KR101290783B1 - 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융슬래그(molten slag)를 이용한 광물섬유의 제조방법 및 이로부터 제조된 광물섬유에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광물섬유의 제조방법은, 고속 기류가 발생되도록 압축공기와 함께 용융슬래그를 지면에 대해 수평하게 마련된 중공의 원통형 회전체 안으로 투입하되, 용융슬래그의 투입 동안에 상기 원통형 회전체는 냉각유체에 의해 냉각이 이루어지며 상기 회전체의 축방향으로 회전이 이루어짐으로써, 간단한 공정만으로 용이하게 광물섬유를 얻을 수 있다.

Description

슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법{Method for manufacturing a mineral fiber product using slag}
본 발명은 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법 및 이로부터 제조된 광물섬유에 관한 것으로, 특히 고속 기류에 의한 풍쇄작용을 이용하여 용융슬래그(molten slag)를 급냉하여 광물섬유를 얻을 수 있는 제조방법과, 이로부터 제조된 광물섬유에 관한 것이다.
현재 철강공정 중에서 발생하는 슬래그의 종류는 크게 고로슬래그와 제강슬래그로 구분된다.
고로슬래그는 로제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 비금속 생성물을 말하는 것으로(주원료; 철광석, 부원료: 코크스, 석회석), 구성원소는 일반암석과 같으며 성분은 시멘트와 유사하다. 고로슬래그는 냉각방법에 따라서 급냉슬래그(수재슬래그-Water cooled)와 서냉슬래그(괴재슬래그-Air cooled)로 구분된다.
제강슬래그는 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분 등을 제거하는 공정에서 발생되며, 고로에서 제작된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성되는 고로슬래그(BOF slag)와 고철 등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로슬래그(EAF slag)로 크게 구별된다.
이들 발생슬래그의 용도로는 고로 수재슬래그는 시멘트용으로, 괴재슬래그는 도로골재용 등으로 활용되고 있다.
일반적으로 슬래그의 처리방법은 용융슬래그를 수집하여 슬래그 야드장에 이송한 후 물을 분사시켜 냉각하고, 분쇄기로 분쇄시켜 지금, 정광분, 슬래그 등으로 분리하며, 지금은 제선공정에, 정광분은 소결공정의 원료로 재활용하고 있으며, 슬래그들은 입도에 따라 매립하거나 소결용 또는 시멘트 원료용 등으로 활용되고 있다.
용융슬래그를 입자상 슬래그가 아닌 광물섬유로 제조하여 각종 절연제나 방음제 등으로 활용되고 있다.
한편, 일반적인 유리질 섬유조성물은 주로 산화규소(SiO2)를 주성분으로 하여 여기에 산화칼슘(CaO) 및 알루미나(Al2O3)를 첨가한 것으로써 이러한 기본 조성물을 이용하여 여러 가지 용도의 섬유가 제조되고 있다.
예를 들어, 등록특허 특0185481(등록일자: 1998.12.24)에서는 고로슬래그 중 서냉슬래그를 이용하여 일정 조건의 방사온도와 방사속도로 방사하여 내열성 장섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
다른 예로써, 특허공보 제90-001372호(공고일자: 1990.03.09)에서는 고로슬래그를 이용한 내열성 장섬유 제조방법을 제안하고 있다.
이에 본 발명은 슬래그를 이용하여 용이하게 광물섬유를 제조할 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 출원하게 된 것이다.
