KR101143303B1 - 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치 - Google Patents

균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알카리 알루미나 실리케이트가 포함된 일반적인 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 화학 강화로 장치로서, 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 강화로와; 상기 강화로의 상부에 형성되어 상기 강화로에서 유리를 강화시키기 위해 예열하고 강화 후 서냉하는 예열로와; 강화할 유리를 효율적으로 장착하고 상기 예열로와 강화로로 이송하기 쉽게 하는 유리적재 지그와; 상기 강화로와 예열로를 운전하고 제어하는 제어부로 구성되며, 상기 강화로에는 상기 질산칼륨 용액을 가열하여 균일한 온도를 유지하기 위하여 전체 구간을 균일하게 가열하도록 구성된 강화로 가열부와; 상기 강화로의 상부에는 상부로의 열배출을 차단하고, 상기 예열로에서 상기 유리적재 지그를 상기 예열로에서 상기 강화로로 내리거나 상기 강화로에서 상기 예열로로 올릴 때 개폐하기 위한 로체도어로체도어강화로의 내부 하단에는 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 가스가 배출되는 기포발생기와; 상기 강화로의 내부 중앙에는 중앙부의 질산칼륨 용액 온도와 측면 쪽의 질산칼륨 용액 온도를 균일하게 하는 상기 강화로 가열부의 일부가 설치되고, 상기 유리적재 지그가 안착되어 질산칼륨 용액 내에 잠기도록 하는 원통 형상의 센터칼럼이 형성된 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치이다.
본 발명에 따르면 제한된 단위 부피 당 강화유리 생산량의 극대화시킬 수 있고, 모니터급 이상 크기의 유리를 화학 강화할 경우 Na, K 이온 분포의 차이로 강화 균일도가 저하되는 문제를 해결 할 수 있으며, 아주 밀집된 배치의 유리 사이에서 양이온 농도의 균일화가 가능하여 제품 수율의 극대화를 할 수 있는 효과가 있다.

Description

균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치{Chemical Furnace Apparatus for Uniform Tempered Glass}
본 발명은 알카리 알루미나 실리케이트가 포함된 일반적인 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 화학 강화로 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학강화방식에 의한 강화 유리의 제작시 화학 강화로 내 용탕에서 양이온의 농도를 균일하게 유지함으로써 유리의 위치에 따른 강화 균일도의 차이를 없애고 양이온 원료의 사용 효율을 극대화하여 높은 균일도를 갖는 화학강화유리의 제작이 가능하도록 한 화학강화로이며, 화학강화로 하단부에 기포를 발생하는 기구를 위치시킴으로써 강화공정 중 양이온 용탕의 교반을 유도함으로써 강화로 내의 양이온 농도를 일정하게 유지함으로써 단위 부피당 최대의 유리 장입이 가능함은 물론 중대형 유리의 경우는 화학강화도를 균일하게 달성함으로써 제품의 특성 향상은 물론 생산 단가를 최소화할 수 있도록 한 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 태블렛 PC 기술 발전에 따라 이들 기기에 대한 사용이 폭발적으로 증가하고 있다. 특히 과거의 핸드폰이나 PC에는 일부에만 채택되었던 터치 기능이 이들 기기에서는 일반적이고도 핵심적인 요소가 되었다. 뿐 만 아니라 조만간 멀티 터치 기능이 내장된 모니터급 더 나아가 TV 급 디스플레이의 상용화가 이루어 질 것이 확실시 되고 있다 이러한 사회적인 상황에서 터치 기능이 내장된 디스플레이에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
종전의 플라스틱 기반의 디스플레이로는 이와 같은 터치기능이 내장된 디스플레이의 활용에는 문제가 있으며 이에 따라 유리를 이용한 전면 표시창의 사용이 필수적이 되었다. 현재 스마트폰급 (3-5인치) 표시창 유리는 화학강화방법으로 표면의 기계적 강도를 증가시키고 있다. 뿐 만 아니라 멀티터치 기능을 가즌 20인치급 이상의 대면적 디스플레이의 상용화도 조만간 가능한 상황이다.
