KR101653408B1 - 유리 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

유리 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 유리 제조 방법은 제1 용해로에 유리 용융물을 제공하는 단계 및 상기 유리 용융물을 제1 용해로로부터 연결관을 통해 제2 용해로까지 흘려보내는 단계를 포함한다. 상기 방법은 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 제1 가열 장치로 가열하는 단계 및 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 제2 가열 장치로 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 또한, 제1 용해로, 제2 용해로 및 상기 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 연결관을 구비한 유리 제조 장치도 제공된다. 예시적인 유리 제조 장치는 연결관의 제1 영역 내에 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제1 가열 장치 및 연결관의 제2 영역 내에 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제2 가열 장치를 포함한다.
Figure R1020090115161
다구역 유리 용융로, 가열 장치, 발포층, 청징

Description

유리 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS FOR MAKING GLASS AND METHODS}
본 출원은 2008년 11월 26일에 출원된 미국 특허 출원 제12/324303호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 유리의 제조 장치 및 제조 방법, 특히 다구역 유리 용융로를 이용하는 유리의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 빛의 명암을 발생시키기 위해 외부 광원에 의존하는 수동형 평판 디스플레이를 말한다. 무알칼리 알루미노-실리케이트 유리가 LCD 시트 유리 용도로 흔히 사용된다. 이러한 부류의 유리는 1회분(유리 공급원) 원료가 채워지는 용해로(용융로)의 표면에 안정한 발포층(foam layer)을 생성시키는 경향이 있다. 이 발포층은 유리 완제품이 전달 시스템으로 진입하기 전에 제거되지 않으면 유리 완제품 내에서 고체 "결석(stone)" 혹은 투명한 "덩어리(knot)" 와 같은 결함이 될 수 있는 고체 실리카 함유물을 포함한다. 이 발포층이 용융로의 앞벽에 도달하게 되면, 용융로 출구를 통해 고체 및 기체 함유물이 유리 전달 시스템으로 이동될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 고체 함유물은 유리 완제품에서 고체 결함이 될 수 있다. 또한, 상기 발포층은 유리 용융물의 자유 표면 위에 있는 연소 버너에 의해 공급된 열로부터 상기 유리 용융물을 단열시키기도 한다. 이후에 버너의 효율성이 불량하게 나타나는 것은, 용융물을 형성하는데 필요한 대부분의 에너지가 용융물의 자유 표면 아래로 가라앉아 있는 전극의 줄(Joule) 열에 의해 제공된다는 사실을 의미한다. 이에 따라 상대적으로 높은 수준의 전력을 제공하게 되면 결과적으로 전극 수명을 단축시켜 용융로를 빈번하게 수리해야 하는 상황을 초래한다.
2개 이상의 구역을 가지는 단일 용융로는 발포층에 존재하는 실리카 함유물이 유리 전달 시스템으로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 제1 구역과 제2 구역을 나누는 벽은 제1 구역의 발포층이 제2 구역으로 들어가는 것을 막을 수 있다.여지껏, 용융로의 다구역 분할은 하나 이상의 슬롯형 스로트(throat)를 갖는 내부 냉각형 격벽(cross wall)(하나의 큰 유리조를 두 개의 작은 구역으로 분할) 또는 터널형 스로트로 연결된 두 개의 개별 챔버를 이용하여 이루어지는 것이 보통이었다.
격벽의 경우, 격벽의 양쪽 면이 모두 뜨거워서 일반적으로 유리에 의한 벽의 부식이 상대적으로 빠르게 진행된다. 따라서, 공정 수명이 짧다. 격벽의 상부가 갈라지거나, 내부 냉각이 잘되지 않아 용융 유효성이 실효되면, 냉각수가 유리 용융물로 직접적으로(그리고 폭발적으로) 방출된다. 또한, 격벽이 용융 지르코니아 내화물로 만들어지는 경우에는, 그 격벽의 전기 저항은 낮아져 양쪽 면이 모두 뜨거워질 것이다. 유리조를 가열하는데 사용된 전류 중 일부는 격벽을 통과하여, 이를 독립적으로 가열시키고 잠재적으로는 벽의 하자 또는 용융물 내의 지르코니아 함유물 형성을 야기할 수 있다. 일반적으로, 격벽은 제한된 시간 동안 유효하지만, 유리 용융 공정의 수명 제한 부품을 대표한다.
이러한 문제들에 대한 통상적인 접근 방법은 용융로를 확장하는 것이다. 무발포 표면을 달성하기 위해서는 용융 표면적이 현재의 적어도 두 배는 되어야될 것으로 추정된다. 또한, 고체 및 기체 함유물을 원하는 수준으로 감소시키기 위해서는 또 한번을 배가시켜 확장된 총 용융로 크기를 현재 표면적의 3배까지 늘려야 될 필요가 있다. 용해로의 치수에 있어서 이러한 큰 증가는 투자 자본과 운용 비용의 증대로 이어지고, 전극(통상적으로 산화 주석)의 수도 불가피하게 증가시켜야 하기 때문에, 또한 결과적으로 유리 내의 산화 주석의 양을 용융물의 주석석(朱錫石) 불투명결정화(devitrification)가 발생할 수 있는 수준까지 끌어올리게 된다.
또한, 용융로는 공통의 벽을 공유하지 않는 구역들로 나뉠 수 있다. 이러한 경우, 제1 구역 및 제2 구역은 터널형 스로트에 의해 연결된 그들 각각의 벽들을 가질 수 있다. 이렇게 되면 벽들은 외부가 냉각될 수 있으나, 용융로 내에 현저히 가열되지 않은 영역이 나타날 수 있어, 유리가 제1 구역에서 제2 구역으로 지나면서 그러한 영역에서 온도가 떨어질 수 있다. 유리가 제1 구역을 빠져나올 때에 비하여 더 차가운 상태로 제2 구역으로 들어가게 되면, 고체 함유물을 녹여 없애거나 기체 함유물을 청징(fining)시키는데 있어서 제2 구역의 효용성은 감소된다. 또한, 내화성 스로트 덮개가 닳아서 유리 수준으로 되어 버리면, 결과적으로 발포층은 제1 구역에서 제2 구역으로 통과해 버릴 것이다. 스로트 누출은 공정을 완전히 중단시킬 수도 있다.
발포층 내에 포함된 고체 및 기체 함유물이 전달 시스템으로 진입하는 것을 막기에 효율적인 2-구역 용융로에 있어서, 제1 구역과 제2 구역의 분리는 그 완전 한 상태를 보전해야 한다. 그렇지 못하면, 용융로는 발포층을 앞벽으로 전진시켜 발포층의 고체 함유물을 유리 전달 시스템으로 이동시키는 하나의 커다란 용기에 불과할 수 있다.
2개 이상의 구역으로 이루어진 용융 공정을 수행하면, 발포층이 제2 구역에서 형성되는 것이 방지되며, 제2 구역으로 들어가는 고체 함유물을 녹여 없애거나 기체 함유물을 청징하는데 들었던 추가적인 시간 및 온도를 절약할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 향상된 다구역 유리 용융로를 이용한 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법을 제공함으로써, 종래 있었던 에너지 효율성이나 오염물 생성의 문제점을 해결하여 유리 제조 공정을 보다 효과적으로 수행하고 고순도의 유리 제품을 수득하는데 그 목적이 있다.
