KR20180034477A - 유리 섬유 재료의 제조 방법 및 설비 - Google Patents

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루크 제리
요셉 주마니
그레고리 베세
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 유리 섬유 재료의 제조 방법 및 설비에 관한 것으로, 용융 유리가 산소-농후 산화제로 연료를 연소시킴으로써 가열되는 용융로(10)에서 제조된다. 발생되는 흄이 두 단계로 연소 반응물을 예열하는 데에 사용된다(공기가 흄과의 열교환을 통해 가열되는 제1 단계 및 연소 반응물이 고온 공기와의 열교환을 통해 예열되는 제2 단계). 이후, 공기는 용융 유리를 유리 섬유 재료로 변환하는 방법에 사용된다.

Description

유리 섬유 재료의 제조 방법 및 설비
본 발명은 유리 섬유 제품의 제조에 관한 것이다.
"유리 섬유 제품"이라는 용어는 이와 같은 유리 섬유 및 또한 이를 포함하는 제품을 의미하는 것으로 이해된다.
부싱에 의해 용융로에서 기인한 유리의 스트림을 방사하는 단계, 그에 따라 얻어지는 스트림을 감쇠하는 단계, 및 그에 따라 얻어지는 감쇠된 유리 스트림을 수집하는 단계를 포함하는 공정에 의해 유리 섬유를 제조하는 것이 공지되어 있다.
다음과 같이 구분된다:
a) 권취기 또는 유사 권취 부재에 의한 기계적 감쇠,
b) 하나 이상의 가스 감쇠 흐름에 의한 가스 마찰에 의한 감쇠, 및
c) 원심 분리기에 의한 원심 감쇠.
원심 감쇠는 산업적 관행으로 가스 마찰에 의한 감쇠와 일반적으로 결합된다.
화염 감쇠로도 알려져 있는 가스 마찰에 의한 감쇠의 제1 구현예에 따르면, 가스 스트림이 냉각되고 고화되어, 유리 로드를 얻는다. 유리 로드는 화염에 유입된다. 따라서, 로드의 단부는 화염의 연소 가스에 의해 용융되고 이어서 감쇠되어, 하나 이상의 유리 필라멘트를 형성한다. 화염 감쇠는 매우 미세한 유리 섬유를 제조할 수 있게 하지만, 특히 유리의 이중 용융으로 인해 상당한 에너지를 소모한다는 단점을 보인다. 화염 감쇠는 일반적으로 고부가가치의 제품을 위해 사용된다.
가스 감쇠로도 알려져 있는, 에너지를 약간 덜 소모하는, 가스 마찰에 의한 감쇠의 제2 공정에 따르면, 용융 유리 스트림은 직접적으로, 즉 고화 단계를 통과함 없이, 증기 또는 연소 가스의 흐름과 같은 감쇠 가스의 하나 이상의 흐름 또는 제트에 의해 영향을 받는다.
공지된 공정에 따르면, 원심 감쇠와 가스 마찰에 의한 감쇠를 결합하면, 용융 유리 스트림이 원심 분리기에 유입되며 원심력에 의해 다수의 용융 유리 필라멘트로 변환된다. 이어서, 상기 필라멘트는 원심 분리기를 둘러싸는 감쇠 가스의 원통형 커튼에 의해 감쇠된다. 후자의 공정은 절연을 위한 유리 섬유의 제조의 대부분을 제공한다.
가스 마찰에 의한 감쇠가 효과적이 되도록, 감쇠 중의 유리의 점도는 충분히 낮아야 하고, 이는 결국에는 감쇠 가스가 매우 고온이 되는 것을 요구하며, 유리를 낮은 점도에 대응하는 고온이 되게 하고/하거나 이 온도로 유지할 수 있게 한다.
본 발명의 목적은 에너지를 덜 소모하는 것으로 최적화된 유리 섬유 제품의 제조 공정을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 특히 유리 섬유 제품의 품질에 대한 부정적인 영향 없이 이와 같은 최적화된 제조 공정을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따르면, 이는 특히 용융 유리 제조 단계와 섬유화 단계의 더 양호한 에너지 통합에 의해 이루어진다.
본 발명의 다른 목적은 이와 같은 최적화된 공정을 구현하기에 적합한 설비를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 제조 공정에서, 용융 유리는 유리 섬유 제품으로 변환된다. 이러한 변환은:
o 용융 유리를 적어도 하나의 스트림으로 방사하는 단계,
o 적어도 하나의 스트림을 하나 이상의 필라멘트로 감쇠하는 단계, 및
o 필라멘트(들)를 수집하는 단계를 포함한다.
