폐유리를 이용한 선박용 및 건축용폐유리를 이용한 선박용 및 건축용폐유리를 이용한 선박용 및 건축용폐유리를 이용한 선박용 및 건축용

미립경량골재 양산화 기술 지원미립경량골재 양산화 기술 지원미립경량골재 양산화 기술 지원미립경량골재 양산화 기술 지원

2007. 122007. 122007. 122007. 12

지원기관 요업 세라믹 기술원지원기관 요업 세라믹 기술원지원기관 요업 세라믹 기술원지원기관 요업 세라믹 기술원: ( ): ( ): ( ): ( )

지원기업 주 한국미부지원기업 주 한국미부지원기업 주 한국미부지원기업 주 한국미부: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 폐유리를 이용한 선박 및 건축용 미립경량골재 양산에 관한 기술지“

원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다”( 2006. 10. 1~2007. 11. 30) .

2007. 12. .2007. 12. .2007. 12. .2007. 12. .

지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 오 유 근대표자 오 유 근대표자 오 유 근대표자 오 유 근( )( )( )( ) 인인인인( )( )( )( )

참여기업 기업명 주 한국미부참여기업 기업명 주 한국미부참여기업 기업명 주 한국미부참여기업 기업명 주 한국미부: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 지 영 만대표자 지 영 만대표자 지 영 만대표자 지 영 만( )( )( )( ) 인인인인( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 임 태 영임 태 영임 태 영임 태 영::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 황 종 희황 종 희황 종 희황 종 희::::

〃〃〃〃 김 창 열김 창 열김 창 열김 창 열::::

〃〃〃〃 오 해 곤오 해 곤오 해 곤오 해 곤::::

- 3 -

별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식[ 11 ][ 11 ][ 11 ][ 11 ]

기술자문성과보고서기술자문성과보고서기술자문성과보고서기술자문성과보고서

과제고유번호 연구기간 2006. 10. 01 ~ 2007. 11. 30

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 폐유리를 이용한 선박용 및 건축용 미립경량골재 양산화기술 지원

지원책임자 임 태 영 지원연구원수

총 명: 4

내부 명: 4

외부 명:

총

사업비

정부 천원: 80,000

기업 천원: 80,000

계 천원: 160,000

지원기관명 요엽 세라믹 기술원( ) 소속부서명 세라믹 건재본부/

지원기업 기업명 주 한국미부 기술책임자 김 성환 차장: ( ) :

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수92/201

폐유리를 이용한 선박용 및 건축용 미립경량골재의 양산화기술 지원 을 주 한국미- ‘ ’ ( )

부에 대해 실시하였음 업체가 년 규모의 제품생산을 시작한 이후 양산기술. 2005 pilot

의 미 확립 및 공정의 불안정으로 인해 대에 머물던 제품수율로 인해 사업에 어려80%

움이 많았음.

본 기술지원사업을 통해 최종적으로 최종 개월 평균치 의 생산수율을 달성- 94.0%( 3 )

하였음.

공정기술확립 면에서- ,

원료 폐유리의 사용 선별 분쇄 조건 입도관리1) , , ( )

액장원료의 혼합 및 과립수율 향상을 위한 바인더 및 혼합 조건2)

숙성 및 건조 발포 냉각 공정 조건3) , ,

이형제 및 공정발생 부산물의 재활용 조건4)

등의 공정기술이 실험실적 실험과 현장시험을 통해 정립되었음

본 확립기술을 토대로 정량적인 목표로 선정한 과립수율 향상 입도별 조절기술 이- , ,

형제 재활용률에 대해서도 목표치를 상회하는 결과를 나타냄

특히 숙성 및 냉각공정의 개선기술을 토대로 특허를 출원하였음- (2007-0132363)

아울러서 본 업체 및 영업 관련 관계사와 외국제품 시장동향에 대한 협의와 함께- ,

기술세미나를 개최하여 제품의 홍보 및 마케팅에 대한 협의를 통해 업체를 지원하였음

년도에 생산제품에 대한 일부 매출실적이 발생하였으며 아직 충분한 영업활동이- 07 ,

이루어지지 않아 년도부터 본격적인 영업확대가 기대되고 있음08

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 경량골재 폐유리 발포유리 선박용 건축용, , , ,

영 어lightweight aggregate, waste glass, foamed glass, construction,

ship

- 4 -

기술자문 성과요약문기술자문 성과요약문기술자문 성과요약문기술자문 성과요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

기본 목표-

선박용 및 건축용 미립경량골재의 제조공정조건정립 및 최적화를 통한 양산 기술 확:

립

세부 목표-

과립수율 이상1. : 90%

입도별 조절기술 확립 해당입도 제품 이상2. : 50%

이형제재활용률 이상3. : 50%

최종 제품수율 이상4. : 80%

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

양산설비를 이용한 제조 공전 기술 정립 및 최적화 지원1.

원료 파유리 발포제 처리 및 혼합기술 정립- ( / )

과립설비 및 과립공정 기술 정립-

소성 및 발포 공정 기술 정립-

이형제 선택 및 적용 기술 정립-

양산공정에서 제조된 경량골재 제품의 분석 및 특성 평가2.

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

공정기술 향상 과립( ) 60-70% 92%

공정기술 향상 이형제( ) 재활용율 30% 이상80%

제품특성 향상 비중 0.3-0.4 비중 0.19-0.33 저비중화 비중 이하( 0.2 )

제품수율 향상 60^ 94% 최근 개월 평균치3

* 지원항목 번항목의 기술지원내용 및 범위를 근거로 지원실적을 항목별로 구분하여 기재1. : 2

지원내용 지원항목별로 기술지원2. : 前ㆍㆍㆍㆍ 상황을 비교하여 기재後

- 5 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 선박용 및 건축용 미립 경량골재o :

모 델 명o : INNOTEX LWA

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 Liaver, Poraver 50% 90%

경쟁제품 대비 가격 Lraver, Poraver 80% 50%

객관화 된 를 근거로 작성* DATA

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년36 / ( 18%)

인건비 절감 백만원 년36 / ( 25%) 총 명 중 명8 2

계 백만원 년72 / ( 43%)

공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영*

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년42 / 백만원 년500 / 1190%전년도 년 매출이(06 )

없어 년 비교07/08

수 출 천달러 년/ 천달러 년/ %

계 백만원 년42 / 백만원 년500 / 1190%

참고) 적용제품 주요수출국1. :

작성당시 환율기준2. :

- 6 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

화산재 천달러 년1250 / 천달러 년500 / 천달러 년750 /

발포유리(liaver) 천달러 년37 / 천달러 년17 / 천달러 년20 /

계 천달러 년1287 / 천달러 년520 / 천달러 년770 /

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

미립경량골재의 양산화 제조공정 기술 향상-

발포유리 경량골재의 배합 및 과립화 기술 향상1)

건조 및 숙성 공정 기술 향상2)

열처리 및 발포기술 향상3)

냉각 및 분급기술 향상4)

이형제를 비롯한 공정발생 부산물의 재활용 기술 향상-

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

경량골재의 발포특성 제어기술을 통한 무기질 건자재소재 개발기술 응용-

과립형 경량 건자재 소재1)

패널형 경량 건자재 소재2)

다공성 경량소재 개발기술을 통한 단열소재 음향소재 환경소재 개발기술 응용- , ,

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

- 7 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

특허

초경량 무기질

경량골재 및

그 제조방법

10-2007-01

35363

임태영 외

인4

요업기술원

주 한국미부( )주 한국미부( ) 출원

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건5 조사 특허검색 업체정보MSDS , , 3

시제품제작 건2 초경량 저비중 제품 공법 적용 시제품, Roll

양산화개발 건1 초경량 저비중 제품

공정개선 건15 액장혼합 공정 과립화공정 집진공정 등, Mixing , ,

품질향상 건10 비중 발포특성 강도 등, ,

시험분석 건25 화학성분 입도 점도 등, , , XRD, TG-DTA

수출 및 해외 바이어발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건2 마케팅협의 시장동향협의,

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건1 세미나 참가

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

참여기업 방문회수 건13

기 타 건1 특허출원 건1

상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부*

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

발포유리 미립경량골재의 양산화를 위한 제조공정 및 설비 운영 기술 지원을 통해 양

산 기술의 확립 및 공정의 안정화를 통해 품질 및 수율향상 목표를 달성하였으며 이,

형제 및 공정부산물의 재활용 기술 등 공정운영기술도 확립되었음

별첨 부품: ㆍㆍㆍㆍ소재전문기업기술지원사업 기술자문일지 각 부1 .

- 8 -

◇◇◇◇ 연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

◇◇◇◇ 논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

저자(11)(12)

학술지명

(13)

Vol.

(No.)

(14)

국내외

구분

(15)

SCI

구분주저자 교신 저자 공동 저자

주 부처 사업 주관 부처 기재1) :

사업명 사업명 기재2) :

관리번호 관리번호는 기관에서 관리하는 과제관리번호임3) :

세부과제명 세부과제명을 기재4) :

연구책임자 연구책임자를 기재5) :

연구기관명 연구기관명을 기재6) :

과제시작년도 해당 세부과제의 시작년도 기재 예7) : ( , 2001)

과제종료년도 해당 세부과제의 종료 예정 년도 기재 예8) : ( ) ( , 2002)

게재년도 해당 논문의 학술지 게재 연도 기재9) :

논문명 해당 논문의 제목 기재10) :

저자 해당 논문의 저자를 기재하되11) : , 주저자 교신저자 공동저주저자 교신저자 공동저주저자 교신저자 공동저주저자 교신저자 공동저(first author), (corresponding author),(first author), (corresponding author),(first author), (corresponding author),(first author), (corresponding author),

자자자자(co-author)(co-author)(co-author)(co-author) 등 해당란에 기재

학술지명 해당 논문이 게재된 학슬지명 기재 예12) : ( , Cell)

해당 논문이 게재된 학술지의 기재 예13) Vol.(No.): Volume(Number) ( , 114(4))

국내외 구분 학술지의 국내외 구분 예 국외14) ( : )

15) 구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’

- 9 -

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

◇ 특허 성과

○ 출원된 특허의 경우

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

2007

초경량 무기질

미립경량골재 및 그

제조방법

요업기술원

주 한국미부( )대한민국 010-2007-0135363

○ 등록된 특허의 경우

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

주 과학기술연구개발성과의 주 와 동일1)~8): ‘ 1)~8)’

출원 등록 년도 해당 특허의 출원 또는 등록 연도 기재9) ( ) :

특허명 해당 특허의 명칭을 기재10) :

출원 등록 인 해당 특허의 출원 또는 등록인 기재11) ( ) :

출원 등록 국 해당 특허의 출원 또는 등록 국가명 기재 예 한국12) ( ) : ( , )

출원 등록 번호 해당 특허의 출원 또는 등록 번호 기재13) ( ) :

예 등록 제 호( , 0308920 )

특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재****

- 10 -

◇ 사업화 현황

사업화 세부사항

사업화명(9)

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11)(12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액 합계

백만원( )업체명 대표자 종업원수사업화

형태

주 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 연구책임자 창업 기술이전에 의한 창업 창업지원 기존업체에서 상품11) 1. , 2. , 3. , 4.

화 중에서 선택하여 번호 기입

◇ 고용창출 효과

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

4 4

주 창업의 경우는 사업화 성과 에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입9) “2. ”

사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀이나 부서10)

의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기입

- 11 -

◇◇◇◇ 세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용

참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건1. : 131. : 131. : 131. : 13

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 06.11.15~16 제조공정점검 과제수행 세부협의, 기술자문일지

2 06.12.13~14 발포공정지원 제품 분석결과 협의, /batch 자문일지 협의자료/

3 07.1.31~2.1 혼합공정지원 제품 부자재 분석결과 협의, / 자문일지 협의자료/

4 07.02.28 혼합공정지원 액장혼합 분석결과 협의, / 자문일지 협의자료/

5 07.03.28 분쇄공정지원 유리분쇄 입도결과 협의, / 자문일지 협의자료/

6 07.04.25 과립공정지원 바인더실험결과 협의, 자문일지 협의자료/

7 07.05.29 과립공정지원 부산물실험결과 협의, 자문일지 협의자료/

8 07.06.27 분쇄공정지원 분쇄조건 입도결과 협의, / 자문일지 협의자료/

9 07.08.10 과립공정지원 방식 적용결과 협의, Roll 자문일지 협의자료/

10 07.09.19 발포공정지원 제품특성 시장동향 협의, / 자문일지 협의자료/

11 07.10.24 과립공정지원 과립공정 데이터 협의, 자문일지 협의자료/

12 07.11.23 과립공정지원 공정 생산수율 데이터 협의, / 자문일지 협의자료/

13 07.11.29 발포공정지원 특허출원 생산데이터 협의, / 자문일지 협의자료/

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 52. : 52. : 52. : 5

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 06.12.19 경량골재 관련 소재 자료MSDS 자료MSDS

2 07.09.19 경량골재 관련 업체 제품 조사/ 업체 제품자료/

3 07.10.02 경량골재 관련 연구동향 조사 연구논문 외

4 07.10.11 경량골재 관련 업체 제품조사/ 업체 제품자료/

5 07.11.29 경량골재 관련 특허검색 결과 특허검색자료

6

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 23. : 23. : 23. : 2

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 07.06.27 를 이용한 시제품 제조Roll compactor 협의자료 사진/

2 07.11.23 초경량 저비중 시제품 제조 자문일지 특허/

- 12 -

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 254. : 254. : 254. : 25

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 06.11.28~12.13 제품 의 입도 등/batch XRD/TG-DTA/ 분석자료 협의자료/

2 06.12~07.01 제품 부자재 입도 등/ SEM/ 분석자료 협의자료/

3 07.01~07.02 액상혼합원료 이물질 입도 등, XRD/ 분석자료 협의자료/

4 07.02~07.03 유리분쇄원료 입도 등 분석자료 협의자료/

5 07.05~07.06 관유리 화학조성 입도 등Ample / 분석자료 협의자료/

기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. :5. :5. :5. :

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

기술마케팅 경영자문 건기술마케팅 경영자문 건기술마케팅 경영자문 건기술마케팅 경영자문 건6. / : 26. / : 26. / : 26. / : 2

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 07.08.30 경량골재 시장 및 기술동향 협의 관계사( ) 자문일지 협의자료/

2 07.09.19 시장 제품동향 영업확대 방안 협의/ 자문일지 협의자료/

논문게재 및 학술발표 건논문게재 및 학술발표 건논문게재 및 학술발표 건논문게재 및 학술발표 건7. : 17. : 17. : 17. : 1

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 07.08.30 세미나 참가 발표 중소기업지원지원센터/ ( ) 자문일지 사진/

기 타 건기 타 건기 타 건기 타 건8. : 18. : 18. : 18. : 1

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 07.12.21 경량골재 특허출원 특허출원 명세서/

- 13 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

기술개요기술개요기술개요기술개요1.1.1.1.

가 경량골재 개요가 경량골재 개요가 경량골재 개요가 경량골재 개요....

나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요....

다 경량골재의 특성다 경량골재의 특성다 경량골재의 특성다 경량골재의 특성....

지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술2.2.2.2.

가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황....

나 애로기술나 애로기술나 애로기술나 애로기술....

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술1.1.1.1.

발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악2.2.2.2.

과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립3.3.3.3.

열처리 조건 확립열처리 조건 확립열처리 조건 확립열처리 조건 확립4.4.4.4.

기타 조건 확립기타 조건 확립기타 조건 확립기타 조건 확립5.5.5.5.

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황1111

제 절 국내 현황제 절 국내 현황제 절 국내 현황제 절 국내 현황2222

제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황3333 ㆍㆍㆍㆍ

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정1.1.1.1.

미립경량골재 조성 및 이론 수득률미립경량골재 조성 및 이론 수득률미립경량골재 조성 및 이론 수득률미립경량골재 조성 및 이론 수득률2.2.2.2.

