KR101758390B1 - 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 비산 입자가 노벽, 연도에 부착되는 것에서 기인되는 용융 유리의 품질 저하를 억제할 수 있는 용융 유리의 제조 장치, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 산소 연소 버너 (22) 에 의한 유리 원료 입자 (36, 36…) 의 투입·용융 동작과 함께 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 유리 컬릿편 (20, 20…) 을 투하하고, 화염 (34) 을 중심으로 하는 대략 원통상의 유리 컬릿의 흐름에 의한 포위 형태를 형성한다. 즉, 산소 연소 버너 (22) 에 의해 형성되는 화염 (34) 을 포위하도록, 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 유리 컬릿편 (20, 20…) 을 낙하시키고, 화염 (34) 으로부터 노벽 (40) 을 구획한다. 그리고, 화염 (34) 으로부터 산일하고자 하는 입자 (44, 44…) 를, 투하 중인 유리 컬릿편 (20, 20…) 의 표면에 부착시켜 포집하고, 용융조 (12) 의 유리 융액 (G) 에 낙하시킨다.

Description

유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법 {GLASS MELTING FURNACE, PROCESS FOR PRODUCING MOLTEN GLASS, APPARATUS FOR MANUFACTURING GLASS PRODUCTS, AND PROCESS FOR MANUFACTURING GLASS PRODUCTS}
본 발명은, 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자로부터 액상의 유리 입자를 형성하여 용융 유리를 제조하는 유리 용융로, 당해 유리 용융로에 의한 용융 유리의 제조 방법, 당해 용융로를 구비한 유리 제품의 제조 장치, 및 상기 제조 방법을 사용한 유리 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1, 2 에는, 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 용융하고 집적하여 용융 유리를 제조하는 유리 용융로로서, 유리 용융로의 천정부에 유리 원료 입자 투입부와 유리 원료 입자를 용융하기 위한 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단을 구비한 유리 용융로가 개시되어 있다.
이 유리 용융로는, 유리 원료 입자 투입부로부터 노 내에 투입한 유리 원료 입자를, 가열 수단에 의해 가열된 고온의 기상 분위기 중에서 용융하여 액상 유리 입자로 하고, 액상 유리 입자를 유리 용융로 저부에 집적시켜 유리 융액을 형성하고, 유리 융액을 유리 용융로 저부에 일시 저류하여 배출하는 장치이다. 또한, 이러한 용융 유리의 제법은 유리의 기중 (氣中) 용융법으로서 알려져 있다. 이 기중 용융법에 의하면, 종래의 시멘스 가마에 의한 용융법과 비교하여, 유리 용융 공정의 소비 에너지를 1/3 정도까지 저감시킬 수 있음과 함께 단시간에 용융이 가능해지고, 용융로의 소형화, 축열실의 생략, 품질의 향상, CO2 의 삭감, 유리 품종의 변경 시간의 단축화를 도모할 수 있다고 알려져 있다. 이러한 유리의 기중 용융법은, 에너지 절약 기술로서 주목받고 있다.
그런데, 유리 원료 입자 투입부에서 투입되는 유리 원료 입자는, 입경이 1 ㎜ 이하로 조립 (造粒) 된 것이 일반적으로 사용된다. 유리 용융로에 투입된 유리 원료 입자는, 고온의 기상 분위기 중을 하강 (비상) 하는 동안에 그 한 알 한 알이 용융되어 액상 유리 입자가 되고, 액상 유리 입자는 하방으로 낙하하여 유리 용융로 저부에 집적하고, 유리 융액을 형성한다. 이 유리 원료 입자로부터 생성되는 액상 유리 입자는, 유리 액적이라고도 표현되는 것이다. 고온의 기상 분위기 중에서 단시간에 유리 원료 입자로부터 액상 유리 입자를 생성시키기 위해서는, 유리 원료 입자의 입경은 상기와 같이 작은 것일 필요가 있다. 또한, 통상의 경우, 개개의 유리 원료 입자로부터 생기는 개개의 액상 유리 입자는 거의 동일한 유리 조성을 갖는 입자일 필요가 있다.
유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 될 때 발생하는 분해 가스 성분은, 유리 원료 입자와 액상 유리 입자가 모두 작은 입자이므로, 생성되는 액상 유리 입자의 내부에 가둬지지 않고 그 대부분이 액상 유리 입자 외부로 방출된다. 이 때문에, 액상 유리 입자가 집적한 유리 융액 중에 기포가 발생할 우려는 적다.
한편, 각 유리 원료 입자는, 구성 원료 성분이 거의 균일한 입자이고, 그로부터 발생하는 각 액상 유리 입자의 유리 조성도 서로 균일하다. 액상 유리 입자 사이의 유리 조성의 상이가 적으므로, 다수의 액상 유리 입자가 퇴적하여 형성되는 유리 융액 내에, 유리 조성이 상이한 부분이 발생할 우려는 적다. 이 때문에, 종래의 유리 용융로에 필요시되고 있던 유리 융액의 유리 조성을 균질화하기 위한 균질화 수단이, 기중 용융법에서는 거의 필요시되지 않는다. 가령 소수의 액상 유리 입자가 다른 대부분의 액상 유리 입자와 유리 조성이 상이한 경우가 발생했다고 해도, 액상 유리 입자는 입경이 작은 입자이므로, 유리 조성이 상이한 소수의 액상 유리 입자로부터 발생한, 유리 융액 중의 유리 조성의 이질 영역은 작고, 이 이질 영역은 단시간에 용이하게 균질화되어 소실된다. 이와 같이, 기중 용융법에서는 유리 융액의 균질화에 필요로 하는 열 에너지를 저감시키고, 균질화에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다.
특허문헌 1 의 유리 용융로는, 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단으로서, 복수 개의 아크 전극, 및/또는 산소 연소 노즐을 구비하고 있고, 복수의 아크 전극이 형성하는 열 플라즈마 아크, 및/또는 산소 연소 노즐에 의한 산소 연소염 (플레임) 에 의해 노 내에 약 1600 ℃ 이상의 고온 기상 분위기가 형성되어 있다. 이 고온 기상 분위기 중에 유리 원료 입자를 투입함으로써, 고온 기상 분위기 내에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 변화시킨다. 또한, 특허문헌 1 에 있어서 사용되고 있는 유리 원료 입자로는, 단시간에 액상 유리 입자로 변화시킬 수 있고, 발생 가스의 방산이 용이한 관점에서, 입경이 0.5 ㎜ (중량 평균) 이하인 것이 사용되고 있다. 또한, 유리 원료 입자의 미분화에 의한 비용 상승과, 생성되는 액상 유리 입자 사이의 유리 조성 변동의 저감의 관점에서, 입경이 0.01 ㎜ (중량 평균) 이상인 것이 사용되고 있다.
한편, 특허문헌 2 의 유리 용융로는, 가열 수단으로서, 유리 용융로의 천정벽에 하방향으로 장착된 산소 버너를 구비하고 있다. 이 산소 버너에는, 산소 농도 90 용량% 이상의 지연 (支燃) 가스와 유리 원료가 공급되도록, 가스 공급계와 원료 공급계가 접속되어 있다. 따라서, 이 유리 용융로에 의하면, 산소 버너를 연소시켜 하방향에 화염을 형성함과 함께, 산소 버너로부터 유리 원료 입자를 그 화염 중에 하방향에서 공급하고, 화염 중에서 액상 유리 입자를 생성시키고, 생성된 액상 유리 입자를 화염 직하의 노저부 (爐底部) 에 집적시켜 유리 융액을 형성시키고 있다.
