KR100391193B1 - 전기융해전극용서포트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 융해 기술, 특히 에너지가 플런징 전극으로부터 주울 효과에 의해 용해물에 방산되는 전기 융해 기술에 관한 것이다. 이러한 형식의 전극(1)용 서포트(8)는 전력 공급 시스템과 냉각 시스템을 포함하며, 그 표면상에는 열보호부가 구비되어 있으며, 상기 표면은 전류 전도 전압에 대하여 절연되어 있다.

Description

전기 융해 전극용 서포트

본 발명은 전기 융해 기술, 특히 플런징 전극(plunging electrodes)에 의한 주울 효과(Joule effect)로 에너지가 용해물(molten mass)에 방산되는 전기 융해 기술에 관한 것이다.

오랫 동안 연료 오일 또는 가스 등의 화석 연료가 공급되는 융해로(melting furnace)를 갖춘 대량으로 작동하는 유리 제조 설비가 제공되었다. 이것은 특히 예를 들어 판유리나 병유리를 제공하는 대용량의 연속 제조 설비의 경우이다. 전기 에너지가 이러한 대형로에 사용될 경우, 전기 에너지는 최저온 영역에서의 유리 온도 또는, 유리의 변형 장소를 향한 경로를 따라 노 외부에서의 유리 온도를 유지하기 위해, 또는 특정 대류 운동을 형성하여 용융 재료의 균질화, 정련 또는 이송을 보조하기 위해 본질적으로 국부적인 부스터(booster)로서 작용한다.

진정한 전기 융해는 사용 조건에 상당한 융통성이 필요한 작은 장치에서 먼저 사용되었다. 에너지 비용의 변동과 몇몇 기술적인 문제의 점진적인 숙달로 더욱 최근에는 주문만 제외하고 모든 융해 공정이 전기 에너지를 사용하여 행해지는 주 생산 장치의 발전을 유도하였다. 이러한 발전으로 인해 극히 미묘한 기술적인 문제 해결이 필요하게 되었다.

따라서, 특히 융해조(melting bath)의 표면에서 전극의 산화를 방지하기 위해 전극을 완전히 침지시키는 방법이 제시되었다. 이것은, 예컨대 프랑스 특허 출원 FR-A-2 552 073 에서 이용된 해결책이다. 상기 문헌에서 전극은 융해조에 수직으로 배치되어 노의 노상(hearth)으로부터 돌출하게 된다. 다른 실시예에서 전극은 노의 측벽을 관통한다.

부식 문제에 대해서 제공되는 이점과는 무관하게, 전극을 침지시키는 것은 융해조 표면에 원료의 조성물을 편리하고 규칙적으로 공급할 수 있도록 한다.

융해조에서 용융되어 부유하게 되는 조성물이 비교적 두꺼운 층으로 생성되는 것은 사실상 몇가지 이유로 유리하다. 융해조와 접촉함으로써 연속 작동에 필요한 재료의 영구적인 보존이 가능하게 된다. 또한 대기와 접하여 대류에 의한, 특히 복사에 의한 상당한 열 손실로부터 융해조를 보호한다.

상기 문헌에 기재된 형태의 노가 산업적으로 매우 중요하게 사용되지만 반드시 실제로 접하게 되는 모든 요구 조건에 대한 최선의 해결책을 제공하는 것은 아니다. 예컨대 몇몇 경우에 투자 비용을 제한하려는 명백한 목적이 있는 경우, 가능한 한 다수의 부재, 특히 주입 용기(basin:분지형 용기)를 구성하는 내열 재료를 유지함으로써 버너로 작동하는 설비를 변형시키는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 변형은 전극이 노의 노상 또는 측벽에 설치되어 있는 경우는 불가능하다.

전극이 침지되어 있는 노는 전극을 조정할 수 있는 가능성을 제한하여 왔다. 이러한 것들은 특정 작동 조건에 대해서는 전적으로 만족스러운 성능을 나타내지만, 이러한 작동 조건이 빈번히 그리고 상당히 수정될 경우에는 덜 바람직하다.

또한 침지 전극 기술은 이제 잘 숙련되어 있고 내열 장치에 견줄만한 긴 유효수명을 기대할 수 있지만 다수의 전극중 하나가 너무 빨리 열화하여 만족스러운작동에 영향을 끼치게 되는 위험까지 제거될 수는 없다.

