KR20100084917A - Method for manufacturing of fly ash filament fiber using refused glass - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파유리를 이용한 석탄회 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 석탄회(fly ash)에 소정 비율의 파유리를 혼합한 후 용융하여 섬유로 방사하여 석탄회 섬유를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing coal ash fiber using cullet, and more particularly, to a method for producing coal ash fiber by mixing a scallop of a predetermined ratio to fly ash and melting and spinning it into fibers. will be.
본 발명에 따르면, 석탄회에 파유리를 첨가하여 석탄회 섬유를 제조함으로서 낮은 용융온도에서 사절현상을 일으키지 않고 우수한 인장강도 및 균일한 조성을 가지는 석탄회 섬유를 제조할 수 있는 효과를 제공한다. According to the present invention, by adding the cullet to the coal ash to produce the coal ash fiber provides an effect that can produce the coal ash fiber having excellent tensile strength and uniform composition without causing the trimming phenomenon at low melting temperature.
Description
본 발명은 파유리를 이용한 석탄회(fly ash) 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 석탄회에 소정 비율의 파유리를 혼합한 후 용융하여 섬유로 방사하여 석탄회 섬유를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing fly ash fibers using cullet, and more particularly, to a method for producing coal ash fibers by mixing a scallop of a predetermined ratio with coal ash and melting and spinning them into fibers. will be.
발전소 등에서 나오는 석탄회는 시멘트의 원료, 아스팔트 필러, 노반재, 또는 상토용 등으로 사용하고 있고, 해안 매립 시 모래와 함께 혼합하여 사용하기도 한다. 또한, 건자재 개발 쪽에서 댐 콘크리트 내구성을 높이기 위해 소량을 첨가제로 이용하거나, 토양 개량제로서 효과 등 여러 가지 용도를 찾는 등의 연구가 이루어지고 있다. Coal ash from power plants is used as a raw material for cement, asphalt filler, roadbed, or topsoil, and may be mixed with sand during shore reclamation. In addition, research on the development of construction materials has been conducted to find various uses such as using small amounts as additives or increasing soil damaging agents to increase the durability of dam concrete.
그러나, 이러한 석탄회는 점점 재고량이 급증하고 있으며, 이들의 재사용이 권유되고 있으나 용도가 다양하지 못하고 저가의 이용도로서 가치를 상실하고 있다.However, these coal ash stocks are increasing rapidly, and their reuse is recommended, but the use of the coal ash is not diversified, and the value is lost due to low availability.
한편, 전기 분야에 주로 사용되는 E-유리섬유(Glass fiber)는 알칼리 성분 (Na, K, Li)이 절대적으로 적게 포함되는 유리섬유를 의미하며, 전기전도도가 극히 낮은 성질을 가진다. 그러나 E - glass 섬유는 한국과 같은 자원 빈국에서는 불리한 생산여건을 가지고 있어 점차 생산량이 퇴조하고 있고, 반면 여기에 쓰이는 필수 원자재인 B2O3 성분의 가격 폭등으로서 경쟁력을 상실하고 있는 중이다. 뿐만 아니라 세계 자원 고갈이 염려되고 있는 실정이다. On the other hand, E-glass fiber (Glass fiber) mainly used in the electric field means a glass fiber containing absolutely low alkali components (Na, K, Li), has an extremely low electrical conductivity. However, E-glass fiber has an adverse production condition in resource-poor countries such as Korea, and production is gradually declining. Meanwhile, E-glass fiber is losing its competitiveness due to the price hike of B 2 O 3 , an essential raw material used here. In addition, the world is running out of resources.
따라서, 석탄회의 재사용에 관한 고부가 가치를 창출하기 위해서 석탄회를 이용하여 E-유리섬유와 같은 산업용 섬유를 제조하는 방법에 대한 개발이 시급하게 요구되고 있다. Therefore, there is an urgent need to develop a method for producing industrial fibers such as E-glass fibers using coal ash to create a high value for the reuse of coal ash.
