KR100188507B1 - 광물모의 제조방법 및 장치, 및 그것에 의해 제조된 광물모 - Google Patents

Abstract

광물질, 특히 현무암 형태의 광물질은 다수의 오리피스가 있는 주연벽(19)을 가지는 스피너(1')에서 내부 원심분리에 의해 섬유화되는데, 용융물은 이 오리피스를 통해 방출되어 뜨거운 가스 송풍이 오리피스에서 돌출된 용융물 원추를 섬유로 섬세화시키는 환경에 놓인다. 이러한 광물질은 고융점 또는 액상 온도, 및 액상 온도에서 저점도를 갖기 때문에 비섬유화된 입자가 다량 제조된다. 그러나, 놀랍게도 스피너 오리피스에서 돌출된 필라멘트 형성 원추의 대부분이 100 포아즈의 점도에 상응하는 등온선을 교차하거나, 또는 그렇지 않으면 100 포아즈 이상의 점도에 상응하는 온도로 냉각시킨 존에 도달될 수 있도록 스피너 주변에 기체 흐름의 형태 및 원추 길이를 형성시키면, 비섬유화된 입자가 별로 없고 섬유 섬도가 우수한 광물모를 제조할 수 있다.

실제로, 이러한 형태의 기체 흐름은 찬 공기 제트를 만들어 스피너(1')의 주연벽(19) 가까이에 저온 등온선을 형성하는 외부 환상 버너(13)에 보완된 외부 환상 송풍기(24)에 의해 발생되는데, 이때 원추 끝은 냉각 존에 도달시켜 원추 끝의 점도가 증가됨으로써 섬세회되는 필라멘트가 파손되지 못하도록 한다.

Description

광물모(Mineral Wool)의 제조방법 및 장치. 및 그것에 의해 제조된 광물모

본 발명은 고융점 또는 높은 액상온도로 열가소성 광물질로 구성된 광물모를 제조하는 방법, 및 더욱 구체적으로는 용융된 광물질을 소위 내부 원심분리하는 것을 포함하는 섬유화 방법을 이용하는 방법에 관한 것이다. 상기 열가소성 재료는 더욱 구체적으로는 천연 또는 개질된 현무암 물질, 또는 특히 용광로 슬래그(광채)와 같은 철강 공업의 부산물이다. 일반적으로, 본 발명은 특히 절열 및 방음의 분야에서 사용이 광범한 소위 암석모(rock wool)라 하는 광물모를 생산하는데 적용된다.

이러한 재료들은 한편으로는 이들이 저가이고, 다른 한편으로는 그의 특성, 특히 그의 고온에 대한 내성이 우수하기 때문에 선택된다. 그러나 이들의 제조에 있어서는 특이한 문제점이 발생한다. 이들 문제점은 특히 이 원료들이 작용할 수 있는 조건에서 비롯된다.

그들의 높은 용융 온도는 이미 그 자체로 어려움을 나타낸다. 이 용융 온도는 원료물질들이 녹을때까지 가열해야 하는 온도이다. 더욱이 제조공정에 있어서는, 이 온도 이상에서 원료가 섬유로 변하기전에 고형화되지 못하도록 유지시켜야 한다.

글래스모(glass wool) 제조에 주로 사용되는 글래스류와 또다른 특별한 점은 대개 이들 원료는 그의 액상온도에 매우 근접한 온도에서 유동성이 높다는 것이다.

또한 고온을 요하기 때문에, 섬유화될 원료와 접촉하는 장치들은 매우 강력한 부식을 받기 쉽다. 이들 장치의 작동 수명은 통상적인 글래스류에서 조차도 문제점을 나타낸다. 이 문제점은 고온 액성 원료의 경우에 훨씬 더 심각해진다.

종전까지, 상술한 난점들은 단지 특정의 섬유화 기술만이 이들재료에 적용될 수 있음을 의미했다. 여기에서 필수적으로 두 종류의 기술, 즉 용융된 광물질을 원심분리 또는 방사하는 기술, 및 원료를 고정된 노즐을 통해 공급하고, 흔히 초음속까지 가속화시킨 가스 흐름에 의해 섬유상으로 가늘게 만드는 기술(송풍 연신법)이 있다.

고정된 노즐을 이용하는 기술에서는, 용융된 광물질의 통과시에 견딜수 있는 노즐을 사용하는 것이 필요하다. 일반적으로, 이들은 고온에서도 이들의 통과시에 견딜 수 있는 백금 노즐이다. 그러나 각 노즐의 생산능력은 한정되어 있다. 그외에 섬세화(attenuating) 가스 흐름의 사용은 비교적 높은 에너지 비용을 발생한다.