특허문헌 1, 2 의 유리 용융로에 의해 제조된 약 1600 ℃ 의 용융 유리는, 유리 용융로로부터 온도 조정조 또는 청징조에 공급되고, 여기서 성형 가능한 온도 (소다라임 유리에서는 약 1000 ℃ 정도) 까지 냉각된다. 그리고, 이 용융 유리는, 플로트 버스, 퓨전 성형기, 롤 아웃 성형기, 블로우 성형기, 프레스 성형기 등의 유리 제품의 성형 수단에 공급되고, 여기서 각종 형상의 유리 제품으로 성형된다. 그리고, 성형된 유리 제품은, 서랭 수단에 의해 대략 실온까지 냉각되고, 그 후, 필요에 따라 절단 수단에 의한 절단 공정, 및/또는 그 밖의 후공정을 거친 후, 원하는 유리 제품으로 제조된다.
일본 공개특허공보 2007-297239호 일본 공개특허공보 2008-120609호
그러나, 특허문헌 1, 2 에 개시된 용융 유리의 제조 설비에서는, 입자의 비산 문제가 있었다. 예를 들어, 상기 특허문헌 2 에 기재되어 있는 산소 버너에 의한 화염 중에 공급된 유리 원료 입자는, 화염에 반송되어 고속으로 이동하면서 용융되어 액상 유리 입자가 된다. 그 때, 대부분의 입자의 이동 방향으로부터 일탈하여 노저 방향을 향하지 않는 입자, 즉 부유하는 입자도 발생한다. 이 때문에, 유리 원료 입자가 용융된 액상 유리 입자나 유리 원료 입자로부터 액상 유리 입자에 이르는 도중의 입자의 일부가 부유 입자가 되어, 액상 유리 입자를 생성시키는 고온의 기상부로부터 비산되고, 유리 융액면에 도달하지 않고, 배기 가스류에 반송되어, 노벽에 부착하는, 배기구로부터 연도 (煙道) 에 진입하여 연도에 부착된다는 문제가 발생한다. 또, 비산되는 액상 유리 입자나 표면이 액상 유리로 되어 있는 입자는, 비산 도중에 고화된 입자가 되는 경우도 있다. 또한, 유리 원료 입자가 비산되는 경우도 있다. 이하, 이들 유리 원료 입자에서 유래되는, 유리 융액면에 도달하지 않고 고온의 기상부로부터 비산되는 입자를 비산 입자라고 한다.
노 내 벽면 등에 대한 비산 입자의 부착에 의해, 노벽의 노재, 연도의 벽재가 비산 입자의 재료에 의해 화학적으로 침식되고, 침식시의 반응 생성물이 노 내의 유리 융액에 낙하하여 용융 유리의 품질을 저하시킴과 함께, 노벽의 노재, 연도의 벽재의 침식을 진행시킬 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 유리 입자를 노저부에 집적하여 유리 융액으로 하는, 용융 유리의 제조 방법에 있어서, 상기 비산 입자에서 기인되는 용융 유리의 품질 저하나 유리 용융로 내벽 등의 침식을 억제할 수 있는 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적하여 유리 융액으로 하고, 그 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하방향으로 설치된 유리 원료 입자 투입부, 상기 유리 용융로 내의 유리 원료 입자 투입부 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 가열 수단,
상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하방향으로 설치됨과 함께 상기 유리 원료 입자 투입부와 상기 가열 수단을 포위하도록 소정의 간격을 가지고 형성되고, 유리 컬릿편을 투입하는 복수의 유리 컬릿편 투입부, 상기 액상 유리 입자를 집적하여 유리 융액을 형성하는 노저부, 및 상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 유리 용융로를 사용하고, 유리 원료 입자 투입부에서 투입된 유리 원료 입자에서 유래되는 입자의 일부 (부유하는 입자) 를, 복수의 컬릿편 투입부에서 투입된 유리 컬릿편에 부착시켜, 상기 입자가 상기 기상부로부터 산일 (散逸) 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적하여 유리 융액으로 하는 용융 유리의 제조 방법으로서, 상기 유리 원료 입자를, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하방향 공급하고, 가열 수단에 의해 형성된 기상부를 통과시켜 액상 유리 입자로 하고, 유리 컬릿편을, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하방향 공급하고, 유리 컬릿편의 낙하의 흐름이 상기 유리 원료 입자가 통과하는 영역을 포위하도록 낙하시키고, 상기 액상 유리 입자와 상기 유리 컬릿편을 노저부에 집적하여 유리 융액으로 하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 가열 수단에 의해 형성되는 화염이나 열 플라즈마 아크 등으로 이루어지는 고온의 기상부 (유리 원료 입자가 통과하여 액상 유리 입자가 되는 영역) 를 포위하도록, 복수의 유리 컬릿편 투입부로부터 유리 컬릿을 통형상의 흐름이 되도록 낙하시키고, 고온의 기상부로부터 노벽을 통형상의 유리 컬릿편의 흐름으로 구획함과 함께, 고온의 기상부로부터 산일하고자 하는 입자를, 낙하 중인 유리 컬릿편의 표면에 부착시켜 포집하여 낙하시킨다. 이것에 의해, 상기 기상부로부터 산일된 입자 (즉, 비산 입자) 의 발생이 억제되기 때문에, 노벽, 연도에 부착되는 비산 입자의 부착량이 격감되고, 따라서, 비산 입자가 노벽, 연도에 부착되는 것에서 기인되는 용융 유리의 품질 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 가열 수단에 의해 형성되는 화염이나 플라즈마 아크에 의해 유리 컬릿편의 예열 및 하강류에 의한 화염의 안정화를 도모할 수 있음과 함께, 배기 가스열을 이용하여 유리 컬릿편을 용해할 수도 있다.
또, 유리 원료 입자의 기중 용융은, 유리 원료 입자 투입부와 기상부를 형성하는 가열 수단에 의해 실시한다. 즉, 유리 용융로의 상부의 노벽부에 하방향으로 설치된 유리 원료 입자 투입부에서 유리 원료 입자를 노 내에 투입하고, 투입된 유리 원료 입자를 가열 수단에 의해 형성된 고온의 기상부 중을 통과시켜 가열하여 용융하고, 액상의 유리 입자로 한다. 액상 유리 입자는 노저에 집적되고, 유리 융액이 되어 일시 저류되고, 유리 용융로의 하류측의 배출부에서 용융 유리가 배출된다. 또, 유리 용융로의 상부의 노벽부란, 유리 용융로의 천정부 및 천정부의 내벽으로부터 1 m 이내의 측벽의 범위를 말하는 것으로 한다.
유리 컬릿편 투입부는, 소정의 사이즈의 유리 컬릿편을 노 외로부터 노벽을 관통하여 노 내에 도입할 수 있는 통로를 갖는다. 상기 유리 용융로에 있어서, 기상부란, 상기 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 노 내 기상 분위기 부분을 말한다. 즉, 기상부란 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 영역이다.
