KR101143595B1

KR101143595B1 - 용탕 온도 조작 방법

Info

Publication number: KR101143595B1
Application number: KR1020087020302A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 그로스; 힐데가르트 뢰머; 노버트 그로우리히-히크만; 구이도 뢰이크; 귄터 바이트만; 토마스 스텔; 볼커 옴슈테데; 볼프강 요스트
Original assignee: 쇼오트 아게
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2012-05-09
Also published as: US8869564B2; DE102006003535A1; JP5425473B2; WO2007085398A3; KR20080095254A; CN101405231B; EP1979277A2; WO2007085398A2; US20100218558A1; CN101405231A; EP1979277B1; JP2009523698A

Abstract

전기 전도도가 10^-1 Ω^-1㎝^-1미만인 용탕의 온도를 조작하여, 약 1700 ℃ 온도에서 용탕을 정련하기 위해, 본 발명은 특히 정련 유닛 내에서 용탕(16)의 온도를 조작하는 방법과 장치를 제공한다. 용탕(16)은 용탕(16) 내에 배치되어 있는 적어도 2개의 전극(4)으로 옴 저항 방식으로 가열된다. 용탕(16)의 적어도 일부분은 냉각된다. 용탕(16)의 온도 조작, 정련, 정제 및 균질화용 장치(1)는 용탕 소재(36, 16)를 수용하는 내부 챔버를 획정하는 적어도 하나의 장치와, 용탕(16)을 옴 저항 방식으로 가열하는 적어도 2개의 전극(4)을 포함한다. 전극(4)은 상기 장치의 내부 챔버, 특히 용기(2) 내부로 돌출되어 있다.

유리 온도 조작 장치, 정련, 정제, 균질화, 옴 저항 방식 가열

Description

용탕 온도 조작 방법{METHOD FOR TEMPERATURE MANIPULATION OF A MELT}

본 발명은 청구항 1의 전문부에 따른, 용탕의 온도 조작 방법과 용탕의 정련 및/또는 정제 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 62의 전문부에 따른, 용탕의 온도 조작 및/또는 정련 및/또는 정제 장치와, 본 발명에 따른 방법에 따라 및/또는 본 발명에 따른 장치 내에서 용해 및/또는 정련 및/또는 정제된 제품, 특히 유리 제품에 관한 것이다.

유리 생산의 제1 공정에서, 출발 물질, 소위 유리 혼합물이 용해된다. 탱크 내에서 용해가 이루어지고, 용해 온도는 일반적으로 벽 소재의 열 용량으로 인해 최대 1650 ℃로 제한된다. 온도가 증가함에 따라 혼합물이 유체로 된 후에, 균질화 공정, 다시 말하면 모든 출발 물질들의 혼합이 이루어진다.

유리 용탕을 형성하는 혼합물이 가열된 후에, 일반적으로 제2 공정 단계에서 정련 공정이 시작된다. 정련은 소위 정련 챔버 내에서 수행될 수 있다. 정련 챔버 내에서 혼합물이 완전하게 혼합되며 균질성을 향상시키기 위해 기포를 제거하고 탈가스된다. 정련 공정의 근본적인 목표는 용탕 내에 물리적으로 화학적으로 결합되어 있는 가스들을 배출 및 제거하는 것이다.

유리 품질, 특히 디스플레이 유리 품질을 결정짓는 특징은 기포 개재물의 최 소화, 탈색 개재물의 최소화 및 비소와 같이 생태학적으로 해로운 물질을 최소화하는 것이다.

유리 용탕의 정련을 개선하고, 정련 시간에 소요되는 시간을 줄이는 시발점은 가능하면 높은 정련 온도를 사용하는 것이다. 그럼으로써, 유리 용탕의 점도가 감소하고, 용탕 내의 기포의 상승 속도가 증가한다.

소위 정련제(refining agent)의 사용은 추가의 시발점이다. 이들 정련제의 작용 원리는 용해된 혼합물, 특히 용해된 유리에 고온에서 가스 배출과 산소 방출로 분해되는 물질을 첨가하는 것이다. 정련제에 의해 배출되는 가스들은 용탕 내에 존재하는 가스들을 "픽 업"(pick up)한다. 그렇게 함으로써, 정련 중에 큰 기포들이 형성되고, 그 기포들은 용탕 표면에 신속하게 도달하여 용탕에서 배출된다.

정련제의 선택은 정련 중인 유리 용탕의 온도에 영향을 미친다. 정련제 오산화비소(As₂O₅)는 1250 ℃ 이상 온도에서 이미 As₂O₃와 산소로 분해되고, 고온 정련제 SnO₂는 1500 ℃ 초과 온도에서 SnO와 1/2O₂로 분해된다. 생성된 산화물은 용탕 내에 잔류해서 유리 최종 제품 내에서 검출될 수 있다. 생태학적으로 유리한 유리가 필요로 하는 경우에는, 최종 유리 제품 내에 비소가 잔류하는 것은 문제가 된다. 따라서, 매우 고온, 예를 들어 1650 ℃ 초과의 온도에서도 정련을 효율적으로 수행할 수 있는 정련 공정에 대한 수요가 있다. 그러나, 이 정도의 고온은 통상적인 장치에 있어서 특히 내열성 라이닝에 심한 부식을 일으키기 때문에, 종래의 방법에 있어서는 심각한 문제가 된다.

통상적으로, 유리 용탕의 가열은 로의 상부 영역에 위치하는 오일 또는 가스 버너에 의해 이루어진다. 그렇게 가열할 때에, 열은 표면을 통해 유리 용융물로 도입된다. 열 흡수성이 작은 유리인 경우, 추가 열을 가하기 위해, 전극에 의해 추가적으로 전기적으로 가열된다. 전기적 가열을 위해 유리 용탕은 교류, 다시 말하면 줄 효과(Joule effect)를 이용하는 직접 가열 방식의 전도성 방식으로 가열된다. 이러한 목적을 위해, 전극들이 용기의 바닥 또는 측벽에 부착되어서, 유리 용탕과 직접 접촉하게 된다.

주로, 전극 소재로는 몰리브덴, 백금 및 백금족 금속들이 사용된다. 그러나, 통상적인 공정 또는 공지되어 있는 장치 내에서, 이들 소재들은 부식 가능성에 노출되어 있다. 몰리브덴은 매우 강력하게 산화하는 경향이 있다. 따라서, 몰리브덴은 출발 공정 중에 불활성 가스로 보호되어야 한다. 이와 마찬가지로, As₂O₅ 같은 용탕 내의 화합물은 몰리브덴 또는 심지어는 백금 전극까지도 부식시킨다. 몰리브덴 전극에 비해, 백금 전극들은 실질적으로 좀 더 불활성이지만, 단지 최대 1500 ℃의 온도에서 장시간 사용될 수 있을 뿐이다.

미국 특허 제4,246,433호에는 용기의 측벽을 통해 용해 용기 내에 삽입되어 있는, 냉각 방식의 봉 전극 특히 수냉식 봉 전극이 개시되어 있다. 수냉에 의해, 전극의 고온 내부식성이 보장된다. 따라서, 전극이 파손 또는 변형되지 않으면서 용탕 내의 온도가 고온으로 조절될 수 있다. 냉각에 의해 최대로 달성 가능한 용해 온도가 전극 소재의 사용가능한 온도에 의해 더 이상 제한되지 않는다.

그러나, 고온 정련 온도로 조절될 가능성 또는 특히 부식성 있는 유리를 정련할 때에, 장치 벽의 강력한 부식에 의해 벽 소재가 유리 용탕으로 용출되어서 유리 최종 제품 내에 잔류하게 된다. 한편, 벽 소재로 가장 널리 사용되는 백금은 비용이 매우 고가이고, 다른 한편, 백금 또는 백금 합금의 응집체(aggregate)가 유리 용탕의 부식과 마찰에 의해 벽의 백금 또는 기타 합금 성분이 용탕 내로 소비된다. 그리고 나서, 이들은 유리 최종-제품 내에 이온 형태와 미세하게 분할된 기본 원소 형태로 유리 최종-제품 내에 존재하게 된다. 유리 최종-제품의 농도 및 입자 크기에 따라, 유리 용탕 내로의 이러한 이온 또는 기본 금속의 백금 용출은 원치 않는 탈색(discoloration)과 전자파의 투과성을 저하시킨다.

독일 특허 공개 공보 DE19939780 A1호에는, 응집체 내의 유리의 연속 정련에 대해 개시하고 있는데, 상기 공정에서 용탕은 고주파 에너지의 직접 주입에 의해 가열된다. 여기서 사용되는 응집체는 냉각 회로를 포함하는데, 이는 용탕의 가열에 사용되는 고주파 방사선에 대해 거의 "비가시성"(invisible)이다. 용탕은 상기 냉각 벽에서 응고되어 유리 용탕과 벽 소재 사이에서 소위 스컬 층(skull layer)을 형성하며, 이 스컬 층은 그 자체로 재건(renew)할 수 있다. 주로 수냉 금속 파이프에서의 스컬 층에 의해, 응집체가 견고하게 된다. 이에 의해, 유리 용탕에 의한 용기 벽의 부식이 최소로 되고, 실질적으로 유리 용탕 내로의 소재의 용출을 낮추게 된다.

스컬 도가니 내에서 고주파로 용해할 때의 장점은, 냉각에 의해 형성된 스컬 층에 의해 유리 용탕이 1700 ℃ 이상의 온도로 가열될 수 있어서, 응집체 벽의 온도 저항이 더 이상 제한 인자가 아니라는 것이다. 유리 용탕 내로 고주파를 직접 주입함으로써, 용탕은 중앙부보다 용해 응집체의 광범위한 영역에서 냉각될 수 있다. 스컬 층에 의해 고용융 온도 및 강력한 부식성 유리들이 용해되고 정련될 수 있다.

고주파 용해 또는 고온 용해의 추가의 이점은 소위 고온 정련제를 사용할 수 있다는 점이다. 이는, 독일 특허 DE19939771호에 개시되어 있는 바와 같이, 오염성 있고 독성인 As₂O₅ 또는 Sb₂O₅ 같은 정련제를 사용하지 않아도 되게 하며, 대신에 예를 들어 독성이 덜한 SnO₂를 사용할 수 있게 한다.

그러나, 고주파에 의해 주입되는 에너지가 스컬 벽으로 빼앗기는 열량보다 크게 하기 위해서는, 고주파에 의한 용탕의 가열은 용해 온도에서 유리, 유리-세라믹, 세라믹 또는 용해될 결정들의 전기 전도성이 충분히 높아야 한다는 단점이 있다. 일반적으로 유리 및 유리-세라믹 용탕의 전기 전도성은 알칼리 성분에 의해 획정되고, 이들 용탕의 알칼리토류(alkaline earth) 성분에 의해 적은 정도이지만 영향을 받는다. 필요로 하는 전기 전도성의 제한 값이 다른 복수의 기술적인 변수에 의존하지만, 실제에 있어서 용탕의 전기 전도성은 10^-1 Ω^-1㎝^-1 보다 커야 한다는 점은 자명해진다.

실제의 경험으로부터, 고온으로 인해 특히 스컬 도가니 내에서 고주파 용해 가 적합하기 위해서, 고용융점 유리는 매우 낮은 전기 전도성, 특히 10^-1 Ω^-1㎝^-1 미만의 전기 전도성을 갖는다는 것이 명백하다. 따라서, 기술적으로 중요한 많은 유리들이 고주파 용해 방법에 의해 처리될 수 없다.

