KR20000068601A - 유리 노 및 이를 포함하는 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 에너지를, 조(bath)의 표면을 통한 전극 침지에 의해 용융된 유리조내로 주울 효과에 의해 분산시키는 전기 용융 기술에 관한 것이다. 본 발명은 전극을, 높이 h가 800㎜ 미만이고, h/S 비가 0.5m/㎡ 미만이 되도록 하는 표면 S의 용융된 유리조로 침지시킴을 특징으로 한다. 다른 양태에 있어서, 전극과 조 사이의 교환 표면은 유리 ㎥당 0.075㎡ 이상이다. 본 발명은 섬유 유리 절연재와 같은 유리-기재 제품을 제조하는데 유용하다.

Description

유리 노 및 이를 포함하는 설비{Glass furnace and installation comprising same}

본 발명은 유리의 전기 용융 기술에 관한 것으로, 이때 용융된 유리의 전도도는 주울 효과(Joule effect)의 결과로서, 원료를 용융시키는데 필요한 에너지를 생성시키기 위하여 이용된다.

전기 유리-용융 노의 첫번째 유형에서, 에너지는 용융된 유리의 매스(이후에는, 하기에서 조(bath)로 칭함)에 완전히 침지되고, 노의 바닥에 수직으로 및/또는 노의 측벽에 수평으로 배열된 전극에 의해 공급하며, 용융시킬 조성물은 위로부터 도입하여, 원료의 영구적인 보존 및 표면 열 손실에 대한 조의 보호를 형성하는 표면층을 유지한다.

대류 운동은 용융된 유리의 조내에서 일어나며, 이들은 융합이 일어나는, 이의 가열 정도 및 표면층 쪽으로 열을 전달하는데 기여하는 정도에 따르는 유리의 밀도 변화와 조의 나머지 용적 변화에 기인할 수 있다. 이들 운동은 특히 인접한 유리 매스와 관련하여 나타나는 온도 구배로 인하여 전극을 따라 강력하다.

전극이 완전히 침수된 이러한 배치에서, 전극과 조 사이의 에너지 교환 표면은 실제로 조의 전체 높이에 걸쳐서 분포된다. 결과적으로, 조의 높이에 따르는 유리의 온도차는 그다지 두드러지지 않고, 대류 운동은 매우 높은 진폭을 가지고, 뜨거운 유리 스트림은 전극을 따라 올라간 다음, 용융시킬 물질의 층을 따라 이동하여, 상기 층에 융합 에너지를 공급한다. 이러한 순환으로 조성 및 온도 둘다에 있어서 용융된 유리의 매스를 균질화시킬 수 있는 조의 연속적인 진탕이 발생한다.

일반적으로, 이러한 유형의 노는 대개 1.5m 이상으로 매우 깊고, 1.2 내지 1.4m인 용융된 유리의 두께를 제공하는 내화성 물질로 제조된 샤프트를 포함함으로써, 표면층 아래에서 용융되는 물질은 조내에서 조성 및 온도의 균질한 상태에 이르기에 충분한 체류 시간을 가짐으로써, 만족스러운 유리를 생성하게 된다.

그러나, 조의 용적 전체에 걸쳐 비교적 균일한 에너지의 공급을 가능하게 하기 때문에 이점으로 여겨지는 전극의 완전한 침수는 위에서 언급한 격렬한 진탕 운동으로 노 바닥의 부식이 유발되기 때문에 제한될 수 있고, 전극 자체에 또한 영향을 줄 수 있는 이러한 마멸에 대하여 노 바닥을 보호하기 위하여 조처를 취해야 한다.

보다 최근에, 전기 용융 기술은 전극을 노 바닥으로부터 조로 솟아 오르게 하는 대신에, 전극을 이의 유리 표면을 통하여 조로 침지시키는 공정을 포함하는 주요 변화를 수행하였다. 이는 마멸된 전극을 대체하고, 노 바닥의 내화성 물질을 통하여 전극을 통과시키는 것과 관련된 누수 방지의 어려운 문제점을 해결할 수 있게 한다. 또한, 침지 전극의 사용으로 노 바닥의 영역에서 직접 가열하는 공정이 제거되고, 이때 뜨거운 영역은 용융조의 상부 부분에 위치하게 되며, 이에 따라, 노 바닥과 접하는 대류 전류의 생성을 제한할 수 있기 때문에, 내화성 물질의 마멸을 감소시킬 수 있다. 이러한 배치는 또한 제조 파라미터를 조절하기 위한 가능성을 증가시킬 수 있다. 이 기술 및 이의 이점에 대한 보다 상세한 설명은 문헌, 특히 FR-A 제2,599,734호를 참조할 수 있다.

노의 치수화는 침지 전극의 사용에 의해 그다지 변화되지 않으며, 최소 깊이는 지금까지 노 바닥의 영역에서 바람직한 비교적 저온을 형성하는데 필요한 온도 구배를 적절히 생성하도록 제시되어 왔으며, 실제로 조의 온도 프로파일은 온도가 전극 근처에서 보다 높고, 노 바닥 방향으로 비교적 서서히 감소되도록 하는 것이다. 이러한 최소 깊이는 또한 양호한 특성의 유리를 제조하는데 필요한 것으로 여겨진다.

