KR20180035830A - 가호 및 호발 단계를 포함하는 유리 섬유 재료 제조 방법, 및 상기 방법을 구현하기에 적합한 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 재료 제조 방법 및 설비에 관한 것으로, 용융 유리가 방사, 인발, 가호, 및 수집 단계들과, 이후 열적 호발을 겪게 되는 최종 유리 섬유 재료를 제조하는 연이은 단계를 통해 유리 섬유 재료로 변환된다. 용융로로부터의 흄이 두 단계로 용융로로부터의 연소 반응물을 예열하는 데에 사용되되(공기가 흄과의 열교환을 통해 예열되는 제1 단계 및 연소 반응물이 고온 공기와의 열교환을 통해 예열되는 제2 단계), 이후 공기는 유리 섬유 재료를 호발하는 단계에 사용된다.

Description

가호 및 호발 단계를 포함하는 유리 섬유 재료 제조 방법, 및 상기 방법을 구현하기에 적합한 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.
용융로에서 용융 유리를 제조하는 단계, 용융로의 용융 유리로부터 시작되는 스트림을 부싱에 의해 방사하는 단계, 스트림을 필라멘트로 감쇠하는 단계, 필라멘트를 가호하는 단계, 가호된 필라멘트를 수집하는 단계, 및 수집된 필라멘트를 유리 섬유 제품으로 변환하는 단계를 포함하는 공정에 의해 유리 섬유를 제조하는 것이 공지되어 있다.
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.
그러나, 유리 섬유 제품 상의 가호제의 존재는 종종 유리 섬유 제품의 하류 처리/사용에 대한 기술적인 문제를 제기한다. 그러므로, 가호제는 예를 들어 유리 섬유에 대한 염료의 고정을 차단함으로써 유리 제품의 효과적인 염색을 방지할 수 있다. 매트릭스 재료에 통합되도록 의도된 강화 제품의 경우, 가호제는 매트릭스 재료 내의 유리 섬유 제품의 정착(anchoring)을 방지할 수 있고, 실제로는 심지어 유리 섬유 제품에 대한 정착제의 고정을 방지할 수 있다. 가호는 마찬가지로 필라멘트의 접착제 도포 및 이어서 가교결합에 대한 문제를 제기할 수 있다.
따라서, 마감처리(드레싱) 또는 최종 사용 전에 유리 섬유 제품을 호발하는 것이 종종 필요하다.
그러므로, 열적 호발에 의해 유리 섬유 제품을 호발하는 것이 공지되어 있다. 열적 호발 중에, 유리 섬유 제품은 유리 제품 상에 존재하는 가호의 휘발 및/또는 연소를 초래하는 온도를 겪게 된다.
공지된 열적 호발 공정의 예들이 US 2 633 428, US 2 665 125, US 2 845 364, US 2 970 934, 및 US 3 012 845에 기재되어 있다.
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 유리를 제조하는 단계와 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 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,
o 필라멘트(들)를 가호하는 단계,
o 가호된 필라멘트(들)를 수집하는 단계,
o 수집된 가호된 필라멘트(들)에 의해 유리 섬유 제품을 제조하는 단계, 및
o 유리 섬유 제품을 열적 호발하는 단계, 즉 가호 중에 필라멘트(들)에 도포되는 가호제의 휘발 및/또는 연소에 의한 호발 단계를 포함한다.
유리 섬유 제품으로 변환될 용융 유리는 농후 산화제(rich oxidizer)로 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 용융로로부터 토출된다.
농후 산화제를 이용한 연소는 높은 효율로 용융로를 가열한다.
농후 산화제로 연료를 연소시킴으로써 용융로를 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 잔류열을 이용하기 위해, 용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 단계 중에 채용된다는 점에서 수행된다.
열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는 특히, 바람직하게는 유리 섬유 제품 상에 존재하는 가호의 휘발 및/또는 연소를 촉진하기 위해 조절된 공기를 유리 섬유 제품과 접촉시킴으로써, 유리 섬유 제품의 호발 중에 채용된다.