원심분리 또는 방사를 이용하는 기술은 단위당 상당한 생산량을 얻을 수 있다. 이들 기술은 용융된 광물질이 스피너(spinner) 밖에 남아 있다는 것을 표시하기 위해 일반적인 용어로 외부 원심분리(external centrifuging)로 약술된다. 용융 광물질은 디스크의 앞면이나 원통형 로우터 또는 여러개의 원통형 로우터의 주연표면에 적용된다. 이들 기술의 장점은 용융된 광물질과 접촉하여 들어가는 장치 부품들이 간단하다는 것이다. 이와 관련하여, 장치부품 및 특히 스피너 림(spinner rim)은 비교적 저렴하고 따라서 비교적 단시간 간격내에 교체할 수 있다. 총 생산비용중에서 상기 재료가격이 차지하는 비율은 상대적으로 낮다. 따라서 이들 장치부품이 용융된 광물질과의 접촉에 의해 심하게 마모되기 쉽다는 사실은 장애요인이 되지 않는 것으로 판단된다.

외부 원심분리에 의한 광물모 생산에 있어서의 주요 단점은 최종 생산품의 성질이 소위 내부 원심분리에 의해 주로 생산되는 글래스모의 성질보다 열등하다는 것이다.

외부 원심분리에 있어서는 재료가 방사 휠(wheel)로 유입되어 많은 액적으로 유출된다. 섬유는 명백히 유출되는 즉시 스피너의 표면과 그후 섬유를 연신하는 액적 사이에 형성된다. 이러한 섬유화 메카니즘에 있어서, 방사된 물질의 상당 부분이 비섬유화된 입자의 형태로 남게 되는 것은 분명하다. 100㎛이상인 입자 크기의 비율은 프로세스에 충전되는 물질에 대해 40 중량% 정도로 높을 수 있다. 비섬유화된 입자를 분리하기 위해서 여러 가지 방법을 사용할 수 있지만, 최종 광물모는 아무 쓸모없고 특정한 적용에 있어서 매우 큰 방해요인이 되는 입자들을 완전히 제거할 수는 없다.

액적 형성은 외부적 원심분리의 결과뿐 아니라 재료의 유동학적 특성에 따라 달라진다는 것이 지적되어야 한다. 본 발명에 따라 가공된 재료는 일반적으로 단지 액상온도보다 약간 높은 온도에서 조차도 비교적 낮은 점성을 갖는다. 비교적 유동적인 용융된 광물질은 필라멘트가 절단되어 액적이나 비이드(bead)를 형성하는 경향이 있기 때문에 섬유화시키기 어렵다. 그러나 이러한 단점이 제거되지 않는한 어떤 의미로는 외부 원심분리 기술은 이러한 경향에 의존한다.

본 발명의 한가지 필수적인 목적은 비섬유화된 입자가 거의 없이 광물모를 생산할 수 있는 조건, 즉 저점도, 예를들어 액상온도에서 5,000 포아즈 이하의 점도, 및 주로 액상온도에서 3,000 포아즈 또는 1,000 포아즈 미만의 점도 및 상승된 액상온도를 가지는 재료로부터 광물모를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 방법에 의해, 용융 광물질을 주연벽중에 다수의 소직경 오리피스가 있는 스피너 밖으로 방사시킴으로써 상승된 액상 온도, 특히 1,200℃ 이상의 액상 온도를 가지는 광물모를 제조할 수 있는 것으로 나타났는데, 이때 작동시의 스피너 온도는 재료의 결정화로 인해 오리피스를 막을수 있는 온도 이하로 유지되며, 스피너 오리피스에서 돌출된 대부분의 원추 끝(이들의 길이는 상호 다양할 수 있다)이 100 포아즈 또는 바람직하게는 250 내지 300 포아즈의 점도에 상응하는 기체 흐름의 등온선을 교차하거나, 또는 그렇지 않으면 100 포아즈 이상 또는 바람직하게는 250 내지 300 포아즈의 점도에 상응하는 온도로 냉각시킨 존(zone)에 도달될 수 있도록 스피너 주변에 기체 환경을 형성시킨다.

재료를 섬유화시키기 위하여, 스피너의 내부를 결정화시키지 않고, 섬유로 섬세화시킬 수 있는 점도를 가져야 하는 것이 명백히 필요하다. 80,000 포아즈 이상의 점도는 실제로 적어도 공업적 조건하에서 섬유의 섬세화에 대해 극복할 수 없는 장애요인이 되는 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 범위내에서 고려되는 재료에 대해, 80,000 포아즈의 값은 재료가 훨씬 작은 점도에서 무한대 값의 점도로 매우 갑작이 변하기 때문에 실제로 사용할 수는 없다. 이러한 경우에, 점도의 상한값은 재료의 점도 μ가 여전히 소위 하기 보겔-풀세르-탐만(Vogel-Fulchr-Tammann) 식에 따라 행동하는 최저 온도에 상응하는 값이다.

상기식에서, T는 온도(℃)를 나타내고, A, B 및 C는 대상재료의 μ 및 T를 세쌍 측정하여 그 자체가 공지된 방법에 의해 계산되는 대상 재료의 대표적인 상수를 나타낸다. 대부분의 경우에, 고려될 수 있는 이 상한값은 실제로 3,500 또는 심지어 3,000 포아즈(즉, 3.47과 3.54 사이의 1g μ의 값: 이러한 이유로, 1g μ = 3.5에 상응하는 온도가 후술된다)이다.

