KR100436975B1

KR100436975B1 - 유리융해로의 운전방법 및 그 운전방법을 실시하기 위한 유리융해로

Info

Publication number: KR100436975B1
Application number: KR10-1999-0011374A
Authority: KR
Inventors: 헬무트조르그; 헬무트피페르
Original assignee: 베타일리궁겐 조르그 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2004-06-23
Also published as: EP0949210A1; KR19990082821A; DE19815326A1; US6154481A; PT949210E; ES2154941T3; DE59900037D1; DK0949210T3; DE19815326C2; EP0949210B1; ATE198874T1

Abstract

본 발명에 따른 유리융해로에 있어서, 정련스탠드(19)가 설치되어 있는 정련구역(4)과 융해구역(3) 사이에 유리용탕(10)의 용탕면(9) 위쪽에 연소가스 중 최소한 일부가 정련구역(4)으로부터 융해구역(3)으로 역류하기 위한 유동로(8b)를 열어놓은 하나의 복사열차단벽(8)이 설치되어 있다. 상기 정련구역(4) 내에서 복사열차단벽에 의한 열집중에도 불구하고 이미 정련된 고온 유리용탕(10)이 정련구역(4)으로부터 융해구역(3)으로 역류하는 것을 방지하면서, 동시에 장입된 원료를 융해공정의 진행중 가능한 한 조기에 완전히 용융시키기 위하여, 상기 유리융해로를 가동할 때, 상기 융해구역(3)의 중간 부분과 정련스탠드(19)의 전면부(19a) 사이의 유리용탕(10) 내에 최소한 한 개의 상승흐름을 발생시켜, 그 상승흐름을 한편으로는 용융구역(3) 쪽의 상류방향으로 제1분류와 다른 한편으로는 정련스탠드(19) 쪽의 하류 방향으로 제2분류로 분할함으로써, 하류 방향으로 지향된 상기 제2분류에 의하여 유리용탕(10)이 정련구역(4)으로부터 융해구역(3)으로 역류하는 것을 방지하도록 공정이 진행된다. 이를 위한 장치들은-선택적으로 또는 조합하여-한 줄의 기포발생기(16)들, 용기 바닥(15)으로부터 솟은 한 개의 정련단(17) 및/또는 최소한 2개 이상의 가열전극(18)들을 상기 정련스탠드(19)의 전면부(19a) 앞에 설치된다.

Description

유리융해로의 운전방법 및 그 운전방법을 실시하기 위한 유리융해로{Method for Operating Glass Melting Furnace and Glass Melting Furnace for Implementing Said Method}

본 발명은 융해 구역(melting area)(3)과 정련 스탠드(refining bank)가 설치되어 있는 정련구역 사이에 유리 용탕면의 위쪽에 적어도 연소가스의 일부가 정련구역으로부터 융해구역으로 역류하기 위한 흐름 채널(flow channel)이 열려있는 복사열차단벽(a radiation screen wall)이 설치되어 있는 유리융해로의 운전방법에 관한 것이다.

그와 같은 유리융해로가 DE 39 03 016 C2에 의하여 공지되어 있다. 상기 유리융해로는 특히 운전을 중지하는 동안, 연소배기가스 쪽과 장입원료와 유리용탕 쪽 사이의 밀접한 열교환을 통하여 유리의 용융상태 유지를 보장하고, 재가동시 유리를 다시 필요한 가공온도로 신속하고, 고효율로 상승시켜 주도록 되어 있다. 그러한 구조에 있어서는, 제1복사열차단벽을 융해구역 내에 설치하여 그 밑면이 장입원료의 바로 위에 위치함으로써, 고온 연소가스의 역류에 의하여 상기 장입원료의 완전한 융해에 기여한다. 그러나 정련구역 바로 앞에 설치된 제2복사열차단벽 밑의 연소가스 유동로는 밑면이 유리용탕으로부터 상당한 간격으로 떨어져 있기 때문에 이렇다할 열교환 효과가 나타나지 않는다.

상기 공지된 구조에 있어서는 용탕용기의 중앙부분에 정련스탠드 앞에 유리용탕을 위한 바닥배출구가 설치되어 있어서 냉각되기 쉬운 단점을 가지고 있다. 그러한 바닥배출구들은 용기바닥 보다, 또는 용기의 양쪽 측벽(側壁)들 사이의 간격보다 근본적으로 폭이 작으며, 그 때문에 작은 유동단면(流動斷面)을 형성한다. 따라서 바닥배출구들 속에서 높은 유동속도가 발생하여 바닥배출구를 둘러싼 고온 벽면의 심한 마모를 일으킨다.

US-A-4 882 736에서는 정련구역으로부터 상당한 거리를 두고 원료장입구역 밑에 바닥전극들을 설치하여 유리용탕 내에서 상승흐름을 발생시킴으로써, 아래쪽으로부터 장입원료에 추가적인 융해열이 가해지는 유리융해로가 공지되어 있다. 도면에 표시된 흐름 화살표와 같이 상기 전극이 위치하는 지점에서 상승하는 흐름은 정련구역 내의 작용과정에 아무런 영향도 끼치지 않을 뿐만 아니라, 유리용탕의 역류를 저지하지도 못하고, 연소가스의 역류와 아무런 상승적인 상호작용을 일으키지 않으며, 즉, 가스는 유리용탕의 상승흐름에 도달하기 전에 배기된다. 또한 장입원료는 위로부터 연소가스에 의하여, 아래로부터 바닥전극에 의하여 동시에 동일한 지점에서 가열되지 않는다. 또한 전극들 위에는 밑면에 연소가스 역류를 위한 유동로를 형성할 수 있는 복사열차단벽도 장치되지 않는다.