조절된 공기는 유리 제품이 호발 온도가 되는 호발로의 연소에 의한 가열을 위한 산화제로 호발 중에 사용되는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 그에 따라, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기가 유리 섬유 제품의 호발 중에 채용된다는 점에서 용융과 용융의 하류에 있는 용융 유리의 변환 사이에 에너지 시너지 효과가 생성된다.
조절된 공기는 또한 용융 유리의 변환 중 하나 이상의 다른 단계에 채용될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 또한 전술한 바와 같은 호발 단계 중의 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기의 사용을, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기의 하나 이상의 다른 사용과 결합하는 공정을 포괄한다.
따라서, 조절된 공기는 유리하게는 또한, 예를 들어 조절된 공기를 가호제를 위한 분무제로 사용함으로써, 가호 단계 중에 채용될 수 있다.
변환이 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 건조하는 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 필라멘트(들) 또는 스트랜드와 접촉하는 건조제로 채용될 수 있다. 필라멘트의 건조는 특히 가호제 내에 존재하는 물 또는 다른 용매의 증발 또는 휘발에 의해 가호된 필라멘트에 가호제를 고정하는 데에 특히 유용할 수 있다.
조절된 공기는 또한 스트림의 감쇠 중에 채용될 수 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 솜 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 구현예에 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.
따라서, 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는 또한, 비공개 특허출원번호 FR 1 557 344에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 하나 이상의 감쇠 가스 흐름의 발생 또는 하나 이상의 감쇠 화염의 발생을 위해 사용될 수 있다. 이는 공정의 감쇠 단계의 에너지 소모의 상당한 감소를 가능하게 한다.
용융 유리를 유리 섬유 제품으로 변환하는 단계가 필라멘트 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하는 단계를 포함할 때, 조절된 공기는 텍스처링 가스 흐름, 특히 텍스처링 공기 난류 제트로 사용될 수 있다.
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.
열교환 조립체는 유리하게는 일차 교환기 및 이차 교환기를 포함한다. 이후, 공기는 일차 교환기에서 로로부터 토출되는 연도 가스와의 열교환에 의해 가열되고, 반응물은 일차 교환기에서 기인한 고온 공기와의 열교환에 의해 이차 교환기에서 예열된다.
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.
바람직하게는, 적어도 하나의 농후 산화제가 로에서의 이의 사용의 상류에 있는 이차 교환기에서 예열된다.
유리 섬유 제품의 호발은 일반적으로 호발로에서의 유리 섬유 제품의 열처리를 포함한다.
호발로는 연소, 특히 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기로 연료를 연소시킴으로써 가열될 수 있다. 그러나, 호발로는 종종 전기 가열 요소에 의해 가열된다.
호발로 내의 온도는 가호제의 성질 및 호발 공정에 따라 좌우된다.
따라서, 휘발에 의한 호발로에서, 호발로 내의 온도는 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기의 존재 시에 가호제의 자체-점화 온도에 도달함 없이, 가호제의 적어도 부분적인 휘발을 가능하게 하도록 제어된다.
연소에 의한 호발로에서, 호발로 내의 온도는, 호발로의 적어도 일부에서, 이차 교환기에서 기인한 조절된 공기의 존재 시에 가호제의 자체-점화 온도에 도달하도록 제어된다.
양자의 경우, 호발로 내의 온도는 기결정된 임계치(Tmax) 미만으로 유지되어, 유리 섬유 제품의 기계적 강도에 대한 호발의 부정적인 영향을 제한한다.
마찬가지로, 호발 열처리의 지속기간은 제품의 기계적 강도가 용인 불가능하게 감소되는 기결정된 지속기간(Δtmax)에 도달함 없이, 요구되는 호발 수준에 도달하기에 충분히 길도록 조절된다.
휘발에 의한 호발 온도는 바람직하게는 250 ℃ 내지 380 ℃의 범위에 위치한다. 연소에 의한 호발 온도는 유리하게는 475 ℃ 내지 820 ℃의 범위에 위치한다.
