KR20020038727A - 무기 물질, 특히 유리 및 유리 세라믹의 용융 또는 정련을위한 스컬 도가니 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기 물질의 용융, 결정화 또는 정련을 위한 스컬 도가니(1)에 관한 것이다. 상기 도가니는 도가니 벽(1.1), 도가니 바닥(1.2), 및 도가니 벽 (1.1)을 둘러싸서 고주파 에너지를 도가니 내용물에 커플링시키는 유도 코일(2)을 포함한다. 도가니 벽(1.1)은 냉각 매질에 연결될 수 있는 금속 파이프의 고리로 형성된다. 인접 금속 파이프 사이에는 슬릿이 형성된다. 용융물(3)의 배출을 위한 바닥(1.2)이 제공된다. 배출을 위해 슬리브(4)가 설치된다. 슬리브(4)의 유입 단부 (4.1)는 스컬 도가니(1)의 내부 챔버로 그러한 방식으로, 사용 중에, 돌출되어, 용융물은 (3) 품질 손상 없이 결정화된 바닥 층(3.3)을 통해 조절된 방법으로 제거할 수 있다.

Description

무기 물질, 특히 유리 및 유리 세라믹의 용융 또는 정련을 위한 스컬 도가니{Skull pot for the melting or refining of inorganic substances, especially glasses and glass ceramics}

그러한 도가니는 도가니 벽을 갖는다. 이것은 일반적으로 원통형이다. 이것은 수직의 금속 튜브 고리로 구성된다. 인접하는 튜브 사이에는 슬롯이 존재한다. 또한 도가니 바닥도 금속 튜브로 구성될 수 있다. 또한, 이것은 내화 재료로 구성될 수도 있다. 그 단부에는 냉각제 공급 또는 배출을 위한 수직 파이프가 부착되어 있다.

가열은 도가니 벽을 둘러싸고 고주파 에너지를 도가니 내용물에 커플링시키는 유도 코일을 통해 일어난다.

무기 물질의 용융을 위한 스컬 도가니는 예를 들어 EP 0,528,025 Bl 호에 공지되어 있다.

스컬 도가니는 하기와 같이 작동된다. 도가니는 깨어진 유리 조각 또는 그 혼합물로 채워진다. 유리 또는 용융물은 최소한의 전도성을 얻기 위해 우선 예비가열된다. 예비가열은 일반적으로 버너 가열을 통해 이루어진다. 커플링 온도가 얻어지면, 고주파 에너지 방사에 의해 더 많은 에너지가 공급될 수 있다. 또한 그러한 조작 중에도, 상부 용융물에 영향을 줄 수 있는 버너를 통해 또는 뜨거운 배기 가스를 통해 용융물은 고주파 에너지에 의해 더 가열될 수 있다.

냉각 시에, 도가니 벽을 구성하는 금속 튜브의 외부 면에는 굳어진 용융물 층이 형성되게 된다. 결정성 재료로 된 층이 바람직하다. 이것은 유리질 층에 비해 열적 절연에 바람직하다. 이 외부 층은 도가니 벽을 공격적인 또는 핫-멜트에 의한 부식으로부터 보호한다. 이 냉각된 외부 층은 유리 용융물에 따라 유리질이거나 결정질이다.

또한 바닥도 벽과 마찬가지로 냉각되기 때문에 바닥 층도 차다. 마찬가지로 유리질 또는 결정질의 찬 바닥 층이 형성된다. 이것은 바닥의 배액을 통해 용융물을 채우는데 바람직하지 않다. 배액에 의해 용융물을 이송하기 위해서는, 딱딱한 바닥 층을 깨거나 부가의 가열 시스템을 사용하여 다시 녹여야만 한다. 용융물 유체의 통과에 대한 그러한 결정 층의 생성 효과는 핵제이고, 이것은 바람직하지 않다. 또한, 코일은 바닥에서 2-5cm 위에서 끝나기 때문에, HF 영역은 보다 약해지게 된다.