공지된 용탕용기 바닥은 길다란 경사진 램프 모양으로 바닥전극으로부터 정련스탠드의 높이까지 서서히 높아지다가 그 정련스탠드의 상부면에서 한 개의 단이 형성되어 있다. 상기 단은 상기 경사진 용기바닥과 정련스탠드 사이의 접친 부분에서 이른바 "안장을 얹은" 모양을 하고 있다. 따라서 상기 단은 용탕량 조절기능을 갖지만, 그 앞에 멀리 떨어진 장입구역에 설치한 바닥전극들의 작용기능을 강화하는 것이 아니다. 따라서 상기 단 뒤에 위치하는 정련스탠드의 표면은 용탕면으로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 이것은 정련스탠드 작용에 역행하는 것이다. 이와 같은 종래의 기술에 있어서는 융해구역의 바닥은 용탕표면의 고온유리가 원료장입 부동층(浮動層)으로 역류시키는 유동형태를 발생시킨다. 그러나 이 때 연료 버너에 의하여 계속적으로 고온 가열된 유리가 정련구역으로부터 장입구역으로 이동하는 표면유동이 발생된다. 이것은 경계선 너머로의 역류를 일으키는 매우 통제가 곤란한 현상을 초래한다. 왜냐하면 결국에는 장입원료가 끊임없이 공급되어 용융된 유리를 융해로 로부터 배출해야 하기 때문이다. 이러한 종래 기술은 또한 또다른 매우 본질적인 단점을 가지고 있다. 즉, 이미 정련된 고순도의 유리용탕을 다시 장입 및 융해구역으로 주입하여, 장입원료와 접촉시켜서 새로이 정련해야 하는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 유리융해로의 장점들을 유지하면서, 용탕용기 제작벽돌의 마모를 감소시키고, 열통제를 통한 설비의 효율을 악화시키지 않으며, 오히려 여건에 따라 더욱 효율을 향상시킴으로써, 이미 정련된 고온 유리용탕이 정련구역으로부터 융해구역으로 역류하는 것을 억제하며, 장입원료가 공급과정에서 가능한 한 신속히 융해하도록 장치한 유리융해로의 운전방법과 그 설비를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 서두에 언급한 방법에 있어서 본 발명에 따라 유리용탕 속에서 융해구역(melting area)의 중간과 정련스탠드(refining bank)의 전단부 사이에 적어도 하나의 상승 흐름(one upward current)을 발생시켜서, 용탕표면에 도달하기 전에 융해구역 내에서 상부 스트림(upstream)으로 흐르는쪽 제1분류(分流)와 정련스탠드 위에서 하부 스트림(down stream)으로 흐르는 제2분류로 분할하여, 이에 의하여 하부 스트림으로 흐르는 제2분류에 의하여 유리용탕이 정련구역으로부터 융해구역 속으로 역류하는 것을 방지하도록 함으로써 달성된다.

본 발명은 융해로 바닥(a furnace bottom)을 가진 융해 탱크(a melting tank)와 화석 연료에 의한 적어도 부분 가열을 위하여 연료 버너들이 장치된 유리융해로와 관련되며, 원료 장입부(changing end)와 배출구(extraction end) 사이에 유리 흐름 방향으로 아래와 같은 것들이 설치되어 있다: 연소 가스를 위한 적어도 하나의 잔여 가스 배출구(waste gas outlet)가 구비된 융해 구역(a melting area), 연료 버너와 융해로 바닥으로부터 위쪽으로 돌출된 전면(a front face)을 가진 정련 스탠드(a refining bank)를 가진 정련 구역(a refining area),균질화 구역(a homogenization area)이 설치되며, 이와 같은 구역의 배열에 의하여 상기 융해 구역과 정련 구역 사이에는 정련 구역의 앞쪽으로 복사열 차단벽(a radiation screen wall)이 설치되고, 상기 벽은 정련 구역으로부터 융해 구역으로 연소 가스의 역방향의 흐름을 위하여 적어도 하나의 흐름 채널(at least one flow channel)이 열려진 상태가 되도록 한다.

상기에서 언급된 본 발명에 따른 유리 융해로에 있어서, 유리 용탕의 이동 방향에서 보아 상기 융해구역의 중간과 상기 정련스탠드의 전면부 사이에 유리용탕 표면으로 상승 흐름(an upward current)을 발생시키고, 원료장입부 방향으로 상부 스트림과 유리 표면 상에서 정련스탠드 방향으로 하부 스트림을 발생시키는 장치를 설치함으로서 상기 목적이 달성된다.

국소적인 개별 흐름들을 무시할 때, 상기 상승 흐름은 바닥(bottom)으로부터 천정(top)으로 즉, 주로 원료 장입부로부터 배출구로 수평으로 흐르는 유리 용탕의 반복적인 흐름(cumulative flow)에 수직으로 이동한다. 상기 반복적인 흐름은 따라서 융해로의 기하학적 구조의 고려 하에 융해로의 재료처리량에 비례된다. 이 때 상승흐름, 즉, 일련의 상승흐름들은 하나의 정의된 (제1) 원료장입부 방향의 표면역류부분과, 또 다른 정의된 (제2) 정련구역 방향의 표면순방향흐름을 발생시키고, 또한 이미 정련된 고온 유리용탕이 정련구역으로부터 융해구역으로 역류하는 것을 차단하는 극히 효과적인 바리케이드를 형성한다. 이 때 복사열차단벽과의 상호작용은 결정적인 역할을 하는바, 상기 정련구역에 있어서의 연소화염의 복사열은 정련구역 내에 집중되며, 유리종류에 따라 필요로 하는 높은 온도(모든 다른 온도와 마찬가지로)를 발생한다.

