KR102117863B1

KR102117863B1 - 슬래그 및 석분을 함유하는 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법.

Info

Publication number: KR102117863B1
Application number: KR1020190156304A
Authority: KR
Inventors: 이해식; 안현구
Original assignee: 해원엠에스씨(주); 이해식
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-29

Abstract

본 발명은 고강도 대리석 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 슬래그 및 화강암, 편마암, 현무암, 석회암, 백운석, 맥반석, 오석, 장석, 백운모, 흑운모, 흑연, 사암, 활석, 각섬석, 사문암, 규석, 청석, 맥섬석에서 선택된 2종 이상의 석분을 혼합하여 세라믹 혼합물을 제조하는 단계; 상기 세라믹 혼합물을 고형화하여 펠릿을 제조하는 단계; 상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계; 상기 용융된 소재 및 무기계 채색 안료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계; 상기 압축성형된 대리석 패널을 풀림 열처리하는 단계; 상기 풀림 열처리된 대리석 패널을 냉각하는 단계; 상기 냉각 처리된 대리석 패널을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 대리석 패널을 표면연삭하는 단계; 상기 표면연삭된 대리석 패널을 절단하고 절단면을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬래그 및 석분을 함유하는 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법.{MARBLE PANEL COMPRISING SLAG AND STONE POWDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 슬래그 및 석분을 함유하는 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 제철소 폐기물인 슬래그와 석재 가공 폐기물인 석분 2종 이상을 함유함으로써 불연성능 및 내후성, 내수성, 친환경성이 우수한 라돈프리 (Radon-Free) 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

석재가공 과정에 발생하는 석분은 폐기물로 매립처리를 하는 것이 대부분이나, 이를 용융에 의한 섬유화나 결정화를 통해 건축용 재료로 재활용하는 기술이 개발되고 있다.

또한, 제철 및 제강 과정에서 발생하는 슬래그는 크게 고로 슬래그와 제강 슬래그로 분류된다. 고로 슬래그는 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물로 철광석, 코크스, 석회석의 회분에 존재하는 SiO₂와 Al₂O₃ 등이 고온에서 석회와 반응하여 생성되며 시멘트와 유사한 성분으로 이루어진다. 냉각방식에 따라 수재 슬래그와 괴재 슬래그로 구분되는데, 연간 1,300만 톤 이상 발생하고 있다. 제강 슬래그는 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소 성분 등을 제거하는 공정에서 발생하는 것으로 전로 슬래그와 전기로 슬래그로 구분되는데, 연간 1,000만 톤 이상 발생하고 있다.

이와 같이 대부분 폐기처분되어지는 석분과 슬래그에 대한 다양한 재활용방안이 요구되고 있다.

일반적으로 광물의 용융을 위한 용융로는 큐폴라로 또는 전기로를 이용한다. 큐폴라로의 경우 대형화가 가능하여 생산성이 높지만 열원으로 코크스를 사용하기 때문에 용융 시 이산화탄소와 같은 온실가스를 발생시켜 환경오염의 문제가 있고 로내 온도 제어가 어려운 문제점이 있다. 또한, 전기로의 경우 생산성은 떨어지지만 온실가스의 배출을 대폭 저감시킬 수 있고, 로내 온도 제어가 용이하며, 1,700℃ 이상의 고온 조건을 만들 수 있어 용융물의 균질도를 향상시키고 섬유 품질을 안정화시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 무기질 재료의 용융 공정에서 요구되는 1,700℃ 이상의 고온은 생산단가를 상승시켜 제품화에 걸림돌이 되고 있다.

일반적으로 석재 등을 이용하여 인조대리석이나 타일을 제조할 때에는 대한민국 등록특허공보 10-0882087호, 10-1025443호, 10-1566547호 등에서와 같이 슬래그나 석분 슬러지와 생석회나 열경화성수지 등의 혼합물을 제조한 후 용융공정이 없이 200℃ 이하에서 경화하여 성형체를 제조하므로 불연 성능을 나타내기 어려워 불연 제품으로는 적용할 수 없다. 대한민국 공개특허공보 10-2004-0016323호에서와 같이 석분과 세라믹 재료를 1,300~1,600℃에서 용융시킨 후 냉각한 소재를 분쇄하여 플라스틱수지와 혼합한 후 150℃ 이하에서 경화한 후 도자기유약을 발라 1,000~1,300℃의 소성 공정을 통하여 패널이 제조되므로 이 소재는 강도는 높으나 친환경성이 부족하다.

