KR20080096765A - 유리 용탕의 온도 측정 - Google Patents

Abstract

유리와 같은 점성 물질의 용탕(1) 온도의 간접 측정이 회전하는 기계적 교반기(3)의 모터 토크와 같은 파라미터를 측정하거나 또는 그것의 냉각수로부터 추출된 칼로리 파워를 측정함으로써 이루어진다. 이것은 써모커플(thermocouple)에 설치되어 곤란한 작동 조건들에 노출되는 온도의 직접 측정을 불필요하게 한다.

Description

유리 용탕의 온도 측정{Measuring the temperature of a molten glass bath}

본 발명의 주제는 유리의 용탕이나 또는 고온에서 유지되는 점성 물질의 온도 측정에 관한 것이다.

그러한 온도의 측정은 유리화 과정을 모니터할 것을 필요로 하지만, 용융된 온도에서 얻어지는 온도들은 매우 높기 때문에 곤란하다. 센서들을 구성하는 통상적인 재료의 대부분은 녹거나 또는 적어도 그 강도를 상실한다. 다른 기술은 온도 센서를 물의 흐름에 의해 냉각되는 로드(rod) 안에 배치함으로써 유리에 의해서 실제로 얻어지는 온도 보다 낮은 온도를 측정하는 것으로 이루어진다. 응고된 유리의 맥석(gangue)이 로드의 둘레에 형성되고, 그것을 과도한 열과 부식으로부터 보호한다. 상호 연관된 함수들로써, 유리 용탕의 온도가 실제 측정된 온도로부터 추론될 수 있다. 냉각 로드에 의한 이러한 측정 기술은 증명된 것이지만 그것이 유리 용탕의 단일 위치에만 관련된 것이기 때문에 부정확하며, 그 온도는 이질적이고, 용탕의 물리적 조건에 매우 민감하고, 특히 용탕을 덮는, 변할 수도 있는 응고된 유리의 두께 뿐만 아니라, 용탕이 받게되는 자연적이거나 또는 강제된 대류 운동들에 매우 민감하다.

이러한 불충분함은 본 발명에 따른 측정 방법의 개발에 이르게 하였는데, 본 발명에서는 실제 온도의 직접 측정이나 또는 낮춰진 온도의 직접 측정이 다른 파라미터의 측정으로 대체되었으며, 온도의 간접 측정을 수행하기 위하여 온도는 함수로써 다른 파라미터(parameter)와 상호 연관될 수 있다. 여기에서 고려되는 파라미터들에 공통적인 특성은, 그 파라미터들이 용탕에 연관되지 않고 따라서 용탕을 포함하는 도가니 안에 센서를 배치할 필요성 없이 도가니 바깥에 배치하게 되며, 그곳에서 보다 양호한 조건으로 냉각 매체내에서 센서가 작동되는 것이다.

본 발명은 유리 용탕의 기계적인 교반기(mechanical stirrer)의 특정한 이용에 기초하고 있다. 공지의 교반기들은 다양한 형상을 가지고, 전체적으로 유리를 그 둘레에서 변위시키고 혼합을 발생시키는 블레이드 또는 그와 유사한 수단이 제공된 회전 동체를 구비한다. 교반기는 냉각수 회로에 의해 적당한 온도에서 유지되는데, 냉각수는 회로를 통해 흐르거나, 같은 중심을 가진 도관들을 통해, 또는 다르게 흐른다.

용탕의 온도와 상호 관련되고 측정에 유용한 파라미터(parameter)들이 이러한 교반기를 작동시킴으로써 얻어진다. 주목되어야 하는 바로서, 냉각은 교반기 둘레에 응고된 유리 맥석(glass gangue)을 더 발생시키지만, 온도 측정을 위한 로드(rod)의 경우에 바람직스럽지 않았던 이러한 환경이 여기에서는 교반에 의해 더 이상 발생하지 않으며, 교반은 교반기의 중심 샤프트 및 블레이드들 둘레에 고정된 유리의 두께를 안정화시키고, 블레이드들 둘레의 용탕의 조건을 조절한다; 교반기가 용탕의 가장 큰 부분과 직접 접촉하면, 용탕의 평균 온도 또는 전체 온도를 더 잘 나타내는 가열을 수용하게 된다.

