(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグを主体に成分調整した溶融物を、円柱体の中心軸を水平にして該軸まわりに高速回転する円柱体の周面上に注ぐと共に、該周面に沿って前記中心軸と平行な方向に空気を噴射し、遠心力と空気とで飛散させ、線状体にするロックウールの製造方法において、
製造するロックウールの熱伝導率に応じて、前記溶融物のＳｉＯ２濃度と該溶融物の円柱体表面上温度との関係を以下のように定め、その関係に従って操業することを特徴とするロックウールの製造方法。
熱伝導率：０．０４２超〜０．０４４  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
Ｔ≧１６．５×Ｓ＋７７０
又は１１×Ｓ＋９４２≧Ｔ≧−２．３×Ｓ＋１５１５，
熱伝導率：０．０４０超〜０．０４２  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１６．５×Ｓ＋７７０≧Ｔ≧１７．５×Ｓ＋１７．５×７１０，
１０×Ｓ＋１００２．５≧Ｔ≧１１×Ｓ＋９４２、
又は−２．３×Ｓ＋１５１５≧Ｔ、
熱伝導率：０．０３７超〜０．０４０  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１７．５×Ｓ＋７１０≧Ｔ≧１０×Ｓ＋１００２．５
ここで、Ｓ：溶融物のＳｉＯ２濃度（質量％）
Ｔ：溶融物の円柱体表面上温度（℃）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロックウールの製造方法に係わり、特に、軽量で、且つ断熱性に優れたロックウールを、該断熱性の程度に応じて作り分けする技術である。
【０００２】
【従来の技術】
ロックウールは、主原料に高炉スラグを採用し、その成分を調整して製造される無機繊維であり、産業廃棄物を再利用したいという環境に応えた建材である。そして、グラスウールに比べて耐熱性に優れているという特徴がある。このロックウールは、図２に示すように、溶融炉（例えば、電気炉やキューポラ等）４に高炉スラグ１０を装入し、成分調整用の副原料を加えて溶融した後、その溶融物１１を円柱状の回転体５上に注ぎ、遠心力で飛散させて線状体（以下、繊維という）１５として回収することで製造される。この回収は、円柱状回転体５の周面に沿い、該回転体の中心軸と平行な方向に圧縮空気を噴射して前方に送り出し、その気流の流れ前方に集綿用コンベア６を設置して繊維（綿ともいう）を薄い層状に集めることで行なわれる。その際、有機バインダを繊維に付与して積層させると、ボード（板）状体（以下、ボード９という）が得られる。
【０００３】
このように製造されたボード９の主な用途の１つが、住宅やマンション等の断熱材である。そのため、ボード９の特性としては、高い断熱性と同時に軽量性が要求される。軽量性が必要な理由は、施工時の作業性を良くしたり、下側に設ける天井部材等、他の材料への負荷を軽減するためである。また、同じ断熱性（熱伝導率の逆数で評価）を持つ場合には、軽量である方が原料費を含めた製造費が安くなるというメリットもある。
【０００４】
本出願人は、上記のような観点から、軽量なロックウールの商品化を進めているが、ロックウールのような繊維をボード９に積層した断熱材を軽量化すると、該材料の内部で空隙が増加するためか、空気の対流が起こってしまい、断熱性が急激に低下することが知られている。その低下の度合は、単純な比重と断熱性の比例的な相関ではなく、軽量化した分に見合うより断熱性がさらに大きく低下するという経験的な事実がある。また、繊維の充填密度が小さいので、各繊維同士の絡み合いも減り、完全なボード状の維持も難しくなってしまうという欠点がある。
【０００５】
これら軽量化を図る際の問題を解消するため、従来より、溶融物の飛散条件の改善及び成分や特性の最適化という２種類の方法が提案されている。このうち、飛散条件の改善として知られているのが、回転体の加速度を増す方法である。これは、溶融物が回転体から離脱する時の条件を調整するものであり、加速度が増すほど回転体上での溶融物の揺らぎが細かくなり、これによって軽量化に有利な細い繊維が形成されるという考え方である。この考え方の基本については、以前より既に解析されており、例えば、棚沢らは「回転円盤による液体の繊維化について」という技術論文を「雑誌名：日本機械学会論文集（第２部）第１５６号（１９５９）８７９〜９０５頁」に報告している。また、この技術については、特許出願もされており、例えば、特表平６−５０４２５６号公報は、繊維の細径化には５０ｋｍ／ｓｅｃ2以上の加速度が有効であることを開示している。しかしながら、この方法によれば、確かに繊維の径は細くなるが、装置の改造や安全対策が必要になる場合もあり、既存装置のすべてに応用できるわけではなかった。
