KR980700938A - 광물성 모를 제조하는 방법 및 그 장치(Method and apparatus for producing mineral wool) - Google Patents

Abstract

본 발명은 스피너(1)의 주연 벽(2)이 작은 직경은 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 이 오리피스를 통하여 원심분리되어 필라멘 트를 형성하는 이 필라멘트가 상기 스피너(1)의 상기 주연 벽(2)을 따라 흐르고 이를 가열하며, 스피너(1)에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너(8)에 의해 발생하는 가스 유동의 보충적인 세장화 효과를 받는 스피너(1)에 용융된 광물성 재료를 공급하고, 상기 버너(8)의 배출 지역이 환형의 방사상 내부 가열대와 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 외부 냉각대로 분할되는 광물성 모를 제조하는 방법, 및 이 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

Description

본 발명은 특허청구의 범위 제 1 항에서 정의된 바와 같은 용융된 광물성 재료를 스피너에 공급하여 광물성 모를 제조하는 방법 및 제 2 항에 정의된 바와 같은 스피너로 내부 원심분리하여 광물성 재료를 섬유화 하기 위한 장치에 관한 것이다.

고품질의 광물성 섬유는 용융물이 비교적 작은 직경의 용융 필라멘트로서 방사될 수 있는 주연 벽에 다수 개의 작은 오리피스를 가지며 고속으로 회전하는 스피너의 내부에 광물성 용융물을 공급하는 내부 원심 분리에 의해 생산할 수 있다. 방출 필라멘트는 환형 버너의 송풍을 받고, 이에 의해 세장화되어(attenuated) 필요로하는 섬도 (fineness)의 섬유를 형성하고, 그후 이 섬유는 고화하여 광물성 섬유 매트가 형성되는 하부 콘베이어에 축적한다. 이러한 공정은 본 기술 분야에서 소위 TEL 공정으로서 잘 알려져 있다.

이러한 섬유화 장치를 사용하여 다양한 조성의 광물성 재료를 섬유화한다. 이러한 광물성 조성물은 높거나, 보통이거나, 낮은 용융점을 갖고, 따라서 상이한 섬유화 온도를 가질 수 있다. 다른 한편, 이러한 섬유화 장치의 버너는 특정한 최적 조정 상태 및 특정의 작동 온도에서 작동하며, 여기서 작동 온도는 최적 버너작동의 범위를 벗어나지 않게 실질적으로 변화되지 않아야 한다. 따라서 버너의 송풍 가스는 최적 버너 작동 조정 상태에서 고융점의 유리를 섬유화 하는데 적절한 온도인 1550~1600℃ 의 온도를 갖는다. 이 온도는 버너의 조정을 약간 변화시켜 여전히 직정 버너 조정에 근접하면서 저용점 유리의 상이한 온도 조건을 만족시킬 수 있도록 예로 1300~1350℃ 까지 낮출 수 있다.

저융점을 갖는 재료로된 필라멘트의 과가열은 송풍 가스에 의해 세장화된 용융물이 고화되기전 세장화(attenuation)영역을 벗어나는 정도로 점도를 감소시켜 표면장력의 영향하에서 여전히 용융된 상태의 섬유는 수득된 광물성 모 매트에서 바람직하지 않은 비섬유화된 입자로 변형된다. 따라서, 1200℃ 또는 그 이하의 낮은 송풍 가스의 온도에서 저융점 유리와 같은 다른 광물성 재료를 섬유화시킬 필요가 있다. 버너 조정을 변화시켜 버너 배출 온도를 이러한 정도로 감소시키는 것은 바람직하지 않은 비적정한 버너 작동 조건에 이른다.

