KR101382377B1 - 섬유 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유 및 이의 제조 방법으로서, 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그 및 폐 내화물을 원료로 하여 각종 내열 재료로 사용되는 내열성 섬유 및 이의 제조방법이다. 본 발명의 실시 형태는 섬유로서, 섬유 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며, 상기 섬유 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유한다.

Description

섬유 및 이의 제조 방법{Method for heat resisting property metal fiber of slag}
본 발명은 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그 및 폐 내화물을 원료로 하여 각종 내열 재료로 사용되는 내열성 섬유를 제조하는 것에 관한 것이다.
제철산업은 대량의 원료와 에너지를 소비하여 철강을 생산하는 것과 더불어 원료, 제선, 제강, 압연 등의 복잡한 연결생산체제를 거치면서, 여러 가지 종류의 부산물과 폐기물을 다량 발생시키고 있다. 이들 부산물과 폐기물은 양적으로 주제품인 철강의 65%에 이르고 있다. 이중 고체상태의 부산물과 폐기물의 약 80% 정도가 슬래그(Slag)이고, 나머지는 폐 내화물, 더스트, 슬러지 등의 형태로 발생하는데 유용한 철분함량이 높아 대부분 자원으로서의 활용이 가능하다. 통상적으로, 철강재 1톤을 생산하는 과정에서 100 내지 500kg의 제강 슬래그(slag)가 발생된다. 예컨대 페로니켈(Fe-Ni) 슬래그(Slag)는 년간 100만 톤이 넘게 발생한다. 발생 된 슬래그(slag)는 야드에 덤핑되어, 대량의 방수와 함께 대기 중에서 냉각되어 응고되고, 응고된 슬래그 덩어리는 시멘트 원료 등으로 재활용된다. 하지만, 시장상황에 따라 매립되기도 하며, 고부가화 또는 소재로서의 용도창출이 잘 되지 않는 실정이다.
한편, 건출물의 단열 재료 등으로 사용되는 유리 섬유는 가루가 날려 인체에 자극을 주며 다시 재활용이 어렵고, 환경적인 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 광물을 원료로 하는 무기질 섬유인 바잘트 섬유에 대한 연구가 진행되고 있다. 바잘트 섬유는 천연 현무암을 섬유화한 것으로 인장강도, 내열성, 탄성, 흡음성 등의 특성이 우수하다. 바잘트(Basalt) 섬유는 현무암을 1280도의 용융로에서 완전용융하고, 1200도 상태에서 인발하여 장섬유 형상 제품으로 제작한다. 이와 같은 바잘트(Basalt) 섬유는 친환경적인 섬유로서 내열성 및 내구성에서 유리섬유에 비해 우수하고 탄소섬유와 비슷한 강도를 가진다. 가격은 탄소섬유에 비해 저렴하여 유리섬유의 환경성 논란과 고가의 탄소섬유의 대안으로 주목받고 있으며, 항공기, 자동차, 단열, 난연, 내장재 등과 같은 산업에서 사용된다. 현재 국내에서 사용 중인 바잘트 섬유 고가의 제품이지만 대부분 체코, 중국 등으로부터 수입되는 상황이다. 또한, 국내 제조의 경우 현무암을 채굴하는 비용과 섬유 자체의 제조 과정에서 발생하는 비용을 생각하면 최종 제품을 낮은 가격의 대량 생산하기에는 문제점이 있다. 이러한 고가의 제품을 대체하기 위해 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그를 활용하여 섬유를 제조하는 방법에 대한 연구는 미미한 실정이다.
KR 10-2002-0026078 B1
본 발명은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로 하여 기존 바잘트 섬유와 유사한 내열성의 섬유 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 섬유는, 섬유로서, 섬유 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며, 상기 섬유 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유한다.
또한, 상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 폐 내화물은 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 섬유 몸체는 상기 슬래그의 량이 전체 량에 대하여 70 중량% 이상인 것을 포함한다.
또한, 상기 섬유 직경은 10㎛ 내지 50㎛ 범위를 포함한다.