본 발명은 고속 기류에 의한 풍쇄작용을 이용한 간단한 공정만으로 슬래그를 이용하여 광물섬유를 얻을 수 있는 방법과 이로부터 제조된 광물섬유를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법은, 슬래그를 이용하여 광물섬유를 제조하기 위한 방법에 있어서, 고속 기류가 발생되도록 압축공기와 함께 용융슬래그를 지면에 대해 수평하게 마련된 중공의 원통형 회전체 안으로 투입하되, 용융슬래그의 투입 동안에 상기 원통형 회전체는 냉각유체에 의해 냉각이 이루어지며 상기 회전체의 축방향으로 회전이 이루어짐으로써 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 용융슬래그는 망간 정련으로부터 얻어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 회전체 안으로 분사되는 압축공기의 방향은 상기 회전체의 축방향과 나란하며, 용융슬래그의 투입방향은 압축공기의 분사방향과 수직한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 압축공기의 분사압력은 4 ~ 7 kg/㎠인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 회전체는 내벽 면에 다수의 분산 날개를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 용융슬래그는 1300 ~ 1500 ℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 슬래그를 이용한 광물섬유 제조방법은, 고속 기류가 발생되도록 압축공기와 함께 용융슬래그를 중공의 원통형 회전체 안으로 투입하되, 용융슬래그의 투입 동안에 원통형 회전체는 냉각유체에 의해 냉각이 이루어지며 회전체의 축방향으로 회전이 이루어짐으로써, 간단한 공정만으로 용이하게 광물섬유를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 광물섬유를 제조하기 위한 용융슬래그 냉각 처리장치의 전체 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 방법에 따른 광물섬유를 제조하기 위한 처리장치에 있어서, 풍쇄공급부만을 보여주는 도면,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 광물섬유를 보여주는 사진들,
도 6은 페로망간 용융슬래그를 일반적인 서냉 공정을 이용하여 얻은 고형슬래그를 보여주는 사진.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 방법에 따른 광물섬유를 제조하기 위한 장치는, 용융슬래그 투입구(111)가 일단에 마련된 중공의 원통 형상으로써 수평하게 설치되어 회동이 가능하며, 냉각수에 의해 냉각이 이루어지는 회전체(110)와; 이 회전체(110)를 회동 가능하게 지지하기 위한 지지유니트(120)와; 회전체(110)를 회전 구동시키기 위한 회전구동부(130)와; 회전체(110) 내의 냉각수를 순환 공급하기 위한 냉각유니트(140)와; 회전체(110)의 용융슬래그 투입구(111) 반대 측에 마련되어 광물섬유가 배출되는 배출유니트(150)와; 배출유니트(150)에 연결되어 분진을 집진 배출하기 위한 사이클론(160)을 포함한다.
회전체(110)는 전체적으로 중공의 원통 형상으로써, 수평하게 설치되어 회동이 가능한 구조이다. 회전체(110)의 일단에는 용융슬래그 투입구(111)가 마련되어 용융슬래그가 투입된다.
회전체(110)는 냉각수에 의해 냉각이 이루어지는 냉각수단이 마련되며, 예를 들어 회전체(110) 내에 냉각수가 흐르는 냉각배관이 설치되거나 워터재킷(water jacket)이 마련되어 냉각이 이루어질 수 있으며, 또는 냉각수가 흐르도록 2중 벽체 구조에 의해 제공될 수 있으며, 회전체를 냉각하기 위한 수단은 다양한 형태로 제공이 가능하다. 특히 본 발명에서 회전체(110)를 냉각시키는 냉각수는 회전체(110) 안으로 투입되는 용융슬래그와는 직접적인 접촉이 발생되지 않음을 특징으로 한다.
바람직하게는, 회전체(110)는 내측 벽면에 다수의 분산 날개(V)가 마련될 수 있으며, 분산 날개(V)는 회전체(110) 내에서 광물섬유를 배출유니트(150) 측으로 배출이 이루어질 수 있도록 유도한다.
회전체(110)에는 설정수압 이상에서 냉각수를 배출하게 되는 안전밸브(112)가 마련될 수 있으며, 이러한 안전밸브(112)는 회전체(110)로 공급되는 냉각수가 고온에 노출되어 발생될 수 있는 과도한 수압을 제어한다.
또한, 회전체(110)에는 수압과 온도를 측정하기 위한 주지의 게이지가 마련될 수 있다.
용융슬래그 투입구(111)로 투입되는 용융슬래그는 밀폐된 구조를 갖는 회전체(110)를 지나면서 건식 냉각이 이루어지므로 회전체(110) 내에서 발생되는 분진들에 의해 주변이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
지지유니트(120)는 수평하게 설치되는 회전체(110)를 회동 가능하게 지지한다. 이러한 지지유니트는 지면에 고정되는 고정블럭과, 이 고정블럭에 의해 지지되어 회전체를 감싸게 되는 브라켓, 이 브라켓과 회전체 사이에 개재되는 주지의 마찰저감부재(예를 들어, 베어링)에 의해 제공될 수 있다.
회전구동부(130)는 회전체(110)를 회전 구동시키기 위한 것으로, 주지의 기어드 모터(geared motor)에 의해 제공될 수 있으며, 회전체(110)에는 회동방향으로 기어드 모터와 치결합을 위한 기어가 마련될 수 있다.