기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용3.3.3.3.

가 폐유리의 특성 및 선병 정세가 폐유리의 특성 및 선병 정세가 폐유리의 특성 및 선병 정세가 폐유리의 특성 및 선병 정세....

나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악....

다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립....

라 발포 및 냉각 공정 확립라 발포 및 냉각 공정 확립라 발포 및 냉각 공정 확립라 발포 및 냉각 공정 확립....

마 기타조건 확립마 기타조건 확립마 기타조건 확립마 기타조건 확립....

- 14 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

공정개선공정개선공정개선공정개선1.1.1.1.

수율 및 품질향상수율 및 품질향상수율 및 품질향상수율 및 품질향상2.2.2.2.

이형제 및 공정 부산물 재활용이형제 및 공정 부산물 재활용이형제 및 공정 부산물 재활용이형제 및 공정 부산물 재활용3.3.3.3.

공정의 최적화공정의 최적화공정의 최적화공정의 최적화4.4.4.4.

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도1111

제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도2222

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향1111

양산화양산화양산화양산화1.1.1.1.

추후 사업화 방향추후 사업화 방향추후 사업화 방향추후 사업화 방향2.2.2.2.

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

기술자문일지기술자문일지기술자문일지기술자문일지1.1.1.1.

업체와의 기술협의 자료업체와의 기술협의 자료업체와의 기술협의 자료업체와의 기술협의 자료2.2.2.2.

특허출원명세서특허출원명세서특허출원명세서특허출원명세서3.3.3.3.

기술세미나 참가사진 및 발표자료기술세미나 참가사진 및 발표자료기술세미나 참가사진 및 발표자료기술세미나 참가사진 및 발표자료4.4.4.4.

관련소재의 자료관련소재의 자료관련소재의 자료관련소재의 자료5. MSDS5. MSDS5. MSDS5. MSDS

외국사 경량골재 관련 기술자료외국사 경량골재 관련 기술자료외국사 경량골재 관련 기술자료외국사 경량골재 관련 기술자료6.6.6.6.

경량골재 관련 특허검색 자료경량골재 관련 특허검색 자료경량골재 관련 특허검색 자료경량골재 관련 특허검색 자료7.7.7.7.

- 15 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

기술개요기술개요기술개요기술개요1.1.1.1.

가 경량골재 개요가 경량골재 개요가 경량골재 개요가 경량골재 개요....

콘크리트는 건축 및 토목용 재료로서 예전부터 가장 보편적으로 널리 애용되어 오

고 있다 그러나 최근 콘크리트 건축물들이 고층화 및 대형화되어 감에 따라 그 중.

량을 감소시키기 위한 노력을 하고 있으며 이에 대한 해결책 하나로서 콘크리트의,

재료 중 비중에 가장 큰 영향을 미치고 있는 골재를 경량화하기 위한 연구가 계속

이루어지고 있다 아울러 한정된 골재원 속에서 양질의 콘크리트용 골재를 수급하.

기가 점차 어려워지고 있고 하천으로부터 채취되는 강모래 강자갈 등의 골재들도, ,

수급 부족 현상이 나타나고 있는 실정이다 따라서 이러한 문제의 해결을 위해 인.

조경량골재에 대한 관심도가 높아지고 있으며 특히 구조용 인공경량골재에 대해서,

는 특히 많은 연구개발이 이루어지고 있는 상황이다.

경량골재의 발전과정(1)

경량골재에 대한 연구와 개발과정을 살펴보면 미국에서는 년1917 Stephen J.

가 으로 혈암과 점토를 열팽창시켜 단단하고 가벼운 재료를 만드Hayde Rotary Kiln

는데 성공한 이 후 다양한 용도로 제조되어지고 활용되어 왔다.

이러한 경량콘크리트가 사용된 예를 살펴보면 미국이 제 차 세계대전에 참전하게, 1

됨에 따라 선박의 수요가 늘게 되고 선박건조에 필요한 강철판의 부족으로 경량골

재의 사용이 확산되었다 이 때 에 의해 바지. The Emergency Fleet Building Co,.

선 제작에 팽창혈암을 이용하여 배합설계강도 350kg/cm2

단위용적중량,

1,760kg/m3을 목표로 한 최초의 구조용 콘크리트가 사용되었으며 그 후 효과를,

인정 받아 건축구조물 교량상판 프리캐스트 구조물 등에 본격적으로 적용되기 시, ,

작하여 년에는 경량구조로 된 최초의 고층빌딩이 세워졌는데 에 위치1929 St. Louis

한 로서 층이며 골조와 바닥이 모두 경량골재 콘크리트로 되어Park Plaza Hotel 28

있다 또한 시카고의 층 과 달라스의 층. 42 Prudent Life Building 12 Statler Hilton

등이 경량콘크리트로 건축되었다Hotel .

영국에서는 년에는 경석과 고로슬래그를 이용한 골재 제조법 개발하기 시작하1930

여 최근에는 콘크리트P.S. 1) 구조물에 까지 사용하고 있다.

1) 고탄소 에 특수한 열처리를 가한 강선 을 넣은 콘크리트로prestressed concrete: ( ) PC ( )高炭素 鋼線

콘크리트라고도 하는데 콘크리트 속의 철근에 피아노선을 싸서 강력하게 잡아당겨서PC, PSC, PS ,

고정시켜 콘크리트에 압축응력을 작용시키면 굽힘응력이 강한 콘크리트를 얻을 수 있는 방법이다, .

- 16 -

독일에서는 세기말 천연경석을 이용한 것이 최초이고 년19 1919 Heinrish

에 의해 여종에 달하는 경량골재가 개발되었으며 년 초기에Pferdmengesm 10 , 1965

는 콘크리트 구조물에 이용하였고 년에는 교량 라아멘구조물 등에 계P.S. 1967 P.S. ,

속 시도되었다 경량골재콘크리트에 대한 표준시방과 규준도 최근 정비되어 고도.

콘크리트공법의 방향으로 돌입하고 있는 상태이다.

일본의 경우 년대 초기에는 천연경량골재인 화산력 을 이용하여 주로, 1950 ( )火山礫

건물에 사용하였으며 년대 초기에는 팽창혈암 팽창점토 팽창슬레이트와 같, 1960 , ,

은 인공경량골재를 제조하여 시판하기에 이르렀다 일본의 경우 지역여건상 지진에.

대한 고려를 하여 설계를 해야만 하는 경우가 많은데 경량콘크리트는 구조물의 자,

중을 경감시킬 수 있으므로 각광을 받았다.

경량콘크리트를 이용한 토목구조물에서의 최초의 적용 예 중의 하나가 년 도1964

쿄에 위치한 고속도로의 고가도로 상판에의 적용인데 빈번한 차량통행에도 불구하

고 년이 지난 현재까지도 잘 유지되고 있다 또한 년에는 고정하중30 . , 1968 2) 경감

을 위하여 철도교의 상 하부 구조를 경량콘크리트를 이용하여 시공하였다 이후.ㆍ

많은 건축물과 토목구조물에 경량콘크리트를 적용시켜 왔다.

최근의 이용 에는 건물에 약 이 이용되고 있고 약 이3/4 , 1/4 Precast Curtain Wall

에 이용되고 있으며 토목구조물에서의 이용 예는 미미한 실정이다, .

현재 유럽 등지에서는 장시간 교량 해양구조물과 같은 특수구조물에 까지 경량 콘, ,

크리트를 적용시키고 있으며 최근 노르웨이에서는 굵은 골재의 일부를 경량골재로,

치환하여 강도나 기타 특성에서 보통콘크리트와 유사한 특성을 갖도록 제조한

콘크리트에 대한 연구를 수행하여 단위용적중량MND(Modified Normal Density)

2.25t/m3압축강도, 350kg/cm

2를 갖는 새로운 초고강도 콘크리트를 적용하고 있는

실정에 있다.

국내의 경우 세계 각국의 인공경량골재에 관한 개발의 급진전에도 불구하고 천연골

재의 풍부한 여건으로 말미암아 거의 이 방면에 소홀히 하여 오다가 최근 급격한

건설공사의 팽창으로 인한 골재 수요량의 급증과 이에 따른 천연골재의 고갈현상으

로 수년전부터 이 방면에 눈을 돌리게 됨으로써 현재는 많은 인공경량골재가 소개

되고 있고 경량콘크리트에 대한 성능 시험과 활용을 위한 연구를 수행하고 있으나, ,

구조용으로 사용된 예는 거의 전무한 실정에 있다.

경량골재의 종류 및 특성(2)

경량골재는 용도에 따라 크게 구조용과 비구조용으로 분류할 수 있고 생산과정에,

따라 인공경량골재 천연골재 부산 골재로 분류할 수 있다 우리나라에서는, , ( ) .副産

주로 구조용 인공경량골재에 대하여 규정하고 있으며 콘크리트 표준시방서에 의하,

면 경량골재를 다음과 같이 정의하고 있다.

2) 고정하중 기둥 들보 벽 마루 등 구조체 자체의 중량과 이것의 마무리재의 중량 및 상시 구조: ㆍ ㆍ ㆍ

물 위에 고정되어 사용되는 하중을 합계한 것이다.

- 17 -

즉 팽창성혈암 팽창성점토 플라이애쉬 등을 주원료로 하여 인공적으로 소성하여, , ,

만든 구조용 인공경량골재로서 골재의 내부는 다공질이고 표면은 유리질의 피막으,

로 덮인 구조로 잔골재는 3)절건비중이 미만 굵은 골재는 절건 비중이 미만1.8 , 1.5

인 것으로 정의하고 있다.

경량골재의 종류를 용도 및 제조과정에 따라 나타내면 아래 표와 같다.

경량골재의 용도에 따른 분류( )

용 도 경량골재의 종류

구 조 용 팽창혈암 팽창점토 팽창슬레이트 소성 플라이애쉬 등, , ,

비구조용 팽창질석 팽창진주암 팽창흑요석 소성 규조토 팽창 합성수지 등, , , ,

경량골재의 제조과정에 따른 분류( )

제조과정 경량골재의 종류

인공경량골재 팽창혈암 팽창점토 팽창슬레이트 소성 플라이애쉬 등, , ,

천연경량골재 화산재 및 그의 가공품

부산경량골재 팽창 슬래그 석탄 코우크스 등의 부산 경량골재 및 그의 가공품,

가 팽창혈암( ) (Expanded Shale)

비조립형 팽창혈암( )非造粒型①

원석을 요구되는 치수로 파쇄하고 체가름하여 굵은골재 잔골재별로 에, Rotary Kiln

투입하여 최고 1,100 ~ 1,200℃로 소성한다 이 때 팽창혈암에 함유되어 있는 기.

화물질의 작용에 의해 내부는 다수의 미세한 독립기포를 갖는 다공체로 되고 표면

은 단단한 피막으로 된다.

아래 그림은 비조립형 팽창혈암의 제조공정의 예를 나타낸 것이다.

3) 절건비중 시료를: 110 의건조기내에서정중량이될때까지건조시켜측정한비중.℃

- 18 -

비조립형은 모든 크기의 잔골재 및 굵은골재의 생산이 가능하다 그리고 강도도 크.

고 입형도 적당히 둥그런 모양을 가진다, .

조립형 팽창혈암( )造粒型②

원석을 미분쇄한 것 또는 비조립형 골재의 제조과정에서 생기는 가루분을 조립기

또는 압출식 성형기에 의해 조립한다 성구를 건조한 후 에서. Rotary Kiln 1100℃

이상으로 소성하고 냉각 입도 조정하여 최종 제품이 된다.

이 방법에서는 원석의 미분쇄 조립 건조의 공정이 비조립의 경우에 비해 많지만, ,

원석의 품질을 조정하여 균등질의 제품이 가능한 것 소성온도를 낮게할 수 있는,

것 희망하는 비중 및 흡수량의 골재의 생산이 자유로운 것 등의 이점이 있다, .

파쇄형 팽창혈암③

원석을 어느 정도 크기의 덩어리로 파쇄하여 으로 소성 또는 가소한다Rotary Kiln .

소결하여 괴상으로 된 것에 수분으로 냉각한다 다음에 이것을 파쇄하여 입도 조정.

하여 제품화 한다.

이 것은 조립형이나 비조립형과 같이 양질의 혈암을 필요로 하지 않고 가격이 저렴

하지만 입형이 나쁘고 흡수량도 많다.

아래 그림은 파쇄형 팽창혈암의 제조공정의 예를 나타낸다.

나 팽창점토( ) (Expanded Clay)

점토를 분쇄하여 물과 함께 접착제 발포제 등을 가하여 교반한 후 성형하여 소성, ,

하고 입도조정을 하여 제품화 한다.

- 19 -

이 종류의 제품은 팽창혈암에 비하여 가볍고 강도도 적고 주로 건축용 단열용으로,

이용되고 있다.

다 팽창슬레이트( ) (Expanded Slate)

파편을 소성시킨 후에 파쇄하여 입도조정을 하여 제품화 한다Slate .

라 소성 플라이애쉬( ) (Expanded Slate)

플라이애쉬는 화력발전소에서 사용되는 가루석탄의 연소시 곱게 부서진 불연성의

작은 입자를 가리킨다 원료는 플라이애쉬에 소량의 혈암 또는 점토 접착제가 가해. ,

진다 조립기의 가운데에 연속적으로 균일하게 플라이애쉬를 공급하고 이것에 점토.

를 떨어뜨려 조립 소성한다Slurry , .

마 팽창고로슬래그( ) (Expanded Slate)

고로에 녹은 상태로 남아있는 슬래그를 꺼낼 때 냉각과정을 거친 다음 물을 가하여

수증기에 의한 통기성이 큰 다공질의 골재를 만드는 방법이다.

이상의 경량골재와 다른 경량골재를 주요원료 제조방법 형상 골재의 크기 별로, , ,

나타내 보면 다음 표와 같다.

- 20 -

경량골재의 분류( )

분류 종 류 주요원료 제조방법 형 상 크 기

구

조

용

인공

경량

골재

비조립형팽창혈암

팽창점토분쇄 소성 분류- -

하천

모래형

굵은골재,

잔골재

조립형팽창혈암

팽창점토

미분쇄 조립 건조 소성- - -

분류-구형 굵은골재

성형형팽창혈암

팽창점토

분쇄 성형 건조 소성- - - -

분류고치형 잔골재

파쇄형팽창혈암

팽창점토분쇄 소결 분쇄 분류- - - 쇄석형

굵은골재

잔골재

부산

경량

골재

소성

플라이애쉬

플라이애쉬

점토

분쇄 조립 건조 소성- - - -

분류구형 굵은골재

팽창슬래그 제철슬래그 수쇄 폭기팽창 분류- - 쇄석형 굵은골재

팽창석탄석탄

팽창점토

분쇄 조립 건조 소성- - - -

분류구형 굵은골재

가공석탄재 석탄재 분류 가공- 쇄석형 굵은골재

천연화산력 화산력 굴삭 분쇄 분류- - 쇄석형 굵은골재

가공 화산력 화산력 가공 쇄석형 굵은골재

비

구

조

용

팽창진주암 진주암 분쇄 소성 분류- -하천

모래형잔골재

팽창질석 질 석 분쇄 소성 분류- - 쇄사형잔골재

굵은골재

팽창규조토 규조 토분쇄 조립 건조 소성- - - -

분류구형 굵은골재

팽창흑요석 흑요석 분쇄 소성 분류- - 쇄사형잔골재

굵은골재

발포

합성수지합성수지 폴리스틸렌 증기 팽창 구형 잔골재

미네랄 울슬래그울

합성수지수지로 성형 - -

석탄재 석탄계 분류 수세- - -

화산사 화산계 채굴 수세 분류- - 쇄사형 굵은골재

갱화석 갱화석 채굴 가공성형- 블록형

- 21 -

나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요나 미립경량골재 개요....

