KR20020081262A - 무기물의 용융 또는 정제를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기 물질의 용융 또는 정제를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 냉매와 연결되어질 수 있고 컨테이너와 컨테이너 내용물로 에너지를 주입할 수 있는 고주파수 코일을 함께 형성하는 방식으로 서로 떨어져 배치된 다수의 금속 튜브와 분해 온도가 용융물의 온도보다 높은 상기 금속 튜브를 위한 플라스틱 코팅으로 구성된 장치에 관한 것이다. 본 발명의 냉각 시스템은 구성요소를 즉시 둘러싸는용융물의 온도 경계층이 상기 코팅 물질의 분해온도 아래에 있도록 하는 방식으로 구성, 배치되어 있다.

Description

무기물의 용융 또는 정제를 위한 장치{DEVICE FOR MELTING OR PURIFYING OF INORGANIC SUBSTANCES}

무기물의 용융 또는 정제를 위한 장치는 소위 스컬 도가니(skull crucible)의 형태로 알려져 왔다. 상기 장치는 스컬 도가니의 벽을 포함하며 원통형이 일반적이다. 상기 벽에는 금속 튜브(tube)들이 원형으로 수직 배열되어 있어 각각의 이웃한 튜브 사이에는 얇고 긴 홈이 존재한다. 또한 도가니 바닥도 금속 튜브로 이루어질 수 있다. 상기 도가니 재료는 내화성물질로 이루어져 있다. 상기 튜브의 끝에 냉매의 공급 및 제거를 위한 튜브가 수직으로 연결되어 있다.

가열은 도가니 벽을 둘러싸고 있고 고주파 에너지를 도가니 내용물에 전달시킬 수 있는 유도코일( induction coil)에 의해 이루어진다. 상기된 바와 같은 스컬 도가니는 예를 들어, 유럽 특허 0, 528, 025 B1에 알려져 있다.

상기 특허의 도가니는 하기된 바와 같이 작동된다: 상기 도가니는 유리 혼합물 또는 폐유리 파편등으로 채워진다. 상기 유리와/또는 그 용융물은 어떤 최소의 열전도도를 가지기 위해 먼저 예열되어야만 한다. 예열은 주로 버너 가열(burner heating)에 의해 이루어지고 커플링 온도에 도달한 후에 그 이상의 에너지 주입은 고주파 에너지 방사에 의해 이루어진다. 또한 특별한 경우, 고주파 에너지에 의한 가열과 함께 상부로부터 용융물에 영향을 주는 버너나 뜨거운 배출가스에 의해 가열되어질 수도 있다. 특히, 정제를 위해 스컬 도가니를 사용하는 어떤 경우에는, 상기의 가열방식이 필수적이다. 상부 표면층이 냉각되어 높은 점도를 가지게 된다면, 기포가 용융물에서 제거되지 못하게 된다.

상기 도가니의 원리는 도가니를 이용한 다른 컨테이너에도 사용되어질 수 있다. 그 예로서, 독일 특허 199 39 782 A1을 들 수 있다. 상기 특허에서는 소수의 U자형 관이 위로 열려 새장과 같은 스컬 채널(channel)을 형성하는 방식으로 일정간격을 두고 서로 떨어져 배치되어 있다. 유도 코일은 채널의 옆면을 따라 길게 배치되어 있다.

따라서, 본 발명은 냉매와 연결되어질 수 있고 컨테이너와 컨테이너 내용물로 에너지를 주입할 수 있는 고주파 코일을 함께 형성하는 방식으로 서로 떨어져 배치된 다수의 금속 튜브로 구성된 장치에 관한 것이다.

상기의 금속 튜브는 일반적으로 구리로 되어 있다. 이로 인해 하기와 같은문제가 발생되어질 수 있다. 첫째로, 구리 튜브가 용융물에 이르는 데에는 위험성이 따르며 이는 구리 오염에 의한 투명한 색상의 변질을 일으킨다.

또 다른 문제는 유리로부터 예를 들어, HF, P₂0₅, B₂0₃, SO₂, SO₃, Cl₂와 같은 성분이 기체 또는 고체의 상태로 부식이 일어나지 않는 용융물로 덮여진 도가니 부분을 제외한 냉각된 표면상으로 빠져 나오는 것이다. 이는 용융물의 오염 뿐만이 아니라 도가니의 파손을 초래한다. 또한 상기 유리의 잔여물이 금속 튜브에 단단히 부착되어 있어서 유리 잔여물을 제거하는 것이 복잡하고 컨테이너를 청소하기가 힘이 든다.

