KR101225041B1

KR101225041B1 - 유리용 연속식 용융로

Info

Publication number: KR101225041B1
Application number: KR1020100073885A
Authority: KR
Inventors: 김종철
Original assignee: 주식회사 이글래스
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2013-01-22
Also published as: KR20120012029A

Abstract

본 발명은 저온동시소성세라믹스에서 주원료로 사용하는 붕규산계 유리의 연속식 용융로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융로의 용융도가니를 하단이 폐구된 알루미나 튜브를 사용하고, 상기 알루미나 튜브의 상부로 투입되는 원료는 하단으로 내려오면서 용융이 이루어지도록 하고, 하단 일측에는 용융물을 토출하기 위한 소형 알루미나 튜브인 배출구를 형성하여 용융물을 연속생산하고, 특히 고융점 유리를 경제적으로 생산할 수 있어서 1600℃ 이상의 용융온도를 필요로 하는 고온 유리의 제조에도 적합한 붕규산계 유리용 연속식 용융로에 관한 것이다.

Description

유리용 연속식 용융로{CONTINUOUS GLASS MELTING FURNACE FOR GLASS}

유리는 투명하고 표면이 청결하며 기계적강도와 화학적 내구성이 뛰어나고 가공이 용이하고 적정점도에서 접착력도 강한 비금속 소재이다. 이러한 유리는 유리창을 비롯하여 각종 병, 전등, 주방용품, 거울 등 일반유리부터 텔레비전 같은 디스플레이기판, 프릿 같은 접착소재, 자동차전등과 같은 특수 조명등, 이화학용 유리, 렌즈와 같은 광학유리, 광통신, 안경 등 특수유리까지 우리 생활주변에 광범위하게 사용되고 있다.

종래의 연속식 유리 제조장치는 세라믹 내화물 블록을 조립하여 제작된 용기에 원료투입기를 이용하여 원료를 투입하고 석화연료버너 또는 전기를 이용하여 가열하여 용융시킨 후, 용융시 발생한 기포가 제거된 바닥유리를 백금으로 제작된 파이프를 이용 흡입하여 성형기로 보내거나 고버(Gobber)나 프란자(Plunger)같은 공급 장치를 이용 성형기로 보내 유리를 제조하였다. 상기 내화물은 저렴하고, 고온에서 내열성이 강하며, 내침식성도 수준 이상이어서 일반 유리제조시 사용된다. 그러나, 내화물을 사용한 용해로는 2년 내지 4년까지는 사용할 수 있으나 용융된 유리와 접한 위치의 내화물은 년간 10cm정도의 침식이 일어나며 특히 고온용융 유리물의 경우는 침식이 급격히 일어나 년간 40cm까지 침식되어 침식된 내화물성분에 의한 불순물로 조성변화가 일어나고 있어 저온동시소성용 붕규산계 유리같은 고급유리 제조에는 적합지 않다.

상기 내화물 블록 용융로의 문제점을 해결하기 위하여, 용융로 자체를 고온 내침식성이 강한 귀금속인 백금으로 제작하거나 내화물 내벽에 백금을 입혀 제작하기도 하였다. 이 경우 용융 유리가 유출되는 사고 위험은 줄었으나, 백금 자체가 매우 고가이기 때문에 초기 제작비용이 많이 소요되고, 내화물의 경우보다 내침식성이 우수하기는 하지만 백금 용융로 역시 3개월에 20정도의 감모율로 침식되어 침식의 문제가 해결되지 않으며, 보수유지비용도 매우 많이 소요된다. 또한, 백금은 고온에서는 쉽게 손상되어 붕규산계 유리 생산에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 연속식이 아닌 배치식(batch type) 또는 세미-배치식(semi-batch type) 용융로에는 스컬용융(skull melting)방식의 용융로가 사용되기도 하였다. 미국특허공보 제3,937,625호에는 수냉식의 실리카 도가니에 라디오파 열원장치를 사용한 유리제조장치가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제2002-0038727호에는 냉각제와 연결될 수 있는 금속튜브의 고리로 형성되고 인접된 튜브 사이에 공극을 갖는 도가니 벽과, 용융물이 배출되는 도가니 바닥과, 도가니 벽을 감싸고 고주파 에너지에 의해 도가니 내용물에 커플링 될 수 있는 유도코일 및 용융물이 품질의 손상없이 조절된 방법으로 결정화된 바닥층으로부터 제거되도록 스컬 도가니의 내부챔버로 돌출된 유입단부를 갖는 배출을 위해 설치된 슬리브(sleeve)를 포함하는 스컬 도가니가 개시되어 있다. 상기 문헌에 개시된 스컬 도가니는 연속식 운전이 가능하다고는 되어있으나, 용융물이 상부에서 하부로 이동하게 되어 있는 용융로의 구조상 많은 양을 연속식으로 생산하기에는 부적합하고 백금슬리브 또는 석영슬리브를 사용하여야 하기 때문에 초기시설비용이 상당히 고가이고 유리를 생산하는 경우에는 침식 또는 파손으로부터 자유롭지 못한 문제가 있다. 또한, 열원으로 사용되는 고주파 발생장치는 비용이 크며 완전 용융된 유리가 도가니 중앙부에 있기 때문에 배출시에 여러 가지 문제가 따르게 되어있다.