한편, 재료는 섬유로 섬세화되는 시기에 너무 유동적이어서는 안된다.

100 포아즈 (1g μ = 2) 이하, 및 때때로 심지어 실험적으로 200 내지 320/350 포아즈 (1g μ = 2.3 내지 1g μ = 2.5) 이하의 값에서, 용융된 광물질은 비드 형태로 생성물의 안쪽에 존재하는 액적을 형성할 것이다. 본 발명에 의한 실제적 수행에 있어서, 100 포아즈의 점도에 대해 100 중량 % 미만의 비드율이 관찰되며, 320/350 포아즈 이상의 점도에 대해 5 중량 % 미만의 비드율이 관찰된다. 이 100 포아즈의 한도는 본 발명의 특징을 이루는 것으로 비교적 높은 것이며; 외부 원심분리의 경우에 재료는 수십 포아즈 정도의 낮은 점도에서 작동하며, 상기 언급한 바와 같이 매우 중요한 양의 비드가 형성된다.

재료가 액적으로 분리되는 현상 및 이로인해 생겨나는 100/350 포아즈의 한도는 재료가 스피너의 오리피스를 통과하는 시점에 영향을 주며, 스피너의 외부에서 발생하는, 섬유로 섬세화되는 전 시간동안에 관찰된다. 이로부터 스피너는 너무 뜨거워서 재료의 점도를 지나치게 낮추는 환경에 놓여져서는 안된다는 것을 알 수 있다.

여기에서는, 다음과 같이 재료가 통과하는 네 개의 온도 구역이 고려될 수 있다.

---- 오리피스 내부에 있는 재료의 온도와 동일한 스피너의 온도;

---- 디스크 형태의 스피너 바로 옆에 위치하는 수밀리미터 두께를 가지는 구역에 있는 기체의 온도 (스피너 주위의 경계층으로 표시된다);

---- 수(5 내지 10) 밀리미터의 섬세화 원추 끝으로부터 방사적으로 뻗어 나오는 구역에 있는 기체의 온도 (냉각 구역으로 표시된다);

---- 상기 두 구역 사이의 중간 구역에 있는 기체의 온도 (섬세화 구역으로 표시된다)

본 발명에 따라, 스피너 주위에서 발생하는 기체 흐름의 형태는 섬세화 구역내에서, 주변 온도 따라서 재료의 온도가 적어도 100 포아즈 및 바람직하게는 적어도 250내지 350 포아즈에 상응하도록 배열시킨다.

이러한 온도 프로파일은, 예를들어 주연부 전면에 걸쳐 있는 다공성 스피너 벽을 감싸며 함유된 재료와 배합시에도 이를 변형되지 못하도록 충분히 높은 온도에서 유지시키는 환상(annular) 가열 가스 제트(jet) 또는 송풍(blast) 수단, 및 또한 바람직하게는 주연부 전체에서 가열 송풍을 막아 가열 송풍이 다공성 주연벽의 인접 환경에만 작용하도록 하는 냉각 제트의 수단에 의해 수득할 수 있다. 가열 송풍은 섬유화 단위의 환상 집중식 버너에 의해 발생하며, 냉각 제트는 후술하는 바와 같이 버너에 집중식으로 배열된 송풍기에서 방출된다.

상이한 온도의 제트와 송풍을 혼합한 결과로 섬세화 구역의 경계 위치가 명확하지 않음으로 인해, 섬세화 원추, 또는 적어도 이들의 대부분이 섬세화 구역의 내부에 위치할 수 있도록 그의 전체 길이에 대한 가스 제트가 상호 독립적으로 섬세화 원추 길이에 별개로 영향을 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라, 원추의 길이는 스피너의 오리피스 직경 및/또는 회전 속도에 의해 조정된다.

송풍기에서 방출된 가스 제트는 바람직하게는 예를들어 주변 온도에 가까운 온도이거나, 또는 250℃를 넘지않는 온도로 차가와야 한다. 이러한 상황하에서, 송풍기는 스피너 주위의 가까운 거리, 즉 섬유 섬세화 구역의 내부에서 여전히 찬 기류를 형성한다. 이것은 액적 형성에 대한 표면 장력 비 및 내점성변형 비를 향상시키는 장점을 갖는다. 이들 힘간의 관계는 비차원 함수 μ V 이며, 여기에서 μ는 재료가 오리피스를 빠져 나오는 순간의 점도를 나타내고, V는 속도를 나타내며, σ는 표면 장력을 나타낸다. 방출되는 차거운 제트의 속도에 의해 점도 및 또한 속도에 영향을 미치는 냉각 송풍기로 생성물의 μV를 증가시키면 액적 및 비드의 생성 경향이 감소된다.

변형을 방지하기 위한 충분한 값에서 스피너의 평형값을 유지하기 위하여, 용융 광물질이 이미 상당량의 열원으로 되었다 하더라도 가열이 필요하다.

