KR100444927B1 - 광물성모제조방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광물성 모 제조 방법을 제공하며, 여기서 용융 광물 재료는 그퍼너(1) 내로 공급되며, 상기 스피너의 주연 벽(2)은 작은 직경의 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 상기 오리피스를 통하여 원심분리되어 필라멘트를 형성하되, 이 필라멘트들은 스피너(1)의 주연 벽(2)을 따라 흐르고 주연 벽을 가열되고 그리고 스피너에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너(8)에 의해 발생되는 가스 흐름의 보충적인 세장화 효과로 처리되며, 버너의 배출 지역은 환형의 방사상 내부 가열대와 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 외부 냉각대로 분할된다.; 본 발명은 또한 이 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

광물성 모 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for producing mineral wool}

고품질의 광물성 섬유는 내부 원심 분리에 의하여 생산될 수 있으며, 여기서 광물성 용융물은 고속으로 회전하고 원주 벽에 다수의 소형 오리피스를 갖는 스피너 내부로 공급되며, 용융물은 대응적으로 작은 직경의 용융 필라멘트로서 오리피스를 통하여 방사될 수 있다. 배출되는 필라멘트는 환형 버너의 송풍을 받으며, 그로인하여 세장화되어(attenuated) 필요로 하는 섬도(fineness)의 섬유를 형성하고, 그후 이 섬유는 고화되어 광물성 섬유 매트가 형성되는 하부 컨베이어에 축적된다. 이러한 공정은 본 기술 분야에서 소위 TEL 공정으로서 잘 알려져 있다.

이러한 섬유화 장치를 사용하여, 다양한 조성물의 광물성 재료는 섬유화된다. 이러한 광물성 조성물은 높거나, 보통이거나, 낮은 용융점을 가질 수 있으며, 따라서 상이한 섬유화 온도를 가질 수 있다. 한편, 이러한 섬유화 장치의 버너는특정한 최적 조정 및 최적 버너 작동의 범위를 벗어나지 않도록 실질적으로 변화되지 않아야 하는 특정 작동 온도에서 작동한다. 따라서, 버너의 송풍 가스는 최적 버너 작동 조정으로 고용융점의 유리를 섬유화 하는데 적절한 온도인 1,550 ～ 1,600℃의 온도를 가질 수 있다. 저용융점 유리의 상이한 온도 조건을 만족시킬 수 있도록 버너 조정의 작은 변화를 통하여 적정 버너 조정에 더 근접하면서 이 온도를 예를 들어, 1,300 ～ 1,350℃까지 낮출 수 있다.

저용융점을 갖는 재료의 필라멘트의 과열은 송풍 가스에 의해 세장화된 용융물이 고화되기 전에 세장화(attenuation) 영역을 벗어나는 정도로 점도를 감소시킬 것이며, 표면 장력의 영향하에서 여전히 용융된 상태의 섬유는 수득된 광물성 모 매트에서 바람직하지 않은 비섬유화된 입자로 변형될 것이다.

따라서, 1,200℃ 또는 그 이하의 낮은 송풍 가스의 온도로서 저용융점 유리와 같은 다른 광물성 재료를 섬유화시킬 필요가 있다. 버너 조정을 변화시켜 버너 배출 온도를 이러한 정도로 감소시키는 것은 바람직하지 않은 적정하지 않은 버너 작동 조건을 유도한다.

본 발명은 청구범위 제 1 항의 개시절에 정의된 바와 같이 스피너 내로 공급된 용융된 광물성 재료로 광물성 모를 제조하는 방법 및 제 2 항의 개시절에 정의된 바와 같이 스피너로 내부 원심 분리하여 광물성 재료를 섬유화 하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 장치의 개략적인 종단면도.

도 1a는 대안적인 실시예를 위한 도 1의 상세 확대도.

도 1b는 도 1a의 다른 변형을 나타낸 도면.

도 2는 배출구 지역 바로 아래의 버너 배출구 폭을 가로지르는 온도 분포를 나타내는 도면.

도 3은 원심 분리 장치의 스피너 주연 벽의 외측 방사상으로 나타나는 온도 분포를 나타내는 도면.

