KR102351915B1 - 유리 용해용 버너, 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법 - Google Patents

유리 용해용 버너, 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법 Download PDF

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Abstract

유리 용해용 버너는, 유리 용해조에 설치되는 산소 버너이며, 유리 용해조 내를 향하는 분사면(11), 분사면(11)에 개구되어 유리 용해조 내에 연료 가스를 분사하는 연료 가스 구멍(13), 및 연료 가스 구멍(13)에 인접하고, 분사면(11)에 개구되어 유리 용해조 내에 산소를 분사하는 산소 구멍(14)을 포함하는 내화 블록(10)과, 연료 가스 구멍(13) 내에 설치되고, 연료 가스 구멍(13)을 통하여 연료 가스를 분사시키는 연료 가스 노즐(17)을 갖고, 유리 용해조 내에서는, 연료 가스 구멍(13)으로부터 분사된 연료 가스를 산소 구멍(14)으로부터 분사된 산소와 함께 연소시키고, 연료 가스 구멍(13)은 소정의 모따기부(18)를 갖는다.

Description

유리 용해용 버너, 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법 {BURNER FOR GLASS MELTING, GLASS MELTING FURNACE, METHOD FOR MELTING GLASS AND METHOD FOR PRODUCING GLASS}
본 발명은 무알칼리 유리 등의 용해조에 사용되는 유리 용해용 버너, 그리고 이 유리 용해용 버너를 적용한 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 유리 용해용 버너로서 예를 들어 일본 특허 공개 평8-261663호 공보에 기재된 것이 알려져 있다. 이 가스 용해용 버너는, 산소와 연료 가스를 혼합시켜 연소시키는 것이다.
일본 특허 공개 평8-261663호 공보
고온에서 용해되는 유리, 예를 들어 액정 디스플레이 기판용 무알칼리 유리 등은, 통상의 소다석회 유리보다 용해 온도가 약 100℃ 이상 높고, 용해조 내에 있어서 용융 유리로부터의 휘산이 많다. 특히 유리에 붕산 등이 함유되는 경우에는, 휘산되기 쉬운 경향이 있다.
유리 용해용 버너의 연료 가스 구멍의 주변에, 용융 유리로부터 발생한 휘산물이 부착되면, 연료 가스 노즐로부터 분사되는 연료 가스의 흐름을 방해하여, 연소 불량이나, 나아가 연소하는 불꽃에 의해 연소 노즐 자체를 소손시키는 경우가 있어, 연소 불량이나 연소 노즐의 수명의 단축을 초래하는 경우가 있었다. 또한, 용해조 내로부터의 복사열에 의해서도 연료 가스 노즐 선단이 소손되기 쉬운 경향이 있었다. 연료 가스 노즐이 소손되면 연소 불량도 일어나기 쉬워진다.
본 발명은 이러한 실정에 비추어 제안되는 것이며, 고효율의 유리 용해용 버너, 그리고 이러한 유리 용해용 버너를 적용한 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 이 출원에 관한 유리 용해용 버너는, 유리 용해조에 설치되는 유리 용해용 버너이며, 유리 용해조 내를 향하는 분사면, 상기 분사면에 개구되어 상기 유리 용해조 내에 연료 가스를 분사하는 연료 가스 구멍, 및 상기 연료 가스 구멍에 인접하고, 상기 분사면에 개구되어 상기 유리 용해조 내에 산소 가스를 분사하는 산소 가스 구멍을 포함하는 내화 블록과, 상기 연료 가스 구멍 내에 설치되고, 상기 연료 가스 구멍을 통하여 연료 가스를 분사시키는 연료 가스 노즐을 갖고, 상기 유리 용해조 내에서는, 상기 연료 가스 구멍으로부터 분사된 연료 가스를 상기 산소 가스 구멍으로부터 분사된 산소 가스와 함께 연소시키고, 상기 연료 가스 구멍은 소정의 모따기부를 갖는다.
이 출원에 관한 유리 용해로는, 상기 유리 용해용 버너가 설치되어 있다. 이 출원에 관한 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법은, 상기 유리 용해로를 사용하는 것이다.
본 발명에 따르면, 유리 용해용 버너의 연료 가스 구멍의 주변으로의 휘산물의 부착, 및 복사열에 의한 연료 가스 노즐의 소손을 저감하고, 나아가 고효율의 유리 용해용 버너를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 고효율로 유리를 용해하여, 고효율로 유리를 제조할 수 있다.
도 1은 산소 버너의 구성을 도시하는 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 단면도, (c)는 연료 가스 구멍의 연료 가스 출구의 부근을 확대한 일부 확대 단면도, (d)는 연료 가스 출구 부근의 구조의 다른 실시 형태를 설명하는 일부 확대 단면도이다.
