KR101850238B1 - 유리 섬유 제조용 부싱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 복수의 노즐을 구비하고, 상기 복수의 노즐을 정렬 배치하여 이루어지는 노즐 군을 상기 페이스 플레이트에 접합하여 이루어지는 유리 섬유 제조용 부싱에 있어서, 상기 노즐 군의 최외층이 되는 노즐 열 중 적어도 하나의 노즐 열을 구성하는 노즐이, 선단으로부터 노즐 길이의 1/2 이상의 깊이까지 막혀 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 부싱이다. 여기서, 막힌 노즐은, 노즐 길이 전체에 걸쳐 막혀 있는 것이 바람직하고, 특히 중실체인 것이 바람직하다. 본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 균일한 유리 흐름을 장기적으로 안정되게 토출할 수 있다.

Description

유리 섬유 제조용 부싱 {BUSHING FOR MANUFACTURING GLASS FIBER}

본 발명은, 용융 유리로 유리 섬유를 제조하기 위한 부싱에 관한 것이다. 상세하게는, 장기간의 장치 운용 시에 안정적으로 유리 흐름을 토출하여 유리 섬유의 방사가 가능한 유리 섬유 제조용 부싱에 관한 것이다.

유리 섬유는, 유리 원료(컬릿)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 섬유상으로 되어 토출된다. 노즐로부터 토출된 유리 섬유는 냉각되면서 권취된다. 이 부싱을 사용한 유리 섬유의 제조 공정의 예로서는, 특허문헌 1에 기재된 방법이 있다.

용융 상태에 있는 유리 소지는 1500℃ 이상의 고온이며, 유리 소지가 노즐로부터 토출될 때의 속도는 매분 수천 m에 달하는 경우도 있으므로, 부싱 플레이트의 사용 환경은 상당히 가혹한 것이다. 또한, 제품으로서의 유리 섬유에는 약간의 불순물의 혼입도 허용되어 있지 않다. 이들로부터, 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 양호하여, 유리 제조 장치와 같은 고온하에서 응력 부하를 받는 구조체의 구성 재료로서 적격이다.

일본 특허 공표 제2001-513478호 공보

백금 재료 등의 귀금속 재료로 이루어지는 부싱은, 용융 유리가 유통하는 고온 환경하에 있어도 안정된 유리 섬유의 방사가 가능하다. 그러나, 본 발명자들의 현장 조사에 의하면, 장기의 장치 운용의 결과, 균질한 유리 섬유가 얻어지지 않는 경우가 있는 것을 파악하고 있다. 이 요인에 대해 검토한 바, 정렬 배치된 노즐 군의 최외층(외측)의 노즐 열에 대해, 그 선단부가 손상되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 노즐의 손상이 있으면, 토출되는 용융 유리의 치수나 흐름이 불균일해진다. 그러한 유리 흐름의 흐트러짐은, 부싱의 전체 노즐로부터 토출되는 유리 흐름에 대해 부분적인 것이지만, 유리 섬유의 안정적 제조에 지장을 초래하게 된다.

따라서 본 발명은, 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에 대해, 균일한 유리 흐름을 장기적으로 안정적으로 토출할 수 있는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 먼저 상술한 바와 같은 노즐 손상의 요인, 특히 손상이 노즐 군의 최외층의 노즐에서 선택적으로 발생하는 요인에 대해 검토를 행하였다. 여기서, 노즐의 마모 요인으로서 첫 번째로 생각되는 것은, 백금의 휘발에 의한 마모이다. 상기한 바와 같이, 부싱 플레이트에 공급되는 유리 소지는 1500℃ 이상의 고온이다. 이러한 고온하에 있어서 발생하는 백금, 백금 합금에 있어서의 백금의 휘발 손실에 관해서는, 유리 제조 분야에 있어서도 종래부터 알려져 있다. 단, 백금의 휘발 손실이 노즐 손상의 요인이라고 해도, 그것만으로는 최외층의 노즐 열이 선택적으로 손상되는 것으로는 이어지지 않을 것이다. 따라서, 본 발명자들은, 가일층의 고찰을 행한 결과, 부싱 플레이트 주변의 공기의 흐름(기류)이 최외층의 노즐 열의 마모를 가속시키고 있다고 추정하였다. 상술한 바와 같이, 노즐로부터의 섬유상 유리의 토출 속도는 매분 수천 m이며, 이러한 고속으로 고온의 유리 섬유가 토출하는 부싱 플레이트의 주위에는 유리 토출 방향을 따른 고속의 기류가 발생하고 있다. 그리고, 이 기류의 영향을 가장 받는 것이 최외층의 노즐의 선단부이며, 이 부위에서 기류에 의해 백금의 휘발 손실이 가속되어 마모가 발생하고 있다고 생각된다(도 1의 (a)).