본 사업에서 시행하는 경량골재는 앞서 설명한 경량골재와 크게 다를 것은 없다고

생각되지만 골재의 크기가 미립 인 것이 가장 큰 특징이(0.25 Grain site 4mm)≤ ≤

라고 할 수 있다.

현재 선박의 에는 선박의 전체 중량을 감소시키고 시공재료의 강도 향상 및Deck

화재시의 안전성을 고려하여 무기질 재료의 경량골재 사용이 활성화되고 있다 그.

러나 국내에서 이를 제조하는 업체가 없어 독일과 같은 유럽의 업체로부터 수입되

어 일부 적용되고 있다 이러한 미립의 인공골재는 중량에 비해 부피가 크기 때문.

에 운송상의 어려움이 있을 뿐 만 아니라 운송비용도 크기 때문에 비싼 가격에 수

입이 이루어지고 있는 실정이다.

일반적인 제조방법으로는 파유리 또는 무기질 폐기물을 미분으로 파쇄한 후 발포

제 합성수지와 함께 혼합한 후 교반 성형 소성을 하여 제품이 얻어진다 아래의, , , .

그림은 미립경량골재의 일반적 제조공정도 이다.

미립경량골재의 특징으로는 절건비중이 0.3g/cm3이하이고 기공의 크기가 미세하다.

또한 골재 내부가 폐기공으로 형성되어 있어서 흡수율이 매우 작은 것이 특징이다.

다 경량골재의 특성.

입 도(1)

입도는 경량골재의 경우 중요한 성질 중의 하나이다 경량골재의 경우는 입도 조정.

이 가능하여 입도 및 균등성은 보통골재 보다 정확히 힐 수 있으나 경량골재는 일,

반적으로 입경에 따라서 비중이 다르며 일반적으로 입경이 적을수록 비중이 커진,

다 이 경향은 미립골재의 경우 특히 현저하다 또한 입경에 따라 골재의 강도 내. . ,

구성 흡수량 등이 다르기 때문에 골재군의 균일성을 확보하기 위해서는 입도는 균,

일하게 유지되는 것이 중요하다.

굵은골재에서 그 입자의 크기가 커질수록 일반적으로 강도 내구성이 떨어지는 경,

향이 있으며 각 국에서는 굵은골재의 최대치수를 로 제한하고 있다 또한 고, 25mm .

강도 콘크리트에도 사용하는 것을 고려하여 입도는 입자가 큰 부분의 허용범위를

보통골재의 경우보다 다소 엄격히 제한하고 있다.

- 22 -

한편 잔골재의 경우 그 제조과정에서 미립분이 생기기 쉽다 미립자는 소결된 것이, .

기 때문에 점토와 미사 정도로 미세하지는 않으며 다소의 포졸란 반응( )薇砂 4)을 기

대할 수 있는 경우도 많다.

아래 그림은 경량골재의 입도별로 선별한 제품의 한 예이다.

크기별 경량골재 예 외국제품크기별 경량골재 예 외국제품크기별 경량골재 예 외국제품크기별 경량골재 예 외국제품( : )( : )( : )( : )

크기별 경량골재 예 자체 제품크기별 경량골재 예 자체 제품크기별 경량골재 예 자체 제품크기별 경량골재 예 자체 제품( : )( : )( : )( : )

4)

포졸란 실리카물질(pozzolan): (SiO2 을 주성분으로 하며 그 자체에는 수경성이 없는 광물질)

분말의 재료이며 혼화재의 일종.

포졸란 반응 포졸란이 시멘트의 수화에 의해 생기는 수산화칼슘(pozzolan) : [Ca(OH)2 과 상]

온에서 서서히 반응하여 불용성의 화합물을 만드는 것. C3 물S + C-S-H + Ca(OH)→ 2

- 23 -

입형 및 표면구조(2)

경량골재의 입형은 정육면체부터 상당히 둥근 모양까지 또 표면구조는 대단히 매,

끄러운 정도부터 울퉁불퉁한 정도까지 다양하다 입형과 표면구조는 콘크리트 배합.

시 시공연도 잔골재와 굵은골재의 비 단위 시멘트량 단위수량 등의 요소에 영향, , ,

을 주게 되므로 경량골재는 그 입형이 둥글고 구형에 가까운 것이 좋다 그러나 골.

재가 너무 둥글거나 표면이 매끄러운 경우는 골재의 분리가 생겨서 현Bleeding

상5)이 일어나기 쉬우며 벨트 콘베이어에 의한 급경사면의 수송이 곤란하게 되고,

높게 적제하기 어려운 등의 불편이 생길 수 있다 천연 경량골재의 경우는 입형이.

불량하여 콘크리트 워커빌리티가 나쁘게 되며 단위수량이 증대하는 결점이 있다, .

한편 경량골재의 입형이 좋고 나쁨을 판정하기에는 굵은골재의 경우 실적율치 여,

하에 따라 좌우된다.

비 중(3)

경량골재는 특유의 다공성 내부구조로 인해 보통골재에 비해 비중이 낮다 이러한.

비중은 골재의 입경에 따라 변하는데 골재의 입경이 클수록 작아지는 경향이 있다.

경량골재의 비중은 상태에 대응하여 절건비중 기건비중 표건비중으로 나뉘어 불리, ,

운다 표건비중은 콘크리트의 배합설계 등에 쓰이는 실용상 중요한 값이나 흡수 시. ,

간에 의하여 변화하고 또 흡수속도는 골재의 종류에 의하여 상당히 다르므로 표건,

비중은 골재의 품질을 표시하는데 적당하지 않다 절건비중은 각 골재에 대하여 일.

정치를 나타내므로 골재의 품질을 표시하는 기준으로 한다.

또한 골재의 비중은 제조되는 경량콘크리트의 중량에 직접 영향을 주므로 소정의

중량을 갖는 경량콘크리트를 만들려면 골재의 비중을 적당한 값 이하로 하지 않으

면 안된다 그러나 인공경량골재의 비중은 작을 수 록 좋은 것만은 아니며 비중이.

지나치게 작으면 일반적으로 골재의 강도가 약하고 콘크리트의 강도 강성 내구성, ,

도 저하하는 경향을 나타내며 재료분리 및 현상이 생겨 콘크리트의 균질성Bleeding

을 잃게 되기 쉽다.

한편 경량골재의 다공성 내부구조와 절건비중 기건비중 표건비중의 관계를 나타, , ,

내면 아래 그림과 같다.

5) 아직 굳지 않은 시멘트 풀 모르타르 및 콘크리트에 있어서 물이 윗면에 스며오르는 현Bleeding: ,

상

- 24 -

경량골재의 기공 구조경량골재의 기공 구조경량골재의 기공 구조경량골재의 기공 구조( )( )( )( )

비중값의 종류별 관계비중값의 종류별 관계비중값의 종류별 관계비중값의 종류별 관계( )( )( )( )

단위용적중량(4)

경량골재는 소요의 단위용적중량을 가져야 하며 균질한 적용제품을 제조하기 위해,

서는 변동의 폭이 작아야 한다 경량골재의 단위용적중량은 골재의 비중 입도 입. , ,

경 등의 변화에 비교적 민감하게 나타난다 그러므로 경량골재의 단위용적중량의.

변화는 골재품질의 변화를 의미하는 것이다.

동일한 등급과 입자의 형태에서 골재의 단위용적중량은 비중에 비례한다 그러나.

동일한 비중이라도 단위용적중량이 다르게 나타나는 것은 서로의 공극률이 다르기

때문이다 즉 그 입형이 구형일 수 록 무겁고 부정형 또는 모가 있을 수 록 가볍. ,

다.

흡수율(5)

흡수율은 경량골재에서 대단히 중요한 성질이다 일반적으로 보통골재의 흡수율은.

미만이나 경량골재의 흡수율은 보통골재에 비하여 일반적으로 대단히 커서2% , 5 ~

혹은 이상에 이르며 이 것은 골재 속에 미세한 공극이 많은 특유의 다공질10% ,

구조이기 때문이다.

- 25 -

경량골재의 흡수속도는 대단히 완만하며 정수 중에서는 현저히 장시간에 걸쳐( )淨水

계속하여 흡수한다 따라서 건조상태의 경량골재를 이용하면 콘크리트 반죽시 운반. ,

중에 서서히 흡수가 일어나 제품 적용의 워키빌러티의 관리를 곤란하게 만든다.

강 도(6)

경량골재의 강도는 골재 내부 공극의 영향으로 보통골재 보다 적은 것이 일반적이

므로 경량골재 적용 제품의 강도에는 한계가 있다 골재의 강도를 조사하는 방법으.

로는 직접 골재 입자의 압축강도를 측정하는 방법 입자군의 파쇄강도를 측정하는,

방법 초음파 전달속도 측정에 의한 탄성계수를 측정하는 방법 모르티르 강도와 적, ,

용제품 강도에서 골재의 강도를 산정하는 방법 등이 있으며 보통 파쇄시험이 많이,

이용되고 있다.

파쇄시험6)은 에 골재를 채우고 가압한 때의 가압력과 파쇄율로 강도를 비Plunger

교하는 방법으로 우리나라의 경우도 이 것을 골재의 강도를 측정하는 방법으로 채

택하고 있다.

열전도율(7)

일반적으로 공극을 많이 함유한 재료의 열전도율 선팽창율은 작다 이는 공기의 열, .

전도율은 보통 재료중의 최소(λ=0.022kcal/mh℃ 이므로 재료 중에 있는 기포의 상)

태에는 대류 및 복사에 의한 열이동이 적기 때문이다.

또한 비중이 적은 것일 수 록 열전도율이 작아진다 경량골재의 열전도율은 비중에.

의해서 결정되며 다른 요인에 대하여는 크게 영향을 받지 않는다, .

경량골재는 다공극의 독립기포로 되어 있어 흡습과 흡수를 방지하여야 하나 이 공,

극이 수중기 상태나 물의 상태에 있으면 단열효과가 떨어진다.

6) 파쇄시험: KS F2542

- 26 -

지원기업의 현황 및 애로 기술지원기업의 현황 및 애로 기술지원기업의 현황 및 애로 기술지원기업의 현황 및 애로 기술2.2.2.2.

가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황가 지원기업의 현황....

본 기술지원요청업체인 주 한국미부는 부산에 위치한 선박기자재 제조 및 시공- ( )

전문 업제로서 주 대우조선을 비롯한 여러 조선 업체들과 관계를 맺고 외국으로부( ) ,

터 수주된 선박들의 공조시설 등의 시공을 하고 있는 업체임Deck covering, .

본 업체는 전량 수입에 의존하던 용 경량콘크리트에 적용되는 미- Deck covering

립경량골재를 국산화하기 위해 년부터 기술개발을 진행하여 년부터2000 2003 Pilot

규모의 생산 설비를 갖추고 시제품 생산을 시도하여 약 일 규모의 생산을500kg/

통해 일부 선박용에 적용은 물론 건축용으로도 개발을 진행하고 있다 년부터. 2005

는 본격적인 양산화를 위해 기존의 공장과는 별도로 경남 양산에 공장부지를 확보

하고 양산설비를 설치하여 양산화를 시도하고 있음.

나 지원기업의 애로기술나 지원기업의 애로기술나 지원기업의 애로기술나 지원기업의 애로기술....

아직까지 양산을 위한 제조공정조건 확립이 미흡하여,

과립공정에서의 과다- loss

소성 공정에서의 이형제 과다- loss

수율 문제-

품질 문제-

등으로 어려움을 겪고 있다.

따라서 신속한 기술지원 활동을 통해 양산제조공정의 정상화가 시급한 상황이며,

양산화의 성공을 통해 미립경량골재 국산화 및 소재 수출에 의한 무역수지개선은

물론 국내 핵심전략산업의 하나인 조선 산업의 경쟁력 향상 효과와 힘께 건축용 경

량골재로 확대 적용을 통해 신규수요의 창출을 통한 엄청난 경제적 기대효과를 가

져올 수 있을 것으로 판단되어 진다.

- 27 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

본 기술지원의 최종목표는 선박용 및 건축용 미립경량골재의 제조 공정조건 정립

및 최적화를 통한 양산기술의 확립이다.

폐유리의 특성 파악 및 선별 정제 폐유리의 선별 정제 폐유리 조성 입도 불순물/ : / , , ,

함량 연화온도 열팽창특성 등, ,

발포제의 선정 및 특성 파악 무기발포제 탄소 탄산칼슘 인산칼슘 등 의 분해특- : ( , , )

성 결정특성 입도 등, ,

혼합 및 과립 성형 기술 배합비 선정 미립의 구형화를 위한 과립화 성형기술- ( ) : ,

선정 과립기 조건(binder , )

발포 열처리 소성 기술 건조열처리 발포를 위한 소성열처리 입도 및 기포특성- ( ) : , ,

개기포 폐기포 조절( , )

기타 기술 이형제 선정 및 회수기술 첨가제를 통한 특성향상기술 제품의 특성- : , ,

평가기술

특히 본 기술지원사업을 통해 달성하고자 하는 정량적인 기술지원 목표치는 아래와

같다.

기술지원 목표치기술지원 목표치기술지원 목표치기술지원 목표치( )( )( )( )

목표항목 목표치 비 고

과립수율 이상90% 이하 미만0.1mm 10%

입도조절기술해당입도제품

이상50%

입도별 종 구분4

(0.25~4mm)

이형제재활용률 이상50%

최종제품수율 이상80% 0.25~4mm

- 28 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술원료 폐유리의 선별 및 정제기술1.1.1.1.

발포유리 경량골재의 주원료는 병유리 및 판유리 제품에서 발생하는 폐유리를 사용

하기 때문에 유리제품의 종류 색상 크기상의 차이는 물론 일부 조성이 다르거나, ,

불순물이 혼합된 경우가 많으므로 이들은 과립성형 및 발포과정에서 불균질을 가져

오게 된다 따라서 제품의 균질화를 위해서는 현재 투입되는 폐유리 및 선별 정제. /

후 사용되는 분말유리의 특성 분석을 통해 기준 확립 및 공정조건의 최적화 시행.

요업기술원에서는 폐유리의 특성 파악을 위한 조성 불순물 입도 연화점 등의 분, , ,

석 및 시험장비가 확립되어 있으므로 이를 이용한 기술지원을 수행.

발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악발포제의 선정 및 특성 파악2.2.2.2.

현재 발포유리의 제조에 사용되는 무기 발포제로는 탄소 탄산칼슘 인산칼슘 등이, ,

사용되는데 이들은 종류 및 입도에 따라 생성되는 기공률 및 기공의 형태 크기 등,

이 달라진다 특히 현재 생산 중인 대상제품의 경우 평균입도가 정도의 미립. , 1mm

이고 비중도 이하에 흡수율을 낮추기 위해 폐가공 를 형성시켜야, 0.5 (closed pore)

하기 때문에 고도의 기술을 필요로 한다 따라서 발포제에 함량 및 특성에 대해서.

도 매우 미세한 관리가 필요로 하게 되는데 요업기술원에서는 그동안 수행해온 발,

포유리 연구를 통해 각종 발포제 및 발포조건에 대한 관련데이터가 축적되어 있으

므로 현 공정에 대한 조건별 특성 파악 및 실험실적 재현성 실험 결과의 feed

을 통해 충분한 개선을 실시back .

과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립과립공정 개선기술 확립3.3.3.3.

앞에서도 언급했듯이 평균 입경 정도의 미립 경량골재제조를 위해서는 성형1mm

공정에서 더욱 미세한 형태로의 과립화가 이루어져야 하는데 여기에는 사용되는 무

기 의 종류 농도 과립기의 운전조건 등에 대한 최적화가 이루어져야 한다binder , , .

