KR20100119538A - 용융 유리 제조 장치 및 그것을 사용한 용융 유리 제조 방법 - Google Patents

용융 유리 제조 장치 및 그것을 사용한 용융 유리 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 유리 제품의 고품질화와, 용융 유리 제조에서의 에너지 절약화를 동시에 실현하는 용융 유리 제조 장치, 및 그 제조 장치를 사용한 용융 유리 제조 방법, 그리고 유리 제품의 제조 방법을 제공한다. 감압 탈포 장치를 갖는 용융 유리 제조 장치로서, 용해조에는, 용해조 내에 있어서의 용융 유리류의 순환을 상류측 순환류와 하류측 순환류로 분리하는 분리 수단이 형성되어 있고, 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF 로 할 때, 분리 수단으로부터 용해조의 용융 유리 유로의 하류단까지의 거리가 0.1 LF ∼ 0.45 LF 이며, 제 1 도관 구조에 있어서, 용융 유리의 유동 방향 상류측에는, 제 1 도관 구조의 다른 부위보다 폭이 넓은 광폭 부위가 형성되어 있고, 그 광폭 부위에는 광폭 부위를 통과하는 용융 유리를 냉각시키는 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

용융 유리 제조 장치 및 그것을 사용한 용융 유리 제조 방법{MOLTEN GLASS PRODUCTION APPARATUS AND MOLTEN GLASS PRODUCTION METHOD USING SAME}
본 발명은, 용융 유리 제조 장치 및 그것을 사용한 용융 유리 제조 방법 그리고 유리 제품의 제조 장치 및 유리 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
건축용, 차량용, 플랫 패널 디스플레이용 등의 유리 제품의 제조 방법에 있어서는, 한층 더 고품질화와 에너지 절약화, 즉, 기포가 잔존하지 않는 고품질의 유리 제품의 제조와, 유리 제품의 제조시에 소비되는 에너지의 삭감이 요구되고 있다. 유리 제품의 고품질화를 방해하는 요인은 몇 가지가 있는데, 용융 유리 중의 기포의 존재와 용융 유리가 불균질한 것이 문제가 되는 경우가 많다. 기포가 잔존하지 않는 고품질의 유리 제품을 제조하는 방법으로서는, 예를 들어 본원 출원인이 특허문헌 1 에 개시하고 있는 감압 탈포 방법을 들 수 있다. 이 방법은, 감압 분위기 하에서 용융 유리 중의 기포를 크게 성장시킴으로써, 용융 유리 중의 기포를 부상시키고 파포시켜 제거하는 것으로, 감압 탈포 장치에 의해 실시된다.
감압 탈포 방법은, 주로 고품질이 요구되는 용도의 유리 제품 제조에 이용되고 있는데, 최근에는 건축용이나 차량용 판유리 등과 같이, 다품종으로 대량 생산되는 용융 유리에 있어서도 청징 효과가 높은 감압 탈포 방법에 의해 청징을 실시할 것이 요망되고 있다. 그러나, 설비 투자에 상응한 효과를 얻기에 충분한 기술 개발은 어렵고, 본원 출원인이 아는 한은 실현되지 않았다. 이로 인해, 건축용이나 차량용 등의 용융 유리 제조에서는, 특허문헌 2 에 개시되어 있는 바와 같이, 용해조를 용해 구역과 청징 구역으로 분리하여, 각각의 구역에서 용융 유리를 순환시킴으로써, 원료의 용해 및 용융 유리의 청징 그리고 균질화를 실시하고 있다. 보다 구체적으로는, 용해 구역에서는 유리 원료의 용해와 용융 유리를 순환류에 의해 교반함으로써 초기 균질화를 실시하고, 청징 구역에서는 용융 유리를 순환류에 의해 청징 구역 내에 일정 시간 체재시킴으로써 용융 유리의 청징 및 균질화를 실시한다.
한편, 에너지 절약화에 대해서는, 유리 제품의 제조 공정 전체에서 요구되고 있으며, 특히 대량 에너지를 소비하는 유리 원료의 용해 공정의 에너지 절약화가 강하게 요망되고 있다. 이미, 이에 대응하기 위하여, 주로 용해조에서의 연소 방식을 개량하거나, 후술하는 바와 같이 용해조 내의 용융 유리의 순환류의 특성을 바꿈으로써 일정한 효과를 거두어 왔다.
일반적으로 유리 원료를 용해시키는 경우의 에너지 소비 효율은, 거의 용해조의 용량에 비례하여 높아지기 때문에, 높은 에너지 절약화를 달성하기 위해서는, 연소 방식을 개량하거나 하는 것 이외에 용해조의 용량 및 인출량을 크게 하는 것이 유효한 방법이다. 그러나, 종래보다 더 대용량의 용해조를 포함한 용융 유리 제조 장치를 건설하는 것 자체, 각종 디메리트, 예를 들어 입지 조건의 제약, 건설 비용의 증가 등이 야기되는 것은 쉽게 상상된다. 또, 용융 유리 제조 장치의 가동에 있어서는 하나의 유리 품종만을 취급하는 경우는 적기 때문에, 유리 품종에 따른 유리 원료의 변경에 수반되는 유리 컬리트 (용해를 포함한 제조 중 혹은 제조 후에 발생하는 고화 상태에서 용해시에 재이용할 수 있는 유리 부스러기) 의 발생 및 그에 수반되는 가동 효율의 저하가 초래되어, 용해조의 용량을 크게 한 경우에는, 결국 실제 조업 전체에서 에너지 절약으로 이어지지 않을 가능성이 높다. 이와 같은 상황에서, 적어도 종래의 용융 유리 제조 장치의 규모로, 종래의 용해조의 용량과 에너지 소비 효율 관계의 연장선상에 없는, 한층 더 높은 에너지 절약화를 실현할 수 있는 용융 유리 제조 장치 및 용융 유리 제조 방법 그리고 유리 제품의 제조 방법이 매우 강하게 요망되고 있다.
특허문헌 2 에는, 용해조 내에서의 순환류에 주목하여, 유리 용해시에 소비되는 에너지를 삭감하는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평2-221129호 일본 공개특허공보 평9-124323호
그러나, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 용해조를 용해 구역과 청징 구역으로 분리하여, 각각의 구역에서 용융 유리를 순환시킴으로써 용융 유리의 청징 및 균질화를 실시하는 구조 자체가 에너지 절약화에는 불리하다.
즉, 용융 유리 중에 존재하는 기포량을, 용융 유리의 제조상 문제가 되지 않는 레벨까지 저감시키기 위해서는, 용융 유리를 어느 정도의 시간, 청징 구역에 체재시킬 필요가 있다. 특허문헌 2 에 도시된 용해조의 경우, 그 전체 길이의 약 2/3 은 청징 구역이다. 이와 같이 큰 청징 구역을 소정 온도로 유지하려면 상당한 에너지를 필요로 한다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 용해 구역과 청징 구역 각각에서, 용융 유리가 순환류를 형성하는 것을 전제하고 있는데, 양쪽 순환류는 완전히 분리되어 있지 않기 때문에, 한쪽 순환류의 일부는 다른 쪽으로 이동하게 되어, 보다 온도가 낮은 청징 구역 내의 용융 유리의 일부가 용해 구역으로 이동한다. 이 때문에, 본래 유리 원료를 용해시키는 데에 필요한 온도를 유지하기 위해서, 용해 구역에서 보다 많은 가열 에너지가 필요해진다.
또, 건축용이나 차량용 등의 유리 제품을 대량 생산하는 것을 의도한 용융 유리 제조 장치의 경우, 비용 대비 효과를 무시하면, 특허문헌 2 에 기재된 용해조와, 특허문헌 1 에 기재된 감압 탈포 장치를 조합함으로써 기포가 잔존하지 않는 고품질의 유리 제품이 얻어질 가능성은 있다. 그러나, 고품질의 유리 제품의 제조와, 에너지 절약화를 함께 실현하는 것은, 이들의 기술을 단순히 조합한 것만으로는 곤란하다. 특허문헌 1 및 2 에도, 이들을 실현하기 위한 시사는 없다.
본 발명은, 이상을 감안하여 이루어진 것으로, 유리 제품의 고품질화와, 용융 유리 제조에서의 에너지 절약화를 동시에 실현하는 용융 유리 제조 장치, 및 그 제조 장치를 사용한 용융 유리 제조 방법, 그리고 유리 제품의 제조 장치 및 유리 제품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 유리 제품의 고품질화와, 용융 유리 제조에서의 에너지 절약화를 동시에 실현하기 위해, 유리의 청징 수단으로서 감압 탈포 장치를 사용하는 것과 더불어, 감압 탈포 장치에 의한 감압 탈포 효과에 주목하여 에너지 절약으로 유도하기 위한 용해조 구조와, 용해조로부터 감압 탈포 장치에 용융 유리를 보내기 위한 수단으로서, 용융 유리를 고효율로 보낼 수 있고, 또한 감압 탈포 장치에 공급되는 용융 유리 중의 용융 유리의 균질성과 특히 온도를, 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 조정할 수 있는 특정 구조를 갖는 도관 구조를 사용함으로써 상기 목적을 달성하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 본 발명은, 주로 종래 용해조의 청징 구역의 길이를 짧게 하는 것에 의한 청징 구역에서의 용융 유리의 온도 저하의 삭감에 의해 용융 유리 제조에서의 에너지 절약화를 실현한다. 또한, 상기 용해조의 청징 구역의 길이가 짧아지는 것에 대응하여, 상기 도관 구조 내, 특히 용융 유리의 유동 방향 상류측에서, 용융 유리의 균질성 향상과 용융 유리의 냉각을 실시함으로써 감압 탈포 장치에서의 감압 탈포를 보다 효과적으로 실시한다. 이로써, 유리 제품의 고품질화와 상기 용융 유리 제조에서의 에너지 절약화를 동시에 실현한다.