또한, 본 발명은, 상기 기상부를 형성하기 위한 가열 수단은, 산소 연소염을 발생시키는 산소 연소 버너 및 열 플라즈마를 발생시키는 한 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라즈마 발생 장치 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 산소 연소 버너에 의한 산소 연소염의 경우에는 약 2000 ℃ 의 고온 분위기를 형성할 수 있고, 열 플라즈마의 경우에는 5000∼20000 ℃ 의 고온 분위기를 형성할 수 있다. 따라서, 기상부 중을 강하하는 유리 원료 입자를 단시간에 액상 유리 입자로 할 수 있다. 또, 산소 연소 버너 및 다상 아크 플라즈마 발생 장치는, 단독으로 설치해도 되고 쌍방을 병용해도 된다. 또, 기상부를 형성하는 가열 수단으로서 사용되는 산소 연소 버너로는, 유리 원료 입자 투입부가 일체가 된 형태의 버너를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 산소 연소 버너에는, 상기 유리 원료 입자 투입부와 상기 유리 컬릿편 투입부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 산소 연소 버너에 유리 원료 입자 투입부와 유리 컬릿편 투입부를 일체적으로 형성함으로써, 기상부를 형성하는 가열 수단과 유리 원료 입자 투입부와 유리 컬릿편 투입부를 1 대의 구성 부재로서 취급할 수 있기 때문에, 유리 용융로에 대한 설치가 용이해진다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 산소 연소 버너에 상기 유리 컬릿편 투입부가 자유롭게 착탈되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 유리 컬릿편이 통과하는 유리 컬릿편 투입부는, 예리한 각 (단면) 을 갖는 유리 컬릿편에 의해 손상되기 쉽고, 손상된 상태에서 사용하면 유리 컬릿편 투입부의 소재가 유리 융액에 낙하하여 불순물이 되고 용융 유리의 품질을 악화시킨다. 따라서, 유리 컬릿편 투입부가 손상된 경우에는, 유리 컬릿편 투입부를 즉시 교환할 필요가 있다. 따라서, 본 발명과 같이, 유리 컬릿편 투입부를 산소 연소 버너에 대하여 자유롭게 착탈되도록 형성함으로써, 유리 컬릿편 투입부의 교환이 용이해지고, 용융 유리의 품질을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 유리 컬릿편 투입부는, 평면에서 보아 상기 유리 원료 입자 투입부를 중심으로 하는 동심원 상에 복수 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 평면에서 보아 상기 유리 원료 입자 투입부를 중심으로 하는 동심원 상에 상기 복수의 유리 컬릿편 투입부를 형성함으로써, 효과적으로 비산 입자의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 유리 용융로는, 평면에서 보아 동심원 상에 복수의 상기 유리 원료 입자 투입부가 형성되고, 그 복수의 유리 원료 입자 투입부의 외측으로서 상기 동심원의 대략 중앙부를 중심으로 하는 동심원 상에 상기 복수의 유리 컬릿편 투입부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 노 내에 기상부가 복수 존재하는 경우에는, 각각의 기상부는, 그 마다의 기상 가열 수단에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상기 발명의 효과 외에, 대량의 유리 원료 입자와 유리 컬릿편을 병용할 수 있기 때문에, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적합한 대규모 용융로에 바람직해진다. 또한, 본 발명에 있어서, 산소 연소 버너에 유리 원료 입자 투입부와 유리 컬릿편 투입부를 일체적으로 형성하는 양태를 적용한 경우에는, 유리 컬릿편 투입부가 산소 연소 버너와 일체가 된 복수의 부분과, 그 복수 부분의 외측 부분의 2 중의 통형상의 유리 컬릿편의 흐름에 따라 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 영역을 포위할 수 있기 때문에, 비산 입자의 발생을 억제하는 효과 및 유리 컬릿의 이용 효율이 더욱 더 높아진다.
또한, 본 발명의 상기 유리 컬릿편 투입부는 상기 유리 컬릿편의 단직경 (a) 가 0.1 ㎜<a<50 ㎜ 인 유리 컬릿편을 투입하기 위해 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 상기 단직경 (a) 의 유리 컬릿편은, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 유리 컬릿편의 사이즈에 있어서, 유리 컬릿편 자체가 유리 용융로 내의 기류에 의해 비산되는 경우가 적은 것, 및 유리 컬릿편을 용융 유리를 제조하는 공정 내 또는 시장에서 회수, 저장하고, 유리 컬릿편 투입구까지 반송하는 취급 상의 효율을 고려하여, 그 단직경을 규정한다. 본 발명에서는, 이러한 단직경 (a) 의 유리 컬릿편을, 유리 컬릿편 투입부로부터 노 내에 투입하고, 강하 중인 유리 컬릿편을, 기상부를 형성하는 가열 수단에 의해 가열한다. 유리 컬릿편은 노저의 유리 융액에 도달하기 전에 적어도 그 표면부가 액상화되는 것이 바람직한데, 액상화되지 않고 유리 융액에 도달해도 된다. 유리 컬릿편의 적어도 표면부가 액상화되어 있으면, 부유하는 입자가 부착되기 쉽고, 유리 컬릿편의 흐름의 간극으로부터 산일되어 비산 입자가 되는 입자의 양을 보다 적게 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 관련된 유리 용융로에 의하면, 유리 원료 입자와 함께 유리 컬릿편 자체의 비산이 적고, 취급하기 쉬운 유리 컬릿편을, 유리 용융로에 투입하여 용융할 수 있다. 이것에 의해, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적합한 대규모 용융로에 바람직해진다.
또한, 본 발명의 그 용융로에는, 저류된 유리 융액을 가열하는 융액 가열부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 융액 가열부에 의해 유리 융액을 가열함으로써, 유리 융액의 온도 저하를 방지하면서 유리 융액을 소정의 온도로 유지할 수 있고, 고체 상태에서 유리 융액에 착지한 유리 컬릿편의 용융화에도 기여한다.
또한, 본 발명의 상기 융액 가열부는, 상기 유리 컬릿편 투입부의 하방 위치의 융액 중에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 유리 컬릿편을 용융하기 위한 열 에너지가 부족한 경우, 유리 용융로의 노저부에 유리 컬릿편의 용융 잔류물이 침하될 우려가 있으므로, 유리 컬릿편 투입부의 하방 위치에 융액 가열부를 배치함으로써, 그와 같은 유리 컬릿편의 용융 잔류물을 완전히 용융할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 유리 용융로와, 그 유리 용융로의 상기 배출부의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서랭하는 서랭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 용융 유리의 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서랭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 유리 용융로, 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 비산 입자가 노벽, 연도에 부착되는 것에서 기인되는 노벽이나 연도의 손상 및 용융 유리의 품질 저하를 억제할 수 있고, 따라서, 품질이 좋은 용융 유리를 장기에 걸쳐 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 용융 유리의 제조 장치 및 제조 방법에 의해, 품질이 좋은 용융 유리를 대량으로 제조할 수 있기 때문에, 품질이 좋은 유리 제품을 대량으로, 장기에 걸쳐 생산할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 1 실시형태의 유리 용융로의 종단면도
도 2 는 도 1 에 나타낸 유리 용융로의 주요부 평단면도
도 3 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 2 실시형태의 유리 용융로의 종단면도
도 4 는 도 3 에 나타낸 유리 용융로의 주요부 평단면도
도 5 는 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 3 실시형태의 유리 용융로의 주요부 평면도
도 6 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 4 실시형태의 유리 용융로의 주요부 평면도
도 7 은 실시형태의 유리 제품의 제조 방법의 실시형태를 나타낸 플로우차트
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명에 관련된 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법의 바람직한 실시형태에 관해서 설명한다.
