KR101807983B1 - 유리 섬유 제조용 부싱 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 노즐을 구비하고, 상기 노즐이 상기 베이스 플레이트 상에 복수 정렬 배치되어 노즐 열을 형성하는 유리 섬유 제조용 부싱에 있어서, 상기 정렬 배치된 노즐의 최외층의 노즐 열에 따라, 상기 베이스 플레이트 표면으로부터 돌출된 방풍벽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 부싱이다. 방풍벽의 치수는, 외기에 의한 노즐의 냉각 작용을 고려하면서 조정할 수 있다. 본 발명의 유리 섬유 제조용 부싱은, 그 사용 과정에서 발생할 우려가 있는, 노즐의 마모 손상을 억제하는 것이다.

Description

유리 섬유 제조용 부싱{BUSHING FOR MANUFACTURING GLASS FIBER}

본 발명은, 용융 유리로부터 유리 섬유를 제조하기 위한 부싱에 관한 것이다. 또한, 이 유리 섬유 제조용 부싱을 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

유리 섬유는, 유리 원료(컬렛)를 고온 가열한 용융 유리를 청징·균질화하여 얻어진 유리 소지를 부싱에 공급하여 제조된다. 이 유리 섬유 제조용 부싱은, 저면에 부싱 플레이트를 구비한 상자형 용기이다. 부싱 플레이트는, 베이스 플레이트의 저면에, 다수의 노즐을 정렬 배치하여 설치한 것이며, 이 노즐로부터 유리 소지가 섬유 형상이 되어 토출된다. 노즐로부터 토출된 유리 섬유는 냉각되면서 권취된다. 이 부싱을 사용한 유리 섬유의 제조 공정의 예로서는, 특허문헌 1이 있다.

용융 상태에 있는 유리 소지는 1500℃ 이상의 고온이고, 유리 소지가 노즐로부터 토출될 때의 속도는 매분 수천m인 점에서, 부싱 플레이트의 사용 환경은 상당히 가혹한 것이다. 또한, 제품으로서의 유리 섬유에는 조금의 불순물의 혼입도 허용되지 않는다. 이러한 점에서, 부싱 플레이트는 유리 소지를 오염시키는 일이 없도록, 높은 안정성 및 강도를 갖는 재료의 적용이 요구된다. 그리고, 이 점을 고려하여 부싱 플레이트의 구성 재료로서는, 백금, 백금 합금 등의 귀금속 재료가 사용되고 있다. 귀금속 및 그 합금은, 화학적 안정성, 고온 강도가 우수하고, 특히 고온 크리프 특성이 양호하며, 유리 제조 장치와 같은 고온 하에서 응력 부하를 받는 구조체의 구성 재료로서 적격이다.

일본 특허 공표 제2001-513478호 공보

지금까지, 유리 제조 장치의 구조 재료인 백금계 재료에 관해서는, 수많은 검토가 이루어지고 있으며, 그것들은 유리 제조용 부싱 플레이트에 대해서도 피드백되고 있다. 따라서, 상기와 같은 가혹한 사용 환경 하에 있어서도 충분한 사용 기간을 확보한 설계가 이루어져 왔다. 그러나, 본 발명자들에 의하면, 이러한 유리 제조용 부싱 플레이트에 있어서 상정 외의 손상 예가 있음이 확인되고 있다.

특히, 부싱 플레이트의 손상 예로서는, 정렬 배치된 노즐의 최외층이 되는 노즐 열에 대해서, 노즐 선단부에 마모에 의한 것이라 생각되는 손상이 확인되고 있다. 이러한 노즐의 손상은, 가령 그것이 일부의 노즐에서 발생한 것이어도, 유리 섬유의 안정적 제조에 지장을 초래하는 것이 된다.