고주파 에너지는 스컬 도가니 내부를 가열하는데 만 유용하게 사용될 수 있다. 그러나, 냉각된 바닥 영역을 특별히 가열하는데 사용될 수는 없다. 또한, 유도 가열을 이용해 바닥에 가까운 층을 가열한다 하더라도, 그 열이 바닥 냉각에 의해 뺏겨진다. 이것은 냉각되지 않은 중심구역에 비해-에너지 유입의 변쇄를 유도하게 된다.

고주파의 성능을 모두 함께 향상시키면 바닥부의 온도가 올라가게 되어 문제가 해결된다. 그러나, 스컬 도가니의 증간 영역은 과열되게 된다. 이렇게 되면 파동을 수반하는 증발이 생길 수 있다.

스컬 도가니로부터 유리 용융물을 배출하는 특별한 기술에 대한 문헌은 거의 없다. 유일한 기술이라고는 배출구에 관한 것이 일반적이다. 미국특허 제 5,567,218 호는 조금만 냉각되면서 비교적 큰 배출구를 기술하고 있다. 여기에는 잘 냉각되는 슬라이드가 장착되어 있다. 동시에 짧은 세라믹 슬리브가 용융물로 돌출되어 있다. 이 것은 배출을 원활하게 하기 위해 배출 구역을 열적으로 차단시키는 기능을 갖는다. 이 문헌은 또한 간접 가열되는 배출 장치를 갖는 다양한 변형에 대해 게시하고 있다.

이러한 구현예들은 그러한 용융에 적당한 결정화에 감도가 없거나 거의 없으므로, 용융물이 다양한 결정을 가지게 되고 배출 후 파동이 생기는 단점을 갖게된다. 광학-결정화-감도가 없는 용융물로는 상기한 세라믹 케이스에서 그러한 배출물에 의해 결정이 형성된다.

이것은 바닥으로부터 용융물의 제거를 방해하게 된다. 배출 조절이 안 되고 특히, 배출 속도의 조절이 불가능하게 된다. 게다가 세라믹 슬리브가 빨리 다시 녹아 유리에 용해물에 의한 흠결이 생기는 위험 이 생기게 된다.

본 발명은 무기 물질, 특히 유리 및 유리 세라믹의 용융 또는 정련을 위한, 소위, 스컬 도가니에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스컬 도가니의 일례의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스컬 도가니의 다른 예의 단면도이다.

본 발명의 목적은 유리 품질의 손상 없이, 특히 고품질의 유리를 제조할 수있도록, 바닥부에서 용융물을 조절하여 배출시킬 수 있는 스컬 도가니를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명의 특허청구범위 제 1 항에 의해 해결된다. 본 발명자들은 용융물을 더 뜨거운 구역에서 제거한다면 제거에 따른 문제가 해결될 가능성을 인식하게 되었다. 따라서, 본 발명에 따라, 바닥부의 찬, 결정화된 유리가 제거되지 않게 된다.

따라서, 바닥부로부터 결정성 물질이 잉곳에 이르지 않게 되고, 주조과정 중에 용융물이 결정화된 바닥 층을 통과하지 않아서, 새로운 핵이 형성되지 않아 유리보다 비중이 무거운 변성 제품이 생성되지 않고, 그대로 바닥부에 잔류하게 된다. 또한, 슬리브는 용융물의 점도에 상응하는 길이와 직경을 가질 수 있어 용용물의 배출은 몰드에 파동을 일으키지 않고 행해질 수 있다. 따라서, 이 기술은 결정과 흠결이 없는 광학 유리를 제조하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 다음과 같다. 슬리브 높이를 조절하여 유리의 흐름을 중지시키지 않고, 연속적이 용융이 가능하다. 도가니에 남아있는 잔류 가스는 HF 커플링을 더 가능하게 한다.