이에 대한 기술 확립이 이루어져야 업체의 요구와 마찬가지로 필요로 하는 크기의

골재를 자유자재로 조절하면서 생산할 수 있고 과립 수율도 향상시킬 수 있으리라,

판단됨 요업기술원에서 보유 중인 각종 과립기 및 과립기 업체와의 기술 협의를.

통해 업체가 보유 중인 과립기의 특성보완 및 운전조건 최적화를 통해 개선을 실

시.

열처리 조건 확립열처리 조건 확립열처리 조건 확립열처리 조건 확립4.4.4.4.

현재 구형의 경량골재 제조를 위해서는 로타리 킬른 방식의 열처리 설비가 사용되

고 있다 이는 원료의 투입 및 제품의 배출이 연속식으로 이루어지기 때문에 균일.

한 특성을 갖는 제품의 생산을 위해서는 설비의 운전조건이 매우 까다로운 편임.

- 29 -

또한 열처리 조건은 원료의 배합비 및 성형조건 등과 모두 연관성을 갖고 있기 때

문에 공정조건의 최적화가 쉽지 않음 현재 요업기술원에도 업체가 보유 중인 로타.

리 킬른과 동일한 타입의 소형 설비가 설치되어 있으므로 이를 이용하여 많은 실험

실적 실험과 업체의 현장실험 데이터를 실험계획법을 통해 잘 분석하여 최적의 공

정 조건을 찾아 진행실시.

기타 조건 확립기타 조건 확립기타 조건 확립기타 조건 확립5.5.5.5.

유리의 경우 온도가 연화점이상으로 높아지면 점도상승으로 인해 입자들 간에 상,

호 엉기거나 설비의 벽면에 부착하는 문제점을 가져오게 되는데 이를 개선하기 위,

해서는 열처리 온도의 최적화가 필요하며 필요에 따라 이형제를 투입하게 됨 이형.

제를 투입하는 경우 원재료비의 상승과 함께 회수 및 재활용을 위한 공정 이형제,

로 인한 물성변화 등의 문제점이 발생하므로 이에 대한 기술 확립도 매우 중요한

사항임 현재 공정조건의 정확한 파악을 통해 이형제 사용을 최소화하고 이형제를.

이상 재활용 할 수 있는 조건을 업체와 함께 확립50% .

- 30 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황제 절 세계적 기술현황1111

선박의 갑판 및 객실바닥에는 보행자를 위해 시멘트 모르타르를 이용한deck( )

이 이루어지는데 선박의 중량감소를 위해 일단 골재가 아닌 경량골재를 활covering

용하고 있다 여기에 사용하는 골재는 무게가 가벼우면서도 강도가 높고 흡수성이. , ,

낮으면서 화재시 불연성을 나타내야 하기 때문에 세라믹소재의 발포유리 경량골재,

가 개발되어 적용되고 있다.

이러한 발포유리 경량골재는 모르타르의 두께를 최소화하기 위해 입도가

정도이고 비중이 인 미립경량골재가 사용되는데 이러한 경량골0.25~4mm 0.2~03 ,

재의 제조에는 아주 미세하고 균일한 폐기공 을 입자 내에 형성시키는(closed pore)

고도의 기술이 필요하기 때문에 전 세계적으로 개 업체에서만 상용화에 성공하1~2

고 있는 첨단 기술이다.

그동안 국내에서는 독일의 사에서 제조된 경량골재를 수입하여 적용해 왔으Liaver

며 조선 산업이 우리나라의 핵심전략산업으로 국제 경쟁력을 갖추고 있으므로 이,

러한 선박용 소재의 수입량도 꾸준히 증가하는 추세에 있다.

아래 그림은 발포유리 경량골재의 생산 공정도를 보여주고 있다.

발포유리 경량골재 생산공정도발포유리 경량골재 생산공정도발포유리 경량골재 생산공정도발포유리 경량골재 생산공정도< >< >< >< >

- 31 -

독일 사 제품사진독일 사 제품사진독일 사 제품사진독일 사 제품사진( Liaver Liaver )( Liaver Liaver )( Liaver Liaver )( Liaver Liaver )

독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진( Liver Reapor )( Liver Reapor )( Liver Reapor )( Liver Reapor )

독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진독일 사 제품 사진( Liaver Liapor )( Liaver Liapor )( Liaver Liapor )( Liaver Liapor )

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제 절 국내 현황제 절 국내 현황제 절 국내 현황제 절 국내 현황2222

폐유리를 재활용하여 발포시켜 경량골재를 제조하는 기술은 이미 오래 전부터 개발

되어 적용되고 있는 기술로서 이들은 주로 일반 건축용이나 산업용 단열재로 활용

이 되어져 왔으며 국내에서도 요업기술원을 비롯하여 일부 학교 및 업체에서 관련

연구 및 제품화를 시도해 왔다 그러나 이들은 기존의 경쟁소재인 펄라이트나 유리.

면 등에 비해 특성은 우수하나 가격적인 열세로 인해 대중화되지 못하고 특수 산업

적인 용도로만 활용이 이루어져 왔다 특히 이들은 크기가 수 정도의 큰 경량. cm

골재이거나 형의 제품으로 기포의 크기 역시 수 수 정도이다 반면bulk mm~ cm .

에 이하의 미립경량골재는 그동안 국내에서는 요업기술원을 제외하고는 전혀1mm

개발된 바가 없으며 관련 연구도 진행된 바가 없는 실정이다.

다만 최근에 들어서 폐자원을 재활용한 경량골재에 대한 제품화가 일부 추진되고

있으며 주 쎄라그린 쎄로라인 등의 업체들이 관심을 가지고 사업화를 추진하고, ( ) ,

있음 그러나 아직 대부분의 업체들이 추진하는 제품들은 고비중 비중 이상 이. ( 0.5 )

며 크기 또한 중립 이상 이상의 제품으로 알려지고 있음, (1mm ) .

제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황제 절 국내 외의 연구 현황3333 ㆍㆍㆍㆍ

폐자원을 이용한 경량골재의 연구는 현재 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

아래의 표는 폐유리를 활용한 국내 외의 연구 현황이다.

국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황국내 외의 연구 현황< >< >< >< >

연구수행 기관 연구개발의 내용 연구개발성과의 활용현황

사 독일Liaver ( ) 폐유리를 재활용한 미립경량골재 제품 생산 중 전 세계 수출( )

사 미국PPG ( ) 폐유리를 재활용한 형 발표유리 패널bulk 제품 생산 중 전 세계 수출( )

에코세라 폐유리를 재활용한 형 발표유리 패널bulk 제품 생산 중

단국대학교 폐유리를 재활용한 형 발표유리 패널bulk 시제품 생산

요업기술원폐유리를 재활용한 미립경량골재 시제품 생산

폐유리를 재활용한 형 발표유리 패널bulk 시제품 생산

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제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정미립경량골재 제조 공정1.1.1.1.

본 기술지원사업의 수행과 함께 본격적인 양산화와 공정개선이 이루어졌으며 개선

전 후를 사진으로 나타내면 다음과 같다 개선전 좌 개선후 우/ ( : , : ).

가 폐유리 선별 분쇄가 폐유리 선별 분쇄가 폐유리 선별 분쇄가 폐유리 선별 분쇄. /. /. /. /

나 원료 혼합 및 과립나 원료 혼합 및 과립나 원료 혼합 및 과립나 원료 혼합 및 과립....

- 34 -

다 건조 및 숙성다 건조 및 숙성다 건조 및 숙성다 건조 및 숙성....

라 소성 및 냉각라 소성 및 냉각라 소성 및 냉각라 소성 및 냉각....

- 35 -

마 분급마 분급마 분급마 분급....

바 공정 흐름도바 공정 흐름도바 공정 흐름도바 공정 흐름도....

이상의 공정 사진을 공정흐름도로 표시하면 아래 그림과 같다.

- 36 -

미립 경량골재 조성 및 이론 수득률미립 경량골재 조성 및 이론 수득률미립 경량골재 조성 및 이론 수득률미립 경량골재 조성 및 이론 수득률2.2.2.2.

경량골재 제품의 제조에 사용되는 원료는 크게 분말원료와 액상원료로 나누어진다.

액상원료의 경우 함수에 의해 분말원료의 경우에도 열처리에 의한 발포과정에서,

열분해에 의하여 최종 수득률 수율 은 감소가 이루어진다 이들 원료들의 조( ) . batch

성과 이론 수득률은 아래 표와 같다 인산칼슘과 탄산나트륨의 분해는 열분석기.

에 의하여TG-DTA(Shimadzu DTG-60H) 1,000℃까지의 측정한 결과를 참조한 것

이다.

배치의 조성과 이론 수득률배치의 조성과 이론 수득률배치의 조성과 이론 수득률배치의 조성과 이론 수득률< >< >< >< >

탄산나트륨의 열분석 그래프탄산나트륨의 열분석 그래프탄산나트륨의 열분석 그래프탄산나트륨의 열분석 그래프< >< >< >< >

- 37 -

기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용기술지원 수행 내용3.3.3.3.

가 폐유리의 특성 및 선별 정제가 폐유리의 특성 및 선별 정제가 폐유리의 특성 및 선별 정제가 폐유리의 특성 및 선별 정제....

발포유리 경량골재의 주원료는 병유리 및 판유리 제품에서 발생하는 폐유리를 사용

한다 전체 원료 중에서 폐유리가 차지하는 비중이 상대적으로 매우 높기 때문에.

원가적인 측면에서 고가의 양질 파유리를 사용하기가 곤란하며 따라서 외부로부터,

수거된 폐유리를 사용하고 있다.

폐유리를 발포유리 경량골재의 원료로 사용함에 있어서 제품의 특성에 영향을 줄

수 있는 부분은 크게 아래의 표와 같다.

폐유리의 특성에 따른 공정 영향 및 문제점폐유리의 특성에 따른 공정 영향 및 문제점폐유리의 특성에 따른 공정 영향 및 문제점폐유리의 특성에 따른 공정 영향 및 문제점< >< >< >< >

특성 구분 요구사항 문제점 비 고

유리조성

동일 조성계의 유리

계 유리(Soda-lime )

판유리 병유리 류: ,

이종 조성의 유리 혼입

관유리 앰플유리 등: ,

발포 불균일-

유리의 열적특성 차이( )

이물질유리 외 이물질 혼입

방지

금속류 플라스틱 도자기, , ,

종이 흙 등,

발포 불균일-

공정이상 엉김 막힘 등- ( , )

함수 및

함습

함수 수분 최저화

약 이하( 3% )

분쇄 효율의 저하 및 분쇄

후 엉김 발생

분쇄효율 저하-

혼합 및 과립 불량-

분쇄최대한 미분상태 처리

(D50 : 30㎛ 이하)혼합 및 과립화 특성 영향 과립율 저하로 미분발생-

특히 폐유리에 들어 있는 금속성의 이물질은 파쇄가 제대로 진행되지 않고 파쇄가

되었다고 하더라도 혼합 공정으로 흘러 들어가 원료와 섞이게 되면 향후 열처리 공

정에서 녹아 엉김현상의 발생으로 공정의 트러블을 발생시키거나 제품의 형상과 비

중에 큰 영향을 준다 따라서 폐유리를 분쇄시 선별할 수 있는 장비의 도입이 필요.

하다 아래의 그림은 현재 적용 중인 폐유리의 선별과 분쇄를 나타낸다. .

폐유리의 분쇄 및 정제 공정폐유리의 분쇄 및 정제 공정폐유리의 분쇄 및 정제 공정폐유리의 분쇄 및 정제 공정( )( )( )( )

현재 입고되고 있는 폐유리의 상태를 점검하여 이물질의 혼입상태를 파악하였으며,

여러 종류의 이물질과 함께 특히 특성상의 차이를 나타내리라고 의심되어지는 이질

파유리도 발견되었다 현재 입고되는 폐유리의 상태는 아래 사진과 같다. .

- 38 -

입고 파유리의 상태입고 파유리의 상태입고 파유리의 상태입고 파유리의 상태( )( )( )( )

유리는 화학조성에 따라 온도에 따른 열적 특성에 있어서 큰 차이를 보이는데 발,

포유리의 경우 유리의 연화과정에서 액상상태가 형성되었을 때 발포제의 분해에 의

해 기공이 형성되면서 경량화가 이루어지는 원리를 갖고 있으므로 동일한 열적특성

을 갖는 유리의 사용이 필수조건이라고 볼 수 있다 만약 열적특성이 서로 다른 유.

리들이 혼재되어 있을 경우 이들의 열적특성이 달라서 발포상태의 불균일이 발생,

함은 물론이고 부분적으로 과도한 액상의 발생으로 로타리킬른에서 서로 엉겨붙는,

현상으로 인해 공정 트러블이 발생하는 주 요인이 될 수 있다.

현재 국내에서 외부 업자들에 의해 수거되는 폐유리의 대부분은 판유리와 병유리의

파쇄 파유리라고 볼 수 있다 판유리 파유리의 경우 판유리 제조공정에서 발생되는. ,

파유리는 대부분 자체에서 재활용되며 일부 특수 착색유리나 칼라변경과정에서 발

생되는 불균일 칼라유리를 제외하고는 외부 재활용 파유리로 반출되는 경우는 극히

일부분이며 대부분은 판유리를 강화유리 복층유리 거울 유리 등 차로 가공하는, , , 2

공장에서 가공 중에 발생하는 유리 소위 짜투리 유리 나 가공 및 시공과정에서 발( )

생하는 불량제품 등으로 인한 파유리이다 병유리의 경우는 최근 소비자들의 수거.

가 잘 이루어져서 폐유리의 발생이 많지 않으나 수거 과정에서 파쇄된 병유리나,

이물질이 혼입된 파유리의 경우 폐유리로 발생되어 수거되는 경우가 발생한다 최.

근 에너지비용의 상승으로 인해 유리 제조업체 업체들이 연료비의 절감을 위해 파

유리의 발생비율을 최대한 높이고 있어서 양질의 파유리는 유리제조에 거의 재활용

이 되고 있는 실정이며 이물질이 혼입되어 불량 발생이 염려되는 폐유리만이 외부,

에서 수거되어 경량골재와 같은 차 제품의 원료로 활용되기 때문에 원료적인 측면2

에서의 관리가 갈수록 어려워지고 있다고 판단된다.

또한 앞서 설명한대로 유리의 열적특성 면에서 판유리와 병유리는 화학조성 상으로

소다라임유리 조성을 갖고 있어서 유사하나 의료용 앰플병이나(Soda-lime glass) ,

관유리 기타 브라운관유리 디스플레이유리 광학유리 등은 조성이 서로 달라 큰, , ,

열적특성의 차이를 보이므로 공정상 문제가 될 수 있다 업체에 납품되는 폐유리.

원료 중에 일부 의료용 앰플병이 혼입되고 있어서 이에 대한 분석을 실시하였으며

판유리 및 병유리의 화학조성 및 특성과 비교하여 표로 나타내었다.

- 39 -

사용 원료유리의 종류 및 특성사용 원료유리의 종류 및 특성사용 원료유리의 종류 및 특성사용 원료유리의 종류 및 특성< >< >< >< >

위의 표에서 알 수 있듯이 판유리나 병유리는 종류 및 색상에 따라 약간의 조성 차

이는 있으나 특성상으로는 비슷하지만 앰플유리는 매우 다른 조성을 갖고 있기 때

문에 특성상의 차이를 유발시킬 가능성이 있어서 가급적 사용을 제한하도록 협의하

였음.

- 40 -

앰플유리 분석 성적서앰플유리 분석 성적서앰플유리 분석 성적서앰플유리 분석 성적서( )( )( )( )

- 41 -

발포유리 경량골재를 제조하는 데 있어 유리의 입도는 매우 중요하다 특히 미립경.