본 발명의 목적은 생산 조건을 최적화, 특히 개선된 유용성과 함께, 투자 및/또는 작업 경비를 감소시킴으로써 생산성이 균일하도록, 침지 전극을 사용하는 전기 용융 노의 한계를 개선하는 것이다.

아주 놀랍게도, 본 발명자는 생산 능력이 동일하고, 용융조의 용적, 및 상응하는 방식에서, 조내에서의 체류(잔류) 시간을 유리의 특성에 상당히 영향을 주지 않으면서, 선행 기술 분야에 비하여 상당히 감소시킬 수 있음을 밝혀냈다. 따라서, 조의 최소 높이가 조성 및 온도면에서 균질한 유리를 제조하는데 필요하다는 기존의 생각과는 다르게, 본 발명자는 깊이가 아주 상당한 정도로 감소된 노에서 완전히 만족스러운 유리를 제조하는데 성공하였다.

이와 관련하여, 본 발명의 주제는 용융조의 높이 h가 800㎜ 미만이고, 조의 표면 S에 대한 높이 h의 비가 0.5m/㎡ 미만임을 특징으로 하는, 용융 에너지를 주울 효과에 의하여 용융된 매스내로 분산시키며, 유리화 물질을 공급하고, 상기 물질을 용융된 유리조의 표면 위에 층으로 용착시키며, 조의 표면으로부터 침지되는 용융 전극을 용융조를 덮고 있는 용융시킬 조성물의 층을 통하여 하부로 침지시키는 장치를 포함하는, 전기 용융법에 의한 유리 제조용 노이다.

본 기술의 목적을 위하여, 용융조의 높이 h는 실제로, 용융조의 유효 높이, 즉 샤프트의 상부 액체 수준과 노의 바닥 사이의 높이, 또는, 경우에 따라, 유리가 노 바닥의 것보다 높은 수준에서 송출되는 경우에, 샤프트에서 액체의 상부 수준과 유리 송출 구멍의 하부 수준 사이의 높이를 나타낸다. 실제로, 특정 이유로, 특히 오염물이 노 바닥의 영역에 용착되어 조의 바닥에서 유리 매스를 오염시키기 쉬운 경우, 노 바닥 수준보다 다소 높게 위치한 영역에서 유리를 송출시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 노의 보다 낮은 부분에 분리된 유리 매스는 유리의 제조에 기여하지 못하며, 조의 유효 매스의 일부를 형성하지 못함을 알 수 있다.

일반적으로, 조를 덮고 있는 물질의 표면층["크러스트(crust)"라 칭함]은 조성물의 용융으로부터 발생하는 다수의 상(고체, 액체, 기체) 사이에서 평형 상태이므로, 액상이 샤프트에서 시작되는 정확한 수준을 측정하기가 어렵다. 연통관의 원리에 의한 간접적 측정이 일반적으로 수행되며, 샤프트의 구획 하부 스트림에서 액체의 상부 수준이 검출된다.

모든 예상과는 다르게, 본 발명자는 통상의 것보다 훨씬 깊이가 낮은 전극을 침지시키면서 노에서 전기 용융법을 수행함으로써, 다른 모든 사항은 동일하며, 통상의 용융 기술보다 훨씬 짧은 용융조에서의 물질의 체류 시간에도 불구하고, 어떠한 고체 입자도 함유하지 않으며 만족스러운 조성물 균질성을 갖는 완전히 처리된 유리가 제조됨을 밝혀내었다.

주요 장점은 본 발명에 의해 제공되는 노의 크기의 감소로 노의 측벽을 형성하는데 필요한 내화성 물질의 양을 실질적으로 절감할 수 있게 되었고, 그 결과, 설비의 투자 경비를 절감할 수 있게 되었다는 점이다. 한편, 용융조에 존재하는 유리 양의 감소로 유리 매스에서 에너지 손실을 제한함으로써 에너지를 보다 효율적으로 사용하게 되어, 특히 불량한 열 전도체인 유리의 제조시 작업 경비를 절감할 수 있게 되었다. 본 발명의 다른 이점은 나머지 기술로부터 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따르는 노는 제한된 조의 높이가 800㎜ 미만의 값으로 한정되고, 조의 표면에 대하여 작은 특징적인 가로세로비를 갖는다. 바람직한 변환에 있어서, 용융된 유리의 높이 h는 500㎜ 미만, 특히 450㎜ 이하의 값으로 유용하게 감소시켜, 노의 경비를 매우 상당히 감소시킨다. 400㎜ 이하, 특히 300㎜ 이하인 높이가 특히 바람직하다.

더욱이, 특정 양태에 있어서, 위에서 정의한 h/S 비는 0.05 이하, 예를 들면, 0.03 이하이다.

노가 높은 생산 능력과 함께 큰 표면을 갖는 바람직한 변환에 따라, h/S 비는 심지어 0.02 이하, 0.01 또는 0.005일 수도 있다.

샤프트의 높이는 유리하게는 조의 높이에 따라 제한되며, 그 결과 바람직하게는 100 내지 200㎜, 특히 150㎜의 값으로 제한된다.