용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 공정은 선택적으로 또한:
o 수집의 상류에서 필라멘트(들)를 가호하는 단계,
o 필라멘트(들)를 건조하는 단계,
o 필라멘트(들)에 접착제를 도포하며, 수집된 접착제-처리된 필라멘트(들)를 가교결합하는 단계, 및
o 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
필라멘트의 가호는 특히 유리 스트랜드, 유리 직물, 및 강화 섬유와 같은 유리 섬유 제품의 제조에 종종 필수적인 일반적 관행이다.
이는 가호가 스트랜드 형성(섬유로부터의 스트랜드의 제조), 연사(throwing or twisting), 텍스처링, 편성 또는 편직 등의 중에 필라멘트를 윤활하고 (특히 마모로부터) 보호하기 때문이다.
접착제-처리된 필라멘트에 접착제를 도포하며 이를 가교결합하는 것은 절연 제품, 특히 단열 또는 방음 제품의 제조, 및 또한 방화 제품의 제조에서 일반적인 관행이다. 접착제 도포 및 가교결합은 또한 유리 섬유 부직포의 제조에서 일어날 수 있다.
필라멘트의 건조는 특히 가호제/접착 바인더 내에 존재하는 물 또는 다른 용매의 증발 또는 휘발에 의해 필라멘트에 가호제 또는 접착 바인더를 고정하는 데에 특히 유용할 수 있다.
필라멘트 또는 이를 포함하는 스트랜드의 텍스처링은 특히 유리 섬유 편성포, 직포, 또는 부직포와 같은 유리 섬유 원단 제품의 제조에서 일반적인 관행이다. 텍스처링은 필라멘트 또는 스트랜드의 부피 및 종종 탄성을 증가시킬 수 있게 한다.
유리 섬유 제품으로 변환될 용융 유리는 농후 산화제로 연료를 연소시킴으로써 가열되는 용융로에서 제조된다. 본 맥락에서, "농후 산화제"라는 용어는 80 부피% 내지 100 부피%의 산소 함량을 갖는 가스를 의미하는 것으로 이해된다. 연소는 연도 가스 및 용융을 위한 열을 발생시킨다. 발생되는 연도 가스는 1000 ℃ 내지 1600 ℃의 온도로 상기 용융로로부터 토출된다.
농후 산화제를 이용한 연소는 높은 효율로 로를 가열한다.
농후 산화제로 연료를 연소시킴으로써 로를 가열하는 것은 또한 예를 들어 전극과 같은 추가적인 수단에 의해 로를 가열하는 것을 배제하지 않는다는 것을 주목해야 한다.
본 발명에 따르면, 제조 공정의 제1 에너지 최적화는:
o 공기가 열교환 조립체에서 토출된 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되어, 고온 공기를 얻고,
o 반응물이 열교환 조립체에서 고온 공기와의 열교환에 의해 예열되어, 예열된 반응물 및 200 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 조절된 공기를 발생시키며,
o 예열된 반응물이 로에서 연소 반응물로 사용된다는 점에서 수행된다.
반응물은 농후 산화제 및 기상 연료로부터 선택된다. 바람직한 구현예에 따르면, 농후 산화제는 로에서 사용되기 전에 예열된다.
농후 산화제 및 기상 연료가 로에서 사용되기 전에 예열되는 것도 가능하다. 이 경우, 두 반응물의 예열은 직렬 또는 병렬로 수행될 수 있다.
제조 공정의 제2 에너지 최적화는, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기가, 이 조절된 공기 내에 여전히 존재하는 잔류 열을 이용하기 위해, 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 공정 중에 채용된다는 점에서 수행된다.
이 조절된 공기는 또한 용융 유리의 변환 중 하나 이상의 다른 단계에 채용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 조절된 공기는 스트림의 감쇠 중에 채용될 수 있다. 이 경우, 조절된 공기는 하나 이상의 감쇠 가스 흐름을 발생시키거나 하나 이상의 감쇠 화염을 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
변환이 필라멘트(들)를 가호하는 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 예를 들어 조절된 공기를 가호제를 위한 분무제로 사용함으로써 이 가호 단계 중에 채용될 수 있다.
변환이 분무에 의해 필라멘트(들)에 접착제를 도포하는 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 접착 바인더를 위한 분무제로 사용될 수 있다.
변환이 필라멘트(들)를 건조하는 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 필라멘트(들)와 접촉하는 건조제로 채용될 수 있다.
변환이 텍스처링 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 텍스처링 가스 흐름, 특히 텍스처링 공기 난류 제트로 사용될 수 있다.
