KR101759749B1 - 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법 - Google Patents

유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노 내를 부유하는 입자가 노벽에 부착되는 것에서 기인하는 용융 유리의 품질 저하를 억제할 수 있는 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 용융조 (12) 는, 천장벽 (14) 의 거의 중앙부에 연도 (16) 를 배치하고, 이 연도 (16) 주위에 8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18… ; 유리 원료 입자 투입부 및 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 기상부를 형성하는 가열 수단의 조합) 을 배치하고 있다. 이 때문에, 노 내를 부유하는 입자 (24, 24… ; 부유 입자) 는, 주위의 노벽 (44) 으로 향하지 않고, 연도 (16) 의 흡인력에 의해 흡인되어 노 밖으로 배기 제거된다. 이로써, 이 용융조 (12) 에 의하면, 노벽 (44) 에 부착되는 부유 입자 (24, 24…) 의 부착량이 격감되기 때문에, 부유 입자 (24, 24…) 가 노벽 (44) 에 부착되는 것에서 기인하는 노벽 손상과 유리 융액 (G) 의 품질 저하를 방지할 수 있다.

Description

유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법{GLASS MELTING FURNACE, MOLTEN GLASS MANUFACTURING METHOD, GLASS PRODUCT MANUFACTURING DEVICE, AND GLASS PRODUCT MANUFACTURING METHOD}
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 및 2 에는 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 용융시키고 집적하여 용융 유리를 제조하는 유리 용융로로서, 유리 용융로의 천장부에 유리 원료 입자 투입부와 유리 원료 입자를 용융시키기 위한 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단을 구비한 유리 용융로가 개시되어 있다.
이 유리 용융로는, 유리 원료 입자 투입부로부터 노 내로 투입한 유리 원료 입자를, 가열 수단에 의해 가열된 고온의 기상 분위기 중에서 용융시켜 액상 유리 입자로 하고, 액상 유리 입자를 유리 용융로 바닥부에 집적시켜 유리 융액을 형성하고, 유리 융액을 유리 용융로 바닥부에 일시 저류시켜 배출하는 장치이다. 또, 이와 같은 용융 유리의 제법은, 유리의 기중 (氣中) 용융법으로서 알려져 있다. 이 기중 용융법에 의하면, 종래의 지멘스 가마에 의한 용융법과 비교하여, 유리 용융 공정의 소비 에너지를 1/3 정도까지 저감시킬 수 있음과 함께 단시간에 용융이 가능해져, 용융로의 소형화, 축열실의 생략, 품질의 향상, CO2 의 삭감, 유리 품종의 변경 시간의 단축화를 도모할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 유리의 기중 용융법은, 에너지 절약 기술로서 주목받고 있다.
그런데, 유리 원료 입자 투입부로부터 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 (飛翔)) 하는 동안에 그 입자 하나하나가 용융되어 액상 유리 입자가 되고, 액상 유리 입자는 하방으로 낙하하여 유리 용융로 바닥부에 집적되어, 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. 또, 통상적인 경우, 개개의 유리 원료 입자로부터 발생하는 개개의 액상 유리 입자는 거의 동일한 유리 조성을 갖는 입자일 필요가 있다.
유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 될 때에 발생하는 분해 가스 성분은, 유리 원료 입자와 액상 유리 입자가 모두 작은 입자이므로, 생성되는 액상 유리 입자의 내부에 갇히는 일 없이 그 대부분이 액상 유리 입자 외부로 방출된다. 이 때문에, 액상 유리 입자가 집적된 유리 융액 중에 기포가 발생할 우려는 적다.
한편, 각 유리 원료 입자는, 구성 원료 성분이 거의 균일한 입자이며, 그것으로부터 발생하는 각 액상 유리 입자의 유리 조성도 서로 균일하다. 액상 유리 입자 간의 유리 조성의 상이가 적으므로, 다수의 액상 유리 입자가 퇴적되어 형성되는 유리 융액 내에, 유리 조성이 상이한 부분이 발생할 우려는 적다. 이 때문에, 종래의 유리 용융로에 필요로 되었던 유리 융액의 유리 조성을 균질화하기 위한 균질화 수단이, 기중 용융법에서는 거의 필요로 되지 않는다. 비록 소수의 액상 유리 입자가 다른 대부분의 액상 유리 입자와 유리 조성이 상이한 경우가 발생했다 하더라도, 액상 유리 입자는 입경이 작은 입자이므로, 유리 조성이 상이한 소수의 액상 유리 입자로부터 발생한, 유리 융액 중의 유리 조성의 이질 영역은 작아, 이 이질 영역은 단시간에 용이하게 균질화되어 소실된다. 이와 같이, 기중 용융법에서는 유리 융액의 균질화에 필요로 하는 열 에너지를 저감시켜, 균질화에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있다.
특허문헌 1 의 유리 용융로는, 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단으로서, 복수 개의 아크 전극이나 산소 연소 노즐을 구비하고 있으며, 복수의 아크 전극이 형성하는 열 플라스마 아크나 산소 연소 노즐에 의한 산소 연소 불꽃 (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. 또, 특허문헌 1 에서 사용되고 있는 유리 원료 입자로는, 단시간에 액상 유리 입자로 변화시킬 수 있고, 발생 가스의 방산이 용이하다는 관점에서, 입경이 0.5 ㎜ (중량 평균) 이하인 것이 사용되고 있다. 또한, 유리 원료 입자의 미분화에 의한 비용의 상승과, 생성되는 액상 유리 입자 간의 유리 조성 변동의 저감의 관점에서, 입경이 0.01 ㎜ (중량 평균) 이상인 것이 사용되고 있다.
한편, 특허문헌 2 의 유리 용융로는, 가열 수단으로서, 유리 용융로의 천장벽에 하향으로 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 하향으로 화염을 형성함과 함께, 산소 버너로부터 유리 원료 입자를 그 화염 중으로 하향에서 공급하여, 화염 중에서 액상 유리 입자를 생성시키고, 생성된 액상 유리 입자를 화염 바로 아래의 노 바닥부에 집적하여 유리 융액을 형성시키고 있다. 이 산소 버너는, 유리 용융로 천장벽의 상류측 벽면에 관통하여 배치되어 있다. 또, 특허문헌 2 의 유리 용융로에는, 유리 원료의 용융시에 발생하는 배기 가스를 노 밖으로 방출하는 배기구가 형성되어 있다. 이 배기구는, 유리 용융로 천장벽의 하류측 벽면에 설치됨과 함께 흡인 팬에 접속되고, 흡인 팬을 구동시킴으로써, 유리 용융로 내의 배기 가스가 연도 (煙道) 에 흡인되어 배기된다.
특허문헌 1 및 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 배스, 퓨전 성형기, 롤아웃 성형기, 블로우 성형기, 프레스 성형기 등의 유리 제품의 성형 수단에 공급되고, 여기서 각종 형상의 유리 제품으로 성형된다. 그리고, 성형된 유리 제품은, 서랭 수단에 의해 거의 실온까지 냉각되고, 그 후, 필요에 따라 절단 수단에 의한 절단 공정 및/또는 그 밖의 후공정을 거친 후, 원하는 유리 제품으로 제조된다.