또한 상기 원료장입부로 역류하는 제1 표면역류부분의 효력은 지속적이며, 그러한 효력의 본질은 상기 장입원료를 밑으로부터 가열하며, 따라서 보다 신속히 융해시키고, 동시에 너무 멀리 나아가는 것을 방지하여 준다는 것이다.

이러한 효과를 발생시키기 위한 장치는 본 발명의 여러 가지 실시예의 범위 내에서 개별적으로 또는 이들의 조합으로 다음과 같이 구성된다.

a)융해로 바닥 내에 있는 기포 발생기와 후속 하는 정련단(a subsequent step)을 포함하는 특징들의 조합,

b)후속 하는 정련단이 없이 융해로 바닥 내에 기포발생기들과 가열전극들을 포함하는 특징들의 조합,

c) 융해로 바닥의 기포발생기들과 정련단 위에 설치되는 가열전극들을 포함하는 특징들의 조합,

d) 정련스탠드 보다 낮은 높이로 정련 스탠드의 전면부로부터 원료장입부 방향으로 연장된 정련단,

e) 정련단과 그 위에 설치된 가열전극을 포함하는 특징들의 조합,

f) 하나의 정련단과 정련단 내에 설치된 기포발생기(16)를 포함하는 특징들의 조합,

g) 융해로 바닥으로부터 돌출된 정련단을 사용한다는 점에서; 상기 정련단은

g1) 융해로 바닥의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 있으며,

g2) 정련단의 높이는 정련스탠드 높이의 0.25배 내지 0.75배가 되며,

g3) 상기 정련단은 유리용탕의 수평 흐름 방향의 반대쪽으로 동시에 복사열차단벽 아래쪽으로 연장된다.

이러한 효과는 다음과 같은 방법으로 더욱 촉진될 수 있다: 즉,

h) 상기 복사열차단벽의 아래쪽 모서리(lower edge)는 유리용탕 속으로 잠기고, 이 모서리는 용기바닥으로부터 돌출된 정련단 위쪽에 유리용탕을 위한 슬릿 모양의 흐름 입구(a slit-shaped opening)를 만들며,

i) 상기 복사열차단벽은 적어도 하나의 지지대(support)에 의하여 정련단 위에서 지지되며, 상기 지지대는 두 개의 흐름 아피쳐(flow aperatures)들 사이에 설치되고, 전체 흐름 아피쳐들의 폭이 융해로 바닥의 전체 폭과 거의 일치하며, 상기 흐름 아피쳐들은 상기 전체 폭에 걸쳐 균일하게 배치되도록 하고,

j) 상기 복사열차단벽의 뒷면과 정련스탠드의 전면 사이에는 유리용탕이 통과할 수직 통로(a vertical gap or passage)가 형성되어 있으며, 상기 통로 안에는 적어도 2개의 가열전극들이 설치되며,

k) 정련단은 적어도 부분적으로는 유리용탕의 수평흐름 방향의 반대 방향 및 제2 복사열차단벽 아래까지 연장된다.

이 경우, 만일 융해구역 내에서 잔여 가스 배출구(waste gas outlet)와 정련구역 앞에 설치된 복사열차단벽 사이에 또 하나의 복사열차단벽을 설치하는 것이 특히 유리하다. 이러한 복사열 차단벽은 융해구역을 잔여 가스 배출구가 있는 제1격실(a first section)과 제2격실(a second section)로 분할하며, 상기 복사열 차단벽은 제2 격실로부터 제1 격실 및 잔여 가스 배출구로 연소 가스의 역 흐름(return flow)을 위하여 추가적인 일련의 흐름 채널(serial flow channel)이 열려진 상태로 두는 아래쪽 모서리(a lower edge)를 가진다. 이러한 장치들은 상당할 정도로 열적 효과를 증가시킨다.

상기 가열전극들과 기포발생기들에 관한 "열(row)"이란 용어는 서로 똑같은 가로 및/또는 세로 간격을 가져야 한다는 것을 의미하지 않는다. 오히려 -역시 특별한 장점으로서- 국부적으로 상이한 간격에 의하여 연료 버너 및 기포발생기들의 "국지적 밀도(local density)"를 조절함으로써, 국지적인 온도 밸런스와 흐름 패턴을 최적으로 조정할 수 있다.

상기 "복사열차단벽의 아래" 라는 용어는 복사열차단벽의 단지 융해로 바닥 또는 정련단 위로의 수직 투영되는 범위내의 위치를 의미하지는 않는다. 이와는 달리 이와 같은 정의는 상기에서 언급된 유리 용탕 내에서 상승 흐름(a upward current)을 발생시키는 장치가 또한 제2 복사열 차단벽의 상부 스트림 또는 하강 스트림을 연장할 수 있는 가능성을 포함하며, 이는 장치의 여러가지 구성요소를 위한 최적의 이격 거리에 의존할 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다음과 같은 장점을 가지고 있다:

1. 통상 협소한 단면을 가지며, 그에 따른 높은 마모성을 나타내는 바닥배출구와 강력한 냉각을 위한 장치들의 생략

2. 아래와 같은 것에 대한 높은 차단 효과(barrier effect):

a) 정련구역 내부로 장입원료의 침투.

b) 정련구역으로부터 융해 구역으로 유리 용탕의 역흐름.