이 때문에 화학강화유리 제작의 중요성이 더욱 높아지고 있으며 이에 대량생산 및 제품 생산 수율의 극대화가 이 분야에서 가장 중요한 기술적 이슈로 부각되고 있다. 그러나 기존 화학 강화로는 정도의 차이가 있지만 10인치 이하의 유리의 경우 생산 속도의 한계 그리고 10인치 이상의 경우는 생산 속도 뿐 아니라 강화 균일도에서 매우 큰 한계를 갖는다. 이는 화학 강화 중 양이온 용탕 내에서의 양이온 농도의 불균일 분포에 기인한 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 기존의 화학강화로는 단순히 열교반 또는 화학강화로 상부에서의 교반에 의하여 양이온 용탕의 양이온 농도의 균일도를 확보하고 있다. 이러한 방법으로는 10인치 미만의 유리의 경우 단위 부피당 생산 속도의 향상을 어렵게 함은 물론 10인치 이상의 유리의 경우는 생산속도의 저하는 물론 인접 유리와 심지어는 동일 유리 내에서도 위치에 따라 화학 강화도 균일도의 확보가 불가능해지게 된다.
이는 화학 강화 중 강화로 상층부에 비교적 가벼운 양이온인 Na 이온의 농도가 높아지고 하층부에는 무거운 K 이온의 농도가 높아지기 지기 때문이다. 농도 불균일 현상은 화학 강화를 하고자하는 유리의 간격이 좁아질수록 또한 유리의 크기가 커질수록 더 심하게 나타난다. 이러한 현상은 비교적 작은 유리의 화학 강화 공정시 한 번의 공정에 장입 가능한 유리의 개수의 제한을 가져와 양산성의 저하를 가져오며 큰 유리의 경우는 단순히 생산성의 문제를 떠나 제품의 불량률, 즉 강화 균일도에 심각한 문제를 야기하게 된다.
본 발명은 화학강화용기 하단부에 기포를 발생하는 기포발생기를 위치시킴으로써 강화공정 중 양이온 용탕의 교반을 유도함으로써 강화로 내의 양이온 농도를 일정하게 유지함으로써 단위 부피당 최대의 유리 장입이 가능함은 물론 중대형 유리의 경우는 화학강화도를 균일하게 달성함으로써 제품의 특성 향상은 물론 생산 단가를 최소화할 수 있도록 한 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 알카리 알루미나 실리케이트가 포함된 일반적인 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 화학 강화로 장치이다.
상기 화학 강화로 장치는 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 강화로와; 상기 강화로의 상부에 형성되어 상기 강화로에서 유리를 강화시키기 위해 예열하고 강화 후 서냉하는 예열로와; 강화할 유리를 효율적으로 장착하고 상기 예열로와 강화로로 이송하기 쉽게 하는 유리적재 지그와;상기 강화로와 예열로를 운전하고 제어하는 제어부로 구성된다.
상기 강화로에는 상기 질산칼륨 용액을 가열하여 균일한 온도를 유지하기 위하여 전체 구간을 균일하게 가열하도록 구성된 강화로 가열부가 형성되며, 상기 강화로의 상부에는 상부로의 열배출을 차단하고, 상기 예열로에서 상기 유리적재 지그를 상기 예열로에서 상기 강화로로 내리거나 상기 강화로에서 상기 예열로로 올릴 때 개폐하기 위한 로체도어가 형성되고, 상기 강화로의 내부 하단에는 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 가스가 배출되는 기포발생기가 형성되며, 상기 강화로의 내부 중앙에는 중앙부의 질산칼륨 용액 온도와 측면 쪽의 질산칼륨 용액 온도를 균일하게 하는 상기 강화로 가열부의 일부가 설치되고, 상기 유리적재 지그가 안착되어 질산칼륨 용액 내에 잠기도록 하는 원통 형상의 센터칼럼이 형성되며, 상기 로체도어는 슬라이딩 도어 타입으로 상기 로체도어를 강화로 상부로 밀어 넣거나 외부로 배출시켜 도어를 개폐하는 로체도어 이송장치가 구비되는 구조이다.
상기 예열로의 내측벽에는 유리적재 지그에 적재된 유리를 예열하기 위한 예열로 가열부가 형성되는 구조이다.