냉각유니트(140)는 회전체(110)를 냉각시키기 위한 것으로, 물탱크(141)와, 물탱크(141)에 저장된 냉각수를 회전체(110)로 공급하기 위한 펌프(142)에 의해 제공될 수 있다.
냉각유니트(140)에 의해 회전체(110)로 공급되는 냉각수는 회전체(110)를 경유하면서 용융슬래그와 직접적인 접촉이 발생되지 않으며, 따라서 회전체(110)를 경유한 냉각수는 열교환수단(미도시)에 의해 냉각이 이루어져 다시 회전체(110)로 재순환이 이루어질 수 있으며, 따라서 용융슬래그의 냉각을 위해 사용되는 냉각수를 정화하기 위한 별도의 수단이 마련될 필요가 없다.
배출유니트(150)는 회전체(110)의 용융슬래그 투입구(111) 반대 측에 마련되며, 광물섬유의 배출이 이루어진다.
배출유니트(150)는 회전체(110)의 일단과 밀폐된 구조를 갖고 조립되는 것이 바람직할 것이다.
배출유니트(150)의 하단에는 게이트 밸브(151)가 마련되며, 이 게이트 밸브(151)를 통해 광물섬유의 배출이 이루어진다. 배출된 광물섬유는 주지의 컨베이어(101)를 통해 옮겨질 수 있다.
배출유니트(150)의 상단은 덕트에 의해 사이클론(160)과 연결되며, 배출유니트(150) 상단으로 배출되는 주요 분진들은 사이클론(160)에서 집진되어 배출이 이루어질 수 있다.
한편, 회전체(110)에서 제조된 광물섬유는 사이클론(160)의 하부에 마련된 제2게이트 밸브(161)를 통해 추가적으로 회수가 이루어질 수 있다.
특히, 회전체(110)의 용융슬래그 투입구(111)에는 투입되는 용융슬래그와 함께 압축공기를 분사하기 위한 풍쇄공급부(200)가 마련된다.
풍쇄공급부(200)는 일반 용융로에 설치되어 용융슬래그를 효과적으로 회전체(110) 안으로 풍쇄 공급하기 위한 수단으로써, 용융로에서 출탕되는 용융슬래그를 압축공기와 함께 회전체(110) 내부로 미립화하여 투입이 이루어질 수 있다.
도면부호 201은 풍쇄공급부(200)에 압축공기를 공급하기 위하여 컴프레셔(compressor)이다.
본 발명에서는 이와 같이 회전체(110) 내측으로 투입되는 용융슬래그가 압축공기에 의해 투입이 이루어지는 경우에 압축공기에 의해 용융슬래그가 미립화되는 풍쇄 작용에 의해 회전체(110)로 투입이 이루어지며, 풍쇄되어 투입되는 용융슬래그는 회전체(110)의 회전 운전속도와 비례하여 광물섬유를 얻을 수 있음을 확인하였다.
도 2는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치에 마련되는 풍쇄공급부를 보여주는 도면이다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 회전체로 투입되는 용융슬래그의 투입 각도는 연직방향을 가지며, 고속기류를 형성하기 위한 압축공기의 방향은 용융슬래그의 투입각도와 수직한 배치를 갖는다.
이를 위하여 풍쇄공급부(200)는, 용융로로부터 출탕되는 용융슬래그를 수직하게 안내하게 되는 용융슬래그 유입안내관(210)과; 용융슬래그 유입안내관(210)에 대해 수직하게 마련되어 압축공기를 분사하기 위한 에어노즐(220)이 일체로 구성된다.
유입안내관(210)에는 에어노즐(220)을 일체로 고정하기 위한 분사배관(230)이 마련된다.
용융슬래그 유입안내관(210)은 원통형상의 관으로 용융로의 하부에 연직으로 설치되며, 따라서 용융슬래그는 유입안내관(210)을 따라서 연직 하방으로 용융로에서 출탕이 이루어지며, 유입안내관(210)과 수직하게 마련된 에어노즐(220)에서 분사된 압축공기에 의해 용융슬래그는 풍쇄되어 회전체 안으로 투입이 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성을 갖는 장치는, 회전체(110) 내에 압축공기와 함께 용융슬래그가 투입되며, 투입된 용융슬래그는 냉각수에 의해 일정한 온도를 유지하면서 회전하는 회전체(110)의 내벽 면과 접촉하면서 급냉이 이루어져 광물섬유로 제조되어 배출유니트(150)를 통해 배출이 이루어진다.