즉, 본 발명은, 유리 원료를 용해시키는 용해조 ; 내부가 감압 분위기로 유지되고, 상기 용해조로부터 공급되는 용융 유리 중의 거품을 부상 및 파포시켜 제거하는 감압 탈포 장치 ; 상기 용해조와 상기 감압 탈포 장치를 접속하는 제 1 도관 구조 ; 및 상기 감압 탈포 장치의 하류에 형성된, 용융 유리를 성형 수단으로 유도하는 제 2 도관 구조 ; 를 갖는 용융 유리 제조 장치로서, 상기 용해조에는, 그 용해조 내에 있어서의 용융 유리류(流)의 순환을 상류측 순환류와 하류측 순환류로 분리하는 분리 수단이 형성되어 있고, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF 로 할 때, 상기 분리 수단으로부터 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로의 하류단까지의 거리가 0.1 LF ∼ 0.45 LF 이며, 상기 제 1 도관 구조에 있어서, 용융 유리의 유동 방향 상류측에는, 그 도관 구조의 다른 부위보다 폭이 넓은 광폭 부위가 형성되어 있고, 그 광폭 부위에는 그 광폭 부위를 통과하는 용융 유리를 냉각시키는 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 광폭 부위가 하기 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
0.2
Figure pct00001
W/L
Figure pct00002
1.5
500
Figure pct00003
h
Figure pct00004
5000
(식 중, W 는 용융 유리 유로의 최대 폭 (㎜) 이며, L 은 광폭 부위에서 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 (㎜) 이며, h 는 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위에서의 용융 유리 유로의 높이 (㎜) 이다)
여기서, 용융 유리 유로의 높이 h 는, 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 가 아니고, 이 광폭 부위의 저부로부터 상부까지의 내부 공간의 높이를 나타낸다. 이 부위에서의 용융 유리류 자체의 깊이 (높이) 는, 용융 유리 유로의 높이 h 에 대해, 0.3 h ∼ 1 h 배 정도이며, 용융 유리류 자체의 상면이 자유 표면 (액면) 에서 기상으로 접하거나, 용융 유리 유로 상부의 벽체와 접촉하고 있어도 된다. 용융 유리의 액면으로부터 유로 상부까지의 거리는, 0.3 m 보다 크고, 3 m 보다 작은 것이 보다 바람직하다.
또, 상기 광폭 부위에서, 상기 용융 유리 유로의 최대 폭 W (㎜) 와, 상기 광폭 부위에서 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 L (㎜) 이 하기 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
2000
Figure pct00005
W
Figure pct00006
12000
1000
Figure pct00007
L
Figure pct00008
20000
또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 광폭 부위에는, 그 광폭 부위를 통과하는 용융 유리를 교반하는 수단이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 광폭 부위에는, 그 광폭 부위 내의 용융 유리가 역류하는 것을 방지하는 수단이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 분리 수단이, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐, 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로의 저면으로부터 돌출되어 형성된 문턱체로서, 상기 용해조에 있어서의 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 로 할 때, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체의 상단까지의 높이가 0.1 h1 ∼ 0.3 h1 인 것이 바람직하다.
또, 상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면은, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면보다 높게 해도 된다.
또, 상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 (㎜), 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체의 상단까지의 높이를 h2 (㎜), 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면까지의 높이를 h3 (㎜) 으로 할 때, 하기 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
h3 < h2
0 < h3
Figure pct00009
0.6 h2
여기서, 용융 유리 유로의 높이 h1 은, 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 가 아니고, 용해조의 용융 유리를 용해시키는 용해조의 저부로부터 상부까지의 내부 공간의 높이를 나타낸다. 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 는, 일반적으로는 용융 유리 유로의 높이에 대해, 1 ∼ 8 m 줄인 값이 된다.
또, 상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하도록 버블러가 추가로 형성되어 있고, 상기 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 상기 버블러와 상기 문턱체의 거리가 500 ㎜ 이상인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 분리 수단이, 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하도록, 또한 그 토출구가 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 배치 형성되도록 설치된 버블러여도 된다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 광폭 부위보다 용융 유리의 유동 방향 하류측의 상기 제 1 도관 구조를 통과하는 용융 유리를 가열하는 수단이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 상기 광폭 부위보다 용융 유리의 유동 방향 하류측의 상기 제 1 도관 구조에서의 용융 유리 유로가, 상기 광폭 부위의 상기 용융 유리 유로보다 낮은 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서는, 상기 용융 유리를, 소다라임 유리의 용융 유리로 해도 된다.
또, 본 발명은 상기한 용융 유리 제조 장치를 사용한 용융 유리 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에서는, 상기 용해조에 있어서, 연료를 산소 가스와 혼합시킨 연소 열에 의해 유리 원료를 용해시키는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 있어서, 상기 감압 탈포 장치의 감압 탈포조를 통과하는 용융 유리 중의 포량(泡量)을 포량 관찰 수단에 의해 측정하고, 상기 포량의 측정 결과에 따라, 상기 감압 탈포조 내의 감압도를 조절해도 된다.
또, 본 발명은 상기한 용융 유리 제조 장치와, 그 용융 유리 제조 장치의 하류에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 서냉 수단을 구비한 유리 제품의 제조 장치를 제공한다.
또, 본 발명은 상기한 용융 유리 제조 장치와, 그 용융 유리 제조 장치의 하류에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 서냉 수단을 사용한 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
또, 본 발명은 상기한 용융 유리 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 공정을 포함한 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기포가 적은 고품질의 유리 제품 제조와, 용융 유리의 제조시 에너지 절약화를 동시에 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 용해조에 형성된 청징역에서 용융 유리를 순환시킴으로써 용융 유리의 청징을 실시하는 용융 유리 제조 장치를 사용한 경우에 비해, 동일 양의 용융 유리를 제조할 때에 소비되는 에너지를 최대 40 % 정도 삭감할 수 있다. 또한 용해조에서의 유리 원료의 용해를 산소 연소에 의해 실시한 경우, 최대 60 % 정도 에너지를 삭감할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 청징제의 사용이 불필요해지기 때문에, 유리 컬리트율이 높은 유리 원료를 사용할 수 있다. 또한, 유리 컬리트율이란, 유리 원료 중의 유리 컬리트의 비율을 나타낸다. 청징제는 한번 용해시키면 청징 능력을 잃어버리게 되어, 유리 컬리트 중에는 청징제가 함유되지 않기 때문이다. 유리 컬리트율이 높은 유리 원료는, 에너지 절약 및 유리 컬리트의 리사이클 면에서 바람직하다. 청징제로서, 흔히 망초 (Na2SO4) 가 첨가되는데, 본 발명에서는, 청징제로서 망초 (Na2SO4) 를 첨가하지 않음으로써 황 (S) 함유가 적은 용융 유리를 제조할 수 있다. 또한, 배기 가스 중의 황 산화물 (SOX) 농도를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 종래의 용해조에 형성된 청징역에서 용융 유리를 순환시킴으로써 용융 유리의 청징을 실시하는 용융 유리 제조 장치를 사용한 경우에 비해, 용해조에 있어서의 유리 용해 온도를 낮출 수 있다. 이로써, 용융 유리를 제조할 때에 소비되는 에너지를 더욱 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명은 용해조에 있어서의 유리 용해 온도를 낮춤으로써, 유리 성분의 휘산을 억제할 수 있다. 유리의 발색 성분으로서, 희소 물질인 셀렌을 사용하는 경우가 있는데, 용융 유리로부터의 휘산량이 많기 때문에 제조 후의 유리 제품에 있어서의 셀렌 함유량에 대해, 상당히 다량의 셀렌을 원료 중에 투입할 필요가 있다. 본 발명은 용해조에 있어서의 유리 용해 온도를 낮출 수 있기 때문에, 용융 유리로부터의 셀렌의 휘산도 억제할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 용융 유리 제조 장치의 1 실시형태의 평면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 용융 유리 제조 장치의 종단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 유리 제품의 제조 방법의 1 실시형태의 흐름도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치는, 유리 원료의 용해 및 용융 유리의 균질화 및 청징을 실시하는 용해조, 내부의 기압이 대기압 미만으로 설정되어 용해조로부터 공급되는 용융 유리 중의 기포를 부상 및 파포시키는 감압 탈포 장치, 용해조와 감압 탈포 장치를 접속하는 제 1 도관 구조, 및 감압 탈포 장치의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형 수단으로 유도하는 제 2 도관 구조를 갖는다.
도 1 은, 본 발명의 용융 유리 제조 장치의 1 실시형태의 평면도이며, 도 2는, 도 1 에 나타내는 용융 유리 제조 장치의 종단면도이다.
도 1, 2 에서는, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 의 구성 요소 중, 용해조 (2), 감압 탈포 장치 (5) (상승관 (53), 감압 탈포조 (52), 하강관 (54)), 및 용해조 (2) 와 감압 탈포 장치 (5) 를 접속하는 제 1 도관 구조 (3), 그리고 감압 탈포 장치 (5) 의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형 수단으로 유도하는 제 2 도관 구조 (6) 가 나타나 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 유리 원료를 용해시키는 용해조 (2) 는 이하에 서술하는 구성인 것이 바람직하다. 단, 이하에 서술하는 용해조 (2) 의 구성은, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서 필수는 아니다.
도 1, 2 에 나타내는 용해조 (2) 는 오픈 구조의 용해조로, 용융 유리 유로를 이루는 용해조 (2) 의 저면에는, 그 폭 방향에 걸쳐 분리 수단으로서의 문턱체 (21) 가 돌출되어 형성되어 있다.
문턱체 (21) 의 존재에 의해, 용해조 (2) 내에 있어서의 용융 유리류의 순환은 상류측 순환류 (100) 와 하류측 순환류 (101) 로 분리된다.
용해조에 있어서의 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 로 할 때, 문턱체 (21) 의 높이 (문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 문턱체의 상단까지의 높이) h2 는, 용융 유리류를 상류측 순환류와 하류측 순환류로 분리하는 기능 면에서 0.1 h1 ∼ 0.3 h1 로 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 용융 유리 유로의 높이란, 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 가 아니고, 용해조의 용융 유리를 용해시키는 내부 공간의 높이를 나타낸다.
문턱체 (21) 의 높이 h2 는, 0.11 h1 ∼ 0.28 h1 인 것이 보다 바람직하고, 0.12 h1 ∼ 0.26 h1 인 것이 더욱 바람직하다.
용융 유리 자체의 높이 (깊이) 는, 일반적인 용해조에 있어서, 용융 유리 유로의 높이 h1 에 대해 1/2 ∼ 1/15 배인 것이 바람직하다. 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 는, 문턱체 (21) 의 높이 h2 에 대해, 50 ∼ 1000 ㎜ 를 더한 정도이다.