일본 공개특허공보 제2007-297239호 일본 공개특허공보 제2008-120609호
그런데, 특허문헌 1 및 2 에 개시된 기중 용융 설비에서는, 유리 원료 입자나 용융된 유리 입자의 일부가 미스트 형상이 되어 부유하고, 노 바닥의 유리 융액에 도달하지 않고 배기 가스 기류를 타고 부상하여, 연도에 흡인되어 외부로 배기된다. 그 때, 노 내에 부유하는 입자는, 모두 연도에 흡인되어 제거되는 것은 아니고, 그 일부의 입자는 노벽에 부착되어 있다. 노벽에 부착된 입자는 노벽의 노재 (爐材) 를 침식시키고, 또 그 입자와 노재의 반응 생성물이 노벽으로부터 박리되어 유리 융액면에 낙하하여, 용융 유리의 품질을 저하시킨다는 문제가 발생하고 있었다. 특히, 특허문헌 2 의 설비에서는, 산소 버너에 의한 원료 용융부에서부터 연도까지의 거리가 길기 때문에, 상기 문제가 많이 발생할 우려가 있었다.
유리 원료 입자가 액상의 유리 입자가 되어 노 바닥에 집적되는 경로에서 벗어나 부유하기에 이른 상기 입자로는, 미용융 유리 원료 입자, 용융된 액상의 유리 입자나 그것이 고화된 입자, 유리 원료 입자가 액상의 유리 입자가 되는 도중의 입자 (예를 들어, 유리 원료 입자 중의 원료의 일부 (탄산염 등) 가 분해되어 있는 입자, 표면이 용융된 입자나 그것이 고화된 입자 등), 이들 입자의 파쇄물로 이루어지는 입자 등으로 이루어지는 것으로 생각된다. 또, 유리 원료 입자 이외에 유리 컬릿의 입자를 병용하여 용융 유리를 제조하는 경우에는, 용융로에 투입된 유리 컬릿 입자의 일부도 또한 유리 융액면에 도달하지 않고 부유하는 입자가 되는 경우도 있다. 예를 들어, 미소한 유리 컬릿 입자, 유리 컬릿 입자가 용융된 입자, 일단 용융된 유리 컬릿 입자가 다시 고화된 입자, 이들 입자의 파쇄물로 이루어지는 입자 등이 부유하는 입자가 되는 것으로 생각된다. 또한, 낙하한 유리 컬릿 입자 등이 유리 융액에 표면에 충돌했을 때에 발생하는 액상 유리의 비말 (飛沫) 이나 그 고화물이 부유하는 입자가 되는 경우도 있을 것으로 생각된다.
이들 유리 원료 입자나 유리 컬릿 입자 등에서 유래하는, 노 바닥의 유리 융액면에 도달하지 않는 입자를 이하에서 부유 입자라고 한다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 부유 입자가 노벽에 부착되는 것에서 기인하는 용융 유리의 품질 저하를 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 바닥부에 집적하여 유리 융액으로 하고, 그 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서, 상기 유리 용융로의 천장부에 관통하여 형성된 연도, 평면에서 볼 때 상기 연도 주위에 배치된 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하향으로 설치된 복수의 유리 원료 입자 투입부, 상기 복수의 유리 원료 입자 투입부마다 형성된, 유리 원료 입자 투입부의 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 가열 수단, 상기 액상 유리 입자를 집적하여 유리 융액을 형성하는 노 바닥부, 및 상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로를 제공한다.
또, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 유리 용융로를 사용하여 용융 유리를 제조하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 유리 용융로의 천장부에 연도를 배치하고, 이 연도 주위에 유리 원료 입자 투입부를 복수 배치했기 때문에, 유리 원료 입자 투입부 하방의 기상부 중에서 생성된 부유 입자나 그 기상부 근방에서 생성된 부유 입자는, 유리 용융로의 노벽으로 향하지 않고, 연도로 효율적으로 흡인되어 외부로 배기 제거된다. 이로써, 노벽에 부착되는 부유 입자의 부착량이 격감되기 때문에, 부유 입자가 노벽에 부착되는 것에서 기인하는 노벽의 손상이나 용융 유리의 품질 저하를 방지할 수 있다.
상기 기상부는, 그 안을 통과하는 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 할 수 있는, 고온 분위기 상태에 있는 기상부이다. 이 기상부는 유리 원료 입자 투입부마다 그 하방에 형성된다. 이 때문에, 그 기상부를 형성하기 위한 가열 수단도 또한 유리 원료 입자 투입부마다 형성된다.
또한, 유리 원료 입자를 기중 용융시킬 때에, 유리 원료 입자 투입부로부터 투입된 유리 원료 입자를, 유리 원료 입자 투입부 하방에 형성된 기상부 안을 통과시켜 용융시킨다. 용융된 유리 원료 입자는 액상 유리 입자가 되어 하방을 향하여 낙하하고, 유리 융액이 되어 일시 저류되어 하류측으로 공급된다. 여기서 말하는 유리 용융로의 상부의 노벽부란, 유리 용융로의 천장부 및 천장부의 내벽으로부터 1 m 이내의 측벽의 범위를 말한다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 유리 용융로는, 평면에서 볼 때 상기 연도를 중심으로 하는 동심원 상을 따라 상기 복수의 유리 원료 입자 투입부가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 각각의 유리 원료 입자 투입부의 하방의 기상부에서 발생한 상기 부유 입자를, 연도에 의해 균등하게 흡인 제거할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 기상부를 형성하기 위한 가열 수단은, 산소 연소 불꽃을 발생시키는 산소 연소 버너 및 열 플라스마를 발생시키는 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라스마 발생 장치 중 적어도 1 개인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 산소 연소 버너에 의한 산소 연소 불꽃의 경우에는 약 2000 ℃ 의 고온 분위기를 형성할 수 있고, 열 플라스마의 경우에는 5000 ∼ 20000 ℃ 의 고온 분위기를 형성할 수 있다. 따라서, 강하하는 유리 원료 입자를 단시간에 액상 유리 입자로 할 수 있다. 또한, 산소 연소 버너 및 다상 아크 플라스마 발생 장치는, 단독으로 설치해도 되고 쌍방을 병용해도 된다. 또, 기상부를 형성하는 가열 수단으로서 사용되는 산소 연소 버너로는, 유리 원료 입자 투입부가 일체로 된 형태의 버너를 사용할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 유리 용융로는 연직 방향을 중심축으로 하는 대략 원통 형상으로 구성되고, 평면에서 볼 때 그 거의 중앙부에 상기 연도가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 노 내의 부압이 노 내 전역에서 거의 균일해지기 때문에, 노 내의 부유 입자를 보다 안정적으로 흡인 제거할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 유리 용융로는, 그 유리 용융로의 상기 노벽부에 하향으로 설치됨과 함께 상기 복수의 유리 원료 입자 투입부 전체를 포위하도록 소정의 간격을 갖고 형성되고, 유리 컬릿편을 투입하는 복수의 유리 컬릿편 투입부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 복수의 유리 컬릿편 투입부로부터 유리 컬릿편을 낙하시켜, 이 유리 컬릿편이 낙하하는 흐름으로 각 유리 원료 입자 투입부 하방의 기상부 전체를 포위하고, 고온의 기상부와 노벽을 구획함과 함께, 고온의 기상부 중에서 발생하여 노벽으로 향하려고 하는 상기 부유 입자를, 투하 중의 유리 컬릿편의 표면에 부착시켜 포집하여 낙하시킨다. 이로써, 부유 입자가 노벽에 부착되는 것을 확실하게 저지할 수 있다. 또, 본 발명에서는, 유리 컬릿편의 예열 및 하강류에 의한 화염의 안정화가 도모된다. 또한, 상기 유리 용융로는, 상기 유리 컬릿편 투입부 하방에 유리 컬릿편을 가열하는 기상부 (이하, 제 2 기상부라고도 함) 를 형성하기 위한 가열 수단 (이하, 제 2 가열 수단이라고도 함) 을 구비하는 것이 바람직하다. 유리 컬릿편 투입부에 인접하여 이 제 2 가열 수단을 형성해도 된다. 이로써, 강하 중인 유리 컬릿편을 가열할 수 있어, 유리 컬릿편의 용융에 기여할 수 있다. 유리 컬릿편은 이 제 2 기상 중에서 적어도 표면이 액상화된 유리 입자가 되어, 유리 융액면에 도달하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 유리 용융로는, 평면에서 볼 때 상기 연도를 중심으로 하는 동심원 상을 따라 상기 복수의 유리 컬릿편 투입부가 배치된다.
