KR101441088B1 - 미네랄울 제섬용 스피너휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 성분이 함유된 미네랄울 재료와 접촉하는 스피너휠에서 발생하는 고온부식을 방지함으로써 사용 수명을 연장시킨 미네랄울 제섬용 스피너휠에 관한 것으로, 고속으로 회전하며 미네랄울을 섬유로 제조하는 스피너휠에 있어서, 상기 스피너휠의 내부에는 냉각수를 순환시키기 위한 공간이 형성되며, 상기 냉각수와 접하는 상기 스피너휠의 내면에 요홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 스피너휠은 외주면에 용융된 미네랄울의 재료가 접촉하는 파이프 형상의 측면부를 포함하여 구성되며, 측면부의 내주면에 요홈이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명과 같이 냉각효율을 높여서 고온부식을 방지하면, 스피너휠의 사용 수명이 길어지며, 이에 따라서 스피너휠의 교체비용을 포함한 미네랄울 제섬 설비의 운영비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 스피너휠을 교체하는 동안의 제조 로스를 줄여서 생산성을 높일 수 있다.

Description

미네랄울 제섬용 스피너휠{SPINNER WHEEL FOR FIBERIZATION OF MINERAL WOOL}

본 발명은 미네랄울을 제섬할 때 사용되는 스피너휠에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 스피너휠의 표면에서 발생하는 고온부식을 방지하여 사용수명을 연장할 수 있는 스피너휠에 관한 것이다.

일반적으로, 미네랄울(mineral wool)은 광물면 또는 암면(rock wool)은 규산염계 광석을 고온에서 용융시켜 제조한 무기질의 인조 광물 섬유이다. 이러한 미네랄울은 다른 종류의 유기 단열재에 비하여 내열성이 아주 우수하고, 화재 등의 비상 상황에서 뛰어난 안전성을 나타내는 장점이 있다.

이러한 미네랄울은 큐폴라(cupola)나 전기로 등의 용융로에서 1500~1700℃의 고온으로 용융된 규산염계 광석을 고속으로 회전하는 스피너휠의 외주면에 떨어뜨려 원심력에 의해서 인장하는 동시에 후면에서 고압의 에어를 분사하여 세섬유화하는 고속회전 원심공법(Rapidly Centrifugal Spinning Process)에 의하여 섬유로 제조된다.

도 3은 미네랄울을 제조하는 고속회전 원심공법에서 스피너휠의 배치를 나타내는 모식도이다.

용해로(100)는 규산염 광물을 포함하는 미네랄울의 원료물질을 용융시켜 용융재료(2)를 아래쪽으로 흘려 공급한다.

다수의 스피너휠(210, 220, 230, 240)을 지나는 용융재료(2, 2a, 2b, 2c)는 각 스피너휠의 원심력에 의해서 다음 스피너휠로 전달된다. 각 스피너휠(210, 220, 230, 240)에 전달된 용융재료는 점성에 의하여 스피너휠의 외주면에 감기어 위치하면서 스피너휠과 함께 고속으로 회전하며, 용융재료의 점성을 넘어서는 스피너휠의 원심력에 의하여 용융재료가 인장되면서 다음 스피너휠로 전달된다.

이때, 인장되는 용융재료의 후면에서 고속의 공기를 분사하여 용융재료를 더욱 가늘게 하여 미네랄울을 제조하며, 이러한 미네랄울은 정면에 설치된 집면기에서 수집된다.

한편, 미네랄울 제조에 사용되는 스피너휠은 마모와 부식에 의해서 사용수명이 제한된다.

마모의 의한 문제는 용융재료가 섬유상을 이루지 못하고 냉각된 작은 덩어리(shot) 상태로 스피너휠의 외주면에 충돌하면서 발생하는 것이다.

도 4는 스피너휠과 용융재료가 접촉하는 부분이 마모된 모습을 나타낸 모식도이다.

일반적인 스피너휠(10)은 탄소강 또는 스테인리스강으로 제조되며, 원형인 전면부(10b)와 후면부(10a) 및 파이프형상인 측면부(10c)로 구성되고, 스피너휠(10)을 향해 전달된 용융재료(2)는 측면부(10c)의 외주면에 접촉하여 일정 범위(3)로 퍼진다. 이때, 용융재료(2)의 바깥쪽에서 섬유상을 이루지 못하고 스피너휠의 측면부(10c)에 충돌하는 냉각된 작은 덩어리(shot)에 의해서 측면부(10c)에 마모영역(5)이 생긴다.