따라서, 본 발명의 목적은 적정 작동 상태에서 버너에 의해 생성되는 것보다 실질적으로 더 낮은 송풍 가스 온도를 필요로 하는 저용융점 광물성 재료를 섬유화 시킬 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 버너의 배출 지역을 환형의 방사상 내부 가열대(hot zone) 및 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 방사상 외부 냉각대(cooling zone)로 분할된다는 방법적인 점에서 달성된다. 구조면에서, 본 발명의 목적은 버너 배출구의 외부 주연 벽에 공기와 같은 냉각 가스용 분사 수단(injection means)을 설치하고, 분사 방향이 분사 영역에서의 버너 가스의 흐름 방향과 거의 교차하는 것에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명으로 버너로의 연소물 유입이 감소되는 경우, 또는 냉각 공기가 버너 가스로 예비 혼합되는 경우에서와 같이 송풍 가스의 온도는 균일하게 감소되지 않는다. 이에 의해 방사상 내부대가 비교적 고온으로 잔류하며 비냉각된 버너 가스의 온도에서조차 가능하게 남아있게 된다. 이 효과는 스피너의 주연 벽 내의 오리피스 열 영역(region of the row)이 액상 온도(liquidus) 이상의 비교적 고온 또는 유리질 제거 또는 결정화 온도 이상의 온도에서 유지되어 오리피스를 통해 유리의 흐름을 가능하게 하기 때문에 바람직하다.

한편, 표면 장력의 영향하에서 세장화된 섬유의 재료 그레인(grain)으로의 스프링-백(spring-back) 효과를 피하기 위하여 그리고 온도의 강력한 영향에 의하여 유리의 휘발성 성분, 예를 들어 나트륨이 방출되는 것을 방지하기 위하여 세장화된 섬유를 보다 급속히 냉각시켜 이들 섬유를 충분히 고화시키는 것이 바람직하다. 이러한 재료 그레인 형태의 불량한 섬유 또는 다른 비섬유 형태는 또한 수득된 광물성 모 매트에서 비섬유화된 입자 함량을 증가시킨다. 방사상 외부 냉각대에서 일어나는 급속한 냉각 효과는 이러한 바람직하지 않은 효과를 피하게 하는 경향이 있다.

더욱이, 버너 배출구의 외부 주연 벽을 통한 냉각 가스의 분사는 재료의 조성을 변화시키는 경우에 버너에서의 어떤 실질적인 재조정 작업을 야기하지 않는다. 예로 고융점의 유리를 섬유화시키는 경우에, 냉각 가스의 유입은 간단히 차단될 수 있고, 저용융점의 유리를 섬유화시키는 경우에 어떤 필요한 양의 냉각 가스는 밸브의 간단한 회전에 의해 유입될 수 있다. 따라서, 섬유화되는 어떠한 재료 조성물을 위한 최적 조정은 상당한 노력 없이도 얻어질 수 있다.

냉각 가스의 분사 방향이 버너 가스의 흐름 방향과 실질적으로 교차한다는 것은 버너 가스의 운동 에너지의 충격 및 효과의 어떤 상당한 증가를 피하게 한다. 그러므로, 냉각 가스의 유입은 버너 가스에 의해 일어나는 세장화 효과를 상당하게 변화시키지 않아 냉각 가스의 유입은 상기 면에서 장치의 작동 조건을 변화시키지 않는다. 냉각 가스의 냉각 효과가 광물성 재료의 점도를 증가시키는 경향이 있는 한편, 이는 냉각 가스의 유입에 의한 전체 가스 흐름 에너지 량을 증가시킴으로서 본질적으로 균형을 맞추게 된다. 따라서, 세장화 효과를 포함하는 장치의 작동 조건은 냉각 가스 유입 양의 다소에 관계없이 실질적으로 변화되지 않은 채로 남아있어 섬유화되는 유리 조성물의 온도 조건에 부합하게 된다.