발명의 개요
한 실시 양태에서, 유리의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 용해로에 유리 용융물을 제공하는 단계 및 상기 유리 용융물을 제1 용해로로부터 연결관을 통해 제2 용해로로 흘려보내는 단계를 포함한다. 상기 유리 용융물은 제2 용해로의 상류부에 위치한 연결관의 제1 영역 및 상기 제1 영역의 하류부에 위치한 연결관의 제2 영역을 통해 흐른다. 상기 방법은 제1 영역 내의 유리 용융물을 제1 가열 장치로 가열하는 단계 및 제2 영역 내의 유리 용융물을 제2 가열 장치로 가열하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시 양태에서, 유리의 제조 장치가 제공된다. 상기 장치는 제1 용해로, 제2 용해로 및 유리 용융물을 제1 용해로로부터 제2 용해로로 운송시키기 위한 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 연결관을 포함한다. 상기 연결관은 제1 영역을 한정하는 제1부와 제2 영역을 한정하는 제2부를 포함한다. 제1 영역은 제2 용해로의 상류부에 위치하고 제2 영역은 제1 영역의 하류부에 위치한다. 상기 장치는 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제1 가열 장치 및 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제2 가열 장치를 추가로 포함한다.
따라서, 본 발명은, 이에 제한하지는 않지만, 하기의 측면들 및/또는 실시 양태들을 포함한다:
C1. 유리의 제조 방법으로서,
제1 용해로에 유리 용융물을 제공하는 단계;
상기 유리 용융물을 제1 용해로로부터 연결관을 통해 제2 용해로로 흘려보내는 단계;
제1 영역 내의 유리 용융물을 제1 가열 장치로 가열하는 단계; 및
제2 영역 내의 유리 용융물을 제2 가열 장치로 가열하는 단계
를 포함하며, 상기 유리 용융물은 제2 용해로의 상류부에 위치한 연결관의 제1 영역 및 상기 제1 영역의 하류부에 위치한 연결관의 제2 영역을 통해 흐르는 것인 방법.
C2. C1의 방법에 있어서, 상기 제1 가열 장치는 제2 가열 장치와는 독립적으로 운용되는 것인 방법.
C3. C1 또는 C2의 방법에 있어서, 제1 가열 장치는 연결관의 제1부를 통해 전류를 흘려보냄으로써 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열시키고, 제2 가열 장치는 연결관의 제2부를 통해 전류를 흘려보냄으로써 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열시키는 것인 방법.
C4. C3의 방법에 있어서, 연결관의 제2부는 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽에 위치한, 하류부의 말단이 접힌 구조(downstream folded end structure)를 포함하며, 전류는 하류부의 말단이 접힌 구조를 통해 흐르는 것인 방법.
C5. C1 내지 C4의 방법 중 어느 한 방법에 있어서, 측정된 온도를 기초로 하여 제1 가열 장치 및 제2 가열 장치 중 하나 이상에 의해 가해진 열을 자동 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
C6. C1 내지 C5의 방법 중 어느 한 방법에 있어서, 연결관의 제1 영역의 상류부에 위치한 연결관의 제3 영역 내의 유리 용융물을 가열하는 단계를 추가로 포함하며, 제3 가열 장치는 상기 연결관의 제3 영역 내의 유리 용융물을 가열시키는 것인 방법.
C7. C1 내지 C6의 방법 중 어느 한 방법에 있어서, 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽 내에 위치한, 하류부의 말단이 접힌 구조를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
C8. C1 내지 C7의 방법 중 어느 한 방법에 있어서, 적어도 부분적으로 제1 용해로의 앞벽 내에 위치한, 상류부의 말단이 접힌 구조(upstream folded end structure)를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
C9. C1 내지 C8의 방법 중 어느 한 방법에 있어서, 유리 용융물의 온도는 유리 용융물이 연결관의 제1 영역과 제2 영역을 통과할 때 약 1570℃ 내지 약 1620℃ 범위 내로 유지되는 것인 방법.
C10. 유리를 제조하는 장치로서,
제1 용해로;
제2 용해로;
유리 용융물을 제1 용해로로부터 제2 용해로로 운송하기 위한 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 연결관;
상기 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제1 가열 장치; 및
상기 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제2 가열 장치
를 포함하고, 상기 연결관은 제1 영역을 한정하는 제1부와 제2 영역을 한정하는 제2부를 포함하여, 상기 제1 영역은 제2 용해로의 상류부에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 하류부에 위치하는 것인 장치.
C11. C10의 장치에 있어서, 상기 연결관은 하류부의 말단이 접힌 구조를 포함하는 것인 장치.
C12. C11의 장치에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽 내에 위치하는 것인 장치.
C13. C12의 장치에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 제2 용해로의 뒷벽을 통해 신장되어 그 말단이 뒷벽 내부 표면으로부터 제2 용해로의 내부 영역으로 돌출된 것인 장치.
C14. C11 내지 C13의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 연결관은 적어도 부분적으로 제1 용해로의 앞벽 내에 위치한, 상류부의 말단이 접힌 구조를 추가 로 포함하는 것인 장치.
C15. C11 내지 C14의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 갭을 한정하며, 내화성 재료는 적어도 부분적으로 상기 갭 내부에 위치하는 것인 장치.
C16. C11 내지 C15의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 제2부에 대해 동심선 상에 위치한 제1부를 포함하는 것인 장치.
C17. C10 내지 C16의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 연결관은 상류부의 말단이 접힌 구조를 포함하는 것인 장치.
C18. C10 내지 C17의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 제1부는 제2부와는 전기적으로 절연되며, 제1 가열 장치는 제1부를 통해 전류를 흘려보내 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열하도록 배치되며, 제2 가열 장치는 제2부를 통해 전류를 흘려보내 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하도록 배치되는 것인 장치.
C19. C10 내지 C18의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 연결관의 제1 영역의 상류부에 위치한 연결관의 제3 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제3 가열 장치를 추가로 포함하는 것인 장치.
C20. C10 내지 C19의 장치 중 어느 한 장치에 있어서, 측정된 온도를 기초로 하여 제1 가열 장치 및 제2 가열 장치 중 하나 이상에 의해 가해진 열을 자동 조절하도록 배치된 제어기를 추가로 포함하는 것인 장치.
본 발명의 다구역 유리 용융로를 이용하여 유리 용융 공정을 수행하면, 발포층이 제2 구역에서 형성되는 것이 방지되어 청징 효율이 높아지고, 이에 따라 용융 공정에 있어서 전기적 효율성을 높일 수 있기 때문에, 결과적으로 절감된 비용과 시간으로 고순도의 유리 제품을 수득할 수 있는 효과가 있다.