그러나, 석탄회를 이용하여 산업용 섬유를 제조하기 위해서는 높은 방사 온도가 필요하고, 또한 석탄회의 물성이 낮기 때문에 석탄회를 용융 방사하여 섬유를 제조하기 어려웠다. 즉, 석탄회를 이용하여 제조되는 섬유는 제조 시 E-유리섬유(Glass fiber) 보다 높은 용융 온도를 제공해야 하므로 용융 방사 시 끊어지는 사절현상이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라 고온에서의 용융 방사로 인한 다량의 에너지 사용이 불가피하다는 문제점이 있다.However, in order to produce industrial fibers using coal ash, high spinning temperatures are required, and since the physical properties of coal ash are low, it is difficult to manufacture the fibers by melt spinning coal ash. That is, the fiber manufactured using coal ash should provide higher melting temperature than E-glass fiber in manufacturing, so it is not only easy to cause breakage during melt spinning but also a large amount of melt spinning at high temperature. There is a problem that energy use is inevitable.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 발명의 목적은 낮은 용융온도에서 사절현상 없이 석탄회 섬유의 제조가 가능한 파유리를 이용한 석탄회 섬유 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing coal ash fiber using cullet, which can produce coal ash fiber without trimming at low melting temperature.
또한, 본 발명의 목적은 우수한 인장강도 및 균일한 조성을 가지는 석탄회 섬유의 제조가 가능한 파유리를 이용한 석탄회 섬유 제조 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing fly ash fibers using cullet capable of producing fly ash fibers having excellent tensile strength and uniform composition.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 파유리와 석탄회를 각각 분쇄하는 분쇄단계, 상기 석탄회에 대하여 2 내지 50 중량%의 상기 파유리를 상기 석탄회에 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합물을 용융하는 용융단계, 및 용융된 상기 혼합물을 섬유로 방사하는 방사단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the crushing step of crushing the cullet and coal ash, respectively, the mixing step of mixing 2 to 50% by weight of the cullet to the coal ash to produce a mixture, the mixture Melting step of melting, and spinning step of spinning the molten mixture to the fiber, characterized in that it comprises.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 용융단계는 상기 혼합물을 용융하는 1차 용융단계, 1차 용융된 상기 혼합물을 급랭하는 냉각단계, 및 냉각된 상기 혼합물을 용융하는 2차 용융단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the melting step includes a first melting step of melting the mixture, a cooling step of quenching the first molten mixture and a second melting step of melting the cooled mixture. do.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 분쇄단계는 상기 석탄회와 파유리를 각각 350 메쉬 이하로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the pulverizing step is characterized in that the coal ash and cullet is pulverized to less than 350 mesh each.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 방사단계에서 방사온도는 1000 내지 1400℃ 인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the spinning temperature in the spinning step is characterized in that 1000 to 1400 ℃.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 석탄회는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 이산화티탄(TiO2), 산화칼륨(K20), 삼산화황(SO3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 및 산화나트륨(Na2O)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the coal ash is silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), potassium oxide (K 2 0), sulfur trioxide (SO 3 ), Calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), and sodium oxide (Na 2 O).
바람직한 실시예에 있어서, 상기 석탄회는 실리카(SiO2) 45 내지 70 중량%, 알루미나(Al2O3) 15 내지 40 중량%, 산화철(Fe2O3) 3 내지 10 중량%, 이산화티탄(TiO2) 0.01 내지 2 중량%, 산화칼륨(K20) 0.01 내지 6 중량%, 삼산화황(SO3 ) 0.01 내지 5 중량%, 산화칼슘(CaO) 0.01 내지 20 중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.01 내지 10 중량%, 및 산화나트륨(Na2O) 0.01 내지 1 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the coal ash is 45 to 70% by weight of silica (SiO 2 ), 15 to 40% by weight of alumina (Al 2 O 3 ), 3 to 10% by weight of iron oxide (Fe 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ) 0.01 to 2% by weight, potassium oxide (K 2 0) 0.01 to 6% by weight, sulfur trioxide (SO 3 ) 0.01 to 5% by weight, calcium oxide (CaO) 0.01 to 20% by weight, magnesium oxide (MgO) 0.01 to 10 wt%, and 0.01 to 1 wt% of sodium oxide (Na 2 O).
또한, 본 발명은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 석탄회 섬유를 제공한다. In addition, the present invention provides a fly ash fiber produced by the above production method.
또한, 본 발명은 상기 석탄회 섬유를 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 직포를 제공한다. In addition, the present invention provides a woven fabric, characterized in that produced using the coal ash fiber.