따라서 본 발명의 목적은 적정 작동 상태에서 버너에 의해 생성되는 것보다 실질적으로 더 낮은 송풍 가스온도를 필요로 하는 저융점 광물성 재료를 섬유화시킬 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 방법은 버너의 배출 지역을 환형의 방사상 내부 가열대(hot zone) 및 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 방사상 외부 냉각대(cooling zone)로 분할시켜 수행한다. 구조면에서 본 발명의 목적은 버너 배출구의 외부 주연 벽에 공기와 같은 냉각 가스용 주입 수단을 설치하고, 주입 방향이 주입 지역에서의 버너 가스의 흐름방향과 거의 교차하는 것에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 경우 송풍 가스의 온도는 버너로의 연소물 진입이 감소되는 경우, 또는 냉각 공기가 버너가스와 예비혼합되는 경우에서 처럼 균일하게 감소되지 않는다. 이에 의해 방사상의 내부대가 비교적 고온으로 잔류하며 비냉각된 버너 가스의 온도에서 조차 남아있게 된다. 이 효과는 스피너의 주연 벽에 있는 오리피스 줄의 지역이 액상선 이상의 비교적 고온 또는 유리질 제거 또는 결정화 온도 이상의 온도로 유지시켜 오리피스를 통해 유리의 유동이 가능하게 하기 때문에 바람직하다.

다른 한편, 표면장력의 영향으로 세장화된 섬유를 재료 과립으로 스프링-백 (spring-back)하는 효과를 피하기 위하여 및 온도의 강력한 영향에 의하여 유리의 휘발성 성분, 예를들어 나트륨이 방출하는 것을 방지하기 위하여 세장화된 섬유를 급속히 냉각시켜 이들 섬유를 충분히 고화시키도록하는 것이 바람직하다. 이러한 재료 과립형태의 불량한 섬유 또는 다른 비섬유 형태는 또한 수득된 고아물성 모매트에서 비섬유화된 입자 함량을 증가시킨다. 방사상의 외부 냉각대에서 일어나는 급속한 냉각 효과는 이러한 바람직하지 않은 효과를 피하게 하는 경향이 있다.

더욱이 버너 배출구의 외부 주연 벽을 통해 냉각 가스를 주입하는 것은 재료의 조성을 변화시키는 경우에 버너에서의 어떤 실질적인 재조정 작업도 재기하지 않는다. 예로 고융점의 유리를 섬유화시키는 경우에 냉각 가스의 주입은 간단히 차단할 수 있고, 저융점의 유리를 섬유화시키는 경우에 어떤 필요한 양의 냉각가스도 밸브의 간단한 회전에 의해 주입될 수 있다. 따라서, 섬유화 대상이 되는 어떠한 재료 조성물을 적정하게 조정합은 두드러진 노력없이도 달성될 수 있다.

냉각 가스의 주입 방향이 버너 가스의 흐름 방향과 실질적으로 교차한다는 것은 버너 가스의 동역학적 에너지의 충격 또는 효과의 어떤 감지할 만한 증가를 피하게 한다. 그러므로, 냉각 가스의 진입은 버너 가스에 의해 일어나는 세장화 효과를 감지할 만하게 변화시키지 않아, 냉각 가스의 진입은 상기 면에서 장치의 작동 조건을 변화시키지 않는다. 냉각 가스의 냉각 효과가 광물성 재료의 점도를 증가시키는 경향이 있는 한편, 이는 냉각가스의 도입에 의해 전체 가스 유동의 에너지 함량을 증가시켜 본질적으로 균형을 맞추게 된다. 따라서, 세장화 효과를 포함하는 장치의 작동 조건은 냉각 가스 진입 양의 다소에 관계없이 실질적으로 변화되지 않은 채로 남아 있어 섬유화되는 유리 조성물의 온도 조건에 부합하게 된다.