일반적으로 건축 내외장재로 천연석, 인조석, 타일을 사용하는데, 천연석은 외관이 뛰어나 마감재로 다양하게 사용되고 있으나, 라돈 가스 방출의 위험과 단가가 높아 상대적으로 저렴한 인조석이나 타일을 제조하여 사용하는 경우가 많다. 인조석은 수지나 시멘트를 혼합하여 경화시켜 성형한 소재로 천연석보다 저렴하며 가볍고 색상과 질감의 다양한 연출이 가능하지만 내열성과 내약품성이 부족하고 재활용이 불가한 단점이 있다. 타일은 점토질을 고온 소성한 소재로 세라믹 등을 코팅하여 내열성과 내후성 등이 뛰어나지만 충격강도가 약하고 크기에 제한이 있으며 음식물 등에 표면오염 시 제거가 어렵고 의장면과 절단면의 색상이 상이한 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0882087호 대한민국 등록특허공보 10-1025443호 대한민국 등록특허공보 10-1566547호 대한민국 공개특허공보 10-2004-0016323호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 슬래그 및 석분을 포함하는 소재를 재활용하여 수지를 혼합하는 인조석과 천연석을 대체할 수 있는, 조직이 치밀하고 색상의 변화가 없어 강도와 내수성, 내후성, 내식성, 내약품성 등이 우수한 라돈프리의 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 폐기물인 상기 슬래그 및 석분의 혼합물을 용융시켜 결정화하여 소재를 연속으로 제조하므로 제조비용도 감소시킬 수 있고, 불연성능이 뛰어나며 라돈가스의 방출이 없는 친환경 소재인 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 슬래그 및 석분의 용융물을 경화하기 위한 수단으로 수지를 첨가하지 않으며, 절단 등 생산 공정에서 형성된 고체 분말을 회수하여 용융로에 투입하여 재사용하기에 경제적이고 생산폐기물이 발생하지 않는 친환경적인 고강도 대리석 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고강도 대리석 패널의 제조방법은 슬래그 및 화강암, 편마암, 현무암, 석회암, 백운석, 맥반석, 오석, 장석, 백운모, 흑운모, 흑연, 사암, 활석, 각섬석, 사문암, 규석, 청석, 맥섬석에서 선택된 2종 이상의 석분을 혼합하여 세라믹 혼합물을 제조하는 단계; 상기 세라믹 혼합물을 고형화하여 펠릿을 제조하는 단계; 상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계; 상기 용융된 소재 및 무기계 채색 안료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계; 상기 압축성형된 대리석 패널을 풀림 열처리하는 단계; 상기 풀림 열처리된 대리석 패널을 냉각하는 단계; 상기 냉각 처리된 대리석 패널을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 대리석 패널을 표면연삭하는 단계; 상기 표면연삭된 대리석 패널을 절단하고 절단면을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 세라믹 혼합물을 제조하는 단계에서 슬래그 및 석분 혼합물은 3:7 내지 5:5의 중량비로 혼합될 수 있다.

또한, 상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계에서 세라믹 혼합물의 펠릿을 용융로 투입하기 전에 800 내지 900℃의 온도로 예열하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계에서 다단의 압연 롤러로 연속 압축하여 패널을 성형하면서 1,150℃ 이상의 온도에서 950 내지 990℃의 온도까지 430 내지 500초의 강온속도로 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 풀림 열처리하는 단계에서 950℃ 이상의 온도에서 850 내지 900℃의 온도까지 510 내지 650초의 강온속도로 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 냉각하는 단계에서 850℃ 이상의 온도에서 700 내지 750℃의 온도까지 85 내지 100초의 강온속도로 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 결정화하는 단계에서 700℃ 이상의 온도에서 830 내지 880℃의 온도까지 85 내지 100초의 승온속도로 가열한 후, 830 내지 880℃의 온도에서 350 내지 400초 동안 유지한 후, 상기 유지하는 온도에서 700 내지 750℃의 온도까지 85 내지 100초의 강온속도로 냉각시킬 수 있다.

