KR0168482B1 - 정제 슬래그를 원료로 한 유리원료용 뱃지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 큰 입도로 인한 유리 뱃지의 입도분리 현상을 방지하고 불균질한 조성에 의한 로 온도 제어의 어려움을 해결하며, 용융성 및 청정성이 크게 향상되면서 색상이 변하지 않는 유리뱃지 조성물 및 유리의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 규사 100 중량부에 대하여 소다회 30-33 중량부, 백운석 1-25 중량부, 석회석 9-25 중량부, 망초 1-1.5 중량부, 장석 0-10 중량부 및 정제 슬래그 1-6 중량부를 함유함을 특징으로 한다.

Description

정제 슬래그를 원료로 한 유리원료용 뱃지 조성물

본 발명은 정제 슬래그를 원료로 하여 제조되는 유리원료용 뱃지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철소의 제선공정에서 발생하는 수쇄 슬래그를 유리 제조용 원료로 사용하기에 적합한 입도와 성분을 갖도록 정제시켜, 생산된 정제 슬래그를 원료로한 유리원료용 뱃지 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서는 유리를 제조하는 원료로서 수쇄 슬래그를 사용하게 되는데, 수쇄 슬래그 속에는 유리 제조에 필요한 성분들이 고루 포함되어 있기 때문에 다른 원료를 절감함과 동시에 슬래그내의 황화물을 청징제로 이용하게 됨으로써 유리 제조시 발생하는 기포를 현저히 줄일 수 있으므로, 생산성 저하를 방지하고, 제품의 품질을 향상시키게 된다.

그러나, 수쇄 슬래그는 입도가 크고, 조성이 불균질하며, 또한 슬래그 내에 용융시 환원제로 작용하는 황화물(CaS,Na₂S,FeS)을 포함하고 있는데, 이 황화물은 용융 유리의 청징성을 증가시켜 탈포를 원활하게 하나, 강한 환원력에 의해 유리의 색상을 변화시키기 때문에 현재 슬래그는 유리 원료로서 사용되지 않고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 유리원료로서 사용하기 위해 적절한 품위로 수쇄 슬래그를 정제하는 기술을 개발하였다.

그러나, 정제된 슬래그를 사용하더라도 사용 원료의 양이 적절히 배합되지 못할 경우에는 슬래그의 환원도 등에 문제가 생겨서 유리의 청징성과 용융성이 좋지 않을 수 있으므로, 본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여 유리조성물 중에 정제된 슬래그를 규사 100 중량부에 대하여 1 - 6 중량부 투입시, 나머지 사용원료들의 양을 적절히 조절함으로써 산화·환원도가 적절히 유지 조정되어 상기 문제가 해결됨을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 사용된 슬래그는 수쇄 슬래그를 정제하여 표 1과 같은 조성을 갖도록 일련의 정제과정을 거친 엄선된 슬래그이다. 정제과정을 거친 슬래그는 평균 입경이 약 0.2 - 0.3mm이고, 표 1의 조성을 가지는 것으로서, 만일 조성이 표 1의 범위를 벗어날 경우 본 발명이 추구하는 효과를 만족시키기 어려우므로 표 1의 범위를 벗어나지 않게 슬래그를 정제하는 것이 본 발명의 선결조건이다.

표 1의 성분중 산화제이철(FeO)과 SO는 특히 관리되어야 할 성분으로, 용융 온도와 유리 색상에 큰 영향을 미친다. 환원도가 높은 상태의 유리뱃지에서 FeO의 함량이 증가되면 산화제일철(FeO)의 생성이 많아져 로 상부로부터 전달되는 방사열과 화염으로부터 전달되는 복사열을 용융 유리 표면에서 흡수해 로 하부로의 열전달을 차단함으로써 용융유리의 대류 흐름을 악화시킨다.

또한 황화물(SO성분은 보통 황화물로 존재하며, 용융상태에서는 S 이온으로 존재함)은 유리뱃지내의 황산염과 반응해 용융성과 청징성을 증대시킨다. 종래의 방법인 탄소를 사용한 환원의 경우도 황산염(NaSO)으로부터 황화물(NaS)이 형성되지만 황산염과 탄소의 비율이 정밀하게 제어되지 않으면 황화물 생성 반응이 원활하게 일어나지 않게 된다.