【０００６】
一方、溶融物の成分や特性を最適化して、繊維の径を従来より細くするには、該溶融物の１４００℃〜１６００℃における粘度を下げるのが有効であると知られている。この粘度を下げるため、具体的には、溶融物のＳｉＯ2濃度を下げるか、何らかの添加剤を加えるかが考えられ、経済性等の観点から、ＳｉＯ2濃度を下げる方法が一般的に行われている。ＳｉＯ2は、溶融物中で原子のネットワーク構造を形成しているため、ＳｉＯ2濃度が高いほど粘度が高くなってしまう。従って、繊維を細くするには、ＳｉＯ2濃度を下げるのが有効なのである。ただし、ＳｉＯ2は、溶融物のガラス化を支配している成分であるので、単純に濃度を下げてしまうと、繊維の品質が急激に劣化してしまう。つまり、図３に示すように、繊維１５の先端に未繊維化部分（以下、ショット１４という）が増えたり、繊維１５の長さが短くなるという別の問題が生じた。ショット１４が増えると、同じ容積の繊維量を含む集合体では、該集合体の重量が重くなり、軽量化が困難になる。逆に、集合体を同じ重量にすると、繊維の容積が減少して断熱性が低下する。また、繊維の長さが短いと、ボードに成形できなくなるのである。
【０００７】
さらに、上記ＳｉＯ2濃度の低下と類似した技術として、溶融物の温度を上げて、繊維の細径化を図る方法も知られている。これは、溶融物の粘度が、温度の上昇につれて低下することに基づくものであり、粘度を下げるという意味では、上記ＳｉＯ2濃度の低下と同じ思想である。これについても、温度が上昇するほど繊維は細くなると期待できる。しかしながら、ＳｉＯ2濃度の場合と同様に、温度を上げ過ぎると、前記ショットが増えてしまうことが懸念された。
【０００８】
そこで、本発明者は、以上述べた先行技術を尊重して、溶融物中ＳｉＯ2濃度の繊維特性に及ぼす影響について調査を行なった。その結果、ＳｉＯ2濃度を下げるほど繊維は確かに細くなったが、従来の知見通り、ショットの増加等に起因するためか、ボードとしての断熱性が改善されないことを確認した。引き続き、その理由について検討したところ、溶融物を低粘度化しても、ショットの形成については、さほど改善効果はなく、場合によっては、むしろ悪化することがわかった。つまり、繊維の細径化とショット形成の抑制とを同時に達成し、軽量で所望の断熱性を有するボードを製造するには、まだ技術的に改善の余地があった。
【０００９】
また、ロックウールのボードへの成形は、繊維の飛散工程に引き続き行なわれるので、該ボードの用途に応じて断熱性の異なるものが同一の装置で作り分けできると非常に好ましい。しかしながら、上記したように、繊維の細径化及びショット形成抑制が障害になり、作り分け技術は、現在のところ確立していない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、既存装置を改造することなく、繊維の細径化と未繊維化部発生の抑制とを同時に達成して、軽量で断熱性に優れたボードにするばかりでなく、用途に対応して断熱性の異なるボードを作り分け可能なロックウールの製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するには、溶融物のＳｉＯ2濃度や円柱体上表面温度をそれぞれ単独に調整するのでは困難と考え、鋭意解決策を検討し、その成果を本発明に具現化した。
【００１２】
すなわち、本発明は、高炉スラグを主体に成分調整した溶融物を、円柱体の中心軸を水平にして該軸まわりに高速回転する円柱体の周面上に注ぐと共に、該周面に沿って前記中心軸と平行な方向に空気を噴射し、遠心力と空気とで飛散させ、線状体にするロックウールの製造方法において、製造するロックウールの熱伝導率に応じて、前記溶融物のＳｉＯ２濃度と該溶融物の円柱体表面上温度との関係を以下のように定め、その関係に従って操業することを特徴とするロックウールの製造方法である。
熱伝導率：０．０４２超〜０．０４４  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