특히 프랑스 특허원 제 2 599 734 호에 기재되어 있는 또 다른 해결책은 융해조의 자유 표면을 통과하는 플런징 전극으로 구성된다. 이 방법은 몇 가지 이점이 있다. 먼저, 이들 전극이 내열 장치를 통과하는 것과 관련된 곤란함을 명백하게 방지할 수 있고 손상된 전극의 교환, 마모 문제, 특히 내열 장치를 손상시킬 수 있는 고온 및 내열 장치와 접촉하여 발생하게 되는 강력한 대류로 인한 문제를 방지할 수 있다.

플런징 전극법은 최고온 영역을 융해조의 상부로 국한시키며, 따라서 상술한 문제점을 감소시킨다.

또한 상기 방법은 전극의 침지 깊이를 수정할 수 있게 하여 온도 구배를 수정할 수 있게 된다. 이로써 노상의 온도, 따라서 노 배출구에서의 유리 온도를 변화시키지 않고서 노의 설계를 수정할 수 있게 된다.

또한 상기 방법은 열 출력이 매우 만족스러우며, 양질의 용융 재료를 제공하는 것을 알 수 있었다.

플런징 전극은 통상적으로 용융 용기 위에 그 측부로부터 현수되는 서포트에 부착되어 있다. FR-A-2 599 734 에는 냉각액을 순환시키기 위한 덕트로 이루어진 아암과, 전극 및 전극 서포트를 공급하기 위한 전기 케이블로 구성된 형태의 서포트가 기재되어 있다.

정상 작동에서는, 열손실에 대한 보호층을 구성하는 융해조의 표면에 퇴적된 조성물층은 융해조 위에 현수되어 있는 아암의 온도가 너무 높아지지 않도록 한다.

한편, 대기 기간(waiting period) 동안에는 원료를 보호하는 층이 매우 얇거나 부족하여 아암의 온도가 매우 높아지고, 전기 공급 시스템의 열화가 초래된다.

이러한 단점을 제거하기 위하여, 종래의 해결책은 대기 기간 중 플런징 전극을 들어올리고, 통상 벽에 배치되는 침지 전극으로 융해조 내에 충분한 온도를 유지하는 것으로 이루어져 있다. 이 방법은 효과적이지만, 이러한 경우에 전극은 단지 이미 융해된 융해조의 온도만을 유지하기 때문에 저전압에서 작동하더라도 다시 침지 전극과 관련된 문제점이 있다. 더욱이, 상기 유형의 침지 전극은 또 다른 투자 비용이 필요하게 된다.

제안된 또다른 해결책, 특히 미국 특허 제 4,965,812호에 기재된 방법은 전류 전도 물재킷형 냉각 시스템을 구성하는 전극 서포트를 사용하는 것으로 되어 있다. 상기 공급 시스템은 연속적으로 냉각되고, 따라서 대기 기간 동안 발생하는 온도 증가에 대해 보호된다. 한편, 이러한 유형의 설비는 전극 서포트에 대한 전력이 항상 전원이 켜진 상태로 유지되어 있기 때문에 보호 장치가 필요하다.

상기 유형의 장치는 통상 노에 대한 작업자(operator)의 접근을 방지하는 그리드(grid)를 포함한다. 그러나 융해조 근처에, 즉 전극 서포트 근처에 작업자가 있을 필요가 있는 특정 단계에서는 작업자가 위험해지게 된다.

본 발명의 목적은 침지 전극의 방해도 없고, 작업자에 대한 어떠한 위험도 없이 정상 작동 상태와 대기 기간 양자에서 기능하는 유리 재료의 전기 융해 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서 상기 목적은 융해조의 표면으로부터 침지되는 융해용 전극서포트에 의해 달성되고, 상기 서포트는 전력 도입 시스템(power lead system)을 포함하고, 그 표면에 열보호부를 가지고 있으며, 상기 표면은 전류 전도 전압에 대하여 절연되어 있다.