발명의 상세한 설명
하기의 상세한 설명에서는, 본 발명을 제한하지 않으면서 설명할 목적으로, 구체적인 상세 사항들을 개시하는 예시적인 실시 양태들을 기술하여 본 발명의 완전한 이해를 돕고자 하였다. 하지만, 본 발명의 이점을 습득한 당업자에게는, 본 발명을 여기에 개시된 구체적인 상세 사항들과는 별도의 다른 실시 양태들로서도 실시할 수 있다는 점은 명백할 것이다. 더욱이, 공지된 장치, 방법 및 재료의 상세한 기술은 본 발명의 설명을 모호하지 않게 하기 위해 생략될 수 있다. 마지막으로, 동일한 참조 번호는, 적용되는 곳이면 어느 곳이나 동일한 요소를 지칭한다.
다양한 다구역 용융 장치는 본 발명의 하나 이상의 측면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 측면들은 그 내용 전부가 본 발명에 참조로서 포함되는 2005년 12월 29일 출원된 미국 특허 공보 제2007/0151297호에 개시된 다구역 용융 장치에 따라 이용될 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 예시적인 유리 제조 장치(10)는 서로 분리된 2개 이상의 용해로, 예컨대 제1 용해로(12)와 제2 용해로(14)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 용해로(12)와 제2 용해로(14)는 각 용해로 내에 포함된 두 부피의 유리 용융물 간에 공통의 벽을 공유하지 않게 배치될 수 있다. 한 실시예에서, 제1 용해로(12)는 앞벽(12a)을 포함할 수 있고, 제2 용해로(14)는 뒷벽(14a)을 포함할 수 있다. 앞벽(12a)은 유리 용융물이 제2 용해로(14)로 이동해 갈 때 빠져나가는 벽으로 볼 수 있다. 뒷벽(14a)은 유리 용융물이 앞벽(12a)을 빠져나간 후에 진입하는 벽으로 볼 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 앞벽(12a)은 뒷벽(14a)으로부터 이격될 수 있고, 또한 비록 추가의 실시예들에서 벽들이 서로 멀리 떨어져 있다 하더라도, 뒷벽(14a)과 마주할 수도 있다. 또한, 앞벽(12a)은 비록 추가의 실시예들에서 뒷벽에 대해 일정 각을 이루거나 그렇지 않으면 특정 방향으로 배향될 수 있지만, 뒷벽(14a)에 대하여 실질적으로 평행인 것으로 보인다. 제1 용해로와 제2 용해로는 유리 용융 공정 조건을 견딜 수 있는 다양한 재료들로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 용해로는 소성 플린트 점토(burned flint clay), 규선석, 지르콘 또는 기타 내화성 재료로 이루어진 비금속성 내화용 블록으로 제조될 수 있다.
예시적인 실시 양태에서, 제2 용해로(14)는 제1 용해로(12)보다 낮은 용융 속도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 용해로(12)에서의 용융 속도는 공급 원료를 용액 상태로 하는데 필요한 최저 용융 속도와 같거나 그 이상의 속도로 선택될 수 있다. 제2 용해로(14)는 제1 용해로(12)의 용융 속도의 약 50% 내지 90%의 용융 속도로 제공될 수 있다. 본원에서, 용융 속도는 표면적을 용해로에서의 유리의 유속으로 나눈 단위, 예를 들어, 1일당 제곱미터를 톤으로 나눈 단위(m2/톤/일)로 표현될 수 있다. 따라서, 주어진 유속에 대해, 필요한 용해로 치수는 쉽게 계산될 수 있다. 한 실시예에서, 제2 용해로(14)의 길이 L2는 제1 용해로(12)의 길이 L1의 약 30% 내지 50%일 수 있다. 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물의 운용 깊이 d2는 용융물의 온도와 용해로 내의 용융물의 체류 시간 모두를 최대화하도록 선택될 수 있으며, 제1 용해로(12) 내의 유리 용융물의 깊이 d1의 약 65% 내지 110%의 범위일 수 있다.
도 1과 2에 추가로 도시된 바와 같이, 장치(10)는 또한 유리 용융물(18)을 제1 용해로(12)에서 제2 용해로(14)로 이송시키기 위한 제1 용해로(12)와 제2 용해로(14)를 연결시키는 연결관(20)을 포함할 수 있다. 상기 연결관(20)은 그 세로축에 실질적으로 수직으로 취한 평면을 따라 원형 단면을 가질 수 있는 원통형 관을 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 연결관은 달걀형, 곡선형, 다각형 또는 기타 다른 단면 형태일 수 있다.
연결관(20)은 유리의 온도 및 화학 특성에 부합되는 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결관(20)은 유리 용융물이 오염되는 것을 최소한으로 하면서 약 1650℃와 같은 높은 온도에서 그 구조적 완전성을 유지하도록 디자인될 수 있다. 또한, 연결관(20)은 이를 통해 흐르는 용융 유리의 온도를 증가시키거나 유지하기 위해 상대적으로 가열이 쉽도록 디자인될 수도 있다. 예를 들어, 연결관(20)은 백금계, 또는 이들의 합금으로부터 선택된 내화성 금속을 포함할 수 있다. 백금계 금속--루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 및 백금--은 화학적 부식에 대한 저항성, 우수한 고온 특성 및 안정한 전기적 특성을 그 특징으로 한다. 내 화성 금속의 다른 예들로서는 몰리브덴과 텅스텐의 합금을 포함할 수 있다.
연결관(20)은 매우 다양한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타난 것과 같이, 연결관(20)은 제1 영역(32)을 한정하는 제1부(30)와 제2 영역(42)을 한정하는 제2부(40)를 포함할 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제1 영역(32)은 제2 용해로(14)의 상류부에 위치하며, 제2 영역(42)은 제1 영역(32)의 하류부에 위치한다. 제1부(30)와 제2부(40)는 합쳐 하나로 이루어지거나 서로 분리될 수 있다. 또한, 도면에 나타낸 바와 같이, 비록 추가의 실시예들에서 전기적으로 연통될 수도 있으나, 제1부(30)는 제2부(40)와 전기적으로 절연될 수 있다. 제1부(30)는 매우 다양한 방법으로 제2부(40)와 전기적으로 절연될 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제1부(30)는 제2부(40)로부터 분리, 이격되어 전기 절연성을 제공할 수 있다. 유리 용융물의 일부는 제1부(30)와 제2부(40) 사이의 영역으로 스며나와 각 전기 접촉부들 사이의 유리 플러그(17)로서 그 영역을 냉동시킬 수 있다. 상기 냉동 유리 플러그(17)는 제1부와 제2부 사이의 공간을 막아 제1부(30)와 제2부(40) 간의 전기적 절연 상태를 유지하면서 연결관 내에 유리 용융물을 담아내는 역할을 할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 용해로(12)의 유리 용융물은 제1 용해로(12) 내의 유리 용융물(18)의 표면 아래로 잠긴 제1 용해로(12)의 앞벽(12a) 개구를 통해 배출되도록 디자인될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 용해로(12)의 유리 용융물은 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물(18)의 표면 아래로 잠긴 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a) 내의 유사한 개구를 통해 진입할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연결 관(20)은 제1 말단(22)과 이의 맞은 편에 있는 제2 말단(24)을 포함할 수 있다. 각 말단(22, 24)에 가까운 연결관(20) 부분은 각 용해로의 내화벽과 인접하거나 그 내부에 배치될 수 있는데, 예를 들어, 연결관(20) 부분은 제1 용해로(12)의 앞벽(12a)과 인접하거나 그 내부에 배치될 수 있고, 연결관(20) 부분은 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a)과 인접하거나 그 내부에 배치될 수 있다. 각 말단(22, 24)은 각 용해로 벽의 너비의 중간 지점 부근에 위치될 수 있고, 각 용해로의 바닥에 근접하여 위치될 수도 있다.
