KR102415723B1

KR102415723B1 - 용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법

Info

Publication number: KR102415723B1
Application number: KR1020170155185A
Authority: KR
Inventors: 안장헌; 김진수; 임세열; 이태현; 이호순; 정태우
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2022-07-04
Also published as: EP3713885B1; EP3713885A4; CN111511693B; CN111511693A; WO2019097299A1; EP3713885A1; JP7256199B2; US10836669B2; KR20190057814A; US20190152824A1; JP2021503435A

Abstract

유리 등의 용탕을 교반하는 장치 및 방법에 관해 개시된다. 교반 장치의 커버의 처짐을 방지하기 위하여 변형이나 처짐이 크게 발생하는 부분을 현수 장치에 의해 현수하여 커버의 국부적 쳐짐 및 변형을 억제하고 따라서 커버에 발생할 수 있는 크랙을 억제하고 이로써 용탕의 오염을 방지한다.

Description

용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법{Molten material stirring system and Method for stirring the material}

본 발명의 용탕 교반 시스템 및 용탕을 교반하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 용탕을 저장하는 수용하는 교반 챔버(용기) 커버의 변형 및 손상을 효과적으로 억제할 수 있는 용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법에 관한 것이다.

용융 재료, 예를 들어 용융 유리를 이용해 평판 유리 제조하는 설비에는 고온 용융 상태의 유리를 교반하는 교반 장치가 존재한다.

교반 장치는 용융 유리를 수용하는 교반 용기 및 교반 용기를 덮는 커버(cover) 및 상기 교반 용기 내에 위치하는 교반익(stirring blade)를 구비한다. 시간이 지남에 따라 상기 커버는 고온 제조 환경에서 변형되고 손상될 수 있다.

본 발명은 용융 챔버의 교반 용기를 덮는 커버의 처짐 또는 변형을 효과적으로 억제할 수 있는 용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법을 제공한다.

따라서 본 발명은 커버의 변형 억제를 통해 커버와 커버를 관통하는 회전 로드간의 마찰에 따른 파티클 발생, 파티클에 의한 용탕 오염을 방지할 수 있는 용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법을 제공한다.

나아가서는 본 발명은 커버의 변형 억제를 통해 커버의 교체 등에 따른 비용부담을 크게 경감할 수 있는 용탕 교반 시스템 및 용탕 교반 방법을 제공한다.

본 발명의 일 태양은 용융 물질을 수용하도록 구성된 교반 용기; 상기 교반 용기 내부에 위치하는 교반익; 상기 교반익이 고정되는 회전 로드; 상기 교반 용기의 상부에 배치되고, 상기 회전 로드가 통과하는 것을 허용하는 중심홀을 갖는 커버; 상기 커버의 외주와 상기 중심홀 사이의 소정 거리에 배치된 복수의 현수 포스트들(hanging post); 및 상기 복수의 현수 포스트들을 통해 상기 커버 상에 상방력(上方力)(lifting force)을 부여하도록 구성된 현가 시스템(suspension system)을 구비하는 용탕 교반 시스템을 제공한다.

상기 커버는 상기 중심홀을 통과하여 연장되는 적어도 하나의 임의의 경계 영역을 따라 분할된 제1커버 부재(cover member) 및 제2커버 부재를 구비하고, 상기 복수의 현수 포스트의 각각은 상기 경계 영역에 근접하여 상기 제1커버 부재와 제2커버 부재 상에 각각 제공되고 서로 대면하여 결합 또는 분리되도록 구성된 제1포스트 부재(post member)와 제2포스트 부재를 포함할 수 있다.

상기 현가 시스템은 상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재를 하나로 붙들어 홀딩하는 홀더(holder)를 포함할 수 있다.

상기 현수 포스트는 상기 경계 영역 상에서 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 현수 포스트는 상기 경계 영역 상에서 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.

상기 제1포스트부재와 제2포스트부재는 접합 방지 코팅층을 각각 포함할 수 있다. 상기 접합 방지 코팅층은 지르코니아, 실리카, 알루미나 중의 적어도 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.

상기 현가 시스템은, 상기 교반 용기의 상부측에 위치하는 레일형 고정 프레임; 상기 고정 프레임에 대하여 제1방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되는 제1이동 프레임; 상기 제1이동 프레임의 운동방향과 상이한 제2방향으로 소정 거리 왕복 이동 가능하게 구성되는 제2이동 프레임; 및 상기 제2이동 프레임에 상기 홀더를 현가(suspending) 또는 현수(hanging) 하는 링크 부재를 구비할 수 있다.