대한민국 특허등록 제10-0510196호에서는 원료공급장치, 용융로, 가열수단 및 성형장치로 이루어진 연속식 프릿 용융시스템에 있어서, 상기 용융로는 일반금속재질이고, 열교환이 가능하도록 냉매가 출입할 수 있는 자켓 타입의 이중벽 구조로 되어 있으며, 상부가 개방된 보트(boat)형상이고, 분말의 프릿 원료를 수용하여 용융할 수 있는 수용부와, 미용융 프릿 원료의 흐름을 차단하도록 상기 수용부의 상부 양단부를 가로질러 연결하는 댐월과, 상기 수용부의 말단 상단부에 위치하여 용융된 유리를 배출하는 배출구 및 하부에는 지면에 대하여 소정의 각도로 기울일 수 있는 틸팅수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연속식 프릿 용융시스템을 발명하였다.

대한민국 특허 제10-0790788에서는, 상기 등록특허의 연속식 프릿 용융시스템은 냉매가 출입할 수 있는 자켓의 구조가 단일한 이중벽 구조로 되어 있어 냉각의 효율성이 높지 않고 그 수명이 길지 않은 문제가 있었다고 보고 수용부의 형태를 가변적으로 조정할 수 있도록 조정하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

종래의 연속식 유리 용융로의 장점을 보유하면서도 내구성이 우수한 고순도 알루미나 튜브를 사용하여 고온과 고순도를 동시에 필요로 하는 저온동시세라믹스용 붕규산계유리를 연속적으로 제조할 수 있고, 1600℃ 이상의 용융온도를 필요로 하는 고온 유리의 제조에도 적합할 뿐 아니라 저온동시소성용으로 사용가능한 고순도 유리의 용융로로도 사용가능한 연속식 유리 용융로의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유리용 연속식 용융로는,

원료공급장치로 유리분말을 내입하여 용융시킨 후 배출하는 용융로에 있어서, 상기 용융로에는 알루미나 재질로 하단이 폐구된 튜브형태로 형성되고, 외측에 근접 설치된 주가열발열체에 의해 가열되어 유입된 유리분말을 용융시키는 용융도가니가 내설되고, 상기 용융도가니 하단의 가장자리에는 용융된 유리를 배출시키는 배출구가 형성된다.

상기 배출구는 알루미나 재질의 튜브로 형성되며, 상기 배출구의 외면에는 이송되는 용융 유리가 응고되는 것을 방지하기 위해 보조가열발열체가 근접설치된다.

본 발명의 유리용 연속식 용융로는,

종래의 연속식 유리 용융로의 장점을 보유하면서도 내구성이 우수하고 틸팅을 가변적으로 변경할 수 있으면서 로내 체류시간을 조절가능하며 1600℃ 이상의 용융온도를 필요로 하는 고온 유리의 제조에도 적합하다.

도 1은 본 발명에 따른 유리용 연속식 용융로를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 실시일예에 따른 주요부를 도시한 평면도.

이하에서는 본 발명을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유리용 연속식 용융로를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시일예에 따른 주요부를 도시한 평면도이다.

도시된 바와같이 본 발명의 유리용 연속식 용융로를 이용하여 유리를 생산하기 위해서는 용융로 외에도 원료공급장치, 가열수단 등과 그 외에도 일반적인 온도센서, 유량계와 콘트롤 시스템 등을 포함하는 것은 전술한 특허등록 제10-0510196호에 기재된 바와 같으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 당연히 알 수 있는 것이기 때문에 본 명세서에서 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다.

본 발명의 연속식 유리 용융로(100)내의 용융도가니(60)는 하단이 폐구되고 상부가 개방된 튜브형상이고, 재질은 알루미나로 이루어진다. 전술한 바와 같이, 종래의 연속식 유리 용융로가 내화물 또는 귀금속인 백금 재질이고 상대적으로 가격이 저렴한 석영은 열충격에 약해 1~2회 사용하면 깨져버려 실험실적 단속 배치에서만 사용된 것에 비해, 본 발명의 연속식 유리 용융로(100)에 용융물과 직접 접촉하는 용융도가니(60)는 알루미나 재질이고, 상부가 개방된 튜브 형상의 용융튜브(60)를 적용한다. 본 명세서에서 알루미나는 유리 원료 또는 용융 유리와 반응하지 않는 재질을 사용한다.

또한 상기 용융도가니(60)의 외면에는 주가열발열체(40)가 설치된다. 상기 주가열발열체(40)는 가스가열 또는 전기가열 방식으로 용융도가니에 열을 공급하여 투입되는 원료의 용융이 이루어지도록 한다. 상기 주가열발열체(40)는 코일형태로 용융도가니(60)를 내포하도록 설치되거나, 용융도가니 외면을 따라 다수의 판형태를 근접배치하여 열 전달이 이루어지도록 한다.