한 실시예에서, 제1 말단(22)은 적어도 부분적으로 제1 용해로(12)의 앞벽(12a) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 말단(22)은 앞벽(12a)을 통해 신장하여 앞벽(12a)의 내부 표면으로부터 제1 용해로(12)의 내부 영역까지 "P1" 거리만큼 돌출될 수 있다. 돌출 거리 "P1"으로 인해 유리 용융물이 연결관(20)의 제1 말단(22)으로 유인됨에 따라서 앞벽(12a)의 내부 표면을 따라서 흐르는 유리 용융물 흐름을 감소시킬 수 있다. 앞벽(12a)의 내부 표면을 따라서 흐르는 유리 용융물 흐름의 감소는 앞벽(12a)의 부식 촉진과 유리 용융물 내에 내화성 결석 또는 덩어리가 증가되는 것을 피할 수 있게 해준다. 마찬가지로, 제2 말단(24)은 적어도 부분적으로 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 제2 말단(24)은 뒷벽(14a)을 통해 신장하여 뒷벽(14a)의 내부 표면으로부터 제2 용해로(14)의 내부 영역까지 "P2" 거리만큼 돌출될 수 있다. 돌출 거리 "P2"로 인해 유리 용융물이 제2 말단(24)으로 배출되어 제2 용해로(14)의 내의 유리 용융물의 표면까지 상승하기 시작함에 따라서 뒷 벽(14a)의 내부 표면을 따라서 흐르는 유리 용융물 흐름을 감소시킬 수 있다. 뒷벽(14a)의 내부 표면을 따라서 흐르는 유리 용융물 흐름의 감소는 뒷벽(14a)의 부식 촉진과 유리 용융물 내에 내화성 결석 또는 덩어리가 증가되는 것을 피할 수 있게 해준다. 돌출 거리 "P1"과 "P2"는 각각 약 0.5 인치 내지 약 1 인치일 수 있으며, 추가의 실시예에서는 다른 돌출 거리도 가능하다.
유리 용융물(18)은 용해로 내에서 가열될 수 있지만, 용해로의 내화성 벽 자체가 직접 가열될 수는 없다. 사실상, 용해로의 벽은 유리 용융물이 제1 용해로(12)의 앞벽(12a)과 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a)을 통과하여 지날 때 이에 대한 열 흡수원으로서 작용할 수 있다. 또한, 대류와 복사는 유리 용융물이 제1 용해로(12)의 앞벽(12a)으로부터 연결관(20)을 통해 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a)으로 통과하여 지나갈 때 현저한 열 손실의 원인이 될 수 있다. 용해로 벽 개구와 용해로 간의 가열되지 않은 연결관을 통과하는 용융 유리는 온도로는 100℃, 아마도 그 이상 만큼의 열을 손실할 수 있다. 제2 용해로(14)에 진입하는 용융물의 온도가 제2 용해로 내에 존재하는 용융물의 온도보다 현저히 더 냉각된 경우에는 잠재적인 문제점을 내포할 수 있다. 예를 들어, 제2 용해로(14)로 진입하는 유리 용융물이 현저히 더 냉각된 경우(예를 들어, 100℃), 제2 용해로(14)에 진입하는 이러한 더 냉각된 유리는 제2 용해로(14)의 바닥으로 가라앉아 용해로 배출구로 곧바로 흐르는 경향이 있을 수 있다. 제2 용해로(14)의 바닥을 가로질러 가는 이러한 단순환은 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물의 체류 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바람직하지 못한 결석과 덩어리들은 더 긴 체류 시간을 갖지 못하여 유리 용융물 내에 서 완전히 용해되지 못한 채 제2 용해로(14)를 떠날 수 있다.
본 발명의 일 측면은 유리 용융물이 제1 용해로(12)를 지나 제2 용해로(14)까지 갈 때의 열 손실을 보상해 줄 수 있는 2개 이상의 가열 장치를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 2개 이상의 가열 장치는 유리 용융물의 온도를 조절할 수 있다는 이점을 제공하면서도 연결관(20)의 과열을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 한 실시예에서, 장치(10)는 연결관(20)의 제1 영역(32) 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제1 가열 장치 및 연결관(20)의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제2 가열 장치를 포함할 수 있다. 이렇게 별도의 가열 장치를 제공하게 되면, 특정 장치 구성에서 단일 가열 기구를 사용하여 나타날 수 있는 연결관 부분의 과열 방지에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 제2 용해로(14)에 진입하는 유리 용융물의 온도를 상승시키기 위해, 단일 가열 장치는 연결관(20)의 중간 부분의 과열을 필요로 할 수 있다. 2개 이상의 가열 장치를 제공함으로써, 유리 용융물이 제1 용해로(12)로부터 제2 용해로(14)까지 이동할 때 이 유리 융용물에 열을 연속적으로 증가시키면서 가할 수 있다.
제1 가열 장치와 제2 가열 장치는 다양한 방법으로 유리 용융물을 가열할 수 있다. 예를 들어, 연결관은 유도, 복사 가열기, 전도 가열기, 대류 가열기 또는 기타 다른 가열 구조 또는 가열 구조들의 조합에 의해 가열될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 가열 장치와 제2 가열 장치 모두는 열 저항성 구조를 포함하나, 하나의 가열 장치 또는 두 가열 장치 모두 다른 가열 구조를 포함할 수 있다. 열 저항성 구조는 연결관(20) 부분을 통해 교류와 같은 전류를 흘려보냄으로써 연결관(20) 부 분을 가열시키도록 디자인될 수 있다. 실제로, 도면에 나타낸 바와 같이, 제1 가열 장치는 각각 연결관(20)의 제1부(30)와 전기적으로 연통이 되게 위치한 제1 전기 접촉부(60a) 및 제2 전기 접촉부(60b)를 포함할 수 있다. 본 출원 전반에 걸쳐 기술된 다양한 전기 접촉부는 다양한 구조들을 포함할 수 있다. 도 2에서 제1 전기 접촉부(60a)에 관하여 기재된 바와 같이, 각 전기 접촉부는 연결관에 부착된 백금 디스크(70)를 포함할 수 있다. 니켈 고리(72)가 상기 백금 디스크(70)에 용접될 수 있는데, 여기서 환상(annular) 유체 통로(74)는 니켈 고리(72)와 백금 디스크(70) 사이를 의미한다. 냉각 유체는 상기 환상 유체 통로(74)를 통해 순환해 접촉부를 냉각시켜 전선이 연결관과 전기적으로 연통이 되도록 할 수 있다.