Ｔ≧１６．５×Ｓ＋７７０
又は１１×Ｓ＋９４２≧Ｔ≧−２．３×Ｓ＋１５１５，
熱伝導率：０．０４０超〜０．０４２  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１６．５×Ｓ＋７７０≧Ｔ≧１７．５×Ｓ＋１７．５×７１０，
１０×Ｓ＋１００２．５≧Ｔ≧１１×Ｓ＋９４２、
又は−２．３×Ｓ＋１５１５≧Ｔ、
熱伝導率：０．０３７超〜０．０４０  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１７．５×Ｓ＋７１０≧Ｔ≧１０×Ｓ＋１００２．５
ここで、Ｓ：溶融物のＳｉＯ２濃度（質量％）
Ｔ：溶融物の円柱体表面上温度（℃）
【００１３】
本発明によれば、既存装置を改造しないでも、繊維の細径化と未繊維化部発生の抑制とが同時に達成できるようになる。その結果、軽量で断熱性に優れたボードが得られるばかりでなく、用途に対応して断熱性の異なるボードを作り分けることが可能になった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
まず、発明者は、溶融物中のＳｉＯ2濃度を下げた場合の試験操業を行ない、繊維は細くなるものの、ショットが増える傾向があるため、得られた綿（繊維の集合体）あるいはボードの品質は一向に改善しないことを確認した。そして、この結果に基づき、綿およびボードの品質に対しては操業条件の適切な点が存在すると考え、さらに研究を進めた。その結果、図１に示すように、ＳｉＯ2濃度毎に適切な断熱性を得るために設定すべき溶融物の温度が異なることが明らかになった。つまり、図１は、高速回転する円柱体上で測定した溶融物の温度と該溶融物のＳｉＯ2濃度とをそれぞれ種々変更し、得られたボード（繊維の充填密度３０ｋｇ／ｍ3）の熱伝導率分布を調査したものであるが、ＳｉＯ2濃度が４２質量％程度のときは、１４２５℃〜１４４５℃で熱伝導率０．０４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の領域（記号Ａで示す）が存在しているのに対し、ＳｉＯ2濃度が４４質量％の場合には、その領域Ａは、１４４５℃〜１４８０℃にシフトしている。従って、この図１より、ＳｉＯ2濃度の高低が単純に綿あるいはボードの品質に結びつくのではなく、ＳｉＯ2濃度が変わった場合には、溶融物の温度を変更しなければ、高断熱性を示す高品質な綿あるいはボードが製造できないことを示している。また、溶融物のＳｉＯ2濃度が変わった場合には、その濃度に合わせて溶融物の温度を変更すれば、所望の断熱性を有する綿あるいはボードが製造できるとも言える。そこで、発明者は、この事実を本発明として具現化したのである。
【００１６】
本発明の具体的な実施に際しては、操業中に溶融物のＳｉＯ2濃度や温度を検出する必要がある。溶融物のＳｉＯ2濃度については、実際に溶融物から試料を採取して分析しても良い。しかし、分析には、ある程度の時間がかかるので、溶融物中のＳｉＯ2の変動をコンピュータによる計算で予想するのが好ましい。つまり、溶融炉へ装入する高炉スラグ及び珪砂等のＳｉＯ2濃度から計算で、経時的なＳｉＯ2の変動を求めたり、高炉スラグの組成から過去の実績に基づき推定する方法等が利用できる。溶融物の温度については、溶融炉内での温度を測定するのが比較的容易である。しかし、発明者の別の研究によれば、回転する円柱体上での温度を利用するのが最も良いことが明らかになった。そこで、本発明では、放射温度計を利用して、円柱体上で溶融物の温度を測定するのが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の実施には、測定した溶融物の温度とＳｉＯ2濃度とが所望の製品を得るに必要な関係を満たすかどうかの判定と、該関係が満たされていない場合の処置が必要である。そこで、発明者は、図１に示した各熱伝導率領域（記号Ａ，Ｂ，Ｃで示す）の境界がほぼ直線（図１では、点線）で近似できることに着眼し、各領域を直線で囲むことにした。そして、図１に基づき、それら直線の式を求め、前記したような熱伝導率に対応した各領域を定めた。つまり、その領域は、
熱伝導率：０．０４２超〜０．０４４  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
Ｔ≧１６．５×Ｓ＋７７０
又は１１×Ｓ＋９４２≧Ｔ≧−２．３×Ｓ＋１５１５，
