KR20120013317A - 열 장벽을 포함하는 용광로 및 가열장치와 상기 용광로와 관련한 가열방법 - Google Patents

열 장벽을 포함하는 용광로 및 가열장치와 상기 용광로와 관련한 가열방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화 세라믹 벽과 열원을 포함하며 한 위치에서 물체를 가열하기 위한 용광로에 관한 것으로, 이것은 그 주 표면 중 하나 상에 세라믹 물질의 접착층으로 코팅된 적어도 하나의 금속판을 포함하며, 상기 코팅된 금속판은 벽과 열원 사이에 놓여 지며, 상기 접착층은 열원과 접한다. 상기 코팅된 금속판은 열 장벽 으로서 작용하고 열원의 가열 효율을 향상시킨다. 상기 용광로는 특히 벤딩 프레임 상에 놓여진 유리판을 중력 벤딩 하게 의도된다.

Description

열 장벽을 포함하는 용광로 및 가열장치와 상기 용광로와 관련한 가열방법{FURNACE AND HEATING DEVICE COMPRISING A THERMAL BARRIER AND A HEATING METHOD ASSOCIATED WITH SAID FURNACE}
본 발명은 열을 원하는 방향으로 가열될 물체를 향하여 안내할 수 있는 열 장벽을 갖는 용광로에 관한 것이다.
용광로는 물체에 열을 주도록 설계된 적어도 하나의 열원을 포함한다. 상기 열원은 자연적으로 모든 방향으로 열을 주는 경향을 갖는다. 열이 장치의 벽으로부터 반사 또는 복사에 의해 가열될 물체를 향하여 간접적으로 되돌아 올지라도, 발생된 열의 대부분이 가열될 물체에 발생된 모든 열을 집중시키지 않음으로서 필연적으로 소멸 된다. 이 문제는 일반적으로 어떤 형태의 가열 장치, 특히 유리 가열 용광로에서 존재한다. 또한 가열속도를 향상시킬 필요가 있으며 가능하다면 효율을 감소시키지 않고 작동온도를 내릴 수 있는 것이 필요하다. 장치에 제공된 개선은 작업량을 감소시키거나 생산품질을 저하하는 등의 단점을 동반하지 않아야 한다. 특히 에너지 절약의 목적으로, 유리판을 중력에 의해 벤딩하기 위하여 용광로의 열 산출량(heat yield)을 향상시키는 것이 바람직하다.
용광로는 플레임 또는 전기저항 일수 있는 열원을 갖는다. 유리판을 벤딩할 목적으로 터널 용광로를 통해 통과하는 유리판을 가열하는 경우에 있어서, WO2007138214 와 WO2006095007 에는 용광로의 지붕에 배치된 전기저항의 사용에 대해서 기술하고 있다. 이들 저항은 용광로의 내화 벽돌과 가열될 물체(트롤리에서 운반된 유리판) 사이에 위치한다. 특히 복사를 저항으로부터 유리판으로 향하도록 한 것은 제공된 것이 없으며, 따라서 용광로의 벽이 어느 정도까지 이러한 역할을 수행할 필요가 있다.
GB 2 201 670 은 복사를 유리를 향해 다시 보내도록 가열 부품에 관하여 유리 뒤에 놓이는 알루미늄 규산염 형태의 세라믹 반사 부품을 기술하고 있다.
EB 0 659 697 은 복사의 분산을 제한하기 위하여 수직으로 위치하는 반사 스크린을 기술하고 있다. 이들 부품들은 상승 또는 하강할 수 있다. 그들은 파이버프랙스 섬유(Fiberfrax fibers)(알루미늄 규산염) 또는 실리카, SiC, Si3N4 화합물 또는 파이버프랙스 형태의 섬유로 된 알루미늄 규산염과 결합 된 강철로 구성된다. 파이버프랙스 형태의 패널은 설치되기 전에는 쉽게 절단할 수 있으나 일차 가열되고 난 후에는 잘 부서지고 잘 부러지게 된다. 더욱이, 그들은 일차 가열될 때 연기(유기 결합제의 소실)를 방출한다. 파이버프랙스를 강철에 고착시키는 방법은 언급되지 않았다. 스크린은 열원 뒤에 놓이지 않는다.
US 7,331,198 은 세라믹 판과 온도를 균등하게 하기 위한 판을 갖는 가열 부품의 결합을 기술하고 있다. 이 세라믹 판은 유리에 대하여 전기 가열 선 뒤에 놓여지며 균등화 판은 가열 선과 유리 사이에 위치한다. 세라믹 판은 가열 선을 위해 지지체 역할을 한다. 균등화 판은 복사 온도를 균등화시키는 역할을 한다. 이것은 복사 스크린을 형성한다.