제1부(30)는 제1 전기 접촉부(60a)와 제2 전기 접촉부(60b) 간의 전기적 통로를 의미한다. 제1 전기 접촉부(60a)는 계전기(80)와 연통하는 제1 전선(61a)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 전기 접촉부(60b)는 계전기(80)와 연통하는 제2 전선(61b)을 포함할 수 있다. 계전기(80)는 전력원(82)을 포함하는 제1 회로를 선택적으로 닫거나 열어놓을 수 있다. 제1 회로가 닫히는 경우, 전력원(82)은 전기를 통하게 하여 전기 접촉부(60a, 60b) 사이에 신장되어 있는 연결관(20)의 제1부(30)를 가열할 수 있게 된다. 따라서, 제1 회로가 닫히게 되면, 제1 가열 장치는 연결관(20)의 제1 영역(32) 내의 유리 용융물을 가열할 수 있다. 다르게는, 계전기(80)는 연결관(20)의 제1부(30)의 가열을 막기 위해 제1 회로를 열어놓을 수 있다.
제1 가열 장치와 유사하게, 제2 가열 장치는 각각 연결관(20)의 제2부(40)와 전기적으로 연통이 되도록 위치한 제3 전기 접촉부(62a) 및 제4 전기 접촉부(62b) 를 포함할 수 있다. 제2부(40)는 제3 전기 접촉부(62a)와 제4 전기 접촉부(62b) 간의 전기적 통로를 의미한다. 제3 전기 접촉부(62a)는 계전기(80)와 연통하는 제3 전선(63a)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제4 전기 접촉부(62b)는 계전기(80)와 연통하는 제4 전선(63b)을 포함할 수 있다. 계전기(80)는 전력원(82)을 포함하는 제2 회로를 선택적으로 닫거나 열어놓을 수 있다. 제2 회로가 닫히는 경우, 전력원(82)은 전기를 통하게 하여 전기 접촉부(62a, 62b) 사이에 신장되어 있는 연결관(20)의 제2부(40)를 가열할 수 있게 된다. 따라서, 제2 회로가 닫히게 되면, 제2 가열 장치는 연결관(20)의 제2 영역(42) 내의 유리 용융물을 가열할 수 있다. 다르게는, 계전기(80)는 연결관(20)의 제2부(40)의 가열을 막기 위해 제2 회로를 열어놓을 수 있다.
한 실시예에서, 하나 이상의 가열 장치에 의해 가해진 열을 자동 조절하기 위해 제어기가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 계전기(80)에 신호를 전송해 제1 회로를 열거나 닫아 제1 가열 장치에 의한 가열을 조절하도록 배치된 컴퓨터(84)를 포함할 수 있다. 덧붙여, 또는 다르게는, 컴퓨터(84)는 계전기(80)에 신호를 전송해 제2 회로를 열거나 닫아 제2 가열 장치에 의한 가열을 조절하도록 배치될 수 있다. 한 실시예에서, 제어기는 측정된 온도를 기초로 하여 하나 이상의 가열 장치에 의해 가해진 열을 자동 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 장치는 제1 온도 게이지(31)가 제공될 수 있으며/있거나 제2 가열 장치는 제2 온도 게이지(41)가 제공될 수 있다. 한 실시예에서, 컴퓨터(84)는 제1 온도 게이지(31)의 온도 피드백을 기초로 하여 제1 회로를 자동으로 열거나 닫을 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터(84)는 제2 온도 게이지(41)의 온도 피드백을 기초로 하여 제2 회로를 자동으로 열거나 닫을 수 있다. 따라서, 제어기는 측정된 온도를 기초로 하여 제1 가열 장치 및/또는 제2 가열 장치를 자동으로 활성화시키거나 불활성화시킬 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 계전기(80)는 제1 회로와 제2 회로의 열림과 닫힘에 의해 작동할 수 있다. 추가의 실시예에서, 제어기는 전기 접촉부를 따라 가해진 전압을 변화시킴으로써 작동할 수 있다. 따라서, 제어기는 측정된 해당 온도를 기초로 하여 가열기에 의해 가해진 열을 계속해서 변화시킬 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 연결관(20)의 제1 말단(22)은, 비록 추가의 실시예들에서 상기 개구와 인접하거나 그 외부에 위치할 수 있지만, 제1 용해로(12)의 앞벽(12a) 개구 내에 위치하여, 실질적으로 말단이 접히지 않은 구조를 포함할 수 있다. 연결관(20)의 제2 말단(24)은 제1 말단(22)에 대해 기술된 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 말단(24)은 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a) 내에 삽입된 직선형 관 부분을 포함할 수 있다. 그러나, 전류의 흐름에 의해 직접 가열되는 연결관(20)을 직선형 관으로서 제1 용해로 또는 제2 용해로 내에 단순히 삽입하는 것만으로는 통로를 만족스럽게 가열할 수는 없다. 실제로, 전류는 용해로의 외부에 위치한 두 연결부 사이의 직선형 관을 통해 흐를 것이다. 하지만, 상기 접촉부들 사이의 일부분의 관만이 가열될 것이다. 따라서, 전류 흐름은 용해로의 벽 내부의 파이프 부분을 통해 일어나지 않을 것이고 그 부분의 관은 가열되지 않을 것이다. 본 발명의 측면에 따르면, 앞벽(12a) 및/또는 뒷벽(14a) 내의 관 부분은 가열될 수 있다. 예를 들어, 하기 기술된 바와 같이, 연결관(20)의 제1 말단(22)은 상류부의 말단이 접힌 구조로 제공될 수 있으며/있거나 연결관(20)의 제2 말단(24)은 하류부의 말단이 접힌 구조로 제공될 수 있다.
도 2는 하류부의 말단이 접힌 구조(44)를 선택적으로 포함하는 연결관(20)의 제2 말단(24)을 도시한다. 한 실시예에서, 하류부의 말단이 접힌 구조(44)는 적어도 부분적으로 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 하류부의 말단이 접힌 구조는 뒷벽(14a)을 통해 신장하여 그 말단이 뒷벽(14a)의 내부 표면으로부터 제2 용해로(14)의 내부 영역까지 "P2" 거리만큼 돌출될 수 있다. 말단이 접힌 구조를 제공함으로써, 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a) 내에 위치한 말단이 접힌 구조의 가열을 허용할 수 있으면서도, 전기 접촉부의 위치를 제2 용해로(14)의 외부로 할 수 있게 된다. 실제로, 도면에 나타낸 바와 같이, 제3 전기 접촉부(62a)는 말단이 접힌 구조(44)의 제1부(46)의 말단에 위치할 수 있는 한편, 제4 전기 접촉부(62b)는 말단이 접힌 구조(44)의 제2부(47)의 말단에 위치할 수 있다. 제1부(46)와 제2부(47)는 말단부(48)에 의해 결합될 수 있다. 전류는 제3 전기 접촉부(62a)로부터 제1부(46)를 통해 제2 용해로(14)의 뒷벽(14a)으로 흐를 수 있다. 이후, 전류는 말단부(48)를 통과한 후 뒷벽(14a)의 밖으로 되돌아 나와 제2부(47)를 통과함으로써 방향을 바꿀 수 있게 된다. 따라서, 연결관(20)의 제2 영역(42)은 적어도 부분적으로 뒷벽(14a) 내부에서 가열될 수 있는 한편, 제3 전기 접촉부와 제4 전기 접촉부(62a, 62b)는 뒷벽(14a)의 외부에 위치함을 이해할 수 있다.