스피너의 바깥부분에는 특히 스피너 주연벽의 윗부분 가까이에서, 바람직하게는 내부 연소 및 상승된 온도의 환상 기체 흐름을 만들어내는 상기 언급한 바와 같은 환상 외부 버너가 있다. 바람직하게는, 뜨거운 기체 흐름이 스피너의 주연벽을 따라 통과할 뿐 아니라 연결밴드의 일부분, 또는 주연벽을 스피너를 지지축대에 고정시키는데 사용되는 플랜지와 연결시키거나(바닥없는 스피너의 경우), 위의 보강 접관과 연결시키는(바닥벽을 통해 가동되는 스피너의 경우) 튜립(tulip)의 일부분을 감싸도록 함으로써 이러한 부분도 가열되도록 한다.

이러한 목적으로, 보조 버너의 불꽃이 튜립을 향하도록 하여 사용할 수도 있다. 또다른 해결방법은 외부 버너를 주연벽의 윗부분에서 멀리 떨어지도록 배열하여 가스흐름이 스피너에 접근하여 튜립의 관련 부분에 도달하기 전에 이미 다소 팽창시키는 것이다. 그러나, 여기에서 그 거리는 충격 흐름의 정확성이 유지될 정도로 짧아야만 한다. 본 발명의 세 번째 변형예에 따르면 환상 외부 버너가 사용될 수 있는데, 그것의 내부 내부 채널벽 직경은 스피너의 외경보다 작다. 예를들어 이경우에, 뜨거운 기체의 활활 타는 제트(jet)의 한계를 정하기 위해 연장되고 경사진 방출 립(lip)을 지닌 버너가 설치될 수 있다.

또한, 바람직하게는 스피너의 바깥부분에 높거나 또는 종종 중간 높이의 전류 통로에 환상 자석이 장착되어 있는 유도 가열기가 설치된다. 그 자체로서 공지된 바와 같이, 환상 자석은 스피너 바로 밑에 배열되어 거기에 집중할 수 있다. 이러한 두가지 가열장치의 결합은 본래 스피너의 열적 균형에 기여하며, 이러한 가열장치의 효율은 그들이 스피너에 더 가까워질수록 좋아지고, 이런 방법으로 외부 버너는 주로 원심분리기 또는 스피너의 윗부분을 가열하는 반면에 환상 자석은 주로 스피너의 바닥부분을 가열하게 됨을 주목해야 한다. 특히 뜨거운 기체 흐름에 둘러싸인 다른 모든 근처의 금속 부분을 가열하지 않고 주연벽의 윗부분을 가열하는 것이 매우 어려운 것으로 발견되었으므로, 기술된 이중 가열 시스템은 기술적 문제를 제거한다.

이러한 가열장치들간의 또 하나의 중요한 차이점은 스피너 주위의 온도에 대한 영향이다. 유도 가열기는 이점에 대해 실제적인 영향이 없으며, 따라서 조사에 의한 가열을 제외하고는 주위 환경의 가열에 기여하지 않는다. 반면에, 환상 외부 버너의 경우에는, 스피너의 회전 운동에 의해 흡인되는 이차 대기(secondary air)와 고속의 환상 기류가 열 유입을 억제하고는 있지만, 불가피하게 주연부를 상당한 정도로 가열하게 된다. 최적의 섬유 품질, 특히 기계적 저항의 관점에서 볼 때, 섬유가 스피너로부터 방사된 직후에 고열된 환경에 노출되는 것은 바람직하지 못하다. 이러한 견지에서, 환상 외부 버너로부터 빠져나오는 기체의 온도는 제한되는 것이 좋다.

송풍기는 또한 섬유 섬세화에 대해 특정 효과를 나타낸다. 외부 버너의 동일한 작동 조건에서, 송풍기 압력을 증가시키면 섬유의 섬도가 증가된다. 다른 견지에서, 송풍기는 외부 버너의 송풍압을 감소시킴으로써 동일 섬도에서 에너지를 절약한다. 예를들어, 0.5 내지 4 바 및 바람직하게는 1 내지 2 바의 송풍기의 플레늄 압력을 사용하여 우수한 결과를 얻을 수 있다.

이러한 향상된 상태에서도, 외부 가열 장치는 스피너의 열적 평형을 유지하기에 충분하지 않을 수 있다. 그러한 결점은 가열장치를 스피너안에 내장시킴으로써 해결될 수 있다. 이러한 열의 보조적 유입은 발산 내부 버너를 스피너의 지지축을 향해 집중적으로 배열하여 그 불꽃이 주연벽의 내부를 향하게 함으로써 바람직하게 달성된다. 바람직하게는, 연료/공기 비율은 불꽃심이 내벽의 인접부에 위치하도록 함으로써 조정된다. 또한 불꽃 보유수단으로 작용하는 몇 개의 돌기는 튜립의 내벽에서 유리하게 설치된다. 발산 내부 버너는 바람직하게는 그것이 용융 광물질로부터 파생된 것이 아닌한, 계속되는 작동중에 3 내지 15% 사이의 열 유입에 기여한다. 이것은 별로 중용하지 않은 기여인 것으로 보이지만, 놀라운 정확성을 갖고 발생하는 이러한 열유입은 요구되는 위치에 정확히 배열됨으로써 매우 효과적이다.