도시한 유리 용융로에 있어서, 기상부를 형성하는 가열 수단은 산소 연소 버너로 이루어진다. 기상부는, 산소 연소 버너의 화염 중 및 화염 근방의 고온부로 구성된다.
기상부에 유리 원료 입자를 공급하기 위한 유리 원료 입자 투입부는 산소 연소 버너와 일체가 되고, 산소 연소 버너 출구 부근에서 연소 가스를 공급하는 관과 산소를 공급하는 관과 유리 원료 입자를 공급하는 관이 동축으로 구성되어 있다. 이 유리 원료 입자 투입부와 산소 연소 버너의 조합을, 유리 원료 입자 가열 유닛이라고 한다.
도 1 은, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 1 실시형태의 유리 용융로 (10) 의 종단면도, 도 2 는 유리 용융로 (10) 의 천정벽을 제외한 주요부 평단면도이다.
유리 용융로 (10) 는, 용융조 (12) 와 유리 융액 (G) 의 배출부로서의 출구 (13) 를 구비하고 있고, 용융조 (12), 출구 (13) 는 주지된 내화 벽돌에 의해 구성되어 있다. 또한, 용융조 (12) 는, 그 상부의 노벽부인 천정벽 (14) 에는 1 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 이 배치되고, 그것에 의해 노 내 기상 분위기 중에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 고온의 기상부가 형성되어 있다.
또, 용융조 (12) 는, 그 상부의 노벽부인 천정벽 (14) 에는 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (유리 컬릿편 투입부) (18, 18…) 이 각각 하방향으로 천정벽 (14) 을 관통하여 형성되어 있다. 또한, 도 2 의 평면에서 보아, 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (유리 컬릿편 투입부) (18, 18…) 은, 유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 을 중심으로 하는 동심원 상에 등간격으로 설치되어 있다. 용융조 (12) 의 저부에는 노저부 (80), 출구 (13) 에는 유리 융액 (G) 이 저류되어 있고, 용융조 (12) 에서 제조된 유리 융액 (G) 이 출구 (13) 를 개재하여 하류에 흐르도록 구성되어 있다. 노저부 (80) 는, 주지된 내화 벽돌에 의해 구성되어 있다.
또, 유리 원료 입자 가열 유닛 또는 유리 컬릿편 투입부가 천정부가 아니라, 유리 용융로의 상부의 측벽에 있는 경우도 본 발명의 범위이다. 유리 원료 입자 가열 유닛 또는 유리 컬릿편 투입부가 측벽에 형성되는 경우에는, 유리 용융로의 천정부의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 까지의 높이에 형성된다. 이것은, 유리 원료 입자 가열 유닛 또는 유리 컬릿편 투입부가, 유리 용융로의 천정부의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 를 초과하는 곳에 형성된 경우, 유리 원료 입자 가열 유닛에 있어서 유리 융액면과의 연직 거리가 지나치게 작아지므로 수평 방향과 이루는 각이 작아지고, 대향 벽면에 유리 입자를 내뿜게 되어, 노벽 침식과 그에 따른 유리 오염이 발생하기 때문과, 유리 컬릿편 투입부에서 유리 컬릿편이 충분히 예열되지 않고 유리 융액 (G) 상에 낙하하기 때문이다. 유리 원료 입자 가열 유닛 또는 유리 컬릿편 투입부는, 유리 용융로의 천정부의 내벽으로부터 연직 방향으로 80 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 바람직하고, 60 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 의 개수는 8 개에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 바와 같이, 하강 중인 액상 유리 입자를 유리 컬릿편의 흐름에 따라 포위 가능하면, 7 개 이하여도 되고, 9 개 이상이어도 된다. 또, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 의 배치 형태도 상기 동심원 상에 한정되는 것이 아니라, 유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 을 둘러싸는 형태, 예를 들어 삼각형 상, 사각형 상, 타원형 상을 따라 배치하는 형태여도 된다. 단, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 투입되는 유리 컬릿편 (20) 을, 유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 의 열에 의해 균등하게 가열하기 위해서는, 상기 동심원 상의 배치 형태가 바람직하다. 또한, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 의 재질은, 수랭된 금속 또는 세라믹스 등을 예시할 수 있다.
용융조 (12), 및 출구 (13) 의 각 조 내에는 유리 융액 (G) 이 저류되어 있고, 용융조 (12) 에서 제조된 유리 융액 (G) 이 출구 (13) 를 개재하여 하류에 흐르도록 구성되어 있다.
유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 으로는, 유리 원료 입자 투입부가 일체가 된 산소 연소 버너 (22) 가 적용되어 있다.
이 산소 연소 버너 (22) 는, 무기 분체 가열용 버너로서 공지된, 원료, 연료, 지연 가스 공급 노즐이 적절히 배치된 산소 연소 버너이다. 산소 연소 버너 (22) 의 선단부의 노즐 (24) 은, 도 2 와 같이 중심부에서 외주부를 향하여 연료 공급 노즐 (26), 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐 (28), 유리 원료 공급 노즐 (30), 및 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐 (32) 의 순서로 전체로서 동심원상으로 배열되어 있다. 노즐 (24) 로부터 화염 (34) 을 하방향에서 분사시켜, 이 화염 (34) (즉, 기상부) 중에 유리 원료 입자 (36) 를 기체 반송 또는 기계 반송에 의해 유리 원료 입자 공급 노즐 (30) 로부터 공급한다. 이것에 의해, 유리 원료 입자 (36) 를 확실히 또한 단시간에 액상 유리 입자로 할 수 있다. 또, 도시를 생략했지만, 이 산소 연소 버너 (22) 에는, 유리 원료 입자를 유리 원료 입자 공급 노즐 (30) 에 공급하는 유리 원료 입자 공급계, 연료를 연료 공급 노즐 (26) 에 공급하는 연료 공급계, 및 지연 가스를 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐 (28) 과 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐 (32) 에 공급하는 가스 공급계가 접속되어 있다.
이와 같이, 유리 원료 입자 투입부가 일체가 된 산소 연소 버너 (22) 를 적용한 경우에는, 산소 연소 버너 (22) 가 유리 원료 입자 투입부를 겸하고 있기 때문에, 유리 원료 입자 투입부를 별개로 형성할 필요는 없다. 그러나, 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34) 을 향하여 유리 원료 입자 (36) 를 투입하는 유리 원료 입자 투입부를 산소 연소 버너 (22) 에 인접하여 개별로 형성해도 된다.