열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는 전술한 단계들 중 하나 또는 상기 단계들 중 여러 단계에 사용될 수 있다.
그에 따라, 본 발명에 따르면, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기가 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 공정 중에 채용된다는 점에서, 한편으론 용융과 다른 한편으론 용융의 하류에 있는 용융 유리의 변환 사이에 에너지 시너지 효과가 생성된다.
본 맥락에서, 상이한 온도의 두 유체 사이의 "열교환"은 두 유체의 직접 접촉 또는 혼합 없이 하나 이상의 벽을 통해 두 유체 중 하나(더 고온의 유체)로부터 두 유체 중 다른 하나(더 저온의 유체) 쪽으로 열 또는 열에너지를 전달하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
"열교환기" 또는 "교환기"는 상이한 온도의 두 유체가 두 유체 사이의 직접 접촉 또는 혼합 없이 별도의 챔버들 또는 회로들에서 이동하는 설비 또는 장치를 의미하는 것으로 이해되고, 이 설비 또는 장치에서, 열은 2개의 챔버 또는 회로를 분리하는 하나 이상의 벽을 통해 최고온 유체로부터 최저온 유체로 전달된다.
"필라멘트"라는 용어는 감쇠된 스트림을 가리킨다.
유리 스트림의 균질성 및 그에 따른 스트림의 감쇠에 의해 얻어지는 필라멘트(들)의 균질성 및 품질을 개선하기 위해, 용융 유리는 방사 전에 정련될 수 있다.
이후, 유리의 용융 및 정련은 로의 하나의 같은 용융/정련 챔버에서 이루어질 수 있되, 정련 구역은 유리의 유동 방향으로 용융 유리 토출구의 상류 및 용융 구역의 하류에 위치한다.
용융 및 정련은 또한 로의 별개의 챔버들에서 이루어질 수 있되, 정련 챔버는 용융 챔버의 하류에 위치한다. 다음으로, 로가 이 두 챔버를 포함하는 것을 고려한다.
하나의 구현예에 따르면, 용융 유리는 예를 들어 로의 용융 유리 토출구에 위치하는 부싱을 통해 로의 토출구에서 즉각적으로 압출된다.
대안적인 구현예에 따르면, 로에서 기인한 용융 유리는 로로부터, 즉 로의 용융 유리 토출구로부터, 용융 유리를 스트림(들)으로 방사하기 위한 부싱 쪽으로 도관(canal)에 의해 이송된다.
본 맥락에서, "부싱"이라는 용어는 용융 유리조로부터 하나 이상의 용융 유리 스트림을 제조할 수 있게 하는 임의의 방사 장치를 가리킨다. 부싱은 관통형 금속판과 같이 여러 구현예로 제공될 수 있다. 압출/방사 천공(들)이 (부분적으로) 고화된, 실제로 심지어 결정화된 유리에 의해 부분적으로 또는 완전히 차단되는 것을 방지하기 위해, 부싱 자체는 예를 들어 전기적으로 가열될 수 있다.
열교환 조립체는 유리하게는 일차 교환기 및 이차 교환기를 포함한다. 이후, 공기는 일차 교환기에서 용융로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되고, 반응물은 일차 교환기에서 기인한 고온 공기와의 열교환에 의해 이차 교환기에서 예열된다.
공정의 일 구현예에 따르면, 열교환 조립체는 일차 교환기 및 이차 교환기를 포함하되, 공기는 일차 교환기에서 로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되어, 500 ℃ 내지 800 ℃의 온도의 고온 공기를 얻고, 연소 반응물은 일차 교환기에서 기인한 고온 공기와의 열교환에 의해 이차 교환기에서 예열된다.
전술한 바와 같이, 조절된 공기는 유리하게는 가스 마찰 감쇠 단계에서, 특히 하나 이상의 감쇠 가스 흐름의 발생을 위해 사용된다.
하나의 이와 같은 구현예에 따르면, 감쇠는 화염 감쇠이다.
이 경우, 이러한 화염 감쇠는 유리하게는 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 화염에 의해 수행된다.
조절된 공기의 잔류 열은 에너지 소모적인 것으로 알려져 있는 이러한 공정에서 상당한 에너지 절감을 달성할 수 있게 한다.
다른 구현예에 따르면, 감쇠는 가스 감쇠이다. 이 경우, 유리하게는 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 가스 제트를 이용한다.
이 경우에도, 상당한 에너지 절감을 달성할 수 있게 하는 조절된 공기의 잔류 열 덕분에 상당한 에너지 절감을 달성하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, 감쇠는 또한 원심 감쇠 및 연이은 가스 감쇠일 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 원심 감쇠는 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 가스 제트에 의한 가스 감쇠로 이어진다.