PCT 94/04469호로부터, 버너 배출구의 방사상 외부의 위치로부터 냉각 가스를 공급하는 추가의 외부 송풍기를 갖는 것이 공지되어 있다. 이 경우에, 버너 배출구는 스피너의 상부 외부 림(rim)의 내측으로 방사형으로 위치한다. 이러한 배열은 고용융점을 갖고 이 용융점에서 저점도를 갖는 경질 유리의 섬유화에 특히 적절하다. 공지된 실시예에서 냉각 공기는 섬유로의 세장화가 거의 완료되는 지점에서, 이 지점에서의 점도를 증가시키기 위하여 스피너의 외주부에서의 송풍 가스의 흐름과 교차한다. 송풍기 가스 흐름은 송풍 가스의 흐름과 본질적으로 평행하고, 따라서 혼합 흐름의 충격과 운동 에너지를 증가시킨다. 그러나, 본 발명에 있어서, 버너 배출구로부터 유출되는 가스 자체는 그의 충격을 상당하게 증가시키지 않고 특정의 비균일한(inhomogeneous) 방법으로 냉각되어, 비냉각된 송풍 가스의 온도가 과도하게 높아 비섬유화된 입자를 생성시키는 것과 비교된 온도 특성으로 광물성 재료의 섬유화를 가능하게 한다.

종속청구항들은 본 발명의 장치의 개량예를 더욱 포함한다.

바람직한 실시예에서, 관통 구멍 형태의 각 오리피스의 직경은 1 내지 3mm, 특히 2mm 정도이다. 이러한 방법으로 냉각 가스가 송풍 가스의 흐름 속으로 통과하는 데에 적절한 흐름 조건이 얻어진다.

관통 구멍 형태로 고르게 분포된 오리피스 중에서 연속적인 두개 오리피스 사이의 거리는 바람직하게는 2 내지 15mm, 특히 5 내지 12mm이며, 여기서 높은 값은 단일 줄 배열에 바람직하고, 낮은 값은 다중 배열에 적합하며, 상기 거리는 상이한 줄의 엇갈린(staggered) 오리피스 사이에서 측정한다. 두 줄 사이의 거리는 전형적으로 2 내지 10mm이다.

또한, 분사 수단은 적어도 하나의 연속적인 원주 슬릿 형태의 배출구를 포함할 수 있고, 이러한 배열은 슬릿 폭을 조정함으로서 흐름 특성의 보다 손쉬운 조정을 가능하게 한다. 전형적으로 이 슬릿 폭은 0.3mm 내지 1mm이다.

본 발명의 추가의 이점, 상세한 내용 및 특징은 도면과 관련한 하기 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1에 간단한 형태로 도시된 바와 같은 장치의 섬유화 유니트는 주로 스피너(1), 다수의 방출 오리피스를 갖는 주연 벽(2)으로 구성된다. 주연 벽(2)은 모양 때문에 "베일(veil)"이라고 언급되는 연결 밴드(4)를 통해 플랜지(3)에 연결된다. 도면에 도시되는 바와 같이, 주연 벽(2), 베일(4) 및 플랜지(3)는 전체로서 단일의 일체 부재로 형성된다.

플랜지(3)는 도시된 실시예에서 중공인 지지 샤프트(5) 상에 장착되고, 이 캐비티를 통해 용융된 광물성 재료가 공급된다.

지지 샤프트(5) -또는 플랜지(3) 조차- 는 또한 보통 "컵" 또는 "바스켓"이라 언급되는 동심의 분배 수단(6)을 지지한다. 비교적 큰 직경의 비교적 작은 수의 오리피스를 가진 주연 벽을 갖는 분배 컵(6)은 스피너의 바닥 벽으로서 기능을 하며, 용융된 광물성 재료를 주연 벽(2)의 내부 원주 상에 펼쳐진 다수의 필라멘트로분리시킴으로서 용융된 광물성 재료를 분배한다.