본 발명의 특정 구현예에 따르면, 호발은 휘발에 의해 유리 섬유 제품을 호발하는 첫 번째 단계와, 연이어 연소에 의해 유리 섬유 제품을 호발하는 단계를 포함한다. 두 연속 단계는 단지 하나의 호발로에서, 실제로는 심지어 2개의 연속적인 호발로에서 이루어질 수 있다. 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는 두 단계 중 하나 또는 두 연속 단계 중에 유리 섬유 제품과 접촉하게 될 수 있다.
호발 단계는 지속적 호발 단계, 즉 유리 섬유 제품이 지속적으로 호발로를 통과하는 단계일 수 있다. 호발 단계는 또한 배치식(batchwise) 호발 단계일 수 있다. 배치식 호발 단계와 지속적 호발 단계가 결합되는 것도 가능하다. 특히, 연소에 의한 호발은 바람직하게는 지속적 호발이다.
열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기 내에 존재하는 열에너지 덕분에, 본 발명에 따른 호발 단계 중의 조절된 공기의 사용은, 특히 유리 섬유 제품이 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기의 흐름에 의해 휩쓸릴 때, 호발 중의 열에너지의 주요한 절감 및/또는 호발 단계의 지속기간의 감소를 가능하게 한다. 본 발명은 유리 섬유 제품의 기계적 강도에 대한 부정적인 영향 없이 이러한 이점을 달성할 수 있게 한다는 것을 또한 주목해야 한다.
호발 단계 후에, 유리 섬유 제품은 특히 유리 섬유 제품 상의 가호의 존재가 문제가 되는 마감처리를 수행하기 위해 마감처리 또는 드레싱 단계를 겪게 될 수 있다.
그러므로, 마감처리 단계는 염색 단계이거나 이를 포함할 수 있되, 호발은 염료로 제품을 더 잘 덮고/덮거나 염료를 제품에 더 잘 고정할 수 있게 한다. 염색은 특히 순수 또는 혼합 유리 섬유 원단 제품에 유리하다. 유리 섬유 원단 제품은 유리 섬유 직포, 유리 섬유 부직포, 유리 섬유 편성포 등을 포함한다.
마감처리 단계는 또한 유리 섬유 제품에 접착제를 도포하는 단계이거나 이를 포함할 수 있다. 호발은 접착제로 제품을 더 잘 덮고/덮거나 접착제를 유리 제품에 더 잘 고정할 수 있게 하고, 이어서 접착제는 유리 제품과 종종 매트릭스로 알려져 있는 다른 재료 사이의 더 양호한 접착을 가능하게 한다. 접착제의 도포는 특히 강화 섬유 또는 스트랜드 및 강화 직물과 같은 특히 유리 섬유 강화 제품에 유리하다. 접착제는 일반적으로 매트릭스의 성질에 따라 선택된다. 유리 섬유 강화 제품은 예를 들어 브레이크 라이닝, 인쇄 회로 기판, 지붕 슁글, 사출 성형 부품의 강화, 파이프 또는 탱크용 커버링 등과 같은 매우 많은 수의 응용을 갖는다. 특정 매트릭스/특정 응용을 위해, 호발은 이와 같이 유리 섬유 제품과 매트릭스 사이의 충분한 접착을 가능하게 한다.
마감처리 단계는 또한, 예를 들어 유리 섬유 여과 시트의 경우와 같이, 유리 섬유 제품 내에 존재하는 유리 섬유를 서로 접착 결합하거나, 여러 개의 유리 섬유 제품을 서로 접착 결합하기 위해 유리 섬유 제품에 접착제를 도포하는 단계이거나 이를 포함할 수 있다.
마감처리 단계의 다른 예로, 유리 섬유 제품의 방수처리가 있다.
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 용융로의 별개의 챔버들에서 이루어질 수 있되, 정련 챔버는 용융 챔버의 하류에 위치한다. 다음으로, 용융로가 이 두 챔버를 포함하는 것을 고려한다.
하나의 구현예에 따르면, 용융 유리는 예를 들어 용융로의 용융 유리 토출구에 위치하는 부싱을 통해 용융로의 토출구에서 즉각적으로 압출된다.