추가로 도시된 바와 같이, 하류부의 말단이 접힌 구조(44)는 갭을 만들 수 있다. 상기 갭은 말단이 접힌 구조(44)의 제1부(46)와 뒷벽(14a) 간에 절연 장벽을 제공할 수 있다. 실제로, 도면에 나타낸 바와 같이, 제1부(46)는 제2부(47)로부터 이격되어 그 사이에 갭을 형성할 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 내화성 재료(45)가 적어도 부분적으로 갭 내에 위치할 수 있다. 상기 내화성 재료(45)는 추가의 절연 수단을 제공할 수 있으며, 또한 스페이서로서 작용하여 제1부(46)와 제2부(47) 사이에 상대적 지지체를 제공할 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 하류부의 말단이 접힌 구조의 예시적 구조는 제1부(46)가 제2부(47)에 대해 같은 중심축을 갖도록 뒤집어서 그 자체에 포개지는 관의 말단 부분을 포함할 수 있다.
제2 용해로(14)에 진입하는 용융 유리의 온도는 제1 용해로(12)를 떠나는 유리 용융물의 온도보다 더욱 중요할 수 있다. 따라서, 도 2에 나타난 바와 같이, 제2 말단(24)만이 말단이 접힌 구조를 포함하는 구성으로 제공될 수 있다. 다르게는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연결관(120)의 제1 말단(122)과 제2 말단(124) 모두가 말단이 접힌 구조를 포함할 수 있다. 실제로, 제1 말단(122)은 적어도 부분적으로 앞벽(12a) 내에 위치한 상류부의 말단이 접힌 구조(54)를 포함하는 한편, 제2 말단(124)은 적어도 부분적으로 뒷벽(14a) 내에 위치한 하류부의 말단이 접힌 구조(44)를 포함한다. 예를 들어, 상류부의 말단이 접힌 구조(54)는 앞벽(12a)을 통해 신장하여 그 말단이 앞벽(12a)의 내부 표면으로부터 제1 용해로(12)의 내부 영역까지 "P1" 거리만큼 돌출될 수 있다. 덧붙여, 또는 다르게는, 하류부의 말단이 접힌 구조(44)는 뒷벽(14a)을 통해 신장하여 그 말단이 뒷벽(14a)의 내부 표면으로부터 제2 용해로(14)의 내부 영역까지 "P2" 거리만큼 돌출될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 돌출 거리 "P1"과 "P2"는 각각 앞벽(12a)과 뒷벽(14a)의 내부 표면을 따라 흐르는 유리 용융 흐름을 감소시킬 수 있다. 내부 표면을 따라 유리 용융물의 흐름을 감소시키게 되면, 각 벽들의 부식 촉진과 유리 용융물 내에 내화성 결석 또는 덩어리가 증가되는 것을 피할 수 있게 된다. 돌출 거리 "P1"과 "P2"는 각각 약 0.5 인치 내지 약 1 인치일 수 있으며, 추가의 실시예에서는 다른 돌출 거리도 가능하다.
상류부의 말단이 접힌 구조(54)는 연결관(120) 제1부(30)의 일부일 수 있다. 다르게는, 도면에 나타낸 바와 같이, 연결관(120)은 제3 영역(52)을 한정하는 제3부(50)를 포함할 수 있으며, 여기서 제3부(50)는 상류부의 말단이 접힌 구조(54)를 포함한다. 제3부(50)와 제1부(30)는 합쳐 하나로 이루어지거나 서로 분리될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 바와 같이, 비록 제1부와 제2부가 추가의 실시예들에서 전기적으로 연통될 수도 있으나, 제3부(50)는 제1부(30)와 전기적으로 절연될 수 있다. 제3부(50)는 매우 다양한 방법으로 제1부(30)와 전기적으로 절연시킬 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제3부(50)는 제1부(30)로부터 분리, 이격되어 전기 절연성을 제공할 수 있다. 유리 용융물의 일부가 제3부(50)와 제1부(30) 사이의 영역으로 스며나와 각 전기 접촉부들 사이를 냉동시키기게 되면, 제3부(50)와 제1부(30) 간의 전기적 절연 상태를 유지하면서 연결관 내에 유리 용융물을 담아낼 수 있게 된다.
상류부의 말단이 접힌 구조(54)가 제공된다면, 이는 하류부의 말단이 접힌 구조(44)와 근본적으로 거울상이어서, 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 장치(110)는 연결관(120)의 제1 영역(32) 상류부에 위치 한 연결관(120)의 제3 영역(52) 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제3 가열 장치를 포함할 수 있다. 제3 가열 장치는 각각 연결관(120)의 제3부(50)와 전기적으로 연통이 되도록 위치된 제5 전기 접촉부(64a)와 제6 전기 접촉부(64b)를 포함할 수 있다. 제3부(50)는 제5 전기 접촉부(64a)와 제6 전기 접촉부(64b) 간의 전기적 통로를 의미한다. 제5 전기 접촉부(64a)는 계전기(80)와 연통하는 제5 전선(65a)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제6 전기 접촉부(64b)는 계전기(80)와 연통하는 제6 전선(65b)을 포함할 수 있다. 계전기(80)는 전력원(82)을 포함하는 제3 회로를 선택적으로 닫거나 열어놓을 수 있다. 제3 회로가 닫히는 경우, 전력원(82)은 전기를 통하게 하여 전기 접촉부(64a, 64b) 사이에 신장되어 있는 연결관(120)의 제3부(50)를 가열할 수 있게 된다. 따라서, 제3 회로가 닫히게 되면, 제3 가열 장치는 연결관(120)의 제3 영역(52) 내의 유리 용융물을 가열할 수 있다. 다르게는, 계전기(80)는 연결관(120)의 제3부(50)의 가열을 막기 위해 제3 회로를 열어놓을 수 있다.
한 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 가열 장치에 의해 가해진 열을 자동 조절하하기 위해 제어기가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 도 2에서 도시된 장치(10)와 관련하여 기술된 바와 같이 제1 및 제2 가열 장치를 자동 조절할 수 있다. 마찬가지로, 제어기는 도 3에 나타난 제3 가열 장치에 의해 가해진 열을 자동 조절할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(84)는 계전기(80)에 신호를 전송해 제3 회로를 열거나 닫음으로 해서 제3 가열 장치에 의한 가열을 조절할 수 있다. 한 실시예에서, 제3 가열 장치는 제3 온도 게이지(51)가 제공될 수 있으며, 컴퓨터(84)는 제3 온도 게이지(51)의 온도 피드백을 기초로 하여 자동으로 제3 회로를 열거나 닫을 수 있다. 따라서, 계전기(80)는 제3 회로의 열림과 닫힘에 의해 작동할 수 있다. 추가의 실시예에서, 제어기는 전기 접촉부를 따라 가해진 전압을 변화시킴으로써 작동할 수 있다. 따라서, 제어기는 측정된 해당 온도를 기초로 하여 가열기에 의해 가해진 열을 계속해서 변화시킬 수 있다.