본 발명의 목적은 상기 금속 튜브의 물질에 의한 불순물 형성을 막아 부식을 방지하고 유리 용융물이 부착되는 문제를 제거하는 방식으로 장치를 구성하는 것이다.

본 발명은 유리 또는 유리 세라믹의 용융 또는 정제를 위한 장치에 관한 것이다.

상기 목적은 본 발명의 특허청구범위 제 1 항의 특징에 의해 해결된다.

상기 목적의 해결 방안으로 다른 방법들이 이전에도 제안되어왔다. 구리 대신 백금을 사용하는 방법이 제안되었으나, 비용이 상당할 뿐 아니라 유리 용융물 내 불순물 방지에 대한 완벽한 해결책은 될 수 없다. 플라스틱을 이용하는 방법이 제안되었으나 낮은 용융점 때문에 초기부터 실패하였다. 그러나, 본 발명자는 상기의 문제를 해결하기 위해 플라스틱이 낮은 연화점과 낮은 분해온도에도 불구하고코팅 물질로는 매우 적합하다는 것을 알아내었다. 금속관을 냉각함으로써 본 발명에 따른 코팅된 플라스틱과 유리 용융물 사이의 접촉온도가 플라스틱의 분해온도보다 낮게 유지되는 것으로 나타났다. 상기 플라스틱 코팅은 실험 후에도 변하지 않고 남아 있어 본 발명의 용융 컨테이너는 재사용 되어질 수 있었다.

본 발명에 따른 가장 중요한 목적이 플라스틱 코팅에 의해 해결된다. 그러면서도, 용융물의 오염을 일으키지 않는다. 구체적인 실시예로서, 스컬 도가니에 알칼리 아연 규산염 유리가 용융되었다. 상기 유리를 구성하는 섬유는 극도로 낮은 흡착성을 가지고 있으며, 이는 상기 코팅물이 스컬 도가니로부터 용융물로 구리가 확산되는 것을 방지함을 의미한다. 비교예로서, 코팅되지 않은 구리 튜브를 사용한 실험에서는 구리 오염에 의한 색상의 변화가 생겨났다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 도가니에 인산염과 불화 인산염 유리를 용융시켰다. 상기 유리는 백금 도가니에서 높은 순도를 나타내었다. 용융물은 백금 입자들로 오염되지 않았고, 비교예의 코팅되지 않은 백금 도가니에서는 높은 순도가 보장되지 않았다. 상기 유리는 고에너지 레이져 장치에 적합하다. 플라스틱 코팅을 이용한 본 발명의 장치는 또한 산화염 또는 그 용융물을 위해서도 적합하다. 상기 분야의 전문가들이라면 냉각에 관한 변수를 금속과 플라스틱의 성질을 조화시켜 정할 수 있을 것이다.

본 발명의 또 다른 목적인 부식 방지가 본 발명의 코팅된 응축 튜브에 의해 완벽하게 해결된다.

본 발명에 따른 코팅을 사용하면 유리 잔여물이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 잔여물 제거에 대한 소비가 없으므로 공정의 끝에 있을 도가니 청소에도 아무런 문제가 없다.

본 발명의 또 다른 장점은 하기한 바와 같다: 본 발명에 따른 상기 코팅층은 전기적 충격을 분리시킨다. 이는 각 도가니 부분으로 전달될 전기적 손상을 방지한다. 상기 효과는 경제적인 측면에서 대단히 중요하다. 이는 도가니의 크기를 증가시킬 수 있게 한다. 도가니의 크기가 커지고 따라서 채워질 수 있는 용량이 많아지면, 정제나 용융의 과정에 드는 비용은 감소되어진다. 일반적으로 최대 용융물의 높이는 냉각관 내의 유도전압이 너무 커지면 용융물의 높이가 줄어드는 방식으로 정해진다. 이는 스컬 도가니에 스파크를 발생시키고 스컬 도가니에 손상을 가져다 준다. 냉각관이 테프론으로 코팅된 경우, 스파크가 발생되기 전에 유도전압이 발생된다.

