KR101223237B1 - 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 소재 제조방법 - Google Patents

플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 소재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 열원 및 가스 연소의 복합 화염 기술을 이용하여 유리계 과립형 원료를 기중 상태에서 용해하여 일반 유리뿐만 아니라 차세대 전자용 프릿 등의 원하는 유리 조성을 만들 수 있는 플라즈마 및 가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 용융시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 저탄소형 기중 용해로는, 용해로 본체부; 상기 용해로 본체부 내에 형성된 용해조; 상기 용해조의 상측에 구비되어 용융 대상물인 원료가 용해되는 용해부; 상기 용해부의 외부에 형성된 원료 주입부; 상기 용해부의 외주측에 구비되어 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염을 분출하는 플라즈마 및 가스 용융장치; 상기 용해조의 일측에 형성되어 배기가스를 유출시키기 위한 배기관; 및 상기 용해부에서 용융된 융액이 용해조를 거쳐 슬래그 형태로 출탕되기 위한 출탕구를 포함한다.

Description

플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 소재 제조방법{LOW CARBON TYPE OF IN-FLIGHT MELTING FURNACE BY USING FUSION TECHNOLOGY OF PLASMA/GAS FOR COMBUSTION, MELTING METHOD THEREFOR AND MATERIAL MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 용융시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 플라즈마 열원 및 가스 연소의 복합 화염 기술을 이용하여 유리계 과립형 원료를 기중 상태에서 용해하여 일반 유리뿐만 아니라 차세대 전자용 프릿 등의 원하는 유리 조성을 만들 수 있는 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 용융시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고체 재료를 녹는점 이상으로 가열하여 용해시키기 위해 용해로가 이용되고 있다. 현재 세계적으로 넓게 보급되고 있는 유리 용해 기술은 시멘스형이라고 불리는 탱크 가마를 이용하는 기술이다. 이러한 시멘스형 가마는 용도나 용융 규모에 맞게 다양하게 있는데, 시멘스형 유리 용해 기술은 버너 화염의 복사를 이용해서 유리 원료를 가열하여, 폐열을 축열로에 의해 회수하고 축열한 에너지를 버너의 대체에 의해 연소공기의 예열로 이용하여 열효율을 향상하는 방식이다.
한편, 이러한 종래의 시멘스로 용해 과정에서 소비되는 에너지의 대부분이 노벽이나 배기가스로 나가는 열손실을 보충하여 큰 가마의 로재를 고온으로 유지하기 때문에 유리원료의 용해에 사용되는 에너지는 대략 20~30% 정도이다. 따라서, 유리 제조시 에너지 절약을 위해서는 유리 원료의 용해 과정의 재검토는 물론이며 근본적인 용해 기술의 재검토가 필요한 실정이다.
종래의 시멘스로의 평균적인 융액의 용해조 내 체류 시간은 짧으면 1.5일, 긴 경우는 7일 정도 장시간 동안 유리 융액이 용해조 안에 체재하게 된다. 따라서, 고품질을 유지하면서도 에너지 삭감을 이룰 수 있게 유리 융액의 체재 시간을 단축할 필요가 있다.
또한, 이러한 기존의 용해로에서는 미립 원료 중 잘 녹는 성분(소다류)과 늦게 녹는 성분(규사류) 등이 집합 응고되면서 불균일 용액화가 되기 쉬운 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, 플라즈마 열원 및 가스 연소의 복합 화염 기술을 이용하여 유리계 과립형 원료를 기중 상태에서 용해하여 일반 유리뿐만 아니라 차세대 전자용 프릿 등의 원하는 유리 조성을 만들 수 있는 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로, 이를 이용한 용융방법 및 이를 이용한 용융시스템을 제공한다.