스트림(들)의 감쇠는 바람직하게는 감쇠 조건, 특히 감쇠 온도를 더 잘 제어하기 위해 그리고 또한 특히 스트림이 여러 개의 필라멘트로 감쇠될 때 필라멘트의 비상을 방지하거나 제한하기 위해 후드 내에서 일어난다. 필라멘트(들)는 또한 가호되고/가호되거나 접착제로 처리되고/처리되거나, 이 후드 내에서 건조될 수 있다. 필라멘트(들)가 컨베이어 상에서 수집될 때, 컨베이어는 유리하게는 후드의 저부에 있다.
본 발명에 따른 공정은 광범위한 유리 섬유 제품의 제조, 특히 강화 섬유 또는 스트랜드, 강화 직물, 원단 직물, 단열 제품, 방음 제품, 또는 방화 제품과 같은 제품의 제조에 유용하다. 유리 섬유 제품이 직물일 때, 이 직물은 편성포, 직포, 또는 부직포일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 제조 공정의 구현에 사용될 수 있는 설비에 관한 것이다.
설비는 유리 용융로, 및 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하기 위한 변환 유닛을 포함한다.
설비의 로는 고체 재료로부터 용융 유리를 제조하기 위한 것이다. 이는 용융 유리 토출구, 연도 가스 토출구, 및 농후 산화제, 즉 80 부피% 내지 100 부피%의 산소 함량을 갖는 산화제로 연료를 연소시키기 위한 적어도 하나의 버너를 포함한다.
로는 일반적으로 이러한 유형의 버너를 여러 개 포함한다.
이미 전술한 바와 같이, 로는 또한 적어도 하나의 전술한 버너를 보완하는 다른 가열 장치를 포함할 수 있다.
설비의 변환 유닛은 용융로에서 기인한 용융 유리를 적어도 하나의 스트림으로 방사하기 위한 부싱으로 알려져 있는 장치를 포함하되, 부싱은 특히 로의 용융 유리 토출구에 유체 연결된다.
변환 유닛은 또한 부싱에서 기인한 적어도 하나의 스트림을 하나 이상의 필라멘트로 감쇠하기 위한 감쇠 장치, 및 또한 감쇠 장치에서 기인한 필라멘트(들)를 수집하기 위한 수집기를 포함한다.
변환 유닛은 또한 선택적으로:
o 수집기의 상류에서 필라멘트(들)를 가호하기 위한 가호기,
o 필라멘트(들)에 접착제(바인더)를 도포하기 위한 접착제 도포기, 및 접착제-처리된 필라멘트(들)를 가교결합하기 위한 가교결합 챔버로, 수집기의 하류에 위치하며 종종 가교결합 오븐으로 불리는 가교결합 챔버,
o 필라멘트(들), 특히 가호되거나 접착제-처리된 필라멘트(들)를 건조하기 위한 건조기, 및
o 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하기 위한 챔버 중 하나 이상을 포함한다.
설비의 감쇠 장치는 유리하게는 전술한 감쇠 공정들 중 임의의 하나의 구현에 적합하다. 따라서, 감쇠 장치는:
● 권취기 또는 유사 기기와 같은 하나 이상의 기계적 감쇠 장치, 또는
● 화염 감쇠를 위한 하나 이상의 버너, 또는
● 가스 감쇠를 위한 하나 이상의 가스 흐름 발생기(상기 가스 흐름 발생기는 감쇠 가스 흐름으로 사용되는 연소 가스 흐름을 발생시키는 버너일 수 있다)를 포함할 수 있다.
감쇠 장치는 또한 원심 감쇠를 위한 원심 분리기와, 원심 분리기에서 기인한 스트림의 가스 감쇠를 위한 하나 이상의 가스 흐름 발생기의 조합을 포함할 수 있되, 전술한 바와 같이, 상기 발생기는 버너일 수 있다.
감쇠 장치가 하나 이상의 지속적 필라멘트를 제조할 때, 수집기는 권취기, 또는 필라멘트(들)를 권취하기 위한 다른 장치일 수 있다. 그러므로, 권취기를 기계적 감쇠 장치 및 수집기 둘 다로 사용하는 것이 가능하다.
수집기는 또한 필라멘트(들)가 수집되는 컨베이어일 수 있다. 이와 같은 컨베이어는 특히 스트림(들)이 다수의 필라멘트를 제공하도록, 특히 단열 및/또는 방음 및/또는 방화 제품의 제조를 위해 채용되는 것과 같은 다수의 짧은 필라멘트를 제공하도록 감쇠될 때 나타난다.