최외층의 노즐에 대해, 상기한 바와 같은 기류에 의해 가속된 마모가 발생하는 경우에 고려할 수 있는 대책으로서는, 노즐 군의 주위에 방풍 벽과 같은 부재를 설치하여 노즐을 보호하는 것이나 부싱 주위의 기류를 조절하는 것이 고려된다. 그러나, 방풍 벽과 같은 추가적인 부재를 베이스 플레이트에 부가함으로써, 부싱 전체의 중량 증가가 우려된다. 또한, 노즐, 베이스 플레이트와 마찬가지로 고온에 노출되는 방풍 벽에 대해서는, 그 재질로서 노즐 등과 동일한 귀금속을 적용하는 것이 바람직하여, 그 재료 비용도 우려되는 것이다.

본 발명자들은, 상기한 노즐의 손상 원인을 고려하여, 적합한 대응책으로서 손상이 발생하기 쉬운 노즐 군의 최외층의 노즐을 막기로 하였다. 본래, 노즐이라 함은 중공의 통체이고 내부에 유체를 유통시키는 것을 목적으로 하는 부재로, 이것을 막는 것은 이 기능을 없애는 것이다. 일부의 노즐이라도 막음으로써 부싱으로부터 토출되는 유리 섬유의 개수는 감소하게 된다. 그렇지만, 노즐이 정상적으로 기능하기 위해서는 파손이 발생하지 않는 것이 전제이며, 파손된 노즐로부터는 유체의 토출이 불안정해지고, 이것이 제조되는 유리 섬유 전체의 품질에 영향을 미치는 경우도 있다. 본 발명자들은, 부싱 전체의 노즐로부터의 방사의 안정성이 최우선되어야 하는 사항이라고 생각하여, 마모·파손이 예측되는 부위의 노즐을 막기로 하였다.

즉, 본 발명은 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 복수의 노즐을 구비하고, 상기 복수의 노즐을 정렬 배치하여 이루어지는 노즐 군을 상기 페이스 플레이트에 접합하여 이루어지는 유리 섬유 제조용 부싱에 있어서, 상기 노즐 군의 최외층이 되는 노즐 열 중 적어도 하나의 노즐 열을 구성하는 노즐이, 선단으로부터 노즐 길이의 1/2 이상의 깊이까지 막혀 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 부싱이다.

본 발명에서는, 노즐 군의 최외층의 열을 구성하는 노즐에 대해, 선단으로부터 일정 길이 이상의 구멍을 막는다. 이 막힌 노즐은 선단에 마모·손상이 발생해도 유리를 토출하는 일이 없어, 부싱 전체적으로는 안정적인 유리 섬유의 방사가 가능하다.

그리고, 막힌 일련의 노즐은, 노즐 본래의 기능은 발휘하지 않지만, 그 내측의 노즐 군을 기류의 영향으로부터 보호하는 방풍 벽으로서 작용할 수 있다(도 1의 (b)). 이 작용도 안정적인 유리 섬유의 방사를 위해 유용하다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 정렬 배치된 노즐의 최외층의 노즐을 막는 것이다. 따라서, 베이스 플레이트 등의 다른 구성에 대해서는 종래의 부싱 플레이트의 구성과 마찬가지이다.

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

노즐에 관해서도, 기본적으로 종래의 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에서 사용되는 것이 적용된다. 노즐은, 베이스 플레이트의 저면에 복수 정렬 배치되어 접합되어 있다. 노즐의 형상에 대해서도, 특별히 한정은 없고, 직선의 직관이어도 되고, 끝이 가느다란 테이퍼 형상의 통체여도 된다. 또한, 노즐의 재질에 대해서도, 백금 또는 상기한 백금 합금이 적용된다.

그리고, 본 발명에서는, 최외층의 노즐 열을 구성하는 노즐이 선단으로부터 막혀 있다. 막힘의 깊이는 노즐 길이의 1/2 이상의 부위가 폐색되어 있는 것을 필요로 한다. 막힘의 깊이가 지나치게 얕으면, 사용 과정에서의 노즐이 마모에 의해, 구멍이 관통하여 용융 유리가 토출되어 버리기 때문이다.

막힌 노즐은, 더욱 바람직하게는, 노즐 길이 전체에 걸쳐 막혀, 양단부 어느 쪽에도 구멍이 없는 것이 바람직하다. 노즐 근원에 구멍이 있어도 유리 방사에 제공되지 않을 뿐만 아니라, 구멍에 용융 유리가 유입·잔류하여 그 제거가 필요해지기 때문이다. 여기서, 노즐을 막는 방법으로서는, 통상의 구멍의 있는 노즐의 구멍에 선재·봉재를 삽입하여 막아도 되지만, 처음부터 구멍이 없는 중실의 통체를 이용해도 된다.