스피너(1)는 다양한 가열 장치: 무엇보다도 버너에 의한 불충분한 가열 및 스피너(1)의 회전에 의해 흡입된 상당한 양의 공기에 의해 현저하게 냉각된 주변 공기와의 접촉시의 냉각을 보상하기 위하여 스피너의 바닥 부분을 특히 가열하는 환형의 중간 주파수(frequency) 코일(7) 및 수냉된 환형 외부 버너(8)에 둘러싸여져 있다. 외부 버너(8)의 주연 벽(9 및 10)의 종단은 스피너(1)로부터 약간의 거리, 예를 들어 스피너(1)의 상부 외측 에지와 대략 같은 높이인 내부 벽(10)과 5mm의 거리를 두고 배열된다.

환형 외부 버너(8)는 실질적으로 수직 방향으로 향하고, 따라서, 주연 벽(2)을 따라 통과하는 고온 및 고속의 가스 흐름을 발생시킨다. 한편, 가스 흐름은 주연 벽(2)을 가열하거나 그 온도를 유지하는 기능을 하고, 다른 한편으로는 스펀-오프(spun-off) 용융 광물의 필라멘트를 섬유로 세장화하는데 기여한다.

도면에 나타난 바와 같이, 외부 버너(8)는 바람직하게는 차거운 공기의 송풍기 링(11)에 의해 보다 큰 방사상 거리에서 둘러싸여지며, 그 주목적은 고온 가스 흐름의 방사상 팽창을 제한하고, 그로 인하여 형성된 섬유가 환형 마그네트(7)와의 접촉을 유지하게 한다.

스피너(1)의 외부 히터는 그의 안쪽에서 내부 환형 버너(12)에 의하여 보완되며, 이 내부 환형 버너는 지지 샤프트(5)의 안쪽에 위치하고 컵(6)의 예비 가열을 위한 섬유화 유니트의 가동 단계(start-up phase) 동안에 이용된다.

상술한 바와 같은 섬유화 유니트의 일반적인 구조는 통상적인 것이다. 본 발명에 따르면, 외부 주연 벽(9)을 위한 냉각 챔버(14)를 포함하는 링 도관은 냉각 공기를 위한 하부 플리넘 챔버(plenum chamber; 16)를 수용하도록 분리 벽(15)에 의해 분리된다. 플리넘 챔버(16)는 외부 주연 벽(9) 내의 일련의 오리피스(17)를 통해 버너 배출구와 유체 연통되어 있다. 냉각 공기 또는 어떤 그 밖의 냉각 가스는 오리피스(17)를 통하여 가 버너 배출구로 유입되며, 거기에서 버너 가스로 혼합된다.

오리피스(17)는 버너 배출구의 버너 가스의 흐름 방향과 교차 방향으로 연장한다. 따라서, 버너 배출구로부터 배출되는 송풍 가스의 운동 에너지는 상당하게 변화되지 않아 세장화 조건이 냉각 공기의 존재 또는 비존재에 의해 상당하게 영향을 받지 않는다.

오리피스(17)의 형태 및 배열은 주어진 경우의 요구 사항에 적합할 수 있다. 도시된 예시적인 장치에서, 직경이 2mm이고 두 개의 연속적인 오리피스(17) 사이의 거리가 10mm인 한 열의 오리피스(17)가 있다. 스피너 직경이 400mm인 것을 고려할 때, 120개의 오리피스(17)가 한 줄로 고르게 분포된 상태로 링 도관(13)의 전 외주 주위에 배열되어 있다.

적절하다면, 오리피스(17)는 또한 두 줄 이상의 줄로 배열될 수 있으며, 도 1a는 다른 줄의 이웃하는 2mm 오리피스(17) 사이의 상호 거리가 5.5mm인 실시예를 위한 예를 보여준다. 또한 오리피스(17)는 도 1b에 나타난 슬릿(18)으로 대체될 수 있고, 이 슬릿은 도 1b에 개략적으로 도시되고 이중 화살표에 의하여 부호화된 바와 같은 수직 슬릿 폭을 조정하는 이점을 가능하게 한다. 오리피스(17) 또는슬릿(18)의 이러한 대안적인 배열로, 실제적인 적용의 다양한 요구가 소정의 경우에 쉽게 만족될 수 있다.