일 관점에 있어서, 본 발명에 따른 저탄소형 기중 용해로는, 용해로 본체부; 상기 용해로 본체부 내에 형성된 용해조; 상기 용해조의 상측에 구비되어 용융 대상물인 원료가 용해되는 용해부; 상기 용해부의 외부에 형성된 원료 주입부; 상기 용해부의 외주측에 구비되어 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염을 분출하는 플라즈마/가스 용융장치; 상기 용해조의 일측에 형성되어 배기가스를 유출시키기 위한 배기관; 및 상기 용해부에서 용융된 융액이 용해조를 거쳐 슬래그 형태로 출탕되기 위한 출탕구를 포함한다.
상기 기중 용해로에는 플라즈마/가스 용융장치에서 발생되는 화염의 온도를 더 높이기 위해 상기 용해부의 일측에 추가연료/가스 공급부가 더 구비될 수 있고, 상기 플라즈마/가스 용융장치의 외주측에는 추가 가스 공급관이 더 구비될 수 있다.
상기 원료는 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료이고, 상기 용해부에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융될 수 있다.
상기 가스는 공기 또는 산소일 수 있다.
상기 원료는 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염이 분출되는 가열원 상태에서 용해부에 투입되어 상기 원료가 순간적으로 용융될 수 있다.
상기 플라즈마/가스에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃일 수 있다.
상기 플라즈마/가스에 의한 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성함으로써 상기 용해부에서 원료의 융액 체류시간을 극대화시킬 수 있다.
다른 관점에 있어서, 본 발명에 따른 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법은, 플라즈마/가스 용융장치에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염을 선회패턴이 형성되게 용해부로 분출하는 가열원 단계; 상기 가열원 상태에서 원료가 투입되는 단계; 상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 순간적으로 기중 상태에서 용융되는 단계; 및 상기 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되는 단계를 포함한다.
상기 가열원 단계에서 플라즈마/가스에 의한 화염의 온도를 더 높이기 위해 추가연료/가스 공급부가 작동되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 원료는 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료이고, 상기 용해부에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융될 수 있다.
상기 가스는 공기 또는 산소일 수 있고, 상기 플라즈마/가스에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃일 수 있다.
상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성함으로써 상기 용해부에서 원료의 융액 체류시간을 극대화시킬 수 있다.
또 다른 관점에 있어서, 본 발명에 따른 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융시스템은, 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 과립형 저융점 원료로 제조하는 전처리 단계; 상기 과립형 저융점 원료를 기중 용해로에서 용융시켜 그 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되게 하는 기중 용해 단계; 상기 기중 용해된 융액을 조분쇄/중분쇄 형태로 처리하는 후처리 단계; 및 상기 후처리 단계에서 처리된 재료를 최종 소재로 제조하는 소재 제조 단계를 포함한다.
상기 전처리 단계에서 제조되는 과립형 저융점 원료는 원재료인 유리계 미립 원료를 프레스 가공하여 판넬 형태로 제조한 후에 소성로를 통과시키고 가열하여 제조될 수 있다.
상기 기중 용해 단계는, 기중 용해로의 플라즈마/가스 용융장치에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염을 선회패턴이 형성되게 용해부로 분출하는 가열원 상태에서 과립형 저융점 원료가 투입되고; 상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 투입된 과립형 저융점 원료가 순간적으로 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융되는 것을 포함한다.
상기 가스는 공기 또는 산소일 수 있고, 상기 플라즈마/가스에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃일 수 있고, 상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성함으로써 상기 용해부에서 과립형 저융점 원료의 융액 체류시간을 극대화시킬 수 있다.