용해조 (2) 내에 있어서의 용융 유리류의 순환을 상류측 순환류 (100) 와 하류측 순환류 (101) 로 분리하는 이유는, 이들 순환류를 형성함으로써 용융 유리의 균질화와 청징을 실시하기 위해서이다. 구체적으로는, 상류측 순환류 (100) 를 형성함으로써 유리 원료의 용해와 용융 유리의 초기 균질화를 실시하고, 하류측 순환류 (101) 를 형성함으로써 용융 유리의 청징과 추가 균질화를 실시한다. 또, 상류측 순환류 (100) 를 형성함으로써 용융 유리 중에 존재하는 이물질 제거도 실시한다. 이와 같이, 상류측 순환류 및 하류측 순환류 2 개의 순환류를 형성하는 것에 대해서는, 특허문헌 2 에도 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 실시되고 있다.
종래의 용융 유리 제조 장치에 있어서, 용해조 내에서의 균질 작용과 청징 작용에 의해, 보다 구체적으로는 하류측 순환류에 의한 균질 작용과 청징 작용에 의해, 용융 유리를 균질화함과 함께 용융 유리 중에 존재하는 기포를 용융 유리의 제조상 문제가 되지 않는 레벨로 하려면, 용해조 내, 보다 구체적으로는 하류측 순환류가 형성되는 용해조의 청징역 내에 용융 유리를 어느 정도의 시간 체재시킬 필요가 있었다. 이 때문에, 특허문헌 2 에 도시된 용해조와 같이, 종래의 용해조에서는 하류측 순환류가 형성되는 청징역의 길이가 길어지도록 설계되었다.
이에 대하여, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 하류측에 형성된 감압 탈포 장치 (5) 에서의 감압 탈포에 의해 용융 유리의 청징을 주로 실시하기 때문에, 용해조 (2) 에 있어서 하류측 순환류 (101) 가 형성되는 부위의 길이를 종래의 용해조에 비해 짧게 할 수 있다.
단, 감압 탈포를 효과적으로 실시하기 위해서는, 감압 탈포 장치 (5) 에 공급되는 용융 유리의 균질화와 더불어 특히 온도와 기포량을, 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 할 필요가 있다. 용융 유리의 기포량은, 허용되는 최대 포경(泡徑) 에 따라 변화하며, 또 유리 제품의 용도, 그 외 요구되는 조건에 따라서도 상이하다. 이 때문에, 예를 들어, 건축용 등의 소다라임 유리의 제품을 제조하는 경우, 상류측 순환류 (100) 로부터 하류로 흐르는 용융 유리에 n 개/㎏ 의 소정 포경 이상의 기포가 존재하고 있다고 하면, 종래의 감압 탈포 장치를 포함하지 않는 용융 유리 제조 장치에서는 용해조로부터 유출되는 용융 유리 중의 상기 소정 포경 이상의 기포량을 n/1000 이하까지 낮출 필요가 있다. 또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 용해조 (2) 에 있어서 하류측 순환류 (101) 가 형성되는 부위의 길이를 종래의 용해조에 비해 짧게 할 수 있는 만큼, 용해조 (2) 로부터 나오는 용융 유리의 온도가 감압 탈포조 (52) 에 도입하기에는 높은 온도가 된다.
이 때문에, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에 있어서도, 용해조 (2) 내에 하류측 순환류 (101) 를 형성시켜 용융 유리의 청징을 실시하고, 용융 유리 중의 기포량을 낮춰 용융 유리의 균질화를 할 필요가 있다. 단, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 감압 탈포 장치 (5) 와, 용해조 (2) 와 감압 탈포 장치 (5) 를 접속하는 제 1 도관 구조 (3) 에 용융 유리의 균질화와 특히 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 효과적으로 조절하기 위한 광폭 부위 (31, 32) 를 형성하고 있기 때문에, 하류측 순환류 (101) 를 형성하는 것에 의한 균질 작용과 청징 작용만으로 용융 유리의 균질성과 기포량과 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 할 필요는 없다. 상기 서술한 건축용 등의 소다라임 유리 제품을 제조하는 경우, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 하류측 순환류 (101) 를 형성하는 것에 의한 청징 작용에 의해, 용해조 (2) 로부터 유출되는 용융 유리 중 허용되는 최대 포경 이상의 기포량이 n/10 정도까지 내려가면 된다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 하류측에 형성된 감압 탈포 장치 (5) 에서의 감압 탈포에 의해 용융 유리의 청징을 실시하기 때문에, 용해조 (2) 에 있어서 하류측 순환류 (101) 가 형성되는 부위의 길이를 종래의 용해조에 비해 짧게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에서는, 용해조 (2) 의 전체 길이도 짧게 할 수 있다. 본 발명의 용융 유리 제조 장치에서는, 용해조 (2) 의 용융 유리 유로의 길이를 LF 로 할 때, 용해조 (2) 의 분리 수단인 문턱체 (21) 로부터 하류단까지의 거리가 0.1 LF ∼ 0.45 LF 일 필요가 있다. 용해조 (2) 의 문턱체 (21) 로부터 하류단까지의 거리가 0.1 LF 보다 작으면, 용해조 (2) 로부터 유출되는 용융 유리의 청징 작용과 균질 작용이 거의 얻어지지 않는다. 용해조 (2) 의 문턱체 (21) 로부터 하류단까지의 거리가 0.45 LF 보다 크면, 용융 유리의 제조시에 용해조 (2) 에서 소비되는 에너지를 현저하게 삭감할 수 없다.
용해조 (2) 의 문턱체 (21) 로부터 하류단까지의 거리가 0.12 LF ∼ 0.4 LF 가 되는 것이 바람직하고, 0.13 LF ∼ 0.35 LF 인 것이 보다 바람직하고, 0.14 LF ∼ 0.3 LF 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이, 용해조 (2) 에 있어서 상류측 순환류 (100) 를 형성시키는 이유는, 종래의 용해조와 마찬가지로, 유리 원료의 용해, 용융 유리의 초기 균질화, 및 용융 유리 중에 존재하는 이물질 제거를 실시하기 위해서이다. 이 때문에, 용해조 (2) 중 상류측 순환류 (100) 가 형성되는 부위, 즉, 용해조 (2) 의 용융 유리 유로 중, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 부위의 길이는, 종래의 용해조와 동일한 정도의 길이인 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에서는, 용해조 (2) 전체의 길이, 특히 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 부위의 길이를 짧게 함으로써, 용융 유리 제조시에 용해조를 소정 온도로 유지하기 위해 필요한 에너지도 감소한다. 이로써, 용융 유리 제조시 에너지 절약화가 달성된다.
또, 용해조 (2) 전체의 길이를 짧게 함으로써, 유리 품종을 바꾸는 경우 용해조 (2) 내의 조성이 다른 용융 유리를 배출하는 시간을 짧게 할 수 있어 생산 효율이 향상된다. 이것은, 에너지 낭비가 삭감되기도 하여 에너지 절약에도 공헌한다.
이상, 분리 수단으로서 문턱체 (21) 를 사용하는 경우를 중심으로 설명하였지만, 문턱체 (21) 에 버블러를 보조 수단으로서 이용하는 경우나, 버블러만을 분리 수단으로 하는 경우도 동일한 효과가 얻어진다. 버블러는, 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하고, 용해조 (2) 의 폭 방향, 보다 구체적으로는, 용해조 (2) 의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 토출구가 배치 형성되도록 설치하는 것이 바람직하다.
용해조 (2) 의 치수는, 용융 유리 제조 장치의 규모에 따라 다르기도 하지만, 예를 들어, 생산량이 100 ∼ 1000 톤/일인 용융 유리 제조 장치의 경우, 용해조 (2) 치수의 구체예는 이하와 같다.
용융 유리 유로의 길이 : 5 ∼ 50 m, 보다 바람직하게는 10 ∼ 45 m, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 40 m.
문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 길이 : 3 ∼ 45 m, 보다 바람직하게는 5 ∼ 40 m, 더욱 바람직하게는 10 ∼ 35 m.
문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로의 길이 : 1 ∼ 22.5 m, 보다 바람직하게는 1.5 ∼ 22.5 m, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 20 m.
용융 유리 유로의 폭 : 5 ∼ 20 m, 보다 바람직하게는 7 ∼ 15 m, 더욱 바람직하게는 8 ∼ 12 m.
용융 유리 유로의 높이 (문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측) h1 : 1.5 ∼ 9 m, 보다 바람직하게는 1.7 ∼ 8.8 m, 더욱 바람직하게는 1.8 ∼ 8.5 m.
또한, 분리 수단이 버블러만인 경우, 버블러는 거의 문턱체의 위치에 상당하는 위치에 설치하면 된다.
도 2 에 나타내는 용해조 (2) 는, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면이, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면보다 높은 스텝 보텀 구조 (22) 로 되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 용해조 (2) 중, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측에서는, 하류측 순환류 (101) 를 형성시킴으로써 용융 유리의 청징 작용과 균질 작용을 실시한다. 용융 유리의 청징은 용융 유리 중의 기포를 부상시키고 파포시켜 제거하는 것이기 때문에, 용융 유리 유로의 깊이가 낮을수록 청징 작용은 일어나기 쉽다. 도 2 에 나타내는 용해조 (2) 와 같이, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측을 스텝 보텀 구조 (22) 로 하면, 하류측 순환류 (101) 가 형성되는 부분의 용융 유리 유로의 깊이가 낮아지므로, 용융 유리의 청징 작용을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 용해조 (2) 는 스텝 보텀 구조인 것이 바람직하다.
용해조 (2) 에 스텝 보텀 구조를 형성하는 경우에는, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 (㎜), 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 문턱체 (21) 의 상단까지의 높이를 h2 (㎜), 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면까지의 높이를 h3 (㎜) 으로 할 때, 하기 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
h3 < h2 (1)
0 < h3
Figure pct00010
0.6 h2 (2)
여기서, 용융 유리 유로의 높이 h1 은, 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 가 아니고, 용해조의 용융 유리를 용해시키는 용해조의 저부로부터 상부까지의 내부 공간의 높이를 나타낸다. 또한, 용해조의 상부 벽면이 평면이 아닌 경우에는, 용융 유리 유로의 최상부까지의 높이이다. 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 는, 일반적으로는 용융 유리 유로의 높이에 대해, 1 ∼ 8 m 줄인 값이 된다. 식 (1) 을 만족시키는 것이 바람직한 것은, 문턱체 (21) 의 높이를 스텝 보텀 구조 (22) 의 저면 높이보다 높게 하면, 문턱체 (21) 가 용융 유리류를 상류측 순환류 (100) 와 하류측 순환류 (101) 로 분리하는 기능에 있어 매우 적합하기 때문이다. 또, 식 (2) 를 만족시키는 것이 바람직한 것은, 식 (2) 를 만족시키는 스텝 보텀 구조의 저면 높이가 청징 작용에 있어 매우 적합하기 때문이다. 또, h3 은, 0 < h3
Figure pct00011
0.15 h1 이면 바람직하고, 0 < h3
Figure pct00012
0.10 h1 이면 더욱 바람직하다.