도 2는 비교예를 도시하는 도면이며, 종래의 산소 버너의 연료 가스 출구 부근을 도시하는 일부 확대 단면도이다.
도 3은 산소 버너를 설치하는 유리 용해로의 구성을 도시하는 도면이며, (a)는 유리 용해로를 (b) 및 (c)에 도시하는 수평면(N)으로 절단한 단면도, (b)는 유리 용해로를 (a) 및 (c)에 도시하는 수직면(M)으로 절단한 단면도, (c)는 유리 용해로를 (a) 및 (b)에 도시하는 수직면(L)으로 절단한 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 유리 용해용 버너, 유리 용해로, 유리 용해 방법 및 유리 제조 방법의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에서는, 유리 용해용 버너는, 연료 가스에 천연 가스를 사용하고, 산소 가스에 93체적％ 이상의 산소를 사용하는 산소 버너를 상정하고 있다. 이하에서는, 이 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명의 유리 용해용 버너는 산소 버너에 한정되는 것은 아니다.
(산소 버너)
도 1은, 본 실시 형태의 산소 버너의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1의 (a)의 사시도에 도시하는 바와 같이, 산소 버너는, 대략 직육면체의 형상을 갖는 내화 블록(10)을 포함하고 있다. 내화 블록(10)은, 벽돌 등의 내화물로 작성할 수 있다.
내화 블록(10)은, 연료 가스 출구(13a) 및 산소 출구(14a)가 형성된 분사면(11)과, 연료 가스 입구(13b) 및 산소 입구(14b)가 형성되고, 분사면(11)에 대향하는 배면(12)을 갖고 있다. 분사면(11)은, 대략 평탄한 형상이며, 용융 유리를 수용하는 용해조 내를 향하여 배치된다. 분사면(11)에 있어서, 연료 가스 출구(13a)와 산소 출구(14a)는 인접하여 형성되어 있다. 연료 가스 출구(13a)와 산소 출구(14a)의 각각의 중심 간 거리는, 바람직하게는 80 내지 180mm, 보다 바람직하게는 100 내지 150mm이다. 해당 중심 간 거리가 80mm 이상이면, 내화 블록(10)을 성형할 때, 내화 블록(10)의 깨짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 해당 중심 간 거리가 180mm 이하이면, 연료 가스와 산소를 충분히 혼합할 수 있고, 산소 연소를 안정시킬 수 있다. 이에 의해, 산소 연소의 열 효율을 향상시키고, 질소 산화물의 발생도 저감된다.
내화 블록(10)에는, 분사면(11)에 형성된 연료 가스 출구(13a)와 배면(12)에 형성된 연료 가스 입구(13b)와 연통되고, 연료 가스 입구(13b)로부터 공급된 연료 가스를 연료 가스 출구(13a)로 보내는 소정 직경의 연료 가스 구멍(13)이 형성되어 있다.
도 1의 (b)의 단면도에 도시하는 바와 같이, 연료 가스 구멍(13) 내에는 이 연료 가스 구멍(13)과 동축 상에, 소정 직경을 갖는 연료 가스 노즐(17)이 설치되어 있다. 또한, 연료 가스 노즐(17)과 연료 가스 구멍(13)의 벽면의 사이에는, 소정의 간극이 형성되어 있다. 연료 가스 노즐(17)은, 예를 들어 칸탈이나 인코넬과 같은 내열 합금을 사용하여 작성된다.
산소 버너에 연료 가스 입구(13b)로부터 공급된 연료 가스는, 연료 가스 구멍(13) 내의 연료 가스 노즐(17)을 통하여 보내진다. 또한, 연료 가스 노즐(17)과 연료 가스 구멍(13)의 벽면의 간극에는, 산소 버너에 공급되는 산소의 일부의 소정량이 연료 가스 노즐(17)을 따라 보내지면 바람직하다. 연료 가스 출구(13a)로부터는, 연료 가스 입구(13b)에 공급된 연료 가스, 바람직하게는 상기 연료 가스와 소정량의 산소의 혼합물의 연료 가스가 분사면(11)에 대략 수직인 방향으로 분사된다.
본 발명에 관한 산소 버너는, 400 내지 1500kW의 연소 영역(32 내지 120Nm3/h)에서 사용할 수 있지만, 휘산물 부착이나 노즐 소손은, 특히 875kW 이하의 저연소 영역(70Nm3/h 이하)에서 사용할 때 발생하기 쉽다는 것을 알아냈다. 즉, 연료 가스 노즐로부터 분사되는 연료 가스의 유속이 느린 조건에서 사용할 때, 휘산물 부착이나 노즐 소손이 발생하기 쉽다.