상기 후처리 단계는 롤러에 의해 냉각, 핀치 및 조분쇄/중분쇄 공정을 거쳐 이루어질 수 있고, 상기 소재 제조 단계는 유리 프릿, 전자용 유리 프릿, 또는 세라믹 프릿의 용도에 맞게 다른 재료와 배합하여 최종 소재로 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 열원 및 가스 연소의 복합 화염 기술을 이용하여 유리계 과립형 원료를 기중 상태에서 용해하여 일반 유리뿐만 아니라 차세대 전자용 프릿 및 세라믹 소재의 유리 조성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이산화탄소 저감, 용해용적 및 용해시간의 감소를 이루어서 에너지 절약을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 용해로를 소형화할 수 있어서 소량 다품종의 생산을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 구조 및 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융방법의 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융시스템의 전체 공정도로서, (a)는 전처리 단계이고, (b)는 기중 용해 단계이고, (c)는 후처리 단계이고, (d)는 소재 제조 단계이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융시스템의 플로우차트이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 구조 및 원리를 설명하기 위한 설명도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마/가스 연소 융합을 이용한 저탄소형 기중 용해로의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마/가스(산소) 연소 융합을 이용한 기중 용해 기술은 유리계 미립 원료에서 조립하여 제작된 과립형 저융점 원료(즉, 결정화 공정에 의해 과립 상태가 됨)를 플라즈마/가스 연소 고온의 복합 반응장을 통과시키면서 유리화를 도모하는 것이다. 이때, 용해시간은 원료 투입의 공중 비상시간(1초 이내)이며, 이것에 의해 용해조 체적을 대폭적으로 줄일 수 있다. 본 발명에서는 균일한 융액화 촉진을 위해, 유리계 미립 원료에서 조립하여 제작된 과립형태 배치 각각의 과립이 용해했을 때에 최종 최적의 유리 조성이 되도록 한다. 따라서, 종래 기술과 달리 큰 용해조에 장시간 고온 융액을 유지하지 않아도 되어, 그만큼의 에너지의 삭감이 가능하게 된다. 또한, 기존의 용해로에서는 미립 원료 중 잘 녹는 성분(소다류) 늦게 녹는 성분(규사류)등이 집합 응고되면서 불균일 용액화가 되기 쉬운데 비해 본 발명에 따른 고온의 기중 용해 방식은 과립이 균일하게 녹으면서 유리화가 된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소형 기중 용해로(100)는, 용해로 본체부(110), 용해조(120), 용해부(130), 원료 주입부(140), 플라즈마/가스 용융장치(150), 배기관(160) 및 출탕구(170)를 포함한다.
상기 용해조(120)는 용해로 본체부(110) 내에 형성되어 용해된 융액이 포집되는 곳이다. 상기 용해부(130)는 용해조(120)의 상측에 구비되어 용융 대상물인 원료, 즉 과립형 저융점 원료가 용해된다. 상기 플라즈마/가스 용융장치(150)는 용해부(130)의 외주측에 구비되어 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염을 분출한다. 상기 가스는 산소로서 산소 버너에 의한 연소이나, 이에 한정되는 것은 아니고 공기일 수도 있다.
여기서, 상기 과립형 저융점 원료는 용해부(30)의 외부에 형성된 원료 주입부(140)를 통해 공급된다. 또한, 상기 과립형 저융점 원료는 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료로서, 과립형 원료 투입장치(190)를 통해 원료 주입부(140)를 거쳐 용해부(130)에 투입된다. 이와 같이 상기 과립형 저융점 원료가 용해부(130)에 투입되면 상기 용해부(130)에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융된다. 구체적으로, 상기 과립형 저융점 원료는 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염이 분출되는 가열원 상태에서 용해부(130)에 투입되고, 이에 따라 상기 원료가 순간적으로 용융된다. 이때, 상기 플라즈마/가스에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 산소 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃일 수 있다. 한편, 상기 유리계 미립 원료인 원재료는 SiO2, Al2O3, NaCO3, CaCO3, BaO3 등일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마/가스에 의한 복합 화염은 용해부(130)에서 선회패턴의 유동을 형성함으로써 상기 용해부(130)에서 과립형 저융점 원료의 융액 체류시간을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 원료의 용해를 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기중 용해로(100)에는 플라즈마/가스 용융장치(150)에서 발생되는 화염의 온도를 더 높이기 위해 상기 용해부(130)의 일측에 추가연료/가스 공급부(180)가 더 구비된다. 또한, 상기 배기관(160)은 용해조(120)의 일측에 형성되어 플라즈마/산소 연소의 복합 화염에 의한 용해시 배기가스를 유출시키기 위한 것이다. 상기 출탕구(170)를 통해 용해부(130)에서 용융된 융액이 용해조(120)를 거쳐 슬래그 형태로 출탕된다.