도 1, 2 에 나타내는 용해조 (2) 에 있어서, 문턱체 (21) 보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로에는, 그 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하도록 버블러 (23) 가 형성되어 있다. 버블러 (23) 를 형성함으로써 상류측 순환류 (100) 의 형성이 촉진되어 용융 유리를 균질화시키는 작용이 촉진된다. 버블러 (23) 를 형성하는 것에 의한 상기 효과를 보다 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 버블러 (23) 와 문턱체 (21) 의 거리가 500 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 문턱체 (21) 에 버블러 (23) 가 가까우면, 문턱체 (21) 가 버블러 (23) 의 거품에 의해 침식되는 정도가 높아지기 때문이다. 따라서, 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 버블러 (23) 와 문턱체 (21) 의 거리는 2000 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 3000 ㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 버블러 (23) 를 형성하는 경우, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 용해조 (2) 의 폭 방향, 보다 구체적으로는, 용해조 (2) 의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 토출구가 배치 형성되도록 버블러 (23) 를 형성하는 것이 바람직하다.
또, 도 1, 2 에 나타내는 용해조 (2) 에서는, 용해조 (2) 의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 토출구가 배치 형성되도록 설치된 1 군의 버블러 (23) 가, 용융 유리의 유동 방향에 있어서 2 세트 형성되어 있지만 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어, 이와 같은 1 군의 버블러 (23) 를 용융 유리의 유동 방향에 있어서 1 세트만 설치해도 되고, 3 세트 이상 설치해도 된다. 단, 버블러 (23) 는, 분리 수단으로서 다른 버블러를 사용하는 경우에는, 버블러 (23) 에 의한 거품이 상류측 순환류 (100) 와 하류측 순환류 (101) 의 분리를 방해하지 않는 위치에 설치한다.
용해조 (2) 및 그 용해조 (2) 내에 형성된 문턱체 (21), 버블러 (23) 등의 구조물은, 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수한 있는 것이 요구된다. 이것을 만족시키는 재료로서는, 전주(電鑄) 벽돌과 같은 내화 벽돌, 또는 백금, 혹은 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금을 사용할 수 있다.
용해조 (2) 로부터 유출된 용융 유리는, 용해조 (2) 와 감압 탈포 장치 (5) 를 접속하는 제 1 도관 구조의 일부를 이루고, 용융 유리의 유동 방향의 하류측에 비해 폭이 넓은 광폭 부위 (31, 32) 로 이동한다. 광폭 부위 (31, 32) 는, 용융 유리 유로의 폭이 감압 탈포 장치 (5) 로 이어지는 협폭 부위 (33) 보다 큰 구조임으로써, 광폭 부위 (31, 32) 를 용융 유리가 통과할 때에, 용융 유리의 조성적인 균질화가 효과적으로 발휘된다. 이로써, 용융 유리 중의 기포량과 더불어 용융 유리의 균질성을 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 할 수 있다. 또한, 광폭 부위 (32) 는, 광폭 부위의 일부로서, 광폭 부위 (31) 와 협폭 부위 (33) 를 접속하기 위한 접속부이다.
또, 광폭 부위 (31, 32) 는, 광폭 부위 (31, 32) 를 통과하는 용융 유리의 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 온도로 조정하는 기능을 갖는다. 상기 서술한 건축용이나 차량용 등의 소다라임 유리의 제품을 제조하는 경우, 용해조 (2) 로부터 유출되는 용융 유리의 온도는, 1200 ∼ 1600 ℃ 이다. 한편, 감압 탈포를 효과적으로 실시하기 위해서는, 용융 유리의 온도를 1000 ∼ 1400 ℃ 로 할 필요가 있다. 본 발명의 용융 유리 제조 장치 (1) 에서는, 광폭 부위 (31, 32) 를 형성함으로써, 용해조 (2) 로부터 유출된 용융 유리의 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 온도로 조정할 수 있다.
광폭 부위 (31, 32) 에서의 용융 유리의 온도 조정이나, 조성적인 균질 작용이나 온도의 균일 작용이 효과적으로 발휘되기 위해, 광폭 부위 (31, 32) 는 하기 식 (3), (4) 를 만족시키는 것이 바람직하다.
0.2
Figure pct00013
W/L
Figure pct00014
1.5 (3)
500
Figure pct00015
h
Figure pct00016
5000 (4)
식 (3), (4) 중, W 는 용융 유리 유로의 최대 폭 (㎜) 이며, h 는 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위에서의 용융 유리 유로의 높이 (㎜) 이며, L 은 광폭 부위에서 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 (㎜) 이다.
용융 유리 유로의 높이 h 는, 용융 유리 자체의 높이 (깊이) 가 아니고, 이 광폭 부위의 저부로부터 상부까지의 내부 공간의 높이를 나타낸다. 이 부위에서의 용융 유리류 자체의 깊이 (높이) 는, 용융 유리 유로의 높이 h 에 대해, 0.2 h ∼ 1 h 정도이며, 용해조 (2) 로부터의 용융 유리류 자체의 상면이 자유 표면 (액면) 에서 기상으로 접하거나, 용융 유리 유로 상부의 벽체와 접촉하고 있어도 된다. 용융 유리의 액면으로부터 유로 상부까지의 거리는, 0.3 m 보다 크고, 3 m 보다 작은 것이 바람직하고, 0.4 m 보다 크고, 2.5 m 보다 작은 것이 더 바람직하고, 0.5 m 보다 크고, 2.0 m 보다 작은 것이 더욱 바람직하다. 또, 광폭 부위 (31, 32) 에서의 용융 유리 유로 내의 용융 유리 자체의 높이는, 용해조 (2) 에서의 문턱체 (21) 보다 하류측 용융 유리 자체의 높이보다 낮은 것이 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 가 상기 식 (3), (4) 를 만족시키는 것이 바람직한 이유 에 대해 이하에 서술한다.
상기 서술한 바와 같이, 광폭 부위 (31, 32) 는, 용융 유리의 균질성과 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 조절하는 기능을 갖는다. 이 때문에, 용융 유리가 광폭 부위 (31, 32) 내에 체재하는 시간을 어느 정도 확보할 필요가 있다. 광폭 부위 (31, 32) 와 같은 용융 유리의 도관 구조에 있어서, 용융 유리가 체재하는 시간을 증가시키기 위해서는 도관 구조의 용적을 증가시키면 된다. 광폭 부위 (31, 32) 와 같이 수평 방향으로 배치된 용융 유리의 도관 구조의 용적을 증가시키기 위해서는, 도관 구조의 폭, 높이, 길이 중 적어도 하나를 증가시키면 된다. 그러나, 도관 구조의 길이를 증가시키면, 그 도관 구조를 통과하는 용융 유리의 압손이 증가하므로 바람직하지 않다. 또, 도관 구조의 높이를 증가시키면, 용융 유리의 균질화와 온도의 균일화가 저하되므로 바람직하지 않다. 또한, 도관 구조의 높이를 증가시키면, 그 도관 구조 내에서 용융 유리의 순환류가 발생할 우려가 있다. 용융 유리의 순환류가 발생한 경우, 온도가 낮은 용융 유리가 용해조 (2) 에 진입할 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 이상의 이유로부터 본 발명의 용융 유리 제조 장치에서는, 제 1 도관 구조 (3) 의 용융 유리의 유동 방향 상류측 도관 구조의 폭을 증가시킨 광폭 부위 (31, 32) 를 형성함으로써, 상기 서술한 기능을 달성한다.
광폭 부위 (31, 32) 에 있어서, 용융 유리 유로의 최대 폭 W 의 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 L 에 대한 비 W/L 는, 상기 서술한 기능을 달성하기에 충분한 체재 시간을 확보하고, 폭 방향의 온도 불균일이나 용융 유리의 유동 저항을 작게 하기 위해서, 0.2 ∼ 1.5 인 것이 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 에 있어서, W/L 이 0.25 ∼ 1.45 인 것이 보다 바람직하고, 0.3 ∼ 1.4 인 것이 더 바람직하고, 0.35 ∼ 1.35 인 것이 더욱 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 에 있어서, 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 용융 유리 유로의 높이 h 가, 용융 유리의 균질성을 확보하고, 광폭 부위 (31, 32) 내에서 용융 유리의 순환류를 발생시키지 않고, 용융 유리에 의한 유로의 침식이나 용융 유리의 압손을 일으키지 않는 관점에서, 500 ∼ 5000 ㎜ 인 것이 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 에 있어서, 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 용융 유리 유로의 높이 h 는, 550 ∼ 4000 ㎜ 인 것이 보다 바람직하고, 600 ∼ 3500 ㎜ 인 것이 더 바람직하고, 650 ∼ 3000 ㎜ 인 것이 더욱 바람직하다.
최대 폭 W 는, 용해조 (2) 의 폭보다 커도 되지만, 광폭 부위 (31, 32) 의 용융 유리 통로의 구조 및 그 형성의 점에서는, 용해조 (2) 의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 용융 유리 유로의 최대 폭 W 가, 2000 ∼ 12000 ㎜ 인 것이 바람직하고, 2500 ∼ 10000 ㎜ 인 것이 보다 바람직하고, 3000 ∼ 8000 ㎜ 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 서술한 기능을 달성하기 위해서는, 광폭 부위 (31, 32) 에 있어서, 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위는, 어느 정도의 길이 (거리) 를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위는, 길이 L 이 1000 ∼ 20000 ㎜ 인 것이 바람직하고, 1500 ∼ 15000 ㎜ 인 것이 보다 바람직하고, 2000 ∼ 10000 ㎜ 가 더욱 바람직하다.
단, 상기한 길이의 범위 내에 있어서, 용융 유리 유로의 폭은 반드시 모두 최대 폭 W 일 필요는 없으며, 상기 서술한 길이의 범위 내에 있어서, 용융 유리 유로의 폭은 어느 정도 변화되어도 된다.