상기 유형의 전극 서포트는 종래 기술에 의해 초래되는 문제점을 제거한다. 전극 공급 전압의 유지와 관련된 작업자의 위험이 사실상 더이상 없다. 또한, 융해로가 대기 기간 중에 있을 때, 특히 서포트가 열절연된 표면을 갖고 있기 때문에 용융된 유리의 융해조로부터의 열복사에 의해 야기되는 온도 증가가 서포트의 열화를 일으키지 않는다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 전력 도입 시스템은 전류 전도 물 재킷형(electric current conductor water-jacket type)의 냉각 시스템이다. 상기 장치는 바람직하게는 내고온성 재료로 제조된 전기 절연체로 둘러싸여 있다.

고온에 견딜 수 있도록 선택된 절연체는 전류 전도 냉각 시스템의 물 순환에 의해 효과적으로 냉각된다.

대기 기간 동안 서포트의 온도는 열복사에 기인하여 매우 높아지므로, 이러한 고온에 견딜 수 있는, 당연히 값비싼 절연재를 선택해야 한다.

본 발명은 유리하게도 상기 절연체를 제 2 의 물 재킷형 냉각 시스템으로 둘러쌀 것을 제안하고 있다. 따라서 더 낮은 온도에 견딜 수 있는 전기 절연체용 재료가 선택될 수 있다. 또한, 이러한 유형의 재료에 있어서 그 전기 절연 특성은 통상 저온에서 향상된다.

또한, 상기 전기 절연재료의 냉각은 장기간의 내구성을 보장한다.

따라서, 이상과 같이 제안된 전극 서포트는 두 개의 냉각 시스템을 포함한다. 이 냉각 시스템은 물순환으로 유리하게 구성된다. 내부 시스템은 전극 공급용 전류 전도체이기 때문에, 본 발명에 따르면, 두 개의 분리된 물순환 회로가 있기 때문에, 전류를 전도하고 전극을 공급하는 냉각 시스템 내를 순환하는 물이 결과적으로 더 이상 유용하지 않은 전압을 제 2 냉각 시스템에 공급하지 않게 된다.

본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 두 개의 냉각 시스템이 단일의 물 회로에 의해 공급되고, 상기 물은 전류를 전도하지 않도록 광물이 제거된 탈이온수이다. 따라서 전극 서포트 외부의 물 공급 장치는 단일의 회로로 제한될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 특징들은 제 1, 2, 3 도를 참조하여 설명된 실시예로 부터 분명해질 것이다.

제 1 도는 표면으로부터 수직방향으로 침지된 전극을 포함하는 노(furnace)의 개략적인 부분 단면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 전극과 전극 서포트의 실시예를 도시한 도면.

제 3 도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서포트 일부분의 개략 사시도.

제 1 도에 도시된 것은 플런징 전극(1)과 관련된 융해로의 일부분을 예시한다. 이 융해로는 노상(노의 바닥)(2)과 측벽(3)으로 이루어진 내열 용기(refractory basin)를 포함한다. 용기 위에는 내열 천장(4)이 부분적으로 도시된 금속 프레임(5)에 매달려 있으며, 상기 금속 프레임(5)은 융해로를 감싸고 있다.

이동 가능한 내열벽(6)이 구비되어 있으며, 이것은 저위치에 있을 때, 즉, 측벽(3)상에 지지되어 있을 때, 융해조(7)를 외부 대기로부터 부분적으로 격리시킬수 있다.

상기 내열벽(6)에는 전극 서포트(8)만의 관통을 위한 구멍이 구비되어 있다.

내열벽(6)의 상기 저위치는 융해로가 대기 기간에 있을 때 채택되며, 원료가 공급될 때에는 더 이상 필요하지 않다. 이는 과도한 열손실을 피할 수 있게 하며, 모든 주변 장치의 손상 위험을 방지할 수 있게 한다.

전극(1)은 융해조(7)의 표면에서 융해될 원료의 층(9) 아래로 침지된다. 정상 작동시 융해조(7)를 덮고 있는 상기 원료 층(9)은 상기 융해조를 열절연하여 열손실을 방지한다.

전극(1)은 제 1 도에는 도시하지 않은 전기 공급 시스템과 전극(1)을 냉각하기 위한 장치를 포함하는 서포트(8)에 부착되어 있다.

또한 상기 서포트(8)는, 예컨대 전극(1)을 교체 또는 보수할 수 있게 상기 융해조로부터 이동시킬 수 있는, 도시하지 않은 기구에 연결되어 있다.