따라서, 공정은 즉시 계속될 수 있다. 동시에, 새로운 불 균일한 혼합물이 가열, 예를 들어 버너 불꽃에 의한 재생 공정 없이 보충될 수 있다.

이것은 특히, 버너가열이 행해지는 경우 강하게 증발되거나 원자화되는 휘발성 배치 성분을 갖는 유리 뿐만 아니라, 전도가 어려운 최소한 전도성을 갖는 유리에도 바람직하다.

두 가지 백금 도가니가 구현예로 사용되었다. 두 가지 모두에 공통적인 것은 배출 파이프 및 슬리브가 백금 또는 백금 합금으로 구성되고 배출 파이프는 50Hz 저항 가열 장치에 적합하다는 것이다. 백금이 사용되는 것은 1600℃까지의 산화 조건에서 안정하고 유리에 탈색 흔적을 남기지 않기 대문이다. 더 높은 온도에 대해서는 이리듐, 몰리브덴, 볼프람 또는 이들의 혼합물로 제조된 슬리브가 사용된다.

첫 번째 구현예에서, 주조 중 또는 주조 후에 커플링이 동시에 행해진다면, 배출파이프 높이는 전체 용융물 높이의 3분의 1이 이상적이다. 백금 슬리브의 재료에 의해 용윰물이 오염되는 경우에는 슬리브가 더 짧은 것이 바람직하다. 이 경우 2-6cm 길이의 슬리브가 적합하다. 백금 플랜지와 수냉 스컬 도가니 사이의 유리 밀봉은 백금 플랜지 주위 고리의 공기 냉각 뿐 아니라 석영 플래이트에 의해 보장된다. 용융 및 부식 요건에 따라, 석영 도자기 판은 1 내지 2cm 두께이다. 모든 경우에, 백금 슬리브는 석영 도자기 판에서 최소 1cm 이상 위로 돌출 되어야 한다.

두 번째 구현예에서는 백금을 포함시키지 않도록 하는 요구조건에 많도록 구조가 최적화 되었다. 이 구현예에서는, 용융 중에 백금은 고체 유리층에 의해 용융물로부터 분리되고 용해가 일어나지 않게 된다. 주조 직전에, 냉각이 감소되어 완전히 없어지게 되어 백금 용기 상의 유리는 변쇄 한계 온도 이상으로 가열된다. 배출물에서 모든 결정이 용해될 때, 백금 파이프의 50Hz 저항 가열은 주조 온도로 상승되고 용융물은 제거된다. 유리 한계 층이 녹을 때, 슬리브에 부착된 열전소자를 사용하여 온도를 측정할 수 있다.

열전소자는 가스 배출구를 통해 냉각된 슬리브에서 제거되어 축전기를 통해 측정장치로 이송된다. 축전기는 가능한 HF 간섭 신호를 여과하고 완화하는 것을 돕는다.

백금 배출 슬리브는 원칙적으로 전기층으로부터 수냉된 스컬 도가니와 접촉하게 된다. 그러나, 이 구현예는 백금 배출 슬리브가 스컬 도가니의 수냉에 의해 영향을 받아 과냉각될 우려가 있어 바람직하지 않다. 매우 공격적인 유리 용융에 대해서는 이 구현예 가 바람직할 수 있는데, 그것은 스컬 도가니와 백금 슬리브 사이의 유리 밀봉 문제가 적용되지 않기 때문이다.

유리 밀봉이 문제가 되지 않는 경우에는 언제나 플랜지와 금속성 스컬 도가니의 전기적 커플링이 일어나지 않는 것이 바람직하다. 이것은 백금 가열에 더 낮은 HF 간섭레벨을 유도한다. 플랜지와 금속성 스컬 도가니의 전기적 커플링이 일어나지 않는 경우, 두 부품 간의 거리는 최소한 0.5cm 이상이어야 하고, 그 사이는 절연 세라믹으로 채워지게 된다. 가장 바람직한 재료는 석영 도자기이다.