본 실시예에서 사용된 플라즈마/가스 용융장치(150)는 전극체 주위에 감겨진 코일에 전원을 인가하면 전극체 내부 반응공간에 자장이 형성되어, 방전과정 중 생성된 플라즈마가 자장의 영향을 받아 선회패턴을 유지할 수 있도록 장치를 구현한 플라즈마 토치 및 상기 토치 출구측에 연장되어 공기와 연료가스를 혼합시켜 대상물 처리에 적합한 온도를 가진 화염을 생성하는 연소노즐을 포함하여 이루어진 것으로서, 이는 본 출원인에 의해 출원된 플라즈마/가스 연소장치와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다(한국공개특허 제2010-0026707호 참조). 또한, 본 실시예에 따른 플라즈마/가스 용융장치(150)의 외주측에 추가 가스 공급관(151)을 더 구비시켜, 상기 플라즈마/가스 용융장치(150)에서 발생되는 화염의 온도를 더 높일 수 있다.
이하, 이와 같이 구성되는 기중 용해로를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 용융방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융방법의 플로우차트이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법은, 플라즈마/가스 용융장치에서 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염을 선회패턴이 형성되게 용해부로 분출하는 가열원 단계(S10); 상기 가열원 상태에서 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료가 투입되는 단계(S20); 상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 순간적으로 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융되는 단계(S30); 및 상기 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되는 단계(S40)를 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 용융방법은 상기 가열원 단계(S10)에서 플라즈마/가스에 의한 화염의 온도를 더 높이기 위해 추가연료/가스 공급부가 작동되는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
이하, 전술한 본 발명에 따른 기중 용해 기술을 종래의 기술과 비교하면서 그 차이점에 대해 더 설명한다.
종래의 용해 기술은 버너에 의해 원료를 장시간 용해시키게 되고, 이에 따라 상기 원료 중 잘 녹는 성분(소다류) 늦게 녹는 성분(규사류) 등이 집합 응고되면서 불균일 용액화가 되기 쉽고, 또한, 장시간 용해시킴으로써 이산화탄소가 많이 발생하게 된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 기중 용해 기술은 플라즈마/가스 연소에 의한 고온의 복합 화염으로 원료를 순간적으로 기중 상태에서 균일하게 용융시킬 수 있으며, 이에 따라 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있고, 또한 에너지 절약을 달성할 수 있다.
또한, 종래의 용해로(예를 들면, 시멘스형 용해로)에서는 용해 과정에서 소비되는 에너지의 대부분이 노벽이나 배기가스로 나가는 열손실을 보충하여 큰 가마의 로재를 고온으로 유지하기 때문에 유리 원료의 용해에 사용되는 에너지는 대략 20~30%정도이다. 이에 따라, 종래의 용해로에서는 용해조가 대형이어야 할 뿐만 아니라 상기 용해조에서 장기간(예를 들면, 짧으면 1.5일, 긴 경우에는 7일 정도) 고온의 융액을 유지해야 원하는 품질을 구현할 수 있기 때문에 그만큼 에너지 소비가 많아지게 된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 기중 용해 기술은 전술한 바와 같이 순간적으로 기중 상태에서 원료를 용해시켜서 수시간 내에 완전 용융을 이룰 수 있기 때문에 용해조를 대폭 축소시킬 수 있고, 이에 따라 에너지 절감 및 설비투자 절감을 달성할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 기중 용해 기술에 의하면 용해시간 및 용해조 용적을 50% 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지도 50% 절감을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기중 용해 기술에 의하면 전자용 프릿을 제조할 수 있다. 현재 전자용 프릿은 점점 저융점화되어 가고 있고, 이의 용해 열원으로 전기히터를 이용하고 있다. 이러한 종래의 방법에서는 내식성을 얻기 위하여 보호막(Si계)을 형성하여 사용하나, 저융점 재료의 용해시 상기 Si계 보호막까지 용해되어 전기히터의 수명이 단축되고 있다. 그러나, 본 발명에 따른 기중 용해로에서는 과립형 저융점 원료를 플라즈마 열원에 의하여 기중 용해 상태에서 용해시킬 수 있기 때문에 전자용 프릿의 제조에도 적용할 수 있다. 또한, 종래의 전기히터 방식은 간접가열 방식이지만, 본 발명에 따른 기중 용해 기술은 직접가열 방식이므로 에너지 절감도 이룰 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기중 용해 기술에 의하면 소량, 다품종으로 세라믹 재료를 제조할 수 있다. 세라믹 재료를 제조하기 위해서는 종래에 대형의 생산설비가 필요하여 비용 등의 문제로 인해 이를 해결하지 못하고 있는 실정이었다. 