1. 머리말

내화물(耐火物, Refractory)의 시공(施工)은 최적의 내화재를 배치하여 구조화함으로써, 고온의 사용조건에서도 운용이 가능하도록 하기 위한 일련이 공정으로 엄격한 설계도면과 시방서의 기준에 따라 이루어 져야 한다. 내화물은 고온의 용융물과 가스등으로 인해 손상속도가 빠르고, 노체(爐體, Furnace) 내에서도 부위별로 손상 속도가 크게 차이가 발생되는 특성이 있다.
따라서, 정기적 또는 부정기적인 점검, 보수, 해체 등의 정비작업이 수반되며, 이때 내화물 시공도 수반된다. 내화물 시공은 최종적으로 노체 구성을 완성하는 단계이며, 시공 불량시에는 노체의 수명저하는 물론, 고온의 용융물 및 가스의 유출 등으로 자칫 대형사고가 발생될 수도 있기 때문에 엄격한 시공 관리가 필요하다.
21세기 통신기술(IT), 로봇기술(RT), 나노기술(NT) 등의 발달로 산업 현장은 혁신적으로 변화하고 있으나, 건설현장이나 내화물 시공현장은 아직도 많은 수작업이 필요하며, 불확실성과 예외적인 경우가 많아 자동화 및 첨단기술 적용에는 아직 한계가 있다. 이러한 한계 속에서도, 시공인력의 고령화 및 신규 인력의 기피현상으로 노무인력의 공급이 원활하지 않다. [1,2] 또한, 산업안전 및 환경법규가 강화되었고, 작업장의 환경개선이 요구되고 있다. 에너지 저감이나 CO2 절감 등 사회전반에 걸친 요구 및 자원 고갈에 따른 내화물원료 처리 비용 증가하고, 조업 생산성 향상을 위하여 가급적 노체의 냉각을 지양하고 열간 보수 시공을 통한 시공 시간의 최소화를 요구하고 있다. 노체 관리에 있어 계획적 점검, 자동화 보수를 위해서는 내화물 제품 및 시공 품질의 안정화는 필수 요건이다.
과거에는 생산성 향상 및 로체 안정화를 위하여 주로 내화물 성능 향상 기술 위주로 개발되어, 혁신적인 시공기술개발에는 한계에 도달해 있다. 어려운 외부 환경과 점점 더 복잡해지고 가혹해지는 시공조건의 변화 환경에 대한 대응이 절실히 요구된다. Kiyoshi SUGITA[3]는 내화물 기술발달에 있어 혁신적인 내화물의 개발은 사용처의 혁신적인 조업기술의 변화와 동반하였다고 보고하고 있다. 내화물 시공분야에 있어서도 향후에는 IT나 RT, 기계, 전자 등 다양한 분야의 기술이 도입되고 융합되어 기계화, 자동화를 실현할 수 있는 새로운 시스템의 개발과 새로운 시스템에 맞는 내화물과 혁신적으로 개발된 새로운 내화물에 적합한 시공기술도 동시에 개발이 필요할 것이다.
이번 내화물 기술관련 특집호 발간을 계기로, 내화물의 시공 기술에는 어떠한 것들이 있으며, 이러한 시공기술을 바탕으로 새로운 시공기술의 개발현황을 살펴보고 향후, 시공기술의 발전방향에 대해 예측해 보고자 한다.

2. 시공기술 현황

내화물은 고온에서도 용융되지 않는 비금속재료의 총칭이며, 고온의 열에도 견디기 위한 충분한 기계적 강도를 가지며, 급격한 열변화나 반복가열에도 안정해야 하고, 접촉하는 가스나 용융물 등에 의한 침식, 마모 등에도 저항성을 가져야 한다. 따라서, 사용장소, 용도, 사용온도, 설비형상, 사용물질, 조업조건, 시공조건 등에 따라 다양한 종류의 내화물이 선택적으로 사용되고 있다. 내화물은 크게 1) 화학적인 성질에 따른 분류, 2) 형태에 의한 분류 등으로 구분된다. 본 보고와 직접적인 관련이 있는 형태에 의한 분류 방법에 대해 표 1과 같이 나타내었다. 정형 내화물은 전체 구조체에 대해 단위크기의 벽돌형상을 시공규격에 맞게 축조하는 과정이며, 대부분 수작업에 의한 단순하고, 반복적인 작업이다. 정형내화물의 단위 크기의 벽돌을 축조하는 방식이기 때문에 벽돌간 접합부와 평활도가 중요하고, 열팽창에 의한 종목지 벌어짐 방지를 위하여 층간 엇갈림 시공구조를 기본으로 한다. 또한, 정형내화물은 형상이 정해져 있기 때문에 복잡한 구조나 틈새시공, 부분 보수 등의 사용처에는 적용상 한계가 있다.
본 보고에서 시공의 다양성과 기계화, 자동화가 가능한 부정형내화물의 시공기술에 대해 주로 다루고자 한다. 표2에 부정내화물의 시공방법과 제품종류에 대해 표시하였다. 일반적인 시공방법에 있어서 주요 시공기술을 간단히 언급하고자 한다.

* 자세한 내용은 세라믹 코리아 4월호에서 보실 수 있습니다.