더군다나 탄소의 경우 용융로 내에서 황산염과 반응하기 이전에 연소되는 양이 많기 때문에 정량 투입이 매우 어렵다. 또한 유리 뱃지의 균질도가 나쁠 경우 용융 유리의 산화·환원도는 변하게 되며, 산화·환원도가 서로 다른 용융 유리가 대류 흐름에 의해서 서로 접하게 되면 계면에서 다량의 기포가 발생하게 된다. 따라서 용융 유리의 산화·환원도를 일정하게 유지하는 것은 기포 제거에 있어 필수적이다.

아울러 슬래그 내에는 황화물이 1.6 - 1.8중량부 존재하므로 탄소를 첨가하여 황화물을 생성시키는 방법보다 효과적이며, 슬래그 내의 황화물 양이 다른 성분들에 비해 훨씬 적게 존재하므로 슬래그 사용량의 제한이 탄소의 경우보다 훨씬 완화되어 뱃지당 규사 100중량부에 대하여 약 6중량부정도까지도 사용 가능하므로 황화물을 뱃지내에 고르게 혼합, 분산시킬 수 있어 균질도가 향상되며, 따라서 용융 유리의 산화·환원도를 일정한 값으로 유지하기가 쉬워진다.

본 발명에서는 상기 표 1의 조성의 슬래그를 규사 대비 1-6 중량부 투입하여 유리 뱃지의 산화·환원도를 적절히 조정함으로써 고품질의 유리를 제조하며, 슬래그 사용량이 증가함에 따라 환원도가 높아져 유리가 푸른색으로 착색되는 현상을 방지하기 위하여 정제 슬래그를 투입하기 전의 나머지 조성물의 각 성분들의 사용량을 적절히 조절함으로써 정제 슬래그 투입후의 유리 뱃지 조성물의 산화·환원도를 조정한다.

즉, 착색현상을 피하려면 슬래그 사용량을 줄이면 되나 용융성 향상의 효과를 얻으려면 투입량이 규사에 대비하여 많을수록 좋으므로, 다른 원료의 양을 적절히 조정하고 로 온도 분포를 달리하여 정제 슬래그를 사용하지 않는 기존의 유리뱃지 조성물로 제조되는 공정상의 제품물성 즉, 유리 색상을 변화시키지 않는 범위내에서 용융 유리의 산화·환원도를 유지하여 착색결점을 방지하면서 청징성과 용융성이 향상된 유리를 제조하면 된다. 또한 슬래그 사용량이 증가되면 황화물의 양도 증가하므로 유리 뱃지의 산화·환원도를 보상하지 않거나, 로 온도 분포를 달리하지 않으면 산화제이철(FeO)이 산화제일철(FeO)로 환원되는 것을 피할 수 없게 된다.

본 발명의 유리 조성물은 규사 100 중량부에 대하여 소다회 30 - 33 중량부, 백운석 1 - 25 중량부, 9 - 25 중량부, 망초 1 - 1.5 중량부, 장석 10 중량부 이하 및 정제 슬래그 1 - 6 중량부를 함유하는데, 이를 화학적 성분으로 분석하면 SiO70 - 73 중량부, AlO1 - 3 중량부, FeO0.05 - 0.15 중량부, CaO 9 - 11 중량부, MgO 0.5 - 4 중량부, NaO 13 - 14.1 중량부, KO 0.1 - 0.5 중량부를 혼합한 조성물에 정제 슬래그 1 - 6 중량부가 첨가 혼합된 것으로서, 유리 뱃지 조성물의 산화·환원도가 적절히 조정되었다.

또한 본 발명에서 로 온도는 1450℃이상이 적당하다.

판유리에서 착색 결점이란 육안으로 인지할 수 있는 가시적인 착색을 의미하며, 인간의 육안은 약 1% 정도의 투과율 변화도 감지할 수 있다.

총 철분 함량이 일정할 때 착색효과를 약하게 하려면 상기에서 설명한 바와 같이 다른 성분의 원료 사용량을 조절함으로써 유리조성물속의 산화제이철 함량을 증가시키야 하는데, 그 이유는 산화제일철은 가시광선 영역에서 산화제이철보다 착색효과가 약 15배 이상 높기 때문이다.