또한, 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트에 있어서의 노즐의 설치 개수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 200∼8000개의 노즐을 구비하는 것이 많다. 이때, 일정 간격으로 배치된 노즐 군을 복수의 섬 형상으로 배치해도 된다. 이때, 각 노즐 군에 있어서 베이스 플레이트의 4변을 따르는 노즐 열에 대해, 막을 노즐을 설정하면 된다. 또한, 모든 노즐을 등간격으로 베이스 플레이트에 배치하여 단독의 노즐 군을 형성해도 된다. 이 경우, 노즐 군의 4변의 노즐 열의 노즐을 막는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 종래의 부싱 플레이트에 대해 일부의 노즐을 막는 것이다. 이 부싱은, 막힌 노즐로는 유리 섬유를 제조할 수는 없지만, 종래의 부싱에 대해 변경점이 적으므로, 제조 비용이나 중량 증가를 억제하면서 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.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 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 설치하면서 단부를 절곡하여 가공한 것이다(저면 치수: 444㎜×120㎜). 중앙에 볼록부를 형성하는 것은, 상방으로부터 유입되는 용융 유리 소지의 정류 때문이다.

노즐(20)은, 베이스 플레이트(10)에 대해 4개의 노즐 군을 섬 형상으로 형성하여 접합되어 있다. 개개의 노즐 군에 있어서, 6.4㎜ 간격으로 20개×20개로 접합되어 있다. 베이스 플레이트(10)에 접합된 노즐 수의 합계는 1600개가 된다.

노즐(20)은, 모두 외형이 2.94㎜(상단부 외경)×2.35㎜(하단부 외경)의 테이퍼 형상의 원통체이다. 또한, 모두 백금제이다. 그리고, 각 노즐 군의 노즐 중에서, 베이스 플레이트의 4변을 따르는 최외층의 노즐 열을 구성하는 노즐(20')이 막혀 있다. 또한, 그 이외의 노즐은, φ1.65㎜의 관통 구멍을 갖는 통상의 노즐이다.

각 노즐의 제조 공정으로서는, 상기한 외형 및 치수로 성형된 중실의 통체를 준비하고, 막힌 노즐(20')에 대해서는 중실체인 그대로 사용하고, 통상의 노즐(20)은 천공 가공한 후에 베이스 플레이트(10)에 접합하였다. 노즐(20, 20')의 베이스 플레이트(10)에의 설치는, 베이스 플레이트(10)의 각 노즐 설치 개소에, 미리 2.76㎜의 구멍을 천공하고, 여기에 노즐(20, 20')을 삽입한 후, 전기로 중에서 가열하여 예비 접합하고, 또한 베이스 플레이트 상면(용융 유리 유입면)으로부터 접합부의 근원을 YAG 레이저로 용접하였다.

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

여기서, 도 2에 나타낸 본 실시 형태에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트를 구비하는 유리 제조 장치에 의해, 유리 섬유 제조를 1년간 행하였다. 이 동안, 부싱 플레이트에 육안에 의한 현저한 이상은 확인되지 않고, 또한 유리 섬유의 방사도 안정되어 있었다. 그리고, 1년간의 장치 가동 후에 장치를 셧다운하여 부싱 플레이트의 노즐을 검사하였다. 그 결과, 막힌 노즐 열의 일부의 노즐의 선단부에 있어서 마모가 보이고, 선단으로부터 1.5㎜ 정도의 범위에서 노즐의 측면이 깎여 있었다. 한편, 내측의 통상의 노즐에 대해서는, 마모는 전혀 보이지 않았다. 최외층의 막힌 노즐이 희생되어, 내측의 노즐 군을 보호한 것이라고 생각된다.

본 발명에 관한 유리 섬유 제조용 부싱 플레이트는, 일부의 노즐을 막음으로써, 방사를 행하는 노즐 군의 마모 손상을 억제하는 것이다. 본 발명에 따르면, 유리 제조 장치에 대해 장기의 가동 기간에 있어서의 안정적 운용을 가능하게 할 수 있어, 양질의 유리 섬유를 효율적으로 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 베이스 플레이트와, 용융 유리를 토출하는 복수의 노즐을 구비하고,
   상기 복수의 노즐을 정렬 배치하여 이루어지는 노즐 군을 상기 베이스 플레이트에 접합하여 이루어지는 유리 섬유 제조용 부싱에 있어서,
   상기 노즐 군의 최외층이 되는 노즐 열 중 적어도 하나의 노즐 열을 구성하는 노즐이, 선단으로부터 노즐 길이의 1/2 이상의 깊이까지 막혀 있는 것을 특징으로 하는, 유리 섬유 제조용 부싱.
2. 제1항에 있어서,
   막힌 노즐은, 노즐 길이 전체에 걸쳐 막혀 있는, 유리 섬유 제조용 부싱.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   막힌 노즐은, 중실체인, 유리 섬유 제조용 부싱.

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