PCT 94/04469으로부터, 버너 배출구의 방사상 외부의 위치로부터 냉각 가스를 공급하는 추가의 외부 송풍기를 갖는 것이 공지되어 있다. 이 경우에 버너 배출구는 스피너의 상부 외부 림(rim)의 내부 방사 방향에 위치한다. 이러한 배열은 고융점을 갖고, 이 융점에서 지점도를 갖는 경질 유리의 섬유화에 특히 적절하다. 상기 공지된 구체예에서 냉각 공기는 섬유로의 세장화가 완결되는 지점에서, 이 지점에서의 점도를 증가시키기 위하여 스피너의 외부 주변의 송풍 가스의 유동과 교차한다. 송풍기 가스 흐름은 송풍 가스의 흐름과 본질적으로 평행하고, 따라서 혼합 흐름의 충격과 동역학적 에너지를 증가시킨다. 그러나 본 발명에 있어서, 버너 배출구로부터 방사되는 가스는 그의 충격을 감지할 만하게 증가시킴이 없이 특정의 비균일한(inhomogeneous)방법으로 냉각되어 비냉각된 송풍 가스의 온도가 과도하게 높아 비섬유화된 입자를 생성시키는 것에 비교해서 특징적인 온도로 광물성 재료의 섬유화를 가능하게 한다.

종속 특허 청구항들은 본 발명의 장치의 개량 예를 더욱 포함한다.

바람직한 구체예에서, 관통 구멍 형태의 각 오리피스의 직경은 1 내지 3mm, 특히 2mm 정도이다. 이러한 방법으로 냉각 가스가 송풍 가스의 흐름속으로 침입하는 데에 적절한 흐름 조건이 얻어진다.

관통 구멍 형태로 고르게 분포된 연속적인 두 개 오리피스 사이의 거리는 바람직하게는 2 내지 15mm,특히 5 내지 12mm이고, 높은 값은 단일 줄 배열에 바람직하고, 낮은 값은 다중 배열에 적합하며, 상기 거리는 상이한 줄의 엇갈린(staggered) 오리피스 사이에서 측정한다. 두줄 사이의 거리는 전형적으로 2 내지 10mm 이다.

또한, 주입 수단은 적어도 하나의 연속적인 원주 슬릿 형태의 배출구를 포함할 수 있고, 이러한 배열은 슬릿폭을 조정하여 흐름 특성의 보다 손쉬운 조정을 가능하게 한다. 전형적으로 이 슬릿 폭은 0.3mm 내지 1mm이다.

본 발명의 추가의 잇점, 상세한 내용 및 특징은 도면과 관련한 하기 설명으로부터 명백할 것이다.

제 1 도는 본 발명의 장치의 종단면도이다.

제 1a 도는 다른 구체예용의 제 1 도의 상세 확대도이다.

제 1b 도는 제 la 도의 추가의 추가의 변형이다.

제 2 도는 배출구 지역 바로 아래의 버너 배출구 폭을 가로지르는 온도 분포를 나타내는 도면이다.

제 3 도는 원심분리 장치의 스피너 주연 벽의 외부 방사상으로 나타나는 온도 분포를 나타내는 도면이다.

제 1 도에 간단한 방법으로 나타난 장치의 섬유화 부재는 주로 스피너(1), 다수의 방출 오리피스를 갖는 주연벽(2)으로 구성된다. 주연 벽(2)은 모양 때문에 "베일(v eil)"이라고 언급되는 연결 밴드(4)를 통해 플랜지(3)에 연결된다. 도면에 예시되는 바와 같이, 주연 벽(2),베일(4) 및 플랜지(3)은 전체로서 단일의 일체 공간으로 형성된다.

플랜지(3)은 나타난 구체예에서 중공인지지 샤프트(5)상에 탑재되고, 이 캐비티를 통해 용융된 광물성 재료가 공급된다.

지지 샤프트(5) 또는 플랜지(3)조차 또한 "컵" 또는 "바스켓" 이라 보통 언급되는 동심의 분배 수단(6)을 지지한다. 비교적 큰 직경의 비교적 작은 수의 오리피스를 갖춘 주연 벽을 갖는 분배 컵(6)은 스피너의 바닥 벽으로서의 기능을 하고, 용융된 고아물성 물질의 유동을 주연 벽(2)의 내부 원주위에 펼쳐진 다수의 필라멘트로 분리시켜 분배시킨다.