본 발명에 따른 대리석 패널은 상기 대리석 패널의 제조방법에 의해 제조된 것으로서, 두께가 3 내지 30㎜이며, 압축강도가 300MPa 이상이며, 밀도가 2,600 내지 2,950㎏/㎥인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 대리석 패널은 폐기물인 슬래그 및 석분을 포함하는 소재를 활용하여 제조된 것으로서, 불연성, 내후성, 내식성, 친환경성이 우수한 성능을 나타낸다.

또한, 폐기물인 슬래그와 석분을 포함하는 세라믹 혼합물을 용융시켜 고강도 대리석 패널을 대량생산하기 때문에 자원 재활용과 낮은 제조원가의 생산이 가능한 효과를 나타낸다.

또한, 유해물질을 배출하지 않아 인체에 무해한 친환경 건축자재로 사용할 수 있고, 고가의 천연대리석과 타일에 대한 수입대체 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 대리석 패널의 제조방법은 생산 공정의 연속화가 가능하여 패널의 대형화를 할 수 있으므로, 크기에 따른 가격편차가 심하고 가공과 제조가 어려운 천연대리석과 타일의 단점을 해소할 수 있다.

또한, 상기 폐기물 소재를 재활용하여 매립에 소요되는 비용을 절감하고, 환경을 개선할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 대리석 패널(a), 천연대리석 패널(b), 인조대리석 패널(c) 및 세라믹 타일(d)의 단면을 비교한 사진이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 고강도 대리석 패널은 슬래그 및 화강암, 편마암, 현무암, 석회암, 백운석, 맥반석, 오석, 장석, 백운모, 흑운모, 흑연, 사암, 활석, 각섬석, 사문암, 규석, 청석, 맥섬석 등에서 선택된 2종 이상의 석분을 혼합하여 세라믹 혼합물을 제조하는 단계; 상기 세라믹 혼합물을 고형화하여 펠릿을 제조하는 단계; 상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계; 상기 용융된 소재 및 무기계 채색 안료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계; 상기 압축성형된 대리석 패널을 풀림 열처리하는 단계; 상기 풀림 열처리된 대리석 패널을 냉각하는 단계; 상기 냉각 처리된 대리석 패널을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 대리석 패널을 표면연삭하는 단계; 상기 표면연삭된 대리석 패널을 절단하고 절단면을 연마하고 모따기 가공을 하는 단계를 거쳐 제조된다.

또한, 폐기물 슬래그와 2종 이상의 석분을 혼합한 후 펠릿을 제조하여 이를 800 내지 900℃의 온도에서 예열하고, 1,300 내지 1,400℃의 온도에서 용융하는 공정을 통해 용융한 후 950 내지 1,200℃에서 압축성형하고, 이를 700 내지 900℃에서 열처리한 후 결정화함으로써 수행되는 것이다. 또한, 상기 용융한 후 성형하는 과정에서 혼합물 100 중량%에 대하여 무기계 채색안료 3 내지 15 중량%를 첨가함으로써 상기 대리석 패널에 다양한 색상이나 마블형상을 구현할 수도 있다. 또한, 제조된 대리석 패널의 표면에 다양한 표면가공(Polishing)을 하여 표면광택을 조절하고 다양한 엠보 디자인을 구현할 수도 있다.

본 발명의 제조방법을 통해 제조된 대리석 패널은 다양한 용도에 적용할 수 있으며, 예를 들어, 건축용 벽체나 바닥재, 가구나 가전 등의 마감재로도 사용될 수 있다. 이때, 적용하고자 하는 분야에 요구되는 특성은 소재 표면의 강도, 내식성, 내화학성, 항균성, 불연성, 미려한 외관 등을 들 수 있는데, 섬유화를 통한 패널의 저밀도화로 인하여 통상적인 제조공정으로는 상기 요구되는 물성을 충족시키기 어려운 문제점이 있다.