이론에서는, 용융된 유리의 높이 h에 대한 하한선을 정하지 않아야 하고, 당해 분야의 통상의 전문가는 수 ㎝만큼 낮은 높이를 자유롭게 선택하되, 단 전극과 용융된 유리 사이에 충분한 접촉을 유지하여 필요한 용융 에너지를 공급해야 한다. 실제로, 본 발명자는 샤프트에서 액체의 상한선(위에서 정의한 바와 같은)보다 2 내지 3 ㎝ 아래의 거리가 채택되자마자, 고체 입자가 조에 잔류하지 않으며(즉, 용융이 성취됨), 유리가 완전히 마무리됨을 관찰하였다. 이와 관련하여, 20 내지 300㎜인 조의 높이가 본 발명에 포함되고, 상응하는 노는 본질적으로 처리되었지만, 통상의 노보다 비교적 덜 정제된 유리를 생산하는 용융 설비이다.

따라서, 본 발명에서 고려되는 주목할 만한 것은 감소된 높이의 노에서 동일한 특정 배출률을 갖는 통상의 노에서와 동일한 양의 물질을 처리할 수 있다는 것으로, 결과적으로, 전극이 동일한 양의 에너지를 공급할 지라도, 이들은 보다 적은 조 용적으로 전달된다는 것이다. 조에서 이렇게 에너지 공급 조건을 변형함으로써, 조에서의 온도 프로파일은 균질한 유리의 제조에 유용한 유리 순환 전류가 용융된 유리 매스에 형성되도록 한다.

따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 노는 조의 높이가 800㎜ 미만, 특히 500㎜ 미만이고, 보다 특히는 450㎜ 미만이며, 전극과 용융된 유리 사이의 교환 표면(이 표면은 조의 용적 단위당 샤프트에 존재하는 액체의 상한선 아래로 침지되는 측면 전극 표면으로 이루어짐)은 유리 ㎥당 전극 0.075㎡ 이상임을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유리 매스는 통상의 것보다 높은 에너지 교환 표면을 갖는다. 결과적으로, 통상의 노에서 보다 전극에 노출되는 유리의 양이 비교적 더 많아진다.

조의 용적 단위당 전극 표면은 유용하게는 0.1㎡/㎥보다 높고, 바람직하게는 0.15㎡/㎥ 이상이며, 특히는 0.2㎡/㎥ 이상이다.

전극과 노의 바닥 사이가 접촉하는 것을 방지하기 위해, 용융조에서 전극의 침지 깊이는 조의 높이 미만인 값으로 반드시 제한한다. 그러나, 이러한 침지 깊이는 원하는 동력이 전달되는데 필요한 교환 표면을 제공하기에 충분해야 한다.

특히, 조에서 유리의 대류에 의해 유발되는 부식으로 인한 노 바닥의 마멸을 방지하기 위하여, 전극의 침지 깊이는 조의 높이의 2/3 이하, 바람직하게는 조의 높이의 1/2 이하인 것이 바람직할 수 있는데, 이때 침지 깊이는 또한 조의 높이에 따라 좌우된다. 이로 인하여 조의 표면 근처에 가장 뜨거운 영역이 배치될 수 있으며, 융합 에너지는 이것이 가장 필요한 곳으로 분산된다. 더욱이, 이러한 예방책은 통로를 따라 용융되는 물질의 순환에 유용하여, 비교적 얕은 조에서 유리를 신속히 처리하고 균질화시킬 수 있음을 입증하였다.

유리하게는, 전극의 형태는 이들이 최소 길이를 따라 매우 높은 측면 표면을 갖도록 고안할 수 있다. 따라서, 특히 실질적으로 원통형인 전극을 유용하게 사용할 수 있으며, 이때 이들의 치수는 이들의 측면 표면 S_el및 이들의 침지 길이 l이 0.45 이상, 유용하게는 0.6 이상인 S_el/l의 비로 존재하도록 한다.

특히 유용한 양태에 있어서, 하나 이상의 전극은 하나 이상의 실질적으로 평면인 전도체 부재를 포함할 수 있다. 특히, 이러한 전극은 판 형태이거나, 서로가 결합된 다수의 판을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 실질적으로 평면인 전도체 부재는 또한 스트립의 형태이거나, 다수의 가지런히 놓인 와이어로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 이러한 판은 다른 형태의 판이 또한 주울 효과를 생성시키기 위하여 유리조로 전류를 공급할 수 있지만, 특히, 용이한 제조를 이유로 정사각형 또는 직사각형이다.

실제로, 원통형 전극은 유리조의 깊이가 점차 증가되는 경우에, 작은 침지 길이를 따라 충분한 측면 교환 표면을 수득하기 위하여, 비교적 무거운 보다 큰 직경의 원통형이 사용되어야 하므로, 본 발명에 따르면 덜 바람직하다. 한 해결책은 전극의 측면 표면이 단지 전기 교환에만 기여하므로, 중공 원통을 사용하는 방법을 포함할 수 있는데, 이때 내부 부분은 이러한 측면에서 완전히 불활성이다. 그러나, 이러한 해결책은 전극을 형성할 수 있는 물질(예: 몰리브덴)의 기술의 현 상태에서 경제적으로 유용하지 못한데, 그 이유는 손실되는 제거된 물질이 중공 전극의 제조 경비에 포함됨에도 불구하고 중공 원통이 밀링(milling)에 의해서만 제조될 수 있기 때문이다.