EP 0 133 847 은 쿼츠 튜브(quartz tubes)와 적외선 방출 튜브에 밀착한 알루미늄 규산염으로 만들어진 벽을 갖는 가열에 대하여 기술하고 있다.
US 2005/034850 은 용광로의 벽과 가열될 물체 사이에 위치한 리플렉터(Reflector)를 기술하고 있다. 이 리플렉터는 금속으로 만들어질 수 있고 세라믹로 코팅될 수 있으나, 이것은 가열될 물체를 향하지는 않는다.
JP 60038534 는 금속상에 산화물을 포함하는 필름을 구비하며 200 내지 400℃사이에서 사용되는 리플렉터를 기술하고 있다. 이 리플렉터는 4-5㎛ 미만의 파장에 대하여는 낮은 방사율(0.4-0.5 미만)을 갖고 4-5㎛ 보다 큰 파장에 대하여 높은 방사율(0.85-0.90 보다 큰)을 갖는다. 얻어진 적외선 복사는 4㎛ 보다 큰 파장에 더욱 민감한 사람의 인체에 대하여 알맞은 가열 효과를 발생한다. 열에 의한 필름의 열화(deterioration)는 중합체, NiC 및 SiC를 포함하는 결합제로서 페인트를 사용하여 방지되고, 상기 페인트는 대략 300℃의 온도에 저항한다. 300℃에서 보통 스테인리스 금속은 그 방사율의 관점에서 안정하다.
벤딩될 유리에 있어서, 이것은 500℃ 내지 800℃ 사이의 온도로 가열되어야 한다. 유리를 이런 온도에 부여하기 위해서는, 가열 시스템은 유리에 대하여 목표 된 온도보다 적어도 200℃ 더 뜨거운 것이 필요하다. 이것은 가열 시스템의 방출 피크 파장이 3.1㎛(700℃의 온도에 대응하는 파장)보다 작게 그리고 심지어는 거의 2.8㎛(800℃의 온도에 대응하는 파장)보다 더 작을 필요가 있다는 것을 의미한다. 본 발명에 따라, 복사를 전기 저항으로부터 가열될 물체를 향하게 하는 시도가 행해졌다.
가능한 많이 복사를 전기 저항으로부터 물체를 향하도록 하기 위해서, 발명자들은 무엇보다도 열 장벽으로서 작용하는 이들 저항 뒤에 모나라이트(Monalite) 형식의 세라믹 판 또는 316Ti 형식의 강철판을 위치시키는 것을 고려하였다. 이들 두 개의 물질은 이들의 높은 반사율로 인해 열 복사를 양호하게 되돌릴 수 있다. 그러나, 가열의 효율에 있어서 아주 작은 영향력이 관찰되었다. 더욱이, 세라믹 판은 부서지는 경향이 있고 이로부터 떨어진 입자들이 가열될 물체 상에서 발견되었다. 또한 금속판이 시험 온도(대략 650℃)를 아주 잘 견뎌내지만 표면 산화의 영향으로 그 표면이 광택이 없어지고 거칠어지게 되는 경향이 관찰되었다.
용광로의 내화물 분야에서 표준적으로 잘 부서지는 물질의 사용은, 그로부터 분리된 입자들이 가열될 물체를 오염시킬 수 있고 그것을 작업하는 사람들에게 건강상의 문제를 유발시키는 문제점이 있다.
세라믹 금속과 금속 물질의 조합이 가열 효과에 상당한 개선점을 부여한다는 것이 발견되었다. 금속 물질은 기계 가공과 성형을 쉽게 할 수 있을 뿐만 아니라 견고함과 응집력을 지지체에 제공할 수 있고, 한편 세라믹 물질은 높은 반사율과 열적 안정성을 제공한다. 이러한 협력은 기판에 대하여 잘 부스러지지 않고 양호하게 부착할 수 있는 높은 무결성의 세라믹 코팅을 부여하는 프레임 스프레이 증착(flame spray deposition)의 기술을 사용하여 더욱 가능해졌다. 본 발명에 따른 화합물 장벽의 다른 이점은, 모놀리식(monolithic) 세라믹 판과 비교했을 때 그 두께에 있으며, 이것은 용광로 내에 주목할만한 공간을 허용한다. 이러한 작은 질량(low mass)은 온도 변화 단계에 있어 이점을 갖는 낮은 열적 관성을 나타낸다.
따라서 본 발명은 내화 세라믹으로 만들어진 벽과 열원을 포함하는 공간에서 물체를 가열하기 위한 용광로에 관한 것이며, 용광로는 상기 벽과 상기 열원 사이에 놓인 주 표면 중 하나 위에 세라믹 물질의 접착층으로 코팅된 적어도 하나의 금속판을 가지며, 상기 접착층은 상기 열원과 접하여 위치한다.