유리 제품 중에서, 약제 포장용으로 필요한 유리 외에도, 고온 탄성 램프, 제조 공정 중에 추가로 코팅되는 디스플레이 유리 같은 유리제품은 전기 전도성이 낮다. 디스플레이 유리의 경우에 있어서, 알칼리 성분 금속들은 쉽게 유리 밖으로 확산해 나가고, 디스플레이 유리의 기능층으로 되기 때문에, 유리 내에 알칼리 성분들은 필요로 하지 않는다. 알칼리 성분이 적거나 없기 때문에, 이들 유리들은 고주파 기술에 의해 고주파가 주입되기에는 전기 전도성이 너무 낮다.

PCT/EP03/13353호는 용탕 가열 방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 장치에서, 각 전극들이 용해 용기의 벽의 일부를 대체하고 있으며, 유리 용탕은 적어도 2개의 냉각 전극들 사이에서 흐르는 전류에 의해 가열된다. 전술한 장치에서, 용해 용기의 벽은 적어도 하나의 영역에서 냉각된다. 그러나, 전술한 장치에서, 전극들은 열 손실을 초래하는 단점이 있다. 한가지, 전극들이 하부에 배치되어 있기 때문에, 장치의 기동(start)이 어렵다. 또한 특히 장치를 기동할 때 플래쉬오버(flashover)에 의한 문제점들이 있다. 또한, 스컬 층이 용기 벽의 일부를 구성하는 전극에 의해 소비되는 전자기 에너지의 주입을 막기 때문에, 스컬 층이 완전하게 형성될 수 없다.

이러한 기술적 배경에 대해, 본 발명의 목적은, 용탕의 온도, 특히 용탕의 정련 및 정제 온도와 본 발명에 따라 생산되는 및/또는 정련되는 및/또는 정제되는 및/또는 용해되는 제품의 온도를 조작하는 기회를 제공하는 것이다. 또한, 그렇게 할 때에, 발생할 수 있는 전술한 문제점들을 방지하고 그리고 용탕을 취급하는 공정의 시발을 용이하게 하는 것이다.

특히, 한편으로는, 용탕에 의한 벽의 화학적 부식을 방지하기 위해 용기 벽을 충분하게 냉각하는 기회를 제공하고, 다른 한편으로는 냉각 벽을 통해 손실되는 에너지보다 많은 에너지를 공급하는 기회를 제공한다.

또한, 본 발명은 유리, 결정화-감지 유리(crystallization-sensible glasses), 유리 세라믹, 결정, 세라믹 및 고 Zr 함유 유리의 용해, 정련 및 정제를 가능하게 한다. 상기 유리 용탕의 전기 전도도는 10^-1 Ω^-1㎝^-1 보다 크다.

상기 목적은 1700 ℃ 초과 온도에서 용탕을 정련할 수 있게 하는 목적과, As₂O₅ 같은 독성 물질의 사용을 가능한 방지하기 위해 적어도 정련제 사용의 절감, 및 특히 정련제 양의 최소화라는 목적을 포함한다. 고온에도 불구하고, 장치의 벽면과 접촉하는 용탕으로부터의 이온 용출이 최소화된다.

또한, 본 발명의 목적은, 고 수율의 효율적 방식으로 온도 조작 또는 용탕의 용해 및/또는 정련 및/또는 정제 각각을 효과적으로 하여서, 상대적으로 적은 에너지를 사용하여 조업할 수 있게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 저 품질, 특히 청정도(cleanness)가 낮은 원재료(raw material)를 사용할 수 있도록 하여 용해 및/또는 정련 및/또는 정제 효과를 개선하는 것이다.

또한, 본 발명은 적어도 기포, 줄무늬(streak), 유리 불균질성 및 온도 불균일성의 출현을 적어도 최소화하고, 비용-효율적으로 되도록 한다.

상기 목적들은 놀랍게도 청구항 1 또는 청구항 2의 특징부에 따른 방법에 의한 용이한 방식으로 해결된다. 특별히 대응하는 첨부된 청구항에 의해 유리한 추가의 실시태양들을 알 수 있다.

본 발명은 용탕 특히 정련 유닛 내의 용탕의 온도를 조작하는 방법을 제공하는데, 상기 용탕은 그 용탕 내에 배치되어 있는 적어도 2개의 전극에 의해 옴 저항 가열장치에 의해 적어도 가열되고, 적어도 용탕의 일부는 냉각되는 것을 특징으로 한다.

용탕 내에 적어도 2개의 전극을 배치함으로써, 용탕을 가열하기 위한 전자기 에너지가 바람직하게는 매우 간단한 방식으로 용해되는 재료 내부로 주입될 수 있다. 냉각된 부분이 본 방법에 따라 처리되는 용탕 주위의 경계 영역에 위치하도록 용탕의 적어도 일부를 냉각함으로써, 그 부분의 온도를 저하시킬 수 있으며, 용탕이 용탕-함유 성분과 접촉하여 부식 위험성 및/또는 그러한 성분의 일부가 용탕 내로 용출될 위험성이 낮아진다. 특히 용탕의 냉각 영역에서, 용탕의 특성을 갖고 있는 재료가 응고된 크러스트(crust), 소위 스컬 층이 용탕이 처리되는 용기에 형성될 수 있다. 그런 다음, 용탕이 특성 재료에 의해 둘러싸여서 오염 가능성이 상당히 감소하게 된다.

또한, 본 발명은, 특히 정련 유닛 내에서, 용탕이 옴 저항 가열장치에 의해 적어도 가열되고, 용탕 내에는 적어도 2개의 전극들이 배치되어 있으며, 용탕의 적어도 일부분이 냉각되는 것을 특징으로 하는, 용탕의 정련 및/또는 정제 방법을 제공한다. 그렇게 함으로써, 특히 고온에서, 용해될 및/또는 용해된 재료가 다양한 공정 단계를 거치게 된다. 한편으로는, 추가의 용해 공정이 수행되고, 다른 한편으로는, 용탕의 정련이 수행되어, 가스 기포 외에도 유리의 제품 물성에 부정적인 영향을 미치는 물질이 제거될 수 있는데, 다시 말하면, 용해 및/또는 정련과 중첩되어서 정제 공정이 수행될 수 있다.

본 발명은 용융물이 내부 챔버, 특히 용기를 획정하는 적어도 하나의 장치 내로 제공되도록 하되, 상기 적어도 하나의 장치는 적어도 구간별로 냉각되는 방법을 추가로 제공한다. 예를 들면, 상기 장치는 냉각제가 관통하는 파이프, 특히 튜브에 의해 냉각될 수 있다. 따라서, 상기 용어 "장치"는 적어도 일시적으로 용탕을 수용하는 모든 조립체(assembly)를 포함한다. 특히, 정련 유닛 및/또는 용해 도가니 같은 용기들은 이들 조립체에 속한다.

논점을 간단하게 하기 위해서, 이하에서는 "용기"란 용어가 사용된다. 그러나, 상기 용어가 설비 구성요소, 연결되어 있는 조립체에 한정되는 장치의 의미로 이해되어서는 안 된다.

용기의 내부 챔버에 전극을 배치함으로써, 측벽 표면이 냉각되고, 이에 따라서 냉각 효과가 증가하게 된다. 그렇게 함으로써, 공정 중에 모든 측벽들이 스컬 층으로 둘러싸이고, 용기 벽들이 용탕의 부식으로부터 보호되고, 용기 벽의 용출로부터도 보호된다.

따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 특히 고온이 실현될 수 있으며, 동시에 용기 벽에서는 충분히 낮은 온도가 달성될 수 있다. 또한, 달성되는 온도 프로파일로부터 유리한 대류 현상이 일어나서 용탕 내부로 도입되는 에너지가 용해될 재료 또는 용해된 재료에 균등하게 주입된다. 이에 따라, 본 발명은 에너지-효율적으로 용탕의 온도를 조작할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명에 의해, 용해될 재료의 고온 영역 내에는 능동 소자로 전극들이 사용된다. 이에 비해, 스컬은 그라운드와 전극에 대해 절연한다. 그렇게 함으로서, 특히 시동할 때에 플래쉬오버 위험성이 감소된다. 따라서 저항이 낮은 유리가 처리될 수 있도록 용기와 전극 재료에 위험성이 없게 옴 저항 가열장치의 변수가 선택될 수 있다. 따라서, 유리와, 전기 전도성이 낮은 유리 세라믹 및 세라믹을 용해 또는 정련 또는 정제할 수 있게 된다. 예를 들면, 본 발명은 알루모실리케이트 유리(alumosilicate glass), 특히 디스플레이 유리 및 램프 유리를 정련하는 데에 사용될 수 있으며, 보로실리케이트 유리(borosilicate glass), 특히 약제 포장용으로 사용될 수 있는 유리를 정련하는 데에 사용될 수 있다.

유리하게도, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 용탕 가열용 전자기 에너지가 용해될 재료 내부로 특별히 용이하게 주입된다. 그렇게 함으로써, 용탕 내에서 특히 고온이 달성될 수 있다.

이는 적어도 2개의 전극을 용기의 내부 챔버에 배치함으로써 가능해지며, 이에 의해 측벽 표면이 냉각되어서, 용탕에의 냉각 효과가 증가하게 된다. 이를 통해, 모든 측벽들이 조업 중에 응고된 크러스트인 특유한 소재로 덮이게 되고, 이에 의해 용기 벽들이 용탕에 의한 부식으로부터 보호되며, 용탕 자체는 용기 벽으로부터의 벽 소재의 용출로부터 보호된다. 이렇게 함으로써, 모든 측벽들은 응고된 크러스트인 특유한 소재로 덮이게 된다.

공정 중에 계속적으로 회전하는 스컬 층은 또한 응집체 벽의 부식을 저하시키고, 유리 용탕 내로의 소재의 용출을 줄여서 유리 최종 제품에의 벽 소재의 잔류량을 줄여주게 된다. 스컬 층 때문에, 자주 사용되고 있는 백금과 같은 고가의 소재 대신에 구리 같이 비용-절감적인 소재가 벽 소재로 사용될 수 있다.

용탕 내의 특히 고온과 측벽 영역의 저온으로 인해, 용기 전체에 걸쳐서 용탕 내의 에너지 분포를 더욱 균질하게 하는 유동 프로파일이 형성된다. 본 발명에서 실현될 수 있는 바와 같이, 고온에서 기포 및/또는 기타 원치 않는 물질의 제거가 지지되고, 또한 용탕을 정련 및/또는 정제하는 본 발명의 방법에 따라 장치에 걸쳐 용해되는 재료의 최적 유동이 형성되기 때문에, 정련제의 사용량이 상당히 적어질 수 있게 된다.

또한, SnO₂와 같은 고온 정련제가 사용될 수 있게 된다. 그렇게 함으로써, As₂O₅ 같은 통상적인 정련제의 사용이 감소될 수 있다. 이들 통상적인 정련제들이 최종 제품 내에 남아서 독성을 나타낼 수 있기 때문에, 이들 통상적인 정련제들은 특히 생태학적 유리에 대해서는 단점을 가지고 있다. 따라서, 에너지-효율적 방식으로 고온을 달성할 수 있는 본 발명은 지금까지 통상적인 저온에서는 충분한 정련 효과를 발휘할 수 없었던 SnO₂와 같은 고온 정련제가 사용될 수 있다는 장점이 있다.

예를 들면, 디스플레이 유리의 경우, 최대 1650 ℃ 온도에서 정련제로 사용되는 SnO₂의 최대 50%가 변태된다. 온도가 최대 2000 ℃로 증가할 때, 변태 비율은 최대 100%에 이른다. 이러한 상황 하에서, SnO₂의 양을 절반만을 사용하고서도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 이와 같이 고가의 원재료를 절감할 수 있어서 추가의 비용 효과를 얻을 수 있다. Sn 함량이 작기 때문에, 백금 성분에서 생성되는 합금의 위험성도 줄어든다.