본 발명의 방법의 특정한 구현예에서, 용탕의 온도를 나타내는 측정 파라미터는 교반기를 통하여 흐르는 냉각 유체로부터 추출된 가열 파워(heating power)이다. 다른 특정한 구현예에서, 측정량은 안정된 속도에서의 교반기 모터 토크(motor torque)이다.

도 1 은 본 발명에 따른 교반기가 제공된 용탕(molten bath)을 도시한다.

도 2 는 냉각 회로를 도시한다.

도 3 은 본 발명의 일 예를 도시한다.

이제 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 도 1 은 교반기가 제공된 용탕(molten bath)을 도시하고, 도 2 는 냉각 회로를 도시하고, 도 3 은 일 예를 도시한다. 용탕은 도면 번호 1 로 표시되고, 도가니(2) 안에 있으며, 도가니에는 도시되지 않은 가열 수단이 부가되고, 도가니는 종종 그러한 것처럼 도가니(2)의 둘레에 위치된 단일의 유도 코일로 이루어진다. 종래 기술에서 공지되어 있고 본 발명에는 무관한, 도가니의 통상적인 파워 공급 수단이나 하부 주조 밸브는 도시되어 있지 않다. 그러나 도가니(2)는 교반기(3)를 포함하고, 여기에서는 앵커(anchor)의 형태이고 플런저 샤프트(plunger shaft, 4) 및 한쌍의 대향하는 블레이드(5)를 포함한다. 샤프트(4)는 베어링(6)에 의해 지지되고, 감속기 및 토크 변환기가 제공된 모터(7)에 의해서 회전 구동된다. 교반기(3)는 중공형이고, 내부가 물 냉각수를 분사하기 위한 주위 채널(9) 및, 상기 주위 채널과 같은 중심을 가지는 중앙 채널(10)로 분할된 중앙 튜브(8)를 포함하며, 분사된 물은 중앙 채널에서 다지 퍼올려진다. 튜브(8)는 각각의 블레이드들로 분기되고, 물이 주위 채널(9)로부터 중앙 채널(10)로 통과될 수 있도록 하기 위하여 튜브의 단부가 개방되어 있다. 회로는 샤프트(4)의 상부에 배치된 물 박스(11), 펌프(12), 펌프(12)를 물 박스(11)에 연결하고 흡입 도관을 포함하는 배관(13), 배출 도관 및 배관(13)위의 냉각 설비(14)를 포함한다.

본 발명은 다른 교반기들을 가지고 작동되는데, 특히 교반기는 헬리컬 교반기 또는 코일 형상 교반기일 수 있다. 그러나 교반기의 전체 표면에 걸쳐 냉각이 규칙적이고 충분한 것이 적절하다. 더욱이, 용탕의 전체적인 혼합을 달성하기 위하여 블레이드(5)들은 충분한 연장을 가진다. 그러나, 다른 교반기들이 제공된 용탕의 소형 교반기에 본 발명이 적용되어도 본 발명이 적절하게 작용한다는 점이 주목되어야 하며, 그러한 교반기에 대해서는 측정이 이루어지지 않지만 소형 교반기와 혼합 기능을 공유한다.