상기 제1이동 프레임에는 상기 고정 프레임에 대한 위치를 기계적으로 고정하기 위한 락킹 장치가 더 구비될 수 있다.

상기 제2이동 프레임에는 상기 제1이동 프레임에 대한 위치를 기계적으로 고정하기 위한 락킹 장치가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 중심홀이 마련되어 있는 커버로 덮인 교반 용기 내부에 교반하고자 하는 용융 물질을 수용하는 단계; 상기 중심홀을 관통하는 로드에 고정되는 교반익을 이용해 상기 교반 용기 내부에서 상기 용융 물질을 교반하는 단계; 및 용융 물질의 교반이 진행되는 과정에서, 상기 커버의 외주와 상기 중심홀 사이의 소정 거리에 배치된 복수의 현수 포스트들을 통하여 현가 시스템으로부터 상기 커버에 상방력을 부여하는 단계를 포함하는 용탕 교반 방법을 제공한다.

상기 현수 포스트는 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.

상기 커버는 상기 중심홀을 통과하여 연장되는 적어도 하나의 임의의 경계 영역에 의하여 제1커버 부재 (cover member) 및 제2커버 부재로 분리되고, 상기 현수 포스트는 상기 경계 영역에 근접하여 상기 제1커버 부재와 제2커버 부재 상에 각각 위치하고 서로 대면하여 결합 또는 분리되는 제1포스트 부재(post member) 및 제2포스트 부재를 포함하고, 그리고 상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재를 상기 현가 시스템의 홀더에 의해 하나로 홀딩할 수 있다.

상기 용탕 교반 방법은 상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재의 표면에 접합 방지 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 교반 용기의 상부를 덮고 있는 커버의 변형 또는 처짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 커버의 변형 또는 처짐의 방지로 이로 인한 커버의 균열 및 이에 따른 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 파티클의 발생 억제는 파티클에 의한 용융물질, 예를 들어 용융 유리의 오염을 방지할 수 있다. 이러한 본 발명은 결과적으로 제품의 생산성을 높이고, 특히 커버의 유지 보수에 따른 비용 부담을 경감할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 장치 및 교반 방법이 적용되는 유리 제품 제조 장치를 나타낸 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 장치의 상부를 개략적으로 예시하는 개념도이다.
도3은 종래 교반 시스템을 예시한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에서 커버의 현수에 따른 역학적 관계를 보여준다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에 사용되는 커버의 개략적 사시도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에 사용되는 커버의 개략적 정면도이다.
도7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에 사용되는 커버의 두 커버부재가 결합된 상태에서 현수 포스트가 홀더에 의해 홀딩되어 있는 상태를 예시한다.
도7b는 도7a의 “A” 부분의 발췌 단면도이다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에 사용되는 홀더의 사시도와 정면도이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템의 전체 구조를 개략적으로 보이는 발췌 사시도이다.
도10는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에서, 제1이동 프레임의 발췌 사시도이다.
도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에서, 제1이동 프레임에 설치되는 슬라이더와 슬라이더가 결합되는 이동 프레임의 결합관계를 보인다.
도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에서, 제1이동 프레임에 설치되는 제2이동프레임을 발췌 도시한다.
도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교반 시스템의 제1이동 구조체의 구조를 보인다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 시스템에서 전체 현수 구조물의 정면도를 예시한다.
도15는 2개월 동안 실시된 처짐량 변화를 측정 결과이다.
도16은 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 교반 시스템의 적용 전과 후에 있어서 용탕내 침상 백금의 함유량 변화를 보인다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정 되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다.

이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예들은 유리 제품을 대상으로 하며 따라서 교반 대상을 용융 유리로 적용한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 교반 대상은 유리가 아닌 다른 재료가 선택될 수 있으며, 따라서 본 발명은 특정한 교반 대상 물질에 의해 제한되지 않음을 밝힌다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 장치 및 교반 방법이 적용되는 유리 제품 제조 장치(101)를 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하면, 상기 유리 제품 제조 장치(101)는 저장통(109)으로부터 배치 재료(107; batch material)를 수용하도록 구성된 용융 용기(105)를 포함할 수 있다. 상기 배치 재료(107)는 모터(113)에 의해 동력 전달된 배치전달 장치(111)에 의해 도입될 수 있다. 선택적인 콘트롤러(115)가 화살표 117로 나타낸 바와 같이 상기 용융 용기(105) 내에 원하는 양의 배치 재료(107)를 도입하기 위해 상기 모터(113)를 동작시키도록 구성될 수 있다. 유리 금속 프로브(119; glass metal probe)가 스탠드파이프(123; standpipe) 내에 용융 유리(121) 레벨을 측정하고 그 측정된 정보를 통신 라인(125)에 의해 상기 콘트롤러(115)로 전송하기 위해 이용될 수 있다.