또한, 본 발명은 상기 석탄회 섬유에 천연 섬유 또는 합성 섬유를 혼방하여 제조한 것을 특징으로 하는 직포를 제공한다. In addition, the present invention provides a woven fabric, characterized in that produced by mixing the natural fiber or synthetic fibers in the coal ash fiber.
또한, 본 발명은 상기 석탄회 섬유를 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 부직포를 제공한다. In addition, the present invention provides a nonwoven fabric, characterized in that produced using the coal ash fiber.
또한, 본 발명은 상기 석탄회 섬유에 천연 섬유 또는 합성 섬유를 혼방하여 제조한 것을 특징으로 하는 부직포를 제공한다. In addition, the present invention provides a non-woven fabric, characterized in that produced by mixing the natural fiber or synthetic fibers in the coal ash fiber.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.
먼저, 본 발명의 파유리를 이용한 석탄회 섬유 제조방법은 파유리를 첨가한 석탄회로부터 섬유를 제조함으로써 낮은 용융온도에서 사절없이 섬유를 제조할 수 있는 효과가 있다. First, the coal ash fiber manufacturing method using the cullet of the present invention has an effect that can be produced without trimming at low melting temperature by manufacturing the fiber from the crushed coal ash.
또한, 본 발명의 파유리를 이용한 석탄회 섬유 제조방법으로 제조된 석탄회 섬유는 우수한 인장강도를 가지며 균일한 조성을 가지는 효과가 있다.In addition, the fly ash fiber produced by the fly ash fiber manufacturing method using the cullet of the present invention has an excellent tensile strength and has the effect of having a uniform composition.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파유리를 이용한 석탄회 섬유의 제조방법에 사용되는 장치를 도시한 도면들이다.1 and 2 are views showing the apparatus used in the method for producing coal ash fiber using cullet according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하여 파유리를 이용하여 석탄회 섬유를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of manufacturing coal ash fiber using cullet with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.
먼저, 석탄회와 파유리를 각각 분쇄한다. 이때 상기 석탄회와 상기 파유리를 350 메시 이하로 분쇄하는 것이 바람직하다. 상기 석탄회는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 이산화티탄(TiO2), 산화칼륨(K20), 삼산화황(SO3 ), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 및 산화나트륨(Na2O)를 포함하는 석탄회를 사용한다. 일반적으로 석탄회의 조성은 국내 무연탄회와 수입 유연탄회의 조성이 약간 다르며, 대략적인 화학적 조성의 분석치가 하기 표 1에 나타나 있다. 표 1의 괄호 내의 수치는 분석치의 평균을 나타낸다.First, coal ash and cullet are crushed, respectively. At this time, it is preferable to grind the coal ash and the cullet to 350 mesh or less. The coal ash is silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), potassium oxide (K 2 0), sulfur trioxide (SO 3 ) , calcium oxide (CaO ), Coal ash containing magnesium oxide (MgO), and sodium oxide (Na 2 O). In general, the composition of coal ash is slightly different from the domestic anthracite coal and imported bituminous coal, and the analysis value of the rough chemical composition is shown in Table 1 below. The numerical values in parentheses of Table 1 represent the average of the analysis values.
<표1> 석탄회의 화학적 조성 Table 1: Chemical Composition of Fly Ash
이러한 석탄회에 Na2O, K2O 가 풍부한 파유리를 첨가하면 상기 Na2O, K2O 성분이 저융점 역할을 하게 되어 일반적인 E - glass 용융상태로서는 불가능한 석탄회 를 녹일 수 있어 현재 기술로서도 충분히 유리 섬유와 비슷한 설비 장치에서 사절없이 산업용 섬유에 적합한 무기질 섬유를 생산할 수 있다.The addition of Na 2 O, K 2 O-rich cullet to the coal ash, the Na 2 O, K 2 O components play a role of low melting point can melt the coal ash which is impossible in the ordinary E-glass molten state is enough as the current technology Facility equipment similar to glass fibers can produce inorganic fibers suitable for industrial fibers without trimming.
이 때, 일반적인 파유리의 화학적 조성은 대략 하기 표 2와 같다.At this time, the chemical composition of the general cullet is approximately as Table 2 below.