제 2 도에 있어서, 상기 전극(1)과 그 서포트(8)가 보다 상세히 도시되어 있고, 본 발명의 이점을 보여준다.

통상 몰리브덴으로 제조되는 전극(1)은 전류 전도 부재(10)에 의해 전류 전도 냉각 장치를 구성하는 관(11)에 부착되어 있다. 상기 전류 전도 부재(10)는 나사체결에 의해 상기 관(11)에 부착되는 연장부이다. 전극(1)은 상기 연장부(10)의 다른 단부에 부착되어 있다. 이러한 형식의 배열은 나사 체결 지점이 융해조 내에결코 파묻히게 되지 않으므로 연장부(10)/전극(1) 조립체가 용이하게 분해될 수 있게 한다. 사실상, 관(11)이 더 길어서 융해조 내에 직접 잠긴다면, 전극(1)은 예컨대 나사 체결에 의해 직접 관에 부착될 수 있다. 반면에 부착 지점이 융해조에 잠겨 있기 때문에 전극을 분해하기가 더욱 곤란해 질 것이다. 본 구성에 따르면, 교체는 매우 용이하지만 전극(1)과 동시에 연장부(10)를 교체할 필요는 없다. 상기 연장부(10)는 원료 또는 융해조와 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 충분히 두꺼운 내열재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있을 수 있다.

또한, 이 연장부(10)는 전극이 냉각되도록 전극쪽으로 냉각 유체가 흐르게 한다.

나사체결에 의한 부착은 신속한 교체가 가능하기 때문에 유리하다. 전극은 마모되어 있을 때만 아니라, 특히 그 길이를 변경하여 전극의 침지 레벨 및 그에 따른 융해로에 전달되는 에너지의 레벨을 변경하기 위해서도 신속하게 교체될 필요가 있다. 관(11)은 강철 (steel)로 구성되어 양호한 강성 및 전도성을 갖게 된다.

상기 관(11) 내에는 예컨대 동심적인 제 2 관(12)이 배치되어 있다. 상기 제 2 관(12)은 예컨대 관(11)의 내면에 여러 지점에 부착된다. 상기 두 관(11, 12)의 결합으로 물이 순환되며, 따라서 물 재킷형 냉각 장치를 구성한다. 물 공급원(도시 않음)으로부터 물이 공급된다. 냉각 시스템이 전극(1)을 냉각하도록 설계되어 있기 때문에, 관(12)은 연장부(10)를 관통한다.

관(11)의 다른 단부에는, 예컨대 구리로 제조되고 절연 골조(14)의 내부에 배치되는 공급 칼라(13)가 부착되어 있다. 상기 칼라(13)는 전극(1)에 동일 전압을공급하는 전기 도체인 관(11)이 필요한 전압으로 설정되게 할 수 있다.

관(11)의 둘레에 배치된 것은 전기 절연체(15)로, 유리하게는 MURATHERM 500M 이라는 명칭으로 판매되는 전기 절연체의 내열재로 구성된다. 전기 절연체(15)는 관(11)의 외면 일부상에 지지되어 포위하는 하나 또는 다수의 슬리브 형태이다. 따라서 이러한 전기 절연체는 융해조에 접근할 필요가 있는 작업자가 감전될 위험없이 전극 서포트에 접근할 수 있게 허용한다. 전기 절연체(15) 자체는 물등의 냉각 유체가 내부에서 순환하는 동심 덮개(16)에 의해 둘러싸여 있다. 다른 물 공급원(도시 않음)으로부터 물이 공급된다. 상기 물 재킷형 덮개(16)는 물을 순환시키는 내부 슬리브(17)를 포함한다.

먼저, 상기 제 2 냉각장치는 절연체가 매우 높은 온도에 견딜 수 있도록 선택되고 제 1 냉각 시스템에 의해 이미 부분적으로 냉각되어 있더라도 절연체의 과열을 방지할 수 있다.

또한, 제 2 냉각 장치는 융해로가 대기 기간 중에 있을 때라도, 그리고 원료층(9)이 없을 때 서포트(8)가 융해조로부터의 복사에 의해 가열될 때에도 전극 서포트(8)의 외표면이 비교적 냉각 유지되어 있게 하고 작업자가 그것을 다루거나 적어도 접근할 수 있게 한다.