또한, 상기 유리 제품 제조 장치(101)는 상기 용융 용기(105) 하류에 위치되고 제1연결 튜브(129)에 의해 용융 용기에 연결된 정제 튜브와 같은 청징 용기(127)를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 대상이 되는 교반 장치(200)의 교반 용기(201)가 상기 청징 용기(127) 하류에 위치되고, 보울(bowl)과 같은 전달 용기(133)가 상기 교반 용기(201) 하류에 위치될 수 있다.

본 발명에 따른 교반 장치(200)는 상기한 바와 같이 청징 용기(127)와 전달 용기(133)의 사이에 위치하는 교반 용기(201) 및 교반 용기(201) 내부의 교반익(202), 교반익(202)을 회전시키는 회전 로드(205) 그리고 교반 용기(201)의 내부를 덮는 커버(203)를 포함하며, 이에 대해서는 후에 상세히 설명된다.

한편, 제2연결 튜브(135)는 상기 청징 용기(127)를 상기 교반 용기(201)에 연결하고 제3연결 튜브(137)는 상기 교반 용기(201)를 상기 전달 용기(133)에 연결할 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 출구 도관(139)이 상기 전달 용기(133)로부터 퓨전 인발 머신 (fusion drawing machine, FDM)(143)의 유입구(141)로 용융 유리(121)를 전달하도록 위치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 상기 용융 용기(105), 청징 용기(127), 교반 용기(201), 전달 용기(133), 및 퓨전 인발 머신(143)은 상기 유리 제품 제조 장치(101)를 따라 직렬로 위치되는 용융 유리 스테이션의 예들이다.

통상 상기 용융 용기(105)는 내화성(예컨대, 세라믹) 벽돌과 같은 내화성 재료로 이루어진다. 상기 유리 제품 제조 장치(101)는 통상 백금 또는 백금-로듐, 백금-이리듐 및 이들의 조합과 같은 백금-함유 금속들로 이루어지는 구성부들을 더 포함하나, 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 루테늄, 오스뮴, 지르코늄, 및 이들의 합금과 같은 내화 금속들 및/또는 이산화 지르코늄을 포함할 수도 있다. 상기 백금-함유 구성부들은 제1연결 튜브(129), 청징 용기(예컨대 청징 튜브)(127), 제2연결 튜브(135), 스탠드파이프(123), 교반 용기(예컨대 교반 챔버)(201), 제3연결 튜브(137), 전달 용기(예컨대 보울)(133), 출구 도관(139) 및 유입구(141) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 퓨전 인발 머신(143) 또한 내화성 재료로 이루어지며 상기 유리 리본(103)을 성형하도록 디자인된다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 장치(200)의 상부의 개략적 구성을 보인다.

도2를 참고하면, 교반 용기(201)의 상부에 교반 용기(201)의 개구부를 덮거나 씌우는 커버(203)가 마련되어 있다. 커버(203)의 중앙에는 회전 로드(205)가 관통하는 중심홀(204)이 마련되어 있다. 상기 커버(203) 의 내부에는 열원(heat source)이 내장될 수 있으며, 그 위에는 커버(203)를 덮는 보온부(206)가 마련될 수 있다. 상기 커버(203)의 상면에는 상기 중심홀(204)을 중심으로 그 양측에 현수 포스트(hanging post, 207)가 마련되어 있을 수 있다. 현가 시스템(suspension system)은 상기 현수 포스트(207)를 통하여 커버(203)에 후술되는 바와 같이 상방력을 제공하며, 따라서 커버(203)가 국부적으로 위로 들려 진다. 이때에 커버(203)의 외주 가장자리 부분의 저면은 교반 용기(201)의 상단 가장자리에 접촉된 상태를 유지한다. 즉, 상기 현수 포스트(207)에 가해지는 상방으로의 상방력은 상기 커버(203)의 국부적인 처짐을 억제하는 정도로 조절된다. 여기에서 현수 포스트(207)의 위치는 상기 커버(203)의 가장자리로부터 중심홀(204)의 가장자리까지의 거리에서 상기 중심홀(204)의 가장자리에 상대적으로 가깝게 위치되는 것이 처짐 현상 억제에 더 유리하다.