따라서, 본 실시 형태의 산소 버너에 있어서는, 연료 가스 노즐(17)로부터 분사되는 연료 가스의 유속이 느린 조건인, 연료 가스 노즐(17)의 선단에 있어서 바람직하게는 90m/s 이하, 보다 바람직하게는 80m/s 이하, 더욱 바람직하게는 70m/s 이하의 범위에 있어서의 사용에 있어서, 특히 효과를 발휘한다. 여기서, 노즐 소손을 효과적으로 억제하기 위해서는, 상기 유속은, 바람직하게는 40m/s 이상, 보다 바람직하게는 45m/s 이상, 더욱 바람직하게는 50m/s 이상이다.
또한, 내화 블록(10)에는, 분사면(11)에 형성된 산소 출구(14a)와 배면에 형성된 산소 입구(14b)를 연통하고, 산소 입구(14b)로부터 공급된 산소를 산소 출구(14a)로 보내는 소정 직경을 갖는 산소 구멍(14) 또는 산소 가스 구멍이 형성되어 있다. 이 산소 구멍(14)은, 연료 가스 구멍(13)보다 실질적으로 큰 직경을 갖고 있다. 연료 가스에 대하여, 산소는 2.0 내지 2.5배의 유량을 필요로 하기 때문이다. 이에 의해, 연료 가스와 산소를 충분히 혼합할 수 있고, 산소 연소를 안정시키고, 질소 산화물의 발생도 저감된다.
이 산소 구멍(14)은, 산소 출구(14a)에 도달할 때까지 연료 가스 출구(13a)를 향하여 경사진 경사부(14c)와, 산소 입구(14b)로부터 경사부(14c)에 도달할 때까지 연료 가스 구멍(13)에 대략 평행한 수평부(14d)를 가져도 된다. 산소 출구(14a)로부터는, 분사면(11)에 수직인 방향으로부터 연료 가스 출구(13a)의 방향으로 약간 굴곡된 경사부(14c)의 축 방향의 방향으로 산소가 분사된다. 수평부(14d)를 갖지 않고 경사부(14c)뿐이어도 된다. 경사부(14c)의 수평에 대한 경사각은 0°초과 7°이하가 바람직하고, 1 내지 6°가 보다 바람직하고, 2 내지 5°가 더욱 바람직하다. 해당 경사각이 0°초과이면, 연료 가스와 산소를 충분히 혼합할 수 있고, 산소 연소를 안정시킬 수 있다. 해당 경사각이 7°이하이면, 화염의 길이를 적절하게 제어할 수 있고, 산소 연소의 열 효율을 향상시킬 수 있다.
연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a)로부터 분사된 연료 가스 및 소정량의 산소의 혼합물과, 산소 구멍(14)의 산소 출구(14a)로부터 분사된 산소는, 용해조 내에 있어서 서서히 교차하여 모두 차례로 연소된다. 따라서, 본 실시 형태의 산소 버너에서는, 고열의 발생이 억제되고, 질소 산화물의 발생도 저감된다.
연료 가스 구멍(13)에 접속하는 유로에는, 산소의 공급원(도시하지 않음)으로부터 산소 버너로 공급되는 산소의 소정의 비율이, 연료 가스 구멍(13)을 향하도록 교축부(오리피스)가 형성되어도 된다. 오리피스의 직경이 크면, 연료 가스 구멍(13)을 향하는 산소의 유량이 많아진다. 또한, 오리피스를 형성한 경우에 비하여, 오리피스를 형성하지 않는 쪽이, 산소의 유량이 많다.
도 1의 (c)는, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a)의 부근을 확대한 일부 확대 단면도이다. 본 실시 형태의 산소 버너는, 연료 가스 출구(13a)에 있어서, 분사면(11)과 연료 가스 구멍(13)이 교차하는 부분을 모따기한 모따기부(18)를 갖고 있다.
모따기부(18)를 포함하는 연료 가스 출구(13a) 부근의 구조는, 연료 가스 구멍(13)의 직경 D, 모따기부(18)의 모따기 폭 C 및 모따기 각 α, 연료 가스 노즐(17)의 내경 d, 분사면(11)부터 연료 가스 노즐(17)까지의 거리 L을 사용하여 규정할 수 있다. 여기서, 모따기 폭 C는, 연료 가스 구멍(13)의 직경 방향의 모따기부(18)의 치수이며, 연료 가스 구멍(13)을 연장하여 분사면(11)과 교차하여 이루는 직경 D의 제1 원주와, 모따기부(18)가 분사면(11)과 교차하여 상기 제1 원주의 외주측에 이루는 제2 원주의 간격으로서 규정할 수 있다. 또한, 모따기 각 α는, 모따기부(18)와 연료 가스 구멍(13)의 벽면이 이루는 각도이며, 연료 가스 구멍(13)의 축을 포함하는 면 내에 있어서 모따기부(18)의 벽면이 연료 가스 구멍(13)의 벽면과 이루는 예각으로서 규정할 수 있다.
