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[그림 1] 요업 용융분야 표준 공정도

1. 원료 배합(Mixing)

• 용융분야 생산 공정에서 원료의 종류와 배합비율에 따라 제품의 투명도나 품질이 달라지므로 사업장에서는 항상 일정한 비율로 원료를 조합하고자 하며, 조합된 원료의 한 묶음을 배치(Batch)라고 한다.제품의 유리제품 제조 공정에서 투입하는 원료의 종류 및 배합비율은 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소로 작용한다.
  원료 배합(Mixing)공정에서는 사일로(Silo)에 저장되어 있는 원료 및 컬릿(cullet)을 일정한 비율로 배합하여 배치(Batch)를 구성한 후 용융로로 배치(Batch)를 이동시킨다.

2. 용융·용해(Melting)

• 용융·용해(Melting)는 고체 상태의 조합된 원료를 약 1,500℃ 이상의 고온에서 용융시켜 액체 상태의 유리물로 만드는 공정이다.

3. 청징(Refine / Forehearth)

• 청징(Refine / Forehearth) 공정은 액체 상태의 용융된 유리물을 이동시키면서 유리 입자를 균일화 하는 과정이다. 고체상태의 원료가 용융되는 과정에서 내부에 있던 가스 또는 휘발성분으로 인하여 기포가 발생하는데, 이 때 발생한 기포가 남아있게 되면 유리 품질에 영향을 미치므로 청징 공정에서 기포를 제거하여 유리의 입자를 균일화 시켜 품질을 유지시켜 준다.
  청징 공정의 대표 설비로는 청징로가 있는데, 청징로는 기포를 제거하기 위해 용융 유리물의 온도를 적정하게 유지하면서 유리의 점도를 낮추며, 용융된 유리물이 용융로를 빠져나올 때 청징로에서 유리물을 넓게 퍼뜨려줌으로써 자연적인 기포의 수축 및 소멸을 도와주는 역할을 한다.

4. 성형(Forming)

• 성형공정은 제품의 형태를 만드는 과정으로, 생산하는 제품에 따라 성형공정 형태, 명칭, 공정사용설비가 달라진다. 판유리 제조 사업장의 경우 유리물을 판판하고 넓게 펴서 일정한 두께의 널빤지 모양으로 만고, 성형로의 폭을 조절하면서 판유리의 두께를 결정한다.
  병유리 제조공장의 경우 ‘제병 공정’이라고 불리며, 일정한 중량의 유리물을 제병기에 공급하여 유리병 형태로 성형한다.
  유리섬유의 경우 ‘방사(Fiberizing) 공정’이라 불리며, 방사는 유리물을 직경이 작은 노즐을 이용하여 얇은 두께로 뽑아내는 과정이며 방사설비의 노즐 직경에 따라 유리섬유의 두께가 결정된다.
  유리 섬유 중에서도 장섬유의 경우 유리물을 길고 가느다란 필라멘트(filament) 형태로 뽑아내고 접착제 역할을 하는 바인더(binder)를 이용하여 수백 개에서 수천 개의(200∼8,000개) 필라멘트를 하나의 가닥으로 묶고 이를 실을 실패에 감듯이 고속 회전하는 와인더(winder)로 감아낸다. 반면에 단섬유의 경우 얇은 두께로 뽑아낸 유리물을 마치 솜사탕을 만드는 것과 같이 고속 원심 분리 공법으로 섬유화를 시킨 후 바인더를 이용하여 롤 형상의 매트(Mat)나 판상 형상의 보드(board) 형태로 성형한다.

5. 서랭(Annealing) / 건조(Drying)

• 성형 공정에서 성형한 후 제품을 포장 및 출고하기 위해서는 실온으로 냉각시켜야 한다. 성형된 제품을 실온까지 냉각시키는 과정에서 유리층의 표면과 내부의 냉각속도가 다르므로 내·외부의 온도차가 발생하고 이에 따라 유리 내부에는 열(熱)변형(thermal strain)이 생기는데, 이는 유리제품의 강도를 저하시키는 원인이 된다.열(熱)변형을 방지하기 위해서 제품을 일정 온도까지 천천히 냉각시키는데 과정을 거치는데, 이를 서랭(徐冷)이라고 한다.