바람직하게는, 용탕의 적어도 하나의 영역이 적어도 하나의 전극 소재와 접촉하는 용탕의 온도 범위 이상으로 가열되는 경우, 용탕 내에서의 특히 고온이 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 용기 전체에는 용해되는 소재 내의 균일한 에너지 분포를 가지는 바람직한 방식의 유동 프로파일이 형성되고, 이러한 공정 모드에서, 용탕 내로 용출되는 전극 소재의 용출량이 작아져서 제품에 미치는 악영향을 많이 방지할 수 있다.

이는 전극을 냉각시킴으로써 추가로 개선될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 전극들은 바람직하게는 개별적으로 제어(control)되도록 및/또는 조절(adjust)되도록 및/또는 조화(tune)되도록 냉각된다. 따라서, 이러한 환경에서, 특정 전극의 온도에 대해 용이한 방식으로 정밀하게 냉각 효율을 조절할 수 있게 된다. 또한, 적어도 하나의 전극 홀더가 추가로 냉각될 수 있다. 바람직하게는, 이는 전극이 추가로 손상을 입지 않도록 하게 한다.

본 발명에 따른 방법에 따르면, 용기 바닥의 적어도 하나의 영역이 냉각된다. 그렇게 함으로써, 바닥 영역에도 스컬 크러스트가 형성되어서, 바닥의 부식 또는 바닥 소재가 용해되는 재료로 용출되는 것이 방지될 수 있다.

바닥만이 국부적으로 냉각된다면, 용탕 내에서는 전기 전도성이 다른 영역이 생성되고, 이 영역은 바닥 영역부의 전기장이 위쪽으로 변위하게 한다. 특히 시동할 때에, 그렇게 함으로써 빼앗겨질 전자기 에너지가 용기의 상부 영역으로 주입되기 때문에, 이는 에너지 차원에서 바람직하다. 여기서 용해 공정이 시작되면, 생성된 용탕이 아래로 가라앉고, 용탕의 재순환에 의해 용기 전체에 걸쳐 원하는 유동 프로파일이 형성된다. 이러한 상태에서, 용해되는 재료 표면 근방에 배치되어 있는 전극들은 이들 공정을 지지하게 된다.

본 발명에 따르면, 냉각은 적어도 하나의 전극 및/또는 적어도 하나의 전극 홀더 및/또는 적어도 하나의 용기 벽부 및/또는 특히 간단한 방식으로 바닥을 냉각제, 특히 공기 및/또는 물을 사용하여 이루어질 수 있다.

전극과 측벽 사이에서 플래쉬오버를 특히 완전하게 방지하여, 이에 따라 측벽의 손상과 용탕 내의 에너지의 불충분한 주입을 야기하는 전류 변환(current change over)을 방지하여, 전극들이 냉각되는 측벽에 선택 가능한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이는 전극들을 용기 바닥을 통해 용기 내에 도입하는 간단한 방식으로 이루어질 수 있다. 그러나, 용기 측벽을 통해 용기에 전극을 도입하는 것도 고려될 수 있다.

특히 바닥 안에 전극을 배치함으로써, 일련의 전극들이, 용탕을 둘러싸고 있는 전기 전도도가 낮아서 전극이 용기 벽에 대해 거의 전기적으로 절연되어 있는 영역인, 상대적으로 차가운 영역에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 전극들이 실질적으로 용기의 냉각되는 경계 표면과 직접적으로 접촉하지 않으면서 용기 내에 도입되도록 수행된다.

전극들이 예를 들어 바닥을 통해 도입되는 경우, 용기 내의 전극들의 높이는 용탕의 전도도에 따라 전극의 첫 번째 점화가 용이하게 이루어지도록 선택될 수 있다.

온도 분포 및/또는 유동 프로파일과 관련하여 용기 내부에서 용해되는 소재를 최적으로 가열하기 위해, 본 발명은 본 방법을 수행할 때에, 적어도 하나의 전극이 용기 안쪽으로 및/또는 바깥쪽으로 이동하게 할 수 있다. 그렇게 함으로써, 용기 내부의 전극 위치가 변화되고, 전자기 에너지가 용해되는 소재 내로 주입되는 위치가 변하게 된다. 용기 안 및 바깥으로의 전극의 이동 속도, 출발점 및 종료점을 선택함으로써, 간단한 방식으로 용기 내부의 유동 프로파일에 영향을 미치는 변수 및/또는 온도 조작에 사용되는 추가의 변수들이 사용될 수 있다.

그렇게 함으로써, 용기 전체에 걸쳐 용해되는 소재의 유동에 영향을 미치는 수량, 형태, 크기 및 위치에 대해 알 수 있다. 또한, 이들 변수들을 선택함으로서 용탕 내로 주입되는 전체 에너지의 분포가 선택적으로 제어될 수 있다. 특히, 시동할 때에, 특히 많은 소재들이 미처 용해되지 않은 영역인, 용탕의 상부 영역에서 주입되는 전체 에너지의 많은 부분이 손실될 수 있는데, 본 발명을 추가로 수행하는 중에, 균질한 에너지 분포 및/또는 용기 내의 유동 프로파일과 관련된 최적의 에너지 분포와 관련하여 전극의 위치가 조절될 수 있다. 이러한 유리한 확인 방법에 의해, 한편으로는 시동이 상당히 용이하게 이루어지는 반면에, 동시에 다른 한편으로는 에너지 효율과 관련하여 호의적인 방법이 제공된다.

용해되는 소재는 특히 교류, 바람직하게는 주파수 영역이 5 ㎐ 내지 1 ㎒, 바람직하게는 약 1 ㎑ 내지 약 100 ㎑, 더욱 바람직하게는 약 10 ㎑인 교류 주파수에 의해 용탕을 가열함으로써 효율적으로 가열될 수 있다.

유리하게는, 본 방법은 용탕의 특히 고 중 온도(high middle temperature)에서 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 영역에서, 용탕의 온도가 최소 약 1700 ℃ 이하로, 바람직하게는 약 1800 ℃, 특히 바람직하게는 최소 약 2000 ℃ 이하로 가열된다. 기포 및/또는 기타 원치 않는 물질의 제거가 본 방법에 의해 구현되는 고온에서 촉진되고, 장치를 통해 용해되는 소재의 최적의 유동이 달성되기 때문에, 바람직하게는, 정련제를 상당히 소량 사용할 수 있게 한다. 제거되는 물질들의 이동 속도가 증가하는 외에도, 용탕 내의 점도를 감소시켜 제거되는 물질의 배출을 용이하게 하기 때문에, 용해되는 용탕 내에서 기포 농도를 감소시키는 데에 그러한 고온이 유리하다.

한편으로, 제거되는 물질의 전극 소재와의 반응 및 전극 소재 부식이 본 발명에 의해 감소된다. 다른 한편으로, 전극 근방에서, 제거되는 물질의 반응이 감소해서 가스 기포의 생성이 줄어든다.

용기의 경계 영역의 용탕과 용기의 중앙부의 용탕 사이의 온도 차이를 약 150 K보다 크게, 바람직하게는 약 250 K로 조절함으로써, 용기 내에서 특히 적당한 유동 프로파일의 형성 및 이에 따른 효율적인 에너지 효율이 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 종래의 방법과 통합하여 특히 간단한 방식으로 수행하고, 그렇게 함으로써 종래의 방법을 추가로 개선하기 위해, 용기가 연속 동작 용해 장치의 일 부분으로서, 본 발명에 따른 전술한 방식으로 동작될 수 있다. 그렇게 함으로써, 바람직하게는, 용해되는 소재는 용기에 연속적으로 장입되고, 연속적으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 용해되는 소재가 용해 도가니로부터 용기 내로 장입될 수 있다. 그렇게 함으로써, 원 소재로부터 최종 제품에까지 용해되는 소재의 처리 공정의 일 단계로, 본 발명에 따른 방법을 직접적으로 부가하는 것이 가능해진다.

용탕의 주 유동 방향은 용해되는 소재의 용기 내로의 공급 또는 용기로부터의 배출에 의해 획정된다. 본 발명에 따르면, 유리 용탕의 유동 방향의 기본적인 주 흐름은 바람직하게는 유리 용탕의 유동 방향과 수직이거나, 임의의 다른 방향일 수도 있다.

전극들 사이의 가열 전류가 이들 주 유동 방향을 따라 흐르거나 또는 수직으로 흐른다면, 용탕을 가열하기 위한 전자기 에너지가 특히 효율적으로 주입될 수 있다.

만약 가열 전류가 용탕의 주 유동 방향에 대해 수직인 방향으로 흐른다면, 다시 말해 소위 횡방향 가열이 수행된다면, 용탕은 소정의 방식(defined method)으로 용기 내로 흘러들어 간다. 유리는 용기 내로 "돌진"(rush)한다. 그렇게 함으로써, 용탕의 주 유동 방향을 따라 가열 전류가 흐르는, 다시 말해 종방향 가열이 수행되는 공정 모드에 비해서 범람(overflow) 가능성이 낮아진다. 적용되는 특정 케이스에 따라서, 횡방향 가열이 사용되는 것이 바람직할 수도 있지만, 때로는 종방향 가열이 사용될 수도 있다.

용기 전체에 걸쳐 용탕의 유동 프로파일에 영향을 미치기 위해, 또는 용탕 내의 온도 프로파일을 조작하기 위해, 본 발명은 바람직스럽게도 추가의 방안을 제공한다.

특히, 모든 전극들에 대해 동일한 암페어수(amperage)의 전류가 인가될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전극 쌍에 하나의 암페어수를 갖는 전류가 인가될 수 있고, 적어도 하나의 추가의 전극 쌍에는 상기와는 다른 하나의 암페어수를 갖는 전류가 인가될 수 있다. 유리한 실시태양에서, 전극은 또한 특히 스콧 회로(Scott circuit)에 의해 위상 천이되는 인터섹팅 가열 전류가 생성되도록 연결될 수 있다.

특히 간단한 방식으로, 용탕 소재가 용기 내로 장입될 수 있으며, 자유표면을 갖춘 채널을 통해 용기를 빠져 나갈 수 있다. 용탕 풀 표면 영역의 공급부와 출구를 통해 용기 내로 용탕 소재를 장입하거나 용기 밖으로 용탕을 배출시킴으로써, 가능한 적은 중간 단계를 구비하는 방법을 수행할 수 있게 된다. 용기의 출구 영역에서 용탕의 매우 높은 온도를 유지하기 위해, 본 발명에 따르면 용기의 출구 영역이 적어도 일부분이 냉각된다.

또한, 용기 내의 용탕의 체류 시간 분포 및/또는 용탕의 평균 체류 시간의 제어 및/또는 조절 및/또는 조화에 의해 시간의 소비와 에너지 효율의 관점에서 최적화 되어 있는 본 방법의 구현이 가능해진다. 마찬가지로, 용기 내의 용탕의 유동 프로파일 및/또는 평균 유동 속도가 제어 및/또는 조절 및/또는 조화될 수 있다. 특히, 용기 내의 용탕의 평균 체류 기간이 최소 1 분 , 바람직하게는 최소 약 10 분, 최대 약 2 시간이 되도록 용기의 부피가 정해질 수 있다. 본 발명에 따르면, 용기의 크기를 나타내는 지표는 용기의 상류에 연결되어 있는 용해 도가니 부피의 적어도 2배보다 작거나, 바람직하게는 최소 10배보다 작게 제공된다.

전극으로부터 주위의 용해되는 소재 내부로 전자기 에너지의 인가가 용이하게 이루어지도록 추가의 변수를 제공하기 위해, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 전극이 일시적으로 가열된다. 그렇게 하기 위해, 다양한 방안들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 가열이 특히 전기 에너지, 폐열, 또는 바람직하게는 화석 연료에 의한 유체의 가열에 의해 이루어질 수 있다.