상기 기포발생기는 안정적이고 화학반응을 하지 않는 불활성기체인 아르곤가스(Ar)나 질소가스(N2)를 사용하며, 상기 기포발생기에는 일정 간격으로 가스가 배출되는 가스배출홀이 형성되고, 상기 기포발생기에 가스를 공급하기 위한 배관에는 상기 질산칼륨용액이 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브와 가스 공급을 개폐하는 개폐밸브가 설치되는 구조이다.
상기 화학 강화로 장치는 추가로 상기 유리적재 지그를 상기 예열로로 이송시키는 지그 이송장치가 구성되는 구조이며, 상기 화학 강화로 장치의 하부에는 상기 화학 강화로 장치를 이동시키기 쉽게 하는 4개소의 캐스터가 형성되며, 상기 캐스터에는 일정 장소에 설치 시 움직이지 않게 하는 스토퍼가 구비된 구조이다.
상기 강화로는 세라믹 울과 세라믹 보드를 이용하여 두 재료 사이에 공기층을 형성하는 구성으로 제작된다.
상기 강화로 가열부는 4방 측면벽에 설치되어 측면벽으로부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 측면히터와; 바닥에 설치되어 하부부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 저면히터와; 상기 센터칼럼 내부에 설치되어 중앙에서 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 중앙히터로 구성된다.
상기 예열로의 상부에는 강화 후 서냉 시 냉각 속도 조절 및 상기 유리적재 지그를 상승 및 하강시키기 위한 호이스트의 작업공간을 확보하기 위한 상부도어가 형성되고, 상기 예열로의 전면에는 상기 유리적재 지그를 로딩하기 위한 전면도어가 형성되는 구조이며, 상기 예열로 가열부는 내측벽면에 유리를 예열시키기 위한 상부히터로 구성되며, 상기 강화로와 예열로에는 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 트렌스미터가 설치되는 구조이다.
상술한 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치로 본 발명의 해결하려는 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따르면 제한된 단위 부피 당 강화유리 생산량의 극대화시킬 수 있고, 모니터급 이상 크기의 유리를 화학 강화할 경우 Na, K 이온 분포의 차이로 강화 균일도가 저하되는 문제를 해결 할 수 있으며, 아주 밀집된 배치의 유리 사이에서 양이온 농도의 균일화가 가능하여 제품 수율의 극대화를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 정면도
도 2는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 좌측면도
도 3은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 우측면도
도 4는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 평면도
도 5는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그가 예열로에 있을 때의 정면도
도 6는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그가 강화로에 있을 때의 정면도
도 7은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그 정면도
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 "균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치"에 관한 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 정면도이며, 도 2는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 좌측면도이고, 도 3은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 우측면도이며, 도 4는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 장치 평면도이고, 도 5는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그가 예열로에 있을 때의 정면도이고, 도 6는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그가 강화로에 있을 때의 정면도이며, 도 7은 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따른 유리적재 지그 정면도이다.
도 1 ~ 도 4에 도시되어 있는 것 같이 본 발명은 알카리 알루미나 실리케이트가 포함된 일반적인 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 화학 강화로 장치로서, 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 강화로(1)와; 상기 강화로(1)의 상부에 형성되어 상기 강화로에서 유리를 강화시키기 위해 예열하고 강화 후 서냉하는 예열로(2)와; 강화할 유리를 효율적으로 장착하고 상기 예열로와 강화로로 이송하기 쉽게 하는 유리적재 지그(3)와; 상기 강화로(1)와 예열로(2)를 운전하고 제어하는 제어부(4)로 구성되고, 추가로 상기 유리적재 지그를 상기 예열로(2)로 이송시키는 지그 이송장치가 더 구성될 수도 있다.
상기 화학 강화로 장치의 하부에는 상기 화학 강화로 장치를 이동시키기 쉽게 하는 4개소의 캐스터(5)가 형성되며, 상기 캐스터(5)에는 일정 장소에 설치 시 움직이지 않게 하는 스토퍼(51)가 구비된 구조이다.