또한, 상기 섬유 몸체는 휘석 계통의 결정질 상을 포함한다.
또한, 상기 섬유 몸체는 오우가이트(augite) 결정질 상을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 방법에 따른 섬유 제조 방법은, 섬유 제조 방법으로서, 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그 및 폐 내화물을 마련하는 과정과 상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 측량하고 조성비를 제어하는 과정과 상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 배합하는 과정과 배합물을 용융시키는 과정 및 용융물을 섬유 형상으로 섬유화하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그 및 고로 슬래그를 준비하고, 이들 중 적어도 2가지 이상의 슬래그를 배합하여 사용하는 것을 포함한다.
또한, 상기 조성비를 제어하는 과정은 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO), 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 가지도록 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 용융시키는 과정은 상기 배합물의 용융점 대비 100도 이상의 온도로 완전 용융하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 섬유화하는 과정은 상기 용융물의 온도를 용융점보다 10도 이하의 온도로부터 용융점보다 50도 이상 온도까지의 범위로 유지하는 것을 포함한다.
또한, 상기 섬유화하는 과정은 용기의 회전 속도는 2000 rpm 이상으로 제조되는 것을 포함한다.
또한, 상기 용기는 하면 또는 측면에 직경 3mm 이하의 노즐공을 적어도 하나 이상을 구비하는 것을 포함한다.
또한, 상기 섬유화하는 과정은 권취부재의 회전 속도는 300 내지 1000 prm의 범위에서 제조되는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하는 조성물을 이용하여 각종 건축재료에 사용되는 내열성 섬유를 제조한다. 이러한 조성물로 만들어진 섬유는 바잘트 섬유와 유사한 내열성을 갖는다. 이에, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하는 조성물을 이용하여 제작된 섬유는 종래의 현무암으로 만들어진 고가의 바잘트 섬유를 대체할 수 있다. 따라서, 천연광석인 현무암을 보호할 수 있으며, 수입되는 내열성 섬유의 부담도 줄일 수 있다.
또한, 슬래그 및 폐 내화물을 종래와 같이 매립 용도, 시멘트 원료 등으로 사용되는 것 이외에 실시 예에서와 같이 각종 건축 재료로 사용되는 섬유로 확대 적용될 수 있다. 따라서, 년간 100만톤 이상 매립되는 각종 슬래그와 폐 내화물을 활용하여 부가가치가 높은 고 수익성의 신규 용도 창출이 가능하다.
또한, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 폐기 또는 매립하기 위한 비용을 절약할 수 있으며, 각종 슬래그 생산량이 풍부하기 때문에 낮은 가격에 내열성 섬유의 대량생산이 가능하다. 또한, 유해 물질을 방출하지 않아 인체에 무해하며, 휘발성의 물질이 없어, 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 섬유화 방법을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 내열성을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬유은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 함유하는 조성물로 제작되며, 각종 건축물의 내 외장재로 사용되기 위한 섬유로 제작된다. 여기서, 조성물은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 분말 형태로 만들고, 설정된 성분비로 원료를 배합하여 제작한다. 이는 조성물의 조성비를 제조되는 섬유가 휘석 계통의 결정질의 상 즉, 오우가이트(augite) 결정질의 상을 갖도록 조절하여 설정하기 때문이다. 여기서 휘석 계통은 화학조성이 다양한 규산염의 주요 조암광물을 의미하며 오우가이트는 단사정계에 속하는 광물로 조흔색은 백색이며 색은 암속색 또는 흑색을 띤다. 화학조성은 (Ca, Mg, Fe2 +, Ti, Al)2 (Si, Al)2O6 로, 단주상이다.
슬래그는 철광석, 석탄, 석회석 등의 천연자원으로부터 철강 제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질이다.
본 발명의 실시 예에 사용되는 각종 슬래그는 다음과 같다.