도 2 및 도 3에 두 개의 실제적인 실시예로 측정된 온도 분포가 도시된다. 도 2는 버너 배출구의 배출 지역 1mm 아래의 높이에서의 온도 분포를 나타내는 반면에, 도 3은 버너 배출구의 배출 지역 19mm 아래에서의 스피너(1)의 주연 벽(2)의 최상단 오리피스 높이에서의 온도 분포를 나타낸다. 가로 좌표의 도 2 및 도 3에서 주어진 측정된 방사상 거리는 배출구 벽(9)으로부터 측정된다.

온도 분포 곡선 A는 두 줄의 오리피스(17)를 갖는 도 1a에 도시된 실시예에서 측정되었으며, 반면에 곡선 B는 냉각 가스의 분사 없이 측정되었다.

곡선 A 및 B는 오히려 설명이 필요 없는 것으로 보인다. 도 2는 (C)로 표시되는 이 냉각대에서 온도를 낮추는 좌측부에서의 냉각 가스의 영향을 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스피너(1)의 주변에 근접한 온도는 상승되고, 세장화된 섬유의 빠른 고화를 돕도록 스피너의 바깥쪽으로 수 밀리미터 거리의 냉각대(C)에서 급격히 떨어진다.

본 발명에 의하여 발휘된 효과는 저용융점 유리로부터 섬유를 생산하는 것을 중점을 두어 앞서 설명하였다. 그러나, 이들 효과는 버너 온도가 일반적으로 증가되고 이후 오리피스(17) 또는 슬릿(18)을 통한 냉각 가스의 공급에 의해 냉각된다면, 고융점의 광물성 재료를 섬유화하는데 또한 명백히 이용될 수 있다.

Claims (11)

1. 스피너 내로 공급되는 용융 광물 재료로 광물 모를 제조하되, 상기 스피너의 주연 벽이 작은 직경의 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 상기 오리피스를 통하여 원심 분리되어 필라멘트를 형성하되, 이 필라멘트들은 상기 스피너의 상기 주연 벽을 따라 흐르고 상기 스피너의 주연 벽을 가열하며 그리고 스피너에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너에 의해 발생되는 가스 흐름의 보충적인 세장화 효과로 처리되는, 스피너 내로 공급되는 용융 광물 재료로 광물성 모를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 버너의 배출 지역은 환형의 방사상 내부 가열대와 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 외부 냉각대로 분할된 것을 특징으로 하는 광물성 모 제조 방법.
2. 스피너로 내부 원심분리에 의한 광물성 재료의 섬유화 장치로서, 상기 스피너의 주연 벽이 작은 직경의 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 상기 오리피스를 통하여 원심 분리되어 필라멘트를 형성하되, 이 필라멘트들은 상기 스피너의 상기 주연 벽을 따라 흐르고 상기 주연 벽을 가열하며 그리고 스피너에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너에 의해 발생되는 가스 흐름의 보충적인 세장화 효과로 처리되는, 내부 원심 분리에 의한 광물성 재료의 섬유화 장치에 있어서,

   버너 배출구의 외부 주연 벽에 공기와 같은 냉각 가스용 분사 수단이 설치되고 분사 방향이 분사 영역에서 버너 가스의 흐름 방향과 실질적으로 교차하는 것을특징으로 하는 광물성 재료의 섬유화 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 관통 구멍 형태의 각 오리피스의 직경은 1 내지 3 mm인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 균일하게 분포된 구멍중 두개의 연속적인 구멍 사이의 거리는 2 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 구멍들은 이웃하는 줄 사이의 거리가 2 내지 10mm인 적어도 두줄인 다수의 줄로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 분사 수단은 연속적인 원주 슬릿 형태의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 슬릿의 폭은 0.3 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 슬릿의 폭은 조정 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 2 항에 있어서, 관통 구멍 형태의 각 오리피스의 직경은 2mm인 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 균일하게 분포된 구멍중 두개의 연속적인 구멍 사이의 거리는 5 내지 12mm인 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 4 항에 있어서, 상기 구멍들은 이웃하는 줄 사이의 거리가 5mm인 적어도 두줄인 다수의 줄로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.

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