그러나, 본 발명에 따른 기중 용해로는 전술한 바와 같이 소형화를 이룰 수 있어서 요구되는 만큼의 수량 및 다품종의 세라믹 재료를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융시스템을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융시스템의 전체 공정도로서, (a)는 전처리 단계이고, (b)는 기중 용해 단계이고, (c)는 후처리 단계이고, (d)는 소재 제조 단계이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기중 용해로를 이용한 용융시스템의 플로우차트이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융시스템은, 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 과립형 저융점 원료로 제조하는 전처리 단계(도 5의 (a) 및 도 6의 S100); 상기 과립형 저융점 원료를 기중 용해로에서 용융시켜 그 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되게 하는 기중 용해 단계(도 5의 (b) 및 도 6의 S200); 상기 기중 용해된 융액을 조분쇄/중분쇄 형태로 처리하는 후처리 단계(도 5의 (c) 및 도 6의 S300); 및 상기 후처리 단계에서 처리된 재료를 최종 소재로 제조하는 소재 제조 단계(도 5의 (d) 및 도 6의 S400)를 포함한다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 전처리 단계(S100)에서 제조되는 과립형 저융점 원료는 원재료인 SiO2, Al2O3, NaCO3, CaCO3, BaO3 등의 유리계 미립 원료를 프레스 가공하여 판넬 형태로 제조한 후에 소성로를 통과시키고 가열하여 제조된다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기중 용해 단계(S200)는 기중 용해로의 플라즈마/가스 용융장치에서 플라즈마/가스(산소)에 의한 고온의 복합 화염을 선회패턴이 형성되게 용해부로 분출하는 가열원 상태에서 과립형 저융점 원료가 투입되고; 상기 플라즈마/가스에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 투입된 과립형 저융점 원료가 순간적으로 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융된다. 본 기중 용해 단계에 대한 설명은 기중 용해로 및 이를 이용한 용융방법에서 설명하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 후처리 단계(S300)는 기중 용해 단계에서 슬래그 형태로 출탕된 융액을 롤러에 의해 냉각, 핀치 및 조분쇄/중분쇄 공정을 거쳐 이루어진다. 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 소재 제조 단계(S400)는 유리 프릿, 전자용 유리 프릿, 또는 세라믹 프릿 등을 제조하기 위하여 그 용도에 맞게 상기 후처리 단계에서 처리된 재료를 다른 재료(예를 들면, 무기 재료)와 배합하여 최종 소재인 제품으로 제조한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기중 용해로 110: 용해로 본체부
120: 용해조 130: 용해부
140: 원료 투입부 150: 플라즈마/가스 용융장치
160: 배기관 170: 출탕구
180: 추가연료/가스 공급부 190: 과립형 원료 투입장치
S100: 전처리 단계 S200: 기중 용해 단계
S300: 후처리 단계 S400: 소재 제조 단계

Claims (17)

  1. 용해로 본체부;
    상기 용해로 본체부 내에 형성된 용해조;
    상기 용해조의 상측에 구비되어 용융 대상물인 원료가 용해되는 용해부;
    상기 용해부의 외부에 형성된 원료 주입부;
    상기 용해부의 외주측에 구비되어 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염을 분출하는 플라즈마 및 가스 용융장치;
    상기 용해조의 일측에 형성되어 배기가스를 유출시키기 위한 배기관; 및
    상기 용해부에서 용융된 융액이 용해조를 거쳐 슬래그 형태로 출탕되기 위한 출탕구;
    를 포함하는 저탄소형 기중 용해로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기중 용해로에는 플라즈마 및 가스 용융장치에서 발생되는 화염의 온도를 더 높이기 위해 상기 용해부의 일측에 추가연료 및 가스 공급부가 더 구비되고, 상기 플라즈마 및 가스 용융장치의 외주측에는 추가 가스 공급관이 더 구비된 저탄소형 기중 용해로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료는 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료이고, 상기 용해부에서 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융되는 저탄소형 기중 용해로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 공기 또는 산소인 저탄소형 기중 용해로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료는 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염이 분출되는 가열원 상태에서 용해부에 투입되어 상기 원료가 순간적으로 용융되는 저탄소형 기중 용해로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃인 저탄소형 기중 용해로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성하는 저탄소형 기중 용해로.