또, 본 발명의 상기 유리 컬릿편 투입부는, 상기 컬릿의 단경 (a) 이 0.1 ㎜ ＜ a ＜ 50 ㎜ 인 유리 컬릿편을 투입하기 위해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 유리 컬릿편의 사이즈에 있어서는, 유리 컬릿편 자체가 유리 용융로 내의 기류에 의해 부유 입자가 될 우려가 적은 것, 및 유리 컬릿편을 유리 제품의 제조 공정 내 또는 시장으로부터 회수, 저장하고, 유리 컬릿편 투입구까지 반송하는 취급상의 효율을 고려하여 그 단경을 규정하였다.
본 발명에서는, 이와 같은 단경 (a) 의 유리 컬릿편을, 유리 컬릿편 투입부로부터 노 내로 투입하고, 강하 중인 유리 컬릿편을 제 2 가열 수단에 의해 형성된 제 2 기상 중에서 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 단경 (a) 의 유리 컬릿편은, 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것으로 규정한다.
따라서, 본 발명에 관련된 유리 용융로에 의하면, 유리 원료 입자와 함께 유리 컬릿편 자체의 비산이 적은 유리 컬릿편을, 예비 가열하지 않고 유리 용융로에 투입하여 용융시킬 수 있다. 이로써, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품의 생산에 적당한 대규모 용융로에 적합하게 된다.
또, 본 발명의 상기 연도로부터의 배기 가스의 일부를, 상기 유리 컬릿편 투입부로부터 투입되기 전의 유리 컬릿편에 공급하여 예열하기 위한 가스 공급부를 형성해도 된다.
본 발명에 의하면, 연도로부터 배출되는 고온의 가스를 이용하여, 유리 컬릿편 투입부로부터 투입되는 유리 컬릿편을 예열하기 때문에, 유리 용융로 내를 고온으로 유지할 수 있어, 유리 컬릿편의 용융화를 촉진시킬 수 있다.
또, 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 서랭시키는 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 서랭시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 유리 용융로, 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 부유 입자가 노벽에 부착되는 것에서 기인하는 노벽이나 연도의 손상 및 용융 유리의 품질 저하를 억제할 수 있고, 따라서, 품질이 양호한 용융 유리를 장기에 걸쳐 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 용융 유리의 제조 장치 및 제조 방법에 의해, 품질이 양호한 용융 유리를 제조할 수 있기 때문에, 품질이 양호한 유리 제품을 장기에 걸쳐 생산할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 1 실시형태의 유리 용융로의 종단면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 유리 용융로의 주요부 평단면도이다.
도 3 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 2 실시형태의 유리 용융로의 종단면도이다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 유리 용융로의 주요부 평단면도이다.
도 5 는 실시형태의 유리 제품의 제조 방법의 실시형태를 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명에 관련된 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.
도시한 유리 용융로에 있어서, 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부 (이하, 제 1 기상부라고도 함) 를 형성하는 가열 수단 (이하, 제 1 가열 수단이라고도 함) 은 산소 연소 버너로 이루어진다.
유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는, 제 1 기상부는, 산소 연소 버너의 화염 중 및 화염 근방의 고온부로 구성된다. 그 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 제 1 가열 유닛이라고 한다. 유리 원료 입자, 그것이 용융되어 발생하는 액상 유리 입자, 유리 원료 입자로부터 액상 유리 입자가 되는 도중의 입자 (표면 부분만 액상 유리로 되어 있는 입자 등) 를 이하의 실시형태의 도면에서는 입자 (22) 로 나타내고, 이하의 설명에서는 유리 원료 입자 등 (22) 이라고 한다.
한편, 유리 컬릿편을 적어도 표면이 액상화된 유리 입자로 하는 제 2 기상부에서는, 유리 컬릿편 투입부와 산소 연소 버너는 별체이며, 유리 컬릿편을 제 2 기상부에 공급하는 관과 산소 연소 버너는 상부의 노벽부에 근접하여 배치되어 있다. 이 유리 컬릿편 투입부와 산소 연소 버너의 조합을 제 2 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 천장 부분을 제외한 주요부 평단면도이다. 또한, 도 2 에 있어서, 상세하게 서술하는 제 1 가열 유닛 (18) 및 제 2 가열 유닛 (20) 은, 간략적으로 ○ 표시로 나타내고 있다.
유리 용융로 (10) 는, 용융조 (12) 와 유리 융액 (G) 의 배출부로서의 출구 (도시 생략) 를 구비하고 있으며, 용융조 (12), 출구는 주지된 내화 벽돌에 의해 구성되어 있다. 또, 용융조 (12) 는, 연직 방향을 중심축으로 하는 대략 원통 형상으로 구성되고, 그 천장벽 (14) 에는 도 2 의 평면에서 보았을 때에, 그 거의 중앙부에 연도 (16) 가 천장벽 (14) 을 관통하여 연직 방향으로 형성되어 있다. 이 연도 (16) 에는 냉각 장치 (17), 집진 장치 (19) 를 개재하여 흡인 팬 (21) 이 연결되어 있으며, 흡인 팬 (21) 을 구동시킴으로써, 용융조 (12) 내의 배기 가스가 연도 (16) 에 의해 흡인된다. 이 배기 가스는, 냉각 장치 (17) 에 의해 소정 온도로 냉각된 후, 집진 장치 (19) 에 의해 배기 가스 중의 진애가 제거되고, 그 후에 흡인 팬 (21) 에 의해 외부로 배기된다. 또한, 연도 (16) 는, 천장벽 (14) 의 거의 중앙부에 반드시 배치할 필요는 없지만, 후술하는 바와 같이 용융조 (12) 내의 압력 (부압) 을 용융조 (12) 전역에서 거의 균등하게 하기 위해서는, 천장벽 (14) 의 거의 중앙부에 배치하는 것이 바람직하다.