특히 순수 유리를 생산하는 것과 관련하여, 본 방법은 추가로 용탕 혼합물에 따라 선택되는 로 상부의 산화 또는 탈산 분위기를 사용함으로써 특정 사양에 맞추어질 수 있다. 바람직하게는, 산화 및/또는 탈산 로 상부 분위기가 특히, 버너로 가동되는 산화 또는 탈산 수단에 의해 만들어질 수 있다.

바람직한 태양에서, 본 발명에 따른 방법은 평균 용해 온도에서, 용탕의 전도도가 약 10^-5 내지 약 10⁴ Ω^-1㎝^-1, 바람직하게는 약 10^-2 내지 10¹ Ω^-1㎝^-1이다.

상기의 바람직한 전도도 범위에서, 전자기 에너지의 인가가 본 발명에 따라 특히 효율적으로 될 수 있다,

시동 공정이 좀 더 용이하게 이루어지도록 하기 위해, 본 발명에 따르면, 용기 내에 제공되어 있는 용탕 내부로 전자기 에너지를 인가하는 전극들 사이에 충분한 전기 전도도를 갖는 적어도 하나의 용해 경로로, 시동 공정이 수행된다. 그렇게 함으로써, 시동 공정 중에 가열 장치에 의해 전극들 및/또는 벽 부분이 가열되어서 그들의 온도가 로 상부 분위기의 이슬점보다 높게 된다. 이에 따라, 로 상부 분위기에서 용탕 내부로 들어갈 수 있는 물질의 상당한 양이 들어가지 못하게 할 수 있다.

시동 공정 중에 용탕 내부로 주입되는 에너지의 양을 증가시키기 위해, 본 발명은 다양한 방안을 제시한다. 예를 들면, 시동 공정 중에 용기 내부로 침지되는 전극들이 삽입될 수 있고, 이들 전극을 통해 전류가 추가로 용탕 소재 내부로 인가될 수 있다. 또한, 시동 공정 중에 적어도 하나의 희생 전극(sacrificial electrode)이 용기 내에 삽입될 수 있는데, 이들 전극들을 통해 전류가 용탕 소재 내부로 지향될 수 있다.

전극들 사이에서 초기 짧은 용해 경로에 충분한 전기 전도도를 제공함으로써 시동 공정이 용이하게 이루어지도록 하기 위해, 본 발명은 바람직하게는 시동 공정 전에, 전극들 및/또는 침지 전극(dipping electrode)들 및/또는 희생 전극들이 전류 경로의 최소 거리에 해당하는 선택된 거리만큼 떨어져 있게 하고, 시동 공정 중에 서로 멀어지게 이동하도록 한다.

시동 공정 중에 희생 전극 및/또는 침지 전극을 사용하면 시동 공정 중에 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 용탕의 전도도, 용기의 형상, 특히 냉각 표면의 크기 및 전극 형상에 따라, 약 1000 V의 전압에서 주입 공정이 수행될 수 있다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명은 용기의 로 상부 영역이 개별적으로 가열되도록 할 수 있다. 로 상부 공간의 가열은 버너, 특히 가스 버너 및/또는 복사 가열(radiation heating) 및/또는 마이크로파 가열 및/또는 플라즈마 버너에 의해 이루어질 수 있다. 로 상부 영역의 개별적 가열에 의해, 용탕 내의 온도 구배는 표면을 향하게 되고, 용탕으로부터 노 상부 영역에 대한 에너지 손실이 적어도 감소될 수 있다.

용탕 전체 내부로 에너지가 효율적으로 주입되게 하기 위한 균일한 온도 분포, 및 용탕의 거의 전 유체 성분이 소망하는 온도에서의 상대적으로 긴 체류 시간은 용탕 내에 대류 유동을 형성하는 데에 특히 유리한 것으로 입증되었다. 내부 영역과 외부 영역 사이의 용탕의 온도 차를 조절하는 간단한 방식으로, 이러한 대류 유동이 형성될 수 있다.

용기 전체에 걸쳐 유동에 의도적으로 영향을 주기 위해, 특히 대류 유동을 형성하기 위해, 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 전극에 의한 전류 분포를 기초로 해서 유동이 제어되고 및/또는 조절되고 및/또는 조화된다.

유동에 기계적인 영향을 미치는 간단한 방법은 용기의 내부에 고정물을 제공하는 것이다. 또한, 용기 전체를 통해 용탕의 수율을 제어함으로써 유동이 영향을 받을 수도 있다.

용기 내에서 용탕의 정제 방법을 최적으로 수행하기 위해, 특정 요건과 관련하여, 체류 시간 분포의 중요한 공정 변수에 영향을 미치는 다양한 가능성이 주어지는데, 상기 공정 변수는 용기의 형상 디자인 외에도, 대류 현상의 디자인, 온도 분포, 적당한 평균 순환 속도 또는 수율에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 발명에 따르면, 유동 프로파일 및 그와 관련되어 있는 용기 내의 온도 프로파일이 각 요건에 맞도록 간단하면서도 신뢰성 있는 방식으로 영향을 받을 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 자동적으로 운용될 수 있다. 그렇게 하기 위해서, 전극의 열 파워의 조절 및/또는 제어가 전극들을 통해 흐르는 전류의 제어 및/또는 조절 및/또는 조화에 의해 이루어진다. 또 다른 방안은, 전극의 가열 파워의 조절 및/또는 제어가 소비되는 전기 파워의 제어 및/또는 조절 및/또는 조화에 의해 이루어진다. 용탕 소재의 물성에 따라 상기 2개의 방안 중에서 어느 한 방안이 선택될 수 있다.

특히 유리의 경우, 전기 전도도는 온도의 증가와 함께 증가한다. 주입되는 파워가 일정하게 유지된다면, 전극을 통한 전류 소모는 전기 저항이 감소함에 따라 증가하여서 전도도가 증가하게 된다. 그렇게 할 때, 전극 소재의 손상 위험성이 있게 된다. 따라서, 전류를 제어함으로써 유리의 경우에 있어서 전류 필라멘트에 민감하게 반응함으로써 과열에 의한 제품 물성이 지나치게 불량하게 될 수 있다.

용탕으로부터 원치 않는 물질, 특히 가스 기포를 제거하기 위해, SnO₂ 같은 적어도 하나의 고온 정련제가 용탕에 첨가될 수 있다.

또한, 전술한 목적은, 용탕의 온도 조작용 및/또는 정련용 및/또는 정제용 장치에 의해 해결되는데, 상기 장치는 용탕 소재를 수용하기 위한 내부 챔버 특히 용기를 획정되는 적어도 하나의 구성(arrangement)과, 용탕을 옴 저항 가열하는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 전극들은 그 전극들이 상기 구성의 내부 챔버 특히 용기 내부로 돌출되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

전극은, 전극과 베드 스톤(bed stone) 사이에 환상의 갭이 형성되는 방식으로 전극 홀더에 의해 바닥에 삽입될 수 있다.

상기 환상 갭 내에, 공정 온도에서 유리보다도 더 내열성이 우수한 소재로 제작된 링이 삽입될 수 있다. 또한, 바닥에는 냉각 장치가 제공되어서 베드 스톤이 부식으로부터 보호될 뿐만 아니라 유동 프로파일에 유리한 영향을 미치게 할 수 있다.

용기 벽 소재의 부식 위험을 방지하기 위해, 장치의 적어도 하나의 벽이 냉각될 수 있다.

전극을 용기 바닥을 통해 바람직스럽게 삽입하기 위해, 용기 바닥에는 적어도 하나의 함몰부를 형성한다. 상기 함몰부는, 상기 측벽으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치되는 구멍으로 형성될 수 있으며, 상기 거리는 바람직하게는 약 15 ㎜ 이상이다.

그러한 구멍은 전극들이 냉각 가능한 전극과 함께 그 구멍에 삽입될 수 있도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 장치를 가능하면 변형하여 사용할 수 있도록 하기 위해, 각 다양한 위치에서의 요건에 따르면, 스컬 도가니로도 형성될 수 있는 용기는 바닥과 전극 홀더와 함께 지지 프레임 위에 형성될 수 있다.

바람직하게는, 특히 본 장치는 냉각 가능한 전극 홀더를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전극 홀더 및/또는 적어도 하나의 전극 및/또는 용기 벽의 적어도 일부분 및/또는 바닥의 적어도 일부분을 냉각하는 구성을 구비할 수 있다. 상기 구성은, 냉각된 및/또는 냉각 가능한 유체, 특히 공기 및/또는 물을 제공하는 적어도 하나의 장치와 상기 유체를 운송하는 적어도 하나의 장치를 구비한다.

전극들은 다양한 형상 및 형태일 수 있다. 특히, 전극들은 판상 및/또는 버튼 및/또는 구형 및/또는 봉상 및/또는 로고스키(Rogowski) 전극을 포함한다.

해머 형상의 전극도 사용될 수 있다. 전극들의 형상과 형태는 용해되는 소재 내부로의 에너지 주입 효율에 영향을 미친다. 전극을 삽입할 때, 특히 용기 바닥에 삽입할 때에, 전극봉이 특히 바람직한 것으로 판명되었으며, 전극봉은 중실체 및/또는 캡 전극(cap electrode)으로 구성될 수도 있다. 전극판 또는 해머 형상의 전극과 같이 의도적으로 표면을 확장된 전극은 지나치게 높은 전류 밀도에 의한 전극 표면의 응력을 저하시키는 이점을 제공한다. 특히 플랜지와 같이 예리한 전이부 형상을 갖는 전극 형태는 사용되지 않는다. 전극의 외부 경계부를 챔퍼링(chamfering) 하는 것도 유리한 것으로 판명되었다.

전극의 구성, 특히 전극 중심과 인접 벽 사이의 거리는 용탕의 전도도에 따라 선택될 수 있다. 전극봉을 사용하는 경우, 측벽 전체가 스컬 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 측벽 표면의 냉각이 향상되고, 이에 따라 용탕에 대한 냉각 효과도 증가하여 추가적으로 대류 현상이 지지된다.

특히 냉각되는 전극들까지의 거리에 의해, 전극과 측벽 사이의 플래쉬오버가 방지될 수 있다. 용기 내에 도입되는 전극의 위치가 상대적으로 냉각 영역이고, 이에 따라 전기적으로 절연되어 있다는 것은 추가의 이점이 된다. 본 발명에 따르면, 전극의 구성은 냉각되는 도가니 벽과 연결되어 있는 냉각되는 요소들은 로 상부 영역으로 돌출되어 있지 않다는 이점을 내포하고 있다. 그렇게 함으로써, 로 상부 영역에 존재하는 황 화합물에 의한 요소의 부식이 방지될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 장치에서 전극으로서 사용될 수 있는 소재와 관련하여, 본 장치의 공정 온도에서 소재가 용탕과 반응하지 않아야 한다는 것이 가장 중요하다. 본 발명에 따르면, 전극은, 용탕 접촉 소재를 가질 수 있는데, 상기 소재는 오스뮴, 하프늄, 몰리브덴, 텅스텐, 이리듐, 탄탈륨, 백금, 백금 금속 및/또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함한다. 여기서 활성 전극 소재로 이리듐이 특히 중요하다.

여기서, 용어 "활성" 요소(active element)는 전극으로서 수행하는 다양한 기능을 의미한다. 전극은 용탕을 가열하는 외에도, 용기 내에서 일종의 대류 유동의 구동 기구로 작용하기 때문에, 용탕의 유동에도 영향을 미친다. 용기 내에서 용탕을 하향 유동시키는 수냉 스컬 외에도, 전극은 소위 대류 모터의 일부분을 구성한다. 전극을 둘러싸는, 욕장원(source thermae)으로도 지칭되는 열원에 의해, 용기 내에 용탕의 상향 유동이 형성된다. 따라서, 한편으로 전극은 가열 기능을 하고, 다른 한편으로는 대류 구동 기능을 하므로, 전극을 "활성" 요소로도 지칭한다.

