KR101536660B1 - 발포유리의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

발포유리의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

혼합물을 벨트 컨베이어 상에 일정 두께의 층 형상으로 빈틈없이 깐 상태에서 이송하면서 용융, 발포, 소성, 급랭함으로써 발포유리를 제조할 때, 균일한 공극을 갖는 발포유리를 제조한다.
유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물(GPM)을 가열하여 용융, 발포, 소성하는 소성 장치와, 혼합물(GPM)을 메시 벨트(21b) 상에 실은 상태에서 반송하여 소성 장치 내를 통과시키는 벨트 컨베이어 장치와, 소성 장치의 전단에, 메시 벨트(21b) 상에 실린 혼합물(GPM)을 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 혼합물(GPM)에 메시 벨트(21b)의 진행방향을 따라 복수열의 빗살 자국을 넣기 위한 톱니형 고름판(29)을 구비한다.
발포유리, 발포제, 용융, 발포, 소성, 급랭, 메시 벨트.

Description

발포유리의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING FOAMED GLASS}
본 발명은 폐판유리나 폐유리병 등의 각종 유리 폐재를 원료로 하는 발포유리의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
내부 및 그 표면에 다수의 공극을 갖는 다공질 구조의 발포유리는, 종래, 토목자재 또는 건축용 골재 등으로서 이용되고 있다. 이러한 발포유리를 폐유리병을 주원료로 한 유리 컬릿으로부터 제조하는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 발포유리 제조 방법이 알려져 있다.
특허문헌 1에 기재된 발포유리 제조 방법은 유리 컬릿를 미분쇄하고, 발포제로서 탄산 칼슘, 탄화 규소, 붕사 등을 0.1∼5.0질량% 첨가하고, 이것들의 혼합 미분말을 벨트 컨베이어를 내장하는 롤러 허스 킬른 내의 벨트 상에 5∼50mm 두께로 연속적으로 빈틈없이 깔고, 당해 롤러 허스 킬른 내에서 700∼1000℃로 가열하여 용융, 발포, 소성시키고, 킬른 내 체류 시간을 5∼60분으로 하여 생성된 판상 발포유리를, 상온 또는 냉각된 공기에 노출시키거나, 또는 물을 뿌림으로써 급랭하고, 이때에 발생한 변형에 의해 자연붕괴시킴으로써 부정형 괴상의 발포유리를 얻는 것 이다.
또한, 발포유리를 얻기 위하여 사용하는 발포제로서는, 상기 이외에, 예를 들면, 특허문헌 2, 3에 기재된 바와 같이, 탄산 마그네슘, 탄산 수소나트륨, 탄산 바륨, 미분 카본, 석회석, 돌로마이트, 탈크 등을 들 수 있다.
또, 본 출원인은, 특허문헌 4에 기재된 바와 같이, 입경 5㎛∼100㎛의 유리 분립체에 탄산 칼슘, 돌로마이트, 탄화 규소, 붕사 중 적어도 하나를 혼합하여 얻어진 혼합물을, 벨트 컨베이어의 시단부 상에 일정 두께의 층상으로 빈틈없이 깔고, 벨트 컨베이어에 의해 소성로 내를 이송함으로써, 600℃∼1000℃로 가열하여 유리 성분을 용융, 발포, 소성하고, 얻어진 400℃∼800℃의 소성물에 상온 이하의 냉각 액체를 안개 모양으로 만들어 분사 또는 상온 이하의 냉각기체를 분사하는 발포유리의 제조 방법을 개발하고 있다. 이 제조 방법에 의하면, 입경 5.0∼30.0mm 정도의 발포유리를 효율적으로 제조하는 것이 가능하다.
특허문헌 1: 일본 특개평10-203836호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 2004-34596호 공보(단락0006)
특허문헌 3: 일본 특허 2000-317316호 공보(단락0012)
특허문헌 4: 일본 특허공개 2004-67400호 공보
그렇지만, 상기 특허문헌 4에 기재된 바와 같이, 혼합물을 벨트 컨베이어 상에 일정 두께의 층 형상으로 깐 상태에서 이송하면서 용융, 발포, 소성시키면, 소성 시에 혼합물의 내측까지 열이 고르게 전해지지 않아, 불균일이 생겨 균일하게 발포하지 않게 되어, 내부에 형성되는 공극이 불균일하게 된다고 하는 문제가 발생한다.