본 발명에 따른 설비는 용융로의 높은 에너지 효율, 및 또한 용융로와 로의 하류에 위치하는 변환 유닛 사이의 에너지 시너지 효과를 가능하게 하도록 설계된다.
이를 위해, 설비는, 용융로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 공기를 가열하며, 그에 따라 얻어지는 고온 공기와의 열교환에 의해 연소 반응물을 예열하기 위한 열교환 조립체를 포함한다.
따라서, 예열된 연소 반응물 및 조절된 공기를 얻는다. 열교환 조립체는 공기 공급원, 로의 연도 가스 토출구, 및 연소 반응물 공급원에 유체 연결되되, 후자의 공급원은 농후 산화제 공급원 또는 기상 연료 공급원이다.
열교환 조립체는 조절된 공기 토출구 및 예열된 반응물 토출구를 보인다.
열교환 조립체의 예열된 연소 반응물 토출구는 용융로에서 연소 반응물로 예열된 반응물을 사용할 수 있게 하기 위해 용융로의 하나 이상의 버너에 유체 연결된다.
본 발명에 따르면, 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구는 또한 하기 장치들 중 적어도 하나에 유체 연결된다:
● 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기에 의해 가스 감쇠 흐름 또는 감쇠 화염을 발생시키기 위한 감쇠 장치;
● 존재하는 경우, 가호제를 위한 분무제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 가호기;
● 존재하는 경우, 바인더를 위한 분무제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 접착제 도포기;
● 존재하는 경우, 필라멘트(들)와 접촉하는 건조제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 건조기;
● 존재하는 경우, 텍스처링 가스 흐름, 특히 텍스처링 공기 난류 제트로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 텍스처링 챔버.
본 맥락에서, 2개의 요소는 파이프 또는 도관을 통해 2개의 요소 중 하나로부터 2개의 요소 중 다른 하나 쪽으로 유체 유동을 가능하게 하도록 이 파이프 또는 도관에 의해 연결될 때 "유체 연결된다".
공기 공급원은 예를 들어 송풍기일 수 있다.
열교환 조립체는 바람직하게는 적어도 농후 산화제의 예열, 실제로는 심지어 농후 산화제 및 기상 연료의 예열을 가능하게 한다.
농후 산화제 공급원은 예를 들어 공기의 가스를 분리하기 위한 유닛 또는 액화 농후 산화제를 위한 탱크 또는 도관일 수 있다.
열교환 조립체는 유용하게는 로로부터 토출되는 연도 가스와 가열될 공기 사이의 열교환을 위한, "일차 교환기" 또는 "일차 열교환기"로 불리는 제1 열교환기, 및 또한 일차 열교환기에서 기인한 고온 공기와 예열될 반응물 사이의 열교환을 위한, "이차 열교환기" 또는 "이차 교환기"로 불리는 제2 열교환기를 포함한다.
이 경우, 일차 교환기는 공기 공급원 및 로의 연도 가스 토출구에 유체 연결된다. 이차 교환기는 예열될 반응물 공급원에 유체 연결된다. 이차 교환기는 또한 예열된 연소 반응물 토출구 및 조절된 공기 토출구를 보인다.
농후 산화제 및 기상 연료의 예열을 가능하게 하는 구현예에 따르면, 열교환 조립체는 제1 및 제2 이차 교환기를 포함하되, 제1 이차 교환기는 농후 산화제 공급원에 유체 연결되고, 제2 이차 교환기는 기상 연료 공급원에 유체 연결된다.
이 2개의 이차 교환기는 일차 교환기에서 기인한 고온 공기의 유동에 대해 직렬 또는 병렬로 위치할 수 있다.
로는 전술한 바와 같은 용융/정련로일 수 있다.
부싱은 용융로의 용융 유리 토출구에 위치할 수 있다. 설비는 또한 이 용융 유리 토출구로부터 부싱 쪽으로 용융 유리를 이송하기 위한 도관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 설비의 바람직한 구현예에 따르면, 감쇠 장치는, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 감쇠 가스 흐름을 발생시키거나 감쇠 화염을 발생시키기 위한 감쇠 버너를 포함하되, 상기 감쇠 버너는 이후 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구에 유체 연결된다.
특히 바람직한 구현예에 따르면, 감쇠 장치는 스트림(들)의 원심 감쇠를 위한 원심 분리기, 및 또한 원심 분리기에서 기인한 필라멘트의 가스 감쇠를 위한 감쇠 버너를 포함한다.
이 경우, 감쇠 버너는 유리하게는 환형으로, 원심 분리기 주위에 감쇠 가스 흐름을 발생시킬 수 있으며, 감쇠 버너에 산화제로 조절된 공기를 제공하기 위해 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구에 유체 연결된다.