본 발명에 따른 스컬 도가니와 전극의 조합은, 용기 전체에 걸쳐 용탕 유동 프로파일의 유리한 형상으로 인해 도가니가 범람(overflow)하는 것을 방지한다. 이리듐을 사용함으로써 2000 ℃ 이상의 매우 고온의 공정 온도가 달성될 수 있다.

중실 소재로 된 전극, 특히 금속 전극 외에도, 본 발명에 따르면 각 소재들이 층으로 구성되어 있는 전극을 사용할 수도 있다. 그렇게 하기 위해, 전극은 코어, 바람직하게는 세라믹 코어를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 특히 오스뮴, 하프늄, 몰리브덴, 텅스텐, 이리듐, 탄탈륨, 백금, 백금 금속 및/또는 이들의 합금을 포함하는 층이 형성되어 있는 적어도 하나의 전극이 제공된다. 본 발명에 따르면, 또한 각 적합한 소재로 된 층들도 본 장치 내에서 사용될 수 있다.

전극의 형태와 형상을 변형시키기 위해, 본 발명은 적어도 2개의 전극 단편(segment)을 포함하는 적어도 하나의 전극을 제공한다. 이를 위해, 전극의 적어도 한 부분은 "단편"으로 되어 있다는 것을 이해해야 하는데, 여기서 단편 부분은 일정한 외부 형태 및/또는 일정한 내부 세트업을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 전극은 다양한 단편들로 구성될 수 있지만, 원피스로도 제작될 수 있다. 원피스로된 소재는 다양한 외부 형상 및/또는 다양한 내부 세트업의 다양한 영역을 구비할 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 의한 의미에서는 단편되어 있는 것으로 된다.

사용되는 전극과 관련하여 변화하는 사양 및/또는 전극의 손상에 간단한 방식으로 융통성 있게 대응할 수 있도록, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 전극이 장치에 교환 가능하게 장착된다.

특히 장치의 시동과 관련된 특유의 이점은, 장치에 적어도 하나의 전극을 움직일 수 있도록, 특히 수직 방향으로 움직일 수 있도록 부착함으로써 구현될 수 있다. 그렇게 되면, 예를 들어 용탕의 전도도에 따라 초기에 전극의 점화가 용이하게 되도록, 용기 바닥에서부터 측정되는 전극의 높이가 선택될 수 있다.

가변성, 특히 전극을 용기의 바닥 재료, 특히 스컬 바닥에 교환 가능하게 장착함으로써, 전극을 수용하는 구성을 갖춘 요소들로 바닥을 모듈 형식으로 구성할 수 있으며, 그러한 구성이 없는 간단한 바닥 요소들로부터도 구성할 수 있다. 소망하는 전극들이, 그 전극을 수용하는 구성으로 된 요소 내에 움직일 수 있도록 삽입될 수 있다.

용기 바닥을 위한 2 종류의 요소들로부터, 전극들이 유동의 최적 형성, 특히 용기의 내부에서 대류 현상을 형성하기 위해 요구로 하는 지점에 위치할 수 있는 다양한 구성이 실현될 수 있다. 따라서, 전극들은 예를 들면 열 형태로 배치될 수 있지만, 유동 분쇄 고정물로 기능하기 위해 용기의 내부에 위치할 수도 있다.

예를 들어 세라믹 같은 전극 소재의 선택에 의해, 의도적으로 와류 필라멘트(current filament)를 조절함으로서 대류 현상의 크기와 속도가 획정될 수 있다. 전극의 가동성에 부가하여, 전극들의 위치가 확장될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 전극이 회전 가능하도록 부착된다.

전극의 열 응력을 낮추기 위해, 특히 고온에서 열 응력을 낮추기 위해 전극의 적어도 하나는 냉각될 수 있다. 이를 위해, 하나의 전극은 유체가 운송되는 적어도 하나의 채널을 포함한다.

전극은 일렬로 나란하게 배열될 수 있다. 요구되는 유동 프로파일과 관련된 요건에 따라서, 본 발명은 다양한 전극의 구성 가능성을 제공한다. 예를 들어, 전극들은 서로 나란하게 평행하게 열로 배열될 수 있다. 그러나, 전극들은 전극들이 수직으로 서로 대향하도록 2열로 나란히 배열될 수도 있다.

추가의 바람직한 실시태양에서, 전극들은 용기의 하부, 바람직하게는 공정 모드에서 용탕의 표면 레벨에서, 용기의 만수면의 2/3 영역보다 아래쪽에 배치될 수 있다. 그렇게 함으로써, 본 장치는 복수 쌍의 전극들 및/또는 복수 쌍의 전극 단편들을 구비할 수 있다.

전극들은 또한 전극들이 용탕의 유동 위에서 유동을 분쇄하는 고정물로 기능하도록 배치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 전극들을 예를 들어 용기의 수냉 벽과 직접 접촉하지 않도록 배치한 조립체를 구성할 수 있으며, 전극과 금속성 구성요소와의 거리가 최소 1 ㎝, 바람직하게는 2 ㎝ 이상인 영역에서, 전극의 온도는 여전히 1600 ℃ 이상이다. 그렇게 하기 위해, 전극에는 내부 냉각 장치가 제공될 수 있지만, 냉각되지 않으면서 동작할 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 벽은 사양에 따라 융통성 있게 구성될 수 있다. 용기는 스컬 벽 및/또는 세라믹 벽을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 용기는 스컬 벽을 구비하며, 스컬 벽은 용탕과 맞닿은 부분에 바람직하게는 전기 전도성이 불량한 소재, 바람직하게는 세라믹 판 또는 슬립 형태, 특히 SiO₂ 슬립으로 배관된 금속성 파이프를 포함한다.

예를 들면, 용기의 바닥은 용융 주조된 지르코늄 실리케이트 같은 내화성 소재를 포함하는데, 이는 높은 공정 온도에서 용탕보다 상당히 높은 내화성을 보증한다. 냉각 파이프를 전극을 횡단하게 배치함으로써, 바닥이 부식과 불규칙한 와류로부터 보호될 수 있다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 장치의 용기는 냉각되는 측벽과 냉각되는 바닥을 구비할 수 있고, 서로 대향하는 2개의 측벽은 공급부와 출구를 형성한다. 용기는 스컬 도가니로 구성될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 스컬 벽이 내장된 상태로 구성될 수 있으며, 스컬 벽이 외부와 일정 각도만큼 경사져서 칼라(collor)가 형성될 수 있다. 모든 스컬 벽에 대해서 각도가 약 90°인 경우에, 상기 칼라는 특히 용이하게 형성될 수 있다. 그렇게 되면, 측벽들은 L 형상으로 각진 형태가 된다.

공지되어 있는 장치에서는 전극들이 용기의 이음부(seam) 아래에 배치되고, 이에 따라 시동 에너지가 유리의 심층부로 안내되어서 스컬 도가니에 부하가 심하게 걸린 상태, 즉 열적으로도 또한 고압이 걸린 상태에서 사용된다는 단점이 있으나, 본 발명에서는 전극들이 스컬 칼라의 상부 가장자리와 같은 높이로 배치될 수 있다. 이는 시동할 때에 필요한 에너지를 상당히 낮추어 주고, 용기에 가해지는 충격을 완화시키는 효과가 있다. 본 발명에 따르면 모든 측벽들이 바닥까지 냉각되기 때문에, 범람 위험성이 현저하게 낮아진다.

용기의 공급부와 출구는 비대칭적으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 칼라는 비대칭적으로 구성될 수 있다. 장입되는 소재의 온도가 고온이 아니기 때문에, 공급부 측면 위에, 측벽으로부터 상대적으로 짧게 경사진 부분이 형성될 수 있다. 소재가 상기 공급부의 짧은 영역을 통과한 후에, 소재는 일정한 온도로 운영되지 않는 대류 현상이 일어나고 있는 용기 내부로 갑자기 떨어져서 용기 전체로 운송된다.

출구 측면 위에, 용해된 소재가 매우 고온에 이르러 있는 측벽에서 상향 운송된다. 본 발명에 따른 장치와 결합되어 있는 부품에 손상을 입히지 않게 하기 위해, 출구 영역의 측벽으로부터 경사진 부분이 상대적으로 길게 형성된다. 출구는 특히 냉각 기능을 수행하는 영역이 될 수 있다. 전반적인 온도에 대응하여, L 형상의 측벽이 용기의 측면 영역에 형성될 수 있다. 특히, 측벽들은, 예를 들어 스퀘어-컷 구리 튜브, 특히 측벽의 구성을 용이하게 하기 위한 임의의 직경의 구리 튜브를 포함하는 수냉 스컬 단편인, L 형상으로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 용기의 냉각 바닥 위에 구성되어 있는 측벽과 구성요소들은 본 발명에 따른 장치와 같이, 특히 대류 현상에 영향을 미치는 유동-영향 고정물이 배치되어 있는 모듈 디자인으로 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 또한 용기 벽은 적어도 2개의 서브-유닛을 포함할 수 있다. 그렇게 함으로써, 용기 크기가 간단한 방식으로 융통성 있게 사양에 맞추어질 수 있게 된다.

벽의 서브-유닛은 서로가 전기적으로 분리되어 있을 수 있다. 바람직하게는, 서브-유닛들 사이에는 절연성 분리 벽, 바람직하게는 미카 워셔(mica wahser)가 서브-유닛들 사이에 개재할 수 있다. 용기의 측벽과 바닥은, 기계적 고정구, 특히 트위스팅(twisting)에 의해 기밀 방식으로 서로가 연결되어 있을 수 있다. 그렇게 하기 위해, 분리 요소, 특히 미카 워셔는 스컬 요소의 절연물을 형성한다.

예를 들어 미카 워셔로 제공되는, 절연성 분리 요소들이 2개의 인접한 스컬 단편 사이에 배치되어 있는데, 이는 다시 말해서 각 스컬 요소 주위에 배치되어 있다. 그렇게 되어 있음으로써, 절연성 분리 요소들은 유체 유동 방향의 종방향과 횡방향으로 되어 있게 된다. 바람직하게는, 전류가 아무런 저항없이 스컬 도가니의 벽 위로 흐르는 것을 방지하게 된다.

본 발명에 따른 장치에서 옴 저항 가열을 구현하기 위해, 교류 주파수가 5 ㎐ 내지 1 ㎒, 바람직하게는 약 1 ㎑ 내지 약 100 ㎑, 더욱 바람직하게는 약 10 ㎑인 교류 발생 장치가 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 용해되는 소재와 접촉하는 재료들은, 용해되는 소재와 그 용탕에 대한 내화학성이 특히 우수한 재료들로 선택된다. 이는 전극 및/또는 용기 벽에 대해서도 동일하게 적용된다. 바람직하게는, 용기는 구리를 포함한다. 용기용 재료로는 예를 들어 이리듐, 로듐, 또는 몰리브덴들이 고려될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는, 용기 표면을 통한 에너지 손실을 방지하기 위해, 가능하면 부피와 표면적의 비가 작은 형상의 용기를 구비한다. 입방체(cube)의 바닥을 변형시켜서 그러한 형상을 이룰 수 있는데, 특히 용기는 다각형, 특히 직사각형, 특히 정사각형 또는 라운드형, 특히 계란형, 특히 원형일 수 있다.