상기 강화로(1)는 내부에 강화 대상물인 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)이 투입되어 가열할 수 있도록 한 작업공간이 형성된 챔버로 구성된다. 여기서, 상기 챔버는 단열을 위해 내화벽돌 등을 사용할 수 있지만, 본 실시예에서 상기 강화로(1)는 보다 우수한 단열효과 및 제작 단가를 낮추기 위해 세라믹 울과 세라믹 보드를 이용하여 두 재료 사이에 공기층을 형성하는 구성으로 제작된다.
상기 강화로(1)에는 상기 질산칼륨 용액을 가열하여 균일한 온도를 유지하기 위하여 전체 구간을 균일하게 가열하도록 구성된 강화로 가열부(11)가 형성된다.
상기 강화로 가열부(11)는 4방 측면벽에 설치되어 측면벽으로부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 측면히터(111)와; 바닥에 설치되어 하부부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 저면히터(112)와; 상기 센터칼럼(14) 내부에 설치되어 중앙에서 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 중앙히터(113)로 구성된다.
상기 강화로(1)와 예열로(2)에는 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 트렌스미터가 설치되는 구조이다.
상기 강화로(1)의 상부에는 상부로의 열배출을 차단하고, 상기 예열로(2)에서 상기 유리적재 지그(3)를 상기 예열로(2)에서 상기 강화로(1)로 내리거나 상기 강화로(1)에서 상기 예열로(2)로 올릴 때 개폐하기 위한 로체도어(12)가 형성된다.
상기 로체도어(12)는 슬라이딩 도어 타입으로 상기 로체도어(12)를 강화로 상부로 밀어 넣거나 외부로 배출시켜 도어를 개폐하는 로체도어 이송장치(121)가 구비되는 구조인 것이 바람직하다.
상기 로체도어 이송장치(121)는 상기 로체도어(12)를 자동으로 구동시키기 위한 실린더 또는 모터 구동기구가 포함된 장치이다.
상기 강화로(1)의 내부 하단에는 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 가스가 배출되는 기포발생기(13)가 형성된다.
즉 상기 강화로(1)의 하부에 상기 기포발생기(13)를 위치시켜 용탕의 하부로부터 상부로의 교반이 가능하게 하게 Na, K 양이온 농도 분포 균일도를 극대화하였고, 상기 기포 발생기(13)의 형상 (직선형, 곡선형 등) 기포 발생 구멍의 크기 및 간격을 조절함으로써 최적의 공정 조건을 확보할 수 있다.
기포 발생을 위한 사용 기체는 산화성, 환원성, 불활성 등 사용자가 자유로이 선택함으로써 유리의 특성을 조절할 수 있으나, 상기 기포발생기(13)는 안정적이고 화학반응을 하지 않는 불활성기체인 아르곤가스(Ar)나 질소가스(N2)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 기포발생기(13)에는 일정 간격으로 가스가 배출되는 가스배출홀(131)이 형성되고, 상기 기포발생기(13)에 가스를 공급하기 위한 배관에는 상기 질산칼륨용액이 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(132)와 가스 공급을 개폐하는 개폐밸브(133)가 설치되는 구조이다.
상기 기포발생기(13)는 물로 단순 세척이 가능하게 제작되는 것이 바람직하다.
상기 기포 발생기(13)의 형상과 (비선형, 선형 등) 기포가 발생하는 구멍의 형상 (구멍 크기, 조밀도, 위치 등)은 제작자가 임의로 결정하여 사용 가능하다.
상기 강화로(1)의 내부 중앙에는 중앙부의 질산칼륨 용액 온도와 측면 쪽의 질산칼륨 용액 온도를 균일하게 하는 상기 강화로 가열부의 일부가 설치되고, 상기 유리적재 지그(3)가 안착되어 질산칼륨 용액 내에 잠기도록 하는 원통 형상의 센터칼럼(14)이 형성된다.
상기 강화로(1)의 내부 최하단에는 내부 용액을 드레인하기 위한 드레인밸브(15)가 형성되어 외부로 용액을 배출할 수 있어야 한다.
상기 예열로(2)의 내측벽에는 유리적재 지그에 적재된 유리를 예열하기 위한 예열로 가열부(21)가 형성되는 구조이며, 상기 예열로 가열부(21)는 내측벽면에 유리를 예열시키기 위한 상부히터(211)로 구성된다.