실시예에는 하기의 파라메타들이 사용되었다. 도가니는 1 mm의 벽두께를 갖는 금속튜브로 이루어진다

코팅은 불소 함량이 높은 플라스틱을 사용하였다.

상기 코팅층의 두께는 150μ였다.

상기 플라스틱의 연화점은 300℃였다.

상기 플라스틱의 분해 온도는 450℃였다.

상기 구리 튜브는 물로 냉각되었다.

상기 도가니에는 인산염, 불화 인산염과 알칼리 아연 규산염 유리가 용융되었다.

상기 도가니의 분해 온도는 1500℃까지 달했다.

상기 코팅층의 두께가 너무 커서는 안된다. 이는 하기의 이유 때문이다: 플라스틱은 열에 약한 물질로 잘 알려져 있으며 한 면에서 다른 면으로의 열 전달이 잘 이루어지지 않는다. 상기 코팅층이 너무 두꺼우면 용융물로부터의 열이 냉매가 흐르는 금속 튜브로 용융물과 접촉된 플라스틱 부분에 의해 충분히 전달되지 않는다. 언급된 접촉부는 플라스틱의 분해온도 아래에 있도록 열을 흡수한다. 이는 또한 일반적으로 관의 기본재로서 금속 대신 플라스틱을 채택하지 않는 이유이기도 하다. 따라서 공정의 조작조건에 따라 내부 금속관과 외부 플라스틱 관의 조합에서 플라스틱 층의 두께를 적절히 조절하는 것이 필요하다. 이는 상기 된 바와 같이 공정의 용융물의 온도에도 적용된다. 따라서, 각각의 경우에 적합한 관의 기본재를 필요로 한다. 이제까지의 경험에 의하면, 플라스틱 층의 두께는 최대로 몇 밀리미터, 일반적으로는 1 mm 이하이다.

본 발명의 플라스틱 코팅은, 바람직하게는 불소함유 플라스틱, 예를 들어 플루오르알콕시 등이 있다.

상기된 바와 같이, 상기 관의 기본재로서는 모두 구리가 사용되었으며 추가로 백금, 강철, 또는 이들 금속과 알루미늄의 합금도 사용되었다.

본 발명에 따른 장치는 하기의 물질 사용에 적합하다:

알칼리 아연 규산염 유리의 생산;

인산염 유리의 생산;

불화 인산염 유리의 생산;

란탄 붕산염 유리의 생산;

SO₂, SO₃, Cl₂또는 HF와 같은 부식성 가스가 공정중에 방출되는 유리의 생산;

황, 셀레늄 밑 또는텔루륨을 함유하는 불투명유리의 생산;

공정 중에 예를 들어, 물에 용해되어 제거되는 할로겐 물질, 특히 염소가 혼합된 유리의 생산;

냉각 중 결정화되는 산화 용융물의 생산;

활성 유리의 생산.

본 발명에 따른 도가니를 사용하면 금속 튜브의 물질에 의한 불순물 형성을 막아 부식을 방지하고 제품의 질을 향상시킬 수 있으며 유리 용융물이 부착되지 않아 도가니 청소가 용이하다.

본 발명의 또 다른 장점으로는 본 발명에 따른 코팅층은 도가니에 대한 전기적 충격을 분리시킬 수 있어 도가니 파손 방지, 도가니의 용량 증대 등으로 인한 경제적인 효과를 가져다 준다.

Claims (5)

1. 냉매와 연결되어질 수 있고 컨테이너와 컨테이너 내용물로 에너지를 주입할 수 있는 고주파수 코일을 함께 형성하는 방식으로 서로 떨어져 배치된 다수의 금속 튜브와 분해 온도가 용융물의 온도보다 높은 상기 금속 튜브를 위한 플라스틱 코팅으로 구성되어 있으며, 냉각 시스템은 구성요소를 즉시 둘러싸는 용융물의 온도 경계층이 상기 코팅 물질의 분해온도 아래에 있도록 하는 방식으로 구성, 배치되어 있는 무기 물질의 용융 또는 정제를 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층의 두께가 250μ이하인 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅 물질이 불소를 함유하는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 코팅 물질이 플루오르알콕시인 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 튜브의 기본재는 구리인 것을 특징으로 하는 장치.