본 실시 형태의 산소 버너는, C/D가 0.05 내지 0.35, D가 30 내지 50mm, C가 1 내지 15mm, L이 40 내지 60mm, 모따기 각 α가 30 내지 60°의 범위에 있으면 바람직하다. 또한, C/D가 0.1 내지 0.3, 나아가 0.15 내지 0.25, D가 30 내지 40mm, C가 4 내지 12mm, 나아가 6 내지 10mm, 나아가 7 내지 9mm, L이 45 내지 55mm, 모따기 각 α가 40 내지 50°의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
C/D는 지나치게 작으면, 연료 가스 구멍(13)의 선단이 되는 연료 가스 출구(13a) 부근에 휘산물이 부착되기 쉬워진다. 또한, C/D가 지나치게 크면, 후술하는 용해조(110)에 구성된 용해실(100)로부터의 복사가 연료 가스 구멍(13)의 내부까지 도달하기 쉬워져, 연료 가스 노즐(17)이 소손될 리스크가 있다. C/D가 상기 범위에 있으면, 가스 흐름의 정체가 없어져, 용융 유리로부터 발생한 휘산물의 부착이 억제되기 때문에 바람직하다.
또한, D가 상기 범위에 있으면, 연료 가스 노즐(17)에 직접 용해실(100)로부터의 복사열을 억제하고, 또한 연료 가스 노즐(17)의 연료 가스 및 소정량의 산소에 의한 냉각으로, 노즐의 소손을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. C가 상기 범위에 있으면, 용해실(100)로부터의 복사열을 받기 쉬워져, 용융 유리로부터 발생한 휘산물의 부착이 억제되기 때문에 바람직하다. L이 상기 범위에 있으면 직접 용해실(100)로부터의 복사열을 받기 어려워지므로 바람직하다. 모따기 각 α가 상기 범위에 있으면 용해실(100)로부터의 복사열을 받기 쉬워져, 용융 유리로부터 발생한 휘산물의 부착이 억제되기 때문에 바람직하다.
또한, C/L은 0.05 내지 0.25이고, 바람직하게는 0.1 내지 0.2, 보다 바람직하게는 0.12 내지 0.18이다. C/L이 지나치게 작으면, 연료 가스의 유속이 떨어져, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근에 휘산물이 부착되기 쉬워진다. 또한, C/L이 지나치게 크면, 용해실(100)로부터의 복사가 연료 가스 구멍(13)의 내부까지 도달하기 쉬워져, 연료 가스 노즐(17)이 소손될 리스크가 있다.
본 실시 형태의 산소 버너는, 이러한 모따기부(18)를 가짐으로써, 용융 유리가 수용되는 용해실(100)로부터 연료 가스 구멍(13)으로 복사열이 들어가기 쉽게 되어 있다. 따라서, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근은 온도가 높아져, 용융 유리로부터의 휘산물의 부착이 저감되어 있다.
또한, 모따기부(18)에 의해 연료 가스 구멍(13)으로부터 분사되는 연료 가스 및 소정량의 산소가 정체없이 흐르게 되어, 용융 유리로부터의 휘산물의 부착이 더 저감된다. 단, 모따기부(18)의 모따기 폭 C 및 모따기 각 α는, 연료 가스 노즐(17)에 직접 복사열이 도달하여 연료 가스 노즐(17)이 소손되는 일이 없는 범위로 설정된다.
또한, 연료 가스 노즐(17)의 내경 d는, 바람직하게는 8 내지 15mm이다. 내경 d는, 보다 바람직하게는 10mm 이상 12mm 이하이다. 내경 d가 8mm 이상이면, 연료 가스와 산소가 잘 혼합되고, 연소 화염의 가열 효율이 높아진다. 내경이 15mm 이하이면, 연소 화염이 안정되고, 연료 가스 노즐(17)의 소손을 저감할 수 있다.