량골재를 제조하는 데 있어서는 경량골재의 크기가 최소 정도 되기 때문에0.2mm

작은 입자 안에 다공체를 성형시키기 위해서는 유리분말의 입도가 매우 미립이어야

한다 통상적인 크러셔를 이용하여 분쇄를 하는 경우 유리의 입도는 수십 수백 마. , ~

이크론의 입도를 갖게 되는데 이 경우 일반적인 발포유리제품이나 수 의 크기mm

를 갖는 경량골재를 제조하는 데는 문제가 없으나 본 제품과 같이 미립의 경량골재

를 제조하는 데는 적합하지 않다.

또한 유리분말의 입도에 따라 원료의 혼합 및 과립화에 큰 영향을 주기 때문에 유

리의 종류 및 분쇄조건에 따른 입도를 측정해 보았으며 분쇄 회수에 따른 입도 특,

성도 파악해 보았다.

아래의 그림은 초기 타사 분말유리 제품과 한국미부에서 직전 파쇄한 파유리의 입

도를 나타내었다.

한국미부에서는 레이몬드 밀이라는 방식의 분쇄기를 사용하고 있으며 이, D50

미크론 정도의 입도를 갖는 것으로 나타났고 차 분쇄된 파유리를 차로 재10~20 , 1 2

분쇄하여도 큰 입도의 변화는 없는 것으로 나타났다 또한 위 그래프를 볼 때 타사.

의 분말유리 제품과도 큰 차이가 없는 것으로 나타났다 또한 원료 파유리가 아닌.

공정에서 발생하는 부산물을 분쇄 했을 경우 나타나는 입도에 있어서도 유사하게

나타나는 것을 알 수 있었다.

- 42 -

분쇄 분말유리의 입도분석 데이터분쇄 분말유리의 입도분석 데이터분쇄 분말유리의 입도분석 데이터분쇄 분말유리의 입도분석 데이터( )( )( )( )

- 43 -

나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악나 발포제의 선정 및 특성 파악....

발포제의 선정(1)

유리의 발포는 아래 그림과 같은 메커니즘에 의하여 다음과 같은 공정으로 이루어

진다 즉 적당한 발포제 유리가 연화하는 온도에서 분해되어야 함 를 혼합한 유리분. ( )

말을 가열하면 일시 수축한 후 연화온도에서 발포제가 분해됨과 동시에 유리가 연

화되어 포를 형성하게 된다.

발포유리에서의 발포 원리발포유리에서의 발포 원리발포유리에서의 발포 원리발포유리에서의 발포 원리< >< >< >< >

원리는 간단하지만 균질하고 원하는 적당한 포의 크기를 얻기 위해서는 적당한 발

포제와 적당한 유리를 필요로 하게 된다 발포제로는 온도에 의하여 분해되면서 가.

스성분을 발생할 수 있는 성분이면 모두 가능하지만 균질한 포를 형성하기 위해서

는 적당한 발포제의 선정과 많은 실험이 뒷받침 되어야 원하는 형태의 포를 얻을

수 있다 적당한 발포제로는 다음과 같은 발포제가 있다. .

위와 같은 발포제를 이용하여 발포한 결과 아래 그림과 같은 결과를 얻을 수 있었

다.

- 44 -

발로제의 종류별 발포상태발로제의 종류별 발포상태발로제의 종류별 발포상태발로제의 종류별 발포상태< >< >< >< >

카본 발포제의 경우 포의 크기가 너무 커서 강도가 약하게 될 수 있으며 탄산칼슘,

의 경우는 포의 상태는 좋지만 셀의 형태가 형태로서 경량골재로서는 적합하open

지 않으며 산화철의 경우는 셀벽이 너무 두꺼우므로 비중이 너무 커서 단독으로는,

발포제로서 역할을 하지 못하는 것으로 판단할 수 있으며 가장 적당한 발포제로는,

인산칼슘이라고 판단된다.

아래 그림은 인산칼슘을 이용한 발포 형태를 나타내고 있으며 작고 균질한 발포상,

태를 보여주고 있다.

- 45 -

발포제 함량 조성발포제 함량 조성발포제 함량 조성발포제 함량 조성(2)(2)(2)(2)

분쇄유리 당 액체인산칼슘의 조성을 고형분 함량으로 을 첨100g 10g, 5g, 2.5g, 1

가하여 실험을 하였다 아래의 그림은 각 각의 발포 상태를 보여준다. .

고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가( 10g )( 10g )( 10g )( 10g ) 고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가( 5g )( 5g )( 5g )( 5g )

고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가( 2.5g )( 2.5g )( 2.5g )( 2.5g ) 고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가고형분 함량 첨가( 1g )( 1g )( 1g )( 1g )

위 그림에서 보듯이 액체인산칼슘의 첨가량에 따른 의 크기는pore

10g > 5g > 2.5g > 1g10g > 5g > 2.5g > 1g10g > 5g > 2.5g > 1g10g > 5g > 2.5g > 1g

의 순으로 나타났다 전반적으로 까지는 고른 발포의 형상을 볼 수 있었으나. 2.5g

의 첨가에는 발포의 형성이 미비하고 포벽이 매우 두껍게 형성됨을 알 수 있었다1g .

또한 각 각의 첨가량에 따른 비중의 측정 결과는 아래 그래프와 같았고 원료비를

감안하여 약 이 최적의 조성으로 선정하였다2.5g .

본 제품에서는 비중의 목표를 0.3g/cm3으로 선정한 바 액체인산칼슘의 첨가량을

고형분 환산으로 보다 많은 으로 책정하였다2.5g 2.75g .

- 46 -

액체인산칼슘 첨가에 따른 비중 추이 관찰액체인산칼슘 첨가에 따른 비중 추이 관찰액체인산칼슘 첨가에 따른 비중 추이 관찰액체인산칼슘 첨가에 따른 비중 추이 관찰( )( )( )( )

다 액상원료의 혼합 특성 및 분석다 액상원료의 혼합 특성 및 분석다 액상원료의 혼합 특성 및 분석다 액상원료의 혼합 특성 및 분석....

원료의 혼합은 크게 단계로 이루어지고 있는데 차는 액상원료의 혼합으로 주발2 , 1

포제로 사용하고 있는 액체인산칼슘에 소다회 와 기타 과립화에 필요한 첨(Na2CO3)

가제를 혼합하며 차로 혼합기에 파유리와 같은 분말원료를 넣고 혼합하면서 액상, 2

원료를 투입하여 습식혼합을 하는 과정으로 이루어진다 그런데 액상혼합물을 혼합.

하는 과정에서 혼합조건에 따라 이물질의 발생 및 결정물질의 석출이 이루어져 혼

합공정상의 문제발생 및 최종 품질에의 불균일도 염려되어 혼합과정에 따른 특성

파악 및 분석을 실시하였다.

소다회를 액상원료에 혼합하는 과정에서 통상적으로 발열반응이 발생하며 이로 인,

해 액상의 온도가 상승하게 된다 그런데 하절기에는 큰 영향을 받지 않으나 동절.

기에는 외부 온도가 낮음으로 인해 액상의 온도상승이 미약하며 이에 따라 용해된

액상이 일부 재석출하거나 다른 제 의 물질을 생성하는 것으로 나타나 이에 대한2

기기분석 및 실험실적 실험을 실시하였다.

를 통한 분석 결과 혼합시 발생하는 과립상의 물질은 으로 나XRD , Na2CO3(P2O)7

타났으며 페이스트형 물질은 로 나타났다 따라서 액체인산칼슘에, Ca8(PO4)6O2 .

소다회를 투입하는 과정에서 충분히 교반이 이루어지지 않는 경우 과량의 소다회,

가 직접 인산과 반응하면서 과립상이 석출하게 되고 이 경우 부죽한 성분으로, , Na

인해 잉여 성분만이 잔여 인산분과 반응하여 페이스트 형태로 바닥에 침전되는Ca

것으로 판단되어졌다 어쨌든 균일힌 액상 혼합물을 형성하지 못하고 과립상이나.

페이스트상이 생성되게 되면 액상 혼합물의 고형분 농도가 달라짐은 물론 이로 인,

해 발포상태에 불 균일을 초래하기 때문에 향후 액상 제조 및 혼합시에 교반기를,

이용하여 충분한 교반을 하면서 소다회를 소량씩 투입하여 이물질이 생성되지 않도

록 공정을 개선토록 하였다.

- 47 -

다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립다 과립공정 개선기술 확립....

미립의 경량골재를 제조함에 있어서 성형과정은 매우 중요한데 균일한 형태와 크,

기를 유지하기 위한 목적 뿐 만 아니라 과립화가 제대로 이루어지지 못해 발생하,

는 미분말의 경우 제품 수율에 큰 영향을 미치게 되며 또한 미립의 분말이 열처리,

과정에서 로타리킬른의 벽에 달라붙어서 공정의 트러블을 발생시키는 요인이 되기

도 한다 과립을 형성시키기 위해 사용되는 과립기에는 여러 종류가 있는데 그 각.

각의 성형방법과 사용 용도는 아래 표와 같다.

과립기의 종류와 시용 용도과립기의 종류와 시용 용도과립기의 종류와 시용 용도과립기의 종류와 시용 용도( )( )( )( )

구 분교반법

압력법 가열법 현탁법 응결법텀블링법 혼합법

성형 방법Pan

회전Mixer 가압

열처리

소결

분무

분산방법

슬러리

응집

사 용

광물가공 광물조립고체연료

제조광석소결 광석농축

미분말

석탄처리

비 료 조 립 배합비료 요소조립 요소조립

분말야금 강판제조 열처리금속

분말제조

구형금속

제품

요 업 압출준비용 타일벽돌 열처리 가압전처리

제 약 알약제조 알약 알약전처리

식품가공 즉석식품 사료스넥 건조분말 분말전분

화학공업 카본블랙 촉매 플라스틱 플라스틱 폐수처리

현재 업체에서 사용하는 과립기는 원료의 교반과 과립을 동시에 하는 혼합과립기를

사용하고 있다 혼합과립기의 특징으로는 원료의 교반과 과립 공정을 동시에 할 수.

있는 장점이 있지만 과립의 크기를 자유자재로 조절하기가 힘들고 공정이 연속적으

로 진행할 수 없는 단점이 있다.

업체가 제품의 수율저하요인으로 과립화공정에 대한 애로사항이 많이 있었으므로

이를 개선하기 위한 실험을 실험실적 실험과 함께 현장시험을 병용하여 실시하였

다 수혼합 과립기를 사용하여 바인더의 종류와 농도 과립기의 운전조건 등. mixer ,

에 대한 최적화를 이루기 위한 실험을 수행하였다.

- 48 -

바인더의 종류와 농도(1)

가 문제점 도출( )

한국미부에서는 그동안 바인더로서 무기계 규산소다를 비롯하여 각종 유기계 바인

더를 사용하여 공정을 제조하였다 바인더를 소량으로 사용하는 경우 과립화가 제. ,

대로 이루어지지 않아 미분말이 많이 발생하고 또한 건조 및 이송시에 과립이 다,

시 부서져서 미분말화하기 쉬우며 다량의 혼합시는 열처리 과정에서 로타리킬른에,

엉겨 붙는 현상이 발생하여 적정량을 사용하는 최적조건의 선정이 매우 까다로운

상태였다 따라서 현재 사용하는 바인더의 경우에도 접착성이 미약하여 과립 후 건.

조 공정에서 과립이 파괴되어 제품으로 사용할 수 없는 미분이 발생하여 제품의 수

율을 정도 떨어뜨리는 상황이 발생하였다 또한 바인더의 가격이 기타 무기 바25% .

인더보다 높아 많은 양을 첨가시키기 어려운 실정이었다.

이러한 문제를 개선하기 위해 과립 수율을 향상시키기 위한 각종 실험을 실시하였

고 업체와 현장 적용을 위한 협의를 실시하였다.

07. 04. 2507. 04. 2507. 04. 2507. 04. 25

년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의*07 4*07 4*07 4*07 4

주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )

주협의 내용주협의 내용주협의 내용주협의 내용ㆍㆍㆍㆍ

종류에 따른 입상화 특성 변화-Binder

첨가에 의한 액상의 점도 특성-Binder

월 생산공정 분석-1~3

- 49 -

나 바인더 종류와 농도 실험( )

실험 목적①

경량 골재 제조 시 첨가되는 에 따른 특성 변화 비교binder

실험 방법②

액체인산칼슘과 소다회 물 바인더 바인더 를 아래 표와 같은 비율로 혼합한 후, , S, W

건식인 파유리를 성구기에 넣은 후 액상 혼합된 용액을 분사하여 경량 골재의 형태

를 제조하였다 이때 제조된 골재는 약 시간 동안 건조하여 체가름법으로 입도의. 2

분포를 확인하였다.

액상 혼합 비율액상 혼합 비율액상 혼합 비율액상 혼합 비율( )( )( )( )

액체인산칼슘 소다회 물 바인더S 바인더W

S-1

110 20 8

2 -

S-2 16 -

W-1 - 2

W-2 - 16

액상과 파유리 혼합 비율액상과 파유리 혼합 비율액상과 파유리 혼합 비율액상과 파유리 혼합 비율( )( )( )( )

파유리 액상 혼합바인더 투입량

파유리 기준( 100 )

S-1

75 20

2.6%

S-2 21.3%

W-1 2.6%

W-2 21.3%

실험 모습-

성구기 모습성구기 모습성구기 모습성구기 모습( )( )( )( ) 성구되는 모습성구되는 모습성구되는 모습성구되는 모습( )( )( )( )

- 50 -

바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습( S 2g )( S 2g )( S 2g )( S 2g ) 바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습( S 16g )( S 16g )( S 16g )( S 16g )

바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습( W 2g )( W 2g )( W 2g )( W 2g ) 바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습바인더 혼합된 모습( W 16g )( W 16g )( W 16g )( W 16g )

실험 결과③

차 성형성- 1

파유리 에 바인더 와 바인더 가 같은 비율로 혼합된 용액 을 분사시켜 성75g S W 20g

구기로 과립상을 제조한 후 체가름을 실시

- 51 -

차 진동에 의한 파쇄시험- 2

차 실험에 사용하여 데이터화한 경량골재 샘플을 다시 를 이용하여1 sieve shaker 1

분간 분급한 후 그 양을 측정하여 차와 차의 실험 데이터를 비교하였다1 2 .

- 52 -

실험 결론④

파유리 분말에 바인더 수용액 와 를 각각 분사하여 입상화 테스트를- S 2.6% 21.3%

실시한 결과 많은 양이 구 형태로 형성되지 못하였으나 의 바인더 가 첨, ( ) , 2.6% S球

가된 경우 약 정도가 입상화 이상 가 이루어진데 비해 바인더 가15% (400mesh ) S

로 증가하게 되면 약 가 형성되어 배의 차이를 나타내었다21.3% 30% 2 .

반면 바인더 를 와 를 각각 분사하여 입상화한 결과 바인더 가- W 2.6% 21.3% , W

에서는 바인더 가 혼합된 샘플과 비슷한 입상화 정도를 나타냈으나2.6% S 21.3% ,

바인더 가 혼합된 경우는 다른 샘플들과 비교하여 양이 상당히 줄어W 21.3% loss

든 결과를 나타냈다.

제품의 크기에 속하는 에 포함되는 양을 비교한 결과 바인더- #400~#10 S 2.6%

와 를 첨가하여 제조된 성구는 대략 를 나타냈으나 바인더 를 와21.3% 45% , W 2.6%

를 첨가한 경우 로 증가하였다 또한 제품범위를 벗어난 이하21.3% 60~68% . , #400

와 이상의 비율은 바인더 를 사용한 경우 대략 와 를 나타낸 반면 바#10 S 8% 45%

인더 를 사용한 경우에는 와 로 약 감소한 결과를 나타냈다W 7% 24% 50% .

- 53 -

전체적으로 경량 골재 제조 시 사용되는 의 종류에 따른 실험을 통해 동일- binder

한 조건에서 바인더 과 바인더 의 사용에 따른 특성을 확인 할 수 있었다 바인더S W .