스피너(1)은 다양한 가열 장치 : 무엇보다도 버너에 의한 불충분한 가열 및 스피너(1)의 회전에 의해 흡입되는 상당한 양의 공기에 의해 상당히 냉각되는 주변 공기와의 접촉시의 냉각을 보상하기 위하여 스피너의 바닥 부분을 특히 가열하는 환형의 중간 빈도(frequency) 코일(7) 및 물 냉각되는 환형 외부 버너(8)에 의해 둘러싸여있다. 외부 버너(8)의 주연 벽(9) 및 (10)의 말단은 내부 벽(10)이 스피너의 상부 외부 에지와 대략 같은 높이에게 스피너91)로부터 약간의 거리, 예로 5mm의 크기로 배열된다.

환형 외부 버너(8)은 실질적으로 수직 방향으로 향하고, 따라서 주연 벽(2)을 따라 통과하는 고온 및 고속의 가스 흐름을 발생시킨다. 가스 흐름은 한편으로는 주연 벽(2)의 온도를 가온시키거나 유지하는 기능을 하고, 다른 한편 스펀-오프(spun-off) 용융 광물의 필라멘트를 섬유로 세장화하는데 기여한다.

도면에서 나타난 바와 같이, 외부 버너(8)는 바람직하게는 주목적이 고온 가스 흐름의 방사상 팽창을 제한하고, 그리하여 형성된 섬유가 환형 마그네트와 접촉하게 하는 차거운 공기의 송풍기 링(11)에 의해 보다 큰 방사상 거리에서 둘러 싸인다.

스피너(11)의 외부 가열기는 그의 안쪽에서지지 샤프트(5)의 안쪽에 위치하고 분배 컵(6)의 예비가열 동안 섬유화 부재의 가동상(start-up phase)에 이용되는 내부 환형 버너(12)로 보충된다.

상기 기술된 바와 같은 섬유화 부재의 일반적인 구조는 통상적인 것이다. 본 발명에 따르면, 외부 주연 벽(15)용 냉각 챔버(16)를 함유하는 링 도관은 냉각 공기용의 하부 플리넘 챔버(16)를 수용하도록 분리 벽(15)에 의해 분리된다. 플리넘 챔버(16)는 외부 주연 벽(9)에 있는 일련의 오리피스(17)를 통해 버너 배출구와 유체 연통되어 있다. 오리피스(17)를 통해 냉각 공기, 또는 어떤 그밖의 냉각 가스가 버너 배출구에 들어가고, 거기에서 버너 가스와 혼합된다.

오리피스(17)는 버너 배출구의 버너 가스의 흐름 방향과 교차 방향으로 연장한다. 따라서 버너 배출구로부터 방사되는 송풍 가스의 동역학 에너지는 감지될 정도로 변화되지 않아 세장화 조건이 냉각 공기의 존재 또는 비존재에 의해 감지될 만하게 영향을 받지 않는다.

오리피스(17)의 형태 및 배열은 소정의 경우의 요구 사항에 적합할 수 있다. 도시된 실시예 장치에서 직경이 2mm이고 두 개의 연속적인 오리피스(17) 사이의 거리가 10mm인 한줄의 오리피스(17)가 있다. 스피너 직경이 400mm인 것을 고려할 때, 120개의 오리피스(17)가 링 도관(13)의 전 외주 주위에 한줄로 고르게 분포되어 배열되어 있다.

적절한 경우, 오리피스(17)는 또한 두줄 이상의 줄로 배열될 수 있고, 제 la 도는 상이한 줄의 이웃하는 2mm 오리피스(17) 사이의 상호 거리가 5.5mm인 구체예를 보여준다. 도한 오리피스(17)는 제 lb 도에 나타난 슬릿(18)에 의해 대체될 수 있고, 이 슬릿은 제 lb 도에 도식적으로 도시하고 이중 화살표에 의해 표시된 대로 수직 슬릿의 폭을 조정하는 잇점을 가능하게 한다. 오리피스(17) 또는 슬릿(18)의 이러한 대안적인 배열로, 실제적인 적용의 다양한 요구가 소정의 경우에 쉽게 만족될 수 있다.