상기 상부히터(211)는 상기 예열로(2)의 내측의 공간을 최대한 균일하게 가열하기 위해 내측벽면에 등간격으로 다수 개 설치되는 것이 바람직하다.
상기 예열로(2)의 상부에는 강화 후 서냉 시 냉각 속도 조절 및 상기 유리적재 지그를 상승 및 하강시키기 위한 호이스트의 작업공간을 확보하기 위한 상부도어(22)가 형성되고, 상기 예열로(2)의 전면에는 상기 유리적재 지그(3)를 로딩하기 위한 전면도어(23)가 형성되는 구조이다.
상기 제어부(4)에는 강화로 장치를 운전하고 제어하는 메인컨트롤러가 설치되며, 상기 강화로(1)와 예열로(2)의 온도를 단계별로 제어할 수 있게 온도컨트롤러가 설치되어 상기 강화로(1)와 예열로(2)의 온도의 설정값(SV)와 지시값(PV)이 표시되고, 상기 예열시간과 강화시간을 세팅할 수 있는 타이머가 설치되며, 상기 로체도어(12) 와 전면도어(23)의 개폐 상태 표시가 표시되고, 상기 메인컨트롤러에 입력된 프로세스에 의해 자동 운전되는 자동 운전 버턴이 설치되며, 비상 시 가열부의 전원을 차단할 수 있는 이머전시 버턴이과 상술한 사항은 기본적으로 설치되며 리셋스위치, 전원스위치, 2가지 이상의 자동 운전을 할 수 있는 자동 절환 스위치, 비상 시나 공정이 끝났을 때 경보음을 발신하는 부저나 알람이 추가로 설치되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시되어 있는 것 같이 상기 강화로(1)의 상부에는 상부로의 열배출을 차단하고, 상기 예열로(2)에서 상기 유리적재 지그(3)를 상기 예열로(2)에서 상기 강화로(1)로 내리거나 상기 강화로(1)에서 상기 예열로(2)로 올릴 때 개폐하기 위한 로체도어(12)가 형성된다.
상기 로체도어(12)는 슬라이딩 도어 타입으로 상기 로체도어(12)를 강화로 상부로 밀어 넣거나 외부로 배출시켜 도어를 개폐하는 로체도어 이송장치(121)가 구비되는 구조이다.
상기 로체도어 이송장치(121)에 리미트 스위치가 부착되어 완전히 닫히거나 열린 것을 상기 제어부(4)에 표시될 수 있는 것이 바람직하다.
즉 상기 로체도어(12)의 개폐상태는 제어부에 표시되는 것이 바람직하며, 상기 로체도어(12)가 닫힌 상태에서만 강화로(1)이 운전되도록 하여야 한다.
상기 예열로(2)의 상부에는 강화 후 서냉 시 냉각 속도 조절 및 상기 유리적재 지그를 상승 및 하강시키기 위한 호이스트의 작업공간을 확보하기 위한 상부도어(22)가 형성되거나, 상기 유리적재 지그를 상승 및 하강시키기 위한 호이스트의 작업공간을 확보하기 위하여 열고 닫을 수 있는 맨홀이 형성될 수 있다.
상기 예열로(2)의 전면에는 상기 유리적재 지그(3)를 로딩하기 위한 전면도어(23)가 형성되는 구조이며, 상기 전면도어(23)는 전면도어 이송장치(231)에 의해 열고 닫을 수 있는 것이 바람직하다.
상기 유리적재 지그(3)를 상기 예열로(2)로 이송시키는 지그 이송장치가 구성되어 상기 전면도어(23)를 통하여 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)를 상기 예열로(2)의 내부로 반입시키고 상기 예열로(2) 상부에 있는 고정고리에 상기 유리적재 지그(3)의 이동용 고리(321)에 걸어 고정시키는 것이 바람직하다.
도 5는 강화할 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)가 유리의 예열을 위해 상기 예열로(2)에 반입된 것을 보여준다.