도 1의 (d)는, 산소 버너의 연료 가스 출구(13a) 부근의 구조의 다른 실시 형태를 설명하는 일부 확대 단면도이다. 도 1의 (d)에 도시하는 다른 실시 형태에 있어서는, 연료 가스 출구(13a)에 있어서, 분사면(11)과 연료 가스 구멍(13)이 교차하는 부분을 모따기한 모따기부(이하, R부(19)라고도 함)를 갖고 있다.
R부(19)를 포함하는 연료 가스 출구(13a) 부근의 구조는, 연료 가스 구멍(13)의 직경 D, 모따기 폭 C, 연료 가스 노즐(17)의 내경 d, 분사면(11)부터 연료 가스 노즐(17)까지의 거리 L을 사용하여 규정할 수 있다. 여기서, 모따기 폭 C는, 연료 가스 구멍(13)의 직경 방향의 모따기부의 치수이며, 연료 가스 구멍(13)을 연장하여 분사면(11)과 교차하여 이루는 직경 D의 제1 원주와, R부(19)가 분사면(11)과 교차하여 상기 제1 원주의 외주측에 이루는 제2 원주의 간격으로서 규정할 수 있다.
다른 실시 형태의 산소 버너에 있어서도, 본 실시 형태와 마찬가지로, C/D가 0.05 내지 0.35, D가 30 내지 50mm, C가 1 내지 15mm, L이 40 내지 60mm의 범위에 있으면 바람직하다. 또한, C가 R부(19)의 대략 반경이면 바람직하다. 또한, C/D가 0.1 내지 0.3, 나아가 0.15 내지 0.25, D가 30 내지 40mm, C가 4 내지 12mm, 나아가 6 내지 10mm, 나아가 7 내지 9mm, L이 45 내지 55mm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, C/L은 0.05 내지 0.25이고, 바람직하게는 0.10 내지 0.20, 보다 바람직하게는 0.12 내지 0.18이다.
이와 같이 R부(19)를 설치하는 다른 실시 형태에 있어서도, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같은 모따기부(18)를 설치한 산소 버너와 마찬가지로, 복사열에 의한 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근의 휘산물의 부착의 저감, 및 R부(19)에서의 정체없는 흐름에 의한 휘산물의 부착의 저감이 초래된다.
도 2는, 비교예로서, 소정의 모따기부 또는 소정의 R부가 설치되어 있지 않은 종래의 산소 버너의 연료 가스 출구 부근을 도시하는 일부 확대 단면도이다. 모따기부 등을 설치하지 않는 경우에는, 연료 가스 출구(13a)로부터 연료 가스 구멍(13)으로 도달하는 복사열의 양이 제한되어, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근의 온도가 상승하기 어렵다. 또한, 연료 가스 구멍(13)으로부터 분사되는 연료 가스 및 소정량의 산소는 연료 가스 출구(13a) 부근에서 흐름에 혼란이 발생한다. 이 때문에, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근에는, 용융 유리로부터의 휘산물이 부착되는 경향이 있다.
(유리 용해로)
도 3은, 본 실시 형태의 산소 버너를 설치하는 용해조를 구비하는 유리 용해로의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3의 (a)는, 유리 용해로를 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 도시하는 수평면(N)으로 절단한 단면도이다. 도 3의 (b)는, 유리 용해로를 도 3의 (a) 및 도 3의 (c)에 도시하는 수직면(M)으로 절단한 단면도이다. 도 3의 (c)는, 유리 용해로를 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시하는 수직면(L)으로 절단한 단면도이다.
이 유리 용해로(90)는, 유리 원료를 가열하고 용해하여 용융 유리로 하는 용해로이다. 바람직하게는, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판에 사용하는 실질적으로 알칼리 금속 이온을 포함하지 않는(예를 들어 Na2O 등의 알칼리 금속 산화물이 바람직하게는 0.1질량％ 이하) 무알칼리 유리의 용해에 사용되는 것이다.
무알칼리 유리에는, 예를 들어 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2: 54 내지 73％, Al2O3: 10 내지 23％, B2O3: 0.1 내지 12％, MgO: 0 내지 12％, CaO: 0 내지 15％, SrO: 0 내지 16％, BaO: 0 내지 10％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 26％를 함유하는 것이 포함된다.
무알칼리 유리는, 통상의 소다석회 유리 등의 알칼리 함유 유리에 비하여 유리 용해 온도가 100℃ 이상 높다고 하는 성질이 있고, 무알칼리 유리에 함유되는 붕산 등의 성분이 휘산되기 쉬운 성질이 있다.
유리 용해로(90)는, 내부에 용융 유리(101)를 수용하는 용해조(110)를 갖고 있다. 용해조(110)는, 저벽부(51)와 측벽부(52)에 의해 용융 유리 상부에 공간이 형성된 상자형이며, 용융 유리(101)는 용해조(110) 내에서 수평한 액면(102)을 형성하고 있다.