제 2 도 및 3 도에서 두 개의 실제적인 구체예로 측정된 온도 분포가 나타난다. 제 2 도가 버너 배출구의 배출 지역 1mm 아래의 높이에서의 온도 분포를 나타내는 반면에, 제 3 도는 버너 배출구의 배출 지역 19mm 아래의 스피너(1)의 주연 벽(2)의 상부 오리피스 높이의 온도 분포를 나타낸다. 제 2 도 및 3 도에서 가로 좌표에 주어진 측정된 방사상 거리는 배출 벽(9)으로부터 측정된다.

온도 분포 곡선 A는 두줄의 오리피스(17)를 갖는 제 la 도에 나타난 구체예에서 측정했고, 반면에 곡선 B는 냉각 가스의 주입없이 측정했다.

곡선 A 및 B는 오히려 설명이 필요없는 것으로 보인다. 제 2 도는 (C)로 표시되는 냉각대에서 좌측에서 온도를 낮추는 냉각 가스의 영향을 보여준다. 제 3 도에 나타난 바와 같이, 스피너(1)의 주변에 근접한 온도는 상승되고, 세장화된 섬유의 빠른 고화를 돕도록 스피너의 바깥쪽으로 수 밀리미터 거리의 냉각대(C)에서 급격히 급격히 떨어진다.

본 발명에 의한 효과는 저융점 유리로부터 섬유를 생산하는 것에 중점을 두어 앞서 설명하였다. 그러나 이들 효과는 버너 온도가 일반적으로 증가되고 이후 오리피스 (17) 또는 슬릿(18)을 통한 냉각 가스의 공급에 의해 냉각되는 경우 고융점의 광물성 재료를 섬유화하는데 또한 명백히 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 스피너(1)의 주연 벽(2)이 작은 직경의 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 상기 오리피스를 통하여 원심분리되어 필라멘트를 형성하는 이 필라멘트가 상기 스피너(1)의 상기 주연 벽(2)을 따라 흐르며 가열하고, 스피너(1)에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너(8)에 의해 발생하는 가스 흐름의 보충적인 세장화 효과를 받는 식으로 용융된 광물성 재료를 스피너(1)에 공급하여 광물성 모를 제조하는 방법에 있어서, 상기 버너(8)의 배출지역이 환형의 방사상 내부 가열대와 실질적으로 보다 낮은 온도의 환형의 외부 냉각대로 분할됨을 특징으로 하여 광물성 모를 제조하는 방법.
2. 스피너(1)의 주연 벽(2)이 작은 직경의 다수의 오리피스를 포함하고, 용융된 광물성 재료가 이 오리피스를 통하여 원심분리되어 필라멘트를 형성하며 이 필라멘트는 상기 스피너(1)의 상기 주연 백(2)을 따라 흐르며 가열하고, 스피너(1)에 동심으로 배열된 동심의 환형 버너(8)에 의해 발생되는 가스 유동의 보충적인 세장화 효과를 받는 식으로 스피너(1)에 의한 내부 원심분리를 이용하여 광물성 재료를 섬유화하는 장치에 있어서, 버너 배출구의 외부 주연 벽(9)에 공기와 같은 냉각 가스용 주입 수단(17,18)이 구비되고, 주입의 방향이 주입 지역에서 버너 가스의 흐름 방향과 실질적으로 교차함을 특징으로 하여 광물성 재료를 섬유화 하는 장치.
3. 제 2항에 있어서, 관통 구멍 형태의 각 오리피스(17)의 직경이 1 내지3mm, 특히 2mm 정도임을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 고르게 분포된 구멍 중 두 개의 연속적인 구멍 사이의 거리가 2내지 15mm, 특히 5내지 12mm임을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 구멍이 이웃하는 줄 사이의 거리가 2 내지 10mm, 바람직하게는 5mm이게 적어도 두줄인 다수의 줄로 배열됨을 특징으로 하는 장치.
6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 주입 수단이 연속적인 원주 슬릿(18)의 형태로 배출구를 포함함을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 슬릿(18)의 폭이 0.3 내지 1mm임을 특징으로 하는 장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 슬릿의 폭이 조정 가능함을 특징으로 하는 장치.