평평한 전극 또는 판으로 이루어진 전극을 사용하면, 원통형 바(bar)의 형태인 통상의 전극에 비하여, 측면 표면은 동일하되, 전극의 중량을 상당히 감소시킬 수 있다. 이러한 중량 절감은, 전극이 침지되는, 즉 지지 부재에 매달리는 본 발명의 노에서 주요 이점이다.

판의 사용으로 중공 원통에 비하여 위에서 언급한 경제적 문제점이 해결된다.

판의 치수는 원하는 교환 표면에 따라 선택되며, 두께는 전극이 노의 작동 조건하에서 전극을 형성시키는 전도성 물질의 소비로 인한 마멸 운동의 함수로서 충분히 긴 수명이 보장되도록 선택된다.

유리하게는, 노의 깊이가 매우 낮은 경우에, 전극은 특히, 가장 큰 치수를 갖는 이의 면이 실질적으로 수평 방향으로 배향되도록 하는 방법으로 배열된 직사각형인 하나 이상의 판을 포함한다. 따라서, 지지 부재는 판 또는 판들의 가장 큰 치수면에 결합시킨다. 판의 두께는 지지 부재가, 특히 스크류잉(screwing)에 의해 판으로 통과하는 경우에, 견딜 수 있는 조임을 보장하도록 선택될 수 있다.

광범위하게 변하는 형태에 따라 전도성 판을 다음과 같이 결합할 수 있다:

- 2개의 정사각형 또는 직사각형 판을 L의 형태로 배열할 수 있고;

- 3개의 정사각형 또는 직사각형 판을 U의 형태로 배열할 수 있으며;

- 4개의 정사각형 또는 직사각형 판을, 중공 평행육면체 전극을 형성하도록 배열할 수 있다.

바람직하게는, 예를 들면, 위에서와 같이 결합된 판은 특히, 스크류잉 또는 다른 방법에 의해 함께 조립한다.

형태가 상이한 전극은 전류 라인(current line)의 특별한 분포를 제공하기 위하여 동일 노에서 함께 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 원통형 전극 및 판 형태인 전극이나, L-형태인 전극 및 U 형태인 전극을 모두 노에 설치할 수 있다.

더욱이, 판 또는 판들로 이루어진 전극에는 특히, 수평축 및/또는 수직축으로 대략 하나 이상의 축을 추축 위에 놓음으로써, 전기 교환 표면의 배향을 조절하여 용융된 유리조에서 전류 라인의 분포를 조절할 수 있도록 하는 장치가 제공될 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르는 용융 기술의 중요한 특성은 일반적으로, 1㎡의 노 표면과 관련하여 하루에 노로부터 송출되는 유리의 양(톤)인 비송출률(specific draw) T_spec로 표현되는, 제조률과 관련된 조에서의 노 용융된 물질의 단축된 평균 체류 시간이다. 실제로, 비송출률이 일정한 경우에, 조에서의 물질의 체류 시간은 조의 용적에 비례하며, 조 높이의 감소로 체류 시간이 상응하게 감소된다.

이와 관련하여, 본 발명의 다른 목적은 표면층과 송출 영역 사이의 조에서 물질의 평균 체류 시간(일)이 2/T_spec미만, 유리하게는 1.2/T_spec미만, 심지어 0.8/T_spec미만임을 특징으로 하여, 용융시킬 조성물을 형성하는 물질을 조의 표면 위에 층으로 분포시키는 단계, 전극을 조의 표면으로부터 용융시킬 조성물의 층을 통하여 하부로 침지시키는 단계, 전류를 전극에 공급하는 단계, 유리를 형성하기 위하여 물질을 용융 및 결합시키는 단계 및 비송출률 T_spec로 표현되는 유량으로 용융된 유리를 송출시키는 단계를 포함하고, 에너지를 주울 효과에 의해 침지 전극으로부터 용융된 매스내로 분산시키는, 유리의 전기 용융법이다.

하나의 제시로서, 바람직한 작동 조건하에서, 표면층과 송출 영역 사이의 조에서의 물질의 평균 체류 시간은 0.7일 이하, 유리하게는 0.5일 이하이고, 예를 들면, 비송출률이 3t/㎡/d인 경우에, 0.25 내지 0.4일이다.

본 발명에 따르는 노는 적외선에 대해 "불투명한" 유리, 예를 들면, 제한된 방법으로 방사선이 방출되는, 비교적 다량의 산화철(예: 10 내지 12% 이상을 수득할 수 있는, 0.60% 이상의 Fe₂O₃)을 함유하는 유리의 제조시 특히 유용한 것으로 입증되었다. 통상적으로, 통상의 크기인 노에서, 방사선의 낮은 전도도로 인하여 조의 영역 사이에서 특히 유리가 불투명해지는 조 바닥의 비교적 찬 영역에서 두드러진 온도차가 유발된다. 이의 낮은 깊이로 인하여, 본 발명에 따르는 노는 이들 찬 영역이 생성되는 것을 방지하고, 이들 특별한 유리의 불투명화의 위험을 제한하는 열적 구배를 생성할 수 있게 된다.