이상과 같이 본 발명에서는 정제 슬래그 및 정제 슬래그 투입전 나머지 조성물의 각 성분들의 양을 적절히 사용하여 투과율 변화를 1% 미만으로 유지하면서 고품질, 고생산성의 유리를 제조하는데, 구체적으로는 플로우트 판유리, 광학 유리 소지, 병유리, 식기 유리 제조용 용융 유리 소지, 유리면, 암면, 유리 장섬유 제조용 균질 용융 유리 소지를 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

표 2의 조성대로 정제슬래그를 첨가 혼합한 원료들을 혼합기에서 10분간 균일하게 혼합하여 백금 도가니에 뱃지 200g을 취하여 1450℃에서 3시간 용융한 후 판상으로 성형하여 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 UV-VIS/NIR 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 이용하여 유리 색상과 가시광선 투과율을 측정하였으며, 광학 현미경을 이용하여 기포수를 측정하였다.

뱃지의 고체 입자가 소멸되는 시간은 샤모트 도가니에 뱃지를 50g 취하여 1450℃에서 20분 용융 후 3분 간격으로 관찰하면서 고체 입자가 완전히 용융되어 소멸되는 시점을 육안으로 관찰하여 측정하였다.

그 결과 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 청징성과 용융성이 우수하였으며, 색상변화는 육안으로 인지할 수 없었다.

[실시예 2]

실시예 1보다 슬래그 양을 증가시켜 표 2의 조성대로 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과 다음 표 2에 나타낸 바와 같이, 용융성과 청징성은 더욱 향상되었으며, 색상변화는 육안으로 인지할 수 없었다.

[실시예 3]

실시예 2보다 슬래그량을 증가시켜 표 2의 조성대로 원료량을 조절하여 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과 표 2에 나타낸 바와 같이 슬래그에 의해 증가된 유리 뱃지의 환원력 증가를 보상하여, 실시예 3보다 기포수가 감소하였으며, 착색현상은 육안으로 식별할 수 없었다.

[실시예 4]

실시예 3보다 슬래그양을 증가시켜 유리 뱃지의 환원력 증가를 보상하기 위해 표 2의 조성대로 원료량을 조절하여 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과 표 2에 나타낸 바와 같이 색상은 변하지 않으면서 청징성과 용융성은 더 뛰어남을 볼 수 있었다.

[실시예 5]

표 2의 조성대로 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하며, 그 결과 표 2에 나타낸 바와 같이 색상을 변화시키지 않으면서 용융성과 청징성이 월등히 향상된 유리를 제조할 수 있었다.

[실시예 6]

장석을 첨가하지 않고 표 2의 조성대로 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과 표 2에 나타낸 바와 같이 용융성과 청징성이 크게 향상되었으며, 색상변화는 육안으로 인지할 수 없었다.

[비교예]

표 2의 조성대로, 정제슬래그를 사용하지 않고 조성대로 유리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실험결과 다음 표 2에 나타낸 대로 기포수가 많고 고체입자 소멸시간이 길었으며, 산화 분위기에서 용융된 관계로 투과율이 높게 나타났다.

상기 실시예 및 비교예의 결과를 토대로 슬래그를 생산현장에 적용한 결과, 기포수가 현저히 감소하여 품질이 향상되었으며, 용융성이 향상되어 생산성이 증가되고 연료 비용을 줄일 수 있었다.

상기 실시예 및 비교예에서 유리제조용 뱃지 조성물을 화학적인 분석의 견지에서 나타내면 다음 표 3과 같다.

Claims (3)

1. 규사 100 중량부에 대하여 소다회 30 - 33 중량부, 백운석 1.0 - 25 중량부, 석회석 9 - 25 중량부, 망초 1 - 1.5 중량부, 장석 10 중량부이하 및 정제 슬래그 1 - 6 중량부를 함유함을 특징으로 하는 유리원료용 뱃지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 정제 슬래그는 SiO₂32 - 36 중량부, Al₂O₃12 - 14 중량부, Fe₂O₃0.15 - 0.25 중량부, CaO 39 - 43 중량부, MgO 6.5 - 7.5 중량부, Na₂O 0.39 - 0.41 중량부, K₂O 0.39 - 0.41 중량부 및 SO₃1.6 - 1.8 중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 유리원료용 뱃지 조성물.
3. 제1항에 있어서, 정제 슬래그는 규사 100 중량부에 대하여 1 - 6 중량부 함유됨을 특징으로 하는 유리원료용 뱃지 조성물.