또, 기상부를 형성하는 가열 수단으로는 산소 연소 버너 (22) 에 한정되는 것이 아니라, 열 플라즈마를 발생시키는, 한 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라즈마 발생 장치를 용융조 (12) 의 천정벽 (14) 에 형성해도 되고, 또한, 산소 연소 버너 (22) 및 상기 다상 아크 플라즈마 발생 장치의 쌍방을 용융조 (12) 에 형성해도 된다. 또한, 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34), 열 플라즈마의 온도는, 유리 원료 입자 (36) 에 포함되는 기체 성분을 신속하게 가스화 산일시키고, 유리화 반응을 진행시키기 위해, 규사의 용융 온도 이상인 1600 ℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 노 내에 투하된 유리 원료 입자 (36) 는, 화염 (34) 및/또는 열 플라즈마에 의해 유리화되고, 유리 원료 입자에 포함되는 가스 성분은 신속하게 가스화 산일됨과 함께, 상기 입자는 고온에서 가열됨으로써 액상의 유리 입자가 되고 용융조 (12) 의 저부 영역에 착지하여 유리 융액이 된다. 그리고, 액상 유리 입자의 집적에 의해 형성된 유리 융액은, 화염 (34) 및/또는 열 플라즈마에 의해 계속해서 가열되므로 유리화된 형태가 유지된다. 또, 화염 (34) 의 경우, 그 중심 온도는 산소 연소의 케이스에서 약 2000 ℃ 이고, 열 플라즈마의 경우에는 5000∼20000 ℃ 이다.
한편, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 은 천정벽 (14) 을 관통하여 연직 방향에 배치되고, 그 하단에 형성된 투입구 (38) 로부터 유리 컬릿편 (20, 20…) 이 투하된다. 이 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 에는, 유리 컬릿편 (20, 20…) 을 기체 또는 기계 반송에 의해 반송하는 유리 컬릿편 반송계 (도시 생략) 가 접속되어 있고, 후술하는 사이즈의 유리 컬릿편 (20, 20…) 이 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 에 반송된다. 투입된 유리 컬릿편 (20, 20…) 은, 투입하는 유리 컬릿편 (20) 의 양 등에 따라서도 상이한데, 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34) 에 의해 1400 ℃∼1800 ℃ 정도로 가열되어 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 의 표면 상에 착지한다.
또한, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 투하되는 다수의 유리 컬릿편 (20, 20…) 에 의해, 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34) 을 중심으로 하는 하강 중인 액상 유리 입자를 낙하하는 유리 컬릿편의 흐름에 따라 포위하는 형태가 형성된다. 이 포위 형태는 연직 방향을 축으로 하는 대략 통형상이 된다.
또, 본 발명에 있어서 「유리 컬릿」이란, 본 발명에 있어서 최종 목적물인 유리 제품의 유리와 거의 동일한 유리 조성으로 이루어지는 유리 컬릿을 의미한다. 이 유리 컬릿은, 통상, 본 발명에 있어서의, 노저부에 형성된 유리 융액으로부터 최종 목적물인 유리 제품을 제조하는 공정에서 발생한다. 단, 이것에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 최종 목적물인 유리 제품의 유리와 거의 동일한 유리 조성으로 이루어지는 다른 유리 제품의 제조 공정에서 발생하는 유리 컬릿, 본 발명에 의해 얻어진 최종 목적물의 유리 제품을 사용하는 공정에서 발생하는 유리 컬릿 등이어도 된다. 상기 다른 유리 제품의 제조 공정에서의 유리 용융로는, 기중 용융법을 사용한 유리 용융로에 한정되는 것은 아니다.
유리 컬릿의 유리 조성이 유리 원료 입자로부터 형성되는 유리의 유리 조성과 거의 동일하므로, 유리 컬릿편이 융해된 액상 유리와 유리 원료 입자로부터 형성된 액상 유리가 혼합된 유리 융액의 유리 조성은 균일한 것이 되고, 균질화에 필요로 하는 열 에너지가 적고, 균질화에 요하는 시간도 짧다. 유리 컬릿의 유리 조성과 유리 원료 입자로부터 형성되는 액상 유리 입자의 유리 조성은 동일한 것이 바람직한데, 용융로 저부에 형성된 유리 융액이 유리 제품이 되는 동안에 유리 조성이 약간 변화되는 경우가 있고 (예를 들어, 산화붕소 등의 휘발성 유리 성분의 기산 등), 이러한 유리 조성의 약간의 상이는 허용된다.
또, 유리 컬릿편은 이미 유리로 되어 있는 물질로 이루어지므로, 가열된 유리 컬릿편은 단지 융해되어 액상의 유리 입자가 된다. 한편, 유리 원료 입자는, 유리 원료의 열분해 (예를 들어, 금속 탄산염으로부터 금속 산화물에 대한 열분해 등), 유리화 반응으로 불리는 유리가 되는 성분의 반응과 용융 등의 화학 반응에 의해 액상의 유리 입자가 된다. 고체 입자가 액상의 유리 입자가 되는 메카니즘은 유리 원료 입자와 유리 컬릿편에서는 상이한데, 생성되는 액상의 유리 입자는 거의 동일한 유리 조성의 액상의 유리 입자이다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 유리 용융로의 작용에 관해서 설명한다.
실시형태의 유리 용융로는, 유리 원료 입자 (36) 를 용융하는 용융로이다. 고온의 기상부는 1 대의 산소 연소 버너 (22) 에 의해 형성되고, 유리 원료 입자 (36) 를 이 기상부 중에서 액상 유리 입자로 한다. 즉, 산소 연소 버너 (22) 로부터 유리 원료 입자 (36) 를 노 내에 투입하고, 강하 중인 유리 원료 입자를 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34) 에 의해 가열하여 액상 유리 입자로 한다. 유리 원료 입자 (36) 로부터 형성된 액상 유리 입자는 하방을 향하여 낙하하고, 노저부 (80) 에 집적되어 유리 융액 (G) 이 되고, 유리 융액 (G) 은 노저부 (80) 에 일시 저류된다.
액상 유리 입자는, 개개의 입자로서 노저부 (80) 내지 유리 융액 (G) 표면에 도달하는 것은 필수는 아니다. 액상 유리 입자는, 기상 중에서 그 2 개 이상이 융착되어 노저부 (80) 내지 유리 융액 (G) 표면에 착지해도 된다.
이 유리 원료 입자 (36, 36…) 의 투입·용융 동작과 함께 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 유리 컬릿편 (20, 20…) 을 투하하고, 화염 (34) 을 중심으로 하는 대략 원통상의 유리 컬릿편의 흐름에 따른 포위 형태를 형성한다. 즉, 산소 연소 버너 (22) 에 의해 형성되는 화염 (34) (다상 아크 플라즈마 발생 장치의 경우에는 열 플라즈마 아크) 을 포위하도록, 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 유리 컬릿편 (20, 20…) 을, 개개의 유리 컬릿편이 낙하하는 흐름을 전체로서 통형상이 되도록 낙하시키고, 화염 (34) (열 플라즈마 아크) 으로부터 노벽 (40) 을 구획한다. 그리고, 화염 (34) (열 플라즈마 아크) 으로부터 산일하고자 하는 입자 (44, 44…) 를, 투하 중인 유리 컬릿편 (20, 20…) 의 표면에 부착시켜 포집하고, 용융조 (12) 의 유리 융액 (G) 상에 낙하시킨다. 이것은, 단지 공기 등에 의한, 이른바 에어 커튼이나, 유리 원료 입자를 공기와 함께 내뿜는 경우와는 달리, 이용하는 유리 컬릿편이 비교적 큰 사이즈이므로, 기상부로부터 산일하고자 하는 입자 (기상부 중을 부유하는 입자) (44, 44…) 를 효과적으로 포집할 수 있다.