1일 처리량 당 실제 사용되는 부피는 에너지 효율과 관련하여 중요한 변수임이 분명하다. 예를 들어, 정련 공정과 관련하여 요구되는 사양에 따라, 용해되는 소재로부터 다량의 가스가 제거되어야 한다면, 가능하다면 표면적-대-부피 비가 큰 용기를 선택하는 것이 가스 기포가 배출될 수 있는 넓은 표면적을 제공함에 있어 유리할 것이다. 따라서, 이는 용기를 모듈형 디자인으로 함으로써 달성될 수 있으며, 이러한 디자인 변경에 따라 바닥 면적의 크기가 변하지 않으면서 용기의 높이가 맞추어질 수 있다.

용기의 주위 환경에 대한 에너지 손실을 최소화하기 위해, 본 발명은 추가 가열을 위한 장치를 구비하는 장치를 추가적으로 제공한다. 추가 가열장치는 적어도 하나의 복사 가열장치 및/또는 마이크로파 가열장치 및/또는 플라즈마 버너 가열장치를 포함할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 전극은 가열장치를 포함할 수 있다.

본 장치는 적어도 하나의 공급 영역과 적어도 하나의 출구 영역을 포함한다. 특히 출구 영역을 극 고온으로부터 보호하기 위해, 본 장치의 출구 영역은 적어도 부분적으로 세라믹층을 포함할 수 있다. 또한, 출구는 냉각부로 형성되는 것이 바람직하다.

용기 바닥은 적어도 내화성 재료, 바람직하게는 1600 ℃에서 전기 전도도가 1/30 Ω^-1㎝^-1 이하인 내화성 재료를 포함한다.

예를 들면, 내화성 재료는 ZrO₂를 포함한다. 용기 바닥은 추가로 유체 특히 물로 냉각될 수 있는 적어도 하나의 파이프를 포함하는 냉각 장치를 포함한다. 상기 파이프는 용탕 내에서 유동 방향과 일정 각도로, 특히 약 90°로 경사지게 되어 있으며, 용기 바닥과 닿아 있다.

제공 및 위치설정 외에도, 용기 전체에 걸친 유동 프로파일에 영향을 미치는 추가의 방법으로 사용 가능한 것으로, 본 발명은 용기에서 용탕의 유동에 영향을 미치기에 적합한 고정물을 포함하는 장치를 추가로 제공한다.

또한, 본 장치는 가스, 특히 N₂ 및/또는 He 및/또는 Ar 가스를 분사하는 적어도 하나의 분사기를 포함할 수 있다. 적용분야에 따라, 다른 가스들이 사용될 수도 있다. 유리하게는, 그러한 가스를 사용하여 소위 "기포 발생"(bubbling)이 수행될 수 있다. 이는 용기 내의 용탕의 대류에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 대류가 강력해질 수 있다. 또한, 기포 발생에 의해 용탕 내의 온도 분포에도 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 대형 설비의 일부분으로 사용될 수 있다. 용탕의 일정 양이 그러한 설비 내에 제공된다면, 그 양의 일부만이 본 발명의 이점이 구현될 수 있도록 처리될 것이다. 본 발명은 또한 용탕 유동을 적어도 2개의 분류로 분기하는 유동 방향 분기 장치를 제공하여서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치는 분류 중 어느 한 분류 내에 배치될 수 있고, 다른 분류는 다른 방식으로 추가적으로 처리될 수 있다. 본 장치는 정련 및/또는 정제 및/또는 용해 모듈로 사용될 수 있는데, 상기 모듈은 후속 유닛, 특히 균질화 유닛 및/또는 성형 유닛의 상류에 위치할 수 있다.

이와 마찬가지로, 본 발명에 따른 장치는, 오버플로우-다운드로우-유닛(overflow-downdraw-unit)의 상류에 위치하는, 정련 및/또는 정제 및/또는 용해 모듈 및/또는 균질화 모듈로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 극히 고 정도로 균질화된 용탕을 생산할 수 있다. 상기 용탕은 오버플로우-다운드로우-방식으로 특히 예를 들어 디스플레이 유리를 생산하는 기초 소재로 사용되기에 특히 적합하다.

또한, 본 발명은 용해 탱크, 다시 말하면 용탕이 통과하는 용기 내에 통합되어 있는 정련 및/또는 정제 모듈로 사용될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 용탕 탱크는 예를 들면 일 영역에서 정련 및/또는 정제 모듈로 형성될 수 있다.

특히, 용해 탱크 바닥에서 시작하는 소위 뱅크(bank)를 형성함으로써 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 뱅크는 내화 금속(예를 들어, 몰리브덴)을 포함하는 냉각 벽을 구비할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 뱅크의 내부 영역 내에 통합될 수 있다. 특히, 본 장치는 장치의 측벽 영역에서 뱅크를 형성하는 벽에 연결되어 있을 수 있다.

벽의 전 또는 후의 유동 방향에서 볼 수 있듯이, 용해 탱크의 만수위(fill level)는 정련 및/또는 정제 모듈 영역에서의 만수위보다 상당히 높다.

이에 따라, 상기 모듈은 뱅크에 소위 "후크 인"(hooked in)될 수 있고, 모듈 바닥에서부터 상부 경계부까지의 높이는 용해 탱크의 바닥에서부터 뱅크의 상부 경계부까지의 거리보다 상당히 작다.

그러한 구성에서, 정련 및/또는 정제 모듈 내에서 기포가 용탕을 빠져 나가기 위해 용탕 내부에서 지나가야 하는 경로는 용해 탱크에서의 그에 대응하는 경로에 비해 작기 때문에, 정련 효과가 상당히 개선된다. 특히, 본 발명에 따르면 용탕의 고온은 정련 및/또는 정제 모듈이 고온으로 되게 한다. 용탕의 온도 조작 및/또는 정련 및/또는 정제를 위한, 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법을 특히 신뢰성 있게 운용하기 위해, 적당한 제어가 이루어질 필요가 있다. 따라서, 상술한 목적들은, 적어도 2개의 전극들이 용기 내부에 배치되어 있고, 적어도 2개의 전극을 통한 전류가 적어도 하나의 목표 변수(target variable), 특히 용기 내의 온도 분포 및/또는 유동 프로파일을 위한 제어 변수 및/또는 작동 변수로 사용되는, 용탕의 온도 조작 및/또는 정련 및/또는 정제를 위한 설비의 제어 방법에 의해 해결된다. 바람직한 추가의 실시태양에서, 대류 현상 내의 유동 프로파일이 목표 값으로 사용될 수도 있다.

상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 적어도 2개의 전극들이 용기 내부에 배치되어 있고, 적어도 2개의 전극을 통해 전송되는 전기 파워가 적어도 하나의 목표 변수(target variable), 특히 용기 내의 온도 분포 및/또는 유동 프로파일을 위한 제어 변수 및/또는 작동 변수로 사용되는, 용탕의 온도 조작용 및/또는 정련용 및/또는 정제용 설비의 제어 방법에 의한 추가의 방안을 제시한다. 특히, 대류 현상 내의 유동 프로파일이 목표 값으로 사용될 수도 있다.

유동/온도 프로파일에 영향을 주기 위해, 모든 전극들에 동일한 전류를 인가하거나 또는 한 쌍의 전극마다 개별적으로 전류를 인가할 수 있다. 또한, 전류 흐름과 평행하게(횡방향 가열) 배치되는 것 외에도, 위상 천이되는 흐름 방향을 갖는 교차(scott circuit) 전류도 가능하다. 또한, 사용 가능한 모든 상호연결이 사용될 수 있으며, 또한 직접 인접해 있는 전극들 사이가 상호 연결될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따르면 펄스 방식으로 적어도 일시적으로 전극을 제어할 수도 있다. 이 방법은, 본 발명을 수행할 때에 예를 들어 용탕의 온도 변화에 의한 유동 변수에 변화가 발생한 경우, 의도적인 에너지 펄스에 의해 소망하는 유동 프로파일을 유지할 수 있다는 이점을 제공한다. 마찬가지로, 시동할 때에 펄스형 조작에 의해, 특정 암페어값으로 연속적으로 주입되고 있는 에너지에 펄스형의 고 에너지가 국부적으로 및/또는 일시적으로 중첩될 수 있다. 이러한 방식에 의해, 중첩된 펄스형 에너지 인가를 압박하지 않으면서도 원하는 유동 및/또는 온도 프로파일이 더 신속하게 형성될 수 있다.

전술한 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된, 및/또는 본 발명에 따른 장치에 의해 용해된 및/또는 정련된 및/또는 정제된 및/또는 생산된 제품, 특히 유리 제품을 생산한다.

예를 들면, 그러한 제품은 Sn² ⁺와 Sn⁴ ⁺의 합인 Sn 총량에 대한 Sn⁴ ⁺ 양의 비율로 특징될 수 있다. 고온에서 상기 비율은 Sn² ⁺ 쪽으로 이동한다. 본 발명에 의해 수행되는 고온으로 인해, Sn 양에 대한 Sn² ⁺ 양의 비율 값이 종래의 온도에 의한 방법에 비해 혼합물에서 Sn² ⁺가 적어도 25%에서 적어도 40% 이상으로 이동한다.

특히 달성되는 매우 높은 온도에 의해, 정련 및/또는 정제 효과가 본 발명에 의해 상당히 개선되어서, 본 발명에 의해 수행되는 고 정련 및 정제 효과로 요구되는 제품의 품질이 여전히 보증될 수 있기 때문에, 순도가 낮은 좀 더 비용-효율적인 기본 원료를 사용할 수 있다. 정련 또는 정제 공정 각각에서, 예를 들면, 물, 황 및 할로겐들이 용탕으로부터 제거될 수 있다.

품질을 저하시키는 원재료의 변수는 특히 고 함량의 물, 특히 고 함량의 황, 염화물 같은 특히 고 함량의 경량의 휘발성 성분이다. 철 함량과 관련해서는, Fe가 정련에 기여하는 사항을 고려하여야 하며, Fe² ⁺에 대한 Fe³ ⁺의 비는 Fe² ⁺ 쪽으로 이동한다. 고온의 공정 온도로 인해, Fe² ⁺/(Fe² ⁺ + Fe³ ⁺)의 비율이 적어도 2%에서 적어도 40%로 이동한다.

제품, 특히 본 발명에 따른 유리 제품은, 전기 전도도가 낮은 적어도 유리 및/또는 적어도 유리 세라믹 및/또는 적어도 세라믹을 포함한다. 특히 상기 제품은 알루모실리케이트 유리(alumosilicate glass), 특히 디스플레이 유리 또는 램프 유리를 포함할 수 있다. 특히, 상기 제품은 특히 약제 포장용으로 사용되는 보로실리케이트 유리를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 주석 실리케이트 또는 란타늄 브랫(lanthanum brat) 유리 같은 어그레시브 유리(aggressive glass)에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 납 실리케이트 유리도 처리될 수 있다.

본 발명에 의해 생산 및/또는 용해 및/또는 정련 및/또는 정제될 수 있는 제품과 관련해서, 기포가 상당히 적다는 장점이 있다.

전체적으로 매우 소량의 정련제를 사용할 필요가 있기 때문에, 제품 내의 SnO₂ 성분과 같은 정련제 잔류물은 매우 적다. 따라서, 제품은 1.0 질량% 미만, 바람직하게는 0.4 질량% 미만, 바람직하게는 0.2 질량% 미만, 특히 바람직하게는 0.1 질량% 미만의 주석을 함유하고 있다.

또한, 본 발명은 노트(knot) 함량이 매우 낮은 유리 제품을 생산할 수 있게 한다. 예를 들면, 노트는 나트륨 및/또는 보론 같은 물질이 증발한 영역으로서, 이로 인해 다른 강성 물성이 영향을 받는다. 그러한 노트에 의해, 튜브 인발(drawing) 시에 특히 문제가 있다. 따라서 본 발명은 튜브와 실질적으로 노트가 없는 다른 유리 제품을 생산할 수 있게 한다.