본 발명의 방법에서 광물섬유는 용융슬래그의 시간당 투입량과 회전체의 회전 운전속도 등에 의해 최적의 운전조건이 결정될 수 있다. 예를 들어, 회전체의 회전 운전속도가 낮은 경우에는 광물섬유와 함께 입자상 고형슬래그가 발생되며, 회전 운전속도가 높을수록 입자상 고형슬래그보다는 광물섬유가 더 많이 발생됨을 확인할 수 있었다.
실시예
본 실시예에서 용융슬래그는 페로망간(Fe-Mn) 슬래그를 이용하였다. 페로망간은 자동차용 고망간 강 제품생산 및 선박제조용 후판생산에 사용되는 부원료이다. 페로망간 생산에 사용되는 전기로는 분진 발생량을 최소화할 수 있는 SAF(submerged Arc furnace)이다. 전기로 내부의 온도는 전극봉 끝 부분의 온도가 1500℃이며, 용융합금철 및 용융슬래그 층의 온도는 1350℃ 정도이다. 원료인 망간광석, 철광석 또는 밀스케일, 코크스, 백운석을 1-5㎝로 파쇄한 다음 적당한 비율로 혼합하여 연속식으로 공급한다. 공급된 망간광석은 용융합금철과 슬래그의 배출과 함께 자중에 의해 고온영역인 하부로 조금씩 이동하게 되며, 슬래그층의 상부에서 용융된다. 용융된 슬래그와 합금철은 비중에 의해 서로 분리되어 고이게 되며, 용융된 합금철과 슬래그는 동일 출탕구로부터 배출되고 스키머에 의해 분리된다.
이용된 페로망간 용융슬래그의 주요구성은 SiO2 38.9 중량%, MnO 17.2 중량%, CaO 12.5 중량%, Al2O3 9.74 중량%, MgO 11.3 중량%, Fe2O3 5.44 중량%, 나머지 소량의 K2O, Na2O 등이 확인되었다([표 1] 참고).
페로망간 용융슬래그는 회전체 내에 압축공기와 함께 투입하였으며, 이때 압축공기의 분사압력은 대략 4 ~ 7 kg/㎠ 범위 이다.
이와 같이 제조된 페로망간 슬래그를 이용하여 얻은 광물섬유는 SiO2 36.9 중량%, MnO 17.9 중량%, CaO 13.9 중량%, Al2O3 10.9 중량%, MgO 8.52 중량%, Fe2O3 4.49 중량%, 나머지 소량의 K2O, Na2O 등이 포함된 것을 확인하였다([표 1] 참고).
SiO2가 약간의 감소가 있었으며, 전체적으로 측정 오차 범위 내에서 주요구성의 큰 변화가 발생되지는 않음을 알 수가 있다.
[표 1]
Figure 112012053471412-pat00001
도 3 내지 도 5는 본 발명 방법에 의해 제조된 광물섬유를 보여주는 사진들로써, 도 3은 본 발명의 방법으로부터 얻은 유화 전 상태의 광물섬유를 보여주는 사진이며, 도 4는 유화 후의 상태를 보여주는 사진이며, 도 5는 10배 확대된 사진이다. 참고로, 도 6은 페로망간 용융슬래그를 일반적인 서냉(air cooled) 공정에 의해 얻은 고형슬래그를 보여주는 사진이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 회전체 111 : 용융슬래그 투입구
120 : 지지유니트 130 : 회전구동부
140 : 냉각유니트 150 : 배출유니트
160 : 사이클론 200 : 풍쇄공급부
210 : 유입안내관 220 : 에어노즐

Claims (7)

  1. 슬래그를 이용하여 광물섬유를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    고속 기류가 발생되도록 압축공기와 함께 용융슬래그를 지면에 대해 수평하게 마련되어 내벽면에 다수의 분산 날개가 마련된 중공의 원통형 회전체 안으로 투입하되, 용융슬래그의 투입 동안에 상기 원통형 회전체는 냉각유체에 의해 냉각이 이루어지며 상기 회전체의 축방향으로 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융슬래그는 페로망간 슬래그인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전체 안으로 분사되는 압축공기의 방향은 상기 회전체의 축방향과 나란하며, 용융슬래그의 투입방향은 압축공기의 분사방향과 수직한 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축공기의 분사압력은 4 ~ 7 kg/㎠인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 용융슬래그는 1300 ~ 1500 ℃인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 광물섬유의 제조방법.
  7. 삭제
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