도 1, 2 에 나타내는 광폭 부위 (31) 에는, 광폭 부위 (31) 를 통과하는 용융 유리를 냉각시키기 위한 냉각 수단 (34) 이 형성되어 있다. 또한, 도 1, 2 에서는, 냉각 수단 (34) 이 광폭 부위 (31) 에 있지만, 광폭 부위 (32) 또는 광폭 부위 (31, 32) 에 있어도 된다. 상기 서술한 바와 같이, 광폭 부위 (31, 32) 는, 용융 유리의 온도를 감압 탈포를 실시하기에 적합한 온도로 조정하는 기능을 갖는다. 광폭 부위 (31, 32) 에 이 기능을 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 그 광폭 부위 (31, 32) 에 냉각 수단 (34) 을 형성한다.
도 1, 2 에 있어서, 냉각 수단 (34) 은 백금제, 백금 합금제, 또는 강철제의 통형상체로서, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리에 침지되도록 상방으로부터 수직으로 삽입하고, 그 통형상체의 내부에 냉각수를 통과시킴으로써 용융 유리를 냉각시킨다. 냉각 수단의 경우에는, 그 내부에 냉각 기능을 가지므로, 그 재료로서 강제여도 된다.
광폭 부위 (31, 32) 에 도시하는 형태의 냉각 수단 (34) 을 형성하는 경우, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리에 침지되는 깊이가 20 ∼ 1000 ㎜ 가 되도록 배치 형성하는 것이, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리를 냉각시키는 효과가 우수하며, 또한, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리에서 순환류가 발생하는 것을 방지하는 효과를 발휘하는 점에서 바람직하다. 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리에 침지되는 깊이가 60 ∼ 800 ㎜ 가 되도록 냉각 수단 (34) 을 배치 형성하는 것이 보다 바람직하고, 용융 유리에 침지되는 깊이가 100 ∼ 600 ㎜ 가 되도록 배치 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 에 도시한 형태의 냉각 수단 (34) 을 형성하는 경우, 사용하는 냉각 수단의 수는 특별히 한정되지 않고 1 개여도 된다. 단, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 냉각 수단 (34) 을 복수 사용하고, 광폭 부위 (31, 32) 의 폭 방향에 걸쳐 그 냉각 수단 (34) 을 배치 형성하는 것이, 광폭 부위 (31, 32) 를 통과하는 용융 유리에 온도 불균일이 발생하지 않기 때문에 바람직하다.
도 1, 2 에서는, 냉각 수단 (34) 을 광폭 부위 (31) 내의 용융 유리에 침지되도록 상방으로부터 수직으로 삽입하고 있는데, 냉각 수단 (34) 의 배치 형성 방법은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 광폭 부위 (31, 32) 의 폭 방향을 향하여 냉각 수단 (34) 을 수평으로 배치 형성해도 된다. 이 경우, 1 개의 냉각 수단 (34) 으로 광폭 부위 (31, 32) 의 폭 방향에 걸쳐 그 냉각 수단 (34) 을 배치 형성할 수 있다. 또한, 냉각 수단 (34) 을 수평으로 배치 형성하는 경우에도, 그 냉각 수단이 용융 유리에 침지되는 깊이가 상기 서술한 범위가 되도록 배치 형성하는 것이 바람직하다.
또, 도 1, 2 에서는, 광폭 부위 (31) 의 폭 방향에 걸쳐 배치 형성된 1 군의 냉각 수단 (34) 이, 용융 유리의 유동 방향에 있어서 1 열 배치 형성되어 있는데 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 이와 같은 1 군의 냉각 수단 (34) 이, 용융 유리의 유동 방향에 있어서, 2 열 이상 배치 형성되어 있어도 된다. 용융 유리의 유동 방향에 있어서, 냉각 수단을 2 열 이상 배치 형성하는 경우, 냉각 수단이 용융 유리에 침지되는 깊이를 열마다 바꾸어도 된다. 예를 들어, 용융 유리의 유동 방향의 상류측 열(列)은, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리에서 순환류가 발생하는 것을 방지하기 위해서, 용융 유리에 침지되는 깊이가 깊도록 배치 형성해도 된다. 이로써, 냉각 수단 (34) 은, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리가 역류 하는 것을 방지하는 수단으로도 기능시킬 수 있다.
도 1, 2 에 나타내는 광폭 부위 (31) 에는, 그 광폭 부위 (31) 를 통과하는 용융 유리를 교반하기 위한 교반 수단 (35) 이 형성되어 있다. 또한, 도 1, 2 에서는, 교반 수단 (35) 을 광폭 부위 (31) 에 형성하고 있지만, 광폭 부위 (32) 에 형성해도 된다. 광폭 부위 (31, 32) 에 냉각 수단 (34) 을 형성하기 때문에, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리의 균질성, 특히 온도가 저하되기 때문에 점도의 균일성이 저하될 우려가 있다. 예를 들어, 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리의 표층부와 저부에서 온도 불균일이 발생하여 용융 유리의 균질성이 저하될 우려가 있다. 광폭 부위 (31, 32) 에 교반 수단 (35) 을 형성함으로써, 이와 같은 용융 유리의 온도 불균일을 해소하여, 용융 유리의 균질성 저하를 억제할 수 있다. 또한, 교반 수단으로서는, 용융 유리를 교반할 목적으로 사용되는 공지된 수단에서 넓게 선택할 수 있다. 상기 효과를 발휘시킬 목적으로, 광폭 부위 (31, 32) 에 교반 수단 (35) 을 형성하는 경우, 냉각 수단 (34) 보다 하류측에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 광폭 부위 (31) 에 교반 수단 (35) 을 형성하는 경우, 사용하는 교반 수단의 수는 특별히 한정되지 않고, 1 개여도 된다. 단, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 교반 수단 (35) 을 복수 사용하고, 광폭 부위 (31, 32) 의 폭 방향에 걸쳐 교반 수단 (35) 을 배치 형성하는 것이, 용융 유리의 온도 불균일을 해소하여, 용융 유리의 균질성 저하를 억제하는 효과를 발휘시키는 데에 바람직하다. 또, 도 1, 2 에서는, 폭 방향에 걸쳐 배치 형성된 1 군의 교반 수단 (35) 이, 용융 유리의 유동 방향에 있어서 1 열 배치 형성되어 있는데 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 이와 같은 1 군의 교반 수단 (35) 이, 용융 유리의 유동 방향에 있어서, 2 열 이상 배치 형성되어 있어도 된다.
도 1 에 나타내는 광폭 부위 (접속부) (32) 는, 광폭 부위 (31) 에 비해 폭이 좁은, 제 1 도관 구조 (3) 의 협폭 부위 (33) 와 접속하기 때문에, 하류측 폭이 좁게 되어 있다. 도 1 에 나타내는 광폭 부위 (접속부) (32) 와 같이, 하류측 폭이 좁아진 구조로 하는 것은, 광폭 부위 (31) 의 하류측에 체류부를 생기게 하지 않으므로 바람직하다. 단, 광폭 부위 (접속부) (32) 의 폭이 좁아지는 부위의 각도 α 가 너무 크면 용융 유리가 통과할 때의 압손 (유동 저항) 이 문제가 되므로, 그 각도 α 가 10 ∼ 60 도인 것이 바람직하고, 20 ∼ 50 도인 것이 보다 바람직하고, 30 ∼ 45 도인 것이 더욱 바람직하다.
제 1 도관 구조 전체에서 상류측에 위치하는 광폭 부위 (31) 과 (32) 의 합계 길이의 제 1 도관 구조 전체 길이에 대한 비는, 광폭 부위 (31, 32) 가 전술한 작용을 나타내기 위해서, 0.3 ∼ 0.95 가 바람직하고, 0.4 ∼ 0.9 가 보다 바람직하고, 0.5 ∼ 0.85 가 더욱 바람직하다.
광폭 부위 (31, 32) 는, 용해조 (2) 와 마찬가지로 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수한 것이 요구된다. 이것을 만족시키는 재료로서는, 전주 벽돌과 같은 내화 벽돌, 또는, 백금, 혹은 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금을 사용할 수 있다.
도 1 에 나타내는 용융 유리 제조 장치 (1) 에 있어서, 광폭 부위 (31, 32) 를 통과한 용융 유리는, 다시 하류측 제 1 도관 구조 (3) 의 협폭 부위 (33) 를 통과하여 감압 탈포 장치 (5) 에 공급된다. 상세하게는 후술하지만, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (5) 는, 감압 탈포조 (52) 내부의 압력을 대기압보다 낮은 감압 환경으로 유지함으로써 발생하는 사이펀 효과에 의해, 제 1 도관 구조 (3) 내의 용융 유리를 빨아 올려 감압 탈포조 (52) 내로 도입하는 것으로, 감압 탈포조 (52) 그리고 그 감압 탈포조 (52) 에 접속하는 상승관 (53) 및 하강관 (54) 의 내부는, 사이펀 효과를 발휘하기에 충분한 감압 환경으로 유지할 필요가 있다. 이 때문에, 상승관 (53) 및 하강관 (54) 의 하단을, 이들이 각각 접속하는 제 1 과 제 2 도관 구조 (3, 6) 내의 용융 유리의 자유 표면의 액면 높이보다 낮게 할 필요가 있다. 도 1 에 나타내는 용융 유리 제조 장치에서는, 협폭 부위 (33) 를 광폭 부위 (32) 와 접속하는 측에 비해 상승관 (53) 과 접속하는 측의 높이가 낮게 된 스로트 구조로 함으로써, 상승관 (53) 의 하단이 광폭 부위 (31, 32) 내의 용융 유리의 자유 표면의 액면 높이보다 낮게 되어 있다. 즉, 용융 유리 제조 장치 (1) 에 있어서, 광폭 부위 (31, 32) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 협폭 부위 (33) 에서의 용융 유리 유로가, 광폭 부위 (31, 32) 의 용융 유리 유로보다 낮은 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 제 2 도관 구조 (6) 도 하강관 (54) 과 접속하는 측의 높이가, 그 도관 구조 (6) 의 타단측, 즉, 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 하류측에 비해 낮게 된 스로트 구조로 도 되어 있다.