본 발명에 따르는 용융 기술은 보다 저렴하게 장치를 사용하고, 보다 경제적인 작동 조건하에서, 통상의 노에서 처리된 유리의 것과 같이 결과가 만족스러운, 다수의 용도에 사용될 수 있는 양호한 품질의 유리를 제조할 수 있게 한다. 예를 들면, 본 발명에 따르는 용융된 유리는 특히, 기존의 울과 품질이 동일한 절연 제품의 제조시 유리면(glass wool)으로 전환시킬 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 다른 목적은 노가 위에서 기술한 바와 같이 침지 전극을 갖는 깊이가 낮은 노임을 특징으로 하는, 유리 용융 노, 섬유 연신 장치 및 섬유 연신 장치에 노에서 제조된 유리를 공급하는 장치를 포함하는, 유리면 제조용 설비에 관한 것이다.

다른 예상되는 용도는 특히, 강화 섬유 또는 다양한 형태의 유리 기판의 제조이다.

품질이 매우 우수한 유리가 요구되는 용도의 경우에, 본 발명에 따르는 노는 용융된 유리로 전환시키기 전 마지막 순간에 재균질화 및/또는 정제를 수행하는 부가의 장치와 결합시킬 수 있다. 이러한 설비는 노의 배출구에서 직접 유리를 생성하도록 고안된 매우 깊은 노를 포함하는 설비에 비하여, 유리가 바람직한 매우 높은 균질화 및 정제도를 갖도록 하는데 유리할 수 있으며; 최종 전환 장치의 바로 상부 스트림에 부가의 장치를 놓음으로써, 노로부터 최종 전환 단계로의 이의 공정 도중에 용융된 유리 내에서 유발되기 쉬운 가능한 결점(기체 버블 포함)을 보상할 수 있다. 단일 고성능 노 대신에, 2개의 별도의 장치를 사용하는 것이 일반적으로 노의 제조 경비에 대한 실질적인 절약의 측면에서 경제적으로 유리하다.

본 발명의 추가의 이점 및 특징은 첨부된 도를 참조로, 하기의 상세한 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

- 도 1은 본 발명에 따르는 전기 노를 사용하는, 유리면 제조용 설비를 다이아그램으로 도시한 것이다.

- 도 2는 축 II-II에 따르는 세로 단면의 도 1의 노의 다이아그램을 도시한 것이다.

- 도 3은 축 III-III에 따르는 세로 단면의 도 1의 노의 다이아그램을 도시한 것이다.

- 도 4는 본 발명에 따르는 노에서 사용할 수 있는 판 형태의 전극의 부분 단면 측면도를 도시한 것이다.

- 도 5는 도 4의 전극의 다른 측면도를 도시한 것이다.

- 도 6은 판의 조립체로 이루어지며, 본 발명에 따르는 노에서 사용할 수 있는 전극의 부분 단면 측면도를 도시한 것이다.

- 도7은 도 6에 제시된 판의 조립체의 입면도를 도시한 것이다.

도는 당해 분야의 통상의 전문가 범주내에서 모든 상세한 실행을 나타내지 않고, 하기에서 달리 제시되지 않는 한, 규모가 반드시 실제이지 않은 도식적 표현임을 알 수 있을 것이다.

도 1에 제시된 설비는 단열재 제조용 유리면을 생성하기 위한 것이다. 이는 필수적으로 공급 시스템(2)에 의해 투명성 물질의 혼합물이 공급되는 유리 용융 노(1), 노(1)에서 처리된 용융된 유리를 운송하는 채널(3) 및 채널(3)에 의해 용융된 유리가 공급되는 섬유 연신기(4)를 포함한다. 섬유 연신기에서, 용융된 유리는 다수의 구멍이 측벽에 천공되어 있고, 수직축(6)에 대한 회전으로 구동되는 섬유 연신 스피너(spinner)(5)로 가하여, 유리 필라멘트(7) 형태인 구멍을 통하여 원심적으로 용융된 유리를 배출시키고, 냉각에 의해 고형화시킨다.

노(1)의 구조는 도 2 및 도 3의 두개의 단면도로부터 상세히 알 수 있을 것이다. 노는 내화성 물질로부터 제조되고, 노의 바닥(9)과 수직벽(10)으로 이루어지고 둥근 천장(11)에 의해 둘러쌓인 샤프트(8)를 포함한다. 제시된 샤프트는 수평 바닥(9)을 갖는다. 본 발명에 따르는 노의 샤프트(8)는 모든 통상적인 일반 형태를 예상할 수 있지만, 벽(10)의 높이가 낮은 통상의 노와는 상이하다. 한 예로서, 제시된 샤프트는 0.4m의 높이에 대하여 대략 10㎡인 표면을 갖는다.

도 2에 제시된 바와 같이, 샤프트(8)는 용융조를 형성하고, 공급 시스템(2)에 의해 연속적으로 분포되는 고체 원료의 층(13)에 의해 도포되는 용융된 유리(12)의 매스를 함유한다. 가능한 한 균일한 이 층은 작동 조건에 따라 보다 두껍거나 얇은 두께를 가질 수 있다. 작업 동안, 대기로부터 열적으로 용융조를 절연시키기 위하여 100㎜ 이상의 두께를 바람직하게는 유지시킨다. 바람직하게는, 이 두께는 약 300㎜를 초과해서는 안되는데, 이는 용융에 대한 이점을 제공하지 못함으로써, 조의 표면에 불필요하게 과부하되기 때문이다.