도 1은 다양한 전극들의 개략도이다.

도 2는 2개의 냉각 가능한 전극들의 개략 단면도이다.

도 3은 다양한 단편화된 전극들의 개략 단면도이다.

도 4는 용기 벽 또는 용기 바닥에 대해 각각 이동 가능한 전극의 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 장치의 개략 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도로서, 상기 단면은 완전히 비워져 있는 상태의 용기를 통한 용탕의 유동 방향에 대해 수직인 단면이다.

도 7은 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도로서, 상기 단면은 스컬 크러스트를 갖추고 있는 용기를 통한 용탕의 유동 방향에 대해 수직인 단면이다.

도 8은 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도로서, 상기 단면은 용탕이 채워져 있는 용기를 통한 용탕의 유동 방향에 대해 수직인 단면이다.

도 9는 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도로서, 상기 단면은 추가 가열 공중 중에 용기를 통한 용탕의 유동 방향과 평행한 단면이다.

도 10은 도 9에 도시한 장치에 의한 공정 중에 유동의 대류 작용을 상세하게 설명하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 추가의 실시태양에 따른 장치의 개략적인 단면도로서, 상기 단면은 용탕의 흐름에 영향을 미치는 고정물(fixture)을 갖추고 있는 용기를 통한 용탕의 유동 방향과 평행한 단면이다.

도 12는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 단면도로서, 상기 단면은 용탕의 흐름에 영향을 미치는 고정물과 추가 가열장치를 갖추고 있는, 추가의 실시태양에 따른 용탕의 유동 방향과 평행한 단면이다.

도 13은 본 발명의 추가의 실시태양에 따른 장치의 개략적인 단면도로서, 상기 단면은 출발 공정의 초기 중의 작동 모드에서 용기를 통한 용탕의 유동 방향과 수직인 단면이다.

도 14는 동작 모드에 있는 도 13에 도시한 장치로서, 출발 공정이 종료될 때이다.

도 15는 본 발명의 추가의 실시태양에 따른 장치의 개략적인 단면도로서, 상기 단면은 출발 공정의 작동 모드에서 용기를 통한 용탕의 유동 방향과 수직인 단면이다.

도 16은 출발 공정이 종료한 후의 동작 모드에 있는 도 13에 도시한 장치이다.

도 17은 본 발명의 추가의 실시태양에 따른 장치의 개략적인 단면도로서, 상기 단면은 용기 하부의 냉각을 설명하기 위해 용기를 통한 용탕의 유동 방향과 수직인 단면이다.

도 18은 본 발명에 따르는 스컬 도가니의 단면을 도시하는 개략 사시도이다.

1 용탕 온도 조작용 장치

2 용기

4 전극

41 유체 채널

42 용탕 접촉 재료

43 코어

44 전극 홀더

45 유압 가동 수단

46 냉각 매체 공급부

47 냉각 매체 출구

48 나사

48 나사 구멍

6 용기 칼라

7 용기 주위 영역

8 용기 바닥

81 용기 바닥의 냉각

9 전극용 전원장치

10 용기 벽

12 스컬 도가니의 튜브

121 냉각 매체 공급부

122 냉각 매체 출구

123 스컬 성분의 격리

14 응고된 용탕

16 용탕

18 용융 풀 표면

20 공급부

22 출구

24 가스 버너

25 가열 수단용 지지 프레임

26 로의 상부 영역

28 대류 현상

30 유동 조작 고정물

32 시동 전극

34 지송 전극용 전원장치

36 용융 재료

본 발명에 따른 장치의 용기 내부에 배치되는 것으로서, 그 중에서도 전극봉 또는 전극판이 사용된다. 도 1은 그러한 전극(4) 중에서 선택할 수 있는 대표적인 전극봉들을 도시하고 있다. 전극봉의 단면은 원형(도 1의 A), 사각형(도 1의 B) 또는 다각형(도 1의 C)일 수 있다. 또한 전극판의 형상도 변할 수 있다. 예를 들면, 유동에 미치는 효과가 필요한 때에는 유동에 맞는 프로파일이 선택될 수 있다(도 1의 D). 마찬가지로, 블록 형상의 간단한 형상의 전극판도 사용될 수 있다(도 1의 E). 유동에 영향을 주기 위해, 매우 다양한 형상들이 선택될 수 있는데, 예를 들어 곡선형 단면의 전극도 사용될 수 있다(도 1의 F).

어떠한 형상 및 형태의 전극(4)이 선택되는지와는 관계없이, 전극들은 그 전극 내부에 개구(41)를 구비할 수 있는데, 그 개구를 통해 전극(4)을 냉각시키는 유체가 흐를 수 있다. 도 2에, 그러한 전극(4)들의 예가 도시되어 있다. 도 2에 따르면, 냉각 유체용 개구로서, 전극(4)의 용탕 접촉 소재(42) 내에 간단한 구멍이 선택될 수 있다. 도 2는 유체 채널(41)에 의해 냉각 유체용 개구를 제공하는 추가의 가능성을 도시하고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 전극(4)의 형상은 추가적으로 변화할 수 있다. 단면에서, 도 3은 예를 들어 세라믹을 함유하는 코어(43)를 구비하는 전극(4)을 도시하고 있다. 코어(43)에는 예를 들어 세라믹으로 된 층이 부착될 수 있다. 또한, 전극들은 전류를 제어할 목적으로 단편(segment) 형태로 될 수 있으며, 이들 형태를 가지고서 예를 들면 대류에 영향을 미칠 수 있다. 도 3의 B, 도 3의 C 및 도 3의 D는 그러한 구성을 보여주고 있는데, 전극(4)은 예를 들어 세라믹을 함유하는 코어(43)와, 코어 위에 용탕 접촉 소재(42)가 중첩되어 있는 단편들을 구비할 수 있다.

특히 용기 바닥을 통한 장착과 용기 측벽(10)을 통해 장착하는 경우에, 전극(4)은 이동 가능하도록 설계될 수 있다. 그러한 전극 장치가 도 4에 도시되어 있다. 전극(4)은 내부에 나사(49)가 형성되어 있는 전극 홀더(44)에 의해 지지되는데, 전극(4)은 전극 홀더 내에 나사 체결된다. 또한 전극(4)이 전극 홀더(44) 내에 장착되는 다른 방법들도 고려될 수 있다. 전극 홀더(44)는 냉각될 수 있도록 설계되고, 냉각 매체 출구(47)와 냉각 매체 공급부(46)를 갖추고 있다.

전극 홀더(44)와 전극(4)은 전형적인 유압 가동 수단(45)에 연결될 수 있다. 용기의 벽에 삽입되거나 용기 바닥에 삽입된 상태에서, 전극(4)은 용기 안쪽을 향해 돌출되어 있고, 전극 홀더(44)는 용기 벽(10) 또는 바닥(8) 영역에 위치하며, 가동 수단(45)은 용기 벽 또는 바닥의 먼 쪽에 위치한다. 가동 수단(45)에 의해, 전극(4)의 수직 위치가 용기 바닥에 대해 조절될 수 있고, 또는 용기 벽 내에 장착되어 있는 경우에 언제라도 원하는 시점에서 용기 내부로의 전극(4)의 돌출 길이가 조절될 수 있다.

도 5의 A 내지 D의 도면에서, 용기 내에 다양한 전극들이 구비되어 있는 용기의 평면도를 도시하고 있다. 도 5의 E는 유동에 영향을 주는 고정물(30)을 추가로 구비하고 있는 장치를 도시하고 있다. 도 5의 A는 2열로 나란하게(side by side) 배열되어 있는 2열의 전극(4)을 도시하고 있다. 상기 전극 열은 용탕의 유동 방향과 나란하며, 공급부(20)으로부터 용기(2)를 통해 출구(22)를 향하고 있다. 용기(2)의 측벽(10)의 공급부와 출구는, 굽은 부분이 용기(2)로부터 멀어지도록 하여 칼라(collor)를 형성하도록, 경사지게 설계되어 있다. 도 5의 A는 칼라 옆에, 방향을 나타내기 위해 장치의 주위부를 도시하고 있다.

도 5의 B에서, 전극(4)을 구비하고 있는 장치의 추가 실시태양을 도시하고 있는데, 상기 장치에서는 전극들이 용기(2)의 칼라(6)에 대해 2열로 배치되어 있으며, 상기 전극 열은 용기(2)를 통과하는 유동 방향에 수직으로 연장되어 있다. 도 5c에 도시하고 있는 바와 같이, 추가의 전극(4)들이 용기 내부에 분포되어 있어서, 예를 들면, 스태틱 믹서와 같이 용해되는 재료에 영향을 미치는 구성이 구현될 수 있다. 전극(4)은 특별한 형상을 취해서 용기(2)를 통한 용탕의 흐름에 의도적으로 영향을 미칠 수 있다.

도 5의 D에 도시한 바와 같이, 곡선형 단면의 전극(4)의 링 단편이 제작될 수 있다. 그러나, 도 5e에 도시한 바와 같이, 다른 전극과 조합된 곡선형 단면의 전극(4)도 사용될 수 있는데, 여기서는 둥근 단면의 전극봉과 조합하여 사용되고 있다. 전극(4)에 추가하여, 유동 영향 고정물(30)이 용기(2) 내에 배치될 수 있다.

도 6은 내부가 완전하게 비워져 있는 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 용기(2)의 바닥(8) 위에 스컬 도가니를 형성하는 벽(10)이 부착되어 있다. 전극(4)이 용기의 내부에 배치되도록, 서로 연결되어 있는 전극 홀더(44)와 전극(4)이 바닥(8)에 삽입되어 있다. 용기의 벽은 경사진 L-형상으로, 칼라(6)가 형성되어 있다. 전극(4)들은 전극 홀더(44)를 통해 전원장치(9)에 연결되어 있다.

본 발명에 따른 장치가 스컬 도가니로서 동작한다면, 스컬 크러스트가 형성된다. 도 7에는 스컬 크러스트(14)가 형성되어 있는 장치의 구성이 도시되어 있다. 장치(1) 내에서 용탕의 온도를 조작하기 위해, 용기 벽(10)이 심하게 냉각되어서 용기 안쪽의 용탕 재료가 벽(10)에서 응고하기 때문에, 이른바 용탕의 응고 층(14)인 스컬 크러스트가 용기 벽(10) 안쪽에 형성되어 있다. 용기 벽의 냉각은 스컬 도가니의 파이프를 통해 냉각 매체를 이송시킴으로써도 행해질 수 있다. 그래서, 장치(1)는 냉각 매체 공급부(121)와 냉각 매체 출구(122)에 각각 대응하는 돌출부(stub)를 갖추고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 장치(1)가 동작할 때에, 용탕과 용기 벽 사이에는 스컬 크러스트로서 응고된 용탕(14)이 형성되어 있기 때문에, 용탕(16)은 스컬 도가니의 용기 벽(10)과 접촉하지 않는다.

용융 풀 표면(18) 위쪽에는 로(26)의 상부 영역(superstructure region)이 있다. 용융 풀 표면(18)에서 용탕(16)이 어닐링되는 것을 방지하거나 또는 어닐링되는 정도를 줄이기 위해, 장치(1)는 추가의 가열장치와 함께 작동할 수도 있다. 도 9에 도시한 실시태양에 따르면, 상기 목적을 위해 가스 버너(24) 장치가 제공되는데, 상기 장치는 예를 들면, 지지 프레임 내에 배치되어서 로의 상부 영역(26)이 가스 버너(24)에 의해 가열될 수 있다.