이것에 의해, 제 1 실시형태의 유리 용융로 (10) 에 의하면, 부유하는 입자 (44, 44…) 가 비산 입자가 되어 노벽 (40) 에 도달하는 것이 억제되므로, 노벽 (40), 연도 (도시 생략) 에 부착되는 비산 입자의 부착량이 격감된다. 따라서, 이 유리 용융로 (10) 에 의하면, 부유하는 입자 (44, 44…) 가 비산 입자가 되어 노벽 (40), 및 상기 연도에 부착되는 것에서 기인되는 노벽이나 연도의 손상 및 유리 융액 (G) 의 품질 저하를 방지할 수 있다.
한편, 유리 컬릿편 투입통 (18) 으로부터 투입되는 유리 컬릿편 (20) 에 있어서는, 유리 컬릿편 자체가 비산되는 경우가 적은 것, 및 유리 컬릿편을 공정 내 또는 시장에서 회수, 저장하고, 유리 컬릿편 투입구까지 반송하는 관점에서의 취급 상의 효율을 고려하여, 용융조 (12) 에 투입하기 위해, 그 입경을 규정하였다. 즉, 유리 컬릿편의 단직경 (a) 를 0.1 ㎜<a<50 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 단직경 (a) 를 갖는 유리 컬릿편은, 그물의 메시 (Opening) 의 크기를 바꾸어, 체에 남거나, 또는 통과시켜 선별한다. 즉, 본 발명에 있어서의 유리 컬릿편은, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것이 바람직하다. 단직경 (a) 는, 0.5 ㎜<a<30 ㎜ 가, 유리 컬릿편의 상기 취급의 관점에서 보다 바람직하다. 단직경 (a) 는, 5 ㎜<a<20 ㎜ 가, 유리 컬릿편의 상기 취급의 관점에서 더욱 바람직하다.
유리 원료 입자의 평균 입경 (중량 평균) 은 30∼1000 ㎛ 가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 평균 입경 (중량 평균) 이 50∼500 ㎛ 범위 내인 유리 원료 입자가 사용되고, 또한 70∼300 ㎛ 범위 내의 유리 원료 입자가 바람직하다. 유리 원료 입자가 용융되어 형성된 액상 유리 입자의 평균 입경 (중량 평균) 은, 통상 유리 원료 입자의 평균 입경의 80 % 정도가 되는 경우가 많다.
실시형태에서는, 이러한 입경 (a) 의 유리 컬릿편 (20) 을, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 으로부터 노 내에 투입하고, 강하 중인 유리 컬릿편 (20, 20…) 을 산소 연소 버너 (22) 의 화염 (34) 에 의해 가열한다. 가열된 유리 컬릿편 (20, 20…) 은 하방을 향하여 유리 융액 (G) 의 표면 상에 낙하한다.
유리 컬릿편은, 유리 융액 (G) 의 표면에 도달하기 전에 그 2 개 이상이 융착되고, 융착된 유리 컬릿편이 유리 융액 (G) 에 착지해도 된다. 1 개의 유리 컬릿편 투입통 (36) 으로부터 투입되는 단위 시간당의 유리 컬릿편 (20) 의 양이 많아지면, 이러한 유리 컬릿편의 융착이 일어나기 쉽다.
또, 산소 연소 버너 (22) 에 의해 유리 컬릿편 (20) 을 그 강하 중에 완전히 액상화할 수 있으면 되는데, 유리 컬릿편 (20) 은 미립자상의 유리 원료 입자 (36) 와 비교하여 사이즈가 훨씬 크기 때문에, 내부까지 완전히 액상화되는 것은 어렵다. 따라서, 이 경우에는, 내부까지 완전히 액상화되지 않은 유리 컬릿편이 유리 융액 (G) 상에 착액한다. 그러나, 이 경우에도, 유리 융액 (G) 은, 산소 연소 버너 (22) 에 의한 열, 및 노체로부터의 복사열에 의해 가열되고 있으므로, 내부까지 완전히 액상화되지 않은 유리 컬릿편 (20, 20…) 으로부터 발생한 유리 융액 중의 이질 부분은 단시간에 균질화되어, 균일한 유리 융액 (G) 이 된다.
또한, 산소 연소 버너 (22) 는, 유리 컬릿편 (20) 만을 단독으로 예열하는 것이 아니라, 유리 원료 입자 (36) 및 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 도 가열하므로, 노 외에 설치된 유리 컬릿편의 예열 장치와는 기능이 완전히 상이하다.
따라서, 실시형태의 유리 용융로 (10) 에 의하면, 유리 원료 입자 (36) 와 함께 유리 컬릿편 (20) 을, 용융조 (12) 에 투입하여 용융할 수 있다. 이것에 의해, 유리 원료 입자 (36) 와 유리 컬릿편 (20) 을 병용할 수 있기 때문에, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적합한 대규모 용융로에 바람직해진다.
또한, 실시형태의 용융조 (12) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 융액 가열 장치 (융액 가열부) (46) 가 형성되어 있다. 이 융액 가열 장치 (융액 가열부) (46) 는, 유리 융액 (G) 에 침지되는 위치에 형성되고, 유리 융액 (G) 을 약 1400 ℃∼1600 ℃ 로 가열한다.
이와 같이, 융액 가열 장치 (46) 에 의해 유리 융액 (G) 을 가열함으로써, 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 의 온도 저하를 방지하면서 유리 융액 (G) 을 약 1400 ℃∼1600 ℃ 의 온도로 유지할 수 있고, 유리 융액 (G) 에 착지한 유리 컬릿편 (20) 의 용융화에도 기여한다.
또한, 이 융액 가열 장치 (46) 는, 용융조 (12) 의 노저 (42) 의 근방으로서, 컬릿편 투입통 (18, 18…) 의 하방 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 유리 컬릿편 (20) 을 용해하기 위한 열 에너지가 부족한 경우, 노저부 (80) 의 상방에 유리 컬릿편 (20) 의 용융 잔류물이 침하될 우려가 있으므로, 노저부 (80) 의 상방에 융액 가열 장치 (46) 를 배치함으로써, 그와 같은 유리 컬릿편 (20) 의 용융 잔류물을 완전히 용융할 수 있다. 또한, 융액 가열 장치 (46) 에 의해, 유리 컬릿편 (20, 20…) 이 착지하는 온도가 낮은 유리 융액 (G) 을 가열할 수 있기 때문에, 용융조 (12) 내에서의 유리 융액 (G) 의 온도를 대략 균일하게 할 수 있다.
도 3 은, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 2 실시형태의 유리 용융로 (50) 의 종단면도, 도 4 는 유리 용융로 (50) 의 주요부 평단면도이고, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일 또는 유사한 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.