3. 가스 흐름과 유리 흐름이 집중 될때 이 흐름이 가장 협소해 지는 영역에서 상기 가스 및 유리 흐름(역-흐름(counter-flow)) 사이의 양호한 열교환

4. 정련스탠드로 이송되기 전에 용탕의 집중적인 예비 가열

FR 2 737 487 A1 에 의하여 유리용탕 속에서 이른바 차단효과를 갖는 "유체롤링(流體rolling)"을 발생시키기 위하여 용기바닥으로부터 솟은 제방둑 또는 사다리꼴 모양의 들보 앞에 한 줄씩의 기포발생기들과 가열전극들이 설치되고, 상기 들보 뒤에는 또 한 줄의 가열전극들을 설치하는 것이 공지되어 있다. 그러나 융해로 뚜껑은 평탄하고, 아무런 복사열차단벽도 없기 때문에, 당연히 본 발명과 같은 가열전극 및 기포발생기들과 복사열차단벽 사이의 상호작용이 결여되어 있다. 또한 상기 들보는 정련스탠드가 아니다. 상기 들보의 상부면은 너무 짧고, 그 들보의 높이는 최대로 용탕 깊이의 절반밖에 안되므로 상기 들보의 상부면은 용탕 표면까지의 거리가 너무 크다. 그와 같이 매우 깊은 정련구역은 또한 상기 들보의 뒤에서 비로소 시작된다. 따라서 상술한 바와 같은 본 발명의 장점들은 - 적어도 전체적으로는 - 달성될 수 없다.

도 1은 기포발생기(bubbler generators)들, 가열전극들, 정련단(a step) 및 정련스탠드가 설치된 유리융해로의 종단면도이다.

도 2는 도 1의 부분확대단면도이다.

도 3은 도 2에서 기포발생기, 가열전극, 정련단이 없는 정련스탠드로 구성되는 본 발명의 제1변형 실시예의 도면이다.

도 4는 도 2에서 가열전극 및 정련단과 정련스탠드로 구성되는 한편 기포발생기가 없는 본 발명의 제2변형 실시예의 도면이다.

도 5는 도 2에서 기포발생기, 정련단과 정련스탠드로 구성되는 한편 가열전극이 없는 본 발명의 제3변형 실시예의 도면이다.

도 6은 도 2에서 기포발생기, 정련단과 정련스탠드, 상기 정련단 위에 설치된 가열전극으로 구성되는 본 발명의 제4변형 실시예의 부분종단면도이다.

도 7은 도 2에서 기포발생기가 없이 정련단과 정련스탠드 및 그 정련단 위에 설치된 수평 가열전극으로 구성되는 본 발명의 제5변형 실시예의 부분종단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리융해로 1a : 융해로뚜껑

2 : 원료장입부(charging end) 2a : 원료장입구(charging opening)

3 : 융해구역 3a, 3b : 격실(melting section)

4 : 정련구역(refining area) 5 : 균질화 구역

6 : 배출부(extraction end) 6a : 배출구(overflow)

7 : 제1복사열차단벽 7a : 아래쪽 모서리(lower edge)

7b : 흐름 채널(flow channel) 8 : 제2복사열차단벽

8a : 아래쪽 모서리 8b : 흐름 채널

8c : 냉각장치 8d : 흐름 아피쳐

8e : 전면부 9 : 용탕면

10 : 유리용탕(glass melt) 11, 11a : 연료 버너

12 : 잔여 가스 배출구(waste gas outlet) 13 : 장입원료

14 : 전극 15 : 융해로 바닥

16 : 기포발생기 16a : 기포커튼

17 : 정련단(a step) 17a : 경사전면부

18 : 가열전극 19 : 정련스탠드(refining bank)

19a : 전면부 20 : 수직 통로

21 : 상부 흐름 채널(an upper flow channel) 22 : 화살표

"D" : 간격 "H1" : 높이

"H2" : 높이 "M" : 점선

본 발명의 실시 예들을 첨부도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 유리융해로(1)의 종단면도를 도시한 것으로서, 상기 유리융해로(1)는 원료장입구(2a)가 있는 장입부(2)로부터 시작하여, 격실(melting sections)(3a, 3b)들로 분할된 융해구역(3), 정련구역(4) 및 균질화 구역(5)으로 나뉘어 있으며, 유리용탕 배출부(extraction end)(6)가 마지막으로 설치되고, 상기 배출부는 도면에 도시하지 않은 후가공 공정으로 향하는 배출구(overflow)(6a)가 설치된다. 상기 융해구역(3)의 중간은 점선"M"으로 표시되어 있다. 이 중간"M" 부분의 건너편에는 상술한 바와 같이 유리용탕 속에서 상승흐름을 발생시키기 위한 장치가 설치되어 있다.

상기 융해구역(3) 내의 격실(3a, 3b)들 사이에 제1복사열차단벽(7)이 설치되고, 상기 융해구역(3)과 정련구역(4) 사이에는 제2복사열차단벽(8)이 설치된다. 상기 양쪽의 복사열차단벽(7, 8)들은 각각 유리용탕(10)의 용탕면(9) 위쪽으로 간격"D"을 띄우고 있는 아래쪽 모서리(7a, 8a)들을 가지고 있으며, 상기 간격"D"들은 크기가 서로 똑같을 필요는 없다.