熱伝導率：０．０４０超〜０．０４２  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１６．５×Ｓ＋７７０≧Ｔ≧１７．５×Ｓ＋１７．５×７１０，
１０×Ｓ＋１００２．５≧Ｔ≧１１×Ｓ＋９４２、
又は−２．３×Ｓ＋１５１５≧Ｔ、
熱伝導率：０．０３７超〜０．０４０  Ｗ／ｍ・Ｋに対して、
１７．５×Ｓ＋７１０≧Ｔ≧１０×Ｓ＋１００２．５
なお、ここで、Ｓは、溶融物のＳｉＯ2濃度（質量％）、Ｔは、溶融物の円柱体表面上温度（℃）である。
【００１８】
従って、測定した溶融物のＳｉＯ2濃度と温度とを、かかる領域に照らしてみれば、容易に所望の製品を得る関係にあるかどうかの判定ができる。
【００１９】
そして、測定値が所望の関係にない場合には、溶融物のＳｉＯ2濃度か温度のいずれか一方を調整することになる。但し、通常、ロックウールの製造では、溶融物のＳｉＯ2の変動が４２〜４６質量％の範囲で認められているので、本発明では、温度だけを変更することにした。この温度の変更は、種々の方法があるが、溶融炉の加熱源を操作するのが簡単で好ましい。
【００２０】
【実施例】
高炉スラグ１０を２段式電気炉４に装入し、カーボン電極を用いて加熱溶融すると共に、珪砂を添加して溶融物１１とした。そして、該溶融物１１を出湯し、４０００ｒｐｍで中心軸を水平にして該軸まわりに高速回転している内部冷却型の円柱体５の周面上に注いだ。同時に、図３に示すように、上記円柱体５の一端に設けたノズル１２を介して、圧縮空気１３を該円柱体５の周面に沿い中心軸と平行な方向に１００ｍ／ｓｅｃで噴射させ、周面から線状体１５を飛散させ、溶融物１１を繊維化した。その際、圧縮空気１３には、水溶性フェノール樹脂を添加し、圧縮空気１３の流れの下流に設けたベルトコンベア６で回収した繊維を積層し、熱硬化炉で前記樹脂を硬化させて最終的にボード９を得た。
【００２１】
この操業中、溶融物のＳｉＯ2濃度は経時的に変動したが、本発明に従い、その濃度変動を計算で予測すると共に、製造するロックウールの熱伝導率に応じて、該ＳｉＯ2濃度と別途測定した溶融物の円柱体表面上温度との関係が、前記した図１の各領域内に収まるよう、該円柱体表面上温度を調整しながら操業した（実施例）。一方、本発明の効果を確認するため、本発明の要件を満足させない条件での操業も行なった（比較例）。
【００２２】
これらの操業成績は、平均ＳｉＯ2濃度、溶融物温度、製造した繊維の径、ショット率、ボードの断熱性（ＪＩＳ  Ａ１４１２に規定された熱伝導率で表す）で評価し、表１に一括して示す。
【００２３】
【表１】
0003869187.tif 000002
【００２４】
表１より、本発明を適用すると、所望の熱伝導率を有し、且つ軽量のボード９が製造できることが明らかである。これに対し、本発明を適用しなかった比較例では、繊維１５の径とショット１４の形成量が好ましい状態になく、熱伝導率が大きくなっている。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明により、製造装置を改良する必要なく、高品質の綿が製造できるようになった。特に、軽量で高断熱性を有するロックウールボードが製造できるようになった。また、原料に高炉スラグを利用するので、住宅用等として、従来より優れた品質の断熱材が安価に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる溶融物のＳｉＯ2濃度及び円柱体表面上温度と、製造した綿あるいはボードの熱伝導率との関係を示す図である。
【図２】一般的なロックウールの製造工程を示す流れ図である。
【図３】ロックウールの製造工程において溶融物を飛散させるための高速回転する円柱体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    高炉装入原料
２    高炉
３    溶滓鍋
４    溶融炉（電気炉、キュポラ）
５    円柱体（回転体）
６    集綿機（コンベア）
７    粒状綿
８    配綿機
９    ボード（板）
１０  高炉スラグ
１１  溶融物
１２  ノズル
１３  圧縮空気
１４  ショット
１５  線状体（繊維、綿）
【図１】
0003869187.tif 000003
【図２】
0003869187.tif 000004
【図３】
0003869187.tif 000005