철과 니켈의 합금 제조 공정에서 부생되는 페로니켈 슬래그, 전로에 쇳물을 강철로 정련하는 제강공정에서 부생되는 전로 슬래그, 고급강의 일종인 극저탄소강을 제조하기 위해 탈인 및 탈탄 기능을 수행하는 탈린로 제조 공정에서 부생되는 탈린로 슬래그, 고로, 파이넥스(Finex) 융용로 등 용광로에 쇳물을 제조하면서 부생되는 고로 슬래그이다.
다음은 표 1을 참조하여 각종 슬래그와 바잘트 제품의 주요 화학 조성을 예시적으로 설명한다.
구분 SiO2 (wt%) Fe2O3 (wt%) Al2O3 (wt%) CaO (wt%) MgO (wt%)
페로니켈
슬래그		 55.53 11.71 2.21 0.29 31.09
전로
슬래그		 8.91 29.95 1.68 46.09 9.80
탈린
슬래그		 20.07 50.38 3.91 13.24 2.35
고로
슬래그		 34.91 1.96 14.01 41.99 5.15
바잘트
제품		 46.38 12.25 11.19 11.15 11.47
표 1에 표현된 바와 같이 각종 슬래그의 주요 화학 조성과 바잘트 제품의 화학 조성은 각 성분의 함유량에 차이가 있을 뿐 각 구성 성분이 유사한 것을 확인할 수 있다. 즉, 각 슬래그 모두 바잘트 제품이 다른 성분에 비해서 다량 함유하고 있는 주요 성분 이산화규소(SiO2), 철 산화물(Fe2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 칼슘 산화물(CaO), 마그네슘 산화물(MgO)의 5가지 주요 성분을 포함하며, 슬래그에 따라 각 주요 성분의 함유량에 차이가 있다.
각종 슬래그 화학 조성이 중요한 이유는 바잘트 제품의 조성과 유사한 휘석 계통의 결정질 상 즉, 오우가이트 결정질 상을 갖는 섬유가 제조되도록 조성물의 조성비를 설정하여 각종 슬래그와 하기 설명될 폐 내화물을 배합하여야하기 때문이다. 조성비에 대해서는 하기에 자세히 설명한다. 각종 슬래그의 주요 화학 조성은 다음과 같은 범위를 갖는다.
일반적으로 페로니켈 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 45 내지 55 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 7 내지 15 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 1 내지 5 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 0 내지 5 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 25 내지 35 중량%을 포함한다. 전로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 5 내지 15 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 25 내지 35 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 0 내지 5 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 40 내지 50 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 5 내지 15 중량%을 포함한다. 탈린로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 15 내지 25 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 45 내지 55 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 0 내지 10 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 5 내지 20 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 1 내지 5 중량%을 포함한다. 고로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 30 내지 40 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 1 내지 5 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 10 내지 20 중량%, 칼슘산화물(CaO)이 5 내지 20 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 5 내지 20 중량%을 포함한다.
또한, 각종 슬래그는 주요 성분 이외에 기타 성분 혹은 불순물 등 불가피하게 함유되는 성분으로 플루오르(F), 오산화인(P2O5), 크롬오커(Cr2O3), 산화니켈(NiO), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO), 산화지르코늄(ZrO2),오산화니오(Nb2O5), 황(P), 탄소(C) 등을 포함할 수 있다.
다음은 폐 내화물의 화학 조성을 설명한다. 폐 내화물은 제강공정, 연주공정 및 기타 공정에서 발생하는 폐 내화물을 의미한다. 예컨대 폐 내화물은 소각로 및 각종 내화벽돌 및 석탄재, 소각로의 잔재, 기타 소각 잔사 등을 모두 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 각종 슬래그와 배합되는 폐 내화물은 화학 조성으로 이산화규소(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3)을 갖는다. 배합 시에는 이산화규소(SiO2) , 알루미늄 산화물 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 두 가지를 배합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 내화벽돌로 사용되는 실리카벽돌의 경우 전체 함량 중 이산화규소의 함량은 95% 이상이며, 알루미늄 산화물의 함량은 1% 이하이다. 점토질 벽돌의 경우 전체 함량 중 알루미늄 산화물의 함량은 25 내지 40%이다.