그래서, 본 발명에서는, 혼합물을 벨트 컨베이어 상에 일정 두께의 층 형상으로 깐 상태에서 이송하면서 용융, 발포, 소성, 급랭함으로써 발포유리를 제조할 때, 균일한 공극을 갖는 발포유리를 제조하는 것이 가능한 발포유리의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 발포유리의 제조 장치는, 유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을 가열하여 용융, 발포, 소성하는 소성 장치와, 혼합물을 벨트 상에 실은 상태에서 반송하여 소성 장치 내를 통과시키는 벨트 컨베이어 장치와, 소성 장치의 전단에, 벨트 상에 실린 혼합물을 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 혼합물에 벨트의 진행방향을 따라 복수열의 빗살 자국을 넣기 위한 톱니형 고름판을 구비하는 것이다.
본 발명의 발포유리의 제조 장치에 의하면, 소성 시에는 혼합물의 상면으로부터 뿐만 아니라, 톱니형 고름판에 의해 혼합물에 넣어진 빗살 자국을 따라, 혼합 물의 내부까지 소성 시의 열이 퍼지게 된다. 이것에 의해, 혼합물의 내부에 고르게 열이 전해지게 되어, 균일한 공극을 갖는 발포유리를 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 발포유리의 제조 방법은, 유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을, 벨트 컨베이어 장치의 벨트 상에 싣고 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 혼합물에 벨트의 진행방향을 따라 복수열의 빗살 자국을 넣는 공정과, 혼합물을 벨트 상에 고르게 깐 상태에서 반송하면서 가열하여 용융, 발포, 소성하는 소성 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발포유리의 제조 방법에 의하면, 소성 시에는 혼합물의 상면으로부터 뿐만 아니라, 혼합물에 넣어진 빗살 자국을 따라, 혼합물의 내부까지 소성 시의 열이 퍼지게 된다. 이것에 의해, 혼합물의 내부로 고르게 열이 전해지게 되어, 균일한 공극을 갖는 발포유리를 형성하는 것이 가능하게 된다.
유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을, 벨트 컨베이어 장치의 벨트 상에 싣고 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 혼합물에 벨트의 진행방향을 따라 복수열의 빗살 자국을 넣고, 혼합물을 벨트 상에 고르게 깐 상태에서 반송하면서 가열하여 용융, 발포, 소성하는 구성에 의해, 소성 시에는 혼합물의 내부까지 열이 퍼져 균일한 공극을 갖는 발포유리를 형성하는 것이 가능하게 된다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 발포유리 제조 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면, 도 2는 도 1의 발포유리 제조 장치에서의 제조 공정을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에서의 발포유리 제조 장치(10)는 유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을 가열, 발포, 소성하는 소성 장치(20)와, 소성 장치(20)에서 형성된 발포유리를 입상화하는 파쇄 장치(30)를 구비한다. 파쇄 장치(30)는 소성 장치(20)에서 형성된 발포유리의 파쇄(31) 및 분급(32)을 행하는 것이다.
소성 장치(20)에는, 발포유리 원료를 반송하는 벨트 컨베이어 장치(21)의 반송 방향을 따라 예열대(22), 소성로(23) 및 냉각대(24)가 배치되어 있다. 예열대(22) 및 냉각대(24)의 하류에는, 열회수용의 흡기 장치(25, 26)가 배치되어 있다. 흡기 장치(25, 26)는 각각 팬(F)에 의해 벨트 컨베이어 장치(21) 상방의 고온 공기를 빨아 들여 다른 장소로 공급하는 송열 수단이다.
다음에 도 2에 기초하여, 도 1에 도시하는 발포유리 제조 장치(10)에서의 발포유리의 제조 공정에 대하여 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 우선, 원료가 되는 폐유리에 전처리(50)가 시행된다. 전처리(50)에서는 폐유리 중 혼입되어 있는 캡 등의 금속이나 라벨의 제거가 행해진다. 본 실시형태에서는 원료로서 폐유리를 사용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니기 때문에, 일반 유리재를 원료로서 사용할 수 있다.