  8. 플라즈마 및 가스 용융장치에서 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염을 용해부로 분출하는 가열원 단계;
    상기 가열원 상태에서 원료가 투입되는 단계;
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 순간적으로 기중 상태에서 용융되는 단계; 및
    상기 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되는 단계;
    를 포함하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열원 단계에서 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 화염의 온도를 더 높이기 위해 추가연료 및 가스 공급부가 작동되는 단계를 더 포함하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 원료는 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 제작된 과립형 저융점 원료이고, 상기 용해부에서 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 원료가 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융되는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 가스는 공기 또는 산소이고, 상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃인 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 용융방법.
  13. 유리계 미립 원료를 가공 및 가열하여 과립형 저융점 원료로 제조하는 전처리 단계;
    상기 과립형 저융점 원료를 기중 용해로에서 용융시켜 그 용융된 융액이 슬래그 형태로 출탕되게 하는 기중 용해 단계;
    상기 기중 용해된 융액을 조분쇄 또는 중분쇄 형태로 처리하는 후처리 단계; 및
    상기 후처리 단계에서 처리된 재료를 최종 소재로 제조하는 소재 제조 단계;
    를 포함하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 소재 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전처리 단계에서 제조되는 과립형 저융점 원료는 원재료인 유리계 미립 원료를 프레스 가공하여 판넬 형태로 제조한 후에 소성로를 통과시키고 가열하여 제조되는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 소재 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기중 용해 단계는, 기중 용해로의 플라즈마 및 가스 용융장치에서 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염을 선회패턴이 형성되게 용해부로 분출하는 가열원 상태에서 과립형 저융점 원료가 투입되고,
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염에 의해 상기 투입된 과립형 저융점 원료가 순간적으로 기중 상태에서 균일하게 녹으면서 용융되는 것을 포함하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 소재 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가스는 공기 또는 산소이고, 상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 화염은 10,000℃의 플라즈마 열원 및 2,000℃의 가스 연소의 복합 화염으로 기중 용해온도는 2000 ~ 3000℃이고,
    상기 플라즈마 열원 및 가스 연소에 의한 고온의 복합 화염은 용해부에서 선회패턴의 유동을 형성하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 소재 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 후처리 단계는 롤러에 의해 냉각, 핀치 및 조분쇄 또는 중분쇄 공정을 거쳐 이루어지고,
    상기 소재 제조 단계는 유리 프릿, 전자용 유리 프릿, 또는 세라믹 프릿의 용도에 맞게 다른 재료와 배합하여 최종 소재로 제조하는 저탄소형 기중 용해로를 이용한 소재 제조방법.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104125932B (zh) * 2012-02-20 2016-09-28 旭硝子株式会社 玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置、及玻璃制品的制造方法
US9346696B2 (en) * 2012-07-02 2016-05-24 Glass Strand Inc. Glass-melting furnace burner and method of its use
US9284210B2 (en) * 2014-03-31 2016-03-15 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using dual source cyclonic plasma reactor
US9533909B2 (en) 2014-03-31 2017-01-03 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using atmospheric thermal plasma reactor
US9550694B2 (en) 2014-03-31 2017-01-24 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using plasma thermal source