조의 높이 h는 운송 채널(3)에서 유리된 유리의 수준과 노 바닥(9)의 수준 사이의 차를 측정하여 계산한다. 제시된 양태에 있어서, 이는 대략 300㎜이고, 이에 따라 h/S 비는 0.03(m/㎡)이다.

제시된 양태에 있어서, 용융된 물질은 샤프트(8)의 측면에 위치하고 노 바닥(9)과 동일한 수준인 협류(throat)(14)를 통하여 방출시키고, 이때 이러한 협류는 채널(3)(공급기)과 통하게 된다.

이 샘플에 6개가 존재하는 용융 전극(15)은 노의 상부 부분에 배열되고, 통상의 형태인 지지체(16)에 의해 수행된다. EP-A 제0,140,745호에 기술된 이러한 형태의 배열은 3상의 전류 공급에 보다 특히 적합하며, 상(R, S, T)의 분포는 도 3에 제시된 바와 같다. 이러한 배열로 상의 균형이 양호해진다. 그러나, 다른 형태의 통상적인 공급을 본 발명의 범위내에서 예상할 수 있다.

전극(15)은 원료의 표면층을 통하여 하부로 통과되고, 용융조로 관통된다. 침지 깊이가 가능한 한 낮은 것이 바람직하되, 단 필요한 교환 표면이 제공되어야 한다. 실제로, 조 높이의 2/3 미만, 심지어 바람직하게는 이 높이의 1/2 미만인 침지 깊이가 일반적으로 유용하다.

제시된 양태에 있어서, 전극은 원통형이고 짧지만, 큰 교환 표면을 수득하기 위하여 비교적 직경이 크다. 직경이 약 200㎜이고, 유효 길이 l이 약 150㎜인 경우에, 측면 교환 표면 S_el은 전극당 약 0.095㎡이고, S_el/l은 0.63이다. 작업 동안, 전극은 이들의 전체 유효 길이인 150㎜, 즉 조 높이의 1/2에 걸쳐서 침지시키며, 이에 따라, 조 용적 단위당 교환 표면은 조 ㎥당 0.190㎡이다.

일반적으로, 이 노는 1 내지 3A/㎠인 전극에 의해 전류 밀도를 공급할 수 있다.

특별한 작업 예로, 2 내지 2.5A/㎠의 전류 밀도로 공급되는 노는 비연신률이 3t/d/㎡, 즉 총 연신률이 30t/d인 유리를 제조할 수 있게 하며, 밀도가 2.4t/㎥인 유리의 경우에, 제조되는 유리의 용적은 하루에 12.5㎥이다. 조의 용적이 3㎥인 경우에, 조에서의 물질의 체류 시간은 노의 바닥 온도가 통상의 범위인 경우에 대략 0.25일이다.

비교로서, 높이가 1m인 유리 조를 함유하는 깊은 샤프트를 포함하며 침지 전극을 사용하는 표준 노에 대하여, 본 발명에 따르는 노는 측벽의 높이의 감소와 상응하게, 제조 경비를 약 40% 만큼 감소시킨다. 더욱이, 동일한 제조 조건(동일한 비연신률)하의 작업 동안, 본 발명에 따르는 조에서의 에너지의 유용한 분포로 에너지 소비를 약 5%만큼 감소시킬 수 있다.

도 4 및 도 5는 하나 이상의 원통형 전극(15) 대신에, 노(1)에서 사용할 수 있는 판 형태의 전극(19)을 나타내는 것이다.

실제 전극은 스크류잉에 의해 강철 익스텐션(extension)(21)에 연결된 직사각형의 몰리브덴 판(20)으로 이루어진다. 판(20)에는 치수(길이)가 가장 큰 면의 중간에 판 두께로 제조된 내부 트레드(thread)(22)가 제공된다. 익스텐션(22)에 상응하는 트레드 말단(23)이 제공된다.

익스텐션(21)은 전반적으로 조립체를 지지하는 전극 및 암(arm) 사이의 연결 장치이며, 이러한 익스텐션의 기능은 전극을 지지하고, 전류를 전극으로 전달하는 것이다. 작업 동안, 익스텐션은 조의 상부 위의 원료층(13)을 통과하고, 판(20)으로 삽입되는 트레드(23)를 갖는 하부 부분은 대략 표면층(13) 두께의 1/2에 상응하는 수준에 위치하게 된다.

전극 및 강철 익스텐션 사이의 조임을 용융으로부터 방지하고, 판(20)의 상부 부분의 조임 영역에서 몰리브덴의 마멸을 방지하기 위하여, 익스텐션(21)에 혼입되는 "수-재킷(water-jacket)" 형태의 냉각 시스템(24)이 제공되어 왔다.

이 시스템은 주입구 구멍(26)과 배출구 구멍(27) 사이의 익스텐션 내에서 냉각수를 순환시키기 위한 회로(25)를 포함한다.

냉각 시스템(24)이 제공된 익스텐션(21)은 노의 측벽을 통하여 관통되는, 도시되지 않은 지지 부재(암)에 연결시키기 위한 판(28)이 장착되어 있다.