상기 간격"D"에 의하여 연소가스의 역흐름(return flow)을 위한 흐름 채널(flow channels)(7b, 8b)들이 형성된다. 뚜껑(1a)은 밀폐하여 결합된다.

상기 격실(3b)내에는 교차 화염(cross flame)을 발생하는 연료 버너(11)들을 한쌍으로 서로 마주보게 설치하고, 상기 정련구역(4) 안에는 연료 버너(11a)를 설치하며, 이 연료 버너들의 수와 공간배치는 도 1에 도시한 것에 국한되지 않는다. 상기 연료 버너(11, 11a)들의 고온가스는 화살표 방향으로 상기 흐름 채널(7b)를 통하여, 또한 일부는 흐름 채널(8b)를 통하여 잔여 가스 배출구(12)쪽으로 흐른다.

상기 융해구역(3) 내에 용탕면(9) 위에 장입원료(13)가 놓여있으며, 단위 면적당 장입 원료량은 상기 복사열차단벽(8) 방향으로 융해공정을 따라 점점 작아진다. 상기 융해공정은 연료 버너(11, 11a)들의 고온가스에 의하여 진행되고, 격실(3a) 내에서 바닥구역의 전극(14)들에 의하여 보조될 수 있으며, 그러나 반드시 그럴 필요는 없다. 또한 상기 전극(14)의 가동은 시간적으로 제한할 수 있다. 즉, 가열목적을 위하여 가동시킬 수 있다.

상기 복사열차단벽(8) 지역에는 용기바닥(15) 내에 또는 그 위쪽에 한줄(a row)의 기포발생기(16)들과 한줄의 가열전극(18)들이 설치된 정련단(a step)(17) 및 정련스탠드(a refining bank)(19)가 장치되어 있다. 상기 정련스탠드(19)의 길이 "L"는 유리용탕의 유동속도와, 상기 정련스탠드(19) 위에서 용탕의 체류 소요시간에 따라 결정되며, 또한 온도 및/또는 유리성분(예를 들어, 고융점 또는 저융점 유리, 저비등점 성분들의 증발반응 등등)에 따라 다르다.

상기 기포발생기(16)들과 상기 정련단(17) 및 가열전극(18)들에 있어서는 제2복사열차단벽(8) 아래에서 연소가스의 역류 방향과 상기 정련스탠드(19) 방향으로 유리용탕(10) 내에 유리의 상승흐름을 발생시키는 장치가 중요한 것이다.

도 2에서 참조부호는 도 1과 동일하게 표시되어 있다. 융해로 바닥(15)으로부터 일체로 위쪽으로 돌출된 정련단(17)은 용기바닥(15)의 전체 폭에 걸쳐 설치되어 있으며, 상기 정련단(17)의 높이 "H1"는 상기 정련스탠드(19) 높이 "H2"의 0.25배 내지 0.75배의 높이로 형성되어 있다. 상기 정련단(17)은 그것과 수직을 이루는 상부 스트림 모서리(upstream edge)를 가지고 제2복사열차단벽(8)의 전면부(8e)까지 수평으로 연장된다. 이러한 장치들의 결과로서 발생하는 흐름 벡터들은 화살표로 표시되어 있다.

위에서 언급한 것처럼, "복사열차단벽의 아래" 라는 표현은 반드시 융해로 바닥(15) 또는 정련단(17) 상에서 복사열 차단벽 수직 투영 범위 내에서만 설치되는 것을 의미할 필요는 없다. 오히려 이러한 정의는 장치의 구성 성분 사이에 최적 거리에 의하여 필요에 따라, 유리 용탕 내에서 유리의 상부 흐름(upward current)을 발생시키는 "장치"는 제2복사열차단벽(8)의 상부 스트림과 하부 스트림을 연장할 수 있는 가능성을 포함한다.

도 3의 실시예에 있어서는, 정련단을 제거하였다. 즉, 이 경우에 있어서는 유리의 상승흐름을 발생시키기 위한 장치는 각각 한줄(a row)씩의 기포발생기(16)들과 가열전극(18)들로 구성되어 상기 정련스탠드(19)의 수직전면부(19a) 앞에 용기바닥(15) 내에 설치된다. 이 때 발생되는 유동성분은 화살표로 표시되어 있다.

도 4의 실시예에 있어서는, 한 줄의 기포발생기들을 제거하였다. 즉, 이 경우에 있어서는 유리의 상승흐름을 발생시키기 위한 장치는 한 줄의 가열전극(18)들이 설치된 정련단(17)으로 이루어져 있으며, 이 때 가열전극(18)들은 상기 정련단(17)에 의하여 높이가 짧아진 정련스탠드(19)의 수직전면부 앞에 정련단(17) 위에 배치된다. 이 때 발생되는 유동성분은 화살표로 표시되어 있다.

도 5의 실시예에 있어서는, 한 줄의 가열전극들을 제거하였다. 즉, 이 경우에 있어서는 유리의 상승흐름을 발생시키기 위한 장치는 한 줄의 기포발생기(16)들이 설치된 정련단(17)으로 이루어지며, 이 때 기포발생기(16)들은 상기 정련단(17)에 의하여 높이가 짧아진 정련스탠드(19)의 수직전면부 앞에 정련단(17) 안에 배치된다. 이 때 발생되는 유동성분은 화살표로 표시되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 대상은 기포 발생기 및/또는 가열 전극 영역으로부터 원료장입부(2) 방향으로 고온의 유리 요탕의 표면 역 흐름(a surface return flow)가 발생되도록 하며,이는 반대 방향으로 이동하는 장입 원료의 바로 아래에 형성된다. 그렇게 함으로써, 장입원료의 극히 효과적인 양면가열이 이루어진다. 즉, 위에서는 고온 연소가스의 역류에 의하여, 밑에서는 고온 유리용탕의 역류에 의한 가열이 이루어진다. 따라서 덩어리이든 또는 부스러기이든, 경우에 따라 이들의 혼합물이든 용융되지 않은 장입원료가 정련 구역에 도달하는 것을 방지한다.