또, 연도 (16) 로부터 배출되는 배기 가스의 일부를 이용하여, 제 2 가열 유닛 (20) 으로부터 투입되기 전의 유리 컬릿편 (26) 에 공급하여 예열하기 위한 가스 공급부 (23) 를 형성해도 된다. 이 경우, 연도 (16) 로부터의 배기 가스를 냉각 장치 (17) 로 유도하기 전에, 도 1 의 2 점 쇄선과 같이 배기 가스계 (25) 를 제 2 가열 유닛 (20) 의 유리 컬릿편 투입통 (34) 으로 우회시킨다. 그리고, 유리 컬릿편 투입통 (34) 에 공급되어 유리 컬릿편 (26) 의 예열에 기여한 배기 가스를, 유리 컬릿편 투입통 (34) 으로부터 필요에 따라 냉각 장치 (17) 에 유도하여, 집진 장치 (19) 에 의해 배기 가스 중의 진애를 제거하고, 그 후에 흡인 팬 (21) 에 의해 외부로 배기한다. 이 방식에 의해, 연도 (16) 로부터 배출되는 고온의 가스를 이용하여, 제 2 가열 유닛 (20) 으로부터 투입되는 유리 컬릿편 (26) 을 예열할 수 있기 때문에, 유리 용융로 (10) 내의 온도를 고온으로 유지할 수 있어, 유리 컬릿편 (26) 의 용융화를 촉진시킬 수 있다.
또, 용융조 (12) 의 상부의 노벽부인 천장벽 (14) 에는, 8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 및 8 대의 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 이 배치되어, 이것들에 의해 노 내 기상 분위기 중에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 8 개의 제 1 기상부 및 유리 컬릿편을 용융시키기 위한 8 개의 제 2 기상부가 형성되어 있다. 각 유닛에 있어서의 산소 연소 버너는, 각각 화염이 하향이 되도록 천장벽 (14) 을 관통하여 형성되어 있다.
8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 은, 도 2 의 평면에서 보았을 때에 연도 (16) (중심축 (O)) 를 중심으로 하는 동심원 상에 등간격으로 설치된다. 또, 8 대의 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 은, 8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18) 을 포위함과 함께, 연도 (16) 를 중심으로 하는 동심원 상에 등간격으로 설치되어 있다. 또한, 제 1 가열 유닛 (18) 및 제 2 가열 유닛 (20) 이 천장벽 (14) 이 아니라, 용융조 (12) 의 상부의 측벽에 있는 경우도 본 발명의 범위이다. 제 1 가열 유닛 (18) 및 제 2 가열 유닛 (20) 이 측벽에 형성되는 경우에는, 용융조 (12) 의 천장벽 (14) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 까지의 높이의 측벽에 형성된다. 이것은, 제 1 가열 유닛 (18) 및 제 2 가열 유닛 (20) 이, 용융조 (12) 의 천장벽 (14) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 를 초과하는 곳에 형성된 경우, 제 1 가열 유닛 (18) 에 있어서 유리 융액면과의 연직 거리가 지나치게 작아지기 때문에 수평 방향과 이루는 각이 작아져, 대향 벽면에 유리 입자를 분무하게 되어 버리는 결과, 노벽 침식과 그에 따른 유리 오염이 발생하기 때문이며, 또 제 2 가열 유닛 (20) 에서 유리 컬릿이 충분히 예열되지 않고 유리 융액 (G) 상으로 낙하하기 때문이다. 제 1 가열 유닛 (18) 및 제 2 가열 유닛 (20) 은, 용융조 (12) 의 천장벽 (14) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 90 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 바람직하고, 50 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또, 제 1 가열 유닛 (18) 의 대수는 8 대에 한정되는 것은 아니며, 연도 (16) 를 포위할 수 있는 것이라면 2 대 이상이면 된다. 마찬가지로, 제 2 가열 유닛 (20) 의 대수도 8 대에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 낙하하는 유리 컬릿편의 흐름에 의해 유리 원료 입자의 흐름을 포위하는 형태를 형성할 수 있다면, 7 대 이하여도 되고 9 대 이상이어도 된다. 또한, 제 1 가열 유닛 (18) 의 배치 형태는 상기 동심원 상에 한정되는 것은 아니며, 연도 (16) 를 둘러싸는 형태, 예를 들어 삼각형 상, 사각형 상, 타원형 상을 따라 배치하는 형태여도 된다. 단, 각각의 제 1 가열 유닛 (18, 18) 에 의한 유리 원료 입자 등 (22, 22…) 에서 유래하는 부유 입자 (24, 24…) 를 연도 (16) 에 의해 균등하게 흡인 제거하려면, 상기 동심원 상의 배치 형태가 바람직하다. 마찬가지로, 제 2 가열 유닛 (20) 의 배치 형태도 상기 동심원 상에 한정되는 것은 아니며, 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 을 둘러싸는 형태, 예를 들어 삼각형 상, 사각형 상, 타원형 상을 따라 배치하는 형태여도 된다. 단, 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 으로부터 투입되는 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 의 열에 의해 균등하게 가열하려면, 상기 동심원 상의 배치 형태가 바람직하다.
또한, 이 용융조 (12) 는, 전술한 바와 같이 대략 원통 형상으로 구성됨과 함께, 평면에서 볼 때 그 거의 중앙부에 연도 (16) 가 형성되어 있기 때문에, 노 내의 부압이 노 내 전역에서 거의 균일해지고, 따라서, 노 내의 부유 입자 (24, 24…) 를 안정적으로 연도 (16) 로부터 흡인 제거할 수 있다.
용융조 (12) 및 상기 출구의 각 조 내에는, 유리 융액 (G) 이 저류되어 있으며, 용융조 (12) 에서 제조된 유리 융액 (G) 이 상기 출구를 개재하여 하류로 흐르도록 구성되어 있다.
제 1 가열 유닛 (18) 으로는, 유리 원료 입자 투입부가 일체로 된 산소 연소 버너 (28) 가 적용되고 있다.
이 산소 연소 버너 (28) 는, 무기 분체 가열용 버너로서 공지된, 원료, 연료, 지연 가스 공급 노즐이 적절히 배치된 산소 연소 버너이다. 산소 연소 버너 (28) 의 선단부의 노즐 (30) 은, 중심부로부터 외주부를 향하여 연료 공급 노즐, 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐, 유리 원료 공급 노즐, 및 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐 순으로 전체적으로 동심원 상에 배열되어 있다. 노즐 (30) 로부터 화염 (32) 을 하향에서 분사시켜, 이 화염 (32) (즉, 제 1 기상부) 중에 유리 원료 입자를 기체 반송 또는 기계 반송에 의해 상기 유리 원료 공급 노즐로부터 공급한다. 이로써, 유리 원료 입자를 확실하게 또한 단시간에 액상 유리 입자로 할 수 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 이 산소 연소 버너 (28) 에는, 유리 원료 입자를 유리 원료 공급 노즐에 공급하는 유리 원료 입자 공급계, 연료를 연료 공급 노즐에 공급하는 연료 공급계, 및 지연 가스를 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐과 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐에 공급하는 가스 공급계가 접속되어 있다.