다른 배출 장치의 예로는 도가니 바닥 아래에서 직접 가열되고 상부 구역에서 용융물에 몇 센티미터 돌출된 석영 유리 파이프가 있다. 이 구현예의 장점은 용융물에 백금이 전혀 포함되지 않는다는 것이다. 단점은 공격적인 유리 용융에 의한 부식으로 인해 배출 안정성이 제한된다는 점이다.

란탄 크라운(Lanthan Crown) 계열의 유리를 용융 및 주조하였다. The HF 에너지를 1MHz 주파수를 갖는 발생기를 이용하여 공급하였다. 용융물의 부피는 8ℓ였다. 스컬 도가니의 용융물 높이는 21cm였다. 주조에 필요한 HF 에너지는 30 KW이다. 유리의 상부 변쇄 온도는 1040℃이다. 주조 온도는 1100℃이다. 도가니에서의 온도는 바닥에서는 1,000℃, 중심에서는 1150℃ 및 표면에서는 1100℃로 모두 다르다. 이것은, 결정층이, 슬리브 구조가 역효과를 가지지 않으므로, 주조 중에 바닥에 있다는 것을 의미한다.

50cm 길이, 8mm 직경의 백금 파이프와 10mm 직경과 7cm 길이의 슬리브가 사용되었다. 백금튜브는 도가니 바닥부에 설치된 플랜지를 갖는다. 이것은 스컬 도가니의 알루미노실리케이트 바닥판에 직접 셋팅되고 열회로가 부착된다. 플랜지와 스컬 도가니 사이의 거리는 5cm이다. 플랜지의 상부 가장자리는 공기 냉각된다. 매우 부식성이 높은 유리 용융이나 높은 정련 온도에서는 필요하다면, 공기 냉각을 수냉으로 바꿀 수 있다. 백금 파이프의 하단부에 플랜지 가열을 위한 다른 전류 공급 플래이트 러그가 위치한다. 백금 플랜지는 플랜지와 플래이트 러그 사이의 가열 회로 에 의해 최고 1400℃까지 가열된다. 파이프 자체만 가열되는 반면, 유리로 돌출된 슬리브는 백금 튜브 및 핫-멜트로부터 간접적으로만 가열된다.

용융 및 정련동안에는 백금 배출 파이프는 가열되지 않는다. 주조하기 약 1 내지 2 시간 전에, 도가니를 주조 온도로 셋팅하고 백금 플랜지도 서서히 주조 온도에 이르게 된다. 둘다 목적하는 온도에 이르게 되면, 용융물과 배출 유리가 데워지게 된다.

공기 냉각된 슬리브가 사용되는 경우, 또한, 슬리브의 공기 냉각을 꺼서 파이프와 주조를 위한 용융물에서의 온도를 맞춘다.

목적하는 온도에 도달되어 슬리브가 1050℃ 이상으로 되어 확실하게 변쇄 온도 한계 이상이 되기 전에는 유리의 흐름을 스토퍼에 의해 중지시킨다.

본 발명을 도면에 의해 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스컬 도가니의 일례의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스컬 도가니의 다른 예의 단면도이다.

도면에 도시된 스컬 도가니는 무기 물질, 특히 유리 또는 유리 세라믹, 특별히 깨진 유리 또는 소위 불균일한 유리 혼합물의 용융 및 정련에 사용된다.

스컬 도가니는 벽1,1을 갖는다. 이것은 서로 연결되고 물과 같은 냉매가 부착된 수직 금속 파이프의 고리로 되어 있다.

스컬 도가니의 도가니 바닥 1,2은 석영 도자기 판으로 구성되어 있고, 이 역시 파이프 1,3으로부터 배출되는 공기에 의해 냉각된다.

벽1,1은 유도 코일 2에 의해 둘러싸여져 있다. 이것은 고주파 에너지를 스컬 도가니의 내용물에 공급하는 고주파 장치이다.