로서 바인더 과 바인더 를 비교한 결과 입상화 정도와 제품의 입도분포에 바인더S W

를 사용하였을 때 많은 앙의 제품이 분포하는 것으로 나타났으며 제품의 도W , loss

상당히 적게 나타났다.

따라서 바인더 를 로 사용할 경우 바인더 을 사용하는 경우에 비해 입상화, W binder S

수율이 증가할 것이라 생각되며 필요에 소량씩을 동시 사용하는 것도 검토해 볼,

필요가 있다고 판단된다.

차 실험에서는 를 사용한 입도분석에서 입상화 시료의 파쇄를 방지하기 위- 1 sieve

해 시료에 최소한의 힘을 가해 수동으로 체 가름 실험을 하였으며 차 실험에서는, 2

차에서 분급된 시료들이 입상화 상태에서 배출 건조 및 이송과정과 같은 후처리1 ,

과정에서 파쇄되지 않는 성형강도를 확인하기 위해 분간 를 이용하여1 sieve shaker

차 체 가름을 실시하고 입도 분포 변화를 확인한 결과 전체적으로 제품의 크기 범2

위인 의 분포는 약 로 바인더 의 경우 대략 가 증가한 반면 바#10~#400 55% S 10%

인더 는 약 감소하는 결과를 나타냈다 이는 바인더 의 경우 상대적으로W 5~10% . S

많은 비율을 차지하던 이상의 큰 입자가 파쉐되어 제품 범위 내로 분포되#10mesh

었기 때문이다.

차 실험을 통해 바인더 를 사용한 경우 제품범위의 분포량이 감소하기는 했으- 2 W ,

나 반면에 입상화된 시료의 파쇄로 인한 미분의 발생량에서 바인더 사용의 경우S

배 정도 증가한 것에 비해 바인더 사용의 경우 대략 배가 증가하여2.5~4 W 1.5~3

상대적으로 약간 낮은 수치를 나타냄을 확인하였다 따라서 미분이 다량 발생한 바. ,

인더 사용의 경우 강도적인 측면에서 바인더 보다 약하다는 것을 확인 할 수 있S W

었으며 이는 실제 생산 공정에서 건조 후 이송과정에서 발생할 수 있는 미분의 양,

이 증가할 것이라고 생각되므로 앞에서 언급한 바와 같이 바인더로서 바인더 의W

사용을 검토하는 것이 필요하다고 판단된다.

에 의한 성형실험(2)Roll compactor

과립공정의 개선을 위한 방법의 하나로서 현재 사용 중인 과립기가 아닌 Roll

를 이용한 성형방법을 적용하기로 하여 업체에서 외부설비를 도입하여compactor

현장에서 과립화 실험을 진행하였다 에 의한 과립화는 기존의 공정. Roll compactor

이 혼합과 과립화가 동시에 이루어지는 것과는 달리 혼합이 이루어진 배치를 차적2

으로 성형을 해야 하므로 차적으로 기존의 혼합기를 이용하여 원료를 혼합하여 배1

출시키고 이 것을 에 투입하여 과립화한 후 이것을 기존의 공정에Roll compactor

재투입하여 건조 발포시키는 방법으로 진행하였으며 충분한 조건의 확립을 위하여, ,

수일간 반복실험을 진행하였다.

- 54 -

아래에 시험에 사용된 설비의 형상 및 실험과정에 대한 사진을 나Roil compactor

타내었으며 주요한 실험결과를 정리하였다, .

국내 사로부터 설비를 임대하여 현장테스트를 실시하였으며 설P Roll compactror ,

비조건을 수정하면서 반복 실험을 한 결과는 다음과 같다.

발생되는 미분의 양은 이하가 약 정도였으며 함수에 따라 많은 차- 0.1mm 16% ,

이를 나타냄

수분이 많을수록 콤팩팅은 잘 되지만 수분이 이상 되면 물기가 배어나와 연- 15%

속작업이 힘들고 파쇄 정립시에 망체에 눈 막힘 현상이 발생하게 됨

파쇄정립기의 망체크기는 클수록 눈 막힘이나 미분이 적지만 당사에서는- 2.8mm

이상을 사용하는 것은 무의미함 크기가 적당할 것으로 사료되며 판상. 2.4~2.6mm ,

의 경도에 따라 입자분포는 결정될 것으로 판단됨.

최종적으로 많은 테스트를 실시하였으나 기존의 공정조건보다 과립화 조건에서 특

별하게 우수한 결과를 나타내지 못하고 시설투자에 대한 부담이 있어 일단은 데이,

터만 확보하고 기존의 공정을 적용하기로 결론을 내렸다.

라 발포 및 냉각 조건 확립라 발포 및 냉각 조건 확립라 발포 및 냉각 조건 확립라 발포 및 냉각 조건 확립....

발포조건의 확립은 열처리를 위한 로터리킬른의 온도구배 설정을 통해 이루어졌으

며 개 의 설정온도를, 6 zone 900~950 범위에서 조절하였다 온도가 낮으면 발포가.℃

불충분하여 비중이 높아지는 문제점이 발생하며 온도가 너무 높으면 골재 표면의 유,

리액상들이 너무 많아 서로 엉기거나 킬른의 벽에 달라붙어서 공정의 트러블을 발생시

키는 요인이 되었다.

- 55 -

이 부분은 로터리킬른의 관측창과 제조되는 제품의 형상을 통해 현장에서 수시로

조절을 하여 최적치를 선정해야 하는 관계로 업체에서 중심이 되어 공정조건의 확

립을 수행하였다.

그리고 특히 본 사업의 진행과정에서 발포공정 후에 냉각설비를 설치하여 급랭에

의한 발포유지 극대화와 엉김방지 제품 강도 향상 등의 효과를 얻을 수 있었는데,

이에 대한 기술적인 이론과 구체적인 공정조건에 대해서는 뒤 부분의 기술지원 성

과부분에서 특허출원 내용과 함께 설명하였다.

마 기타 조건 확립마 기타 조건 확립마 기타 조건 확립마 기타 조건 확립....

이형제의 재사용(1)

가 문제점 도출( )

유리는 온도가 연화점 이상으로 높아지면 점도상승으로 인해 입자들 간에 상호 엉

기거나 벽면에 부착하는 문제점을 가져오게 되는데 이를 개선하기 위Rotary Kiln ,

해서는 차 소성 시에 이형제를 투입해야만 한다 이형제를 투입하는 경우 원재료2 .

비의 상승과 부산물이 발생하는 문제점이 발생하게 된다.

아래의 회의록은 이형제 사용으로 인한 업체와의 협의사항을 나타내며 이형제의 재

활용 방안이 큰 문제로 대두되고 있는 것을 보여준다.

07. 01. 3107. 01. 3107. 01. 3107. 01. 31

년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의*07 1*07 1*07 1*07 1

주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )

주 협의 내용주 협의 내용주 협의 내용주 협의 내용ㆍㆍㆍㆍ

이하 제품의 특성 분석-0.25mm

이형제의 특성 분석-

월 제조 공정제품의 특성 분석 월 제품과 비교-12 (11 )

집진 차 분진의 특성 분석- (1, 2 )

제품과 이형제와의 분리 방법 검토-

이형제 재활용 가능성 검토 소결실험- ( )

- 56 -

나 이형제 재사용 방안 분석( )

이형제의 재활용을 위해서 공정에서의 이형제 부산물 발생위치를 파악하였으며 아

래의 그림에 이형제의 투입위치와 흡입위치를 알려준다.

이형제 투입 위치와 집진 위치이형제 투입 위치와 집진 위치이형제 투입 위치와 집진 위치이형제 투입 위치와 집진 위치( )( )( )( )

위 공정도에서 살펴보면 사용한 이형제가 발생할 수 있는 곳은 차 집진 차 집1 , 2

진 마지막으로 에서의 집진기에서 발생한다고 볼 수 있다, Cooler .

- 57 -

d10 d50 d90

입도크기( )㎛ 2.23 11.17 28.02

비 중(g/cm3) 1.10

이형제의 입도 분포와 크기이형제의 입도 분포와 크기이형제의 입도 분포와 크기이형제의 입도 분포와 크기( )( )( )( )

다 이형제 재사용 방안을 위한 실험( )

실험 목적①

이형제의 재활용 방안을 모색하여 이형제의 재료비 부담을 줄이기 위함.

실험 방법②

채취- Sample :

차 소성에서의 집진분과 이하의 과립분1 0.25mm

차 소성에서의 차집진과 차 집진분2 1 2

차 소성 후 이하의 미립분2 #400

이형제

실험방법 종의 샘플에 대해서 의 크기 몰드를 이용하여 바형태로 성- : 6 7*40(mm)

형한 후 700 와 에서 각 각 시간씩 열처리900 1 .℃ ℃

특성평가 건조 무게와 체적을 이용하여 소결 전 후 밀도를 측정하고 소결 후- : / ,

샘플의 소결 상태 표면의 액상 발생여부 를 확인( ) .

실험 결과③

각각 샘플의 비중 비교각각 샘플의 비중 비교각각 샘플의 비중 비교각각 샘플의 비중 비교( )( )( )( )

- 58 -

- 700℃에서 열처리한 결과 과립형을 제외한 샘플들은 소결하기 전과 비슷한 밀도

를 나타내었다.

- 900 에서℃ 열처리한 결과 과립형과 차 소성에서 소결하기 전과 비교하여 가장1

많은 밀도의 변화를 나타내었다.

밀도가 증가한 샘플들의 경우 열처리 온도가 증가함에 따라 질량의 변화는 미소-

하나 열처리 온도의 증가로 체적이 감소하여 밀도가 증가하였다고 생각되어진다.

결 론④

이형제로의 재활용을 위해서는 주 물질이 이형제로 구성되어- 900℃ 열처리에서

발포현상이나 액상이 발생하지 않아 소결이 이루어지지 않아야 한다고 판단됨.

열처리 조건을 변화하여 샘플의 변화를 확인한 결과 과립샘플은- , 700 에서 차, 1℃

소성분은 에서 발포가 발생되었음900 .℃

열처리 조건에서 이형제 차 집진분과 차 집진분 그리고 차 소성 후 발생- 900 , 1 2 , 2℃

되는 이하의 미립분은 소결이 거의 일어나지 않았으며 이는 주 물질이 이형제로#400 ,

구성되어있기 때문이라고 판단됨.

따라서 차 집진분 차 집진분 차 소성 이하 샘플은 이형제로 재활용시 서로- 1 , 2 , 2 #400

엉키지 않고 이형제로의 역할이 가능할 것으로 판단됨.

- 59 -

부산물의 재활용(2)

가 부산물 재활용에 대한 문제점 도출( )

경량골재의 제조시 차 에서의 유리의 연화점 이상의 고온으로 인하여 이형제2 Kiln

의 사용에도 불구하고 에 제품끼리 엉겨 붙는 현상이 발생한다 이러한 현상은Kiln .

제품의 연속적인 생산을 막고 원료비와 폐기물 비용이 업체에게 부담을 안겨 줄 수

있다 또한 그동안 공정의 불안정으로 인해 각 중간 공정에서 발생한 여러 종류의.

부산물이 많이 발생하였다 이들 가운데는 불완전한 열처리로 인해 미 발포가 된.

원료들도 많이 있었으며 이들은 충분한 차 열처리가 이루어지는 경우 충분하게, 2

재활용이 가능하리라 판단되어 업체와 이러한 부산물을 재활용하기 위한 실험실적

실험과 현장시험을 실시하였다 이 경우 원료비와 폐기물 비용을 줄일 수 있기 때.

문에 차로 엉긴 덩어리를 분쇄 후 재활용 방안을 모색하기로 하였다1 .

아래의 회의록은 부산물 사용을 위한 업체와의 협의사항을 나타내고 있다.

07. 05. 2907. 05. 2907. 05. 2907. 05. 29

년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의년 월 발포유리 경량골재 기술 협의*07 5*07 5*07 5*07 5

주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원주 한국미부 요업 세라믹 기술원( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )( ) & ( )

주 협의 내용주 협의 내용주 협의 내용주 협의 내용ㆍㆍㆍㆍ

공정부산물 재활용 가능성 실험-

경량골재 미발포분 첨가 실험1)

체류 덩어리 부산물 첨가 실험2)Kiln

부산물 재사용에 따른 제반 협의 사항( )

나 부산물 재활용에 대한 방안 분석( )

부산물의 발생은 차 의 고온에서 미립의 경량골재들이 유리 연화점 이상의 고2 Kiln

온에서 서로 엉겨서 발생한다.

아래의 그림은 부산물의 발생 위치와 부산물의 형태를 보여준다.

- 60 -

부산물 발생 공정도부산물 발생 공정도부산물 발생 공정도부산물 발생 공정도( )( )( )( )

부산물의 형태부산물의 형태부산물의 형태부산물의 형태( )( )( )( )

다 부산물 재활용에 대한 방안 실험( )

실험 목적①

경량 골재 제품 생산 과정 중 에서 엉겨 발생되는 재사용 가능 여부 확인을 위Kiln

한 실험.

실험 방법②

현재 생산되고 있는 경량골재의 에 발생된 부산물인 과대 발포 성형체와 제품batch

으로 사용될 수 없는 경량골재를 을 이용하여 미분의 형태로 분쇄한 후 체ball mill

가름으로 이하의 미분만 수거하여 제품의 에 까지 첨가하여#400 batch 5~100wt%

샘플을 제조 한 후 900 에서 시간 동안 열처리하였다 실험 방법에 대한 는1 . batch℃

아래의 표에 나타내었다.

액상혼합액체인산칼슘 소다회 물 바인더S Total

78.02 14.18 5.67 2.13 100

- 61 -

실험 결과③

아래의 그림은 부산물 사용을 하여 만든 샘플의 결과 그림이다.

P5P5P5P5 P10P10P10P10 P15P15P15P15 P20P20P20P20

P25P25P25P25 P50P50P50P50 P75P75P75P75 P100P100P100P100

파유리 대비 체류 부산물을 대체 투입한 경우 정도의 소량 투입에 대해Kiln , 5wt%

서도 발포상태에 영향을 미치는 것으로 나타났으며 투입량 증가에 따라 전체적으,

로 발포가 미비하였다 따라서 이하의 소향재활용만이 가능할 것으로 판단되. 5wt%

며 그 이상 투입할 경우 발포가 제대로 이루어지지 않아 발포체의 비중이 크게 증,

가할 것으로 판단된다.

미발포 미립분 재활용(2)

가 미발포 미립분 재활용에 대한 문제점 도출( )

경량골재의 제조시 대부분의 원료는 미립의 입자를 사용하기 때문에 공정의 흐름에

서 미분의 입자가 집진기에 포집될 수 있는 가능성이 많이 있다 이 집진기에서 나.

오는 폐자원의 양이 많아 원료의 손실을 줄이고 폐기물의 처리비용을 줄일 수 있는

방안이 모색되었다.

나 미발포 미립분 재활용에 대한 방안 분석( )

- 62 -

미립분의 발생은 과립 성형 된 경량 골재가 건조 공정 후에 공정 이동에 의하여 부

서져 발생하는 경우이다 이러한 자원은 발포체와 바인더 파유리 변하지 않는 상태. ,

에서 남아 있어 재활용이 매우 유리한 자원이라고 할 수 있다.

아래의 그림은 미립분의 발생 위치와 미립분의 형태를 보여준다.

다 미립분 재활용에 대한 방안 실험( )

실험 목적①

경량 골재 제품 생산 과정 중 발포가 이루어지지 않고 발생하는 미립분에 대한 재

사용 가능 여부 확인을 위한 실험

실험 방법②

현재 생산되고 있는 경량골재의 에 발생된 미립분을 분쇄한 후 체가름으로batch

이하의 미분만 수거하여 제품의 에 까지 첨가하어 샘플을 제#400 batch 5~100wt%

조한 후 900℃에서 시간 동안 열처리하였다 실험 방법에 대한 는 아래의1 . batch

표에 나타내었다.