도 6은 또 다른 변형 실시예를 도시하였다. 이 변형 실시예에 있어서는, 복사열차단벽(8)에 냉각장치(8c)를 하여 유리용탕(10) 속에 담그고, 그 아래쪽 모서리에 용기의 전체폭에 걸쳐 다수의 지지대들을 균일하게 개재(介在)시켜 지지대 사이에 다수의 슬릿 모양의 수평 흐름 아피쳐(8d)들을 형성한다. 상술한 실시예에 있어서와 마찬가지로, 유리의 전체흐름은 왼쪽에서 오른쪽으로 "하부스트림"으로 진행되고, 연소가스의 전체흐름은 오른쪽에서 왼쪽으로, 즉, 유리흐름에 대하여 "상부스트림"으로 진행된다.

이 경우에도 또한 복사열차단벽(8) 아래에는 상기 융해로 바닥(15)으로부터 돌출한 정련단(17)이 상기 정련구역(4) 내의 정련스탠드(19) 앞에 위치하며, 융해구역(3) 내에서 상기 정련단(17) 앞에 용기를 가로질러 한 줄의 기포발생기(16)들이 설치되어 있다. 따라서 기포커튼(16a)의 양쪽에 그리고 그 속에는 도면에 표시된 흐름화살표 방향으로 순환 흐름의 형태에 있는 중첩된 상승흐름(upward flow)이 발생한다. 그럼으로써, 특히 상부스트림 흐름 성분(an upstream flow component), 즉, 도 6에 도시되지 않은 장입부 쪽으로 지향된 흐름성분이 발생하여, 상기 장입원료(13)를 밑에서부터 가열하는 동시에 상기 기포 발생기을 넘어가는 것을 방지한다. 상기 용기바닥 부분에서 있을 법한 역류는 점선으로 표시되어 있다. 또한 이 경우 상기 정련단(17)의 경사진 전면부(17a)에 의하여 유리용탕(10)의 상승흐름이 발생된다.

상기 복사열차단벽(8)의 잠겨진 부분(a submerged part)과 정련단(17) 위쪽의 정련 스탠드의 전면 사이에는 수직간극(a vertical gap or passage)(20)이 용기의 전체폭에 걸쳐 형성되어 있으며, 그 수직간격 안에는 한 줄의 가열전극(18)들이 설치되어 있다. 이 가열전극(18)들은 유리용탕(10)의 상승흐름을 촉진하여주며, 이러한 현상은 도면에서 상기 지점에 표시한 흐름화살표로 보여주고 있다. 이와 같이 함으로써, 이미 정련된 유리용탕(10)이 정련구역(4)으로부터 융해구역(3)으로 역류하는 것을 방지하여 주는 것으로서, 즉, 정련스탠드(19) 위쪽에서 가장 높은 온도를 나타내는 이미 정련된 유리용탕(10)이 아직 정련되지 않은 비교적 낮은 온도를 나타내는 유리용탕과 혼합되는 것을 방지한다.

상기 정련구역(4)에 설치된 연료 버너(11a)(도면에 하나만 표시되어 있음)들의 연소가스는 화살표(22) 방향으로 상부 흐름 채널(an upper flow channel)(21)을 통하여 융해구역(3)으로 흘러들어 가서 그곳에 설치된 연료 버너(11)들의 연소가스와 합류한다. 여기서 언급해두어야 할 것은, 전체 연소가스는 상기 장입원료(13)를 위쪽으로부터 추가적으로 가열하는바, 용탕 및/또는 장입원료의 가열은 연료 버너화염의 가스분사에 의하여 위쪽으로부터 압도적으로 이루어진다는 것이다. 이 경우, 상기 기포발생기(16), 정련단(17), 전극(18), 복사열차단벽(8) 및 정련스탠드(19)의 전면부(19a)의 종합효과에 의하여 융해구역과 정련구역에 있어서의 공정구분이 명확하게 이루어지며, 또한 복사열에너지가 복사열차단벽(8)에 의하여 정련구역(4)과 균질화구역(5) 내에서 집중된다.

도 7은 또 다른 변형실시예를 도시하고 있으며, 이 경우에는 상기 복사열차단벽(8)을 유리용탕(10) 속에 침강시키지 않고, 아치형 아래쪽 모서리(8a)가 용탕면(9) 위에 위치하여, 그 밑에 흐름 채널(8b)를 형성하여 상기 정련구역(4)과 균질화구역(5)으로부터 연소가스의 일부가 통과하도록 열려 있다. 전술한 실시예들과 같이, 유리의 전체적인 흐름은 좌로부터 우로 "상부 스트림"으로 진행하며, 연소가스의 전체적인 흐름은 우로부터 좌로 유리의 유동방향에 대하여 "하부 스트림"으로 진행된다.