CN203908287U (zh) * 2014-04-15 2014-10-29 中国瑞林工程技术有限公司 旋流熔炼炉
US20160200618A1 (en) 2015-01-08 2016-07-14 Corning Incorporated Method and apparatus for adding thermal energy to a glass melt
US10144666B2 (en) * 2015-10-20 2018-12-04 Johns Manville Processing organics and inorganics in a submerged combustion melter
US10479717B1 (en) 2016-10-03 2019-11-19 Owens-Brockway Glass Container Inc. Glass foam
US10364176B1 (en) 2016-10-03 2019-07-30 Owens-Brockway Glass Container Inc. Glass precursor gel and methods to treat with microwave energy
US10427970B1 (en) 2016-10-03 2019-10-01 Owens-Brockway Glass Container Inc. Glass coatings and methods to deposit same
RU2669975C1 (ru) * 2017-12-27 2018-10-17 АНО ВО "Белгородский университет кооперации, экономики и права" Способ получения силикатного стекла
RU2726676C1 (ru) * 2019-12-27 2020-07-15 Автономная некоммерческая организация высшего образования «Белгородский университет кооперации, экономики и права» Способ получения силикатного стекла
CN112429941A (zh) * 2020-11-13 2021-03-02 彩虹（合肥）液晶玻璃有限公司 一种tft玻璃投料系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004353937A (ja) 2003-05-28 2004-12-16 Kumagawa:Kk 粉粒体の溶融処理装置
KR100844976B1 (ko) 2007-07-18 2008-07-09 한국에너지기술연구원 플라즈마/가스 혼합형 연소장치 및 이를 이용한 용융방법
JP2008249220A (ja) 2007-03-29 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd プラズマ溶融炉
KR20090045574A (ko) * 2007-11-02 2009-05-08 에스케이에너지 주식회사 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터합성가스의 정제 공정 및 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4761793A (en) * 1987-05-08 1988-08-02 Electric Power Research Institute Plasma fired feed nozzle
US4957527A (en) * 1989-03-08 1990-09-18 Hnat James G Method and apparatus for heat processing glass batch materials
US5017754A (en) * 1989-08-29 1991-05-21 Hydro Quebec Plasma reactor used to treat powder material at very high temperatures
CA2047807A1 (fr) * 1991-07-24 1993-01-25 My Dung Nguyen Handfield Vitrification des cendres
US5637127A (en) * 1995-12-01 1997-06-10 Westinghouse Electric Corporation Plasma vitrification of waste materials
FR2764877B1 (fr) * 1997-06-20 1999-09-03 Europlasma Procede de vitrification d'un materiau pulverulent et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede
WO2007129509A1 (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Asahi Glass Company, Limited ガラス製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004353937A (ja) 2003-05-28 2004-12-16 Kumagawa:Kk 粉粒体の溶融処理装置
JP2008249220A (ja) 2007-03-29 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd プラズマ溶融炉
KR100844976B1 (ko) 2007-07-18 2008-07-09 한국에너지기술연구원 플라즈마/가스 혼합형 연소장치 및 이를 이용한 용융방법
KR20090045574A (ko) * 2007-11-02 2009-05-08 에스케이에너지 주식회사 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터합성가스의 정제 공정 및 장치

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