고온부식에 의한 문제는, 일반적으로 탄소강이나 스테인리스강 재질인 스피너휠에 철성분이 함유된 용융재료가 접촉하는 과정에서 발생한다. 미네랄울 제조를 위해 용융되는 균산염계 광물과 기타 원료에는 철성분이 산화철 또는 황산화철의 형태로 함유되어 있으며, 이러한 산화철과 황산화철은 용융재료 내에서 철 분자 상태로 존재하게 되고, 이들 철 분자들이 탄소강이나 스테인리스강 재질인 스피너휠에 접촉하면서 분자결합을 통한 고온부식을 일으키는 것이다.

도 5는 스피너휠과 용융재료가 접촉하는 부분이 고온부식 및 마모된 모습을 나타낸 모식도이다.

스피너휠(10)을 향해 전달된 용융재료(2)는 측면부(10c)에 접촉하면서 일정 범위(3) 옆으로 퍼진다. 이때, 일정 범위(3)의 바깥쪽에서 섬유상을 이루지 못하고 스피너휠의 측면부(10c)에 충돌하는 냉각된 작은 덩어리(shot)에 의해서 측면부(10c)에 마모영역(5)이 생기며, 용융재료(2)가 접촉과정에서 옆으로 퍼지는 일정 범위(3)에서는 용융재료에 포함된 분자상태의 철에 의해서 측면부(10c)에 고온부식영역(4)이 생긴다.

이러한 고온부식에 의한 사용수명 단축은 마모에 의한 사용수명 단축에 비하여 2~3배로 수명주기를 단축시키기 때문에, 이를 방지하기 위하여 스피너휠(10)의 내부에 공간(13)을 만들고 냉각수를 주입하여 스피너휠(10)의 온도를 낮추는 구조를 적용하고 있다.

스피너휠(10)을 냉각하기 위한 냉각수가 유입통로(12)를 통해 스피너휠 내부 공간(13)으로 유입되었다가 배출통로(14)로 통하여 배출된다. 냉각수의 유출입을 위하여 스피너휠(10)의 회전축을 중심으로 유입관(14)과 배출관(15)이 위치한다.

그러나 단순히 냉각수를 이용하는 방법으로는 스피너휠의 온도를 충분히 낮추기 어렵기 때문에, 냉각효율을 높이기 위한 노력이 계속되고 있으며, 스피너휠의 내부에 이물질이 편석되는 것을 방지하여 냉각효율을 높이려는 기술이 개발되었다.(일본공개특허 2005-162501) 스피너휠의 내부 구석공간에 경사면을 형성함으로써 구석에 이물질이 편석되어 냉각성능이 저하되는 것을 방지하는 기술이다. 그러나 이러한 기술은 냉각효율이 저하되는 것은 방지할 수 있으나, 냉각효율 자체를 향상시키는 기술이 아니기 때문에 그 효과가 제한적이다.

일본공개특허 2005-162501

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스피너휠의 냉각효율을 향상시켜, 철 성분이 함유된 미네랄울 재료와 접촉하는 스피너휠에서 발생하는 고온부식을 방지함으로써 사용 수명을 연장시킨 스피너휠을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 미네랄울 제섬용 스피너휠은, 고속으로 회전하며 미네랄울을 섬유로 제조하는 스피너휠에 있어서, 상기 스피너휠의 내부에는 냉각수를 순환시키기 위한 공간이 형성되며, 상기 냉각수와 접하는 상기 스피너휠의 내면에 요홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스피너휠의 내면에 요홈을 형성하여 냉각수과 접촉하는 표면적을 넓힘으로써, 냉각효율을 높여서 고온부식을 방지하는 것을 특징으로 한다. 스피너휠의 내부에 형성되는 요홈은, 그 형상이 특별하게 제한되지 않고 곡선과 직선의 모든 형태를 적용할 수 있다.

본 발명과 같이 냉각효율을 높여서 고온부식을 방지하면, 스피너휠의 사용 수명이 길어지며, 이에 따라서 스피너휠의 교체비용을 포함한 미네랄울 제섬 설비의 운영비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 스피너휠을 교체하는 동안의 제조 로스를 줄여서 생산성을 높일 수 있다.

이때, 스피너휠은 외주면에 용융된 미네랄울의 재료가 접촉하는 파이프 형상의 측면부를 포함하여 구성되며, 측면부의 내주면에 요홈이 형성된 것이 바람직하다.

용융된 미네랄울의 재료는 회전하는 스피너휠의 측면에 접촉하므로, 측면의 냉각효율을 높이는 것이 중요하며, 측면을 구성하는 측면부의 내주면에 요홈을 형성하여 측면의 냉각효율을 높이는 것으로도 충분한 냉각효율의 향상을 얻을 수 있다.