용해조(110)는, 상부를 덮는 아치형의 천장부(53)와 함께 일체적으로 형성된 용해실(100)을 구성하고 있다. 저벽부(51), 측벽부(52) 및 천장부(53)는, 벽돌 등의 내화물에 의해 작성된다.
용해조(110)에는, 상류측의 측벽부(52)의 용융 유리(101)의 액면(102) 상에 유리 원료(103)를 공급하는 원료 공급구(56)가 형성되어 있다. 또한, 용해조(110)에는, 하류측의 측벽부(52)의 액면(102) 밑에 용융 유리(101)를 배출하는 배출구(57)가 형성되어 있다.
용해조(110)에는, 용해조(110) 내를 가열하는 가열원으로서, 측벽부(52)에 있어서 용융 유리(101)의 액면(102) 상에, 용융 유리(101)에 대하여 한쪽 측에 상류로부터 하류의 방향으로, 용해조(110) 내를 향하여 화염(플레임)을 형성하는 복수의 버너(31 내지 40)가 설치되어 있다. 또한, 용융 유리(101)에 대하여 용해조(110)의 다른 쪽 측에도 마찬가지로 복수의 버너(41 내지 50)가 설치되어 있다. 이들 복수의 버너(31 내지 40, 41 내지 50)에는, 전술한 산소 버너를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 용해조(110)에 있어서는, 상술한 모따기부(18)를 갖는 산소 버너를 사용하여, 버너(31 내지 40, 41 내지 50)로의 붕소 등의 휘산 성분의 퇴적을 저감하고 있다. 이에 의해, 버너(31 내지 40, 41 내지 50)의 장해를 억제하고, 수명을 연장함과 함께, 안정된 연소를 확보하고 있다.
용해조(110)에는, 측벽부(52)의 용융 유리(101)의 액면(102) 상이며, 버너(31)의 상류에 제1 배기구(54)가, 버너(41)의 상류에 제2 배기구(55)가 형성되어 있다. 이들 제1 배기구(54)와 제2 배기구(55)는, 용해조(110) 내에서 화염의 연소 등에 의해 발생한 배기 가스를 외부로 배출하고 있다.
또한, 용해조(110)에는, 저벽부(51)에 있어서 상류측으로부터 하류측을 향하는 대략 중앙에, 용융 유리(101) 중에 버블(113)을 생성하는 버블러(59)가 설치되어 있다. 버블러(59)는, 분출하는 가스에 의한 버블(113)로 용융 유리(101)에 순환류(115, 117)를 형성하고, 용융 유리(101)를 균질화하고 있다.
또한, 버너(31 내지 40, 41 내지 50) 모두에 산소 버너를 사용하지 않아도 된다. 버너(31 내지 40, 41 내지 50)의 일부에는, 공기 버너로서 알려져 있는 선행 기술에 속하는 버너를 사용해도 된다.
공기 버너는, 연료 가스와 공기를 혼합하여 분사하고, 함께 연소시키는 것이다. 공기 버너는, 내화 블록의 분사면에 공기 공급 구멍에 연통되는 분사구가 형성되고, 이 분사구의 내부에 연료 가스 노즐이 설치되어 있다. 분사구로부터는, 공기 공급 구멍으로부터 공급되는 공기와 연료 가스 노즐로부터 공급되는 연료 가스의 혼합물이 분사된다.
이러한 공기 버너를 용해조(110)의 버너(31 내지 40, 41 내지 50)의 일부에 사용함으로써, 용융 유리(101)에 함유되는 수분의 양을 제어할 수 있다. 또한, 공기 버너는 큰 유량의 공기를 공급하고, 산소 버너와 비교하면, 분사면의 개구의 직경이 크고, 개구로부터 분사되는 연료 가스와 공기의 혼합물의 유속도 크다. 이 때문에, 공기 버너의 분사구나 연료 가스 노즐의 주변에 휘산물은 부착되기 어렵다.
(유리 제조 방법 및 유리 용해 방법)
본 실시 형태의 유리 제조 방법은, 유리 용해로(90)의 용해조(110)에 공급한 유리 원료(103)를 용해하여 용융 유리를 얻는 용해 공정과, 용융 유리의 기포를 제거하여 용융 유리를 청징하는 청징 공정과, 청징 후의 용융 유리를 소정 형상으로 성형하는 성형 공정을 포함하고 있다.