섬유화중에 이용되는 발산 내부 버너는 선행기술로부터 공지된 중앙 내부버너를 바람직하게 보완하는데, 이 중앙 내부 버너는 시동중에 배타적으로 사용되고 원칙적으로 방사기의 바닥 또는 바닥 대용 분배 수단을 가열하는데 이용되며 보통 컵으로서 또는 좀더 일반적으로 스피너의 중앙지역으로서 인용된다. 중앙 내부 버너는 용융 광물질을 주입하기 전에 컵 또는 바닥을 예열한다. 본 발명에 따라, 중앙 버너는 바람직하게는 불꽃이 수렴되고 스피너 지지축과 분산형 중앙 내부 버너 사이에 배열된 환상버너이다.

초기 단계에서는 외부 가열장치도 또한 사용되는 것으로 이해된다. 필요에 따라, 불꽃 렌스 또는 유사한 장치도 보조 가열장치로 이용될 수 있다. 용융된 광물질의 열투압이 아직 이용될 수 없지만, 중요한 초기 단계에서는 분산형 내부 버너도 물론 이용될 수 있다.

본 발명에 따라 이용가능한 물질은 특히 천연 현무암, 또한 그 성질중 어떤것에 영향을 줄 목적으로 조성물을 현무암에 가하여 수득되는 것과 같은 유사한 조성물, 또는 물질을 배합하여 현무암의 주요 성질, 특히 그들의 열반응 및 일반적으로 1200℃ 이상의 온도에서 녹는 성질을 갖도록 한 것과 같은 조성물이다. 또한 이들은 용광로 광재 또는 소위 암석모의 생산에 사용되는 모든 조성물과 같은 광물 조성물이다.

또한 본 발명에 따른 공정단계는 유리의 라는 용어의 의미를 갖는 조성물에도 적용될 수 있다. 이러한 후자는 그의 용융 온도에 의해 발생하는 난점을 나타내도록 표시한 소위 경질유리이다.

본 발명의 상세한 설명 및 특징은 도면과 관련하여 다음에 구체적으로 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 원심분리 장치(세로 단면 1b) 와 선행 기술에 공지된 원심분리 장치(세로 단면 1a)을 비교하여 도식화한 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 송풍기의 작용성을 나타내는 다이아그램이다.

제3도는 환상 외부 버너의 작용성을 나타내는 등온선을 도식화한 것이다.

제4도 내지 7도는 섬유화 형성 방법을 나타내는 섬유화 원추 및 등온선을 도식화한 것이다.

본 발명은 각각 선행기술 및 본 발명에 따른 섬유화 유니트를 나타내는 제1a도 및 제1b도에 의해 더욱 설명된다.

섬유화 유니트는 프랑스 특허문헌 FR-B1-2443436 호 및 유럽 특허출원 EP-B1-91381 호에 상세히 설명되어 있는 내부 원심분리에 의해 글래스모를 제조하는데 이미 사용되었던 장치로부터 개발되었다. 제1a도에 간단히 도시된 이러한 통상적인 장치는 필수적으로 스피너(1), 많은 방출 오리피스를 가지고 있는 주연벽(2)으로 구성된다. 주연벽(2)은 그의 형상으로 인해 튜립(tulip) 이라 불리우는 연결 밴드(4)를 경유하여 플랜지(3)와 연결된다. 도면에서 도시된 바와같이 주연벽(2), 튜립(4), 및 플랜지(3)는 전체로 보아 하나의 단위부분을 형성한다.

플랜지(3)는 도시된 실시태양에서 구멍이 있는 지지축(5)위에 설치되며, 이 캐비티를 통해 용융 광물질이 공급된다.

지지축(5) 또는 플랜지(3)는 보통 컵(cup) 또는 바스켓(basket)이라고 불리는 집중 분산장치(concentric distributing means)(6)을 지지한다. 비교적 큰 직경과 비교적 적은 수의 오리피스를 가진 주연벽을 구비한 분산컵은 스피너의 하부벽으로 작용하며, 주연벽(2)의 안쪽 경계선 위에 분산하는 방식으로 여러개의 흐름으로 분리시킴으로써 용융 광물질을 분산시킨다.

스피너(1)는 다양한 가열장치에 의해 둘러싸여 있다: 즉 스피너(1)의 회전에 의해 흡입된 상당한 양의 공기에 의해 또한 수냉각된 환형 외부 버너(8)에 의해서 강하게 냉각되는 주변공기와 접촉할 때 냉각시키기 위해 특히 스피너(1)의 바닥부분을 가열하는 유도 히터의 환상 자석(7)에 의해 둘러싸여 있다. 외부 버너(8)의 채널벽(9) 및 (10)의 단부는 스피너(1)로부터 거의 수직 거리 h에서, 예를들면 도면 제1a도의 왼쪽 꼭대기 부분에 간단한 방법으로 스케치하여 도시한 바와같이 5mm 정도로 배열된다.