한편, 종래의 교반 장치에서의 커버 배치 구조를 살펴 보면, 도3에 도시된 바와 같이, 중앙에 중심홀(4)이 마련되어 있는 커버(3)가 단순히 교반 용기(1)의 개구부 둘레의 가장자리 상단면에 얹혀 있다. 이러한 구조에 따르면, 고열 및 자중 등에 의해 커버(3)에서 국부적인 처짐(sagging)이 일어나는데, 이는 중심홀(4)의 주변부에서 크게 일어 난다. 여기에서, 상기 커버(3)의 단면 구조에서의 역학적 구조를 살펴보면, 역학적으로 일단을 고정(fixed)되고 타단은 자유단(free end)을 이루는 외팔보(cantilever structure)의 구조를 가짐을 알 수 있다. 이러한 처짐 현상은 회전 로드(5)와의 접촉 및 마찰을 일으킴으로써 커버(3)로부터 파티클이 발생할 수 있다. 그러나, 도2에 개념적으로 도시된 국부적 현수 구조를 적용했을 때에 위와 같은 처짐 현상을 크게 제한할 수 있었고, 이에 따라 커버의 처짐 및 이에 따른 제반 문제를 크게 개선할 수 있었다.

본 발명의 사상에 따르면, 상기 커버의 현수 구조는 커버의 단면 구조로부터, 도4에 도시된 바와 같이 단순 지지보 구조(simply-supported beam structure, I) 및 외팔보(II)의 구조가 복합된 역학적 구조로 해석될 수 있다. 즉, 커버(203)의 단면 구조를 미분(differential)화 하여 근사적으로 역학 분석했을 때, 단순 지지보 구조(I)는 교반 용기(201)의 가장자리와 현수 포스트(203)의 사이의 영역에 구현되며, 외팔보 구조(II)는 현수 포스트(203)로부터 중심홀(204)에 대면하는 자유단(Ef)에 의해 구현된다.

이렇게 구현된 단수 지지보 구조 및 외팔보 구조는 전체적인 처짐을 크게 감소시키게 된다. 즉, 커버(203)의 적절한 위치에 현수 포스트(203)를 배치하고, 그리고 이렇게 배치된 현수 포스트에 대한 적절히 조절된 상방력(F)을 가함으로써 커버(203)의 처짐을 크게 낮출 수 있고, 따라서 크랙(crack)의 발생을 크게 감소시킬 수 있다. 상기 상방력(F)은 중력에 의하여 부여되는 힘 벡터에 대하여 대체로 반대 방향인 힘 벡터를 부여하는 인장력과 동등할 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 커버(203)에서의 큰 처짐은 커버의 중심홀 가장자리 부분과 회전 로드의 측면 간의 마찰성 접촉을 일으킬 수도 있는데, 이 경우 회전 로드의 측면이 깍여 회전 로드가 손상되거나 회전 로드와 커버로부터 파티클이 발생하여 교반 용기 내의 용융 유리로 유입될 수 있다. 이러한 파티클은 커버의 중심홀 가장자리 부분과 회전 로드의 마찰에 의해서 발생할 뿐 아니라 커버의 처짐에 의한 크랙으로부터도 발생할 수 도 있다. 일반적으로 용융 유리를 교반하는 교반 용기는 일반적으로 백금을 주재료로 하고 있으며, 또한 커버의 외부 또한 백금을 주재료로 하고 있다. 종래의 구조에 따른 커버의 처짐, 이에 따른 균열 및 마찰 등에 의해 교반 중인 유리 용액에 백금 가루가 유입되었을 때에 나타나는 침상 백금(needle Pt) 함유량을 분석했을 때 본 발명에 따라 매우 유의한 수준으로 감소했음을 확인하였다.

종래에도 상기와 같은 현수 구조가 아닌 커버의 재료 변경에 따른 처짐 현상의 억제가 시도되었으며, 그러나 이를 통해서 약간 처짐량의 감소를 확인하였을 뿐 근본적인 문제 해결을 이룰 수는 없었다.