다음은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 배합하여 제조되는 조성물에 관해 설명한다.
본 발명의 섬유 제조에 사용되는 조성물의 중량비는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나가 70 중량% 이상, 폐 내화물로 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 30 중량% 이하로 가진다.
또한, 위에 설명된 각종 슬래그 중 적어도 두 가지 이상의 슬래그를 혼합하여 조성물의 총 중량의 70 중량% 이상으로 사용할 수 있다.
각 원료가 배합된 조성물의 성분비는 이산화규소(SiO2)가 40 내지 50 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 7 내지 15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 7 내지 15 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 7 내지 15 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 7 내지 15 중량%을 가진다.
조성물의 각 성분은 소정 범위를 가진다. 각 성분 범위의 의미는 다음과 같다. 이산화규소(SiO2)가 40 중량% 미만으로 포함되면, 제품 제조 과정 혹은 후 제품에 크랙이 발생하고, 50 중량%를 초과하여 포함되면, 제품에 유리질이 다량 함유되어 강도가 저하된다. 따라서 바람직하게는 40 내지 50 중량%를 함유하는 것이 좋다.
산화알루미늄(Al2O3)은 조성물의 용융점을 저감하는 기능과 조성물이 융용 상태일 때 점도와 관련이 깊다. 7 중량% 미만으로 포함되면, 조성물의 융용점을 저감시키기 어려워 조성물 용융이 어려워지고, 15 중량% 초과하여 포함되면, 점도가 상승하여 제품에 변형이 발생한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 산화알루미늄(Al2O3)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
칼슘 산화물(CaO)과 마그네슘 산화물(MgO)의 중량의 범위는 조성물의 산도를 제어한다. 산도 SiO2/(CaO+MgO)가 0.5 내지 0.6 범위인 것이 바람직하다. 산도 값이 0.5의 미만 값을 가지면 즉, 15 중량%를 초과하여 다량 함유되면 제조 공정 혹은 후에 제품에 크랙이 발생하거나 파괴되고, 0.6의 초과 값을 가지면 즉, 7 중량% 미만으로 함유되면 제품에 변형을 초래한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 칼슘 산화물(CaO)은 7 내지 15 중량%, 마그네슘 산화물(MgO)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
철 산화물(Fe2O3)은 핵 생성을 위한 접종제로서 기능을 하며, 제품의 강도와 관련이 깊다. 7 중량% 미만으로 포함되면, 핵 생성이 미미하고, 15 중량% 초과하여 포함되면, 제조 과정 혹은 후 제품에 크랙이 발생한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 철 산화물(Fe2O3)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
조성물은 강 제조 공정에서 부생되는 각종 슬래그 및 폐 내화물을 분말 형태로 만들어 설정된 중량비 및 조성비가 되도록 배합되어 제작되고, 최종적으로 제작되는 섬유는 현무암 조성과 유사한 휘석 계통의 결정질 상 즉, 오우가이트 결정질 상을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 섬유화 방법을 도시한 그래프이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 내열성을 도시한 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 사진이다.
다음은 도 1을 참조하여 섬유제조 방법을 설명한다.
먼저, 강의 제조 공정 중 발생 된 슬래그 및 폐 내화물을 100도 이상에서 충분히 건조한 후 분쇄기를 사용하여 각각 분말 형태로 각종 원료를 마련한다(S100). 예컨대 각종 슬래그 , 폐 내화물을 자기질볼밀(Ball mill)에서 소정 입도(예: 5m/m 이내)까지 분쇄하여 각각 분말 형태를 가지도록 마련할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 기핵물질인 접종제가(TiO2, Fe2O3, Na2O, K2O)도 소정 입도(예: 5m/m)까지 분쇄하여 분말 형태로 마련할 수 있다.
그 후, 분말 형태로 마련된 각종 원료를 측정하고 조성비를 제어한다(S200). 예컨대 전체 조성물의 중량비 중 각종 슬래그의 분말이 70% 이상, 폐 내화물 분말이 30% 이하를 갖도록 준비하며, 동시에 위에 자세히 설명된 조성비를 갖도록 각 원료를 제어한다.