환상 외부버너(8)은 실제로 수직 하방으로 향해서 주연벽(2)을 따라 통과하는 고온 및 고속 가스 흐름을 발생한다. 가스 흐름은 한편으로는 주연벽(2)의 온도를 유지시키는 작용을 하며, 다른 한편으로는 방사된 용융 광물의 필라멘트를 섬유형태로 섬세화하는 작용을 한다.

도면에 나타낸 바와같이, 외부버너(8)는 바람직하게는 냉풍을 위한 송풍링(11)에 의해 둘러싸여 있는데, 송풍링의 주목적은 뜨거운 가스흐름의 방사상 팽창을 막고, 그것에 의해 형성된 섬유가 환상 자석(7)과 접촉하지 못하도록 하는 것이다.

스피너(1)의 외부 히터들은 지지축(5)의 안쪽에 위치하고 컵(6)을 미리 가열하기 위해 섬유화 공정의 초기 단계에서만 이용되는 내부의 환상 버너(12)에 의해 내측으로 보완된다.

도면 제1b도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 동일 성분으로 되어 있고, 단지 그 차이는 다음에서 설명된다.

가장 큰 차이는 채널벽(14) 및 (15)를 갖는 13으로 도시된 외부버너의 위치와 관계가 있는데 이들의 선단은 더욱 특히는 제 1b 도의 우측 상단면에 상세히 도시된 바와 같이 스피너(1)의 주연벽(19) 위로 거리 d' 부분에 위치한다. 예를들면, 15 내지 30mm 범위 및 특히 20 내지 25mm 범위의 거리 h'가 정확한 양의 가스흐름을 허락하기 때문에 바람직하다. 더구나, 내부 채널벽(14)은 주연벽(19)의 꼭대기 부분의 직경보다 명백히 더 작은 직경을 갖는다. 방출할 때 가스흐름을 안내하기 위해 외부 버너(13)는 서로 직각으로 두 개의 경사 표면(16)과 (17)에 의해 제한된다. 외부 버너(13)로부터 뜨거운 기체의 방사상 팽창과 관련된 문제를 줄이기 위해서, 바깥쪽 경사표면(17)은 단지 안쪽 경사 표면(16)의 길이의 약 반이며 실제로 수직벽(18)에서 끝난다.

벽 (16) 및 (18)은 통상적인 외부버너의 방사 채널벽의 높이와 비슷한 높이에서 끝난다.

이러한 배열의 외부 버너(13)와 함께, 스피너(1')의 주연벽(19) 뿐만 아니라 (20)으로 도시된 튜립도 가열된다. 그러나 가스흐름은 튜립을 따라 올라가서 지지축을 가열해서는 안된다. 이것을 피하기 위해서 환상 돌출부(21) 또는 회전 밀봉과 같은 밀봉 요소로 제공되는 장치가 예를들면 튜립의 높이의 절반 위치에 배치될 수 있는데, 이 위치는 환상 가스 흐름에 의해 가열되는 튜립(20)의 길이를 결정한다.

또한, 송풍기(24)가 외부 버너(13)에 부착된다. 거리 d'(상세한 도면에 도시된 송풍기와 외부 버너의 중앙 방사축을 비교하여 측정한다)는 매우 짧고, 예를들면 10 내지 15mm이다. 송풍기는 제2도에 상세히 도시된다. 이 도면은 실제로 간단한 형태의 외부 스피너벽(19), 본 발명에 따라 변형된 형태의 외부 버너(13) 및 송풍기(24)를 도시한다. 1,300℃ 및 350mm H2O 버너의 동일한 동력압을 위한 세개의 송풍기 플레늄 압력값(0.3 내지 1 및 1.6 바)에 대한 등온선은 주연벽 가까이에 도시되어 있다. 송풍기 압을 증가시키면 등온선은 스피너 벽(19) 쪽으로 더 가까이 이동한다.

한편, 버너 압력을 증가시키면 스피너 주연벽의 모든 등온선은 제3도에 도시된 바와 같이 매우 명백히 이동하며, 이때 버너 압력은 0.3 바의 송풍기 플레늄 압력에 대해 250, 350 내지 450mm H₂O로 변한다.

제2도 및 3도에서, 송풍기가 완전한 수직은 아니지만 스피너의 바닥쪽으로 약간 기울어진 제트를 내보냄을 또한 알수 있다. 주요 결과는 환상 외부 버너의 효과가 주연벽의 상부면 위에 집중되며, 이 동안에 주연벽의 저면에 대한 냉각 효과는 약하다는 것이다. 그러나, 이러한 냉각 효과는 환상 자석으로 가열함으로써 쉽게 보완될 수 있다.

환상 외부 버너에 의해 방출되는 기체를 제한하는 것 이외에도, 송풍기는 스피너에 의해 방사되는 필라멘트의 섬세화에 직접적인 효과를 갖는다. 섬유 섬도화는 뜨거운 기체의 송풍압을 감소시키고, 차거운 송풍기 가스의 압력을 증가시켜 감소된 송풍압을 보상함으로써 유지시킬 수 있다. 송풍기 압력이 올라가면 비드 함량이 상당히 감소될 수 있다.