상기 커버는 일종의 소모품으로서 주기적 또는 비주기적으로 교체되어야 하는데, 그 이유는 크게 내장된 열선의 단선 발생 및 커버의 처짐에 따른 회전 로드와 간섭의 발생이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 커버 부재로 이루어진 커버(203)를 예시하며, 도6은 커버 부재의 정면도이다. 도5 및 도6을 참조하면, 커버(203)의 중앙에는 중심홀(204)이 형성되어 있고, 이 중심홀(204)을 통과하여 연장되는 (화살표 III-III'이 가로지르는) 임의 경계 영역을 중심으로 상기 커버(203)가 두 개의 제1, 제2커버 부재(203a, 203b)로 대칭적으로 양분되어 있다. 상기 경계 영역 상에서 상기 중심홀(204)의 양측에 현수 포스트(207)가 대칭적으로 마련되며, 각 현수 포스트(207)는 제1커버부재(203a) 측의 제1포스트부재(207a) 및 제2커버부재(203b) 측의 제2포스트 부재(207b)를 포함한다. 제1, 제2포스트 부재(207a, 207b)는 하나로 결합되어 하나의 현수 포스트(207)를 구성한다. 제1, 제2포스트 부재(207a, 207b)의 상단에는 서로 반대 방향으로 원통형으로 둥글게 말려 있는 림(rim) 형태의 돌출부(protrusion, 207a', 207b')이 형성되어 있다.

도7a는 제1커버 부재(203a)와 제2커버 부재(203b)가 결합되었을 때에 현수 포스트(207)가 홀더(208)에 의해 파지되어 있는 상태를 보이며, 도7b는 도7a의 "A" 부분의 발췌 단면도이고 도8a 및 도8b는 홀더(208)의 발췌 사시도이다.

도7a 및 도7b를 참고하면, 현수 포스트(207)의 돌출부(207a', 207b')가 하나로 밀착되어 있고 그 상단부의 돌출부(207a', 207b')가 홀더의 양측 걸림턱(208c, 208d) 사이의 슬릿(208b)에 끼워져 있다. 슬릿(208b)의 폭은 상기 두 포스트 부재가 통과할 수 있는 정도로 조절되며, 따라서 걸림턱(208c, 208d)에 상기 돌출부(207a', 207b')가 확고하게 걸려 있게 된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1포스트부재(207a)와 제2포스트부재(207b)의 표면에, 예를 들면 열확산에 의한 접합을 방지하는 접합 방지층이 형성될 수 있다. 도7b에 도시된 바와 같이, 제1포스트부재(207a)와 제2포스트부재(207b)의 표면에는, 예를 들면 열확산에 의한 접합을 방지하는 접합 방지층(207a", 207b")이 형성될 수 있다.

상기 접합 방지층(207a", 207b")는 제1포스트부재(207a)와 제2포스트부재(207b)의 표면 전체에 형성될 수도 있고 또는 일부 표면에만, 예컨대 상호 대면하는 내면에만 형성될 수도 있다.

상기 접합 방지층은 다양한 무기 재료로 형성될 수 있는데, 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 이들 재료들은 다양한 방법에 의해 코팅될 수 있는데, 예를 들어 분말 상태의 무기 재료가 분산된 슬러리를 제1포스트부재(207a)와 제2포스트부재(207b)의 표면에 분사한 후 이를 열처리할 수 있다.

도8a 및 도8b를 참고하면, 상기 홀더(301)의 그 하부 양측에 L형과 역L형 걸림턱(208c, 208d)이 형성되어 있고, 이 들의 사이에 현수 포스트(207)가 진입할 수 있는 슬릿(208b)이 마련될 수 있다.

상기 홀더(208)의 상부에는 현가장치의 상부 구조물에 연결되는 링크 부재(209)가 제공되고, 상기 링크 부재(209)의 하단부에는 나사 부가 형성되어 있어서 너트(211) 등과 같은 체결 부품 등에 의해 상기 홀더(208)와 결합될 수 있다. 여기에서 링크부재(209)와 홀더(208)를 연결하는 구조에는 홀더(208)로부터 링크 부재(209)로의 전기전도를 억제하는 스페이서 기능을 가지는 부싱(bushing)형태의 전기절연성 부품(210)이 개입될 수 있으며, 상기 너트(211)에는 너트(211)의 이완을 방지하는 안전핀(212)이 설치될 수 있다. 안전핀(212)은 너트(211)와 너트(211)가 체결되어 있는 링크부재(209)를 관통하여 설치될 수 있다.

이하에서, 상기와 같은 현수 구조에 의해 지지되는 커버의 보다 구체적인 응용에 대해 살펴본다.