이와 같이, 유리 원료 입자 투입부가 일체로 된 산소 연소 버너 (28) 를 적용한 경우에는, 산소 연소 버너 (28) 가 유리 원료 입자 투입부를 겸하고 있기 때문에, 유리 원료 입자 투입부를 별개로 형성할 필요는 없다. 그러나, 산소 연소 버너 (28) 의 화염 (32) 을 향하여 유리 원료 입자를 투입하는 유리 원료 입자 투입부를 산소 연소 버너 (28) 에 인접하여 개별적으로 형성해도 된다.
또한, 제 1 기상부를 형성하는 제 1 가열 수단으로는 산소 연소 버너 (28) 에 한정되는 것은 아니며, 열 플라스마를 발생시키는, 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라스마 발생 장치를 용융조 (12) 의 벽면에 형성해도 되고, 또 산소 연소 버너 (28) 및 상기 다상 아크 플라스마 발생 장치의 쌍방을 용융조 (12) 에 형성해도 된다. 또한, 산소 연소 버너 (28) 의 화염 (32), 열 플라스마의 온도는, 유리 원료 입자 등 (22) 에 함유되는 기체 성분을 신속하게 가스화 산일 (散逸) 시켜, 유리화 반응을 진행시키기 위해, 규사의 용융 온도 이상인 1600 ℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1 기상부 내의 유리 원료 입자 등 (22) 은, 화염 (32) 및/또는 열 플라스마에 의해 유리화하고, 유리 원료 입자에 포함되는 가스 성분은, 신속하게 가스화 산일됨과 함께, 상기 입자는 고온에서 가열됨으로써 액상 유리 입자가 되어 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 의 표면 상에 착지한다. 그리고, 액상 유리 입자의 집적에 의해 형성된 유리 융액은, 화염 (32) 및/또는 열 플라스마에 의해 계속 가열되므로 유리화된 형태가 유지된다. 또한, 화염 (32) 의 경우, 그 중심 온도는 산소 연소의 경우에 약 2000 ℃ 이고, 열 플라스마의 경우에는 5000 ∼ 20000 ℃ 이다.
유리 원료 입자는, 평균 입경이 30 ∼ 1000 ㎛ 가 바람직하고, 50 ∼ 500 ㎛ 가 보다 바람직하며, 70 ∼ 300 ㎛ 가 더욱 바람직하다. 유리 원료 입자는, 제 1 기상부 중에서 액상 유리 입자가 될 때에, 대부분의 경우 당초의 평균 입경이 8 할 정도로 감소한다.
제 2 가열 유닛 (20) 은, 유리 컬릿편 투입통 (34 ; 유리 컬릿편 투입부) 과 제 2 가열 수단인 2 개의 산소 연소 버너 (36, 36) 로 구성된다. 2 개의 산소 연소 버너 (36, 36) 로 형성되는 2 개의 화염 (42, 42) 과 그 주변의 고온역이 제 2 기상부가 된다.
유리 컬릿편 투입통 (34) 은 천장벽 (14) 을 관통하여 연직 방향으로 배치되고, 그 하단에 형성된 투입구 (38) 로부터 유리 컬릿편 (26, 26…) 이 투하된다. 이 유리 컬릿편 투입통 (34) 에는, 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 기체 반송 또는 기계 반송에 의해 반송하는 컬릿 반송계 (도시 생략) 가 접속되어 있어, 후술하는 사이즈의 유리 컬릿편 (26, 26…) 이 유리 컬릿편 투입통 (34) 으로 반송된다. 또, 유리 컬릿편 투입통 (34) 의 재질은, 수랭된 금속 또는 세라믹스 등을 예시할 수 있다.
산소 연소 버너 (36) 는, 산소 연소 가열용 버너로서 공지된, 연료, 지연 가스 공급 노즐이 적절히 배치된 산소 연소 버너이다. 산소 연소 버너 (36) 의 노즐 (40) 로부터 화염 (42) 을 기울기 하향으로 분사시켜, 강하 중인 유리 컬릿편 (26, 26…) 에 화염 (42) 을 내뿜는다. 이로써, 유리 컬릿편 (26, 26…) 이 확실하게 가열된다. 화염 (42) 에 의해 가열된 유리 컬릿편 (26) 은, 투입하는 유리 컬릿편 (26) 의 양 등에 따라서도 다르지만, 1000 ℃ ∼ 1800 ℃ 정도로 가열되어 유리 융액 (G) 에 착지한다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 이 산소 연소 버너 (36) 에는, 연료를 연료 공급 노즐에 공급하는 연료 공급계, 및 지연 가스를 연소용 지연 가스 공급 노즐에 공급하는 가스 공급계가 접속되어 있다.
또한, 제 2 가열 유닛이 천장부는 아니며, 유리 용융로의 상부의 측벽에 설치되는 경우도 본 발명의 범위이다. 제 2 가열 유닛이 측벽에 형성되는 경우에는, 유리 용융로의 천장부의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 까지의 높이에 형성된다. 이것은, 제 2 가열 유닛이, 유리 용융로의 천장부의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 를 초과하는 곳에 형성된 경우, 유리 융액면과의 연직 거리가 지나치게 작아지기 때문에 수평 방향과 이루는 각이 작아져, 대향 벽면에 유리 컬릿편을 분무하게 되어 버려, 노벽 손상 및 침식과 그에 따른 유리 오염이 발생하기 때문이다. 제 2 가열 유닛은, 유리 용융로의 천장부의 내벽으로부터 연직 방향으로 80 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 바람직하고, 60 ㎝ 까지의 높이에 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 「유리 컬릿」이란, 본 발명에서 최종 목적물인 유리 제품의 유리와 거의 동일한 유리 조성으로 이루어지는 유리 컬릿을 의미한다. 이 유리 컬릿은, 통상적으로, 본 발명에 있어서의, 노 바닥부에 형성된 유리 융액으로부터 최종 목적물인 유리 제품을 제조하는 공정에서 발생한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 최종 목적물인 유리 제품의 유리와 거의 동일한 유리 조성으로 이루어지는 다른 유리 제품의 제조 공정으로부터 발생하는 유리 컬릿, 본 발명에 의해 얻어진 최종 목적물인 유리 제품을 사용하는 공정으로부터 발생하는 유리 컬릿 등이어도 된다. 상기 다른 유리 제품의 제조 공정에 있어서의 유리 용융로는, 기중 용융법을 사용한 유리 용융로에 한정되는 것은 아니다.
유리 컬릿의 유리 조성이 유리 원료 입자로 형성되는 유리의 유리 조성과 거의 동일하므로, 유리 컬릿편이 융해된 액상 유리와 유리 원료 입자로 형성된 액상 유리가 혼합된 유리 융액의 유리 조성은 균일한 것이 되어, 균질화에 필요로 하는 열 에너지가 적고, 균질화에 필요로 하는 시간도 짧다. 유리 컬릿의 유리 조성과 유리 원료 입자로 형성되는 액상 유리 입자의 유리 조성은 동일한 것이 바람직하지만, 용융조의 노 바닥부에 형성된 유리 융액이 유리 제품이 되는 동안에 유리 조성이 약간 변화하는 경우가 있어 (예를 들어, 산화붕소 등의 휘발성 유리 성분의 기산 (氣散) 등), 이와 같은 유리 조성의 약간의 상이는 허용된다.