대안적인 구현예에 따르면, 로에서 기인한 용융 유리는 용융로로부터, 즉 로의 용융 유리 토출구로부터, 용융 유리를 스트림(들)으로 방사하기 위한 부싱 쪽으로 파이프라인에 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.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정은 다양한 유리 섬유 제품의 제조, 특히 유리 스트랜드, 유리 섬유 원단 제품, 유리 강화 제품, 및 유리 섬유에 의해 강화된 제품, 유리 토목섬유, 유리 섬유 필터, 또는 또한 유리 섬유에 기반한 방음 및/또는 단열 및/또는 방화 제품의 제조에 유용하다.
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 용융로는 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.
용융로는 일반적으로 이러한 유형의 버너를 여러 개 포함한다.
이미 전술한 바와 같이, 용융로는 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 용융로의 용융 유리 토출구에 유체 연결된다.
변환 유닛은 또한 부싱에서 기인한 적어도 하나의 스트림을 하나 이상의 필라멘트로 감쇠하기 위한 감쇠 장치, 필라멘트(들)를 가호하기 위한 가호기, 가호된 필라멘트(들)를 수집하기 위한 수집기, 수집된 가호된 필라멘트(들)로부터 유리 섬유 제품을 제조하기 위한 조립체, 및 유리 섬유 제품을 호발하기 위한 호발로를 포함한다.
변환 유닛은 또한 선택적으로 필라멘트(들)를 건조하기 위한 건조기 및/또는 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드를 텍스처링하기 위한 챔버를 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 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, 로로부터 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 호발로 내에서 유리 섬유 제품을 조절된 공기와 접촉시킬 수 있게 하고/하거나, 연소에 의한 호발로의 가열을 위한 산화제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용할 수 있게 하기 위해 호발로에 유체 연결된다.
바람직하게는, 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구는 호발로 내에서 유리 섬유 제품을 조절된 공기와 접촉시킬 수 있게 하기 위해 호발로에 유체 연결된다.
이차 교환기 토출구에서의 조절된 공기의 유속 및 온도를 고려할 때, 유리 섬유 제품의 열적 호발을 촉진하기 위한 이러한 조절된 공기의 사용이 특히 효과적인 것으로 판명되었고, 그에 따라 전체 공정의 에너지 효율을 상당히 개선할 수 있게 한다.
본 맥락에서, 2개의 요소는 파이프 또는 파이프라인을 통해 2개의 요소 중 하나로부터 2개의 요소 중 다른 하나 쪽으로 유체 유동을 가능하게 하도록 이 파이프 또는 파이프라인에 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 파이프라인일 수 있다.
열교환 조립체는 유용하게는 용융로로부터 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 용융로의 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.
이미 전술한 바와 같이, 설비는 버너의 상류에서 2개의 이차 교환기, 농후 산화제를 예열하기 위한 이차 교환기 및 기상 연료를 예열하기 위한 이차 교환기를 포함할 수 있되, 버너는 2개의 이차 교환기 중 첫 번째로부터 예열된 농후 산화제를 공급받으며, 2개의 이차 교환기 중 두 번째로부터 예열된 기상 연료를 공급받는다. 이 2개의 이차 교환기는 일차 교환기에서 기인한 고온 공기의 유동에 대해 직렬 또는 병렬로 위치할 수 있다.
유리 섬유 제품의 성질에 따라, 수집된 필라멘트(들)로부터 유리 섬유 제품을 제조하기 위한 조립체는: 절삭 기기, 스트랜드-형성 기기, 연사 기기, 텍스처링 기기, 커버링 기기, 편조 기기, 편직 기기, 및 편성 기기 중 하나 이상의 기기를 포함할 수 있다.
유리 섬유 제품에 대해 고려되는 용도에 따라, 본 발명에 따른 설비는 예를 들어 본 발명에 따른 공정에 대해 전술한 마감처리 공정들 중 하나를 수행하기 위해 호발로의 하류에서 마감처리 유닛을 포함할 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 파이프라인을 포함할 수 있다.
본 발명은 역시 비공개 특허출원번호 FR 1 557 344에 정의된 바와 같은 설비에 대응하는 전술한 바와 같은 설비를 또한 포괄한다.
