은 사용을 피하고 plastic 내화물 사용이 안전 (내산성 부정형 내화물)하다.

5) 수증기  CaO, MgO는 수증기와 반응하여 Ca(OH)2  및 Mg(OH)2를 생성하여 균열, slaking(분화)현상을 발생.  반안정화 돌로마이트 또는 MgO 내화물은 수증기 하에서 사용이 적합지 않으며, 탄소 및 탄화규소는 수증기에 의해 산화가 촉진된다. 6) 바나듐(V) 화합물에 의한 침식  바나듐 화합물에 의한 침식은 중유의 회분에 의한 침식이다.  중유에 함유된 알칼리, 바나듐, 황화합물은 중유의 연소시 각종 산화물이나 황산염이 생성되며 중유의 회분 중 바나듐 화합물은 융점이 낮아 내화물 내에 침투하여 급격히 반응하여 유리의 진행에 의해 내화 물을 침식한다 7) 일산화탄소 (CO)  CO가스는 내화물 중의 금속철이나 산화철을 400~800℃에서 탄소의 침적과 탄화철(Fe3C, cementite) 을 생성하여 내화물 조직을 붕괴시키므로 일반적으로 철분이 적은 내화물(Fe2O3 1.5%이하)을 사용 하고 castable은 통기성이 적은 것이 좋다. 8) 불소가스  불소가스 및 불화수소가스는 내화물 중의 SiO2와 반응하여 SiF4를 생성시켜 기화하므로 SiO2를 함유한 내화물의 사용을 줄여야 하며, CaO 및 MgO는 CaF2, MgF2를 생성하여 팽창되어 조직을 파괴시킨다.

 슬래그는 SiO2, CaO를 함유한 다성분계 물질로서 염기도(CaO/SiO2비, basicity)가 높으면 내화물에 9) Slag의 침식  슬래그는 SiO2, CaO를 함유한 다성분계 물질로서 염기도(CaO/SiO2비, basicity)가 높으면 내화물에 대한 용해도가 증가하고 침식량이 커지며, 고로슬래그의 염기도는 제강슬래그보다 낮다.  혼선차에서 탈황시 탈황제로서 CaC2, CaCN2, CaO 등을 첨가하므로 염기도가 높아지고 Na2CO3 및 Mg계 화합물을 첨가하면 침식성이 증가한다.  FeO 및 MnO도 내화물을 침식시키는 성분으로 제강래들에 CaF2를 가하면 침식성이 증대한다.  슬래그에 의해 침식되는 내화물 표면부  SiO2- Al2O3계 내화물의 경우 다량의 유리상과 anorthite(CaO, Al2O3,2SiO2 융점 : 1550℃)가 생성.  FeO가 많은 슬래그가 고알루미나질 내화물과 접촉하면 hercynite(FeO, Al2O3, 융점 : 1450℃)을 생성하며,또한 Na2CO3을 첨가하면 nephelite(Na20, Al2O3, 2SiO2, 융점 : 1526℃)가 생성된다.  일반적으로 SiO2- Al2O3계 내화물은 SiO2가 다량이면 침투가 작지만 침식은 용융 및 용해에 의한다.  Al2O3가 다량인 내화물의 용해량은 감소하나 침투가 증가하며, SiO2- Al2O3계에 지르콘, 탄화 규소, 탄소를 가하면 내식성이 증가한다. .

4.2. 물리적 성질 물리적 성질은 재료의 본질과 구조에 관련된 성질로서 내화물의 구성자체에 관련되는 성질로서 내화물의 특성을 좌우하는 중요한 인자이다. 1) 물리 시험(부피비중, 기공률, 흡수율) : KSL 3114  내화물은 결정질과 유리질 물질(이것을 합하여 mineral이라고 함) 이외에 기공(pore)을 함유하며 기공에는 조직내에 있으면서 외부와 연결된 개기공(open pore)와 조직 내부에 밀폐된 폐기공(closed pore)가 있다.  내화물에서 mineral과 pore와의 상관관계는 내화물의 특성과 밀접한 관계가 있다. 2) 압축강도(Compressive Strength) : KSL3115  각종 내화물의 압축강도는 조직적 구조 및 소결상태의 성질을 알 수 있는 중요한 인자이다. 압축강도 : 내화물에 하중을 가할 때 견디어 낼 수 있는 단위 면적당의 최대 하중 (kg/cm²) 곡강도 : 단위 면적당의 한계 굴곡 (공식) = 3PL/2bd²  이는 응력으로 어느 수치까지 내화재료는 파괴하는 일없이 저항하는가를 판단하는데 이용된다.