그 후, 조성비 제어가 완료된 각종 원료를 배합한다(S300). 예컨대 분말 형태로 각각 마련된 각종 슬래그와 폐 내화물을 함께 혼련기 내부로 투입하여 위에서 설명된 기본적인 배합 비율로 배합할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 분말 형태로 마련된 각종 슬래그, 폐 내화물, 접종제를 함께 혼련기 내부로 투입하여 배합할 수 있다.
배합된 조성물이 마련되면, 조성물을 용해로에 장입하고, 조성물의 완전 융용 온도까지 용해로를 승온하여 완전 용융시킨다(S400). 예컨대 본 발명의 실시 예에 따른 조성물의 융용점은 1200도 내지 1400도이며, 완전 융용을 위한 온도는 조성물의 융용점보다 100도 이상 높으면 된다. 여기서 완전 융용 온도를 결정하기 위해 조성물의 구성을 이루는 각종 슬래그의 융용점 기반으로 유출할 수 있다. 예컨대 페로니켈 슬래그의 용융점은 1412도, 전로 슬래그의 용융점은 1382도, 고로 슬래그의 용융점은 1364도이다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 완전 용융 온도로 1250 내지 1600도가 사용되었다.
그 후, 조성물이 완전 용융된 용융물은 용기에 입조되어 섬유 형상으로 섬유화하는 과정이 진행된다(S500).
여기서 섬유화 방법으로 인발 방법과 방사 방법 등을 사용할 수 있다. 도 2를 참조하여 섬유화 방법을 자세히 설명한다.
도 2의 예시적으로 도시된 방법에 사용된 용기(100a, 100b)는 턴디쉬, 레이들 등과 같은 재질의 용기이며, 용기 안으로 용융물을 입조시켜 섬유화 과정을 진행한다.
(a)는 인발 방식으로 섬유화를 진행한다. 용기(100a)는 하면에 하나 이상의 노즐공(110)을 구비한다. 용기(100a)의 하측 방향으로 이격되어 권치부재(200)가 위치한다. 권치부재(200)는 회전하는 롤러를 구비하여 용기(100a)에 구비된 노즐공(110)을 통해 낙하 배출되는 용융물을 롤러의 회전 운동으로 권취하여 섬유화를 진행한다. 여기서 장섬유를 권취하기 위해 권취부재의 회전 속도를 300 내지 1000 rpm 범위로 유지할 수 있다. 회전 속도가 300 rpm 미만이면 귄취되는 섬유의 직경이 커져서 단선이 되고, 1000rpm을 초과하면 낙하 배출되는 섬유의 점도 대비 인장력이 증가하여 단선이 발생 된다.
(b)는 방사 방식으로 섬유화가 진행된다. 용기(100b) 측면에서 내부까지 관통되는 다수의 노즐공(110)을 구비하고, 용기(100b)가 회전운동을 하면 용기 내에 용융물은 노즐공(100b)을 통해 방사되어 섬유화가 진행된다. 여기서 장섬유를 권취하기 위해 용기(100b)의 회전 속도를 2000 rpm 이상으로 유지할 수 있다. 회전 속도가 2000 rpm 미만이면 방사되는 섬유의 직경이 커져서 단선이 발생 된다.
(c)는 방사 방식으로 섬유화가 진행된다. 용기(100a) 하면에 하나 이상의 노즐공(110)을 구비한다. 용기(100a)의 하측 방향으로 이격되어 회전용기(300)가 위치한다. 용융물이 용기(100a) 구비된 노즐공(1110)을 통해 낙하 배출될 때 회전하는 회전 용기(300) 내의 용융물은 회전 용기(300)에 구비된 톱니모양의 돌출부에 의해 방사되어 섬유화가 진행된다. 예를 들어 솜사탕 기계에서 솜사탕이 제조되는 원리와 유사하다. 여기서 장섬유를 권취하기 위해 회전 용기(300)의 회전 속도를 2000 rpm 이상으로 유지할 수 있다. 회전 속도가 2000 rpm 미만이면 섬유의 직경이 커져서 단선이 발생 된다.