광폭 부위 (31, 32) 보다 하류측 협폭 부위 (33) 를 통과하는 용융 유리에서는, 용융 유리의 부위에 따라 온도 불균일이 발생하는 경우가 있다. 예를 들어, 협폭 부위 (33) 의 저면측 용융 유리가 표층측 용융 유리에 비해 온도가 낮아지는 경우가 있다. 이와 같은 온도 불균일이 발생하면 용융 유리의 균질성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 이 때문에, 광폭 부위 (31, 32) 보다 용융 유리의 유동 방향 하류측을 통과하는 용융 유리를 가열하는 수단을 형성하는 것이 바람직하다. 가열 수단을 형성하는 경우, 그 종류는 특별히 한정되지 않고, 용해조에 있어서 유리를 가열하는 것과 동일한 수단을 사용할 수 있다. 즉, 연료를 연소함으로써 용융 유리를 가열하는 수단, 전력을 이용하여 용융 유리를 가열하는 수단 등을 사용할 수 있다.
협폭 부위 (33) 는, 용해조 (2) 및 광폭 부위 (31, 32) 와 마찬가지로 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수한 것이 요구된다. 이것을 만족시키는 재료로서는, 전주 벽돌과 같은 내화 벽돌, 또는, 백금, 혹은 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금을 사용할 수 있다.
협폭 부위 (33) 의 치수는 특별히 한정되지 않지만, 구체예를 들면 이하와 같다.
수평 방향에 있어서의 길이 : 바람직하게는 1 ∼ 20 m, 보다 바람직하게는 1.2 ∼ 10 m, 더욱 바람직하게는 1.4 ∼ 5 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 바람직하게는 0.2 ∼ 2 m, 보다 바람직하게는 0.3 ∼ 1.6 m, 더욱 바람직하게는 0.4 ∼ 1.4 m
용융 유리 유로 높이 : 바람직하게는 0.1∼3 m, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 2 m, 더욱 바람직하게는 0.3 ∼ 1 m
용융 유리 유로의 고저차 : 바람직하게는 0.2 ∼ 2 m, 보다 바람직하게는 0.3 ∼ 1.5 m, 더욱 바람직하게는 0.4 ∼ 1 m
또, 협폭 부위 (33) 의 내부 단면 형상도 특별히 한정되지 않고, 사각형 등의 다각형, 원형 또는 타원 형상으로 할 수 있다.
감압 탈포 장치 (5) 는, 금속제, 예를 들어 스테인리스 강제로서, 사용시 그 내부가 감압 상태로 유지되는 감압 하우징 (51) (도 1 에서는 생략되어 있음) 을 갖는다. 감압 하우징 (51) 내에는, 감압 탈포조 (52) 가 그 장축이 수평 방향으로 배향되도록 수납 배치되어 있다. 감압 탈포조 (52) 의 일단의 하면에는 수직 방향으로 배향하는 상승관 (53) 이, 타단의 하면에는 하강관 (54) 이 장착되어 있다. 감압 하우징 (51) 내에 있어서, 감압 탈포조 (52), 상승관 (53) 및 하강관 (54) 의 주위에는 단열재 (55) 가 배치 형성되어 있다.
감압 탈포 장치 (5) 에 있어서, 감압 탈포조 (52), 상승관 (53) 및 하강관 (54) 은, 전주 벽돌과 같은 내화 벽돌제, 또는 백금제 혹은 백금 합금제 중공(中空) 관이다.
감압 탈포조 (52) 가 내화 벽돌제 중공 관인 경우, 감압 탈포조 (52) 는, 외형이 직사각형 단면을 갖는 내화 벽돌제 중공 관으로, 용융 유리 유로를 이루는 내부 형상은 직사각형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (53) 및 하강관 (54) 이 내화 벽돌제 중공 관인 경우, 상승관 (53) 및 하강관 (54) 은, 외형이 원형 단면이나 직사각형을 포함한 다각형 단면을 갖는 내화 벽돌제 중공 관으로, 용융 유리 유로를 이루는 내부 형상이 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 감압 탈포조 (52) 가 백금제 또는 백금 합금제 중공 관인 경우, 감압 탈포조 (52) 에 있어서의 용융 유리 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (53) 및 하강관 (54) 이 백금제 또는 백금 합금제 중공 관인 경우, 상승관 (53) 및 하강관 (54) 에 있어서의 용융 유리 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
감압 탈포 장치의 각 구성 요소의 치수는, 사용하는 감압 탈포 장치에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 도 1, 2 에 나타내는 감압 탈포 장치 (5) 의 경우, 그 치수의 구체예는 이하와 같다.
수평 방향에 있어서의 길이 : 1 ∼ 30 m, 바람직하게는 1 ∼ 25 m, 보다 바람직하게는 1 ∼ 20 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.2 ∼ 10 m, 바람직하게는 0.2 ∼ 7 m, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 5 m
또, 상승관 (53) 및 하강관 (54) 의 치수의 구체예는 이하와 같다.
길이 : 0.2 ∼ 6 m, 바람직하게는 0.4 ∼ 5 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.05 ∼ 0.8 m, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.6 m
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 감압 탈포 장치는, 도시한 구조인 것에 한정되지 않고, 다양한 구조의 감압 탈포 장치를 사용할 수 있다.
감압 탈포 장치 (5) 에서의 감압 탈포에 의해, 용융 유리 중의 기포량이, 제조되는 유리 제품의 용도에 따른 원하는 레벨로 저감된 용융 유리는, 제 2 도관 구조 (6) 를 거쳐 성형 수단 (도시되어 있지 않음) 으로 보내져, 유리 제품으로 성형된다. 제 2 도관 구조 (6) 의 재료, 형상 및 치수에 대해서는 제 1 도관 구조 (3) (광폭 부위 (31, 32), 협폭 부위 (33)) 에 대해 기재한 것과 동일하다.
예를 들어, 판유리 제조를 위해서 용융 유리를 판상 유리 리본으로 성형하는 수단으로서는, 플로트법, 퓨전법 또는 다운드로법을 사용한 성형 수단을 들 수 있다. 이들 중에서도 플로트법에 의한 플로트 배스를 사용한 성형 수단이, 얇은 판유리에서 두꺼운 판유리까지의 광범위한 두께의 고품질 판유리를 대량으로 제조할 수 있는 이유에서 바람직하다.
용융 유리의 생산량으로서는, 100 ∼ 1000 톤/일인 것이 바람직하고, 유리 품종을 바꾸거나 부대 설비 등을 고려하면, 300 ∼ 800 톤/일인 것이 보다 바람직하고, 350 ∼ 700 톤/일인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 유리 제품의 제조 장치는, 상기 서술한 본 발명의 용융 유리 제조 장치와, 그 용융 유리 제조 장치의 하류에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 서냉 수단을 구비하는 것이다. 성형 수단에 대해서는, 상기 서술한 바와 같다. 서냉 수단으로서는, 성형 후 유리의 반송 기구로서의 반송 롤과, 성형 후 유리의 온도를 서서히 내리기 위한 기구를 구비한 서냉 노(爐)가 일반적으로 사용된다. 서서히 온도를 내리는 기구는, 연소 가스 또는 전기 히터에 의해, 그 출력이 제어된 열량을, 노 내의 필요 위치에 공급하여 성형 후의 유리를 천천히 냉각시킨다 (서냉시킨다). 이로써, 성형 후의 유리에 내재하는 잔류 응력을 없앨 수 있다. 단, 서냉 수단은, 성형 후의 유리에 내재하는 잔류 응력을 없앨 수 있으면, 상기 수단에 한정되지 않는다.
다음으로, 본 발명의 용융 유리 제조 방법 및 유리 제품의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법은, 상기 서술한 본 발명의 용융 유리 제조 장치를 이용하여 용융 유리를 제조한다. 본 발명의 유리 제품의 제조 방법은, 상기 서술한 본 발명의 용융 유리 제조 장치를 이용하여 용융 유리를 제조하고 (용융 유리 제조 공정), 그 용융 유리를 성형 수단에 의해 성형하고 (성형 공정), 그리고 서냉 수단에 의해 성형 후의 유리를 서냉시켜 (서냉 공정), 유리 제품을 제조한다. 본 발명의 용융 유리 제조 방법 및 유리 제품의 제조 방법에 있어서의 각각의 순서에 대해 이하에 서술한다.
도 3 은, 본 발명의 유리 제품의 제조 방법의 1 실시형태의 흐름도이다. 도 3 에서는, 본 발명의 유리 제품의 제조 방법의 구성 요소인 용융 유리 제조 공정 및 성형 공정 그리고 서냉 공정과 더불어, 추가로 필요에 따라 사용하는 절단 공정, 그 외 후 공정이 나타나 있다.
원하는 조성이 되도록 조제한 유리 원료를 용해조 (2) 에 투입하고, 유리의 종류에 따른 소정 온도, 예를 들어, 건축용이나 차량용 등의 소다라임 유리의 경우, 약 1400 ∼ 1600 ℃ 로 가열하여 유리 원료를 용융하여 용융 유리를 얻는다.
유리 원료를 용해할 때, 통상은 천연 가스나 중유 등의 연료유와 같은 연료를 공기와 혼합하여 연소시켜, 얻어진 연소 열에 의해 유리 원료를 용해시키는데, 이들 연료를 산소 가스와 혼합하여 연소시켜, 얻어진 연 소열에 의해 유리 원료를 용해시키는 것, 즉, 유리 원료의 용해를 산소 연소에 의해 실시하는 것이 연소 효율이 우수하고, 유리 원료의 용해시에 소비되는 에너지를 삭감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 연료에 산소 가스를 혼합하여 연소시킨 경우, 연료에 공기를 혼합하여 연소시킨 경우에 비해 연소 후의 기체 중에 함유되는 물 (H2O) 이나 이산화탄소 (CO2) 의 양이 증가한다. 천연 가스에 산소를 혼합하여 연소시킨 경우를 예로 들면, 천연 가스에 공기를 혼합하여 연소시킨 경우에 비해, 연소 후의 기체 중에는 약 3.5 배의 물 (H2O) 및 이산화탄소 (CO2) 가 함유되어 있다. 이 결과, 용해조 (2) 내의 분위기에는, 천연 가스에 공기를 혼합하여 연소시킨 경우에 비해 약 3.5 배의 물 (H2O) 및 이산화탄소 (CO2) 가 함유되게 되고, 그 분위기와 접하는 용융 유리에도, 천연 가스에 공기를 혼합하여 연소시킨 경우에 비해 약 3.5 배의 물 (H2O) 및 이산화탄소 (CO2) 가 포함되게 된다. 물 (H2O) 은, 특히 감압 탈포 장치를 갖는 경우에 유리의 종류에 관계없이 청징 효과가 있어, 건축용, 차량용, 용기용, 디스플레이용 용융 유리에 있어 청징제로서 작용한다. 따라서, 이들의 용융 유리를 제조하는 경우, 유리 원료의 용해를 산소 연소에 의해 실시함으로써, 용융 유리의 청징 작용이 향상되는 것이 기대된다.