유리 용융로 (50) 의 용융조 (52) 는, 그 유리 용융로의 상부의 노벽부인 천정벽 (54) 에 3 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (16, 16…) 및 다수 개의 유리 컬릿편 투입통 (유리 컬릿편 투입부) (18, 18…) 이 각각 하방향으로 천정벽 (54) 을 관통하여 형성되어 있다. 또한, 도 4 의 평면에서 보아, 유리 원료 입자 가열 유닛 (16, 16…) 은, 점 O 를 중심으로 하는 동심원 상에 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 유리 컬릿편 투입부 (18, 18…) 는, 3 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (16, 16…) 의 외측으로서 점 O 를 중심으로 하는 동심원 상에 등간격으로 배치되어 있다.
이와 같이 구성된 유리 용융로 (50) 도, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일하게 유리 컬릿편 투입부 (18, 18…) 로부터 투하되는 유리 컬릿편 (20, 20…) 에 의해 전술한 통형상의 유리 컬릿편의 흐름에 따른 포위 형태를 형성할 수 있다. 이것에 의해, 유리 컬릿편에 기상부 중을 부유하는 입자 (44, 44…) 등을 부착시킬 수 있기 때문에, 이 유리 용융로 (50) 에 의하면, 비산 입자의 발생을 억제할 수 있어서, 노벽 (56), 연도 (도시 생략) 에 부착되는 입자의 부착량을 격감할 수 있다. 따라서, 비산 입자가 노벽 (56), 연도에 부착되는 것에서 기인되는 노벽이나 연도의 손상 및 유리 융액 (G) 의 품질 저하를 방지할 수 있다.
또, 이 유리 용융로 (50) 에 의하면, 3 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (16, 16…) 과 다수 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 을 설치함으로써, 대량의 유리 원료 입자 (36) 와 대량의 유리 컬릿편 (20) 을 병용 가능하게 했기 때문에, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적합한 대규모 용융로에 바람직해진다. 또, 유리 원료 입자 가열 유닛 (16) 의 배치 대수는 3 대에 한정되는 것이 아니라, 2 대 이상이면 된다.
도 5 는, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 3 실시형태의 유리 용융로 (60) 의 주요부 평면도이고, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일 또는 유사한 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.
유리 용융로 (60) 의 용융조 (62) 는, 그 천정벽 (도시 생략) 에 3 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (64, 64…) 이 각각 하방향으로 상기 천정벽을 관통하여 형성되어 있다. 또한, 용융조 (62) 의 하류측에는 출구 (66) 가 형성되어 있다.
유리 원료 입자 가열 유닛 (64) 은, 산소 연소 버너 (22) 와 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 이 일체적으로 형성됨과 함께, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 이, 단면 원형상인 산소 연소 버너 (22) 의 주위에 등간격으로 배치되어 구성된 것이다. 또한, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 은 산소 연소 버너 (22) 에 대하여 도시를 생략한 어태치먼트 부재를 개재하여 자유롭게 착탈되도록 형성되어 있다. 또, 도 5 의 용융조 (62) 도 도 1∼도 4 에 나타낸 용융조 (12, 52) 와 동일하게 입방체 형상으로 구성되어 있다.
또한, 산소 연소 버너 (22) 의 주위에 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 을 배치함으로써, 동일한 유리 컬릿편의 흐름에 따른 포위 형태를 형성할 수 있기 때문에, 도 1∼도 4 에 나타낸 유리 용융로 (10, 50) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 유리 컬릿편이 통과하는 유리 컬릿편 투입통 (18) 은, 예리한 각 (단면) 을 갖는 유리 컬릿편에 의해 손상되기 쉽다. 유리 컬릿편 투입통 (18) 을 손상한 상태에서 사용하면 유리 컬릿편 투입통 (18) 의 소재가 유리 융액 (G) 에 낙하하여 불순물이 되고 용융 유리의 품질을 악화시킨다. 따라서, 유리 컬릿편 투입통 (18) 이 손상된 경우에는, 유리 컬릿편 투입통 (18) 을 즉시 교환할 필요가 있는데, 이 유리 원료 입자 가열 유닛 (64) 과 같이, 유리 컬릿편 투입통 (18) 을 산소 연소 버너 (22) 에 대하여 자유롭게 착탈되도록 형성함으로써, 유리 컬릿편 투입통 (18) 의 교환이 용이해지고, 용융 유리의 품질을 유지할 수 있다.
또, 도 5 에서는 3 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (64, 64…) 을 배치한 예를 설명했지만, 대수는 3 대에 한정되지 않고, 용융조 (62) 의 사이즈에 따라 적절히 설정되는 것이다. 또한, 유리 원료 입자 가열 유닛 (64) 의 배치 위치도 도 5 에 나타낸 상류측에 한정되지 않고, 용융조 (62) 의 전역에 배치해도 된다.
도 6 은, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 4 실시형태의 유리 용융로 (70) 의 주요부 평면도이고, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일 또는 유사한 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.
유리 용융로 (70) 의 용융조 (72) 는, 그 천정벽 (도시 생략) 에는 10 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (74, 74…) 이 각각 하방향으로 상기 천정벽을 관통하여 형성되어 있다. 또한, 용융조 (72) 의 하류측에는 출구 (76) 가 형성되어 있다.
유리 원료 입자 가열 유닛 (74) 은, 산소 연소 버너 (22) 와 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 이 일체로 형성됨과 함께, 유리 컬릿편 투입통 (18, 18…) 이, 단면 원형상인 산소 연소 버너 (22) 의 주위에 등간격으로 배치되어 구성된 것이다.
이 유리 원료 입자 가열 유닛 (74) 도 동일한 유리 컬릿편에 의한 포위 형태를 형성할 수 있기 때문에, 도 1∼도 5 에 나타낸 유리 용융로 (10, 50, 60) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 6 에서는 10 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (74, 74…) 을 배치한 예를 설명했지만, 대수는 10 대에 한정되지 않고, 용융조 (72) 의 사이즈에 따라 설정되는 것이다. 또한, 유리 원료 입자 가열 유닛 (74) 의 배치 위치도 도 6 에 나타낸 상류측 및 중류측에 한정되지 않고, 용융조 (72) 의 전역에 배치해도 된다.
도 7 은, 실시형태의 유리 제품의 제조 방법의 실시형태를 나타낸 플로우차트이다. 도 7 에서는, 유리 제품의 제조 방법의 구성 요소인 용융 유리 제조 공정 (S1), 및 성형 수단에 의한 성형 공정 (S2), 그리고 서랭 수단에 의한 서랭 공정 (S3) 에 더하여, 추가로 필요에 따라 사용하는 절단 공정, 기타 후공정 (S4) 이 도시되어 있다.
도 1∼도 7 의 용융조 (12, 52, 62, 72) 에서 용융된 유리 융액 (G) 은, 출구 및 도시를 생략한 도관 구조를 거쳐 성형 수단에 보내져 성형된다 (성형 공정). 성형 후의 유리는, 성형 후에 고화된 유리의 내부에 잔류 응력이 남지 않도록 서랭 수단에 의해 서랭되고 (서랭 공정), 추가로 필요에 따라 절단되고 (절단 공정), 기타 후공정을 거쳐 유리 제품이 된다.