또한, 유리 컬릿편은 이미 유리로 되어 있는 물질로 이루어지므로, 가열된 유리 컬릿편은 단순히 융해되어 액상의 유리 입자가 된다. 한편, 유리 원료 입자는, 유리 원료의 열 분해 (예를 들어, 금속 탄산염으로부터 금속 산화물로의 열 분해 등), 유리화 반응이라고 불리는 유리가 되는 성분의 반응과 용융 등의 화학 반응에 의해 액상의 유리 입자가 된다. 고체 입자가 액상의 유리 입자가 되는 메커니즘은 유리 원료 입자와 유리 컬릿편에서는 상이하지만, 생성되는 액상의 유리 입자는 거의 동일한 유리 조성의 액상의 유리 입자이다.
또, 산소 연소 버너 (36, 36) 는, 유리 컬릿편 투입통 (34) 을 사이에 두고 소정의 간격을 갖고 배치된다. 즉, 유리 컬릿편 투입통 (34) 주위에 산소 연소 버너 (36, 36) 의 노즐 (40, 40) 이 배치된다.
또한, 산소 연소 버너 (36, 36) 는, 유리 컬릿편 투입통 (34) 에 의한 컬릿편 투입축 (O1) 에 대해, 그 화염 방향 (b) 의 각도 (θ) 가 1°≤ θ ≤ 75°가 되도록 경사지게 하여 배치되어 있다. 이와 같이 산소 연소 버너 (36) 는, 연직축인 컬릿편 투입축 (O1) 을 향하여 화염 (42) 을 내뿜도록 컬릿편 투입축 (O1) 에 대해 1°≤ θ ≤ 75°의 각도를 가지고 설치되어 있기 때문에, 유리 컬릿편 투입통 (34) 으로부터 컬릿편 투입축 (O1) 을 따라 낙하 중인 유리 컬릿편 (26, 26…) 은, 그 화염 (42) 중으로 효율적으로 통과한다. 여기서, 산소 연소 버너 (36) 의 선단부의 노즐 (40) 과 유리 컬릿편 투입통 (34) 의 투입구 (38) 의 수평 거리는, 낙하 중인 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 그 화염 (42) 중으로 효율적으로 통과시킨다는 목적과, 산소 연소 버너 (36) 의 능력에 따라 적절히 설정된다. 예를 들어, 산소 연소 버너 (36) 는, 유리 컬릿편 (26) 의 낙하 높이를 1 ∼ 3 m 로 할 수 있는 경우에는, 컬릿편 투입축 (O1) 에 대해 10°≤ θ ≤ 30°의 각도를 가지고 설치되는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 산소 연소 버너 (36) 에 의한 화염 (42) 을 유리 컬릿편 (26) 에 보다 긴 시간 쬐게 할 수 있기 때문에, 유리 컬릿편 (26) 의 보다 큰 부분을 용융시킬 수 있다.
또한, 산소 연소 버너 (28) 와 마찬가지로, 산소 연소 버너 (36) 대신에 열 플라스마를 발생시키는 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라스마 발생 장치를 용융조 (12) 의 벽면에 형성해도 된다. 또, 산소 연소 버너 (36) 및 상기 다상 아크 플라스마 발생 장치의 쌍방을 용융조 (12) 에 형성해도 된다. 산소 연소 버너 (36) 의 화염 (42) 의 온도, 및 열 플라스마의 온도는 전술한 온도와 동일하다.
또, 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 투하되는 다수의 유리 컬릿편 (26, 26…) 의 흐름에 의해, 연도 (16) 를 중심으로 하여 제 1 기상부를 포위하는 포위 형태가 형성된다. 이 유리 컬릿편의 흐름은 연직 방향으로 중심축을 갖는 대략 통 형상으로 형성되고, 부유 입자 (24, 24…) 로부터 용융조 (12) 의 노벽 (44) 을 구획하는 기능을 갖는다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 용융 유리의 제조 장치의 작용에 대하여 설명한다.
실시형태의 유리 용융로는, 유리 원료 입자를 용융시키는 용융로이다. 제 1 기상부는 제 1 가열 수단인 8 대의 산소 연소 버너 (28, 28…) 에 의해 형성되는 화염 (32, 32…) 이나 그 주위에 형성되는 고온역이고, 유리 원료 입자를 이 제 1 기상부 중에서 액상 유리 입자로 한다. 즉, 산소 연소 버너 (28, 28…) 로부터 유리 원료 입자를 노 내로 투입하고, 화염 (32, 32…) 중을 강하하는 유리 원료 입자 등 (22) 을 가열 용융시켜 액상 유리 입자로 한다. 유리 원료 입자로부터 유리 원료 입자 등 (22, 22…) 을 거쳐 형성된 액상 유리 입자는 하방을 향하여 낙하하고, 노 바닥부 (60) 에 집적되어 유리 융액 (G) 이 되고, 유리 융액 (G) 은 노 바닥부 (60) 에 일시 저류된다.
액상 유리 입자는, 개개의 입자로서 노 바닥부 (60) 내지 유리 융액 (G) 표면에 도달하는 것은 필수는 아니다. 액상 유리 입자는, 기상 중에서 그 2 개 이상이 융착되어 노 바닥부 (60) 내지 유리 융액 (G) 표면에 착지해도 된다.
이와 같은 유리 원료 입자의 가열 및 용융시에 있어서, 유리 원료 입자 등 (22, 22…) 의 일부는 부유 입자 (24, 24…) 가 되고, 이 부유 입자 (24, 24…) 는, 종래의 기술에서는, 제 1 기상부로부터 산일되어 노 내에서 부유한다.
그래서, 실시형태의 용융조 (12) 는, 천장벽 (14) 의 거의 중앙부에 연도 (16) 를 배치하고, 이 연도 (16) 주위에 8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 을 배치하고 있다. 이 때문에, 노 내의 부유 입자 (24, 24…) 는, 주위의 노벽 (44) 으로 향하지 않고, 연도 (16) 의 흡인력에 의해 흡인되어 노 밖으로 배기 제거된다.
이로써, 이 용융조 (12) 에 의하면, 노벽 (44) 에 부착되는 부유 입자 (24, 24…) 의 부착량이 격감되기 때문에, 부유 입자 (24, 24…) 가 노벽 (44) 에 부착되는 것에서 기인하는 노벽 손상과 유리 융액 (G) 의 품질 저하를 방지할 수 있다.
또, 이 용융조 (12) 에서는, 유리 원료 입자를 투입함과 함께 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 투하하여, 연도 (16) 를 중심으로 하는 대략 원통 형상의 유리 컬릿편의 흐름에 의한 포위 형태를 노 내에 형성하고 있다. 즉, 부유 입자 (24, 24…) 를 포위하도록, 8 개의 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 낙하시켜, 부유 입자 (24, 24…) 로부터 노벽 (44) 을 구획하고 있다. 그리고, 노벽 (44) 으로 향하려고 하는 부유 입자 (24, 24…) 의 일부를, 낙하 중인 유리 컬릿편 (26, 26…) 의 표면에 부착시켜 포집하여, 용융조 (12) 의 유리 융액 (G) 으로 낙하시키고 있다.