본 발명에 따른 설비는 유용하게는 감쇠 장치를 둘러싸는 후드를 포함한다. 이 후드는 또한 가호기, 접착제 도포기, 및 건조기 중 하나 이상의 장치를 둘러쌀 수 있다. 설비가 다수의 짧은 필라멘트를 제조하기 위한 것일 때, 후드는 필라멘트가 설비의 작동 중에 비상하는 것을 방지하거나 제한할 수 있게 한다. 후드는 또한 보다 일반적으로 감쇠 조건, 실제로는 심지어 건조 및/또는 가호 및/또는 접착제 도포 조건을 더 잘 제어할 수 있게 한다.
설비가 다수의 짧은 필라멘트를 제조하기 위한 것일 때, 수집기는 바람직하게는 후드의 아래 또는 저부에 위치한다.
본 발명에 따른 설비는 강화 섬유 또는 스트랜드, 강화 또는 원단 편성포, 직포, 또는 부직포, 또는 또한 방음 및/또는 단열 및/또는 방화 제품의 제조 설비일 수 있다.
도 1은 단열/방음 및/또는 방화 플리스의 제조 공정 및 설비의 개략도이다.
도 1에 도시된 설비는 다수의 버너(12; 도면에는 하나만 도시됨)에 의해 가열되는 유리 용융로(10)를 포함한다.
이를 위해, 농후 산화제(28a), 통상 80 부피% 내지 100 부피%의 산소를 포함하는 가스, 및 천연 가스와 같은 기상 연료(29a)가 상기 버너들(12)에 공급된다.
농후 산화제(28a)로 연료(29a)를 연소시킴으로써 발생되는 연소 가스 또는 연도 가스가 용융로(10)로부터 토출되며 일차 교환기(20)로 유입되어, 압축기 또는 팬(23)에 의해 공급되는 압축 또는 비압축 공기(24)를 가열한다.
일차 교환기(20)의 하류에서, 연도 가스는 통상적으로 오염물질 및 먼지 제거를 위한 처리를 겪은 후에 연통(11)을 통해 토출된다.
일차 교환기(20)에서 기인한 고온 공기(25)는 농후 산화제(28a)를 예열하기 위한 제1 이차 교환기(21)에 유입되고, 이어서 부분적으로 조절된 공기(26)의 형태로, 기상 연료(29a)를 예열하기 위한 제2 이차 교환기(22)에 유입된다.
제1 이차 교환기(21)에서 기인한 예열된 농후 산화제(28b) 및 제2 이차 교환기(22)에서 기인한 예열된 기상 연료(29b)는 연소 반응물로 버너들(12)에 공급된다.
이는 본 발명에 따른 제조 공정에서 최초의 매우 상당한 에너지 절감을 가능하게 한다.
용융로(10)에서 기인한 용융 유리는 용융 유리 스트림의 형태로 원심 분리기(34)에 유입되고, 원심 분리기(34)에서 기인한 필라멘트는 크라운형 감쇠 버너(31)에 의해 발생되는 환형 감쇠 가스 흐름에 의해 감쇠된다.
이러한 감쇠 조립체에서 기인한 필라멘트는 바인더(35)의 분무기들(32)에 의해 접착제로 처리되고, 이어서 건조기들(33)에 의해 분사되는 기상 건조제 제트(36)에 의해 건조된다.
감쇠, 접착제 도포, 및 건조 단계들은 후드(30) 내의 제어된 환경에서 수행된다.
건조된 접착제-처리된 필라멘트는 후드(30)의 저부에서 컨베이어(42)에 의해 필라멘트 플리스(44)의 형태로 수집된다.
컨베이어(42)는 플리스(44)를 가교결합 오븐(40) 쪽으로 이송하고, 여기서 접착제-처리된 필라멘트는 열의 영향 하에 가교결합되어 서로 접합된다.
오븐(40)의 하류에서, 경질, 반경질, 또는 연질 플리스가 성형되며 랩핑된다.
본 발명에 따르면, 용융로(10)의 하류에서 변환 공정의 에너지 효율을 개선하기 위해, 이차 교환기들(21, 22)에서 기인한 조절된 공기(27) 내에 존재하는 잔류 열을 이용한다.
따라서, 조절된 공기(27)의 일부는 감쇠 가스 흐름을 보다 효율적으로 발생시키기 위해 산화제로 감쇠 버너(31)에 유입된다.