한 예로서, 위에서 기술한 원통형 전극과 기능적으로 동일한 판 전극(19)의 길이는 300㎜이고, 높이는 150㎜이며, 두께는 45㎜이다.

내부 트레드(22)의 직경은 바람직하게는 가능한 한 최대가 됨으로써, 전극이 가장 단단하게 가능한 조여지도록 해야 한다. 더욱이, 이로 인하여 지지되는 전체 전극 영역의 냉각을 보다 양호하게 만드는데, 이는 익스텐션(21)의 냉각 시스템(24) 말단을 함유하는 트레드 말단(23)이 보다 높은 유량의 물을 공급하기 때문이다.

이러한 상황하에서, 익스텐션(21) 위의 쇼울더(shoulder)(29)는 판(20)의 두께를 벗어나 돌출되도록 하는 것이 바람직하다. 실제로, 전극을 공급하는 전기적 접촉이 이러한 전면의 접촉면에서 일어난다. 따라서, 이러한 접촉면은 전극의 이러한 연결 표면 위에 지나친 전류 밀도를 피하기 위하여 가능한 한 큰 것이 유용하다.

위에 제시된 치수에 있어서, 판(20)의 측면 표면은 전극당 0.103㎡이고, 이는 전극(15)의 측면 표면 S_el에 매우 근접한다.

이와는 대조적으로, 판(20)의 중량은 원통형 바(15)인 경우의 약 50㎏인 대신에, 단지 약 21㎏이다.

동일한 전류 공급 용량에 있어서, 판 전극(19)은 원통형 전극(15)보다 2배 이상 가볍다.

전극 중량의 감소로 전극 지지체 위의 레버 암이 감소됨으로써, 노의 제조를 단순화시킬 수 있다.

이 전극(19)은 전극(15)에 대해 위에서 기술한 바와 동일한 작동 조건하에서 시험하며, 전극의 전류 밀도는 약 2A/㎠이다.

이러한 상황하에서, 용융으로 두 형태의 전극에 대해 모두 동일한 품질을 갖게 된다. 원통형 전극(15)은 생성되는 유리 톤당 3.1g의 몰리브덴이 손실되면서 마멸되는 반면에, 전극(19)는 생성되는 유리 톤당 2.9g의 몰리브덴이 손실되면서 마멸된다. 익스텐션(21)의 트레드화된 말단의 냉각으로 인하여, 판의 마멸이 전기적 접촉에 손해없이 외부의 직사각형 면으로부터 일어난다.

두께가 45㎜인 판(20)은 전극이 만족스럽게 긴 수명을 갖도록 보장하기에 충분하다. 이는 특히, 매스의 손실은 동일하고, 판의 표면은 원통 표면보다 덜 신속히 감소된다는 사실로 설명될 수 있다.

도 6 및 도 7은 정사각형 단면을 가지며, 몰리브덴으로부터 제조되는 것과 마찬가지로, 나사(36)에 의해 몰리브덴 지지체 판(35)에 고정시킨 네 개의 몰리브덴 판(31, 32, 33 및 34)의 조립체로 이루어지는 중공 전극(30)을 도시하고 있다.

지지체 판(35)에, 냉각 시스템이 제공된 익스텐션(21)의 것과 유사한 구조를 가질 수 있는, 도시되지 않은 익스텐션에 전극을 고정시킬 수 있도록 하는 내부 트레드(37)가 제공된다.

도 4 및 도 5의 판 전극(19)에 비하여, 정사각형 전극(30)은 2개의 반대 방향 대신에, 4개의 수직 방향으로 전류를 확산시킬 수 있다.

특별한 예로, 판(31, 32, 33 및 34)의 치수는 전극의 각 면의 너비가 160㎜이고 높이가 150㎜로 측정됨으로써, 즉 전극(15)의 것인, 0.096㎡의 전체 측면 교환 표면이 제공되도록 한다.

전체 중량이 32㎏인 경우에, 전극(30)은 또한 원통형 전극(15)의 2배만큼 효율적이다.

전극(19 및 30)에 특히 용융조에서 전류 라인의 분포를 조절하기 위하여 수직축 또는 수평축 둘레에 추축을 놓음으로써 이들의 배향을 고정하는 수단이 제공될 수 있다.

이들 수단은 특히, 익스텐션(21)에 의해 수행되거나, 익스텐션이 매달리는 그 밖의 캐리어 부재에 의해 수행될 수 있다.

도 4 및 도 5에서, 전극(19)은 익스텐션(21)과 지지체(28) 사이에 파이프 유니온(40)의 형태로 수직축 둘레에 배향 수단을 포함한다.

노(1)에서 처리된 유리는 섬유 연신기(4)로 이동되는 경우에, 유리면으로 전환되며, 이때 비-섬유의 비는 통상의 노로부터 수득되는 유리만큼 낮다.

전환 장치로 용융된 유리를 운송하는 단계는 유리를 균질화시키고 정제하는데 유리하게 이용할 수 있다. 그러나, 운반 상태가 가능한 최상이 아니거나, 노(1)에서 처리된 유리가 제조 파라미터의 조절되지 않은 변화로 인하여 충분히 균질화되거나 정제되지 않는 경우에서도, 그럼에도 불구하고 섬유 연신 제품은 만족스러운 품질을 갖게 된다.