패널의 물성의 향상을 위하여 석분의 함량을 줄이고 폐기물 슬래그의 함량을 늘이거나 합성수지와 같은 소재를 다량 배합하고, 이를 소성방식으로 제조할 수도 있다. 그러나 이러한 방법으로는 패널의 강도 및 내식성, 불연성, 친환경성 등이 불충분하다. 따라서 본 발명에서는 상기 석분 혼합물과 폐기물 슬래그를 혼합한 세라믹 혼합물을 800 내지 900℃의 온도에서 예열하고, 1,300 내지 1,400℃의 온도에서 용융하여 압착성형한 후 결정화하는 공정을 수행함으로써 재료의 강도 및 내식성, 불연성, 친환경성을 확보하게 된다.

상기 석분으로는 화강암, 편마암, 현무암, 석회암, 백운석, 맥반석, 오석, 장석, 백운모, 흑운모, 흑연, 사암, 활석, 각섬석, 사문암, 규석, 청석, 맥섬석 등에서 선택된 2종 이상의 석분을 선택하여 혼합한 혼합물을 사용하는데, 석분의 종류와 적절한 비율을 통해 고강도 대리석 패널에 함유되는 세라믹 조성을 조절할 수 있기에 이를 통해 원하는 물성을 달성할 수 있게 된다. 바람직하게는, 화강암이나 편마암과 백운석을 혼합할 수 있는데, 이러한 석분의 혼합을 통해 상대적으로 융점이 낮은 산화칼슘, 산화마그네슘의 함량을 적정한 수준으로 유지하도록 하여 상대적으로 저온에서도 섬유화가 가능하도록 하고 있다. 1종의 석분으로도 용융할 소재를 제조할 수는 있으나, 용융온도를 낮추기에 적합한 조성을 얻기 어려운 문제가 있으며, 소재의 표면과 다양한 색상을 연출하여야 하므로, 2종 이상의 석분을 조합하여 사용하게 된다.

또한, 상기 슬래그로는 각종 공정에서 발생하는 부산물을 활용하며, 이러한 슬래그의 예로는 제철 슬래그, 고로 슬래그 등을 들 수 있다. 상기 폐기물 슬래그와 석분 혼합물을 혼합한 세라믹 혼합물 전체에서 상기 산화칼슘과 산화마그네슘이 각각 20 내지 30 중량%, 5 내지 10 중량%가 되도록 할 때 1,400℃ 이하에서 충분히 용융이 가능한 것으로 나타났다. 이는 종래기술인 대한민국 등록특허 10-0208872호에서도 석분을 함유하는 조성물에서 산화칼슘 8 내지 20 중량%, 산화마그네슘 1 내지 9 중량%의 함량을 가짐으로써 1,225℃ 이하에서 액화된다는 기재로부터도 알 수 있는 것이다. 특히, 산화마그네슘의 함량이 증가되면 용융 공정에서의 온도를 1,350℃ 이하로 낮출 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 상기 슬래그 및 석분 혼합물은 3:7 내지 5:5의 중량비로 배합하는 것이 바람직한데, 상기 배합 범위에서 강도와 내열성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 상기 슬래그 및 석분 혼합물을 용융하기 전 이를 펠릿 형태로 고형화할 수 있는데, 이 경우 고형화 공정과 투입 공정, 용융 공정의 효율을 감안하여 20 내지 30㎜의 크기로 펠릿을 제조하는 것이 바람직하다.

상기 슬래그 및 석분 혼합물의 펠릿 형태인 세라믹 혼합물은 용융 공정에서 세라믹 혼합물 내 잔류가스의 제거와 용융 효율을 향상하기 위하여 800 내지 900℃로 예열하고, 전기로에 투입되어 1,300 내지 1,400℃에서 용융하여 용융물을 제조하는 작업이 수행될 수 있다.