이들 공정 중, 용해 공정은, 용해조(110)의 원료 공급구(56)로부터 공급된 유리 원료(103)를 버너(31 내지 40, 41 내지 50)를 사용하여 가열하여 용융 유리(101)로 하는 유리 용해 방법을 포함하고 있다. 용해 공정에서 얻어진 용융 유리(101)는, 용해조(110)의 배출구(57)로부터 취출되어 다음 청징 공정에 보내진다.
이 유리 용해 방법에 따르면, 용해조(110)에 구비되는 버너(31 내지 40, 41 내지 50)에는 상기 산소 버너를 사용하여, 휘산 성분의 퇴적이 저감되어 있기 때문에, 유리 원료(103)를 안정되게 고효율로 용해할 수 있다.
청징 공정은, 용해 공정에서 얻어진 용융 유리를 청징조에 공급하고, 용융 유리 내의 기포를 부상시켜 제거하는 공정이다. 기포의 부상을 촉진시키는 방법으로서는, 예를 들어 청징조 내를 감압하여 탈포하는 방법 등이 있다. 성형 공정은, 청징 후의 용융 유리를 소정의 판 두께의 판형으로 성형하는 공정이다. 판형으로 성형하는 방법으로서는, 예를 들어 주지의 플로트법이나, 퓨전법이 있다.
이 유리 제조 방법은, 용해조(110)에서 유리 원료(103)를 용융 유리(101)로 하는 용해 공정에 있어서, 용해조(110)에 구비되는 버너(31 내지 40, 41 내지 50)에 상기 산소 버너를 사용하여, 휘산 성분의 퇴적이 저감되어 있다. 따라서, 유리 원료(103)를 안정되게 고효율로 용해할 수 있고, 나아가 유리를 고효율로 제조할 수 있다.
(실시예)
본 실시 형태의 산소 버너를 적용한 실시예 1 내지 3에 대하여 설명한다. 이 실시예 1 내지 3은, 전술한 용해조(110)에 설치된 버너(31 내지 40, 41 내지 50) 중 적어도 하나에 적용되는 것이다.
본 실시예 1의 산소 버너는, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같은 모따기부(18)가 설치되며, 모따기 각 α는 45°이고, 모따기 폭 C는 8mm이다. 또한, 연료 가스 구멍(13)의 직경 D는 37mm, 연료 가스 출구(13a)부터 연료 가스 노즐(17)까지의 거리 L은 52mm, 연료 가스의 천연 가스의 공급량은 40Nm3/h(유속은 47m/s)이다. 다른 사양은 표 1의 실시예 1의 부분에 기재된 바와 같다. 실시예 2는, 연료 가스의 천연 가스의 공급량이 50Nm3/h(유속은 59m/s)이며, 다른 사양은 실시예 1과 동일하다. 또한, 실시예 3은, 연료 가스의 천연 가스의 공급량이 70Nm3/h(유속은 83m/s)이며, 다른 사양은 실시예 1과 동일하다. 또한, 사용 조건의 유속은, 연료 가스 노즐(17)의 선단부에 있어서의 연료 가스의 유속이다. 유속[m/s]은, 연료 가스 공급량과 연료 가스 노즐 직경 d[m]를 사용하여, 이하의 식에 의해 산출된다.
유속[m/s]=공급량[Nm3/h]/(3600×π×d2×0.25×3)
이러한 산소 버너를 소정 기간에 걸쳐 가동시킨바, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근으로의 휘산물의 부착은 소정량보다 적고, 연료 가스 노즐(17)의 소손도 피할 수 있었다. 따라서, 본 실시 형태의 산소 버너에 있어서는, 본 발명의 모따기부(18)를 설치함으로써 휘산물의 부착 및 연료 가스 노즐(17)의 소손이 저감됨이 확인되었다.
Figure 112017051522591-pct00001
(비교예)
여기서, 비교를 위해 모따기부를 설치하지 않은 산소 버너의 예를 표 1의 비교예 1 내지 5의 부분에 나타내었다. 연료 가스 구멍(13)의 직경 D, 연료 가스 출구(13a)부터 연료 가스 노즐(17)까지의 거리 L은 실시예 1과 동일하다.
표 1의 사용 조건의 오리피스에 있어서, 수치를 기재하지 않은 예(비교예 3 내지 5)에서는 오리피스를 형성하지 않았다.
비교예 5는, 연료 가스 노즐(17)의 소손이 저감되었지만, 연료 가스 구멍(13)의 연료 가스 출구(13a) 부근으로의 휘산물의 부착의 저감은 양호하지 않았다. 비교예 1 내지 4는, 연료 가스 구멍(13)으로의 휘산물의 부착의 저감과 연료 가스 노즐(17)의 소손의 저감 모두 양호하지는 않았다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 산소 버너로서 연료 가스 구멍(13) 및 산소 구멍(14)이 각각 1개인 것을 나타내었지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 연료 가스 구멍(13) 및 산소 구멍(14)은 모두 1개 이상이면 되며, 예를 들어 연료 가스 구멍(13)이 3개이고 산소 구멍(14)이 2개여도 된다.