전처리 공정(50)을 거친 폐유리는 1차분쇄(51) 공정에서 입경 2∼5mm 정도까 지 분쇄되고, 다음에, 2차분쇄(52) 공정에서 입경 30∼100㎛ 정도의 유리 파우더가 될 때까지 분쇄된 후, 유리 파우더 원료 저장부(53)에서 저장된다. 그리고, 유리 파우더 원료 저장부(53)로부터 공급된 유리 파우더에 발포제 혼합(54)이 행해진다. 본 실시형태에서는, 발포제인 탄산 칼슘을 0.5∼15질량% 정도, 유리 파우더에 첨가하고 있는데, 이것에 한정하는 것은 아니다.
발포제 혼합(54)을 거친 유리 파우더는 도 1에 도시하는 소성 장치(20)의 벨트 컨베이어 장치(21)에 실려 예열대(22), 소성로(23) 및 냉각대(24)를 통과하면서 소성(55)되어, 발포유리로 된다. 본 실시형태에서는 소성 온도 800∼900℃, 소성 시간 30∼120분으로 하고 있는데, 이것에 한정하는 것은 아니다. 소성(55) 공정을 거쳐 형성된 발포유리는, 발포유리 조분쇄(56) 공정에서 파쇄되어, 입경 100mm 정도의 괴상체로 된 후, 1차 저장부(57)에 저장된다.
1차 저장부(57)으로부터 공급된 괴상 발포유리는, 도 1에 도시하는 파쇄 장치(30)에서의 발포유리 분쇄(58) 공정을 거쳐 분쇄되어, 50mm 이하의 입상체로 된 후, 발포유리 분급·자루채우기(59) 공정에서 분급 및 자루채우기가 행해진다. 이 때, 분급된 입경 2mm 이하의 입상 발포유리는 발포제 혼합(54) 공정 전의 유리 파우더에 혼입된다.
다음에, 도 3∼도 7에 기초하여, 발포유리 제조 장치(10)를 구성하는 각종 장치의 구조, 기능 등의 상세에 대하여 설명한다.
도 3은 도 1의 발포유리 제조 장치(10)를 구성하는 저장 사일로 부근을 도시하는 모식도이다. 도 3에 도시하는 저장 사일로(27)는 유리 파우더(GP)를 저류하 기 위한 것으로, 전술의 유리 파우더 원료 저장부(53)(도 2 참조.)에 배치되어 있다. 저장 사일로(27)는 내경이 동일한 통형상부(27a)와, 그 하방으로 연이어 설치된 깔때기부(27b)를 구비하고, 깔때기부(27b)는 그 하단 개구부(27c)를 향하여 서서히 직경 축소된 형상이다. 깔때기부(27b)의 외면에는 진동 장치(MB)가 배치되고, 깔때기부(27b)의 하단 개구부(27c)는 스크루 컨베이어(28)에 면하는 자세로 세워 설치되어 있다. 저장 사일로(27)에 저류된 유리 파우더(GP)는 하단 개구부(27c)로부터 스크루 컨베이어(28)로 내보내지는데, 진동 장치(MB)를 가동시켜 저장 사일로(27)에 진동을 줌으로써, 유리 파우더(GP)를 정체 없이 내보낼 수 있다.
도 4는 도 1의 발포유리 제조 장치(10)를 구성하는 벨트 컨베이어 장치(21)의 일부를 도시하는 사시도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 벨트 컨베이어 장치(21)(도 1참조.)는, 주로, 소정 간격을 두고 평행하게 배치된 복수의 롤러(21a)와, 이 롤러(21a)에 감긴 메시 벨트(21b)로 구성된다. 발포제 혼합(54) 공정에서 얻어진 유리 파우더와 발포제의 혼합물(GPM)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 벨트 컨베이어 장치(21)의 메시 벨트(21b) 상에 고르게 깔린다.
또, 벨트 컨베이어 장치(21) 상에는, 메시 벨트(21b) 상의 혼합물(GPM)을 두께 10∼20mm로 고르게 까는 것과 함께, 혼합물(GPM)에 반송 방향을 따라 깊이 5∼10mm, 폭 10∼20mm의 복수열의 빗살 자국(29a)를 넣기 위한 톱니형 고름판(29)이 배치되어 있다. 도 5는 메시 벨트(21b) 상의 혼합물(GPM)에 빗살 자국(29a)이 넣어진 상태를 도시하는 단면도이다. 혼합물(GPM)은 이 톱니형 고름판(29)에 의해 메시 벨트(21b) 상에 고르게 깔리고, 또한 빗살 자국(29a)이 넣어진 상태에서 벨트 컨베이어 장치(21)에 의해 반송되어, 소성 장치(20) 내를 통과한다.