상기 용융물은 보온 및 교반 구간을 거쳐 성형체의 재료를 얻을 수 있으며 보온 및 교반 구간에서 상기 무기계 채색 안료 3 내지 15 중량%를 첨가하는 공정을 수행할 수 있다. 상기 첨가 공정은 1,150 내지 1,300℃에서 수행할 수 있는데, 상기 혼합물의 온도가 1,150℃ 보다 낮으면 무기계 채색 안료가 고르게 배합되지 않을 수도 있다.

상기 보온 및 교반 공정을 마친 혼합물은 압축성형 공정에서 고온의 용융물을 성형틀에 투입하고 다단의 롤로 구성된 압연설비로 연속 압축하여 패널의 모양을 형성하게 된다. 상기 압축성형 공정으로 패널의 두께 조정과 내부 기공 제거, 밀도 균일화를 수행하게 된다. 또한, 1,150℃ 이상의 성형물의 온도를 950 내지는 990℃까지 냉각시키되, 목표 온도까지 430 내지 500초 내에 도달하도록 강온할 수 있다. 또한, 상기 압축성형 공정에서는 성형하기 위하여 별도의 첨가제를 사용하지 않기에 친환경적인 패널의 제조가 가능하게 된다.

상기 압축성형된 패널은 풀림 열처리 공정을 진행하여 압축성형에 의한 잔류응력을 없애고, 균열을 방지하며, 조밀구조를 형성하게 되는데, 열처리 온도의 범위는 시작온도 950 내지 990℃에서 목표온도 850 내지 900℃까지 강온하는데, 목표 온도까지 도달하는 시간을 510 내지 650초로 할 수 있다. 바람직하게는, 열처리 목표온도 860 내지 890℃까지 하향하는데 550 내지 600초 만에 목표 온도에 도달하도록 분당 9 내지 10℃의 속도로 강온하는 열처리 공정이 수행될 수 있다.

상기 풀림 열처리된 패널은 냉각 공정을 진행하여 패널의 강도를 높이게 되는데, 냉각수를 이용하여 패널의 온도를 700 내지 750℃까지 강온하는데, 강온 속도는 목표 온도까지 85 내지 100초가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 냉각된 패널은 2차 열처리 공정을 진행하여 급격한 냉각에 의한 재료의 물성이 변화하는 것을 방지하고, 내부의 결정이 고르게 성장하여 균질의 결정체를 형성하게 한다. 상기 2차 열처리 공정은 온도구간이 3단계로 구성될 수 있다. 1단계는 시작온도 700 내지 750℃에서 목표온도 830 내지 880℃까지 승온하는데 85 내지 100초 동안 분당 77 내지 93℃의 승온속도로 진행될 수 있고, 2단계는 1단계 목표온도 830 내지 880℃에서 350 내지 400초 동안 유지하며 진행될 수 있고, 3단계는 목표온도 700 내지는 750℃까지 강온하는데 85 내지 100초 동안 분당 77 내지 93℃의 강온속도로 진행될 수 있다. 상기 3단계 구간의 강온 시 패널 표면에 온도 60℃ 이상의 냉각수를 분무하여 냉각하도록 수행될 수 있다.

상기 2차 열처리된 패널은 표면처리 공정을 진행할 수 있는데, 연마기를 통한 표면가공으로 고강도 대리석 패널의 표면광택을 조정하고, 평활도를 개선하고, 다양한 질감을 구현할 수 있다. 상기 표면처리 공정 시 마찰에 의한 열 발생을 방지하고 패널의 냉각을 위하여 연마액을 분사하며, 이의 세척과 패널의 냉각을 위하여 물을 분사하는 작업이 수행될 수 있다. 이후 상온의 공기 중에서 자연적으로 온도를 하향하는 자연냉각 공정이 수행될 수 있다.

상기 표면처리된 패널은 절단 공정을 통해 원하는 다양한 규격으로 절단 가공을 수행할 수 있으며, 상기 패널의 크기 범위는 폭의 경우 300 내지 1,300㎜, 길이의 경우 300 내지 5,000㎜로 다양하게 절단하여 제품화할 수 있다.