상기 정련구역(4) 내의 정련스탠드(19) 앞에는 또한 융해로 바닥(15)으로부터 솟은 정련단(17)이 위치하며, 그 정련단(17) 위쪽에는 다수의 전극(18)들이 설치되어 있으며, 도 7에서는 그중 한 개만이 도시되어 있는 바, 상기 전극들은 한 쌍씩 수평 벽면 전극(종이면에 대하여 수직으로)으로 형성되어 있으며, 또한 도 6과 같이 정련단(17)으로부터 수직으로(도면에 대하여 평행하게) 솟아오르게 할 수도 있다. 그렇게 함으로써, 상기 전극들의 양쪽에서 흐름 화살표로 표시한 방향으로 순환 흐름 형태를 가지는 중첩된 상승흐름이 발생한다. 그렇게 하여, 특히 상부 스트림, 즉, 원료 장입부(2)(도 7에는 도시되지 않음)쪽으로 지향된 흐름성분들이 발생하여, 상기 장입원료(13)를 밑에서부터 가열하는 동시에 상기 전극들을 넘어 건너가는 것을 방지한다. 또한 이 경우, 정련단(17)의 수직 전면부(19a)에 의하여 유리용탕(10)의 상승흐름을 발생시킨다.

그렇게 함으로써, 또한 이미 정련된 유리용탕(10)이 정련구역(4)으로부터 융해구역(3)으로 역류하는 것을 방지한다. 즉, 정련스탠드(19) 위쪽에 최대온도를 나타내는 이미 정련된 유리용탕이 아직 정련되지 않은 비교적 저온의 유리용탕과의 혼합을 방지한다.

상기 정련구역(4) 내에 설치된 연료 버너(11a)(도 7에 2개만 도시하였음)들의 가스는 추가적으로 대략 화살표(22) 방향으로 상부 흐름 채널(21)를 통하여 흘러가서 융해구역(3) 내에서 연료 버너(11)들의 연소가스와 합류한다. 여기서 반드시 언급해두어야 할 것은, 전체 연소가스는 상기 장입원료(13)를 위쪽으로부터 추가적으로 가열하는바, 위쪽으로부터 연료 버너 화염의 가스분사에 의한 용탕 및/또는 장입원료의 가열이 대류 열전달 보다 훨씬 높은 온도로 이루어진다는 것이다. 이 경우, 상기 정련단(17), 전극(18), 복사열차단벽(8) 및 정련스탠드(19)의 전면부(19a)의 종합효과에 의하여 융해구역과 정련구역에 있어서의 공정구분이 명확하게 이루어지며, 또한 복사열에너지가 복사열차단벽(8)에 의하여 정련구역(4)과 균질화구역(5) 내에서 집중된다.

상기 연료 버너(11, 11a)들이 반드시 한 쌍으로 대향하게 장치될 필요는 없다. 즉, 상기 연료 버너(11, 11a)들을 용기의 길이 방향으로 서로 지그재그형으로 설치할 수도 있다.

따라서 본 발명에 따른 방법에 있어서는, 종래 기술에서 통상 협소한 단면을 가지며, 그에 따른 높은 마모성을 나타내는 바닥배출구와 강력한 냉각을 위한 장치들을 생략할 수 있으며, 정련구역으로 장입원료의 침입을 차단하고, 용탕이 정련구역으로부터 용융구역으로 역류하는 것을 차단하는 높은 차단효과를 나타내며, 가스흐름과 유리흐름이 그때그때 만나는 지점에서 가스 및 유리 흐름 (대향류(對向流)) 사이에 탁원한 열교환 효과 및 정련스탠드로 이행(移行)하기 전에 용탕의 강력한 예열효과를 나타낸다.

Claims

복사열 차단 벽이 융해 구역과 정련 스탠드(a refining bank)를 가진 정련 구역 사이에 설치되고 상기 정련 구역에 있는 적어도 한 쌍의 연료 버너(at least one pair of fuel burners)와 상기 복사열 차단 벽은 상기 정련 구역으로부터 융해구역으로의 연료 가스의 적어도 일부분(at least a part of the combustion gases)이 흐를 수 있도록 하기 위하여 용탕면(a melt surface)의 상부에 설치하고 적어도 하나의 흐름 채널(at least one flow channel)이 열려진 상태가 되도록 하여 유리를 융해하기 위해 필요한 열의 적어도 일부분을 융해구역의 장입부(charging end)에 있는 상부 스트림 영역(an upstream area)으로부터 융해로 내부의 정련 구역의 배출구(extraction end)에 있는 하부 스트림 영역(a downstream area)으로 흐르는 유리 용탕(a glass melt) 내부로 공급하기 위하여 연소 가스를 발생시키는 연료 버너를 이용하는 유리 융해로의 작동 방법에 있어서,