도시한 바와 같이,용용물 3은 스컬 도가니 내부에 있다. 스컬 도가니의 벽1,1과 바닥 1,2은 각각 결정화된 층 3,1 및 3,2로 덮여져 있다. 바닥부에 도시된 생성물 3,3은 몇 유리 형태에서 생성될 수 있고, 용융물 내부로부터 바닥으로가라앉게 된다.

본 발명에 따라, 백금 슬리브 4가 배출을 위해 제공된다. 슬리브 4의 상단부 4,1은 바닥 1,2의 상부로 확실히 돌출되어 있다. 상단부는 결정화된 바닥층으로부터 멀리 떨어진 구역에 위치하여 여기에서의 온도는 변쇄 온도 이상인 것이 명확하다. 상단부 4,1의 위치로 인해, 생성물 3,3이 슬리브 4로 들어가 제거된 유리 용융물의 품질을 손상시킬 위험은 없다.

도 2의 스컬 도가니 1는 도 1의 스컬 도가니와 기본적으로는 동일한 구조를 갖는다. 이것 역시 유리 용융물을 제거하기 위한 슬리브 4를 갖는다. 슬리브 4의 상단부 4,1는 역시 유리 용융물의 비교적 뜨거운 영역에 위치하게 된다.

그러나, 도 1에 비해 용융물 3 내부에 위치한 슬리브 4의 영역에 냉각 시스템이 정착된다. 냉각 시스템은 슬리브 4의 상부를 덮고 있는 맨틀 4.2이다. 맨틀 4,2와 슬리브 4의 상부 영역 사이에 유입구 4,3 및 배출구 4,4를 갖는 동공이 형성되어 있다. 유입구 4,3에 냉매, 예를 들어 가스가 공급된다. 열전소자 4,5가 동공에 장착된다.

스컬 도가니가 운전될 때, 슬리브 4의 온도가 낮은 용융 상태로 유지되도록 슬리브 돌출부의 온도를 용용물 3에 조절하는 것이 효과적이다. 동시에, 온도는 고체 유리 또는 결정 층이 형성되기에 충분한 온도로 낮아야 하며, 용융물이 배출될 때 온도는 변쇄 온도 이상으로 올라가게 된다.

유리 용융물보다 낮은 온도로 스컬 도가니의 바닥을 유지하는 것 또한 효과적이다. 이것은 바닥에서의 부식이 적어지므로 바람직하다.

본 발명에 의해 고품질의 유리 제조가 가능하게 되었다.

Claims (6)

1. 냉각제와 연결될 수 있는 금속 튜브의 고리로 형성되고, 인접된 튜브사이에 공극을 갖는 도가니 벽 (1.1);

   용융물이 배출되는 도가니 바닥(1.2);

   도가니 벽 (1.1) 을 감싸고 고주파 에너지에 의해 도가니 내용물에 커플링될 수 있는 유도 코일 (2); 및

   용융물이 품질의 손상없이 조절된 방법으로 결정화된 바닥층으로부터 제거되도록 스컬 도가니의(1)의 내부 챔버로 돌출된 유입단부(4,1)를 갖는, 배출을 위해 설치된 슬리브 (4),

   를 포함하는 무기 물질, 특히 유리 또는 유리세라믹의 용융 또는 정련을 위한 스컬 도가니 (1) .
2. 제 1 항에 있어서, 슬리브 (4)의 높이는 도가니 바닥 (1.2)으로부터 측정된 용융물 높이의 10분의 1 내지 2분의 1인 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 슬리브 (4)에는 온도 조절장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.
4. 제 3 항에 있어서, 용융물로부터 돌출되어 동공을 형성하는 슬리브(4)의 상부는 이중 벽으로 되어 있고, 동공은 냉매를 위한 유입구(4.3) 및 배출구(4.4)를 갖는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬리브(4)는 두개의 동축 슬리브로 형성되며, 외부 슬리브는 금속 쟈켓이고 내부 슬리브는 석영 유리 튜브인 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬리브는 높이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.