상기 예열로(2)의 내측벽에는 유리적재 지그에 적재된 유리를 예열하기 위한 예열로 가열부(21)가 형성되는 구조이며, 상기 예열로 가열부(21)는 내측벽면에 유리를 예열시키기 위한 상부히터(211)로 구성되고, 상기 예열로(2)의 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 트렌스미터가 설치된다.
상기 상부히터(21)는 금속보호관에 전열선을 코일모양으로 내장하고 절연분말인 산화마그네슘을 넣어 함께 충진하여 외부의 물리적인 충격에도 견고하고 전기열에너지의 효율성을 높인 시즈히터(Sheath Heater) 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 예열로(2)의 운전은 상기 예열로(2)의 내측면에 노출된 예열 가열부(21)의 상부히터(21)에 의해 약 280 ~ 350℃ 까지 서서히 승온하여 예열시키며, 40 ~ 50℃ 간격으로 단계별로 승온과 정온을 반복하면서 예열시키는 것이 바람직하다.
도 6는 상기 강화할 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)가 유리의 화학 강화를 위해 상기 강화로(1)에 반입된 것을 보여준다.
상기 예열로(2)에서 예열이 완료되면 상기 로체도어 이송장치(121)을 가동하여 상기 로체도어(12)를 연 후 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)를 하부의 상기 강화로(1)로 내리며, 이때는 호이스트나 상부 오버헤드 크레인을 사용하여 상기 유리적재 지그(3)를 내린다.
상기 강화로(1)에는 상기 질산칼륨 용액을 가열하여 균일한 온도를 유지하기 위하여 전체 구간을 균일하게 가열하도록 구성된 강화로 가열부(11)가 형성된다.
상기 강화로 가열부(11)는 4방 측면벽에 설치되어 측면벽으로부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 측면히터(111)와; 바닥에 설치되어 하부부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 저면히터(112)와; 상기 센터칼럼(14) 내부에 설치되어 중앙에서 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 중앙히터(113)로 구성된다.
상기 측면히터(111)과 저면히터(112)와 중앙히터(113)는 직접 질산칼륨 용액에 닿지 않고 벽과 바닥 및 센터칼럼 내부에 설치된다.
상기 측면히터(111)과 저면히터(112)와 중앙히터(113)는 금속보호관에 전열선을 코일모양으로 내장하고 절연분말인 산화마그네슘을 넣어 함께 충진하여 외부의 물리적인 충격에도 견고하고 전기열에너지의 효율성을 높인 시즈히터(Sheath Heater) 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 강화로(1)의 내부에는 상기 질산칼륨 용액이 수용되며, 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 트렌스미터가 설치된다.
상기 질산칼륨 용액은 약 380 ~ 450℃까지 승온시켜 놓은 상태에서 유리가 적재된 상기 유리적재 지그(3)를 반입하였을 때 완전히 잠길 정도의 높이까지 채우며, 1.5 ~ 4시간 동안 침지하여 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨의 칼륨 이온으로 치환한다.
이때 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 상기 기포발생기(13)에서 가스를 배출하는 것이 중요하다.
상기 기포발생기(13)는 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 가스가 배출되게 상기 강화로(1)의 내부 하단에 설치된다.
즉 상기 강화로(1)의 하부에 상기 기포발생기(13)를 위치시켜 용탕의 하부로부터 상부로의 교반이 가능하게 하게 Na, K 양이온 농도 분포 균일도를 극대화하였고, 상기 기포 발생기(13)의 형상 (직선형, 곡선형 등) 기포 발생 구멍의 크기 및 간격을 조절함으로써 최적의 공정 조건을 확보할 수 있다.
기포 발생을 위한 사용 기체는 산화성, 환원성, 불활성 등 사용자가 자유로이 선택함으로써 유리의 특성을 조절할 수 있으나, 상기 기포발생기(13)는 안정적이고 화학반응을 하지 않는 불활성기체인 아르곤가스(Ar)나 질소가스(N2)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 기포발생기(13)에는 일정 간격으로 가스가 배출되는 가스배출홀(131)이 형성되고, 상기 기포발생기(13)에 가스를 공급하기 위한 배관에는 상기 질산칼륨용액이 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(132)와 가스 공급을 개폐하는 개폐밸브(133)가 설치되는 구조이다.