상기 언급된 다수의 부재(11, 12, 15, 16, 17)는 예컨대 동심적이며 그 하나가 다른 부재의 둘레에 배치된 관을 구성한다.

제 3 도의 경우에는 두 동심관(18, 19)으로 이루어진 전류 전도 물재킷형 냉각 장치가 전기절연재료로 제조되고 양호한 열절연 특성과 내열성을 갖는 하나 또는 다수의 슬리브(20)에 의해 둘러싸여 있다.

전극 서포트 표면의 열 보호는 일차적으로 슬리브(20)의 고유 성질에 의해 얻어지고, 상기 슬리브(20)를 냉각시킬 수 있는 냉각 장치에 의해 이차적으로 얻어진다.

전기적 보호는 전류 전도 관(19)을 감싸는 슬리브(20)에 의해 제공된다.

냉각수의 유입 및 방출을 허용하는 다수의 파이프는 도면에 도시되어 있지 않다.

냉각용으로 사용되는 물은 유리하게는 탈이온수이며, 이것은 또한 접지된 외부 냉각 시스템에 전류를 전도할 위험없이 양 냉각 시스템에 동일한 회로를 사용할 수 있게 한다.

참조 번호가 부여되지 않은 화살표는 냉각 유체의 순환을 지시한다.

본 발명에 따른 서포트를 갖는 전극은, 첫 번째로 접근 가능한 장치가 전압 공급 장치에 연결되어 있지 않기 때문에 정상 작동시 위험없이 사용할 수 있게 하며, 두 번째로 융해로가 대기 기간 중에 있을 때 서포트를 손상시키는 어떠한 위험없이 사용할 수 있게 한다.

따라서 본 발명에 따른 전극과 서포트로 구성된 장치는 융해로에 침지된 전극에 의한 전기 융해와 관련된 상술한 다수의 이점을 제공한다. 내열 장치가 충격을 덜 받으며 전극이 용이하게 교체될 수 있기 때문에, 이러한 이점은 예컨대 양호한 열출력과, 설계 변경과는 무관한 용융 재료의 양호한 품질과, 융해로의 사용 수명 증가 등이다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 대기 기간동안에 전극을 완전히 침지시키거나, 보호 시스템이 전시간 존재하고 있을 필요가 없게 되며, 따라서 계속적으로 전원이 켜진 상태인 부재 부근에 작업자가 상주할 필요가 없게 된다.

Claims (8)

1. 유리 용기(glass basin)의 벽들에 둘러싸이는 유리 융해조내에 침지되는 융해 전극용 서포트로서, 상기 전극과 냉각 장치에 전류를 공급하기 위한 전력 도입 시스템을 포함하는 전기 융해 전극용 서포트에 있어서,

   상기 서포트는 융해 용기의 측벽들을 통과하여 그 측부로부터 융해 용기의 위에 현수되는 전류 전도 아암을 포함하며,

   상기 아암의 표면중 작업자가 접근 가능한 부분에는 열보호부가 제공되고, 이 부분은 전류 전도 전압에 대해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전력 도입 시스템은 전류 전도 물재킷형 냉각 시스템(11, 12, 18, 19)이며, 상기 냉각 시스템은 전기 절연체(15, 20)로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전기 절연체(15, 20)는 내고온성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 전기 절연체(15)는 물재킷형 냉각 시스템(16, 17)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전기 절연체를 둘러싸는 냉각 시스템(16, 17)의 유체는 전류 전도 냉각 시스템(11, 12) 이외의 회로에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 전기 절연체를 둘러싸는 냉각 시스템(16, 17)의 유체는 전류 전도 냉각 시스템(11, 12)을 공급하는 회로에 의해 전달되고, 상기 유체는 탈염수(demineralized water)인 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 아암은 만곡 형상이며, 중간 만곡부는 용기의 측벽을 통과하는 아암의 단부를, 전극을 지지하는 서포트 부분과 연결하는 것을 특징으로 하는 전기 융해 전극용 서포트.
8. 유리 용기의 벽내에 둘러싸이는 유리 용융조와, 이 유리 용융조의 표면에 수직하게 용융될 원료의 층 아래로 침지되는 적어도 하나의 플런징 전극을 포함하며, 상기 전극은 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 따른 서포트에 부착되는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.