따라서, 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구는 또한 변환 유닛의 하기 장치들 중 하나 이상에 유체 연결될 수 있다:
● 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기에 의해 가스 감쇠 흐름 또는 감쇠 화염을 발생시키기 위한 감쇠 장치;
● 존재하는 경우, 바인더의 분무제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 가호기;
● 존재하는 경우, 특히 가호된 필라멘트를 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기와 접촉시킴으로써 가교결합을 촉진하기 위해 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하기 위한 가교결합 챔버;
● 존재하는 경우, 필라멘트(들) 또는 이를 포함하는 스트랜드와 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.
이와 같은 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 및/또는 건조기를 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 가호 및/또는 건조 조건을 더 잘 제어할 수 있게 한다.
설비가 다수의 짧은 필라멘트를 제조하기 위한 것일 때, 수집기는 바람직하게는 후드의 아래 또는 저면에 위치한다.
본 발명에 따른 설비는 다양한 유리 섬유 제품의 제조, 특히 유리 스트랜드, 유리 섬유 원단 제품, 유리 강화 제품, 및 유리 섬유에 의해 강화된 제품, 유리 토목섬유, 유리 섬유 필터, 또는 또한 유리 섬유에 기반한 방음 및/또는 단열 및/또는 방화 제품 등의 제조에 유용할 수 있다.
본 발명 및 그 이점은, 지속적 유리 섬유 스트랜드, 특히 강화 스트랜드를 제조하고, 또한 이 강화 스트랜드에 의해 강화되는 제품을 제조하기 위한 공정 및 설비의 개략도인 도 1을 참조하여, 하기 예에 설명된다. 이와 같은 유리 섬유 스트랜드는 또한 유리 섬유 직물 또는 강화 섬유의 제조에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 설비는 다수의 버너(12; 도면에는 하나만 도시됨)에 의해 가열되는 유리 용융로(10)를 포함한다. 이를 위해, 농후 산화제(28a), 통상 95 부피% 내지 100 부피%의 산소를 포함하는 가스, 및 천연 가스와 같은 기상 연료(29a)가 상기 버너들(12)에 공급된다.
전기 수단에 의해 가열되는 부싱(51)이 로(10)의 용융 유리 토출구에 위치한다. 부싱(51)에 의해 제조되는 용융 유리 스트림(55)은 후드(50) 내에서 냉각되고, 그에 따라 상기 스트림의 저부에서 고화 유리의 로드가 얻어진다. 감쇠 버너(54)는 후드(50) 내에서 이 로드의 하단부에 감쇠 화염(57)을 발생시킨다. 감쇠 화염(57)은 로드의 단부를 가단성으로 만든다. 그에 따라 가단성인 유리는 화염(57)의 연소 가스에 의해 지속적 필라멘트(56)를 제공하도록 감쇠된다. 이어서, 필라멘트는 스트랜드-형성 장치(53)에 들어가기 전에 가호 드럼(52)에 의해 가호된다. 장치는 여러 개의 가호된 필라멘트(56)로부터 스트랜드 형성에 의해 유리 섬유 스트랜드를 제조한다. 그에 따라 얻어지는 유리 스트랜드(61)는 스트랜드(61)의 휘발에 의한 부분적 호발을 위해 제1 호발로(60b)에 유입된다. 다음으로, 부분적으로 호발된 스트랜드는 스트랜드가 연소에 의한 호발을 겪게 되는 제2 호발로(60a)에 유입된다. 이어서, 호발된 스트랜드(62)는 드럼(70)에 의해 접착제로 덮여서, 다음으로 유리 스트랜드로 강화되는 제품을 제조하기 위한 유닛에 공급되고, 여기서 스트랜드는 강화될 매트릭스에 통합되거나 강화될 재료에 고정된다.
본 발명에 따르면, 농후 산화제(28a)로 연료(29a)를 연소시킴으로써 발생되는 연소 가스 또는 연도 가스가 용융로(10)로부터 토출되며 일차 교환기(20)로 유입되어, 압축기(23)에 의해 공급되는 압축 공기(24)를 가열한다. 일차 교환기(20)의 하류에서, 연도 가스는 통상적으로 오염물질 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)의 하류에서 변환 공정의 에너지 효율을 개선하기 위해, 이차 교환기들(21, 22)에서 기인한 조절된 공기(27) 내에 존재하는 잔류열을 이용한다.