상기 기포발생기(13)는 물로 단순 세척이 가능하게 제작되는 것이 바람직하다.
상기 기포 발생기(13)의 형상과 (비선형, 선형 등) 기포가 발생하는 구멍의 형상 (구멍 크기, 조밀도, 위치 등)은 제작자가 임의로 결정하여 사용 가능하다.
부언해서 설명하면 나트륨 이온은 가볍고 칼륨 이온은 무거우므로 하부로 칼륨 이온이 침강되어 상부에 칼륨 이온이 적을 때는 나트륨 이온과 칼륨 이온의 치환이 잘안되므로 상기 기포발생기(13)을 가동하여 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 칼륨 이온의 농도를 균일하여 하여 상부와 하부가 균등한 치환이 되도록 하는 것이 제한된 단위 부피 당 강화유리 생산량의 극대화할 수 있고, 모니터급 이상 크기의 유리를 화학 강화할 경우 Na, K 이온 분포의 차이로 강화 균일도가 저하되는 문제를 해결 할 수 있으며, 아주 밀집된 배치의 유리 사이에서 양이온 농도의 균일화가 가능하여 제품 수율의 극대화가 가능하다.
도 7에 도시되어 있는 것 같이 상기 유리적재 지그(3)는 강화할 유리를 효율적으로 장착하고 상기 예열로(2)와 강화로(1)로 이송하기 쉽게 하는 것이다.
상기 유리적재 지그(3)는 강화할 유리가 적재되는 유리적재부(31)와 골격을 이루는 프레임부(32)로 구성되고, 상기 프레임부(32)의 상부에는 이동용 고리(321)이 형성되며, 상기 프레임부(32)는 중앙이 원통형으로 비어 상기 센터칼럼(14)가 내부로 들어가 상기 강화로(1)의 노 내에 안착할 수 있게 하였다.
상기 유리적재부(31)에는 상기 프레임부(32)의 외측에 방사상 다수의 거치대(311)가 형성되어 상기 거치대(311) 상에 다수의 유리를 장착시키도록 구성된다.
특히, 상기 유리적재 지그(3)는 유리의 다양한 크기에 대응하기 위해 유리가 장착되는 상기 거치대(311)를 교체하거나 또는 상기 유리적재부(31) 전체를 교체하도록 하기 위해 상기 유리적재부(31)의 거치대(311)와 프레임부(32)는 볼트 등의 체결부재 또는 별도의 록킹구성에 의해 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치에 따르면 제한된 단위 부피 당 강화유리 생산량의 극대화시킬 수 있고, 모니터급 이상 크기의 유리를 화학 강화할 경우 Na, K 이온 분포의 차이로 강화 균일도가 저하되는 문제를 해결 할 수 있으며, 아주 밀집된 배치의 유리 사이에서 양이온 농도의 균일화가 가능하여 제품 수율의 극대화를 할 수 있는 효과가 있다.
1 : 강화로 11 : 강화로 가열부
111 : 측면히터 112 : 저면히터
113 : 중앙히터 12 : 로체도어
121 : 로체도어 이송장치 122 : 패킹
13 : 기포발생기
131 : 가스배출홀 132 : 체크밸브
133 : 개폐밸브 14 : 센터칼럼
15 : 드레인밸브
2 : 예열로 21 : 예열 가열부
211 : 상부히터 22 : 상부도어
221 : 패킹
23 : 전면도어 231 : 전면도어 이송장지
3 : 유리적재 지그
31 : 유리적재부 32 : 프레임부
321 : 이동용 고리 4 : 제어부
5 : 캐스터 51 : 스토퍼

Claims (7)

  1. 알카리 알루미나 실리케이트가 포함된 일반적인 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 화학 강화로 장치에 있어서,
    상기 화학 강화로 장치는 유리를 질산칼륨용액에 침지시켜 유리의 나트륨 이온을 질산칼륨 용액의 칼륨이온과 치환하여 강화유리를 만드는 강화로(1)와;
    상기 강화로(1)의 상부에 형성되어 상기 강화로에서 유리를 강화시키기 위해 예열하고 강화 후 서냉하는 예열로(2)와;
    강화할 유리를 효율적으로 장착하고 상기 예열로와 강화로로 이송하기 쉽게 하는 유리적재 지그(3)와;
    상기 강화로(1)와 예열로(2)를 운전하고 제어하는 제어부(4)로 구성되고,
    상기 강화로(1)에는 상기 질산칼륨 용액을 가열하여 균일한 온도를 유지하기 위하여 전체 구간을 균일하게 가열하도록 구성된 강화로 가열부(11)가 형성되며,