또한, 측면부 내주면의 면적이 요홈에 의해서 10~20% 넓어진 것이 바람직하다. 측면부의 내주면에 요홈을 형성하면, 요홈이 형성되지 않은 경우에 비하여 5~60% 범위에서 표면적을 넓힐 수 있다. 그러나 과도하게 형성된 요홈은 고속으로 회전하는 스피너휠의 구조적인 안정성을 해치고, 내부에 이물질이 퇴적될 수 있으며, 과도한 냉각으로 인하여 고상화층이 너무 두껍게 형성되는 문제가 있으므로, 10~20% 범위에서 표면적을 넓히는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 용융재료와 접하는 스피너휠의 내면에 요홈을 형성하여 냉각효율을 향상시켜 철 성분이 포함된 용융재료와 접촉하면서 발생하는 고온부식을 방지함으로써, 스피너휠의 사용 수명이 길어지는 효과가 있다.

스피너휠의 사용 수명이 길어지면, 스피너휠의 교체비용을 포함한 미네랄울 제섬 설비의 운영비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 스피너휠을 교체하는 동안의 제조 로스를 줄여서 생산성을 높일 수 있다.

또한, 스피너휠은 고속으로 회전하고 있기 때문에 스피너휠이 고온부식으로 불규칙하게 마모된 경우에는 편심이 발생하며, 교체시기에 이르기 전에도 스피너휠의 편심에 따른 진동 및 외력에 의하여 쿠션러버(cushion rubber)나 베어링(bearing)과 같은 주요부품의 수명이 단축되기 때문에, 수시로 설비를 정비하여야할 뿐만 아니라 품질이 안정성이 떨어진다. 그러나 본 발명에 고온부식에 따른 편심을 방지하면, 쿠션러버나 베어링과 같은 주요부품의 수명이 연장되고, 설비를 정비하는 주기를 연장할 수 있으며, 생산되는 제품의 품질을 안정화 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 스피너휠의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 스피너휠의 사용 상태에서의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 미네랄울을 제조하는 고속회전 원심공법에서 스피너휠의 배치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 스피너휠과 용융재료가 접촉하는 부분이 마모된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 스피너휠과 용융재료가 접촉하는 부분이 고온부식 및 마모된 모습을 나타낸 모식도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 스피너휠의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.

미네랄울을 제섬하기 위한 스피너휠(10)은 내부가 비어 있는 원기둥 형상으로서, 원판형태인 전면부(10b)와 후면부(10a) 및 파이프 형태인 측면부(10c)로 구성되어 내부에 공간(13)이 형성된다. 후면부(10a)에는 스피너휠(10)의 회전축을 중심으로 유입관(15)과 배출관(16)이 연결되고, 유입통로(12)를 통하여 내부 공간(13)으로 유입된 냉각수는 배출통로(14)를 통하여 배출된다.

그리고 미네랄울의 원료가 용융된 용융재료(2)는 측면부(10c)의 외주면에 접촉하며, 용융재료(2)는 점성이 있는 용융상태이므로 측면부(10c)의 표면에서 옆으로 일정 범위(3) 퍼지며 접촉한다.

본 실시예의 스피너휠(10)은 측면부(10c)의 내주면에 냉각수와의 접촉면적을 넓히기 위한 요홈면(11)을 형성한 것을 특징으로 한다.

동일한 재질의 물체에 접촉하는 유체를 통하여 전달되는 열전달 량은 접촉하는 유체와 물체의 온도차에 비례할 뿐만 아니라, 유체와 물체가 접촉하는 면적에 비례한다. 따라서 내부에 공간(13)이 형성된 스피너휠(10)의 내부 표면적을 넓히면, 냉각수에 의한 냉각 효율이 향상된다. 이때, 용융재료(2)와 접촉하는 측면부(10c)의 안쪽 면에 요홈면(11)을 형성하여 냉각수와 접촉하는 면적을 넓힘으로써, 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있다.

본 실시예의 구조를 통해 스피너휠에서 용융재료와 접촉하는 측면부의 온도를 낮추면, 용융재료가 측면부의 외주면에 고상화되어 부착된 고상화층(self lining layer)이 형성되며, 이러한 고상화층은 용융재료에 포함된 철성분과 스피너휠이 접촉하여 발생하는 고온부식 현상을 방지할 수 있다.