4.3. 열적 성질 내화물의 열적 성질은 내화물의 평가기준으로서 공업요로의 설계 및 기능을 지배하는 가장 중요한 인자 내화물의 열적 성질은 내화물의 평가기준으로서 공업요로의 설계 및 기능을 지배하는 가장 중요한 인자 이며, 열적 성질의 측정은 재료의 시험, 공정관리의 수단이며 내화물의 전이관계나 조직을 알 수 있는 필수적인 요소이다.   1) 내화도(Refractoriness) : KSL3113  열적 성질 중 열의 작용에 견디는 성능을 기준으로 내화물의 비교시 이용  내화물을 일정조건 하에서 가열할 때 자중에 의한 연화변형 상태를 나타낸 표준온도 콘의 번호로서 표준콘과 내화물을 동일형태로 만들어 동일 조건하에 가열하여 시험한다.  한국, 일본, 독일 : SK로 표시,  미국 : PCE로 표시  내화물의 열에 대한 견딤성을 용융점으로 표시하지 않고 내화도로 표시하는 이유  용융점은 고체에서 액체로 이행하는 임계온도로서 내화물은 고열에서 화합물과 같이 일시에 액체로 전이 하지 않고, 어느 온도에 도달하면 융액이 생성되어 강성을 잃어 유연하게 되나 다시 온도가 상승하면 융액의 양이 증가하여 유연성이 커지면 자중을 견디지 못하여 연화변형을 일으켜 전부 융액이 된다.  이사이의 변화가 점진적으로 일어나고 온도차가 매우 크므로 이를 용융점이라 할 수 없으며, 어느 특정 온도를 용융점이라 정할 수도 없어 별도의 척도인 내화도를 정하여 사용

Seger Cone 온도 환산표

2) 하중 연화점(Softening Temperature Under load) KSL3119  압축강도는 상온강도이나 고온에서 내화물을 사용하면 하중과 고온을 동시에 받게 되므로 고온에서의 연화붕괴 현상의 측정이 필요하며,고온에서 연화하여 하중에 견디지 못하는 현상을 하중연화, 일정한 하중 하에서 연화현상이 일어나는 온도를 하중연화온도라 한다. 3) 열간팽창(Thermal Expansion) 및 잔존수축팽창(Residual Contraction) : KSL3116 및 KSL3117  고온구조재료인 내화물의 열간팽창이나 잔존수축팽창과 같은 용적변화는 요로의 구축상 중요 성질일 뿐만 아니라 요로의 내구성을 좌우하는 성질로도 중요하다.  영구적인 용적변화(잔존수축팽창)는 내화물 제조시 소성 중에 용적변화가 완료되지 않은 것으로 재가열에 의한 용적변화가 온도복귀 후, 원상태로 돌아가지 않는 것  일시적인 용적변화(열간팽창수축)는 내화물이 온도상승에 따라 팽창하다 온도복귀 후, 용적이 원상태 로 돌아가는 것으로 열간에서만 존재하는 용적변화이다. 4) 열전도율  열전도율은 온도차에 의해 열이 전달될 때 고체 내 한점의 온도변화의 속도를 표시하는 성질.

5) 열충격 저항(Thermal Shock Resistance)  내화물은 사용 중 표면에 가혹한 온도변화를 받아 열응력이 발생하여 내화물의 파괴나 박리현상이 발생하는데, 이에 견디는 성질을 열충격 저항이라 한다.  내화물의 사용 중에 균열의 발생이나 박리하는 현상을 spalling이라 하며, 내부적 응력의 원인에 따라 thermal spalling, mechanical spalling, structualsSpalling으로 구분한다. (1) Thermal Spalling 급냉, 급열 작용을 받아서 내화물이 급격히 팽창하거나 수축하여 박리하는 현상 (2) 기계적 스폴링(Mechanical Spalling) 내외면의 온도차로 가마의 구조상 기계적 응력이 생겨 이로 인하여 내화물이 파괴하는 현상. (3) 구조적 스폴링(Structual Spalling)  내화물의 한면이 열작용, 침식작용을 받아 조직이나 광물상에 변화가 생기고 이것이 응력의 원인이 되어 조직의 불연속 부분에서 박리하는 현상