유리 원료에는, 유리 종류에 따른 청징제를 첨가해도 된다. 단, 본 발명의 용융 유리 제조 방법에서는 감압 탈포에 의해 용융 유리의 청징을 주로 실시하기 때문에, 필요가 없는 경우, 청징제는 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 소다라임 유리의 경우, 청징제로서 망초 (Na2SO4) 가 일반적으로 첨가되는데, 본 발명의 용융 유리 제조 방법에서는, 청징제로서 망초 (Na2SO4) 를 첨가하지 않음으로써, 황 (S) 함유가 적은 용융 유리를 제조할 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 청징제를 첨가하지 않기 때문에 컬리트율이 높은 유리 원료를 사용할 수 있다. 청징제는 한번 용해시키면 청징 능력을 잃어버리기 때문에, 유리 컬리트 중에는 청징제가 함유되지 않아 컬리트율을 높게 해도 영향이 없기 때문이다. 또한 배기 가스 중의 황 산화물 (SOX) 농도가 감소하므로, 환경에 대한 악영향을 경감시킬 수 있다.
용해조 (2) 내의 용융 유리는, 상류측 순환류 (100) 를 형성함으로써 그 유리 원료의 용해 및 초기 균질화가 도모된다. 또, 하류측 순환류 (101) 를 형성함으로써 생기는 균질 작용과 청징 작용에 의해 용융 유리 중의 균질성과 기포량이 원하는 레벨까지 저감된다. 용융 유리의 기포량은, 허용되는 최대 포경에 따라 변화하고, 또 유리 제품의 용도, 그 외 요구되는 조건에 따라서도 상이하다. 이 때문에, 이하에서는, 상류측 순환류 (100) 로부터 흐른 용융 유리에 n 개/㎏ 의 소정 포경 이상의 기포가 존재하고 있는 것으로 하여 설명한다.
용해조 (2) 로부터 유출된 용융 유리는, 문턱체 (21) 의 하류역을 통과함으로써, 용융 유리 중의 기포량이 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨까지 저감된다. 예를 들어, 건축용 등의 소다라임 유리의 경우, 용해조 (2) 로부터 유출되는 용융 유리 중의 허용되는 최대 포경 이상의 기포량이 n/10 정도까지 내려가면 된다. 예를 들어, 건축용 등의 소다라임 유리의 경우, 용융 유리의 온도가 1200 ∼ 1600 ℃ 로 조정된다.
용융 유리는, 광폭 부위 (31, 32) 에서, 용융 유리 중의 기포량과 더불어 균질성과 특히 온도가 감압 탈포를 실시하기에 적합한 레벨로 조정되고, 협폭 부위 (33) 를 거쳐 감압 탈포 장치 (5) 로 보내진다. 예를 들어, 건축용 등의 소다라임 유리의 경우, 용융 유리의 온도가 1000 ∼ 1400 ℃ 로 조정된다.
감압 탈포 장치 (5) 에서는, 감압 하우징 (51) 을 외부로부터 진공 펌프 등에 의해 진공 흡인함으로써, 감압 하우징 (51) 내에 배치된 감압 탈포조 (52) 의 내부가 제조되는 유리 종류에 따른 소정의 감압도로 유지된다. 건축용 등의 소다라임 유리의 경우에는, 감압 탈포조 (52) 내부의 압력이 0 ∼ 613 hPa (0 ∼ 460 ㎜Hg) 로 유지되고 있는 것이 바람직하고, 10 ∼ 337 hPa (8 ∼ 253 ㎜Hg) 로 유지되고 있는 것이 보다 바람직하다.
소정의 감압도로 유지된 감압 탈포조 (52) 에 용융 유리를 통과시킴으로써, 용융 유리 중의 기포량이, 유리 제품의 용도에 따른 소정의 레벨까지 저감된다. 예를 들어, 건축용 등의 소다라임 유리의 경우, 감압 탈포조 (52) 로부터 유출되는 용융 유리 중의 최대 포경 이상의 기포량이 n/1000 이하까지 저감된다.
또한, 감압 탈포조 (52) 내에 존재하는 용융 유리 중의 포량에 따라, 감압 탈포조 (52) 내부의 감압도를 조절해도 된다.
또한, 감압 탈포조 (52) 를 통과하는 용융 유리 중의 포량을, 포량 관찰 수단에 의해 측정하고, 포량의 측정 결과에 따라 감압 탈포조 (52) 내부의 감압도를 조절해도 된다. 예를 들어, 포량 확인 수단으로서, 감압 탈포조 (52) 의 천장부에 형성된 창 (도시되지 않음) 으로부터 카메라에 의해, 용융 유리 중의 포량을 모니터하여, 그것을 화상 처리한 결과 등에 따라 감압 탈포조 (52) 내부의 감압도를 조절해도 된다. 확인한 포량이 많은 경우는, 청징성을 높이기 위해 감압도를 올린다. 확인한 포량과 감압도는, 유리의 조성, 요구되는 품질에 따라 적절히 결정할 수 있다.
감압 탈포 장치 (5) 에서 청징된 용융 유리는, 제 2 도관 구조 (6) 를 거쳐 성형 수단에 보내져 성형된다 (성형 공정). 성형 후 유리는, 성형 후에 고화 된 유리의 내부에 잔류 응력이 남지 않도록 서냉 수단에 의해 서냉되고 (서냉 공정), 추가로 필요에 따라 절단되고 (절단 공정), 그 외 후 공정을 거쳐, 유리 제품이 된다. 예를 들어, 판유리의 경우에는, 용융 유리를 성형 수단에 의해 유리 리본으로 성형하고, 그것을 서냉 수단에 의해 서냉시킨 후, 원하는 크기로 절단하고, 필요에 따라 유리 단부(端部)를 연마하는 등의 후 가공을 하여 판유리가 얻어진다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 제조되는 용융 유리는, 가열 용융법에 의해 제조되는 용융 유리인 한 조성적으로는 제약은 없다. 따라서, 소다라임 유리나 무알칼리 유리여도 되고, 알칼리 붕규산 유리와 같은 혼합 알칼리계 유리여도 된다. 또, 제조되는 유리 제품의 용도는, 건축용이나 차량용에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이용, 그 밖의 각종 용도를 들 수 있다.
건축용 또는 차량용 판유리에 사용되는 소다라임 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 65 ∼ 75 %, Al2O3 : 0 ∼ 3 %, CaO : 5 ∼ 15 %, MgO : 0 ∼ 15 %, Na2O : 10∼20 %, K2O : 0 ∼ 3 %, Li2O : 0 ∼ 5 %, Fe2O3 : 0 ∼ 3 %, TiO2 : 0 ∼ 5 %, CeO2 : 0 ∼ 3 %, BaO : 0 ∼ 5 %, SrO : 0 ∼ 5 %, B2O3 : 0 ∼ 5 %, ZnO : 0 ∼ 5 %, ZrO2 : 0 ∼ 5 %, SnO2 : 0 ∼ 3 %, SO3 : 0 ∼ 0.5 %, 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
액정 디스플레이용 기판에 사용되는 무알칼리 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 39 ∼ 70 %, Al2O3 : 3 ∼ 25 %, B2O : 1 ∼ 20 %, MgO : 0 ∼ 10 %, CaO : 0 ∼ 17 %, SrO : 0 ∼ 20 %, BaO : 0 ∼ 30 %, 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
플라즈마 디스플레이용 기판에 사용되는 혼합 알칼리계 유리의 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 50 ∼ 75 %, Al2O3 : 0 ∼ 15 %, MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnO : 6 ∼ 24 %, Na2O＋K2O : 6 ∼ 24 %, 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
실시예
도 1, 2 에 나타낸 용융 유리 제조 장치로서, 생산량 약 500 톤/일이 가능한 규모의 장치를 제작하였다. 이 장치에 의해, 소다라임 유리의 용융 유리를 제조하고, 다시 플로트 배스에 의해 판유리를 제조하여, 용융 유리 제조시에 소비되는 에너지량, 제조된 용융 유리 중 및 판유리 중의 기포량을, 용융 유리의 청징을 주로 용해조의 청징역에서 실시하는 종래 판유리의 용융 유리 제조 장치와 비교하였다. 또한, 본 발명에서는 산소 연소를 채용하였다. 또, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에서의 용해조의 상류단으로부터 감압 탈포 장치를 포함한 플로트 배스 직전까지의 길이와, 종래 판유리의 용융 유리 제조 장치에서의 용해조를 포함한 플로트 배스 직전까지의 길이는 거의 같은 길이이다. 또한, 용융 유리 제조시에 소비되는 에너지량에 대해서는, 용해조로부터 플로트 배스 직전까지 소비되는 에너지량을 비교하였다.
용융 유리 제조 장치에 대해, 본 발명의 제조 장치와 종래 제조 장치의 용융 유리의 흐름 방향의 주요 치수의 차이는 이하와 같다.
(본 발명의 제조 장치)
용해조의 상류단으로부터 플로트 배스 직전까지의 길이 : LT (약 60 m)
용해조의 상류단으로부터 문턱체까지의 길이 : 0.4 LT
용융조의 문턱체로부터 하류단까지의 길이 : 0.1 LT
(용해조의 용융 유리 유로의 길이 LF : 0.5 LT)
용융조의 하류단으로부터 감압 탈포 장치 상류단까지의 길이: 0.15 LT
감압 탈포 장치의 상류단으로부터 플로트 배스 직전까지의 길이: 0.35 LT
(종래의 제조 장치 : 감압 탈포 장치가 없는 경우)
용해조의 상류단으로부터 플로트 배스 직전까지의 길이 : LT
용해조의 상류단으로부터 문턱체까지의 길이 : 0.4 LT
용융조의 문턱체로부터 플로트 배스 직전까지의 길이 : 0.6 LT
또, 본 발명의 제조 장치의 그 밖의 개략을 이하에 나타낸다.