도면 제1a도와 1b도를 비교해보면 더욱 중요한 차이를 보여 주는데 그것은 중앙 내부 환상 버너(26, 도시되지 않음) 주위에 동심적으로 배치되고, 보통 컵(27, 도시되지 않음)을 가열하는 작용을 하는 제2의 내부 버너(25)가 있다는 점이다. 제2 내부 버너(25)는 주연벽(19) 및 튜립(20)의 내면으로 향하는 분산 불꽃을 갖는 환상 버너이다. 불꽃 보유수단으로서 제공되는 튜립(20) 안쪽위의 돌출부(27)는 불꽃의 배열을 바람직하게 최적화한다.

한편, 컵(27)은 용융 광물질에 의한 급격한 부식을 피하기 위해서, 예를들면 세라믹판 또는 내열성 콘크리트로 구성되어 있는 비교적 두꺼운 벽(28)을 갖고 있다. 그외에, 두꺼운 바닥벽은 열 절연재로서 작용하며, 이것에 의해 스피너의 회전에 의해 유도 또는 흡입된 가스 또는 공기의 흐름 때문에 바닥벽의 안쪽이 냉각되는 것을 막을 수 있다.

하기 조성을 가지는 섬유화되는 재료로 실험을 수행한다(중량 %)

상기 조성물은 하기 보겔-풀셰르-탐만 법에 따라 행동한다 :

조작 조건 및 장치의 특징을 본 명세서의 끝 부분에서 표에 요약하였다.

측정 값은 재료를 공급한지 적어도 15분 후, 스피너 및 컵이 모든 가능한 가열 장치 수단(제 1 시험에서의 분산 내부 버너는 제외된다)에 의해 예열된 후에 측정된 것으로 평형에서의 값에 상응하는 것임을 알아야 한다.

본 시험에 사용된 스피너는 용융 온도 1,380℃, 1,150℃에서 인열 강도130MPa, 각각 1,150℃ 및 1,250℃에서 1,000 시간 후 크리이프 강도 70 또는 55MPa, 1,250℃에서 연성 5%이며, 30%의 크롬을 가지는 니켈을 기본으로 하는 ODS 오오스테나이트 합금으로 이루어진다.

표에서, 외부 버너(13)의 플레늄 압력은 H₂O mm로 주어진다. 버너의 유량(IB는 내부 버너를 나타낸다)은 시간당 표준화한 m²이다.

생성된 섬유의 품질에 대해, F/5g의 값은 마이크로네어(Micronaire)에 상응한다. 마이크로네어는 섬유의 섬도를 특정화하는 표준 방법이다. 예를들어, 주요 기준이 내열성인 글래스모의 소위 내광 생성물(40 kg/m³미만의 밀도를 가지는 압연 생성물)은 때때로 3 마이크로네어의 섬유를 기본으로 하는 반면에, 상당한 기계적 저항성을 요하는 중질 생성물은 4 마이크로네어를 가지는 섬유를 기본으로 한다.

가장 좋은 결과는 1,260 내지 1,270℃ 부근의 스피너 온도(이 조성물에 대해, 점도는 1,300℃ 내지 1,216℃에서 350 내지 1,000이다)에서 얻어지며; 따라서 상기 온도는 섬유화의 범위내에 맞는다.

상이한 열 공급원을 조절함으로써, 특히 내부 버너를 비교적 큰 기체 유량(어쨌든 외부 버너에 대한 유량의 1/10 정도)으로 진행시키고, 환상 자석에 큰 전력을 공급하고, 송풍기에 다소 높은 압력을 걸어줌으로써 가장 좋은 결과를 얻을수 있다.

비드 형성의 현상을 더욱 잘 이해하기 위하여, 유리 온도 및 송풍기 플레늄 압력을 상호 독립적으로 다양하게 변형시키고, 각각의 형태의 섬유 형성 원추 및 기체 흐름의 등온선을 여러개의 오리피스 열에 대해 도시하였다.

이후 표에 실험실 조건 및 수득한 섬유의 특성을 기재하였다.

제4도 내지 7도는 용융물 스트림의 두온도(하나는 냉각 용융물(제5도 및 7도)에 상응하고, 나머지 하나는 가열 용융물(제4도 및 6도)에 상응한다).

및 0.3 바(제4도 및 제5도) 및 1.6 바(제6도 7도)의 송풍기 플레늄 압력에서 800-1, 000-1, 300-1, 400-1, 500에 대한 등온선의 위치 및 섬유화 원추의 형태를 나타낸다.

이들 상이한 형태에 대한 비섬유화된 입자의 함량을 조사하면서, 매번 상열의 원추의 다수가 100 포아즈에 상응하는 등온선(1,400℃) 이상의 온도를 가지는 기체 흐름에 의해 완전히 뒤덮이고, 상당수의 비드가 형성됨을 발견하였다.