따라서, 조절된 공기(27)는 호발로들(60b, 60a)에 유입되고, 여기서 조절된 공기(63b, 63a)는 유리 스트랜드를 휩쓴다. 그에 따라, 휘발에 의한 호발로(60b)에서, 조절된 공기(63b)는 호발로(60b)로부터 휘발된 성분을 토출한다. 연소에 의한 호발로(60a)에서, 조절된 공기(63a)는 가호의 연소를 위한 산화제로 작용하며 호발로(60a)로부터 연소 생성물을 토출한다.
도시된 구현예에서, 호발로들(60a, 60b)은 전기적으로 가열된다. 연소에 의해 호발로를 적어도 부분적으로 가열하는 것도 가능하다.
이 경우, 호발로의 가열을 위한 산화제로 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기를 사용하는 것이 유리하다.
조절된 공기(27)의 다른 일부(38)는 감쇠 화염(57)을 발생시키는 감쇠 버너(54)에서 산화제로 사용된다.
도시된 구현예는 예를 들어 유리하게는 일일 100톤(tpd)의 강화 섬유를 제조하는 용융로와 함께 채용될 수 있다. 용융로는 각각 평균 500 kW의 출력을 전달하는 10개의 산소 버너에 의해 가열된다. 약 100 kWe 내지 2 MWe의 전기 에너지의 기여가 제조 조건에 따라 필요할 수 있다.
용융 유리는 4개의 분배 채널로 흐르는데, 이들은 채널당 50개의 가스 버너를 이용하여 온도가 유지된다.
연소 연도 가스는 1350 ℃로 용융로로부터 빠져나가며 710 ℃의 온도까지 공기를 재가열한다. 500 Sm3/h의 천연 가스가 450 ℃까지 예열되고, 1000 Sm3/h의 산소가 550 ℃까지 예열된다.
3000 Sm3/h의 나가는 공기가 이차 교환기들의 토출구에서 400 ℃까지 냉각된다.
각각의 채널의 토출구에서, 유리는 전기 가열식 부싱의 오리피스들을 통해 흐르고, 그에 따라 100개의 필라멘트의 행을 형성한다.
이어서, 고화된 필라멘트는 감쇠 버너들의 행에서 나오는 고온 가스에 의해 감쇠된다.
그렇게 얻어지는 지속적 필라멘트의 가호를 위해, 일련의 2개 내지 3개의 가호 드럼이 채널마다 위치한다.
다음으로, 필라멘트는, 예를 들어 유리 스트랜드를 제조하는 스트랜드 형성, 유리 직물을 제조하는 편직 등과 같이, 이를 위해 고려된 용도에 따라 유리 섬유 제품으로 변환되고, 이러한 변환은 필라멘트 상의 가호의 존재를 필요로 한다
이어서, 유리 섬유 제품은 2개의 호발로에 연속적으로 유입되는데, 먼저 제품의 부분적 호발을 위해 250 ℃ 내지 380 ℃의 온도로 휘발에 의한 호발로에 유입되고, 다음으로 제품의 최종 호발을 위해 475 ℃ 내지 820 ℃의 더 높은 온도로 연소에 의한 호발로에 유입된다.
다음으로, 호발된 제품은, 종종 전술한 마감처리 후에, 예를 들어 강화 제품으로서의 이의 최종 응용을 위해 사용된다.
호발로들에는 300 ℃로 조절된 공기 흐름이 공급되는데, 이는 유리 섬유 제품을 휩쓸며 로로부터 호발 생성물을 토출하되, 조절된 공기는 열교환 조립체와 호발로들 사이의 이송 중에 열손실에 의해 부분적으로 냉각된다(일반적으로 10 ℃ 내지 100 ℃).
유리 섬유 제품의 호발 시에 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기의 사용은, 호발로들의 에너지 소비를 현저히 감소시키고/감소시키거나 호발의 지속기간을 감소시킴으로써, 가호 공정의 주요한 최적화를 가능하게 하되, 이는 최소한의 추가 기기, 필수적으로 열교환 조립체의 조절된 공기 토출구와 호발로들을 연결하는 파이프라인으로 달성된다.