이제, 본 발명의 측면에 따른 유리의 제조 방법의 예를 기술한다. 유리의 제조 방법은 제1 용해로(12)에 유리 용융물(18)을 제공하는 단계를 포함한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 유리 공급 원료가 화살표(15)에 표시된 바와 같이 제1 용해로(12)로 공급된다. 상기 공급 원료는 유리 형성 성분들을 함께 혼합하여 주입량을 분할해 제1 용해로(12) 내로 도입하는 회분식 공정에 의해 제1 용해로(12)로 도입될 수 있거나, 또는 공급 원료는 연속적으로 혼합되어 제1 유리 용융물 내로 도입될 수 있다. 화살표(15)로 표시된 바와 같이, 상기 공급 원료는 회분식 공정의 경우에는 푸쉬 바아(push bar) 또는 스쿠프(scoop)를 사용하여 용해로 구조 내의 개구 또는 포트를 통해 도입될 수 있으며, 연속 공급 용융로의 경우에는 스크류 또는 오거(auger)가 사용될 수 있다. 공급 원료 성분들의 함량과 유형은 유리 "제조법(recipe)"에 포함된다. 회분식 공정은 수 톤 이하까지의 용적을 갖는 용해로와 같은 소량의 유리에 대해 사용될수 있는 반면, 대량의 상업적인 연속 공급 용해로는 1,500 톤 초과량의 유리를 담아, 하루에 수백 톤의 유리를 출하시킬 수 있다.
공급 원료는 하나 이상의 버너로부터 그 원료 위로 분출되는 연료-공기(또는 연료-산소) 화염에 의해, 통상 용융로 내부 벽 내에 장착된 전극들 간을 흐르는 전 류에 의해, 또는 이들 모두에 의하여 제1 용해로(12) 내에서 가열될 수 있다. 내화성 블록으로도 제조되는 벽 외부의 크라운 구조(crown structure)는 용해로를 피복할 수 있으며, 연소-가열로에서는, 연소 연료를 위한 공간을 제공할 수 있다.
일부 공정에서는, 공급 원료는 연료-공기 화염에 의해 먼저 가열될 수 있고, 그 결과 공급 원료는 용융되기 시작해 공급 원료의 저항도는 감소한다. 이후, 전류가 공급 원료/용융 혼합물을 통해 흘러 가열 및 용융 공정을 완료하게 된다. 가열 도중에, 공급 원료의 반응으로 인하여 유리 용융물 내에 흔히 기포(blister) 또는 씨드(seed)라고 지칭되는 함유물을 형성하는 여러 가지 기체가 방출된다. 씨드는 또한 공급 원료의 입자 간의 내부 공간에 포집된 공기의 결과로서 형성되거나, 용융물 내로 내화성 블록 자체가 분해되어 들어감에 의해 형성될 수 있다. 씨드를 구성할 수 있는 기체로서는, 예를 들어, O2, CO2, CO, SO2, Ar, N2 및 NO 중 임의의 한 기체 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 씨드가 제거되지 않으면, 유리 제조 공정 내내, 심각하게는 최종 유리 생성물 내에도 씨드가 존재할 수 있다. 기체 함유물의 제거는 청징(fining)이라고 일컫는다. 고체 함유물도 불완전한 용융 및 해리가 발생하게 되면, 예컨대, 용융물이 용융 중에 적절한 온도에서 충분한 시간 동안 체류하지 못하게 되면, 최종 생성물 내로 들어가게 된다. 용융물에 포함될 수 있는 고체 함유물은 용융되지 않은 공급 원료(결석) 및 충분히 용융되지 못하여 나머지 용융물와 균질한 상태로 있지 못해 벌크 용융물과는 다른 굴절율을 갖는 소량의 유리 용융물(덩어리)이다.
용융 도중에, 발포층(16)이 용융물의 표면 상에 형성될 수 있다. 이는 무알칼리 알루미노-실리케이트 유리의 경우에 특히 그러하다. 이론에 구속되고자 하지 않는다면, 발포 덩어리는 알루미나와 실리카의 성층(成層, stratification)의 정도에 기인하는 것으로 보이는데, 점도가 더 있으면서 밀도가 덜한 실리카가 풍부한 유리는 점도가 덜하지만 무거운 알루미나가 풍부한 유리 위로 부유하게 된다. 용융물 위로 상승하는 씨드는 점도성 실리카가 풍부한 유리 안에 포집되어, 용융물 상부에 발포층을 형성하게 된다. 이러한 발포 덩어리는 공급 원재료 및 용융 공정의 부산물도 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 방법은 유리 용융물(18)을 제1 용해로(12)로부터 연결관(20)을 통해 제2 용해로(14)로 흘려보내는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 유리 용융물은 제1 경로(18a)를 따라 제2 용해로(14)의 상류부에 위치한 연결관(20)의 제1 영역(32)을 통해 흐른다. 이후, 유리 용융물은 제1 경로(18a)를 따라서 제1 영역(32)의 하류부에 위치한 연결관(20)의 제2 영역(42)을 통해 계속 흐르게 된다. 상기 방법은 제1 가열 장치로 제1 영역(32) 내에 유리 용융물을 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 제1 가열 장치는 유리 용융물이 제1 용해로(12) 내에서 유지되는 온도와 실질적으로 동일한 온도로 유리 용융물을 유지시키는 작용을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 장치는 제1 영역(32)의 유리 용융물을 약 1570℃ 내지 약 1620℃, 예컨대 약 1600℃ 내지 약 1620℃의 온도 범위 내로 유지하도록 배치될 수 있다.
상기 방법은 제2 영역(42) 내의 유리 용융물을 제2 가열 장치로 가열하는 단 계를 추가로 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 제2 가열 장치도 유리 용융물이 제1 용해로 내에서 유지되는 온도와 실질적으로 동일한 온도로 유리 용융물을 유지시키는 작용을 할 수 있다. 예를 들어, 제2 가열 장치는 제2 영역(42)의 유리 용융물을 약 1570℃ 내지 약 1620℃, 예컨대 약 1600℃ 내지 약 1620℃의 온도 범위 내로 유지하도록 배치될 수 있다. 제2 가열 장치는 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물의 평균 온도보다 약 20℃ 높은 온도에서 유리 용융물을 제2 용해로(14) 내로 도입하도록 디자인될 수 있다. 제2 용해로(14)로 진입하는 유리 용융물의 상대적으로 높은 온도는 회전 패턴(19)을 야기할 수 있다. 실제로, 제2 용해로(14)로 진입하는 유리 용융물은 그의 표면으로 상승하려는 경향이 있는데, 이로써 유리 기포(13)가 유리 용융물(18)의 표면에서 방출되어 청징이 보다 쉽게 일어난다. 유리 용융물이 냉각됨에 따라, 이는 다시 하강하여 흐르고 유리 용융물의 일부는 제2 용해로(14)를 통해 다시 재순환하는 회전 패턴(19)을 따라 이동하기 때문에 뒷벽(14a)으로 이끌려 되돌아온다. 따라서, 제2 용해로(14)로 진입하는 상대적으로 뜨거운 유리 용융물은 유리 용융물(18)을 순환시켜 제2 용해로(14) 내에서 체류 시간을 늘리는데 도움을 줄 수 있고, 또한 유리 용융물이 그 표면까지 흘러감에 의해서 청징 공정에도 도움을 줄 수 있다.