따라서 본 발명은, 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에 대해서, 상술한 바와 같은 노즐의 손상을 억제할 수 있는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 먼저 상술한 노즐 손상의 요인에 대하여 검토를 행하였다. 노즐의 마모 요인으로서 첫째로 생각되는 것은, 백금의 휘발에 의한 마모이다. 상기와 같이, 부싱 플레이트에 공급되는 유리 소지는 1500℃ 이상의 고온이다. 이러한 고온 하에 있어서 발생하는 백금, 백금 합금에 있어서의 백금의 휘발 손실에 관해서는, 유리 제조 분야에 있어서도 종래부터 알려져 있다. 단, 백금의 휘발 손실이 노즐 손상의 요인이라고 하더라도, 그것만으로는 최외층의 노즐 열이 선택적으로 손상되는 것으로는 이어지지 않을 것이다. 따라서, 본 발명자들은, 추가적인 고찰을 행한 결과, 부싱 플레이트 주변의 공기의 흐름(기류)이 최외층의 노즐 열의 마모를 가속시키고 있다고 추정하였다. 상술한 바와 같이, 노즐로부터의 섬유형 유리의 토출 속도는 매분 수천m이고, 이러한 고속으로 고온의 유리 섬유가 토출되는 부싱 플레이트의 주위에는 유리 토출 방향에 따른 고속의 기류가 발생하고 있다. 그리고, 이 기류의 영향을 가장 받는 것이 최외층 노즐의 선단부이며, 이 부위에서 기류에 의해 백금의 휘발 손실이 가속되어 마모가 발생하고 있다고 생각된다(도 1의 (a)).

본 발명자들은, 상기의 고찰을 바탕으로, 정렬 배치된 노즐 중 최외층의 노즐 열을 기류로부터 보호함으로써 노즐의 마모를 억제할 수 있다고 하여 본 발명에 상도했다(도 1의 (b)).

즉, 본 발명은, 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 노즐을 구비하고, 상기 노즐이 상기 베이스 플레이트 상에 복수 정렬 배치되어 노즐 열을 형성하는 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에 있어서, 상기 정렬 배치된 노즐의 최외층의 노즐 열에 따라, 상기 베이스 플레이트 표면으로부터 돌출되는 방풍벽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트이다.

상기와 같이, 본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 정렬 배치된 노즐의 최외층의 노즐에 대하여 기류로부터 보호하기 위한 방풍벽을 설치하는 것이다. 따라서, 다른 구성(베이스 플레이트, 노즐 본체)에 대해서는 기본적으로는 종래의 부싱 플레이트와 마찬가지이다.

베이스 플레이트는, 용융 상태의 유리 소지를 정류시키는 부재이고, 판상 또는 굽힘 가공에 의해 상자 형상을 갖는 것이다. 베이스 플레이트는, 노즐과의 접속 위치에 관통 구멍을 구비한다. 베이스 플레이트의 재질은, 백금 또는 백금 합금을 포함하고, 바람직하게는 백금, 백금-로듐 합금(로듐 농도: 5 ~ 20wt％) 외에, 강도 향상의 목적으로 분산형 강화 백금 합금, 분산형 강화 백금-로듐 합금이 적용된다.

노즐은, 원통형의 통체이며, 베이스 플레이트의 저면에 복수 정렬 배치되어 접합되어 있다. 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에 있어서의 노즐의 설치 개수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 200 ~ 8000개의 노즐을 구비하는 경우가 많다. 노즐의 형상에 대해서도, 특별히 한정은 없고, 스트레이트한 직관이어도 되고, 끝이 가는 테이퍼 형상의 통체여도 된다. 노즐의 재질에 대해서도, 백금 또는 상기한 백금 합금이 적용된다.

그리고, 본 발명에서는, 베이스 플레이트 상에 최외층의 노즐 열에 따라 설치된 방풍벽을 구비한다. 방풍벽은, 기류에 의한 공기의 충격으로부터 최외층의 노즐을 보호하기 위한 것이다. 여기서, 방풍벽의 높이에 대해서는, 바람직하게는 최외층의 노즐 높이에 비해 0.1㎜ ~ 20.0㎜ 높은 것이 바람직하다. 기류로부터 노즐을 보호하는 관점에서, 방풍벽의 높이는 노즐보다도 높은 것이 바람직하다. 한편, 부싱 플레이트 주위의 공기는, 노즐 전체를 냉각하기 위한 냉매로서 작용하는 것이며, 노즐의 설치 영역에 공기가 전혀 침입하지 않으면, 노즐의 과열에 의한 손상이 염려된다. 방풍벽의 높이가 너무 높으면, 이러한 상태가 되는 것을 생각할 수 있으므로, 방풍벽의 높이에 대해서는, 상기와 같이 제한하는 것이 바람직하다.