실험 결과③

- 63 -

아래의 그림은 미립분 사용을 하여 만든 샘플의 결과 그림이다.

originoriginoriginorigin S5S5S5S5 S10S10S10S10 S15S15S15S15

S20S20S20S20 S25S25S25S25 S50S50S50S50 S75S75S75S75

S100S100S100S100

경량골재 미발포분을 분말 파유리와 대체 첨가하여 실험한 샘플이 체류 덩어Kiln

리 발포체 부산물을 대체 첨가하여 실험한 샘플과 비교하면 전체적인 발포의 형태

와 발포의 양이 경량골재 미분을 사용한 경우 정상 샘플 미립분 미첨가 과 유사한( )

형태로 발포되었다.

파유리 대비 미발포 경량골재미분의 양을 까지 대체 사용한 경우 정상샘플과10wt%

거의 동일한 발포 형태를 나타냈으며 까지는 발포는 형성되었으나 형상에서25wt%

그 형태가 변화하였다 까지 첨가되면 발포상태는 현저하게 감소되고. 50~100wt%

정상적인 발포체를 형성하지 못하는 것으로 나타났으므로 다량 투입시에는 발포체

의 비중에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

- 64 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

공정개선공정개선공정개선공정개선1.1.1.1.

가 유리선별 및 분쇄공정.

미립경량골재의 제조를 위한 원료로서 가장 큰 부분을 차지하는 유리원료의 경우 폐,

유리를 활용할 수 없는 여건상 양질의 파유리를 사용할 수는 없으나 공정과 제품에

큰 영향을 미치지 않는 최소한의 범위 내에서 관리가 필요하였다 따라서 우선은. ,

금속 플라스틱 종이 도자기 흙과 같은 이물질의 혼입 최소화- , , , ,

원료의 대부분을 차지하는 판유리 병유리 등과 상이한 물성을 나타내는 타 화학- ,

조성의 유리 혼입 배제 예 앰플유리 관유리 등( : , )

의 선별기준을 정해 관리할 수 있도록 하였다.

분쇄공정의 경우는 현재 사용 중인 레이몬드 밀의 분쇄특성 및 입도상태가 10~20

마이크론의 신뢰성을 갖는 상태로 관리되고 있으므로 최대한 균일한 조건으로 공정

을 유지하되 좀 더 미립의 분말이 혼합되면 과립의 상태가 양호한 것으로 나타났으

므로 집진기에서 발생하는 미분말 유리 원료를 일부 혼합하여 사용하는 것으로 개

선하였음.

나 혼합 및 과립화공정.

혼합 공정의 경우 액상 혼합과정에서 발생하는 과립형 및 페이스트형 이물질에 대,

한 분석 및 실험 결과 액체인산칼슘에 소다회가 용해되는 과정에서 미처 용해되지

못한 소디회가 타 물질을 형성하기나 재석출되어 발생하는 것이므로 이로 인해 혼

합 및 발포의 불균일 문제를 야기시켜 최종적으로 제품특성에 영향을 줄 수 있다고

판단되어 다음과 같이 공정개선을 시행키로 하였음.

액상 혼합시 액체인산칼슘에 소다회가 충분히 용해 될 수 있도록 서서히 투입-

액상 혼합시 교반기를 이용하여 충분한 교반이 이루어지는 상태에서 혼합-

특히 동절기에는 액상의 온도가 낮아 재석출의 우려가 높으므로 온도유지-

과립화 공정의 경우 과립기에서 혼합이 진행되는 동안 외부의 관측창을 통해 과립,

화 정도를 살펴보고 이에 따라 물의 양 및 혼합조건을 미세 조정하는 관리가 필요

했음.

과립화를 위해 사용되는 바인더의 종류 및 함량에 대해서는 기존에 사용하고 있는

바인더 및 바인더 의 경우 종류의 선정에 있어서는 적절하다고 판단되며 사용양S W ,

의 결정에 있어서는 원료의 상태 및 설비의 조건에 따라 일정한 범위에서,

과립기에서 배출되는 과립의 크기-

과립 후 운송과정에서 파쇄되어 발생하는 미분의 상태-

열처리과정에서 로타리킬른에 엉기는 상태-

열처리과정에서 탄화되어 발생하는 제품의 표면상태-

에 따라 적정량을 결정하는 것으로 개선을 실시함.

- 65 -

다 건조 공정.

기존의 공정에서는 로타리 킬른을 이용하여 과립화된 성형제품을 단순히 건조하는

개념에서 공정의 목적이 수행되었으나 여러 실험실적 실험을 통해 인산칼슘과 같은

액상의 물질이 분말유리와 접촉하여 차적 반응이 일어난 후 열처리에 의해 발포가1

이루어져야 균일하고 충분한 발포가 가능하다는 결과를 얻을 수 있었음 따라서 혼.

합 및 과립화된 배치를 건조공정에서 가능한 한 짧은 시간 내에 균일하게 건조 처

리하는 조건의 확립이 필요하였으며 이를 숙성공정 으로 칭함‘ ’ .

결과적으로 이러한 숙성조건의 확립을 통해 발포특성이 향상되어 기존의 0.3~0.4

정도의 비중을 갖는 제품에서 비중 이하의 초저비중 경량골재의 제조가 가능해0.2

졌으며 내부고조에 있어서도 균일한 기공을 갖는 제품의 제조가 가능해졌다 이러, .

한 공정의 개선사항에 대해서는 특허를 출원키로 하였으며 아래에 개선된 공정에,

의해 제조된 균일한 기능을 갖는 초저비중 미립 경량골재의 사진을 나타내었다.

라 발포 및 냉각공정.

열처리를 통한 발포공정은 로타리킬른에 의한 별 온도와 구동 조건에 의zone rpm

해 관리되며 개의 별 온도를6 zone 900~940℃ 범위에서 함 온도가 너무control .

낮으면 발포가 충분히 이루어지지 않고 온도가 너무 높으면 골재 표면의 과도한,

액상으로 인해 서로 엉기는 현상의 발생으로 공정 트러블이 발생하기 쉬움.

또한 기존의 공정조건하에서는 최고온도에서 최대한 발포가 이루어졌다가 서서히

냉각이 이루어짐으로 해서 기공 내의 가스가 수축되면서 부피가 감소되어 비중이

다시 높아지는 현상이 있었음 이에 대한 개선책으로 로타리킬른 후단부에 급랭을.

위한 수냉식 냉각장치를 새롭게 설치하였으며 이를 통해 발포가 최대한으로 이루,

어진 상태에서 급랭을 통해 부피가 그대로 유지되면서 서로 엉기는 현상도 개선되

었음 그리고 온도의 급랭으로 인해 표면이 강화되는 효과가 발생하여 강도도 향상.

되는 효과가 나타나게 되었음 이 원리는 강화 판유리를 제작하는 원리와 마찬가지.

로 판유리를 연화점 이상의 온도에서 표면을 급랭 시키게 되면 내 외부의 온도차이/

로 인해 표면에 압축응력이 형성되면서 표면이 강화되는 것과 동일한 원리라고 할

수 있다 앞에서와 마찬가지로 이러한 공정개선기술을 특허출원 사항에 반영키로.

하였음.

- 66 -

마 공정개선사항 요약 및 특허출원 내용.

개선 전 후 제조 공정 비교개선 전 후 제조 공정 비교개선 전 후 제조 공정 비교개선 전 후 제조 공정 비교( / )( / )( / )( / )

개선 전 개선 후 효 과 조 건

1 원료 원료

2 혼합 입상화/ 혼합 입상화/

3 숙성발포향상

발포균일화

온도: 65~120℃

시간 시간: 1~3

4 건조 건조

5 소성 발포/ 소성 발포/

6 급랭

발포향상

강도증진

엉김방지

입구온도: 800℃

출구온도: 60℃

7 분급 분급

8 제품 제품

숙성공정(1)

가 효과 발포향상 및 발포균일화) :

발포향상 기존의 제조조건하에서 제조되는 경량골재의 비중은 정도였- : 02~0.3

으나 개선된 공정을 통해 비중 이하 의 초 경량제품도 제조가 가능, 0.2 (0.10~0.20)

해짐.

발포균일화 기존의 제조조건하에서 골재 내부의 기공크기 및 분포가 불균일 했- :

으나 개선된 제조조건을 통해 발포제와 유리분말과의 반응 균일화로 인해 내부의

기공크기 및 분포가 균일하게 나타남 사진 참조( )

나 기술적 근거 발포유리의 발포원리는 파유리분말에 발포제가 침투퇸 상태에서) :

열이 가해짐에 따라 발포제가 분해되면서 가스를 발생시켜 기공이 형성되는 것임.

본 특허에서는 주 발포제로서 액체인산칼슘을 사용하고 있는데 기존의 제조공정에

서는 발포제인 인산칼슘이 충분히 분말유리에 침투되어 반응할 수 있는 시간을 갖

지 못함에 따라 발포의 정도나 균일성에서 미흡한 부분이 있었음 본 개선기술에서.

는 발포제와 분말유리가 혼합된 후 온도, 65~120℃ 범위에서 시간 정도 숙성1~3

이 이루어짐에 따라 발포의 정도 및 균일성에서 향상을 가져올 수 있었음.

다 조건에 따른 특성변화)

온도 온도가- : 120℃ 이상일 경우 혼합배치의 급격하고 과도한 표면건조로 인해,

내 외의 특성 불균일이 발생하며 입상화과정에서 생성된 과립이 부서지면서 분말/ ,

상이 많이 발생하여 제품수율이 하락되며 온도가, 65℃ 이하일 경우 반응온도가,

낮아 숙성이 제대로 되지 앉으며 숙성을 위한 시간이 많이 필요하게 되어 생산성이

하락됨.

- 67 -

시간 시간이 시간 이상으로 너무 길 경우 과도한 건조상태로 인해 과립의 부- : 3 ,

서짐으로 인한 분말상이 많이 발생하여 제품수율 및 생산성이 하락되며 시간이 시1

간 이하로 너무 짧을 경우 반응시간 부족으로 인해 충분한 숙성효과가 발생하지,

않음.

급랭공정(2)

가 효과 발포향상 강도증진 엉김방지) : , ,

발포향상 기존의 제조조건하에서는 소성 발포 공정인- : / 800~3000℃의 온도에서

서서히 냉각이 이루어지면서 동시에 발포된 기공의 수축이 발생하여 부피감소가 발

생하여 비중이 증가되는 현상이 발생하였음 그러나 개선된 공정을 통해 충분히 발.

포되어 팽창된 골재가 순간적 급랭으로 인해 부피축소가 방지되면서 발포상태가 유

지되어 비중이 낮은 초 경량골재 비중 이하 의 제조가 가능해짐( 0.2 ) .

강도증진 유리는 소재의 특성상 연화점 이상의 고온에 있다가 급격한 표면냉각- :

이 이루어지면 내 외부와의 온도차로 인해 표면에 압축응력이 형성되게 되며 이로/

인해 강도가 향상되는 효과를 나타내게 됨 따라서 개선공정에 본 기술을 적용한.

결과 경량골재의 강도가 향되는 것을 알 수 있었음, .

엉김방지 기존의 제조조건하에서는 소성 발포 공정의 고온에서 골재표면의 유- : /

리가 녹았다가 일부 서로 엉기는 상태가 발생하여 불량품을 발생시켰으나 개선된

공정 하에서는 급랭이 이루어지면서 표면부 수축 및 미세 크랙으로 인한 표면분리

가 발생하여 엉김이 방지되는 효과를 나타냄.

나 기술적 근거 발포향상은 발포된 골재의 서랭으로 인한 골재내부의 기공 수축) :

방지를 통해서 가능하며 강도향상은 유리의 표면 급랭에 따른 표면압축응력형성으,

로 인한 강화원리에 의해 가능하고 엉김방지 역시 표면부 급랭으로 인한 표면수축,

및 미세크랙발생으로 인한 분리효과에 의해 가능함 즉 소성 발포 공정에서 연결된. /

튜브형 회전설비를 이용해서 입구온도 750~800 에서℃ 약 분 만에20~30 40~50℃

로 냉각하여 다음공정으로 배출함

다 조건에 따른 특성변화)

설비타입 회전하는 튜브형 설비를 사용하며 냉각방식은 공랭식과 수랭식을 사- :

용할 수 있으나 냉각효과 면에서 수행식이 양호함.

냉각 및 체류시간 냉각 및 체류시간은 분 범위에서 유지되며 시간을- : 20~30 , 30

분 이상으로 관리할 경우 냉각속도가 낮아 냉각효과가 미흡하며 분 이하로 급, , 20

랭할 경우 급격한 냉각으로 인해 오히려 경량골재 표면에 과도한 크랙이 발생하여

강도를 저하시키게 됨 체류시간의 조절은 회전형 튜브의 회전수에 의해 조절됨. .

온도 입구의 온도는- : 750~800 로서 전 공정인 소성 발포 공정에서의 배출온도/℃

에 의존하며 출구의 온도는 를 유지하여 다음 공정인 분급공정으로 연결됨, 40~50 .℃

- 68 -

기존 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태기존 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태기존 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태기존 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태( )( )( )( )

개선 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태개선 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태개선 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태개선 제조공정에 의한 경량골재의 내부 형태( )( )( )( )

- 69 -

수율 및 품질 향상수율 및 품질 향상수율 및 품질 향상수율 및 품질 향상2.2.2.2.

가 과립수율 향상.

과립수율의 향상을 위해서는 크게 파유리의 입도 바인더의 종류 및 사용량 혼합조, ,

건 등에 대한 시험이 이루어졌으며 바인더의 조건과 관련된 기술지원 초기개선 전,

주 한국미부의 배치 조성과 최종 이론 수득률 공정 흐름도는 아래와 같다( ) , .

과립 공정 수율을 향상시키기 위한 바인더의 조정 전 후의 업체의 조성변화는 다음/

과 같다.

- 70 -

바인더 첨가 전 업무 일지바인더 첨가 전 업무 일지바인더 첨가 전 업무 일지바인더 첨가 전 업무 일지( W )( W )( W )( W )

- 71 -

바인더 첨가 후 업무 일지바인더 첨가 후 업무 일지바인더 첨가 후 업무 일지바인더 첨가 후 업무 일지( W )( W )( W )( W )

- 72 -

바인더 첨가 조성바인더 첨가 조성바인더 첨가 조성바인더 첨가 조성( W )( W )( W )( W )

바인더 변경의 이점으로는

과립수율을 약 상승- 10%

미발포 미립 발생율 감소-

제품 원가 점감 바인더 원 바인더 월- ( S: 1,100 /kg, W: 250 /kg)

아래의 그래프는 과립수율의 향상을 위한 바인더 의 작용으로 월부터의 최종제품W 5

의 수율이 전반적으로 상승한 것을 보여준다.

- 73 -

나 제품수율 향상.

기술지원 과제수행에 따른 원료 및 배합비 개선 현장에서의 공정 및 설비 개선 등,

의 수행에 의하여 제품수율은 년 월 이후 꾸준히 증가되는 것으로 나타났다07 1 . 7

월과 월에 일시적으로 공정수율이 감소하는 경향을 나타낸 것은 공정 테스트 및8

설비의 부동으로 인한 공정 불안정에 기인한 것으로 월 이후 다시 공정 안정화에9

의하여 수율이 재상승하는 경향을 나타나고 있다 월별 제품수율 및 부피수율의 경.

향을 그래프로 나타내면 아래와 같다.

월별 제품생산수율 데이터월별 제품생산수율 데이터월별 제품생산수율 데이터월별 제품생산수율 데이터( )( )( )( )

- 74 -

- 75 -

- 76 -

이형제 및 공정부산물 재활용이형제 및 공정부산물 재활용이형제 및 공정부산물 재활용이형제 및 공정부산물 재활용3.3.3.3.