일반적으로, 건축용 천연석재의 경우는 휨강도 13MPa, 압축강도 214MPa 이하의 값을 갖고 있고, 고강도 타일의 경우는 휨강도 45MPa, 압축강도 300MPa 이하의 값을 갖고 있다. 이와 달리 고강도 패널의 경우 휨강도가 50MPa 이상, 압축강도가 300MPa 이상이어야 하는데, 본 발명에 따른 고강도 대리석 패널의 경우는 후술한 바와 같이 휨강도가 57MPa, 평균 압축강도가 358MPa을 나타내어 천연석재와 고강도 타일과 비교하여도 높은 강도를 나타내었다.

또한, 일반적으로 사용되는 건축소재와 절단면을 비교하였다. 본 발명의 소재의 경우 겉과 속이 동일하게 기공이 없고 밀도가 균일하여 흡수성이 매우 낮게 나타내고 있으며, 천연석재의 경우 겉과 속은 동일하나 밀도가 균일하지 않고 자연 단열 흔적이 있으며 기공이 많아 흡수성이 높은 단점을 나타내고, 인조석재의 경우는 접착수지와 혼합하여 물리적 압축으로 제작하여 화재 발생 시 유해물질을 배출하고 재활용이 안되기 때문에 친환경적이지 못하고, 타일의 경우는 겉과 속이 다르며 다공질로 흡수성이 높고 대형화가 어려운 단점을 나타낸다.

본 발명에 따른 대리석 패널(a), 천연대리석 패널(b), 인조대리석 패널(c) 및 세라믹 타일(d)의 단면을 비교하면, 도 1에 도시된 바와 같다. 본 발명의 대리석 패널은 천연대리석, 인조대리석 및 통상적인 세라믹 타일과 비교해 보아도 단면이 매끄럽고 표면 거칠기가 낮은 것으로 나타나 혼합된 재료가 균질하게 분포하며 성형체를 형성하는 것을 알 수 있다.

일 실시예에서 화강암 석분 70 중량% 및 백운석 석분 30 중량%를 혼합하여 석분 혼합물을 제조하고, 상기 석분 혼합물 60 중량% 및 슬래그 분말 40 중량%를 혼합하여 세라믹 혼합물을 제조하였다. 상기 제조된 세라믹 혼합물을 펠릿 제조기에 투입하여 20 내지 30㎜ 크기의 펠릿을 제조하였다.

상기 펠릿을 예열구간에서 800℃ 이상으로 예열하고 전기로에 투입하여 1,350℃에서 용융한 후 상기 용융물을 성형틀에 투입하여 다단의 압연 롤러로 압축성형 공정을 진행하였다. 성형된 패널은 밀도가 2,850㎏/㎥인 것으로 나타나 천연석재와 비교하여 동등 이상인 것으로 나타났다.

상기 성형된 소재를 열처리로에서 상술한 조건에 따라 단계적으로 열처리 공정을 진행한 후 냉각하여 고강도 대리석 패널을 제조하였다.

먼저 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계에서는 세라믹 혼합물의 펠릿을 용융로 투입하기 전에 850℃의 온도로 예열하였으며, 상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계에서는 다단의 압연 롤러로 연속 압축하여 패널을 성형하면서 1,200℃에서 960℃까지 490초의 강온속도로 냉각하였다.

또한, 풀림 열처리하는 단계에서는 960℃의 온도에서 860℃까지 580초의 강온속도로 냉각시켰으며, 냉각하는 단계에서는 860℃의 온도에서 740℃까지 92초의 강온속도로 냉각시켰다.

또한, 결정화하는 단계에서는 740℃에서 860℃까지 92초의 승온속도로 가열한 후, 860℃에서 380초 동안 유지한 후, 상기 860℃에서 740℃의 온도까지 92초의 강온속도로 냉각시켰다.

이와 같이 제조된 패널을 500×500㎜ 크기로 절단한 시편(패널 1)에 대하여 다양한 시험평가를 실시하였다.

강도 시험은 KS L 1601의 단일체 세라믹스의 상온 압축 강도 시험방법에 따라 압축강도를 측정하였으며, KS F 2407의 콘크리트의 휨 강도 시험 방법에 따라 실시하였으며, 4회 강도 시험에 따른 평균값을 구하였다. 그 결과 압축강도가 358MPa, 휨강도가 57MPa의 값을 나타내어 고강도의 패널을 제조할 수 있음을 확인하였다.