(용해조 (2))
내화 벽돌제
문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 높이 h1 : 4.5 m
문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면으로부터, 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면까지의 높이 h3: 0.5 m
용융 유리 자체의 높이 (깊이) : 1.3 m
(문턱체 (21))
내화 벽돌제
문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터, 상기 문턱체의 상단까지의 높이를 h2 : 0.8 m
문턱체 상단부로부터 용융 유리 액면까지의 높이 : 0.5 m
(버블러 (23))
백금제
문턱체로부터의 용융 유리 유동 방향의 거리 (상류측) : 4.3 m
문턱체로부터의 용융 유리 유동 방향의 거리 (상류측) : 3 m
(광폭 부위 (31, 32))
내화 벽돌제
용융 유리 유로 최대 폭 W : 4.1 m
용융 유리 유로 최대 폭 부분의 길이 L : 5 m
용융 유리 유로 높이 h : 1.5 m
용융 유리 유로 길이 : 6.4 m
용융 유리 자체의 높이 (깊이) : 0.5 m
(협폭 부위 (33))
내화 벽돌제
내부 단면 형상 : 직사각형
용융 유리 유로 폭 : 0.9 m
용융 유리 유로 길이 : 2.5 m
용융 유리 유로 깊이 : 0.5 m
용융 유리 유로의 고저차 : 0.5 m
협폭 부위 (33) 의 도중에는 용융 유리를 가열하는 가열 수단이 형성되어 있다.
(냉각 수단 (34))
강철제 (수랭식)
용해조의 하류단으로부터의 용융 유리 유동 방향의 거리 : 1 m
용융 유리에 대한 침지 깊이 : 0.3 m
(교반 수단 (35))
강철제 (수랭식)
용해조의 하류단으로부터의 용융 유리 유동 방향의 거리 : 3 m
용융 유리에 대한 침지 깊이 : 0.3 m
(상승관 (53), 하강관 (54))
내화 벽돌제
내부 단면 형상 : 원형
길이 : 3 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.6 m
(감압 탈포조 (52))
내화 벽돌제
(제 2 도관 구조 (6))
협폭 부위 (33) 와, 가열 수단을 제외하고 거의 동일
생산량 500 톤/일 규모의 용융 유리 제조 방법에 있어서, 상기의 치수와 같이 본 발명의 경우에는, 종래의 경우와 비교하여, 용융 유리의 흐름 방향의 문턱체로부터 용해조 하류단까지의 길이가 1/6 이 되어, 산소 연소와 아울러 소비 에너지를 약 50 % 삭감할 수 있었다. 이는, 산소 연소를 적용하지 않는 경우에 약 30 % 삭감할 수 있고, 산소 연소에 의해 추가로 약 25 % 삭감할 수 있음을 의미한다. 이 때 용해조에서의 유리 용해 온도는, 본 발명의 용해조에서 1550 ℃, 종래의 용융 유리 제조 장치의 용해조에서 1600 ℃ 였다. 또한, 이 소비 에너지는, 용해조나 광폭 부위나 감압 탈포 장치에서의 보온의 정도를 향상시킴으로써 더욱 감소시킬 수 있다.
용해조의 용융 유리가 문턱체를 통과할 때의 포경 0.2 ㎜ 이상의 기포량은 100 ∼ 1000 개/㎏ 정도, 용해조로부터 유출될 때의 동 사이즈의 기포량은 10 ∼ 100 개/㎏ 정도, 용해조로부터 유출되는 용융 유리의 온도는 1450 ℃ 였다. 용융 유리의 각 공정 도중에서의 포량은, 용융 유리를 샘플링하여, 샘플 중의 기포수를 카운트하는 방법에 의해 측정하였다. 광폭 부위 (31, 32) 를 통과시킴으로써, 용융 유리의 균질성이 얻어지고, 용융 유리의 온도는 1350 ℃ 로 조정되고, 포경 0.2 ㎜ 이상의 기포량은 10 ∼ 100 개/㎏ 정도로 용해조로부터 유출될 때에 비해 현저한 변화는 없었다. 감압 탈포조의 내부 압력이 0 ∼ 0.2 hPa (0 ∼ 152 ㎜Hg) 로 유지됨으로써 용융 유리 중의 포경 0.2 ㎜ 이상의 기포량이 0.1 개/㎏ 이하까지 저감되었다. 또한, 플로트 배스에 의해 용융 유리가 판상 유리 리본으로 성형되고, 서냉되고, 채판(採板)된 유리 제품으로서의 판유리의 기포량과 균질성은, 종래의 용융 유리 제조 장치와 동등하거나 그보다 양호하였다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 균질하고 기포가 적은 고품질의 유리 제품 제조에 적합하여, 건축용, 차량용, 플랫 패널 디스플레이용 등의 유리 제품 제조에 이용할 수 있다.
또한, 2008년 4월 7일에 출원된 일본 특허출원2008-99497호의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.
1 : 용융 유리 제조 장치
2 : 용해조
21 : 문턱체 (분리 수단)
22 : 스텝 보텀 구조
23 : 버블러
3 : 제 1 도관 구조
31 : 광폭 부위
32 : 광폭 부위 (접속부)
33 : 협폭 부위
34 : 냉각 수단
35 : 교반 수단
5 : 감압 탈포 장치
51 : 감압 하우징
52 : 감압 탈포조
53 : 상승관
54 : 하강관
55 : 단열재
6 : 제 2 도관 구조
100 : 상류측 순환류
101 : 하류측 순환류

Claims (19)

  1. 유리 원료를 용해시키는 용해조 ; 내부가 감압 분위기로 유지되고, 상기 용해조로부터 공급되는 용융 유리 중의 거품을 부상 및 파포시켜 제거하는 감압 탈포 장치 ; 상기 용해조와 상기 감압 탈포 장치를 접속하는 제 1 도관 구조 ; 및 상기 감압 탈포 장치의 하류측에 형성된, 용융 유리를 성형 수단으로 유도하는 제 2 도관 구조를 갖는 용융 유리 제조 장치로서,
    상기 용해조에는, 그 용해조 내에 있어서의 용융 유리류의 순환을 상류측 순환류와 하류측 순환류로 분리하는 분리 수단이 형성되어 있고, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF 로 할 때, 상기 분리 수단으로부터 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로의 하류단까지의 거리가 0.1 LF ∼ 0.45 LF 이며,
    상기 제 1 도관 구조에 있어서, 용융 유리의 유동 방향 상류측에는, 그 도관 구조의 다른 부위보다 폭이 넓은 광폭 부위가 형성되어 있고, 그 광폭 부위에는 그 광폭 부위를 통과하는 용융 유리를 냉각시키는 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광폭 부위가 하기 식을 만족시키는 용융 유리 제조 장치.
    0.2
    Figure pct00017
    W/L
    Figure pct00018
    1.5
    500
    Figure pct00019
    h
    Figure pct00020
    5000
    (식 중, W 는 용융 유리 유로의 최대 폭 (㎜) 이며, L 은 광폭 부위에서 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 (㎜) 이며, h 는 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위에서의 용융 유리 유로의 높이 (㎜) 이다)
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광폭 부위에서, 상기 용융 유리 유로의 최대 폭 W (㎜) 와, 상기 광폭 부위에서 용융 유리 유로의 폭이 최대 폭 W 가 되는 부위의 길이 L (㎜) 이 하기 식을 만족시키는 용융 유리 제조 장치.
    2000
    Figure pct00021
    W
    Figure pct00022
    12000
    1000
    Figure pct00023
    L
    Figure pct00024
    20000
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광폭 부위에는, 그 광폭 부위를 통과하는 용융 유리를 교반하는 수단이 형성되어 있는 용융 유리 제조 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광폭 부위에는, 그 광폭 부위 내의 용융 유리가 역류하는 것을 방지하는 수단이 형성되어 있는 용융 유리 제조 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 수단이, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐, 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로의 저면으로부터 돌출되어 형성된 문턱체로서, 상기 용해조에 있어서의 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 로 할 때, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체의 상단까지의 높이가 0.1 h1 ∼ 0.3 h1 인 용융 유리 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면이, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면보다 높게 되어 있는 용융 유리 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 높이를 h1 (㎜), 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체의 상단까지의 높이를 h2 (㎜), 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로의 저면으로부터 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 하류측 용융 유리 유로 저면까지의 높이를 h3 (㎜) 으로 할 때, 하기 식을 만족시키는 용융 유리 제조 장치.
    h3 < h2
    0 < h3
    Figure pct00025
    0.6 h2
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용해조에 있어서, 상기 문턱체보다 용융 유리의 유동 방향 상류측 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하도록 버블러가 추가로 형성되어 있고, 상기 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 상기 버블러와 상기 문턱체의 거리가 500 ㎜ 이상인 용융 유리 제조 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 수단이, 상기 용해조의 상기 용융 유리 유로 저면 근방에 토출구가 위치하도록, 또한 그 토출구가 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 배치 형성되도록 설치된 버블러인 용융 유리 제조 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광폭 부위보다 용융 유리의 유동 방향 하류측의 상기 제 1 도관 구조를 통과하는 용융 유리를 가열하는 수단이 형성되어 있는 용융 유리 제조 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광폭 부위보다 용융 유리의 유동 방향 하류측의 상기 제 1 도관 구조에서의 용융 유리 유로가, 상기 광폭 부위의 상기 용융 유리 유로보다 낮은 위치에 형성되어 있는 용융 유리 제조 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 유리가, 소다라임 유리의 용융 유리인 용융 유리 제조 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 장치를 사용한 용융 유리 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 용해조에 있어서, 연료를 산소 가스와 혼합시킨 연소 열에 의해 유리 원료를 용해시키는 용융 유리 제조 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 감압 탈포 장치의 감압 탈포조를 통과하는 용융 유리 중의 포량을 포량 관찰 수단에 의해 측정하고, 상기 포량의 측정 결과에 따라, 상기 감압 탈포조 내의 감압도를 조절하는 용융 유리 제조 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 장치와, 그 용융 유리 제조 장치의 하류에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 서냉 수단을 구비한 유리 제품의 제조 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 장치와, 그 용융 유리 제조 장치의 하류에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 서냉 수단을 사용한 유리 제품의 제조 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서냉시키는 공정을 포함한 유리 제품의 제조 방법.
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