방풍벽의 형상으로서는, 노즐 열을 전면적으로 덮는 것을 설치해도 된다. 단, 상기한 노즐 전체에 냉매가 되는 공기를 보내는 것을 고려하면, 노즐과 노즐의 간극에 대응하는 부위에 절결을 형성한 방풍벽이 바람직하다. 절결을 적절하게 배치함으로써, 기류에 의한 노즐 손상을 억제하면서, 노즐의 설치 영역에 공기를 침입시킬 수 있다. 이러한 절결을 형성하여 방풍벽을 분단하는 경우, 개개의 방풍벽의 폭은 노즐의 폭에 대하여, 대략 동 폭 ~ 플러스 5.0㎜ 폭을 확보하는 것이 바람직하다. 절결의 형상은, 직사각형, 웨지형 중 어느 것이어도 된다.

또한, 방풍벽은 일체적인 판재로 형성된 것이어도 되지만, 복수의 부재로 구성해도 된다. 예를 들어, 노즐 열에 따라 베이스 플레이트에 접합되는 얇은 판상의 베이스재에, 방풍판을 노즐 위치에 대응하는 개소에 순차 접합한 2피스 구성의 방풍벽을 적용할 수 있다. 이러한 복수 부재로 구성함으로써, 예를 들어 일부의 방풍판이 기류에 의해 마모·손상되었을 경우 등에 있어서, 부분적인 보수가 가능하게 된다.

또한, 방풍벽의 설치 위치에 대해서는, 방풍벽의 노즐측 단부면과 최외층 노즐의 중심선 사이의 간격을, 1㎜ ~ 50㎜로 하는 것이 바람직하다. 거리가 너무 가까우면 노즐에 간섭되어 버리고, 너무 멀면 방풍 효과를 발휘하지 않고 노즐의 손상 억제를 할 수 없기 때문이다. 또한, 방풍벽의 두께는 0.1㎜ ~ 10㎜로 하는 것이 바람직하다. 너무 얇으면 용이하게 손상되어 방풍벽으로서의 효과를 갖지 않는 한편, 너무 두꺼우면 부싱 플레이트 전체의 중량 증가의 요인이 된다.

방풍벽의 재질은, 베이스 플레이트 및 노즐과 마찬가지로, 백금 또는 백금 합금으로 구성하는 것이 바람직하다. 방풍벽도 고온 환경에 노출되기 때문이다. 방풍벽과 베이스 플레이트의 접합은, 용접에 의한 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 종래의 부싱 플레이트에 방풍벽을 설치하는 것이며, 이에 의해 종래 발생하고 있었던 최외층 노즐의 마모·손상을 억제할 수 있다. 이에 의해, 유리 제조 장치의 사용 기간을 연장할 수 있고, 안정적인 유리 섬유의 제조를 행할 수 있다.

도 1은 기류에 의한 최외층의 노즐 선단의 마모 상태를 설명하는 도면.
도 2는 본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트의 외관.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 방풍벽의 구성을 설명하는 도면.
도 4는 본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트의 방풍벽 부근의 단면도.
도 5는 방풍벽의 다른 구성을 설명하는 도면.
도 6은 방풍벽에 대하여 단면 형상의 다른 형태를 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트(100)를 개략 도시하는 것이다. 도 2에 있어서, 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 베이스 플레이트(10)와, 그 저면에 정렬 배치된 복수의 노즐(20)을 구비한다.

베이스 플레이트(10)는, 백금제의 판재(두께 1.5㎜)를 굽힘 가공하여 성형된 것이며, 중앙에 볼록부를 형성하면서 단부를 꺾어 구부려 가공한 것이다(저면 치수: 444㎜×120㎜). 중앙에 볼록부를 형성하는 것은, 상방으로부터 유입되는 용융 유리 소지의 정류를 위해서이다.

노즐(20)은 두께 0.35㎜이고 1.65㎜(내경)×2.94㎜(상단부 외경)×2.35㎜(하단부 외경)의 테이퍼 형상의 원통체이며, 백금제이다. 노즐(20)은, 베이스 플레이트(10)에 대하여 6.4㎜ 간격으로 60개×24개, 합계 1440개 설치되어 있다. 노즐(20)의 베이스 플레이트(10)에 대한 설치는, 베이스 플레이트(10)의 노즐 설치 개소에 미리 2.81㎜의 구멍을 천공하고, 여기에 노즐(20)을 관입, 확관하여 밀착 고정하였다.