이 때, 소성 장치(20)에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 혼합물(GPM)의 상면으로부터 뿐만 아니라, 톱니형 고름판(29)에 의해 혼합물(GPM)에 넣어진 빗살 자국(29a)을 따라, 혼합물(GPM) 내부까지 소성 시의 열(H)이 퍼지게 된다. 이것에 의해, 혼합물(GPM)의 내부에 고르게 열(H)이 전해지게 되어, 균일한 공극을 갖는 발포유리가 형성된다.
도 6은 도 1의 발포유리 제조 장치(10)를 구성하는 발포유리 조분쇄 장치를 도시하는 모식도, 도 7은 도 6의 발포유리 조분쇄 장치의 파쇄도구의 사시도이다. 도 6에 도시하는 발포유리 조분쇄 장치(40)은 발포유리 조분쇄 공정(56)(도 2 참조.)에서 사용되는 것이다. 소성로(23)에서 형성된 발포유리(BG)는 판상이며, 외기에 접촉하여 급랭됨으로써 크랙이 생기는데, 그상태에서는 지나치게 커서 다음 공정 이송용 벨트 컨베이어 장치(60)에 의해 1차 저장부(57)까지 이송할 수 없으므로, 발포유리 조분쇄 장치(40)에 의해 조대하게 분할된다.
조분쇄 장치(40)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 벨트 컨베이어 장치(21)의 종단의 롤러(21z) 상에서 승강하는 파쇄도구(41)와, 파쇄도구(41)를 승강시키는 모터(42)로 구성된다. 파쇄도구(41)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 메시 벨트(21b)의 폭방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 복수의 칼날(43)을 구비한다. 각 칼날(43)은 각각 메시 벨트(21b)의 진행방향으로 길고, 또한 메시 벨트(21b)의 상면에 대하여 경사진 칼날면(44)을 갖는다. 칼날면(44)의 경사는 메시 벨트(21b)의 진행방향 후측이 낮아지도록 형성되어 있다.
도 6의 화살선 방향으로 회전하는 메시 벨트(21b)에 의해 반송되어 오는 크랙이 생긴 판상의 발포유리(BG)는 모터(42)에 의해 승강시키는 파쇄도구(41)에 의해 파쇄된다. 이것에 의해, 발포유리(BG)는 입경 10∼100mm 정도의 괴상체(LG)가 된다. 이 괴상체(LG)는 벨트 컨베이어 장치(21)의 종단 하방의 다음 공정 이송용 벨트 컨베이어 장치(60) 위로 낙하하고, 이 다음 공정 이송용 벨트 컨베이어 장치(60)에 의해 다음의 1차 저장부(57) 공정으로 이송된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서의 발포유리 제조 장치(10)에서는, 소성 장치(20)에 의해 벨트 컨베이어 장치(21)의 메시 벨트(21b) 상에 형성된 판상의 발포유리(BG)는 소성 장치(20)로부터 반출되고, 급랭되어 크랙을 발생시킨다. 그리고, 이 크랙이 생긴 판상의 발포유리(BG)는 벨트 컨베이어 장치(21)의 종단에서 조분쇄 장치(40)에 의해 조대하게 분할되고, 크랙이 전파하여 분리되고, 제각기 깨뜨려진 상태가 된다. 이것에 의해, 다음 공정 이송용 벨트 컨베이어 장치(60)에 의해 다음 1차 저장부(57) 공정에 효율적으로 발포유리를 이송하는 것이 가능하게 된다.
특히, 이 발포유리 제조 장치(10)에서는, 벨트 컨베이어 장치(21)의 종단의 롤러(21z) 상에서 승강하는 파쇄도구(41)를 구비한 조분쇄 장치(40)에 의해 판상의 발포유리(BG)를 파쇄하므로, 메시 벨트(21b) 상의 판상의 발포유리(BG)는 벨트 컨베이어 장치(21)의 종단의 롤러(21z)의 곡면에 의해 자중에 의한 굽힘 하중을 받음과 아울러, 또한 파쇄도구(41)의 힘이 가해진다. 따라서, 이 조분쇄 장치(40)에서는, 작은 힘으로 판상의 발포유리(BG)를 조대하게 분할하는 것이 가능하여, 파쇄도구(41)의 모터(42)의 구동력을 작게 할 수 있으므로, 모터(42)로서 작은 출력의 것 을 사용하여 조분쇄 장치(40)의 제조 비용 및 운전 비용을 억제하는 것이 가능하다.