    상기 강화로(1)의 상부에는 상부로의 열배출을 차단하고, 상기 예열로(2)에서 상기 유리적재 지그(3)를 상기 예열로(2)에서 상기 강화로(1)로 내리거나 상기 강화로(1)에서 상기 예열로(2)로 올릴 때 개폐하기 위한 로체도어(12)가 형성되고,
    상기 강화로(1)의 내부 하단에는 강화공정 기간 동안 하부로부터 상부로의 양이온 교반이 가능하도록 하여 강화로 내에서 양이온 농도를 균일하게 유지하기 위해 가스가 배출되는 기포발생기(13)가 형성되며,
    상기 강화로(1)의 내부 중앙에는 중앙부의 질산칼륨 용액 온도와 측면 쪽의 질산칼륨 용액 온도를 균일하게 하는 상기 강화로 가열부의 일부가 설치되고, 상기 유리적재 지그(3)가 안착되어 질산칼륨 용액 내에 잠기도록 하는 원통 형상의 센터칼럼(14)이 형성되고,
    상기 예열로(2)의 내측벽에는 유리적재 지그에 적재된 유리를 예열하기 위한 예열로 가열부(21)가 형성되는 구조인 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기포발생기(13)는 안정적이고 화학반응을 하지 않는 불활성기체인 아르곤가스(Ar)나 질소가스(N2)를 사용하며,
    상기 기포발생기(13)에는 일정 간격으로 가스가 배출되는 가스배출홀(131)이 형성되고,
    상기 기포발생기(13)에 가스를 공급하기 위한 배관에는 상기 질산칼륨용액이 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(132)와, 가스 공급을 개폐하는 개폐밸브(133)가 설치되는 구조인 것을 특징으로 하는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학 강화로 장치는 추가로 상기 유리적재 지그를 상기 예열로(2)로 이송시키는 지그 이송장치가 구성되는 구조이며,
    상기 화학 강화로 장치의 하부에는 상기 화학 강화로 장치를 이동시키기 쉽게 하는 4개소의 캐스터(5)가 형성되며, 상기 캐스터(5)에는 일정 장소에 설치 시 움직이지 않게 하는 스토퍼(51)가 구비된 구조인 것을 특징으로 하는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화로(1)는 세라믹 울과 세라믹 보드를 이용하여 두 재료 사이에 공기층을 형성하는 구성으로 제작되며,
    상기 강화로 가열부(11)는 4방 측면벽에 설치되어 측면벽으로부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 측면히터(111)와;
    바닥에 설치되어 하부부터 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 저면히터(112)와;
    상기 센터칼럼(14) 내부에 설치되어 중앙에서 상기 질산칼륨용액에 열을 전달하는 중앙히터(113)로 구성되고,
    상기 예열로 가열부(21)는 내측벽면에 유리를 예열시키기 위한 상부히터(211)로 구성되며,
    상기 강화로(1)와 예열로(2)에는 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 트렌스미터가 설치되는 구조인 것을 특징으로 하는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 예열로(2)의 상부에는 강화 후 서냉 시 냉각 속도 조절 및 상기 유리적재 지그를 상승 및 하강시키기 위한 호이스트의 작업공간을 확보하기 위한 상부도어(22)가 형성되고,
    상기 예열로(2)의 전면에는 상기 유리적재 지그(3)를 로딩하기 위한 전면도어(23)가 형성되는 구조인 것을 특징으로 하는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 로체도어(12)는 슬라이딩 도어 타입으로 상기 로체도어(12)를 상기 강화로(1) 상부로 밀어 넣거나 외부로 배출시켜 도어를 개폐하는 로체도어 이송장치(121)가 구비되는 구조인 것을 특징으로 하는 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
  7. 삭제
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