가 집진미분과 공정발생 부산물.

원료의 율을 줄이기 위하여 집진미분과 부산물을 재할용하는 방안을 구상하였Loss

다 실험실적으로 검증이 되었던바 현장 적용을 실시하며 투입 원료에 대한 수율을.

극대화 하였다.

집진미분과 공정부산물의 공정 재활용을 통해 변경된 배치조성과 공정도를 아래에

나타내었다.

공정 부산물 첨가 배치 조성공정 부산물 첨가 배치 조성공정 부산물 첨가 배치 조성공정 부산물 첨가 배치 조성( )( )( )( )

- 77 -

공정도와 이론 수득량공정도와 이론 수득량공정도와 이론 수득량공정도와 이론 수득량(Recycle )(Recycle )(Recycle )(Recycle )

- 78 -

부산물 사용 전 업무일지부산물 사용 전 업무일지부산물 사용 전 업무일지부산물 사용 전 업무일지( )( )( )( )

- 79 -

부산물 사용 후 업무일지부산물 사용 후 업무일지부산물 사용 후 업무일지부산물 사용 후 업무일지( )( )( )( )

- 80 -

또한 부산물 첨가와 집진 미분의 사용 현황과 수율의 관계를 아래에 보여준다.

이러한 집진 미분과 부산물의 사용의 이점으로는

원료비 절감-

투입량에 대한 수율 상승-

로 인한 폐기물 감소- Recycle

등을 들 수 있다.

나 이형제 재사용으로 인한 원가 절감.

이형제 포집과 포집 이형제의 재사용으로 인한 원가 절감을 극대화 하였다 기존.

이형제 사용량의 이상을 줄일 수 있었다60% .

아래의 그림은 이형제 포집과 재활용을 보여준다.

- 81 -

이형제 포집과 재활용이형제 포집과 재활용이형제 포집과 재활용이형제 포집과 재활용( )( )( )( )

공정의 최적화공정의 최적화공정의 최적화공정의 최적화4.4.4.4.

부산물과 집진미분의 사용으로의 원재료비 절감 바인더 사용의 정립으로 인한 과,

립수율 향상 이형제 재사용으로 인한 부수적 지출 제거 등 각 각의 기술지원의 효,

과로 미립경량골재 제조 공정의 최적화와 정립이 이루어 졌다.

가 부산물의 사용으로 인한 발포제와 소성첨가제 사용량 감소.

발포제 감소(1)

부산물 사용으로 인한 원파유리의 감소로 인하여 비중의 변화가 발생하지 않고 산

출물의 증가를 이끌어 낼 수 있는 발포제의 조정이 가능하였다.

조정 전 조정 후 비 고

발포제의 양(kg) 110 77당1batch

감소33kg

아래의 그림은 변경 전과 변경 후의 업무일지의 변화를 나타낸 그림이다.

- 82 -

변변변변경 전 업무일지경 전 업무일지경 전 업무일지경 전 업무일지( )( )( )( )

- 83 -

변변변변경 후 업무일지경 후 업무일지경 후 업무일지경 후 업무일지( )( )( )( )

- 84 -

소성첨가제 감소(2)

부산물 사용으로 인한 원료 파유리의 감소로 인하여 소성온도를 증가하지 않고 정

상적인 미립경량골재의 생산을 이끌어 낼 수 있는 소성첨가제 조정이 가능하였다.

아래의 표는 소성 첨가제의 조정 전과 조정 후의 변화량을 나타내고 소성온도의 변

화를 또한 나타내었다.

조정 전 조정 후 비 고

소성 첨가제(kg) 20 14당1batch

감소6kg

아래의 그림은 소성첨가제 변경 전과 변경 후의 업무일지의 변화를 나타낸 그림이

다.

- 85 -

변변변변경 전 업무일지경 전 업무일지경 전 업무일지경 전 업무일지( )( )( )( )

- 86 -

변변변변경 후 업무일지경 후 업무일지경 후 업무일지경 후 업무일지( )( )( )( )

- 87 -

나 공정의 최적화와 수율의 안정화.

전반적인 공정의 안정화로 인하여 공정의 수율이 장기적 안정화를 이루었다 아래.

의 그래프는 월별 수율의 변화를 나타낸다.

상기 그래프를 통해 나타난 제품수율의 변화를 정리해 보면 다음과 같다.

상반기 초에는 설비 및 공정의 불안정으로 수율이 낮았으나 후반부로 가면서 안-

정화가 진행됨에 따라 수율이 상승하는 추세를 나타내었다.

월 이후 바인더 의 조정 및 과립조건의 개선이 이루어져 수율 부피수율 이- 5 W ( )

를 넘는 안정화를 나타내었다90% .

월 공정부산물의 재활용을 비롯한 공정 로 인하여 수율의 하락이 있었지- 7, 8 test

만 전반적으로 부피수율 이상의 높은 수율을 나타내었고 점진적으로 향상되90% ,

는 경향을 나타내고 있다.

공정부산물의 첨가 월: 7, 8①

발포제와 소성첨가제 조정 월: 9, 10②

- 88 -

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도제 절 목표 및 달성도1111

본 기술지원사업을 통해 달성하고자 했던 최종목표는 선박용 및 건축용 미립경량

골재의 제조 공정조건 정립 및 최적화를 통한 양산기술의 확립이며 이를 위해 필,

요한 기술 및 세부항목은 아래와 같다.

폐유리의 특성 파악 및 선별 정제- /

폐유리의 선별 정제 폐유리 조성 입도 불순물 함량 연화온도 열팽창특성 등: / , , , , ,

발포제의 선정 및 특성 파악-

무기발포제 탄소 탄산칼슘 인산칼슘 등 의 분해특성 결정특성 입도 등: ( , , ) , ,

혼합 및 과립 성형 기술- ( )

배합비 선정 미립의 구형화를 위학 과립화 성형기술 선정 과립기 조건: , (binder , )

발포 열처리 소성 기술- ( )

건조열처리 발포를 위한 소성열처리 입도 및 기포특성 개기포 폐기포 조절: , , ( , )

기타 기술-

이형제 선정 및 회수기술 첨가제를 통한 특성향상기술 제품의 특성평가기술: , ,

각 항목들에 대한 기술 확립 실적에 있어서는 앞에서 서술한 바와 같이 실험실적

실험 및 현장시험 등을 통해 대부분 충분한 결과를 얻었으며 특히 양산조건과 관,

련하여 과립특성시험 이형제 및 재활용시험에 있어서는 큰 효과를 나타냈다고 판,

단된다.

또한 제조공정의 개선에 있어서 신규로 숙성공정 과 냉각공정 의 기술도입이 이루‘ ’ ‘ ’

어지면서 초경량 저비중의 고강도 미립경량골재 제조기술이 확립되었다는 것은 큰

실적을 얻었다고 판단되며 이는 특허로서 출원이 이루어졌다, .

이들의 기술확립을 통해 얻어진 정량적인 목표대 실적 달성치는 아래와 같다.

기술지원 목표치기술지원 목표치기술지원 목표치기술지원 목표치( )( )( )( )

목표항목 목표치 달성치 비 고

과립수율 이상90% 92~95% 이하 미만0.1mm 10%

입도조절기술해당입도제품

이상50%이상60%

입도별 종 구분4

(0.25~4mm)

이형제재활용률 이상50% 이상80%

최종제품수율 이상80% 94.0% 최종 개월 평균치0.25~4mm/ 3

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정량적인 목표치의 달성도에 대한 세부사항을 설명하면,

과립수율의 경우 바인더 및 혼합공정의 개선을 통해 많은 개선이 이루어짐으로- ,

써 이하 미립제품의 비율이 미만을 유지하고 있으며 이에 따라 최소0.25mm 5% ,

정도의 과립수율 달성이 이루어졌고 또한 일부 공정상에서 과립화되지92~95% ,

않은 미분을 별도로 제거하여 하는 공정을 추가함으로써 과립화되지 않feedback

은 배치는 거의 발포 공정으로 이송되지 않도록 개선되어 미립제품의 비율을100%

획기적으로 낮출 수 있었음.

입도조절기술의 경우 과립화 공정에서 과립의 크기 조절을 통해 이 가능- , control

할 수 있도록 기술개선이 이루어졌으며 필요에 따라 특정입도의 제품비율을, 60%

정도까지는 늘릴 수 있으리라 판단됨 다만 현 시장의 요구 및 공정의 운영 특성상.

현재까지는 큰 운영 필요성을 나타내지는 않았음 또한 앞의 항목에서와 마찬가지.

로 중간 공정에서 체가름을 통해 을 하는 것이 더욱 효율적으로 판단되어feedback

지므로 향후 필요시 그런 방법으로 추진을 할 예정임.

이형제 재활용률의 경우 실험실적 실험과 분석에 의해 분급기에서- , #400mesh

이하의 제품에 대부분의 이형제가 함유되어 있는 것으로 나타났으며 이하, 0.25mm

의 제품에서 체가름을 통해 이형제를 분리해 내고 이를 재활용 할 수 있는 기술이

확립되었음 다만 일부 미립의 제품과의 혼재로 인해 체가름을 통해 명확하게 이형.

제와 제품과의 구별 및 함유량 재활용율의 계산은 어려우나 실험결과 이들을 전량,

이형제로 재투입하더라도 제품 및 공정상의 큰 문제가 발생되지 않는 것으로 나타

났으므로 현장적용이 가능한 것으로 판단되었음.

최종제품수율의 경우 과립하의 개선으로 인해 이하의 미립과- , 0.25mm 4.0mm

이상의 조립의 함유비율이 대폭 낮아지면서 전체 생산량에 대한 제품의 비율이 부(

피 기준 앞의 그래프에서 볼 수 있듯이 년 월 이후 이상을 유지하고 있으) 07 5 90%

며 최근 개월간의 평균치는 를 나타내고 있음 특히 계속 상승 안정세를 보3 94.0% .

이고 있으므로 제품수율은 이상을 안정되게 유지 할 수 있는 기술이 확립되었90%

다고 판단됨

결론적으로 본 기술지원사업을 통해 목표로 했던 정량적인 수치들이 모두 달성되었

다고 판단되며 특히 종합적인 판단기준이 될 수 있는 제품수율에 있어서 목표치인,

를 훨씬 상회하는 이상의 수율달성을 이룬 것은 우수한 결과라고 판단됨80% 90% .

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제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도제 절 관련분야에의 기여도2222

경량골재의 활용경량골재의 활용경량골재의 활용경량골재의 활용1.1.1.1.

최근 건축물의 고층화 및 대형화로 인해 건물의 하중을 줄이기 위한 노력이 계속되

고 있고 이를 위해서는 기존의 골재가 아닌 경량골재의 필요성이 대두되고 있다, .

또한 건축물의 재개발 및 리모델링의 실시로 인해 가급적 기존의 골조를 유지하면

서 최대한 층수를 올리기 위한 노력이 계속됨에 따라 더욱 더 경량골재의 필요성이

요구되어지고 있다.

이를 위해서는 낮은 비중을 나타내면서도 고강도의 제품이 필요하며 이와 같은 요,

구물성을 충족시킬 수 있는 제품은 유리를 소재로 한 경량골재라고 보여 진다 폐.

유리를 이용한 경량골재는 아직까지 세계적으로 독일의 사 만이 대량생산을Liaver

통해 제품을 공급하고 있으며 일본에서 유사한 제품이 소량 생산되어 시장에 나오,

고 있으나 아직까지 만족스런 제품을 생산하지 못하고 있는 실정이다.

이번 종합기술지원사업을 통해 주 한국미부에서는 충분히 경쟁력 있는 제품의 개( )

발과 함께 양산공정의 확립이 이루어졌으며 공개 기술세미나를 통해 이러한 내용,

을 관련 업계에 홍보하였다 아래에 년 월 일 경기중소기업지원센터 에서. 2007 8 30 ‘ ’

열렸던 경량골재 관련 기술세미나에 참가했던 내용의 사진을 나타내었다.

경기 중소기업지원경기 중소기업지원경기 중소기업지원경기 중소기업지원센센센센터에서 개최된 경량골재 관련 세미나 참가 사진터에서 개최된 경량골재 관련 세미나 참가 사진터에서 개최된 경량골재 관련 세미나 참가 사진터에서 개최된 경량골재 관련 세미나 참가 사진( )( )( )( )

또한 단순히 경량모르타르에 적용되는 경량골재로서가 아니라 경량골재를 이용한

경량패널로 제조하여 천정판이나 흡음판 등으로의 응용에 대해서도 활용분야를 넓

히는 것이 필요하다고 판단된다.

타타타타 응응응응용분야로의 활용용분야로의 활용용분야로의 활용용분야로의 활용2.2.2.2.

최근 무기질 다공체를 이용한 환경소재 및 에너지소재의 개발에 많은 관심이 집중

되고 있으며 본 과제를 통해 정립된 균일한 내부기공구조의 조절이나 개기공과 폐,

기공의 조절기술 등이 중요기술로서 응용될 수 있으리라 판단된다.

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제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향제 절 양산화 및 사업화 방향1111

양산화양산화양산화양산화1.1.1.1.

현재 주 한국미부는 그동안 선박의 용 경량모르타르 및 기타 부자재를 생산( ) Deck

공급하던 업체로서 초기에 개발했던 선박용 미립 경량골재를 건축용으로 확대 개발

하기 위한 노력을 계속하여 왔다 이는 우리나라 조선산업의 발달로 인해 선박의.

수주량에서는 세계 최고를 자랑하고 있으나 이들 대부분이 컨테이너선 유조선, ,

선 등 자재 운송선들이어서 경량골재 및 모르타르 등이 대규모로 활용되는 여LNG

객선의 수주량은 미약하기 때문에 시장이 제한되기 때문이었다.

따라서 건축용 미립경량골재 제품으로의 확대를 위해서는 가격경쟁력의 향상이 필

수적인 조건으로 기존의 펄라이트나 점토계 경량골재와의 경쟁력도 화보되어야 하

는 것으로 나타나고 있다 이를 위해 생산량의 확대를 통한 생산성 향상 수율 향상. ,

등이 필요하며 이를 위해 기존의 주간가동에서 시간 연속가동 테스트 등도 실시, 24

되었다 그동안 공정개선 등을 통해 공정 및 설비의 안정화가 이루어지고 제품수율. ,

도 를 상회하는 양호한 실적을 나타내고 있으며 제품의 품질 또한 비중90% , 0.20

이하의 초경량 미립경량골재의 생산이 가능하여 큰 개선 효과를 달성했다고 판단된

다.

향후 사업화 방향향후 사업화 방향향후 사업화 방향향후 사업화 방향2.2.2.2.

그동안 건축시장에 대한 영업망의 부족으로 시장 공략을 제대로 이루지 못해 큰 매

출 향상이 이루어지지 못했으며 년도에는 좀 더 적극적인 용도개발 및 시장, 2008

확대가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

이제 대량생산을 통해 고정비율 감소에 의한 원가절감을 실시하고 제품의 차별화,

를 통해 고급품질의 고가 제품과 상대적으로 중급품질의 저가제품을 차별화하여 생

산함으로서 용도 및 소비자의 구미에 맞는 제품의 개발 공급이 필요하다고 판단된/

다 또한 김해공장의 생산 에 대한 철저한 분석을 통해 좀더 경쟁력을 높일. Capa.

수 있도록 필요에 따라 생산량 증대를 위한 설비의 증설도 검토가 필요하다고 판단

된다.

기술적인 측면에서는 제품의 다양한 응용성을 위채 현재와 같이 부정형의 골재 타

입만이 아닌 경량패널로의 응용을 위해 에너지 소재로의 응용를 위한 단열특성 음,

향소재로의 응용을 위한 흡음특성 등을 최적화하기 위한 소재 개발에도 노력해야

할 것으로 판단된다.

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