편의상, 대기 내에 이미 결정된 수소의 부분압을 제공하기 위해, 제1 용해로와 제2 용해로(12, 14) 사이의 연결관(20) 주위 대기도 조절될 수 있다. 예를 들어, 2005년 4월 27일 출원된 미국 특허 출원 공보 제2006/0242996호에 개시된 바와 같이, 연결관(20) 외부 및 이와 접촉하고 있는 수소의 부분압은 내화성 금속 용기 내에서 용융 유리의 기체 함유물의 제거를 조절하는데 사용될 수 있다. 이러한 조절은 용기를 둘러싸는 포위물로 용기를 둘러쌈으로써 용이하게 되며, 이러한 용기를 둘러싸는 포위물은 또한 내화성 금속 용기와 접촉된 대기도 둘러싸고 있다. 유리가 제1 용해로(12)의 앞벽(12a)을 통해 나올 때 이를 냉각시키는 방법은 산소를 가지고 있는 유리 내에 다가의 청징제(들)을 재첨가하는 경우에 사용될 수 있다. 이후, 용해로 벽 외부의 연결관(20)과 접촉하고 있는 대기의 수소 부분압을 낮춤으로써, 연결관(20)을 통하고 있는 유리 용융물과 이곳을 나온 유리 용융물의 수소 침투가 촉진되어, 연결관을 통과하는 용융 유리 내에 산소 및 격심한 기포의 방출을 유도할 수 있다. 이러한 대량의 산소 방출은 용융물 내의 씨드의 유착에 도움을 줄 수 있다. 제2 용해로(14) 내부의 초기 청징 단계 및 제2 용해로(14)의 하류부에 있으며 이와 유체 연통인 청징 용기(11) 내에서와 같은 이후의 청징 단계를 향상시키기 위해 청징제를 재첨가하는 법을 이용할 수 있다. 연결관(20)과 접촉하고 있는 대기의 수소 부분압은 예를 들어, 연결관(20)과 접촉하고 있는 대기의 유효한 이슬점을 제어함으로써 조절될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 용해로(12) 내의 용융물의 표면과는 달리, 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물의 표면은 발포, 미립자 및 본원에 기술된 기타 오염원들이 실질적으로 없다. 제2 용해로(14) 내의 용융물의 무발포 표면은 용융물의 표면 위에 위치한 연소 버너(도시하지 않음)의 우수한 열적 효율성을 제공할 수 있다. 제1 용해로(12) 내에 존재하는 발포층(16)은 연소 버너에서 발생된 열로부터 유리 용융물을 단열하는 작용을 한다. 결과적으로 제1 용해로(12)에서 용융을 위해 발생 시킨 열의 약 75%는 전류에 의한 줄 열에 기인한 것이며, 약 25%는 유리 용융물(18) 위의 연료-산소 버너로부터 발생한 것이다. 전기 용융법은 에너지 효율적이나, 전극 부근에 측벽 상의 군데군데의 온도가 매우 높아질 수가 있어서 내화물 수명이 통상 원래 연소 용융의 경우보다 전기 용융의 경우에 보다 짧아진다. 한편, 제2 용해로(14) 내의 유리 용융물(18)의 실질적으로 무발포인 표면은 전기 줄 열에 의한 것보다 연료-산소 버너에 의해서 용융물에 현저한 양의 열을 줄 수 있게 해준다.
상기 기술된 본 발명의 실시 양태, 특히 "바람직한" 실시 양태로 나타낸 것들은 실행가능한 예들일 뿐이고, 이는 단지 본 발명의 원리의 명확한 이해를 위해 기재한 것임을 강조한다. 본 발명의 개념과 원리에서 실질적으로 벗어나지 않으면서 상기 기술한 본 발명의 실시 양태에 다양한 변화와 변형을 가할 수 있다. 이러한 모든 변형과 변화는 본 발명과 본 개시의 범위 내에서 본원에 포함되는 것이며, 이는 하기 특허청구범위에 의해 그 권리가 보호된다.
본 발명의 상기 기술한 특징 및 기타 특징들, 측면들 및 장점들은 상기 본 발명의 상세한 설명을 아래에 첨부하는 도면을 참고로 읽으면 더욱 잘 이해가 될 것이다:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 양태에 따른 장치의 단면을 나타낸 개략도이고;
도 2는 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 예시적인 연결관을 도시하는 도 1의 장치의 확대도이며;
도 3은 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 또 다른 예시적인 연결관을 포함하는 또 다른 실시 양태를 나타내는 장치의 확대도이다.

Claims (10)

  1. 제1 용해로에 유리 용융물을 제공하는 단계;
    상기 유리 용융물을 제1 용해로로부터 연결관을 통해 제2 용해로로 흘려보내는 단계;
    제1 영역 내의 유리 용융물을 제1 가열 장치로 가열하는 단계; 및
    제2 영역 내의 유리 용융물을 제2 가열 장치로 가열하는 단계
    를 포함하며, 상기 유리 용융물은 제2 용해로의 상류부에 위치한 연결관의 제1부에 의해 한정되는 제1 영역과 상기 제1 영역의 하류부에 위치한 연결관의 제2부에 의해 한정되는 제2 영역을 통해 흐르며, 제1부는 제2부로부터 분리 및 이격되어 제1부가 제2부와 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 가열 장치는 연결관의 제1부를 통해 전류를 흘려보냄으로써 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열시키고, 제2 가열 장치는 연결관의 제2부를 통해 전류를 흘려보냄으로써 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열시키는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 연결관의 제2부는 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽에 위치한, 하류부의 말단이 접힌 구조(downstream folded end structure)를 포함하며, 전류는 이러한 하류부의 말단이 접힌 구조를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽 내에 위치한, 하류부의 말단이 접힌 구조를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 제1 용해로의 앞벽 내에 위치한, 상류부의 말단이 접힌 구조(upstream folded end structure)를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  6. 제1 용해로;
    제2 용해로;
    유리 용융물을 제1 용해로로부터 제2 용해로로 운송하기 위한 제1 용해로와 제2 용해로를 연결하는 연결관;
    상기 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제1 가열 장치; 및
    상기 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 제2 가열 장치
    를 포함하며, 상기 연결관은 제1 영역을 한정하는 제1부와 제2 영역을 한정하는 제2부를 포함하고, 상기 제1 영역은 제2 용해로의 상류부에 위치하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 하류부에 위치되고, 제1부는 제2부로부터 분리 및 이격되어 제1부가 제2부와 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연결관은 하류부의 말단이 접힌 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 적어도 부분적으로 제2 용해로의 뒷벽 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하류부의 말단이 접힌 구조는 제2 용해로의 뒷벽을 통해 신장되어 그 말단이 뒷벽 내부 표면으로부터 제2 용해로의 내부 영역으로 돌출된 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 가열 장치는 상기 제1부를 통해 전류를 흘려보내 연결관의 제1 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치되며, 제2 가열 장치는 상기 제2부를 통해 전류를 흘려보내 연결관의 제2 영역 내의 유리 용융물을 가열하기 위해 배치된 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
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