본 발명의 특정한 구현예에서, 교반기(3)에 의해 추출된 가열 파워(heating power)가 측정되는데, 이것은 펌프의 유량 및, 중앙 채널(10)의 유출부와 주위 채널(9)의 유입부에서 센서(15,16)들에 의해 수행된 냉각수 온도 측정들로부터 추론될 수 있다. 온도를 측정하기 위하여 적용된 공식은: T₁ = C₁ ln (C₂/P) 인데, 여기에서 T₁ 은 구하는 온도이고, C₁ 및 C₂ 는 이전의 시험들에서 실험적으로 얻어진 상 수들이고, P 는 가열 파워(heating power)이다. 상수는 실제적으로 오직 교반기의 회전 속도 및, 용탕의 한정된 설비 및 조성에 대한 용탕의 체적에 달려있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 용탕 온도의 간접 측정을 수행하기 위하여 측정되는 것은 교반기의 모터 토크이다. 그러한 측정은 용이하며 모터(7)와 샤프트(3)에 대한 트랜스미션상에 배치된 토크 미터(torque-meter, 17)에 의해 수행될 수 있다. 상관 공식은 T₂ = C₃ ln (C₄/C) 형태인데, 여기에서 T₂ 는 용탕의 온도이고 (이것은 T₁ 과 같아야 한다), C₃ 및 C₄ 는 이전의 시험에서 정해진 다른 상수들이고 C 는 측정된 토크이다. 여기에서 다시 상수 C₃ 및 C₄ 는 한정된 설비에 대한 상수이고, 오직 회전 속도 및 용융 물질의 체적에만 의존한다.

이러한 측정 방법들은 별도로 측정되거나 또는 함께 측정될 수 있다.

제 1 공식을 적용한 적용한 예가 도 3 에 도시되어 있는데, 여기에서 와트로 표현된 교반기의 파워(P)에 대하여 계수들은 C₁ = -108.7 이고 C₂ = 0.0091 이고 온도(T₁)는 섭씨로 표시되어 있다. 공정은 일정한 주기(cycle)들을 포함하는데, 여기에서는 시간(횡좌표 눈금상의 시간)에 대한 도가니 안의 유리 중량(우측 세로 좌표 눈금상의 킬로그램)을 나타내는 곡선(18)에 따라서, 일정한 조성의 유리가 점진적으로 도가니 안으로 부어지고, 용융 이후에는 급속하게 제거된다. 파라미터(C₁ 및 C₂)들은 이전의 주기에서 추정되었던 것이다.

써모커플(thermocouple)에 의해 측정된, 용탕의 실제 온도 곡선(19) 및 본 발명에 따라 추정된 온도의 곡선(20)들이 제공된다. 이러한 곡선들은 완벽하게 일치하며, 곡선(20)은 단지 주기의 유사 안정 상태에 대하여 약 20℃ 의 폭을 가진 엔벨로프(envelope)의 모양을 취한 진폭을 가지며, 곡선(19)을 포함하고 있다.

본 발명은 용융된 물질 및 유리 용탕의 온도 측정에 이용될 수 있다.

Claims (5)

1. 유리 용탕(molten glass bath, 1)의 온도를 측정하는 방법으로서, 상기 온도에서의 측정량과 사전에 확립된 함수를 상호 관련시킴으로써 온도가 측정되고,

   측정량은 용탕의 혼합을 위해 용탕내에 있는, 이동 가능한 기계적 교반기(3)로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 유리 용탕의 온도 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   측정량은 가열 파워(heating power)로서, 상기 가열 파워는 교반기를 통해 유동하는 냉각 유체로부터 추출되고, 유체의 유량 및 교반기의 유입부로부터 유출부로의 유체의 가열(heating-up)로부터 계산된 것을 특징으로 하는, 유리 용탕의 온도 측정 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   함수는 T₁ = C₁ ln(C₂/P) 이고, 여기에서 T₁ 는 온도이고, C₁ 및 C₂ 는 상수이며, P 는 가열 파워인 것을 특징으로 하는, 유리 용탕의 온도 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   교반기는 회전 교반기이고, 측정량은 안정 속도에서의 교반기의 모터 토크인 것을 특징으로 하는, 유리 용탕의 온도 측정 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   함수는 T₂ = C₃ ln(C₄/C) 이고, 여기에서 T₂ 는 온도이고, C₃ 및 C₄ 는 상수들이며 C 는 토크인 것을 특징으로 하는, 유리 용탕의 온도 측정 방법.

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