조절된 공기(27)의 다른 일부는 건조기들(33)에 의해 건조 가스(36)로 사용되되, 조절된 공기(27)의 잔류 열은 필라멘트의 건조를 가속할 수 있게 한다.
도시된 구현예에서, 조절된 공기(27)의 마지막 부분은 플리스(44) 내의 필라멘트의 가교결합을 촉진하기 위해 가교결합 오븐에 유입되며 오븐 내에서 플리스(44)를 통해 흡입된다.
본 발명의 이점은 하기 예에 설명된다.
용융로는 5 MW의 화력으로부터 100 tpd의 절연 섬유를 제조한다. 약 1 내지 5 MWe의 전기 에너지의 기여가 제조 조건에 따라 필요할 수 있다. 연소 연도 가스는 1350 ℃로 빠져나가며, 주변 공기와의 희석에 의해 냉각되어, 복열기의 유입구에서 1200 ℃의 온도에 도달할 수 있다.
500 Sm3/h의 천연 가스(95% 메탄, 2% 부탄, 2% 프로판, 및 1% CO2)가 450 ℃까지 예열된다. 1000 Sm3/h의 산소가 550 ℃까지 예열된다. 이들 가스를 예열하기 위해, 대략 4000　Sm3/h가 필요하다. 일차 교환기에서 650 ℃까지 가열된 후, 공기는 이차 교환기의 토출구에서 400 ℃까지 냉각된다.
이어서, 530　kW의 에너지 값을 갖는 이러한 조절된 공기는 바람직하게는 스테인리스 강으로 이루어진 파이프 내에서:
o 한편으론, 감쇠 원심 분리기들을 둘러싸는 고온 감쇠 가스의 발생기 쪽으로,
o 다른 한편으론, 건조 가스 분사기들의 배터리 쪽으로 운반된다.
이 고온 공기 덕분에, 감쇠 중에 소비되는 연료량이 현저히 감소한다(10%).

Claims (13)

  1. 유리 섬유 제품의 제조 공정으로,
    o 용융 유리를 적어도 하나의 스트림으로 방사하는 단계,
    o 상기 적어도 하나의 스트림을 하나 이상의 필라멘트로 감쇠하는 단계,
    o 상기 필라멘트(들)를 수집하는 단계, 및
    o 선택적으로:
    ■ 수집의 상류에서 상기 필라멘트(들)를 가호하는 단계,
    ■ 상기 필라멘트(들)를 건조하는 단계,
    ■ 수집 전 또는 후에 상기 필라멘트(들)에 접착제를 도포하며, 연이어 상기 접착제-처리된 수집 필라멘트(들)를 가교결합하는 단계, 및
    ■ 상기 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하는 단계 중 하나 이상의 단계에 의해 상기 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하고,
    상기 용융 유리는 80 부피% 내지 100 부피%의 산소 함량을 갖는 농후 산화제로 연료를 연소시킴으로써 가열되는 용융로에서 제조되어, 열 및 연도 가스를 발생시키되, 상기 발생된 연도 가스는 1000 ℃ 내지 1600 ℃의 온도로 상기 용융로로부터 토출되는 것인 공정에 있어서,
    o 공기가 열교환 조립체에서 토출된 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되어, 고온 공기를 얻고,
    o 농후 산화제 및 기상 연료로부터 선택되는 반응물이 상기 열교환 조립체에서 상기 고온 공기와의 열교환에 의해 예열되어, 예열된 반응물 및 200 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 조절된 공기를 발생시키며,
    o 상기 예열된 반응물은 상기 로에서 연소 반응물로 사용되고,
    o 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는:
    ■ 하나 이상의 감쇠 가스 흐름을 발생시키기 위해, 상기 스트림을 감쇠하는 단계,
    ■ 가호제를 위한 분무제로서, 상기 필라멘트(들)를 가호하는 단계,
    ■ 접착 바인더를 위한 분무제로서, 상기 필라멘트(들)에 접착제를 도포하는 단계,
    ■ 건조제로서, 상기 필라멘트(들)를 건조하는 단계, 및
    ■ 텍스처링 가스 흐름으로서, 상기 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하는 단계 중 적어도 하나에서 상기 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 공정 중에 채용되는 것을 특징으로 하는 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 조립체는 일차 교환기 및 이차 교환기를 포함하되, 공기가 상기 일차 교환기에서 상기 로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되어, 500 ℃ 내지 800 ℃의 온도의 고온 공기를 얻고, 상기 연소 반응물은 상기 일차 교환기에서 기인한 고온 공기와의 열교환에 의해 상기 이차 교환기에서 예열되는, 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는 하나 이상의 감쇠 가스 흐름을 발생시키기 위해 사용되는, 공정.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감쇠는 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 화염에 의한 화염 감쇠인 것인, 공정.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 감쇠는 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 가스 제트에 의한 가스 감쇠인 것인, 공정.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 감쇠는 원심 감쇠와, 연이어 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 발생되는 감쇠 가스 제트에 의한 가스 감쇠인 것인, 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 섬유 제품은 강화 섬유 또는 스트랜드, 원단 또는 강화 직물, 방음 제품, 단열 제품, 및 방화 제품으로부터 선택되는, 공정.