도9는 본 발명에 따른 교반 장치와 전술한 본 발명에 따른 커버의 현수 구조가 적용된 전체 교반 시스템의 부분적으로 발췌 도시한다.

도9의 아래 부분부터 설명하면, 교반 용기(201)의 내부에 회전 로드(205)가 있고, 교반 용기(201)의 상방에 커버(203)가 위치한다. 커버(203)의 가장자리 부분은 교반 용기(201)의 가장자리 상단면에 얹혀 있고, 커버(203)에 마련된 2개의 현가 포스트(207)는 링크 부재(209)의 하단에 결합되어 있는 홀더(208)에 끼워져 걸려 있다. 상기 커버(203) 위에는 열손실을 방지하기 위한 보온재(206)가 다층으로 설치될 수 있다.

상기 홀더(208)를 매달고 있는 링크 부재(209)는 예를 들어 소위 턴버클 구조를 적용할 수 있다. 한편, 상기 홀더(208)는 상기 링크 부재(209)에 의해 X-Y 평면상의 위치 조절이 가능한 위치 제어 장치에 연결될 수 있다.

상기 위치 제어 장치는 기존의 회전 로드 구동 시스템이 장치되는 천정부분구조물(platform)에 설치되는 제1방향으로 연장되는 나란한 두 레일형 고정 프레임(215), 레일형 고정 프레임(215)에서 제1방향으로 이동 가능하게 설치되는 나란한 두 제1이동 프레임(213), 제1이동 프레임(213) 상에서 제1방향과 상이한 제2방향으로의 왕복 이동이 가능하게 설치되는 제2이동 프레임(212)을 구비한다. 상기 제2이동 프레임(212)의 제1방향의 위치는 고정 프레임(215)에 대한 제1이동 프레임(213)의 위치에 따라 결정되고, 그리고 제2이동프레임(212)의 제2방향에서의 위치는 제1이동 프레임(213)에 대한 제2이동 프레임(212)의 위치에 따라 결정된다. 따라서, 제2이동 프레임(212)에 달려 있는 홀더(208)의 위치는 제1방향과 제2방향에 대해 조절되게 된다.

도10과 도11을 참조하면, 상기 제1이동 프레임(213)은 수평 레일(213a)과 수평 레일(213a) 양측의 수직 지지부(213b)를 구비하며, 상기 수직 지지부(213b)의 상단에는 나란히 설치된 두 개의 고정 프레임(215)에 대해 슬라이딩하는 슬라이더(214)를 구비한다. 이러한 제1이동 프레임(213)은 상기 커버(203)에 마련된 두 개의 현수 포스트(207)에 대응하여 2개가 나란히 한 조 마련된다.

그리고, 상기 제1이동 프레임(213)의 수평 레일에서 이동하는 제2이동 프레임(212)은 사각 통상체로서 제1이동프레임(213)의 수평 레일(213a)을 감싸는 구조를 가지고 있다. 그리고, 이러한 제1이동 프레임(213)에는 상기 고정 프레임(215)에 대한 위치 고정을 위한 락킹 장치(214a)가 마련되어 있다. 이 락킹 장치는 레버의 작동에 의해 두 물체를 사용 고정하는 것으로 일반적으로 알려진 원터치형 락킹 장치를 적용할 수 있다. 이러한 락킹 장치는 상기 제2이동 프레임(212)에도 마련될 수 있는데, 도12에 도시된 바와 같이 수평 레일(213a)에 대해 제2이동 프레임(212)의 위치를 고정하는 소위 토글 클램프(212a)를 적용할 수 있다.

다시 도9를 참조하면, 상기 회전 로드(205)는 그 상방 (천정) 구조물에 마련된 스터러 모터에 연결된 구동 샤프트(211)에 대해 커플러(210)를 통해 연결된다. 상기 커플러(210)는 열절연성을 가지는 것이 필요하다.

한편, 도13에 도시된 바와 같이 제1이동 프레임(213)에서 제2이동 프레임(212)이 결합되어 있는 수평 레일(213a)은 그 양측의 수직 지지부(213b)로부터 슬라이드 방식으로 이동이 가능한 구조를 가질 수 있다. 즉, 수직 지지부(213b)의 하단에 수평 레일(213a)이 슬라이딩 가능하게 결합되는 튜브형 결합부(213b')를 마련하고, 여기에 수평 레일(213a)을 고정할 수 있는 락킹 장치(212b)를 설치한다. 이렇게 함으로써 시설 관리 및 보수시 상기 수평 레일(213a)의 위치 조정, 분리 및 결합을 매우 용이하게 할 수 있게 된다.