또한, 입조되는 용융물의 온도는 완전 용융온도보다 10도 낮은 온도에서부터 완전 용융온도보다 50도 높은 온도까지의 범위 내로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 노즐공(110)의 직경은 3㎜ 이하이며, 제조된 섬유의 직경은 10㎛ 내지 50㎛까지의 범위를 가진다. 섬유의 직경이 10㎛미만 및 50㎛초과하면 권취 시 혹은 섬유로 천 제조시 단선이 발생한다.
또한, 섬유의 인발 방법은 위에서 예시적으로 설명된 방법에 국한되지 않고, 수평 회전 운동 방식, 수직 회전 운동 방식,압출 방식, 용융물에 기체를 주입하는 방식 등 다양한 변형된 방식으로 섬유화할 수 있다.
또한, 용기 내로 완전 용융된 조성물을 유입하기 전에 소정의 시간(예: 20분 ) 동안 가스 청정 과정 즉 가스 배출을 시키는 단계가 포함될 수 있다.
또한, 섬유화 과정에서 용기 내로 완전 용융된 조성물을 유입하기 전에 각종 형상의 용기를 소정 온도(예: 250 내지 1000도)로 예열하여 마련하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 각종 형상의 용기 내로 유입되는 완전 용융된 조성물의 온도와 각종 형상의 용기의 표면 온도의 차이에 의해 각종 형상의 용기에서 섬유화되는 섬유가 급냉되어 단선되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 다양한 굵기의 섬유를 얻을 수 있다.
도 3를 참조하면, 최종 생산된 섬유의 내열성을 비교한 그래프를 볼 수 있는데, 보통 바잘트 섬유는 -260 내지 560도 범위 내에서 내열성을 가지며 최대 700도 까지 내열성을 유지하고, 700도를 초과하면 섬유의 변형이 발생한다. 본 발명의 실시 예에 따른 섬유의 내열성을 살펴보면, -260 내지 750도 범위 내에서 내열성을 가지며 최대 863도 부근 온도까지 내열성을 유지하고 863도를 초과하면 섬유의 변형이 발생한다. 제작된 섬유가 내열성 면에서 바잘트 섬유보다 우수한 것을 알 수 있다.
이상 설명된 실시 예와 실시 방법은 섬유 외에 다양한 섬유 변형에 적용이 가능하다. 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 실시 예 및 변형 예들 간의 다양한 조합이 가능하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100a : 용기 100b: 용기
110 : 노즐공 200: 권취부재
300 : 회전 용기

Claims (15)

  1. 섬유로서,
    섬유 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며,
    상기 섬유 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유하는 섬유.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐 내화물은 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 몸체는 상기 슬래그의 량이 전체 량에 대하여 70 중량% 이상인 섬유.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 직경은 10㎛ 내지 50㎛ 범위를 포함하는 섬유
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 몸체는 휘석 계통의 결정질 상을 포함하는 섬유.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 섬유 몸체는 오우가이트(augite) 결정질 상을 포함하는 섬유.
  8. 섬유 제조 방법으로서,
    강의 제조 공정 중 발생된 슬래그 및 폐 내화물을 마련하는 과정;
    상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 측량하고 조성비를 제어하는 과정;
    상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 배합하는 과정;
    배합물을 용융시키는 과정; 및
    용융물을 섬유 형상으로 섬유화하는 과정; 을 포함하는 섬유 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그 및 고로 슬래그를 준비하고, 이들 중 적어도 2가지 이상의 슬래그를 배합하여 사용하는 섬유 제조 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 조성비를 제어하는 과정은 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO), 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 가지도록 제어하는 섬유 제조 방법.
  11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 용융시키는 과정은 상기 배합물의 용융점 대비 100도 이상의 온도로 완전 용융하는 단계를 포함하는 섬유 제조 방법.