그런 다음에 나타나는 대류 현상(28)이 도 10에 상세하게 도시되어 있다. 용탕 재료는 공급부(20)를 통해 용기(2)로 들어간다. 스컬 도가니의 벽(10)이 냉각되기 때문에, 용탕은 스컬 크러스트(14)로 응고된다. 공급부를 통과한 후에, 장입된 용탕 재료가 공급부를 떠날 때 매우 차가운 영역에 닿게 되고, 용기(2) 내부 아래쪽으로 떨어진다. 용기의 내부에서, 도 10에는 도시하진 않았지만, 전극에 의한 옴 저항 가열장치에 의해 가열이 일어난다. 용탕(16)이 가열되어 용기 내에서 위쪽으로 상승하게 된다. 용기(2) 내 온도 분포가 적당하게 조절되면, 대류 현상이 정상상태로 일어난다. 특히 고온으로 가열된 유체 성분들이, 냉각부로 기능할 수 있도록 하기 위해 공급부(20)에 비해 길이가 길게 형성되어 있는 출구(22)를 통해 용기(2)를 빠져 나간다.

유동 프로파일의 조절에 의해, 용기(2) 내부에서의 온도 분포와 체류 시간 분포를 조절하기 위해, 유동 영향 고정물(30)이 용기(2) 내부에 배치될 수 있다. 도 11에서는 그러한 구성으로 실현 가능한 간단한 구성을 도시하고 있는데, 도시를 명료하게 하기 위해 전극들은 삭제되어 있다.

도 12는 장치(1)의 다른 실시태양을 도시하고 있다. 용탕 내부로 담겨질 때에는 유동 영향 고정물(30)로도 기능할 수 있는 지지 프레임(25) 내에 배치되어 있는 가스 버너(24)에 의한 추가 가열장치가 로의 상부 영역(26)에서 작동하고 있다. 또한, 유동 영향 고정물(30)은 용기(2)의 측벽(10)에 형성될 수도 있다.

장치(1)를 시동하기 위해, 시동 전극(32)이 사용될 수 있다. 도 13에서, 시동 공정 중에 있는 장치(1)의 실시태양을 도시하고 있다. 시동 전극(32)들은 고체 상태인 용융 재료(36) 내에 삽입되어 있고, 시동 전극들은 서로가 짧은 거리로 이격 배치되어 있다. 시동 전극들은 전원장치(34)를 구비하고 있다. 용탕 재료의 용융 영역(16)이 시동 전극(32)들 사이에 형성된다. 시동 공정 중에, 시동 전극들은, 도 13에서 화살표로 표시한 바와 같이, 서로에 대해 멀어진다. 시동 전극들은 시동 공정을 용이하게 하기 위해 가열될 수도 있다.

도 14는 시동 공정의 말기 상태를 도시하고 있다. 말기 상태에서, 시동 전극들은 이미 서로에 대해 멀리 떨어져 있고, 용탕 재료는 유동화되어 있다. 이제, 화살표로 지시하는 바와 같이 시동 전극(32)이 위쪽으로 제거된다. 시동 공정 중에, 고체 상태의 용탕 재료(36) 중 용융되는 양이 증가하고, 전극(4)들은 서로에 대해 최대한의 거리만큼 잡아 당겨져 있을 수 있다. 도 16에 그러한 상태가 도시되어 있다.

스컬 도가니의 바닥(8)을 고온 충격과 부식으로부터 보호하기 위해, 본 발명에 따른 장치(1) 내에서 도가니가 냉각된다.

도 17의 장치(1)로 간단하게 도시한 바와 같이, 용기 바닥의 냉각은 바닥판(8) 위에 지지되어 있는 파이프(81)에 의해 이루어진다. 이에 따라, 용기 바닥 위의 냉각 파이프(81)가 스컬 크러스트(14)에 의해 덮이도록, 파이프(81) 주위에 스컬 크러스트가 형성되거나, 용기의 내부에 스컬 크러스트가 쌓인다.

단편으로 이루어진 스컬 도가니 부분이 도 18에 도시되어 있다. 주위부(7)에 이어서 모듈들이 제공되어 있다. 모듈은 파이프(12)를 포함하고 있는데, 복수의 파이프(12)들이 벽(10)의 크로스-해치로 그려져 있는 벽 요소에 함께 연결되어 있다. 파이프(12) 자체는 벽(10)의 일 요소인 냉각 매체 공급부(121)와 냉각 매체 출구(122)에 연결되어 있다. 벽 요소들, 특히 금속 파이프로 제작된 벽 요소들 사이에 전기적 접촉을 방지하기 위해, 모듈들 사이에는 절연물이 삽입되어 있다.

스컬 도가니 내부의 전극에 의해, 본 발명에 따른 장치에 의할 때 용탕은 특히 고온으로 될 수 있기 때문에, 본 발명은 디스플레이 유리와 같이 다루기가 어려운 유리의 용해 및/또는 정련 및/또는 정제가 가능하다. 디스플레이 유리를 처리하기 위해, 평균 보유 시간이 특정 시간보다 작지 않도록 장치가 운영될 수 있다. 이점에서, 용기 부피 값의 대응하는 비율과 수율을 얻을 수 있다. 이러한 관점에서, 점도 및 부피 팽창 계수에 따른 유리 종류가 또한 중요하다.

Claims

금속성 부품을 포함하는 측벽들과 바닥벽에 의해 형성되는 용기의 내부에서 유리 용탕을 정련하는 방법으로서,

a) 용기 내부를 용융 유리로 채우는 단계,

b) 한 쌍 이상의 전극들을 용기의 중앙부에 제공하는 단계,

c) 상기 전극들 사이에 전류를 형성시키고, 상기 전극들 사이에서 상기 전극들에 의해 영향을 받는 영역이 1700 ℃ 이상이 되도록 상기 용융 유리를 옴 저항 가열장치로 가열하기 위해 상기 한 쌍 이상의 전극들에 전력을 인가하는 단계,

d) 상기 금속성 부품 근처의 유리 용탕을 냉각시키기 위해 상기 금속성 부품에 인접한 상기 바닥벽과 측벽을 냉각하는 단계.

e) 용융 유리가 용융 유리 표면을 따라 유동하고, 가스 기포들이 용융 유리 표면을 통해 배출되는 것을 돕기 위해, 용기의 내부에서 상기 전극들 근방의 용융 유리와 상기 냉각된 벽들 근방의 용융 유리의 온도 차이에 의해 구동되는 용융 유리의 대류 유동을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 유리 내에 정련제를 부가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제2항에 있어서, 상기 정련제는 SnO₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 상기 용융 유리 표면 위쪽의 유리를 가열하는 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 상기 용융 유리 표면을 관통해 유리 내에 침지되는 시동 전극들에 의해 유리를 가열하는 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제5항에 있어서, 상기 시동 전극들이 유리 내에 침지된 직후에는 서로 짧은 간격만큼 이격되어 있다가, 약간의 시간이 경과하여 유리 용탕의 온도가 증가함에 따라 그에 상응하여 서로 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)는 용융 유리의 대류 유동을 조장하는 방식으로 형성 및 배치되어 있는 다수의 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제7항에 있어서, 용융 유리의 유동이 용융 유리의 유동 내에 배열되어 있는 베인 표면 고정물(vane surface fixture)에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 c)가 유리 용탕 내의 온도가 증가함에 따라 전극의 전압을 낮추는 방식으로 제어되도록 실시되는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제9항에 있어서, 유리 용탕의 전기 전도도가 10^-2 내지 10¹ Ω^-1㎝^-1 가 되도록 조절하여 유리 용탕 내의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 c)가 유리 용탕 내에서 1700 ℃ 내지 2000 ℃ 온도 영역에 도달하는 이리듐을 포함하는 전극으로 실시되는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 방법.
내부 챔버를 획정하는 측벽들과 바닥벽을 구비하고 있으며, 상기 측벽들은 금속성 부품들을 포함하는, 용기와,

상기 유리 용탕을 옴 저항 가열하기 위해 상기 챔버의 중앙부에 배열되어 있는 한 쌍 이상의 전극들로서, 각 전극들은 유리 용탕 내에서 1700 내지 2000 ℃의 온도를 견딜 수 있는 종류이고, 유리 용탕이 가열될 때에 상기 측벽들과 전극들 사이에 유리의 대류 유동이 일어나도록 하기 위해 상기 측벽 내의 상기 금속성 부품과 일정 거리만큼 이격되어 있는 한 쌍 이상의 전극들과,

상기 전극들에게 전력을 인가하기 위한 수단과,

상기 전극들 사이의 영역 근방과 상기 냉각된 벽들 근방의 용융 유리의 온도차에 의해 유리의 대류 유동을 구동하고, 상기 금속성 부품을 덮는 유리 크러스트를 생성하기 위해, 상기 금속성 부품과 인접하는 상기 바닥벽과 상기 측벽들을 냉각하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
제12항에 있어서, 상기 측벽들 내의 금속성 부품들이 스컬 수단 냉각되어 상기 챔버의 상기 측벽들 전부에 유리 크러스트를 형성하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
제12항에 있어서, 상기 챔버의 상기 바닥벽에는 각 전극들이 관통하여 상기 챔버 내로 도입되기 위한 함몰부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
제14항에 있어서, 각 상기 전극은 전극 홀더를 구비하고 있으며, 각 전극 홀더는 상기 바닥벽의 각 함몰부 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제15항에 있어서, 각 상기 전극 홀더가 냉각되는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12항에 있어서 상기 측벽들은, 각 전극들이 관통하도록 되어 있는 개구부가 형성되어 있는 대향하는 측벽들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12항에 있어서, 상기 냉각된 바닥벽과 측벽들을 따라 용융 유리가 대류 유동하는 것을 보조하기 위해 상기 챔버 내에 복수 개의 전극들과 베인 표면 고정물들이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
내부 챔버를 획정하는 측벽들과 바닥벽을 구비하고 있으며, 상기 벽들은 금속성 파이프를 포함하는 스컬 벽으로 형성되는, 용기와,

상기 챔버 내에 용융 유리가 있을 때에, 상기 챔버의 상기 벽들 위에 유리 크러스트를 형성하기 위해 상기 금속성 파이프를 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위한 수단과,

상기 챔버 내에서 용융 유리의 대류 유동을 조장하기 위해 상기 챔버의 중앙부에 배치되어 있는 복수 개의 전극으로서, 상기 전극들은 용융 유리 내에서 1700 내지 2000 ℃의 고온이 될 수 있는 종류인, 복수 개의 전극들과,

옴 저항 가열에 의해 상기 유리 용탕을 가열하기 위해 상기 전극들에게 전력을 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
제19항에 있어서, 상기 전극들은 이리듐 또는 이리듐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 상기 전극들은 냉각되는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
제19항에 있어서, 유리 용탕이 가열될 때에 상기 전극들과 상기 측벽들 사이에 유리가 대류 유동하도록 하기 위해, 상기 챔버 내에서 상기 전극들이 상기 스컬 벽들과 일정 거리만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 정련 장치.
내부 챔버를 획정하는 측벽들과 바닥벽을 구비하는 용기와,

전극의 일부분이 상기 챔버의 중앙부에 배치되어 있는 한 쌍 이상의 전극들과,

유리 용탕이 1700 내지 2000 ℃의 고온이 되도록 하기 위해 상기 챔버 내에서 유리 용탕을 옴 저항 가열하기 위해 상기 전극들에게 전력을 인가하기 위한 수단과,

상기 챔버 내의 유리 용탕의 대류 유동을 조장하기 위해, 상기 용기의 상기 바닥벽과 상기 측벽들을 냉각하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 처리 장치.
제23항에 있어서, 상기 챔버 내에 배치되어 있는 상기 전극들의 상기 부분들은 이리듐 또는 이리듐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 처리 장치.
청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제23항에 있어서, 상기 전극들은 냉각 수단에 연결되어 있는 냉각 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용탕 처리 장치.
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