<표2> 파유리의 화학적 조성 Table 2: Chemical Composition of cullet
상기 파유리는 또한 E - glass 보다 방사 시 점도를 유지하는 온도가 약 150 내지 200℃ 정도 낮아 석탄회에 상기 파유리를 5 ~ 50% 정도 섞어 투입하면 석탄회 조성에 따라 기존의 시설로 방사가 가능한 1250℃에서 Log 103 점도가 되거나 또는 이보다 낮아질 수 있어 방사가 가능하다. 즉, 바람직한 방사 조건인 1250℃에서 점도가 Log 103 이하가 되어 사절없이 계속적인 섬유방사가 가능하다. The cullet also has a temperature that maintains viscosity at about 150 to 200 ° C. when it is spun from E-glass, and when the cullet is mixed with 5 to 50% of coal, it can be spun into existing facilities depending on the composition of coal ash. At 10.degree. C., the viscosity may be at or below Log 10 3, allowing spinning. That is, the viscosity becomes Log 10 3 or less at 1250 ° C., which is a preferable spinning condition, so that fiber spinning can be continued without trimming.
이렇게 방사된 석탄회 섬유는 기존 A - glass, C - glass, E - glass 처럼 용도에 따라서 직포 또는 부직포 등으로 제조하여 다양한 제품에 사용될 수 있다. The coal ash fibers thus spun may be manufactured in woven or non-woven fabrics, such as conventional A-glass, C-glass, and E-glass, to be used in various products.
이어서, 분쇄된 상기 석탄회와 상기 파유리를 혼합하고, 상기 석탄회 및 파유리의 혼합물을 용융로(100)에서 용융시킨다. 도가니(120)의 외부는 단열 내화물(130)로 둘러싸여 있다. 상기 도가니(120)의 내부에는 백금으로 된 전극(140)이 두 개 설치되어 있고, 도가니 가열용 발열체를 삽입하는 실리코니트홀(150)이 구비 되어 있다. 섬유가 방사되어 나가는 부싱(170)의 가장자리에는 상기 부싱(170)의 가장자리를 냉각을 위한 부싱냉각코일(172)이 구비되어 있으며, 상기 부싱(170)에 전력을 공급하고 온도를 조절하는 부싱클램프(180) 및 방사된 맥반석 섬유의 냉각을 위한 부싱팁 냉각튜브(190)가 구비되어 있다.Then, the pulverized coal ash and the cullet are mixed, and the mixture of the coal ash and the cullet is melted in the
분쇄된 상기 혼합물은 원료투입구(110)에 연결된 원료투입관(112)을 통해 도가니(120)로 들어간다. 상기 도가니(120) 내로 투입된 혼합물은 실리코니트홀(150)을 통해 상기 도가니(120) 내에 설치되어 있는 실리코니트 발열체에 의하여 처음 가열 용융된다. 이때 상기 용융온도는 상기 파유리의 첨가로 인하여 최초 용융온도보다 낮아진 1000 내지 1400℃의 온도를 유지할 수 있게 된다.The pulverized mixture enters the
이어서, 상기 혼합물은 용융된 후에 두 개의 상기 전극(140)에 의해 가열되며, 백금프루브관(160)을 통해 연결된 높이조절장치(도시하지 않음)에 의해 그 높이가 일정하게 유지된다.Subsequently, the mixture is melted and then heated by the two
이어서, 용융된 상기 혼합물을 0.5mm의 노즐을 구비하는 부싱(170)을 통해 필라멘트 섬유로 방사한다. 이때 노즐의 수는 200, 400 또는 800홀까지 가능하다.The molten mixture is then spun into filament fibers through a
이때 상기 부싱(170)에서의 방사온도는 용융물의 점성을 일정하게 유지하기 위하여 전기적으로 정밀하게 조절되어야 한다. 따라서 상기 방사온도는 1000 내지 1400℃를 유지하는 것이 바람직하며 특히, 1250℃에서 방사하는 것이 가장 적당하다.At this time, the spinning temperature in the
상기 부싱(170)의 노즐을 통과하여 방사된 필라멘트 섬유는 표면처리제 도포기(sizing applicator)를 통해 표면처리 되고, 집속기(gathering shoe)를 통해 와 인더에 감기게 된다. 상기 필라멘트 섬유는 고속으로 회전하는 와인더에 냉각되면서 감기게 되는데, 상기 와인더의 속도를 조절함에 따라 5 내지 30㎛의 직경을 갖는 석탄회 섬유를 제조해낼 수 있다.The filament fibers spun through the nozzle of the
<실시예1> Example 1
석탄회 섬유재료인 석탄회 분말상태를 발전소에서 직접 구매하여 파유리 10% 중량이 되도록 30분 동안 10rpm으로 100kg씩 혼합하여 전기로에 투입하여 섬유방사를 실시하였다. 이때 1250℃에서 사절없이 섬유를 얻을 수 있으며, 이렇게 제조된 섬유의 인장강도는 10㎛ 기준 2800Mpa 가 됨을 확인하였다. Coal ash powder, which is a coal ash fiber material, was directly purchased from a power plant and mixed with 100 kg at 10 rpm for 30 minutes to be 10% by weight of cullet, which was fed to an electric furnace to perform fiber spinning. At this time, the fiber can be obtained without trimming at 1250 ° C., and the tensile strength of the fiber thus prepared was confirmed to be 2800 Mpa based on 10 μm.