저온동시소성용 프릿을 포함하여 대부분의 전자부품용 유리는 용융된 유리의 온도가 일반적으로 1,600℃를 상회하기 때문에 연속식 용융로에 백금이외의 재질을 사용하는 것이 불가능한 것으로 여겨졌다. 그러나, 본 발명에서는 알루미나 튜브를 적용하여, 상기 방식의 연속식 용융도가니(60)를 사용함으로 인해 종래의 용융로과 달리 불순물의 혼입을 방지하여 고융점, 고순도의 유리을 경제적으로 생산하는 것이 가능하게 되었다.

상기 용융로(100)는 원료공급장치(200)에 의해 공급되는 분말형태의 붕규산계 유리 원료를 수용하는 원료투입부(10)가 형성되고, 원료투입부의 하부에 알루미나튜브인 용융도가니(60)가 설치된다.

상기 용융도가니는 외측에 설치된 주가열발열체(40)의 열을 전달받아 공급된 원료를 용융시킨다.

상기 용융된 유리는 용융도가니 하부의 가장자리에 형성된 배출구(20)를 통해 배출된다. 상기 배출구도 용융도가니와 같은 알루니마 재질의 튜브로 형성된다.

또한, 배출과정에서 이송되는 용융 유리가 응고되는 것을 방지하기 위해 튜브인 배출구의 외면에 보조가열발열체(50)를 설치할 수 있다. 상기 보조가열발열체는 전기 또는 가스가열 방식을 채택하여 사용할 수 있다. 상기 전기가열방식인 일반적인 전기 가열장치는 실리콘카바이드(SiC) 또는 몰리부데늄디실리케이트(Molybdenum Desilicate) 등의 재질로 된 것을 사용하며 실리콘카바이드(SiC)는 1500도 이하의 용융온도에서, 몰리부데늄디실리케이트(Molybdenum Desilicate)는 1500도 이상의 용융온도에 주로 사용한다.

상기 원료공급장치(200)에서 공급되는 유리 원료는 일반적으로 분말의 형태로 공급되기 때문에 유리 원료가 미용융 상태로 배출구(20)로 배출되는 것을 방지할 필요가 있다. 일예로는 도 2를 참조한 바와같이 용융도가니의 하부에서 배출구가 형성된 부분에는 측벽으로부터 수평돌출되고 돌출된 단부는 상부에서 하부로 꺾여 하부면에 근접되게 연장되어 배출구가 내포되도록 하는 수직격벽(70)과, 상기 수직격벽과 배출구 사이의 하부면에서 수직격벽의 상부 수평내벽에 근접되도록 돌출되는 댐퍼격벽(80)을 형성하여 용융도가니 하부의 용융액만 수직격벽과 댐퍼격벽이 형성하는 유로를 따라 배출구(20)로 배출될 수 있도록 할 수 있다.

상기 용융로(100)는 그 하부에 틸팅수단(30)을 구비시켜 지면에 대하여 소정의 각도로 기울일 수 있도록 할 수 있다. 상기 틸팅수단(30)은 용융로(100)를 지면에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 조정함으로써, 배출구의 위치를 상하 가변되도록 하여 유리가 용융로(100)에 머무르는 체류시간(retention time)을 조절할 수 있도록 할 수 있다.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 용융로
200 : 원료공급장치
10 : 원료투입부
20 : 배출구
30 : 틸팅수단
40 : 주가열발열체
50 : 보조가열발열체
60 : 용융도가니
70 : 수직격벽
80 : 댐퍼격벽

Claims

원료공급장치(200)로 유리분말을 내입하여 용융시킨 후 배출하는 용융로에 있어서,
상기 용융로(100)에는 알루미나 재질로 하단이 폐구된 튜브형태로 형성되고, 외측에 근접 설치된 주가열발열체(40)에 의해 가열되어 유입된 유리분말을 용융시키는 용융도가니(60)가 내설되고, 상기 용융도가니 하단의 가장자리에는 용융된 유리를 배출시키는 알루미나 재질의 튜브인 배출구(20)가 형성되며, 상기 배출구의 외면에는 이송되는 용융 유리가 응고되는 것을 방지하기 위해 보조가열발열체(50)가 근접설치되되;
상기 배출구(20)가 형성된 부분의 용융도가니(60) 하부는
측벽으로부터 수평돌출되고 돌출된 단부는 상부에서 하부로 꺾여 하부면에 근접되게 연장되어 배출구가 내포되도록 하는 수직격벽(70)과,
상기 수직격벽과 배출구 사이의 하부면에서 수직격벽의 상부 수평내벽에 근접되도록 돌출되는 댐퍼격벽(80);이 형성되는 것을 특징으로 하는 유리용 연속식 용융로.
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