도면, 특히 제2도 내지 제7도는 구조 및 기능을 상세히 나타내고 있다.

따라서, 버너 13 및 송풍기 24의 배열과 주변 기체에서의 온도 분포 및 원추의 형태에 대해서는 보충적으로 특히 도면을 참조하면 된다. 제2도 내지 제7도는 각각 제2도 내지 7도에서 일점쇄선으로 나타낸 바와같이 주변온도에서의 주연벽 19의 위치 및 스피너의 가온 상태에서의 스피너 1' 의 주연벽 19의 위치를 나타낸다.

본 발명의 원리를 이용하는 경우에, 본 발명과 동일한 날짜에 동일 출원인 또는 양도인에 의해 출원된 함께 계류중인 광물모의 제조방법 및 그곳에 의해 제조된 광물모(본 발명의 참고문헌으로 인용된다)의 대상과 병행하는 경우에 특히 유리하다.

Claims (15)

1. 직경이 작은 다수의 오리피스를 포함하는 주연벽을 구비한 스피너에 용융된 광물질을 주입하고, 용융된 광물질을 이 오리피스를 통해 원심분리하여 필라멘트를 형성하고, 스피너의 주연벽을 따라 흐르며 가열되고, 상기 스피너에 동심으로 배열된 환상의 외부 버너에 의해 발생하는 가스 흐름을 추가로 섬세화시키며, 여기에서 스피너 오리피스에서 교차하거나, 또는 그렇지 않으면 100 포아즈의 점도에 상응하는 등온선을 교차하거나, 또는 그렇지 않으면 100 포아즈 이상의 점도에 상응하는 온도로 냉각시킨 존에 도달될 수 있도록 스피너 주변에 기체 흐름의 형태 및 원추 길이를 형성시킴을 특징으로 하는 상승된 액상 온도에서 고유동성이고, 5,000 포아즈 미만의 점도를 가지는 물질의 광물모를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 스피너 오리피스에서 돌출된 필라멘트 형성 원추의 대부분이 250 내지 300 포아즈의 점도에 상응하는 등온선을 교차하거나, 또는 그렇지 않으면 250 내지 300 포아즈의 점도에 상응하는 온도로 냉각시킨 존에 도달될 수 있도록 스피너 주변에 기체 흐름의 형태를 형성시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원추의 길이가 용융된 광물질의 배출을 위한 오리피스의 직경 및/또는 스피너의 회전 속도를 변형시켜 조정되는 방법.
4. 제1항 또는 2 항에 있어서, 스피너 오리피스내에 있는 용융된 광물질의 점도가 100 포아즈 이상인 방법.
5. 제1항 또는 2 항에 있어서, 환상 외부 버너가 250℃ 미만의 온도를 가지는 공기 흐름을 내보내는 송풍기에 의해 보완되는 방법.
6. 제5항에 있어서, 제1항 또는 2항에 있어서, 송풍기의 효과가 0.5 내지 4 바의 범위에서 선택되는 플레늄 압력에 의해 조정되는 방법.
7. 스피너의 주연벽이 직경이 작은 다수의 오리피스를 포함하고 용융된 광물질이 이 오리피스를 통해 원심분리되어 필라멘트를 형성하며, 스피너의 주연벽을 따라 흐르며 가열되고, 상기 스피너에 동심으로 배열된 환상의 외부 버너에 의해 발생하는 가스 흐름을 추가로 섬세화시킬 수 있으며, 환상 외부 송풍기(24)가 상기의 환상 외부 버너(13)에 추가됨을 특징으로 하는 내부 원심분리에 의한 섬유화 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 환상의 외부 버너(13)가 상기 스피너(1')의 주연벽(19)위에 15 내지 20 mm의 거리(h')를 두고 배열되는 장치.
9. 제8항에 있어서, 환상 외부 버너(13)가 상기 스피너(1')의 주연벽(19)의 상부측면의 직경보다 작은 직경을 가지는 방사상 내부 방출 채널벽(14)을 포함하는 장치.
10. 제7항 내지 9 항 중의 어느 하나에 있어서, 환상 외부 버너(13)가 뜨거운 가스의 플레어 방출 흐름을 한계짓는 경사벽(16,17)에 의해 연장되는 열가스 흐름용 방출 채널벽(14,15)을 포함하는 장치.
11. 제1항의 방법에 의해 수득된 광물모로 제조된 매트.
12. 제1항 또는 2 항에 있어서, 스피너 오리피스내에 있는 용융된 광물질의 점도가 350 포아즈 이상인 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 용융된 광물질이 1200℃에서 고유동성인 방법.
14. 제5항에 있어서, 송풍기의 효과가 1 내지 2 바의 범위에서 선택되는 플레늄 압력에 의해 조정되는 방법.
15. 제8항에 있어서, 환상 외부 버너(13)가 상기 스피너(1')의 주연벽(19)의 상부측면의 직경보다 작은 직경을 가지는 방사상 내부 및 또한 방사상 외부 방출 채널벽(14)을 포함하는 장치.