도14는 위치 이동 또는 조정 가능하게 현수 포스트(207)를 지지하는 전체 현수 구조물의 정면도를 예시한다.

도14를 참조하면, 전체 현수 구조물의 상방에 위치하는 두 고정 프레임(215)이 소정 간격을 두고 나란히 배치되어 있고, 여기에 제1이동 프레임(213)의 양측 슬라이더(214)가 이동 가능하게 결합되어 있다. 상기 슬라이더(214) 각각에는 슬라이더(214)를 해당 고정 프레임(215)에 대해 위치 고정하는 락킹 장치(214a)가 설치되어 있다.

상기 제1이동 프레임(213)의 수직 지지부(213b)의 하단에는 수평 레일(213a)이 이동 가능하도록 결합되어 있고, 여기에 수평 레일(213a)을 수직 지지부(213b)의 하단에 고정하는 락킹 장치(212b)가 마련되어 있다.

한편, 수평 레일(213a)에는 제2이동 프레임(212)이 수평 레일(213a)을 따라 소정 거리왕복 이동 가능하게 설치되어 있고, 여기에 제2이동 프레임(212)의 수평 레일(213a)에 대해 고정하는 락킹 장치(212a)가 마련되어 있다.

그리고, 상기 제2이동 프레임(212)에는 턴버클과 같은 링크부재(209)의 상단이 연결되어 있고, 그 하단에는 전술한 커버(203)의 현수 포스트(207)를 홀딩하는 홀더(208)가 마련되어 있다.

본 발명에 따라 상기와 같은 구조의 커버 현수 구조물을 적용한 유리 교반 장치에 적용함으로써 매우 유의한 결과를 얻었다.

도15는 일 실시예에 따른 커버 현가 구조물을 적용하기 전과 후의 처짐량 변화를 측정 결과이다. 처짐의 정도는 중심홀의 가장자리가 최초의 높이로부터 수직 방향으로 변위된 정도를 측정함으로써 정량화되었다.

도15를 참조하면 제1차 내지 제6차 측정 결과는 60일도 되지 않아 커버를 교체해야 할 정도로 처짐이 심한 것을 보여 준다. 제1차 내지 제5차 측정에서는 크리스털라이트 백커(Crystallite Backer)가 커버 물질로서 사용되었고, 제6차 측정에서는 AN485가 커버 물질로서 사용되었다. 물질의 종류와는 무관하게, 60일이 되기 전에 약 20 mm 내지 약 30 mm까지 처짐이 발생하였다.

도 12에 따른 커버 현가 구조물 설치한 후 제7차 측정이 수행되었다. 제7차 측정의 결과는 처짐이 거의 발생하지 않음을 보여준다. 설치 후 19일째의 이전까지는 처짐이 관찰되지 않았다. 19일째에 관찰되는 1.5 mm (대략 1/16인치)의 처짐이 발생한 후 턴버클, 즉 연결 부재를 조절하여 처짐이 0이 되도록 하였다. 상기 조정 이후에는 문제가 될만한 처짐이 발생하지 않았다.

한편, 상기한 바와 같이 커버에 현수 포스트를 설치하게 되며, 이 부분에서의 열방출로 인해 국부적 열손실이 일어 날 수 있는데, 이를 완화하기 위하여 현수 포스트가 위치하는 부분에 보온재를 보강하였고, 이를 통해서 국부적 열손실 또는 냉각의 정도를 완화하였다.

상기와 같은 본 발명에 따른 교반 장치를 적용하기 전과 후, 유리 제품에서의 침상 백금 오염물의 존부를 분석하였다. 도 16은 도 12에 따른 커버 현가 구조물을 설치하기 이전과 이후의 침상 백금에 따른 유리 제품의 불량의 비율을 나타낸다. 도16에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 커버 현가 구조물의 적용 전에 비해 적용 후 유리 제품의 불량 비율이 크게 감소함을 확인하였다.