이로써, 이 용융조 (12) 에 의하면, 이 포위 형태에 의해 부유 입자 (24, 24…) 의 노벽 (44) 으로의 비산을 억제할 수 있기 때문에, 노벽 (44) 에 부유 입자 (24, 24) 가 부착되는 것을 확실하게 저지할 수 있다.
한편, 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 투입되는 유리 컬릿편에서는, 컬릿편 자체가 비산되는 것이 적은 것, 및 유리 컬릿편을 유리 제조 공정 중 또는 시장으로부터 회수, 저장하고, 유리 컬릿편 투입구까지 반송하는 관점에 있어서의 취급상의 효율을 고려하여 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 에 투입하기 위해, 그 입경을 규정하는 것이 바람직하다. 유리 컬릿편의 입경으로는, 그 단경 (a) 이 0.1 ㎜ ＜ a ＜ 50 ㎜ 인 것이 바람직하다. 이 단경 (a) 의 유리 컬릿편은, 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것인 것이 바람직하다. 유리 컬릿편의 단경 (a) 은 5 ㎜ ＜ a ＜20 ㎜ 인 것이, 유리 컬릿편의 비산 방지나 상기 취급의 관점에서 더욱 바람직하다. 또, 유리 컬릿편 투입부는 이 크기의 유리 컬릿편을 투입하기 위한 구조 (투입통의 내경 등) 를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 단경 (a) 이 50 ㎜ 이상이 되어도, 투하 중의 유리 컬릿편의 표면에 부유 입자를 부착시켜 포집하는 효과에 변함은 없다.
실시형태에서는, 이와 같은 단경 (a) 의 유리 컬릿편을, 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 노 내에 투입하고, 강하 중인 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 산소 연소 버너 (36, 36) 의 화염 (42, 42) 에 의해 가열한다. 가열된 유리 컬릿편 (26, 26…) 은 하방을 향하여 낙하한다.
유리 컬릿편이 제 2 가열 유닛에 의해, 적어도 표면이 액상화된 유리 입자는, 유리 융액 (G) 의 표면에 도달하기 전에 그 2 개 이상이 융착되고, 융착된 액상 유리 입자가 유리 융액 (G) 에 착지해도 된다. 이 적어도 표면이 액상화된 유리 입자가 비교적 큰 입자이므로, 낙하 중인 액상화된 유리 입자는 서로 접촉하기 쉬워, 복수의 액상화된 유리 입자가 접촉한 경우에는 융착되어 더욱 큰 액상화된 유리 입자나 괴상물이 되는 경우가 있다. 또한, 다수의 액상화된 유리 입자가 일체화된 액체의 흐름이 되어 유리 융액 (G) 에 도달하는 경우도 있다. 1 개의 유리 컬릿편 투입통 (34, 34…) 으로부터 투입되는 단위 시간당 유리 컬릿편의 양이 많아지면, 이와 같은 액상화된 유리 입자의 융착이 일어나기 쉽다.
또한, 산소 연소 버너 (36) 에 의해 유리 컬릿편 (26) 을 그 강하 중에 완전히 용융시킬 수 있으면 좋지만, 유리 컬릿편 (26) 은 미립자 형상의 유리 원료 입자와 비교하여 사이즈가 훨씬 크기 때문에, 완전히 용융시키는 것은 어렵다. 따라서, 미용융 유리 컬릿편 (26, 26…) 이 노 내의 유리 융액 (G) 의 표면 상에 착지하지만, 이 경우, 미용융 유리 컬릿편 (26, 26…) 은, 산소 연소 버너 (28, 36) 에 의한 열, 및 노체 (爐體) 로부터의 복사열에 의해 가열되고 용융되어, 유리 융액 (G) 이 되기 때문에 문제는 없다.
또, 산소 연소 버너 (36) 는, 유리 컬릿편 (26) 만을 단독으로 예열하는 것은 아니며, 유리 원료 입자 등 (22) 및 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 도 가열하므로, 노 밖에 설치된 유리 컬릿편의 예열 장치와는 기능이 완전히 상이하다.
전술한 바와 같이 유리 컬릿편 (26) 을 제 2 가열 유닛에 의한 제 2 기상 중에서 완전히 액상화할 필요는 없지만, 이와 같이 복수의 산소 연소 버너 (36, 36…) 를 배치함으로써 유리 컬릿편 (26) 의 용융률이 향상되기 때문에, 유리 융액의 균질화에 필요한 2 차 가열에 필요로 하는 열량을 삭감시킬 수 있다. 또한, 산소 연소 버너 (36) 의 개수를 증가시킴으로써, 유리 컬릿편 (26, 26…) 을 균등하게 가열할 수 있기 때문에, 용융률이 더욱 향상된다. 또한, 산소 연소 버너 (36) 를, 산소 연소 버너 (36) 의 사용 개수가 증가함에 따라 소능력형인 것으로 변경할 수도 있다. 이로써, 산소 연소 버너 (36) 에 사용하는 연료를 절약할 수 있다.
따라서, 이 용융조 (12) 에 의하면, 유리 원료 입자와 함께 유리 컬릿편을, 용융조 (12) 에 투입하여 용융시킬 수 있기 때문에, 수십 톤/일 이상, 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적당한 대규모 용융로에 적합하게 된다.
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 천장부를 제외한 주요부 평단면도이며, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일 또는 유사한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.
유리 용융로 (50) 의 용융조 (52) 는, 직육면체 형상으로 구성되고, 상부의 노벽부인 천장벽 (54) 에 1 개의 연도 (16), 8 대의 제 1 가열 유닛 (18, 18…), 및 8 대의 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 이 각각 하향으로 천장벽 (54) 을 관통하여 형성되어 있다. 이들 연도 (16), 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 및 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 의 배치 형태는, 도 1, 도 2 에 나타낸 형태와 동일하다.
이 용융조 (52) 는 직육면체 형상이지만, 연도 (16) 주위에 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 을 배치한 것, 및 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 을 포위하도록 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 을 배치한 것에 의해, 도 1, 도 2 에 나타낸 유리 용융로 (10) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 3, 도 4 의 부호 56 은 출구로서, 용융조 (52) 에서 용융된 유리 융액 (G) 은, 출구 (56) 를 개재하여 하류측으로 공급된다. 따라서, 연도 (16), 제 1 가열 유닛 (18, 18…) 및 제 2 가열 유닛 (20, 20…) 으로 이루어지는 용융 유닛은, 용융조 (52) 에서 유리 융액 (G) 의 상류측에 배치되어 있지만, 배치 위치는 이것에 한정되는 것은 아니며, 중류측, 하류측 및 전역에 배치해도 된다. 또, 복수의 용융 유닛을 천장벽 (54) 에 병렬 형성해도 된다.
또, 실시형태에서는, 제 2 가열 유닛 (20) 을 구비한 유리 용융로 (10, 50) 를 예시했지만, 유리 컬릿편 투입통 (34) 만으로, 기상을 형성하는 가열 수단으로서의 산소 버너를 구비하지 않은 유리 용융로에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 5 는 실시형태의 유리 제품의 제조 방법의 실시형태를 나타낸 플로우차트이다. 도 5 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 4 의 용융조 (12, 52) 에서 용융된 유리 융액 (G) 은, 출구 및 도시가 생략된 도관 구조를 거쳐 성형 수단으로 이송되어 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 서랭시킨 후, 원하는 크기로 절단하고,필요에 따라 유리 단부 (端部) 를 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 또는 유기 EL 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.