6. 재생(Cullet)

• 유리제품 제조공장에서는 생산 공정 중에 발생한 폐유리를 회수하여 용융로로 재투입하여 원료로 사용하는데, 이 때 원료로 재사용하는 폐유리를 컬릿(Cullet)이라고 한다. 생산 공정 중에서도 주로 성형 공정과 제품 검사 부분에서 폐유리를 회수할 수 있으며, 회수한 폐유리는 재생공정을 거쳐 원료로 사용되기 위해 저장된다. 유리섬유와 같이 성형 중 바인더 등의 첨가물을 추가하여 성형한 경우에는 폐유리를 바로 원료로 사용할 수 없고, 순수 유리 성분의 컬릿(Cullet)으로 만들기 위해 불순물을 제거하는 작업이 필요하다.
  이와 같은 작업은 “재생로”에서 회수한 폐유리를 가열하여 불순물을 휘발시키거나 고온에서 용융시켜 불순물을 제거한다. 반면, 판유리 또는 병유리와 같이 유리물을 그대로 성형하여 제품을 만드는 경우에는 재생공정이 존재하지 않고, 회수한 파유리를 사용하기 적합한 크기로 분쇄처리만 하여 컬릿(cullet)으로 재사용한다.

[그림 1] 요업 소성분야 표준 공정도

1. 분쇄(Grinding)

• 분쇄공정에서는 도석, 점토 등의 원료를 일정 비율로 배합한 후 볼밀(ball mill), 롤러밀(roller mill), 등 분쇄설비에 투입하여 분말 형태로 미분쇄 한다. 분쇄 방식은 사업자에 따라 달라질 수 있으며, 크게 습식분쇄와 건식분쇄로 나누어진다.

2. 1차 건조(Spray drying)

• 원료를 습식 분쇄한 경우, 원료의 수분함량을 성형공법에 적정한 수준으로 조절하기 위해 원료에 남아있는 수분을 건조시켜 제거한다. 1차 건조 시에는 주로 분무건조(Spray drying)방식으로 건조시키는데 분무건조는 분말 형태의 입자를 열풍 속에서 분무시켜 건조하는 방식으로 입자의 표면적을 증가시킴으로써 효과적인 건조가 가능하다

3. 성형(Forming)

• 요업제품은 생산하는 제품의 종류에 따라 성형공법이 달라지며 같은 제품일 경우에도 제품의 사용용도에 따라 달라진다. 또한, 사업장 특성에 따라 성형공법이 달라지며 그 종류도 다양하다. 성형 공법으로는 높은 압력을 가해 분쇄된 입자들을 압축시키는 압축성형공법, 일정한 금속 틀에 원료를 주입하여 원하는 형태로 성형하는 공법, 분쇄하지 않은 원료를 절단하여 성형하는 방법, 분쇄된 입자를 뭉쳐서 덩어리로 만드는 성형공법 등이 있다.
  시범사업장인 타일제조사업장의 경우, 건식압축성형공법을 사용하여 분말 형태의 원료 입자를 직사각형의 납작한 타일 형태로 성형한다.

4. 2차 건조(Hot air drying)

• 성형된 제품에 소성 시 고온으로 열을 가하게 되면 급격하게 수분이 감소하여 제품이 수축되고 표면에 균열이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 2차 건조 공정에서 열풍건조(Hot air drying)공법으로 적정 수분함량까지 건조를 시켜준다.

5. 표면처리(Surface treatment)

• 표면처리(Surface treatment) 공정도 성형공정과 마찬가지로 제품의 종류 및 사업장의 특성에 따라 표면처리 공법이 달라지며, 사업장에 따라서는 표면처리 공정이 없는 경우도 있다. 표면처리는 제품의 미관을 향상시키거나 제품 표면의 오염 방지 또는 제품의 기계적 강도 증진 등을 목적으로 하며 제품의 표면에 유약을 바르는 시유, 코팅 등의 공법이 있다. 시범사업장의 경우, 타일 표면에 색과 무늬를 입히고 유약을 바르는 표면처리공법을 사용하였다. 표면처리 후 소성 공정에서 열을 가해주면 강도가 증가하고 표면에 입힌 유약의 색이 변하면서 미관을 향상시키는 효과도 있다.

6. 소성(kiln)

• 소성 공정에서는 성형된 제품 또는 원료에 고온의 열을 가해 경화성물질로 만들어 준다.

7. 후가공(후처리)

• 건조-성형-소성 과정을 통해 생산된 반제품은 그대로 포장되어 출고되기도 하지만, 다른 공정으로 옮겨져 가공처리를 거쳐 새로운 제품으로 만들어지기도 한다. 이 과정은 제품의 종류, 사업장 특성에 따라 가공 공법 및 가공 설비가 다르므로 표준공정에서는 후가공(후처리)이라고 표현하였으며 후가공 공정이 없는 사업장도 있다.