본 발명에 따르는 노와 전환 장치(예: 섬유 연신기)를 내부 원심분리시키면서 결합하면 아마도 섬유 연신기내의 용융된 유리 상에 나타나는 원심력이 유리에 보다 높은 균질도를 제공하기 때문에, 이러한 궁극적인 균질화는 유리를 울로 전환시키는 능력을 개선시키므로 특히 유용한 것으로 입증되었다.

따라서, 특히, 용융된 유리의 높이 h가 20 내지 300 또는 400㎜, 바람직하게는 200 내지 300 또는 400㎜인 본 발명에 따르는 높이가 매우 낮은 노는 이러한 형태의 설비에 특히 유리하게 사용되며, 이들은(투자 및 작동) 경비를 상당히 감소시킨다.

유리면을 기재로 하는 절연재 제조용 설비로 단지 기술된 본 발명은 어떠한 방법으로든 이러한 특별한 양태로 제한되지 않으며, 다른 유리 제품이 적절한 전환 장치와 결합된, 본 발명에 따르는 용융 장치를 사용하여 제조할 수 있다.

Claims (14)

1. 용융조의 높이 h가 800㎜ 미만이고, 조의 표면 S에 대한 높이 h의 비가 0.5m/㎡ 미만임을 특징으로 하는, 용융 에너지를 주울 효과의 결과로서 용융된 매스내로 분산시키며, 유리화 물질을 공급하고, 상기 물질을 용융된 유리조의 표면 위에 층으로 용착시키며, 조의 표면으로부터 침지되는 용융 전극을 용융조를 덮고 있는 용융시킬 조성물의 층을 통하여 하부로 침지시키는 장치를 포함하는, 전기 용융법에 의한 유리 제조용 노.
2. 제1항에 있어서, h/S의 비가 0.05 이하, 특히 0.03 이하임을 특징으로 하는 노.
3. 용융조의 높이 h가 800㎜ 미만이며, 조의 용적 단위당 침지되는 전극 표면이 0.075 이상, 유리하게는 0.1 이상이고, 특히 0.15 이상임을 특징으로 하는, 용융 에너지를 주울 효과의 결과로서 용융된 매스내로 분산시키며, 유리화 물질을 공급하고, 상기 물질을 용융된 유리조의 표면 위에 층으로 용착시키며, 조의 표면으로부터 침지되는 용융 전극을 용융조를 덮고 있는 용융시킬 조성물의 층을 통하여 하부로 침지시키는 장치를 포함하는, 전기 용융법에 의한 유리 제조용 노.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 조의 높이 h가 500㎜ 미만, 특히 450㎜ 이하이고, 보다 특히는 200 내지 400㎜임을 특징으로 하는 노.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 전극이 조 높이 h의 2/3 이하, 유리하게는 1/2로 침지됨을 특징으로 하는 노.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 전극이, 이들의 측면 표면 S_el및 이들의 유효 길이 l이 0.45 이상, 유리하게는 0.6 이상인 S_el/l의 비로 존재하도록 하는 형태를 가짐을 특징으로 하는 노.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전극(19, 30)이 하나 이상의 실질적으로 평면인 전도체 부재(20; 31, 32, 33, 34)를 포함함을 특징으로 하는 노.
8. 제7항에 있어서, 전극(19)이 판(20)의 형태이거나, 서로 결합된 다수의 판(31, 32, 33, 34)을 포함함을 특징으로 하는 노.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 전극이 특히, 이의 치수가 가장 큰 면이 실질적으로 수평으로 배열되는 직사각형(20)인 하나 이상의 판을 포함함을 특징으로 하는 노.
10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전극(19, 30)에 특히, 대략 하나 이상의 축을 추축 위에 놓음으로써 전기 교환 표면의 배향을 고정하는 장치가 제공됨을 특징으로 하는 노.
11. 표면층과 송출 영역 사이의 조에서 물질의 평균 체류 시간이 2/T_spec미만, 유리하게는 1.2/T_spec미만, 심지어 0.8/T_spec미만임을 특징으로 하여, 용융시킬 조성물을 형성하는 물질을 조의 표면 위에 층으로 분포시키는 단계, 전극을 조의 표면으로부터 용융시킬 조성물의 층을 통하여 침지시키는 단계, 전류를 전극에 공급하는 단계, 유리를 형성하기 위하여 조에서 물질을 용융 및 결합시키는 단계 및 비송출률 T_spec로 표현되는 유량으로 용융된 유리를 송출시키는 단계를 포함하고, 에너지를 주울 효과에 의해 침지 전극으로부터 용융된 매스내로 분산시키는, 유리의 전기 용융법.
12. 제11항에 있어서, 표면층과 송출 영역 사이의 조에서의 물질의 평균 체류 시간이, 비송출률이 3t/㎡/d인 경우에, 0.7일 이하, 유리하게는 0.5일 이하임을 특징으로 하는 방법.
13. 노가 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에서 청구한 바와 같은 노임을 특징으로 하는, 유리 용융 노, 섬유 연신 장치 및 섬유 연신 장치에 노에서 제조된 용융된 유리를 공급하는 장치를 포함하는, 유리면(glass wool) 제조용 설비.
14. 제13항에 있어서, 섬유 연신 장치가 내부 원심분리되는 형태임을 특징으로 하는 설비.