그리고, 이 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트(100)는, 상기와 같이 정렬 배치된 노즐 군의 최외층 노즐 열에 따라 방풍벽(30)을 구비한다. 도 3은 이 방풍벽(30)의 외관을 도시한다. 본 실시 형태의 방풍벽(30)은, 베이스 플레이트에 접합되는 두께 1.5㎜의 평판 막대형의 베이스 부재(31)와, 노즐 설치 위치에 대응하는 위치 상에 설치되는 복수의 방풍판(32)(두께 1.0㎜, 높이 5.0㎜)과의 조합으로 구성된다. 방풍벽의 재질은, 양쪽 부재 모두 백금제이다. 방풍벽은, 미리 베이스 부재(31)에 방풍판(32)을 순차 용접한 것을 제작하고, 이것을 베이스 플레이트에 용접하였다. 이때, 방풍 부재의 벽면(노즐측)과 노즐의 간격은 6.4㎜로 하였다. 이 방풍벽(30)을 설치한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트의 단면도를 도 4에 도시한다.

또한, 방풍벽(30)의 형태로서는, 도 3과 같이, 복수의 방풍판을 공통된 1개의 베이스재에 접합한 것 외에, 노즐에 대응하여 분단된 베이스 부재를 준비해 개별적으로 방풍벽을 형성해도 된다(도 5). 또한, 방풍벽의 단면 형상에 대해서도, 도 4와 같이 방풍면이 수직인 것 외에, 방풍면이 경사진 것이나, 지그재그형인 것을 적용할 수 있다(도 6). 방풍벽은, 부싱 외주로부터의 기류가 노즐 열에 접촉하는 것을 억제할 것을 목적으로 하는 것이며, 단면 형상에 제한은 없고, 도 6 이외에도 원기둥형 방풍벽이어도 된다.

본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트를 사용한 유리 섬유의 제조예로서는, 먼저, 상기의 부싱 플레이트에 터미널 및 상자형의 사이드 플랜지를 접합하여 상자형 용기인 부싱을 구성한다. 이 부싱을 유리 제조 장치에 내장한다. 유리 제조 장치는, 목적 조성으로 조합된 유리 원료의 용해조, 용융 유리의 청징 조, 청징된 용융 유리를 교반하여 균질화하는 교반조를 구비하고, 이것들의 하류측에 부싱이 설치된다. 부싱으로부터 토출되는 유리 섬유는 적절하게 권취된다.

여기서, 도 2에서 도시한 본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트를 구비하는 유리 제조 장치에 의해, 유리 섬유 제조를 1년간 행하였다. 그 동안, 부싱 플레이트에 현저한 이상은 보이지 않았다. 그리고, 1년간의 장치 가동 후, 장치를 셧다운하여 부싱 플레이트의 노즐을 검사한 결과, 모든 노즐에 있어서 마모는 보이지 않았다.

본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 방풍벽을 설치함으로써, 저면에 구비한 노즐 군의 마모 손상을 억제하는 것이다. 본 발명에 따르면, 유리 제조 장치에 대하여 장기간의 가동 기간에 있어서의 안정적 운용을 가능하게 할 수 있고, 양질의 유리 섬유를 효율적으로 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 노즐을 구비하고, 상기 노즐이 상기 베이스 플레이트 상에 복수 정렬 배치되어 노즐 열을 형성하는 유리 섬유 제조용 부싱에 있어서,
   상기 정렬 배치된 노즐의 최외변의 노즐 열을 따라, 상기 베이스 플레이트 표면으로부터 돌출되는 방풍벽이 설치되어 있고,
   또한, 방풍벽은, 노즐 열의 노즐과 노즐 사이의 간격에 대응하는 부위에 절결을 갖고,
   상기 절결은 개개의 방풍벽의 폭이 노즐의 폭과 동 폭 이상, 노즐의 폭 플러스 5.0mm 폭 이하가 되도록 방풍벽을 분단하고 있는 것을 특징으로 하는, 유리 섬유 제조용 부싱.
2. 제1항에 있어서,
   방풍벽은, 그 높이가 노즐 높이에 비해 0.1㎜ ~ 20.0㎜ 높은 것으로 되어 있는, 유리 섬유 제조용 부싱.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   방풍벽 단부면과 최외변 노즐 열의 노즐 중심 사이의 간격은 1㎜ ~ 50㎜인, 유리 섬유 제조용 부싱.

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