플라스마 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 도구 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, 제 1 가열 유닛 및 유리 컬릿편 투입통은, 연직 방향 하향으로 설치되어 있는 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 하향이라면 경사져 설치되어 있는 것으로 해도 상관없다.
본 실시형태에서는, 제 1 가열 유닛 및 유리 컬릿편 투입통의 양자는, 유리 용융로의 천장부에 설치되어 있는 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 양자가 유리 용융로의 상부에 있으면 되기 때문에, 예를 들어 제 1 가열 유닛이 유리 용융로의 천장부에 설치되고, 유리 컬릿편 투입통이 유리 용융로의 측벽에 설치되는 것으로 해도 상관없다.
본 실시형태에서는, 연도가 1 개 설치되어 있는 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 1 개의 연도가 설치되는 위치에 복수의 연도가 설치되고, 그것들이 1 개의 연도와 동일한 배연 효과를 나타내도록 설치되면 상관없다.
본 실시형태에서는, 유리 용융로의 천장면은, 플랫한 형상인 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 아치 형상, 돔 형상 등인 것으로 해도 상관없다.
또한, 본 실시형태에서는, 유리 컬릿편을 유리 원료 입자와 병용하여 용융 유리를 제조하는 예를 설명했지만, 유리 컬릿편의 병용은 필수는 아니며, 유리 원료 입자만으로 용융 유리를 제조해도 된다. 또한, 유리 컬릿편을 병용하는 경우, 본 실시형태에서는, 투입된 유리 컬릿편을 가열하기 위한 제 2 가열 수단을 사용하는 예를 설명했지만, 제 2 가열 수단의 사용 (및 그것에 의해 형성되는 제 2 기상부의 형성) 은 필수는 아니다. 즉, 노 내에 투입되어 기상 중을 낙하하는 유리 컬릿편을 가열하기 위한 특별한 구성을 채용하지 않고, 유리 원료 입자로부터 생성되는 유리 융액 중에 유리 컬릿편을 투입하여 용융시킬 수 있다. 이 때, 유리 융액의 온도가 저하되는 등의 문제가 있으면, 유리 융액을 가열하는 수단 등을 채용하여 열 에너지의 부족을 해소할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 연도와 복수의 제 1 가열 유닛과 임의로 제 2 가열 유닛으로 이루어지는 조합을 유리 용융로에 1 개 갖는 유리 용융로에 대하여 설명했지만, 이와 같은 조합은 유리 용융로 중에 복수 형성해도 된다. 예를 들어, 도 3 및 도 4 에는 유리 용융로 (50) 에, 연도 (16) 와 복수의 제 1 가열 유닛 (18, 18‥) 과 제 2 가열 유닛 (20, 20‥) 으로 이루어지는 조합을 1 개 갖는데, 유리 용융로에 이와 같은 조합을 2 개 이상 형성해도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의해 제조된 용융 유리는, 플로트 배스, 퓨전 성형기, 롤아웃 성형기, 블로우 성형기, 프레스 성형기 등의 성형 수단에 의해 각종 형상의 유리 제품으로 성형된다.
또한, 2009년 7월 8일에 출원된 일본 특허출원 제2009-161841호의 명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.
10 : 유리 용융로 12 : 용융조
14 : 천장벽 16 : 연도
17 : 냉각 장치 18 : 제 1 가열 유닛 (유리 원료 입자 투입부 및 제 1 기상부를 형성하는 가열 수단)
19 : 집진 장치 20 : 제 2 가열 유닛 (유리 컬릿편 투입부 및 제 2 기상을 형성하는 가열 수단)
21 : 흡인 팬 22 : 제 1 기상부 중의 유리 원료 입자 등
23 :가스 공급부 24 : 부유 입자
25 : 배기 가스계 26 : 제 2 기상부 중의 유리 컬릿편
28 : 산소 연소 버너 30 :노즐
32 : 화염 34 : 유리 컬릿편 투입통
36 : 산소 연소 버너 38 : 투입구
40 :노즐 42 : 화염
44 : 노벽 50 : 유리 용융로
52 : 용융조 54 : 천장벽
56 : 출구 60 : 노 바닥부

Claims (13)

  1. 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 상기 액상 유리 입자를 유리 용융로의 바닥부에 집적하여 유리 융액으로 하고, 상기 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서,
    상기 유리 용융로의 천장부에 관통하여 형성된 연도,
    평면에서 볼 때 상기 연도 주위에 배치된 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하향으로 설치된 복수의 유리 원료 입자 투입부,
    상기 복수의 유리 원료 입자 투입부마다 형성된, 유리 원료 입자 투입부의 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 가열 수단,
    상기 액상 유리 입자를 집적하여 유리 융액을 형성하는 노 바닥부, 및
    상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 용융로는, 평면에서 볼 때 상기 연도를 중심으로 하는 동심원 상을 따라 상기 복수의 유리 원료 입자 투입부가 배치되어 있는 유리 용융로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 수단은, 산소 연소 불꽃을 발생시키는 산소 연소 버너 및 열 플라스마를 발생시키는 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 아크 플라스마 발생 장치 중 적어도 하나인 유리 용융로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리 용융로는 연직 방향을 중심축으로 하는 원통 형상으로 구성되고, 평면에서 볼 때 그 중앙부에 상기 연도가 형성되어 있는 유리 용융로.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리 용융로는, 상기 유리 용융로의 상기 노벽부에 하향으로 설치됨과 함께 상기 복수의 유리 원료 입자 투입부 전체를 포위하도록 소정의 간격을 갖고 형성되고, 유리 컬릿편을 투입하는 복수의 유리 컬릿편 투입부를 구비하는 유리 용융로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유리 용융로는, 평면에서 볼 때 상기 연도를 중심으로 하는 동심원 상을 따라 상기 복수의 유리 컬릿편 투입부가 배치되어 있는 유리 용융로.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유리 컬릿편 투입부는, 상기 유리 컬릿편의 단경 (a) 이 0.1 ㎜ ＜ a ＜ 50 ㎜ 인 유리 컬릿편을 투입하기 위해 형성되는 유리 용융로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단경 (a) 의 유리 컬릿편은, 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 0.1 ㎜ 인 체에 남고, 또한 그물의 눈금 (Opening) 의 크기가 50 ㎜ 인 체를 통과하는 것인 유리 용융로.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 유리 용융로는, 상기 유리 컬릿편 투입부 하방에 유리 컬릿편을 적어도 표면이 액상화된 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 가열 수단을 구비하는 유리 용융로.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 연도로부터의 배기 가스의 일부를, 상기 유리 컬릿편 투입부로부터 투입되기 전의 유리 컬릿편에 공급하여 예열하기 위한 가스 공급부가 형성되는 유리 용융로.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 유리 용융로를 사용하여 용융 유리를 제조하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 유리 용융로와, 상기 유리 용융로의 상기 배출부의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 서랭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 장치.
  13. 제 11 항에 기재된 용융 유리의 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 상기 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
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