Claims (14)

  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 가호하는 단계,
    o 상기 필라멘트(들)를 수집하는 단계,
    o 상기 수집된 가호된 필라멘트(들)에 의해 유리 섬유 제품을 제조하는 단계, 및
    o 상기 유리 섬유 제품을 열적 호발하는 단계에 의해 상기 용융 유리를 상기 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, 한편으론 예열된 반응물 및 다른 한편으론 200 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 조절된 공기를 발생시키며,
    o 상기 예열된 반응물은 상기 용융로에서 연소 반응물로 사용되고,
    o 상기 열교환 조립체에서 기인한 조절된 공기는, 바람직하게는 상기 유리 섬유 제품 상에 존재하는 상기 가호의 휘발 및/또는 연소를 촉진하기 위해 상기 호발 중에 조절된 공기를 상기 유리 섬유 제품과 접촉시킴으로써, 상기 열적 호발 단계 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 열적 호발 단계는 휘발에 의한 호발 단계 및/또는 연소에 의한 호발 단계를 포함하는, 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호발 단계는 250 ℃ 내지 380 ℃의 온도의 휘발에 의한 호발 단계를 포함하는, 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호발 단계는 475 ℃ 내지 820 ℃의 온도의 연소에 의한 호발 단계를 포함하는, 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호발된 유리 섬유 제품은 마감처리 단계를 겪게 되는, 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 섬유 제품은 스트랜드, 원단 제품, 강화 제품, 및 유리 섬유에 의해 강화된 제품, 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 필라멘트(들)를 가호하기 위한 가호기;
    ■ 상기 가호된 필라멘트(들)를 수집하기 위한 수집기;
    ■ 상기 수집된 필라멘트(들)로부터 유리 섬유 제품을 제조하기 위한 조립체; 및
    ■ 상기 유리 섬유 제품을 호발하기 위한 호발로를 포함하는 것인 설비에 있어서,
    ● 상기 용융로로부터 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 용융로의 상기 연도 가스 토출구, 및 농후 산화제와 기상 연료 사이에서 선택되는 연소 반응물 공급원에 유체 연결되고, 상기 이차 교환기의 상기 예열된 연소 반응물 토출구는 상기 용융로의 상기 버너에 유체 연결되고,
    ● 상기 열교환 조립체는 상기 호발로 내에서 조절된 공기를 상기 유리 섬유 제품과 접촉시키고/접촉시키거나, 상기 연소에 의한 호발로의 가열을 위한 산화제로 조절된 공기를 사용하기 위해, 상기 용융로의 상기 버너에 유체 연결되는 예열된 연소 반응물 토출구, 및 또한 상기 호발로에 유체 연결되는 조절된 공기 토출구를 보이는 것을 특징으로 하는 설비.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열교환 조립체의 상기 조절된 공기 토출구는 상기 호발로 내에서 조절된 공기를 상기 유리 섬유 제품과 접촉시키기 위해 상기 호발로에 유체 연결되는, 설비.
  10. 제8항 또는 제9항에 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.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 열교환 조립체는 농후 산화제 공급원, 바람직하게는 농후 산화제 공급원 및 기상 연료 공급원에 유체 연결되는, 설비.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절된 공기 토출구는 휘발에 의한 호발로 및/또는 연소에 의한 호발로 및/또는 휘발 및 연소에 의한 호발로에 유체 연결되는, 설비.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집된 필라멘트(들)로부터 유리 섬유 제품을 제조하기 위한 조립체는: 절삭 기기, 스트랜드-형성 기기, 연사 기기, 텍스처링 기기, 커버링 기기, 편조 기기, 편직 기기, 및 편성 기기로부터 선택되는 적어도 하나의 기기를 포함하는, 설비.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호발로의 하류에서 마감처리 유닛을 포함하는, 설비.
KR1020187004206A 2015-07-31 2016-07-28 가호 및 호발 단계를 포함하는 유리 섬유 재료 제조 방법, 및 상기 방법을 구현하기에 적합한 설비 KR20180035830A (ko)

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