<실시예2> Example 2
파유리를 320메쉬 정도 분쇄하여 발전소 석탄회와 혼합하여 분말을 직접 전기로에 투입하고, 이 때 파유리를 20중량%로 첨가시켜 석탄회의 융점을 낮게 해서 방사가 균일하게 될 수 있게 하였다. 반복 실험 결과 섬유의 방사온도가 대략 1220℃에서 생산성이 최고를 이루는 것을 발견하였으며, 이 때 점도는 102.8dpas이었다. 이렇게 제조된 섬유는 10㎛ 기준 3000Mpa의 인장강도와 68Gpa의 탄성률이 나타남을 확인하였다. The cullet was crushed about 320 mesh and mixed with the power plant coal ash, and the powder was directly put into the electric furnace. At this time, the cullet was added at 20% by weight to lower the melting point of the coal ash so that the spinning was uniform. Repeated experiments showed that the highest productivity was achieved at the spinning temperature of approximately 1220 ° C, with a viscosity of 102.8 dpas. The fiber thus prepared was confirmed to exhibit a tensile strength of 3000Mpa and an elastic modulus of 68Gpa based on 10㎛.
<실시예3> Example 3
석탄회에 파유리를 20 내지 50 중량% 로 첨가했을 때 점도는 수치적으로 균 일하게 떨어져 방사온도가 1200℃이하까지 도달할 수 있었으나 섬유의 품질이 바람직하지는 않았다. 따라서 부직포용 단섬유 일 때는 사용이 가능하나 30% 이상일 때는 장섬유로써 품질이 바람직하지는 않았다. 이 때 강도는 2000Mpa정도 였으며, 통상 A - glass섬유 수준이라고 할 수 있으며 반면 탄성률은 70Gpa를 나타내 오히려 증가함을 확인하였다. When 20 to 50% by weight of cullet was added to the coal ash, the viscosity was numerically uniform, so that the spinning temperature could reach up to 1200 ° C., but the quality of the fibers was not desirable. Therefore, when the non-woven short fibers can be used, but the quality is not desirable as long fibers when more than 30%. At this time, the strength was about 2000Mpa, and it can be called A-glass fiber level, while the modulus of elasticity was 70Gpa, indicating an increase.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파유리를 이용한 석탄회 섬유의 제조방법에 사용되는 장치를 도시한 도면들이다.1 and 2 are views showing the apparatus used in the method for producing coal ash fiber using cullet according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 용융로 110 : 원료투입구100: melting furnace 110: raw material inlet
112 : 원료투입관 120 : 도가니112: raw material input pipe 120: crucible
130 : 단열 내화물 140 : 전극130: heat insulation refractory 140: electrode
150 : 실리코니트홀 160 : 백금프루브관150: silicon hole 160: platinum probe tube
170 : 부싱 172 : 부싱 냉각코일170: bushing 172: bushing cooling coil
180 : 부싱 클램프 190 : 부싱팁 냉각튜브180: bushing clamp 190: bushing tip cooling tube
Claims (11)
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