유리 용탕 내에 있는 융해구역의 중간 부분과 정련 스탠드의 전면 사이에 적어도 하나의 상승 흐름(at least one upward current)을 만드는 단계를 포함하고, 상기 상승 흐름을 만드는 것은 유리 융해조(the glass bath) 내에서 및 유리 표면에 도달하기 전에 상기 흐름이 융해구역 내에서 상부 스트림(upsteram)의 형태로 움직이는 첫 번째 부분 흐름과 정련 스탠드를 넘어서 하부 스트림의 형태로 움직이는 두 번째 부분 흐름으로 나누어지고, 그에 의하여 상기 두 번째 하부 스트림 형태의 부분 흐름은 정련 스탠드로부터 융해구역 내부로 유리 융해물의 역류(a return flow)를 방지하는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리 융해로의 작동 방법.
융해로 바닥(a furnace bottom)이 구비된 융해 탱크(a melting tank)를 포함하며 상기 융해 탱크의 내부에서 유리 용탕 내부로 유리를 융해시키기 위하여 필요한 열의 적어도 일부분을 제공하기 위한 연소 가스를 발생시키는 연료 버너를 이용하고, 융해 탱크 내에는 연소 가스를 위한 적어도 하나의 잔여 가스 배출구(waste gas outlet)를 구비한 융해구역, 버너와 상기 융해로 바닥으로부터 위로 돌출된 전면(a front face)이 형성된 정련 스탠드 및 균질화 구역이 상부 스트림을 형성하는 장입부와 하부 스트림을 형성하는 배출구 사이에 가스의 수송 방향으로 배열되고, 그에 의하여 복사열 차단 벽이 융해 구역과 정련 구역 사이 및 정련 구역의 전면에 설치되며, 상기 복사열 차단 벽은 정련 구역으로부터 융해구역으로의 연소 가스의 역-흐름(a counter-flow)을 위하여 유리 용탕의 융해물 표면 위로 적어도 하나의 흐름 채널(one flow channel)이 열려 있는 상태로 두고, 상기 융해로는 유리 용탕의 수송 방향에서 볼 때 융해구역의 중간 지점과 정련 스탠드의 전면 사이에 설치되는 상승 흐름 발생 장치(an upward current creating arrangement)를 포함하고, 상기 발생 장치는 유리 융해로의 수송 방향에서 볼 때 유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 융해표면을 향하는 유리 용탕의 상승 흐름(an upward current)을 발생시키고, 그리고 장입부(charging end)의 방향으로 상부 스트림 형태(an upstream)의 유리 흐름 및 유리 융해물의 표면에서 정련 스탠드를 향하는 하부 스트림 형태(an downstream)의 유리 흐름을 발생시키는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생하는 장치는 융해로 바닥에 설치되는 기포 발생기(bubblers)와 이어서 설치되는 계단 형태의 정련단(a subsequent step)을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 융해로 바닥에 설치되는 기포 발생기와 가열 전극을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 융해로 바닥에 설치되는 기포 발생기와 그 다음으로 설치되는 계단 형태의 정련단 및 상기 정련단 위의 가열 전극을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 정련 스탠드의 전면으로부터 장입부(charging end) 쪽으로 연장되고 상기 정련 스탠드보다 높이가 낮은 계단 형태의 정련단을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 상부에 가열 전극이 설치된 계단 형태의 정련단을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 내부에 기포 발생기가 설치되는 계단 형태의 정련단을 포함하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

유리 용탕의 수송 방향에 대하여 수직인 유리 용탕의 상승 흐름을 발생시키는 장치는 융해로의 바닥으로부터 돌출되고 정련 스탠드의 전면의 앞쪽에 위치하는 계단 형태의 정련단을 포함하고, 상기 정련단은:

a) 융해로의 전체 폭에 걸쳐서 연장되고,

b) 융해로 바닥에 대하여 정련 스탠드 높이의 0.25배 내지 0.75배의 높이가 되며,

c) 유리 용탕의 수평 흐름 방향의 반대쪽 및 복사열 차단 벽의 아래까지 연장되는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

가스 배출구와 정련 구역의 앞쪽에 있는 상기 복사열 차단 벽 사이의 융해구역 내부에 추가적인 복사열 차단 벽이 설치되고, 상기 추가적인 벽은 융해 구역을 상기 가스 배출구를 가진 제 1 격실(a first section)과 제 2 격실(a second section)로 나누고 아래쪽 모서리(lower edge)를 가지며, 상기 차단벽은 제 2 격실로부터 첫 번째 구역 내로 및 가스 배출구(waste gas outlet)로의 연료 가스의 역 흐름을 위하여 장입 원료(charging material)와 유리 용탕 위에 흐름 채널(a flow channel)이 열려진 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 2에 있어서,

복사열 차단 벽의 상부 구역에 있는 적어도 하나의 흐름 채널을 개방 상태로 두며, 상기 흐름 채널을 통하여 버너의 연소 가스의 적어도 일부분이 정련 구역으로부터 융해구역으로 흐르는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 11에 있어서,

복사열 차단 벽은 융해표면 바로 위에 흐름 채널이 개방 상태가 되도록 설치된 아래쪽 모서리(a lower edge)를 포함하고, 상기 흐름 채널을 통하여 버너의 연소 가스의 적어도 일부분이 정련 구역으로부터 융해구역으로 흐르는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 11에 있어서,

복사열 차단 벽과 차단 벽의 아래쪽 모서리는 유리용탕 내로 잠겨지고 그에 의하여 융해로 바닥으로부터 위로 돌출된 계단 형태의 정련단 위쪽으로 유리 용탕을 위한 적어도 하나의 슬릿-형태의 흐름 아피쳐(a slit-shaped flow aperture)가 개방 상태로 된 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 13에 있어서,

복사열 차단벽은 상기 정련단 상에서 적어도 하나의 지지대(one support)에 의하여 지지되고, 두 개의 흐름 아피쳐 사이에 설치된 각각의 지지대는 모든 흐름 아피쳐의 전체 폭이 융해로 바닥의 폭의 크기에 근접하도록 하며 흐름 아피쳐는 융해로 바닥의 폭을 가로질러 고르게 분포된 것을 특징으로 하는 유리 융해로.
청구항 13에 있어서,

수직 통로(a vertical passage)가 복사열 차단 벽의 후면과 정련 스탠드의 전면 사이에 유리 용탕의 유입을 위하여 설치되고 적어도 두 개의 가열 전극이 상기 통로 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유리 융해로.