  12. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 섬유화하는 과정은 상기 용융물의 온도를 용융점보다 10도 이하의 온도로부터 용융점보다 50도 이상 온도까지의 범위로 유지하는 섬유 제조 방법.
  13. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 섬유화 하는 과정은 상기 용융물이 입조되는 용기가 회전하여 방사 방식으로 섬유화하며, 상기 용기의 회전 속도는 2000 rpm 이상인 섬유 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 용기는 하면 또는 측면에 직경 3mm 이하의 노즐공을 적어도 하나 이상을 구비하는 섬유 제조 방법.
  15. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 섬유화하는 과정은 상기 용융물이 입조되는 용기의 하측 방향으로 이격 위치하는 권취부재가 상기 용기로부터 배출되는 용융물을 회전하여 권취하며, 상기 권취부재의 회전 속도는 300 내지 1000 rpm의 범위인 섬유 제조 방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018066803A1 (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 재단법인 포항산업과학연구원 제철 공정의 부산물을 이용한 무기 섬유 및 이의 제조 방법
KR101937807B1 (ko) * 2016-10-04 2019-01-14 재단법인 포항산업과학연구원 제철 공정의 부산물을 이용한 무기 섬유 및 이의 제조 방법
KR20200134081A (ko) 2019-05-21 2020-12-01 주식회사 케이씨씨 미네랄울 뱃지 조성물 및 이로부터 제조된 미네랄울
KR20210026891A (ko) 2019-09-02 2021-03-10 주식회사 케이씨씨 미네랄울 뱃지 조성물 및 이로부터 제조된 미네랄울
KR20210158156A (ko) 2020-06-23 2021-12-30 주식회사 케이씨씨 미네랄울 뱃지 조성물 및 이로부터 제조된 미네랄울
KR20220035785A (ko) 2020-09-14 2022-03-22 주식회사 케이씨씨 미네랄울 뱃지 조성물 및 이로부터 제조된 미네랄울

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102086724B1 (ko) * 2016-05-17 2020-03-09 재단법인 포항산업과학연구원 내화섬유, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 단열재의 제조방법
CN113831010A (zh) * 2021-10-25 2021-12-24 光大环保技术研究院（深圳）有限公司 一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830007450A (ko) * 1981-10-22 1983-10-21 김홍기 광암면(鑛岩綿)텍스의 제조방법
KR880007388A (ko) * 1986-12-30 1988-08-27 안병화 고로슬래그(Slag)를 이용한 내열설 장섬유 제조방법
KR100208872B1 (ko) * 1993-07-09 1999-07-15 워렌 디. 놀튼 고온 섬유화 조성물
JP2002220744A (ja) * 2001-01-19 2002-08-09 Paratekku Kk 無機繊維とその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR830007450A (ko) * 1981-10-22 1983-10-21 김홍기 광암면(鑛岩綿)텍스의 제조방법
KR880007388A (ko) * 1986-12-30 1988-08-27 안병화 고로슬래그(Slag)를 이용한 내열설 장섬유 제조방법
KR100208872B1 (ko) * 1993-07-09 1999-07-15 워렌 디. 놀튼 고온 섬유화 조성물
JP2002220744A (ja) * 2001-01-19 2002-08-09 Paratekku Kk 無機繊維とその製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018066803A1 (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 재단법인 포항산업과학연구원 제철 공정의 부산물을 이용한 무기 섬유 및 이의 제조 방법
KR101937807B1 (ko) * 2016-10-04 2019-01-14 재단법인 포항산업과학연구원 제철 공정의 부산물을 이용한 무기 섬유 및 이의 제조 방법
CN109790063A (zh) * 2016-10-04 2019-05-21 浦项产业科学硏究院 利用炼铁工艺的副产物的无机纤维及其制备方法
CN109790063B (zh) * 2016-10-04 2022-01-04 浦项产业科学硏究院 利用炼铁工艺的副产物的无机纤维及其制备方法
KR20200134081A (ko) 2019-05-21 2020-12-01 주식회사 케이씨씨 미네랄울 뱃지 조성물 및 이로부터 제조된 미네랄울
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