또, 이 파쇄도구(41)는 메시 벨트(21b)의 폭방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 복수의 칼날(43)을 구비하고, 각 칼날(43)이 각각 메시 벨트(21b)의 진행방향으로 긴 칼날면(44)을 가지므로, 이 파쇄도구(41)의 힘은 메시 벨트(21b)의 폭방향으로 소정의 간격으로 가해지게 되어, 더욱 작은 힘으로 효율적으로 판상의 발포유리(BG)를 조대하게 분할하는 것이 가능하다.
또, 본 실시형태에서의 발포유리 제조 장치(10)에서는, 소성 전에, 메시 벨트(21b) 상에 고르게 깔린 혼합물(GPM)에 톱니형 고름판(29)에 의해 복수열의 빗살 자국(29a)을 넣으므로, 상기한 바와 같이, 소성 시에 혼합물(GPM)의 내부까지 열이 퍼져 균일한 발포유리를 형성하는 것이 가능하게 됨과 더불어, 소성 후의 판상의 발포유리(BG)에 메시 벨트(21b)의 진행방향을 따라 복수열의 홈이 형성되게 된다. 이것에 의해, 이 홈을 따라 판상의 발포유리(BG)가 조대하게 분할되기 더욱 쉬워지므로, 더욱 작은 힘으로 효율적으로 판상의 발포유리(BG)를 조대하게 분할하는 것이 가능하다.
본 발명은 폐판유리나 폐유리병 등의 각종 유리 폐재를 원료로 하고, 토목자재, 건축용 골재, 콘크리트 2차제품의 골재, 경량 성토재 등에 적합한 비흡수성 소재, 또는 사면녹화, 옹벽녹화, 옥상녹화 등에 적합한 흡수성 소재, 보수성 소재, 그 밖에 수질 정화재 등으로서, 여러 용도로 사용가능한 발포유리의 제조 장치 및 제조 방법으로서 적합하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 발포유리 제조 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 발포유리 제조 장치에서의 제조공정을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 발포유리 제조 장치를 구성하는 저장 사일로 부근을 도시하는 모식도이다.
도 4는 도 1의 발포유리 제조 장치를 구성하는 벨트 컨베이어 장치의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 5는 메시 벨트 상의 혼합물에 빗살 자국이 넣어진 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 1의 발포유리 제조 장치를 구성하는 발포유리 조분쇄 장치를 도시하는 모식도이다.
도 7은 도 6의 발포유리 조분쇄 장치의 파쇄도구의 사시도이다.
(부호의 설명)
10 발포유리 제조 장치 20 소성 장치
21 벨트 컨베이어 장치 21a, 21z 롤러
21b 메시 벨트 22 예열대
23 소성로 24 냉각대
25, 26 흡기 장치 27 저장 사일로
27a 통형상부 27b 깔때기부
27c 하단 개구부 28 스크루 컨베이어
29 톱니형 고름판 29a 빗살 자국
30 파쇄 장치 40 조분쇄 장치
41 파쇄도구 42 모터
43 칼날 44 칼날면
60 다음 공정 이송용 벨트 컨베이어 장치

Claims (2)

  1. 유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을 가열하여 용융, 발포, 소성하는 소성 장치와,
    상기 혼합물을 벨트 상에 실은 상태에서 반송하여 상기 소성 장치 내를 통과시키는 벨트 컨베이어 장치와,
    상기 소성 장치의 전단에, 상기 벨트 상에 실린 혼합물을 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 상기 혼합물에 상기 벨트의 진행방향을 따라 복수열의 사다리꼴 형상 단면의 빗살 자국을 넣기 위한 톱니형 고름판을 구비하는 것을 특징으로 하는 발포유리의 제조 장치.
  2. 유리 분말에 발포제를 혼합하여 얻어진 혼합물을 벨트 컨베이어 장치의 벨트 상에 싣고 소정 두께로 고르게 까는 것과 아울러, 상기 혼합물에 상기 벨트의 진행방향을 따라 복수열의 사다리꼴 형상 단면의 빗살 자국을 넣는 공정과,
    상기 혼합물을 상기 벨트 상에 고르게 깐 상태에서 반송하면서 가열하여 용융, 발포, 소성하는 소성 공정을 포함하는 발포유리의 제조 방법.
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