예를 들어, 판유리의 경우에는, 유리 융액 (G) 을 성형 수단에 의해 유리 리본으로 성형하고, 그것을 서랭 수단에 의해 서랭한 후, 원하는 크기로 절단하고, 필요에 따라 유리 단부를 연마하는 등의 후가공을 하여 판유리가 얻어진다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 제조되는 용융 유리는, 기중 가열 용융법에 의해 제조되는 용융 유리인 한, 조성적으로는 제약은 없다. 따라서, 소다라임 유리나, 붕규산 유리여도 된다. 또, 제조되는 유리 제품의 용도는, 건축용이나 차량용에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이용, 그 밖의 각종 용도를 들 수 있다.
건축용 또는 차량용 판유리에 사용되는 소다라임 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 65∼75 %, Al2O3 : 0∼3 %, CaO : 5∼15 %, MgO : 0∼15 %, Na2O : 10∼20 %, K2O : 0∼3 %, Li2O : 0∼5 %, Fe2O3 : 0∼3 %, TiO2 : 0∼5 %, CeO2 : 0∼3 %, BaO : 0∼5 %, SrO : 0∼5 %, B2O3 : 0∼5 %, ZnO : 0∼5 %, ZrO2 : 0∼5 %, SnO2 : 0∼3 %, SO3 : 0∼0.5 % 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
액정 디스플레이용 기판에 사용되는 무알칼리 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 39∼70 %, Al2O3 : 3∼25 %, B2O3 : 1∼20 %, MgO : 0∼10 %, CaO : 0∼17 %, SrO : 0∼20 %, BaO : 0∼30 % 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
플라즈마 디스플레이용 기판에 사용되는 혼합 알칼리계 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 50∼75 %, Al2O3 : 0∼15 %, MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO : 6∼24 %, Na2O+K2O : 6∼24 % 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
그 밖의 용도로서, 내열 용기 또는 이화학용 기구 등에 사용되는 붕규산 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 60∼85 %, Al2O3 : 0∼5 %, B2O3 : 5∼20 %, Na2O+K2O : 2∼10 % 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 유리 원료 입자 가열 유닛 및 유리 컬릿편 투입통은, 연직 방향 하방향에 설치되어 있는 것으로 하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 하방향이면 경사져 설치되어 있는 것으로 해도 된다.
본 실시형태에서는, 유리 원료 입자 가열 유닛 및 유리 컬릿편 투입부의 양자는, 유리 용융로의 천정부에 설치되어 있는 것으로 하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 양자가 유리 용융로의 상부의 노벽에 있으면 되기 때문에, 예를 들어 유리 원료 입자 가열 유닛이 유리 용융로의 천정부에 설치되고, 유리 컬릿편 투입부가 유리 용융로의 측벽에 설치되는 것으로 해도 된다.
본 실시형태에서는, 유리 용융로의 천정면은, 플랫 형상이라고 하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 아치 형상, 돔 형상 등이라고 해도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의해 제조된 용융 유리는, 플로트 버스, 퓨전 성형기, 롤 아웃 성형기, 블로우 성형기, 프레스 성형기 등의 성형 수단으로 각종 형상의 유리 제품으로 성형된다.
또, 2009 년 7 월 1 일에 출원된 일본 특허출원 2009-156931호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 수용하는 것이다.
10 : 유리 용융로,
12 : 용융조,
13 : 출구 (배출부),
14 : 천정벽,
16 : 유리 원료 입자 가열 유닛 (유리 원료 입자 투입부 및 기상부를 형성하는 가열 수단),
18 : 유리 컬릿편 투입통,
20 : 유리 컬릿편,
22 : 산소 연소 버너,
24…노즐,
26 : 연료 공급 노즐,
28 : 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐,
30 : 유리 원료 공급 노즐,
32 : 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐,
34…화염,
36 : 유리 원료 입자,
38 : 유리 컬릿편 투입구,
40 : 노벽,
44 : 부유하는 입자,
46 : 융액 가열 장치,
50 : 유리 용융로,
52 : 용융조,
54 : 천정벽,
56 : 노벽,
60 : 유리 용융로,
62 : 용융조,
64 : 유리 원료 입자 가열 유닛,
66 : 출구 (배출부),
70 : 유리 용융로,
72 : 용융조,
74 : 유리 원료 가열 유닛,
76 : 출구 (배출부),
80 : 노저부

Claims (14)

  1. 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적하여 유리 융액으로 하고, 그 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서,
    상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하방향으로 설치된 유리 원료 입자 투입부,
    상기 유리 용융로 내의 유리 원료 입자 투입부 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 가열 수단,
    상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하방향으로 설치됨과 함께 상기 유리 원료 입자 투입부와 상기 가열 수단을 포위하도록 소정의 간격을 가지고 형성되고, 유리 컬릿편을 투입하는 복수의 유리 컬릿편 투입부,
    상기 액상 유리 입자를 집적하여 유리 융액을 형성하는 노저부, 및
    상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기상부를 형성하기 위한 가열 수단은, 산소 연소염을 발생시키는 산소 연소 버너 및 열 플라즈마를 발생시키는 한 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라즈마 발생 장치 중 적어도 하나인 유리 용융로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산소 연소 버너에는, 상기 유리 원료 입자 투입부와 상기 유리 컬릿편 투입부가 형성되어 있는 유리 용융로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산소 연소 버너에 상기 유리 컬릿편 투입부가 자유롭게 착탈되도록 형성되어 있는 유리 용융로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 컬릿편 투입부는, 평면에서 보아 상기 유리 원료 입자 투입부를 중심으로 하는 동심원 상에 복수 형성되어 있는 유리 용융로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    평면에서 보아 동심원 상에 복수의 상기 유리 원료 입자 투입부가 형성되고,
    그 복수의 유리 원료 입자 투입부의 외측으로서 상기 동심원의 중앙부를 중심으로 하는 동심원 상에 상기 복수의 유리 컬릿편 투입부가 형성되어 있는 유리 용융로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 컬릿편 투입부는 상기 유리 컬릿편의 단직경 (a) 가 0.1 ㎜<a<50 ㎜ 인 유리 컬릿편을 투입하기 위해 형성되는 유리 용융로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단직경 (a) 의 유리 컬릿편은, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한, 그물의 메시 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것인 유리 용융로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    그 용융로 중의 유리 융액을 가열하는 융액 가열부가 형성되어 있는 유리 용융로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 융액 가열부는, 상기 유리 컬릿편 투입부의 하방 위치의 유리 융액 중에 배치되어 있는 유리 용융로.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 용융로를 사용하고, 유리 원료 입자 투입부에서 투입된 유리 원료 입자에서 유래되는 입자의 일부를, 복수의 컬릿편 투입부에서 투입된 유리 컬릿편에 부착시켜, 상기 입자가 상기 기상부로부터 산일되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법.
  12. 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적하여 유리 융액으로 하는 용융 유리의 제조 방법으로서,
    상기 유리 원료 입자를, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하방향 공급하고, 가열 수단에 의해 형성된 기상부를 통과시켜 액상 유리 입자로 하고,
    유리 컬릿편을, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하방향 공급하고, 유리 컬릿편의 낙하의 흐름이 상기 유리 원료 입자가 통과하는 영역을 포위하도록 낙하시키고,
    상기 액상 유리 입자와 상기 유리 컬릿편을 노저부에 집적하여 유리 융액으로 하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 용융로와, 그 유리 용융로의 상기 배출부의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서랭하는 서랭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 장치.
  14. 제 11 항에 기재된 용융 유리의 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서랭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
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