불연성 시험은 KS F ISO 1182에 의거하여 수행하였다. 750℃ 가열 개시 후 20분간 측정하였으며 최고온도와 최종평형온도와의 차이가 20℃ 이하이며 질량 감소율이 30% 이하여야 한다. 시험결과 본 발명의 고강도 대리석 패널에 대하여 최고온도와 최종평형온도와의 차이가 최대 3℃이고 질량 감소율이 최대 0.3%인 것으로 나타나 불연성 기준을 만족하며 불연성능이 우수한 것으로 나타났다.

또한, 가스 유해성 시험은 KS F 2271에 의거하여 수행하였다. 시편에 연소가스가 유입된 때부터 마우스의 행동이 정지되는 시점까지의 경과시간을 측정하되 9분 이상의 시간을 만족하여야 한다. 시험결과 본 발명의 고강도 대리석 패널에 대하여 마우스 평균행동 정지시간이 13분 이상인 것으로 나타나 가스 유해성에서도 우수한 결과를 나타내었다.

또한, 흡수성 시험은 KS F 3504에 의거하여 수행하였다. 시험결과 본 발명의 고강도 대리석 패널에 대하여 흡수율이 0.01%인 것으로 나타나 수분의 흡수 정도가 매우 낮은 결과를 나타내었다.

또한, 라돈가스 방출 측정시험을 HNQI-15 밀폐챔버를 이용한 시험물의 라돈측정에 의거하여 수행하였다. 상기 측정시험에서는 시편에 대한 측정을 개시한 후 48시간 연속 측정하는데, 국내의 실내 라돈 법정기준치 148Bq/㎥ 이하인 기준을 충족해야 한다. 상기 시험결과 본 발명의 고강도 대리석 패널에 대하여 12.1Bq/㎥의 값을 나타내어 라돈가스 법정기준치의 8% 정도로 우수한 결과를 나타내었다.

또한, 비교를 위하여 상기 패널 1과 동일한 제조 공정으로 석분 혼합물과 슬래그의 배합비율을 달리하여 여러 패널을 제조하였다. 패널 2의 경우 화강암 석분 70중량% 및 백운석 석분 30중량%를 혼합하여 석분 혼합물을 제조하고, 상기 석분 혼합물 80중량% 및 슬래그 분말 20중량%를 혼합한 세라믹 혼합물로 제조하고, 패널 3의 경우 화강암 석분 70중량% 및 백운석 석분 30중량%를 혼합하여 석분 혼합물을 제조하고, 상기 석분 혼합물 70중량% 및 슬래그 분말 30중량%를 혼합한 세라믹 혼합물로 제조하고, 패널 4의 경우 화강암 석분 70중량% 및 백운석 석분 30중량%를 혼합하여 석분 혼합물을 제조하고, 상기 석분 혼합물 50중량% 및 슬래그 분말 50중량%를 혼합한 세라믹 혼합물로 제조하고, 패널 5의 경우 화강암 석분 70중량% 및 백운석 석분 30중량%를 혼합하여 석분 혼합물을 제조하고, 상기 석분 혼합물 40중량% 및 슬래그 분말 60중량%를 혼합한 세라믹 혼합물을 제조하여 대리석 패널을 제조하였다.

상기 패널 3, 4의 경우 패널 1의 물성 및 성능이 유사하게 나타났으나, 패널 2, 5의 경우 용융 온도는 다소 높아지나 용융에는 문제가 없었다. 그러나 압축성형 공정에서 균열과 기공이 발생되고 밀도가 균일하지 않아 요구되는 강도에 미달하여 제품화가 어려운 것으로 나타났다.

구체적으로 패널 2 내지 5는 강도 시험 결과 압축강도가 각각 202.4, 199, 214, 159 MPa이고, 휨강도가 각각 38, 36, 40, 31MPa의 값을 나타내어 패널의 강도가 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다.