5. 내화물 제조  내화물의 종류에 따라 제조방법이 다르지만 원료의 분쇄, 혼합 혼련, 성형, 건조, 소성한다.   내화물의 종류에 따라 제조방법이 다르지만 원료의 분쇄, 혼합 혼련, 성형, 건조, 소성한다.  먼저 원료를 파쇄 및 분쇄하여 필요한 크기만큼 분쇄하고 이를 선별하여 혼합이나 반죽하고 성형과 건조를 거친 뒤에 고온에서 소성하여 포장한다.  종류에 따라 성형단계에서 바로 금속포장을 하거나 건조상태에서 포장되는 내화물 제품도 있다.  또한 최종 단계에서 타르를 주입하거나 마무리 과정을 거치기도 한다. 정형내화물 제조공정 부정형내화물 제조공정

6. 내화물의 적용분야

6.1.전기로 내화물  최근 전기로는 제강 생산량 증가에 따라 조업 조건의 가혹화 및 대형화 되어 내화물에 대한 조건이 가혹화 되어 내화물 수명 향상을 위한 고품질이 요구되고 있다.  내침식성, 내Spalling성, 내Slag성 등의 우수한 각종 내화물이 제조되고 있으며, 특히 시공의 간소화로 열간변형이 적은 대체품이 개발되어 획기적으로 수명을 연장시키고 있다.

6.2.래들(Laddle Furnace)  Ladle용 내화물은 고규산질 내화물을 사용하지만 강종의 고급화, 연속주조방법 등 사용조건이 가혹화 됨에 따라 고품질의 내화물이 요구되어 열간 용적안정성, 내침식성이 우수한 제품이 개발되었으며, ladle수명향상에 따른 내화물 원단위 감소 및 시공성이 향상되었다.

6.3. 비철금속로  비철금속은 Al2O3, Cu, Zn, Pb 등이 주류를 이루며 철강에 비하여 조업온도는 낮지만, 용융금속의 점성이 낮아 내화물 내부로 침입하기 쉬우며, 지금(地金) 부착이 심하고 또한 산화·환원 분위기차이에 의해 내화물에 미치는 영향이 매우 크다.  고온도성, 고순도화에 의해 저(低)기공화, 소(小)기공경, 저(低)통기성의 특성인 MgO질, Cr-MgO질, 고Al2O3질(SAR-38, 37) 연와, 고Al2O3 castable, C. F. C 등이 개발되어 각종 로에 사용되고 있으며, 에너지절약, 내마모성, 내식성, 내spalling성이 우수한 제품이 개발되고 있다.

6.4. 소각로(Incinerator)  산업의 발달에 따른 폐기물의 양의 증가에 따라 고체, 액체 및 기체 폐기물을 소각시 환경오염을 극소화 시킬 수 있는 여러 형태의 소각로에는 내spalling성과 내마모성 및 폐기물 소각시 발생되는 침식gas 등에 대한 내화물이 요구된다.

6.5.유리용해로  유리 용해로는 고열 공업분야에 있어서 설비의 energy 절감화, 장기 내용화(耐用化)를 목적으로 개선이 요구되고 사용조건이 가혹해짐에 따라 내화물의 요구되는 조건도 현저히 변화하고 있다.  고순도 MgO질, spinel질, 고 Al2O3질, 용융mullite질, Al2O3- Zircon질, ZrO2질, C. F. C 등과 함께 특수 유리용도의 치밀 Zircon 연와가 개발되어 있다.

6.6. 시멘트로 (Cement Rotary Kiln) 산중성,염기성, 단열, 부정형 내화물 등이 이용된다.  최근 pre-heater부의 내마모성 캐스터블(WSC-16), burner 부의 내알카리성 영구장(永久張) 캐스터블 (CFC-PC)및 Kiln본체의 불소성 단열연와와 direct bond MgO-Cr2O3 연와 등이 개발되어 있다.

6.7. 석유화학(Petrochemistry)  석유화학 정제설비는 원유의 증류, 분해, 합성, 개질 등의 공정을 행하는 여러 가열장치로 구성되어 있으며, 이 장치들의 내부온도는 500~1450℃정도이며, 또한 로내 온도를 적정선으로 유지하기 위해 로벽을 통한 열손실이 최소화되도록 내부를 단열 내화물로 시공한다.  비중과 열전도율이 낮은 내화단열연와 및 현장에서 gunning 및 유입 등의 방법으로 시공이 가능한 경량 캐스터블(PIC-1, 2, 3)이 개발되어 있다. F.B.C 보일러 (F.B.C BOILER) FBC(Fluid Bed Combustion Chamber)보일러는 Combustion Chamber와 Cyclone 및 Super Heater II 로 구성되어 Cokes를 연속 연소시켜 고압의 수증기를 생산하는 설비로 내열성 및 고온에서의 내마모성을 갖는 내화재로 되어있다.