스피너휠의 내부에 형성되는 요홈의 형상은 특별하게 제한되지 않고 곡선과 직선의 모든 형태를 적용할 수 있으며, 요홈의 깊이와 형상을 조절하면 요홈이 형성되지 않은 경우에 비하여 5~60% 범위에서 표면적을 넓힐 수 있다. 그러나 과도하게 형성된 요홈은 고속으로 회전하는 스피너휠의 구조적인 안정성을 해치고, 내부에 이물질이 퇴적될 수 있으며, 과도한 냉각으로 인하여 고상화층이 너무 두껍게 형성되는 문제가 있으므로, 10~20% 범위에서 표면적을 넓히는 것이 바람직하다.

도 2는 본 실시예에 따른 스피너휠의 사용 상태에서의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.

도시된 것과 같이, 측면부(10c)의 외주면에 소정 범위(3)로 퍼져서 접촉하는 용융재료(2)의 하부에는 용융재료가 냉각된 고상화층(6)이 형성된다. 이러한 고상화층(6)은 용융재료(2)와 스피너휠 측면부(10c) 사이에 경계벽으로 작용하여 측면부(10c)의 온도가 높아지는 것을 막음과 동시에, 용융재료(2)에 포함된 분자화된 철 성분이 측면부(10c)와 접촉하는 것을 막아서 측면부(10c)의 표면에 고온부식이 발생하는 것을 방지한다.

한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 측면부(10c)에 고상화층(6)이 부착된 경우에도, 용융재료(2)의 바깥쪽에서 섬유상을 이루지 못하고 스피너휠의 측면부(10c)에 충돌하는 냉각된 작은 덩어리(shot)에 의해서 발생하는 마모영역(5)을 방지하지는 못한다.

그러나 측면부(10c)의 외주면에 형성되는 마모영역(5)에 의한 스피너휠의 수명주기가 약 50시간 정도이고, 고온부식이 발생하는 경우에 스피너휠의 수명은 마모에 의한 경우에 비하여 약 2~3배에 짧아진다. 따라서 철 성분이 포함된 재료를 이용하여 미네랄울을 제섬하는 과정에서 고온부식을 방지하면 스피너휠의 수명을 크게 늘릴 수 있다.

본 실시예와 같이 용융재료와 접하는 스피너휠의 측면부 내면에 요홈을 형성하여 냉각효율을 향상시키면, 철 성분이 포함된 용융재료와 접촉하면서 발생하는 고온부식을 방지할 수 있어, 스피너휠의 사용 수명이 길어진다. 스피너휠의 사용 수명이 길어지면, 스피너휠의 교체비용을 포함한 미네랄울 제섬 설비의 운영비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 스피너휠을 교체하는 동안의 제조 로스를 줄여서 생산성을 높일 수 있다.

또한, 스피너휠은 고속으로 회전하고 있기 때문에 스피너휠이 고온부식으로 불규칙하게 마모된 경우에는 편심이 발생하며, 교체시기에 이르기 전에도 스피너휠의 편심에 따른 진동 및 외력에 의하여 쿠션러버(cushion rubber)나 베어링(bearing)과 같은 주요부품의 수명이 단축되기 때문에, 수시로 설비를 정비하여야할 뿐만 아니라 품질이 안정성이 떨어진다. 그러나 본 실시예에 의하여 고온부식에 따른 편심을 방지하면, 쿠션러버나 베어링과 같은 주요부품의 수명이 연장되고, 설비를 정비하는 주기를 연장할 수 있으며, 생산되는 제품의 품질을 안정화 할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 210, 220, 230, 240: 스피너휠
10a: 후면부 10b: 전면부
10c: 측면부 11: 요홈면
12: 유입통로 13: 내부 공간
14: 배출통로 15: 유입관
16: 배출관

Claims (3)

1. 고속으로 회전하며 미네랄울을 섬유로 제조하는 스피너휠에 있어서,
   상기 스피너휠의 내부에는 냉각수를 순환시키기 위한 공간이 형성되며,
   상기 냉각수와 접하는 상기 스피너휠의 내면에 요홈이 형성되며,
   상기 스피너휠은 외주면에 용융된 미네랄울의 재료가 접촉하는 파이프 형상의 측면부를 포함하고,
   상기 요홈은 상기 측면부의 내주면에 형성되고, 상기 요홈의 골 또는 마루가 가로방향으로 연장되는 축은 상기 측면부의 외주면과 평행하고,
   상기 내주면의 면적이 상기 요홈에 의해서 10~20% 넓어진 것을 특징으로 하는 미네랄울 제섬용 스피너휠.
   
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