이러한 결과로부터 고강도 대리석 패널을 제조할 때 사용되는 세라믹 혼합물의 비율에 따라 얻어지는 패널의 강도와 품질이 달라지며, 본 발명에 따른 세라믹 혼합물의 비율이 고강도 대리석 패널의 제조에 유효한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 패널 1과 동일한 조성으로 대리석 패널을 제조하되, 공정조건을 바꾸어 패널 6 내지 패널 8을 제조하였다.

패널 6에서는 패널 1의 제조공정과 동일한 온도 프로그램으로 제조하되, 연속 압축하여 성형된 패널을 1,200℃에서 960℃까지 300초의 강온속도로 냉각하여 냉각속도를 높였다.

또한, 패널 7에서는 패널 1의 제조공정과 동일한 온도 프로그램으로 제조하되, 풀림 열처리하는 단계에서는 960℃의 온도에서 860℃까지 450초의 강온속도로 냉각하였다.

또한, 패널 8에서는 패널 1의 제조공정과 동일한 온도 프로그램으로 제조하되, 결정화하는 단계에서 740℃에서 860℃까지 120초의 승온속도로 가열한 후, 860℃에서 200초 동안 유지한 후, 상기 860℃에서 740℃의 온도까지 120초의 강온속도로 냉각시켰다.

패널 6 내지 패널 8에 대하여 시험 평가한 결과, 압축강도가 각각 185, 192, 215MPa이고, 휨강도가 각각 33, 31, 42MPa인 것으로 나타나 고강도 패널에서 요구되는 강도에 미달하여 제품화가 어려운 것으로 나타났다. 따라서 상기 대리석 패널의 제조시 온도 프로그램을 최적화하는 것이 제품의 품질에 직접적인 영향을 미치는 것을 확인하였다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 들어 설명하였으나, 상기 실시형태에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

슬래그 및 화강암, 편마암, 현무암, 석회암, 백운석, 맥반석, 오석, 장석, 백운모, 흑운모, 흑연, 사암, 활석, 각섬석, 사문암, 규석, 청석, 맥섬석에서 선택된 2종 이상의 석분을 혼합하여 세라믹 혼합물을 제조하는 단계;
상기 세라믹 혼합물을 고형화하여 펠릿을 제조하는 단계;
상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계;
상기 용융된 소재 및 무기계 채색 안료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계;
상기 압축성형된 대리석 패널을 풀림 열처리하는 단계;
상기 풀림 열처리된 대리석 패널을 냉각하는 단계;
상기 냉각 처리된 대리석 패널을 결정화하는 단계;
상기 결정화된 대리석 패널을 표면연삭하는 단계;
상기 표면연삭된 대리석 패널을 절단하고 절단면을 연마하는 단계;
를 포함하며,
상기 결정화하는 단계는 700℃ 이상의 온도에서 830 내지 880℃의 온도까지 85 내지 100초의 승온속도로 가열한 후, 830 내지 880℃의 온도에서 350 내지 400초 동안 유지한 후, 상기 유지하는 온도에서 700 내지 750℃의 온도까지 85 내지 100초의 강온속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹 혼합물을 제조하는 단계에서 슬래그 및 석분 혼합물은 3:7 내지 5:5의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 펠릿을 예열 및 가열하여 용융하는 단계는 세라믹 혼합물의 펠릿을 용융로 투입하기 전에 800 내지 900℃의 온도로 예열하는 단계를 추가적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합물을 압축성형하여 대리석 패널을 제조하는 단계는 다단의 압연 롤러로 연속 압축하여 패널을 성형하면서 1,150℃ 이상의 온도에서 950 내지 990℃의 온도까지 430 내지 500초의 강온속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 풀림 열처리하는 단계는 950℃ 이상의 온도에서 850 내지 900℃의 온도까지 510 내지 650초의 강온속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각하는 단계는 850℃ 이상의 온도에서 700 내지 750℃의 온도까지 85 내지 100초의 강온속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널의 제조방법.
삭제
청구항 1에 따른 대리석 패널의 제조방법에 의해 제조된 대리석 패널로서, 상기 대리석 패널은 두께가 3 내지 30㎜이며, 압축강도가 300MPa 이상이며, 밀도가 2,600 내지 2,950㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 고강도 대리석 패널.