  8. 유리 용융로, 및 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하기 위한 변환 유닛을 포함하는 설비로,
    o 상기 용융로는 용융 유리 토출구, 연도 가스 토출구, 및 80 부피% 내지 100 부피%의 산소 함량을 갖는 농후 산화제로 연료를 연소시키기 위한 적어도 하나의 버너를 포함하고;
    o 상기 변환 유닛은:
    ■ 상기 용융로에서 기인한 용융 유리를 적어도 하나의 스트림으로 방사하며, 상기 로의 상기 용융 유리 토출구에 유체 연결되는 부싱;
    ■ 상기 부싱에서 기인한 적어도 하나의 스트림을 하나 이상의 필라멘트로 감쇠하기 위한 감쇠 장치;
    ■ 상기 감쇠 장치에서 기인한 상기 필라멘트(들)를 수집하기 위한 수집기;
    ■ 선택적으로;
    ● 상기 수집기의 상류에서 상기 필라멘트(들)를 가호하기 위한 가호기,
    ● 상기 수집기의 상류에서 상기 필라멘트(들)를 건조하기 위한 건조기,
    ● 상기 필라멘트(들)에 접착제(바인더)를 도포하기 위한 접착제 도포기, 및 상기 접착제-처리된 수집된 필라멘트(들)를 가교결합하기 위한 가교결합 챔버, 및
    ● 상기 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하기 위한 챔버 중 하나 이상의 장치를 포함하는 것인 설비에 있어서,
    상기 로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 공기를 가열하며, 상기 고온 공기와의 열교환에 의해 연소 반응물을 예열하여, 예열된 연소 반응물 및 조절된 공기를 얻기 위한 열교환 조립체를 포함하되, 상기 열교환 조립체는 공기 공급원, 상기 로의 상기 연도 가스 토출구, 및 농후 산화제와 기상 연료 사이에서 선택되는 연소 반응물 공급원에 유체 연결되고,
    상기 열교환 조립체는 상기 용융로의 상기 버너에 유체 연결되는 예열된 연소 반응물 토출구, 및 또한:
    ■ 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기에 의해 감쇠 가스 흐름 또는 감쇠 화염을 발생시키기 위한 상기 감쇠 장치;
    ■ 존재하는 경우, 가호제를 위한 분무제로 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 상기 가호기;
    ■ 존재하는 경우, 상기 필라멘트(들)와 접촉하는 건조제로 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 상기 건조기;
    ■ 존재하는 경우, 상기 바인더를 위한 분무제로 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 상기 접착제 도포기;
    ■ 존재하는 경우, 텍스처링 가스 흐름으로 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 상기 텍스처링 챔버;
    ■ 존재하는 경우, 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기에 의해 텍스처링 가스 흐름을 발생시키기 위한 상기 텍스처링 챔버 중 적어도 하나의 장치에 유체 연결되는 조절된 공기 토출구를 보이는 것을 특징으로 하는 설비.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열교환 조립체는 상기 로로부터 토출되는 상기 연도 가스와 공기 사이의 열교환을 위한 일차 교환기, 및 상기 일차 교환기에서 기인한 상기 가열된 공기와 상기 연소 반응물 사이의 열교환을 위한 이차 교환기를 포함하는, 설비.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 조절된 공기 토출구는 감쇠 화염 또는 감쇠 가스 흐름을 발생시키기 위한 상기 감쇠 장치에 유체 연결되는, 설비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 감쇠 장치는 상기 이차 교환기에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 감쇠 화염 또는 감쇠 가스 흐름을 준비하기 위해 상기 조절된 공기 토출구에 유체 연결되는 감쇠 버너를 포함하는, 설비.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감쇠 장치는 또한 원심 분리기를 포함하되, 상기 감쇠 버너는 환형이며, 상기 원심 분리기 주위에 감쇠 가스 흐름을 발생시킬 수 있는, 설비.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감쇠 장치를 둘러싸며, 선택적으로 또한 상기 가호기, 상기 건조기, 및 상기 접착제 도포기 중 하나 이상의 장치를 둘러싸는 후드를 포함하는, 설비.
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