이상과 같이 본 발명은 교반 유리에 오염, 로드의 손상 등을 야기하는 커버의 처짐을 본 발명에 따른 현수 구조에 의해 억제함으로써 커버의 변형 또는 처짐에 따른 제반 문제를 크게 개선할 수 있었다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 교반 용기의 상부를 덮는 커버의 변형 또는 처짐이 억제될 수 있다. 상기 커버의 변형 또는 처짐이 완화되면, 커버에서의 크랙의 발생 및 그러한 크랙으로부터 생성되는 파티클의 생성이 억제될 수 있다. 파티클 생성을 억제함으로써 파티클에 기인하는 용융 물질, 예를 들면 용융 유리의 오염이 억제될 수 있다. 그 결과 생산성이 증가하고 커버의 유지 비용이 절감될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

용융 물질을 수용하도록 구성된 교반 용기;
상기 교반 용기 내부에 위치하는 교반익;
상기 교반익이 고정되는 회전 로드;
상기 교반 용기의 가장자리에서 상기 교반 용기에 의하여 지지되고, 상기 회전 로드가 통과하는 것을 허용하는 중심홀을 갖는 커버;
상기 커버의 내부에 내장된 열원;
상기 커버의 외주와 상기 중심홀 사이의 소정 거리에 배치된 복수의 현수 포스트들(hanging post); 및
상기 복수의 현수 포스트들을 통해 상기 커버 상에 상방력(上方力)(lifting force)을 부여하도록 구성된 현가 시스템(suspension system);
을 구비하는 용탕 교반 시스템.
제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 중심홀을 통과하여 연장되는 적어도 하나의 임의의 경계 영역을 따라 분할된 제1커버 부재(cover member) 및 제2커버 부재를 구비하고, 상기 복수의 현수 포스트의 각각은 상기 경계 영역에 근접하여 상기 제1커버 부재와 제2커버 부재 상에 각각 제공되고 서로 대면하여 결합 또는 분리되도록 구성된 제1포스트 부재(post member)와 제2포스트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제2항에 있어서,
상기 현가 시스템은 상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재를 하나로 붙들어 홀딩하는 홀더(holder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제3항에 있어서,
상기 현수 포스트는 상기 경계 영역 상에서 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제2항에 있어서,
상기 현수 포스트는 상기 경계 영역 상에서 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1포스트부재와 제2포스트부재는 접합 방지 코팅층을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제6항에 있어서
상기 접합 방지 코팅층은 지르코니아, 실리카, 알루미나 중의 적어도 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제1항에 있어서,
상기 현가 시스템은,
상기 교반 용기의 상부측에 위치하는 레일형 고정 프레임;
상기 고정 프레임에 대하여 제1방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되는 제1이동 프레임;
상기 제1이동 프레임의 운동방향과 상이한 제2방향으로 소정 거리 왕복 이동 가능하게 구성되는 제2이동 프레임; 및
상기 제2이동 프레임에 홀더를 현가(suspending) 또는 현수(hanging) 하는 링크 부재;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제1이동 프레임에는 상기 고정 프레임에 대한 위치를 기계적으로 고정하기 위한 락킹 장치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제2이동 프레임에는 상기 제1이동 프레임에 대한 위치를 기계적으로 고정하기 위한 락킹 장치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 시스템.
중심홀이 마련되어 있는 커버로 덮인 교반 용기 내부에 교반하고자 하는 용융 물질을 수용하는 단계;
상기 중심홀을 관통하는 로드에 고정되는 교반익을 이용해 상기 교반 용기 내부에서 상기 용융 물질을 교반하는 단계; 및용융 물질의 교반이 진행되는 과정에서, 상기 커버의 외주와 상기 중심홀 사이의 소정 거리에 배치된 복수의 현수 포스트들을 통하여 현가 시스템으로부터 상기 커버에 상방력을 부여하는 단계;
를 포함하고,
상기 커버는 상기 교반 용기의 가장자리에서 상기 교반 용기에 의하여 지지되고,
상기 커버의 내부에 열원이 내장된 용탕 교반 방법.
제11항에 있어서,
상기 현수 포스트는 상기 중심홀을 중심으로 대칭적으로 배치하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 방법.
제11항에 있어서,
상기 커버는 상기 중심홀을 통과하여 연장되는 적어도 하나의 임의의 경계 영역에 의하여 제1커버 부재 (cover member) 및 제2커버 부재로 분리되고,
상기 현수 포스트는 상기 경계 영역에 근접하여 상기 제1커버 부재와 제2커버 부재 상에 각각 위치하고 서로 대면하여 결합 또는 분리되는 제1포스트 부재(post member) 및 제2포스트 부재를 포함하고, 그리고
상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재를 상기 현가 시스템의 홀더에 의해 하나로 홀딩하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1포스트 부재와 제2포스트 부재의 표면에 접합 방지 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 교반 방법.