또한, 상술한 실시 형태의 유리 용해로(90)의 용해조(110)에 있어서는, 도 3에 도시하는 바와 같이 버너(31 내지 40, 41 내지 50)에 산소 버너를 배치하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 무알칼리 유리의 용해에 적절하면, 공기 버너 및 산소 버너를 다른 배치로 할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태의 산소 버너에 있어서는, 연료 가스에 천연 가스, 산소 가스에 산소를 사용하는 것을 상정하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 다른 연료 가스나 산소 가스를 사용할 수도 있다.
본 출원은 2014년 12월 10일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-249562호에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
10: 내화 블록
11: 분사면
12: 배면
13: 연료 가스 구멍
13a: 연료 가스 출구
13b: 연료 가스 입구
14: 산소 구멍
14a: 산소 출구
14b: 산소 입구
17: 연료 가스 노즐
31 내지 40, 41 내지 50: 버너
90: 유리 용해로
101: 용융 유리
110: 용해조

Claims (11)

  1. 유리 용해조에 설치되는 유리 용해용 버너이며,
    유리 용해조 내를 향하는 분사면, 상기 분사면에 개구되어 상기 유리 용해조 내에 연료 가스를 분사하는 연료 가스 구멍, 및 상기 연료 가스 구멍에 인접하고, 상기 분사면에 개구되어 상기 유리 용해조 내에 산소 가스를 분사하는 산소 가스 구멍을 포함하는 내화 블록과,
    상기 연료 가스 구멍 내에 설치되고, 상기 연료 가스 구멍을 통하여 연료 가스를 분사시키는 연료 가스 노즐을 갖고,
    상기 유리 용해조 내에서는, 상기 연료 가스 구멍으로부터 분사된 연료 가스를 상기 산소 가스 구멍으로부터 분사된 산소 가스와 함께 연소시키고,
    상기 연료 가스 구멍은, 모따기부를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 용해용 버너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 구멍의 직경을 D, 상기 모따기부의 모따기 폭을 C, 상기 분사면부터 상기 연료 가스 노즐까지의 거리를 L이라고 할 때, C/D가 0.05 내지 0.35, C/L이 0.05 내지 0.25, D가 30 내지 50mm, C가 1 내지 15mm, L이 40 내지 60mm, 및 상기 모따기부의 각도가 30 내지 60°인, 유리 용해용 버너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모따기부는 원호 모양으로 형성되고, 상기 연료 가스 구멍의 직경을 D, 상기 모따기부의 모따기 폭을 C, 상기 분사면부터 상기 연료 가스 노즐까지의 거리를 L이라고 할 때, C/D가 0.05 내지 0.35, C/L이 0.05 내지 0.25, D가 30 내지 50mm, C가 1 내지 15mm, 및 L이 40 내지 60mm인, 유리 용해용 버너.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 가스 노즐은, 그의 선단에 있어서의 유속 90m/s 이하로 상기 연료 가스를 분사하는, 유리 용해용 버너.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 가스 노즐은, 그의 선단에 있어서의 유속 40m/s 이상으로 상기 연료 가스를 분사하는, 유리 용해용 버너.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 가스 구멍은, 상기 연료 가스와 함께 산소 가스가 공급되도록 구성되고, 상기 연료 가스와 함께 상기 산소 가스를 분사시키는, 유리 용해용 버너.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산소 가스의 공급원으로부터 공급되는 산소 가스를 상기 연료 가스 구멍에 공급하는 오리피스가 형성된, 유리 용해용 버너.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 가스는 천연 가스를 포함하고, 상기 산소 가스는 산소를 포함하는, 유리 용해용 버너.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유리 용해용 버너가 설치된, 유리 용해로.
  10. 제9항에 기재된 유리 용해로를 사용하여, 유리 원료를 상기 유리 용해용 버너로 가열하여 용융 유리로 하는, 유리 용해 방법.
  11. 제9항에 기재된 유리 용해로를 사용하고,
    유리 원료를 상기 유리 용해용 버너로 가열하여 용융 유리로 하는 용해 공정과,
    상기 용해 공정에서 얻어진 용융 유리로부터 기포를 제거하는 청징 공정과,
    상기 청징 공정을 거친 용융 유리를 판형으로 성형하는 성형 공정을 갖는, 유리 제조 방법.
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