상기 물체는 특히 유리판을 포함하거나 유리판일 수 있다. 특히, 유리판은 중력 벤딩 몰드 상에 배치될 수 있고, 상기 몰드는 프레임 형태, 특히 스켈레톤 형태가 가능하다. 중력 벤딩 후에, 벤딩은 프레스 벤딩의 단계에 의해 종료될 수 있다.
상기 판은 사용되는 온도에 견딜 수 있는 금속으로 만들어진다. 유리판을 벤딩 시키기 위한 용광로의 경우에 있어서, 강철은 316Ti, 304L, 316L, 441 또는 NS30과 같은 오스테나이트, 페라이트 또는 마르텐사이트 강철의 스테인리스 강철, 니켈 특히 인코넬(Inconel)과 같은 내화 금속의 금속 또는 합금으로 사용될 수 있다. 코팅이 안 된 금속판은 일반적으로 0.5 내지 5mm의 두께를 갖는다.
접착층은 세라믹인 무기물질로 구성된다. 세라믹은, 플라즈마 스프레이 또는 열 스프레이 증착 또는 전자빔 증발법(또는 e-빔 증발법)인 증착 방법 중 하나의 결과로서, 경우에 따라서 중간 타이 층(tie layer)을 통해 금속판의 표면에 접착된다. 이 양호한 접착은 기판으로부터 코팅으로 또는 그 반대로 화학적 부품의 상호 확산에 부분적으로 의존한다. 이 코팅은 특히 금속판 상에 접착이 강하게 이루어져서, 장치의 정지시에 발생하는 열 충격을 잘 견디며, 다시 일정 온도까지 상승시킨다. 이 접착은 일반적으로 적어도 10MPa 이다. 비커스 경도(Vickers hardness)는 일반적으로 500 Hv0.3 이상이고, 더 일반적으로는 600 내지 900 Hv0.3 사이에 있다. 세라믹층은 적어도 그 자유 표면에서, 바람직하게는 2㎛ 와 5㎛ 사이에서 30% 보다 큰 높은 적외선 전반사율을 갖는다. 따라서, 층의 물질은 세라믹 벽보다 큰 적외선 반사율을 갖는다. 그 표면, 즉 그 자유표면(다른 물질로 코팅되지 않은)에서, 또는 그 전체 체적에서 알루미나 또는 지르코니아, 특히 이트륨 또는 칼슘 또는 마그네슘으로 도핑된 지르코니아를 포함하거나 이것들 기초로 할 수 있다. 여기서 "기초"라는 표현은, 물질이 예로서 지르코니아 또는 도핑 된 지르코니아의 50중량% 보다 많이 포함하는 것을 의미한다. 지르코니아는 온도변화의 영양하에서 금속 기판을 양호하게 변형시킬 수 있는 높은 열 팽창계수의 관점에서 특히 바람직한 물질이다. 세라믹은 바람직하게는 20㎛ 내지 3mm 사이의 두께를 갖는다. 세라믹 표면은 수동으로 또는 기계적인 표면 그라인더의 도움으로 폴리싱 될 수 있어, 적외선 반사를 증가시키거나 또는 방향성을 더욱 향상시킬 수 있다. 프레임 스프레이에 의해 세라믹을 증착시키는 경우에, 무엇보다도, 특히 소위, "니크랄(Nicral)" 로 불리는 Ni-Cr-Al 금속 형태인 금속 기판상에 타이 층을 증착시키는 것을 추천한다. 이 타이 층은 일반적으로 10㎛ 내지 500㎛ 사이의 두께를 갖는다. 이 타이 층은 "세라믹 물질 층"에 일부를 형성하지 않는 것이 고려된다. 이 타이 층은 임의의 적당한 방법, 특히 플라즈마 스프레이 또는 전자 빔 증발법 또는 PVD에 의해 증착될 수 있다. 실제로, 타이 층과 세라믹을 동일한 방법, 특히 플라즈마 스프레이에 의해 증착하는 것이 더 간단하다.
열원(heat source)은 프레임 또는 전자 저항인, 용광로에서 특히 발견될 수 있는 어떤 열원일 수 있다. 이것은 세라믹 물질로 구성된 튜브 주변을 둘러싸는 금속 와이어로 구성된 "코일 저항"으로 알려진 전기 저항으로 구성된다. 열원은 또한 세라믹 적외선 라디에이터 또는 세라믹 적외선 히터일 수 있다. 세라믹 적외선 라디에이터는 전기 저항을 포함하는 세라믹 블록이다. 세라믹 적외선 라디에이터의 세라믹은 전기 저항을 유지 및 보호하는 역할을 한다. 세라믹 적외선 라디에이터에서의 전기 저항은 나선형 스프링 또는 평면의 파상형(undulating) 형태인 나선형 저항일 수 있다.
코팅된 금속판은 용광로의 벽과 열원 사이에 위치한다. 이것은, 특히, 법선(normal)이 상기 코팅 판을 통과하는 벽에 존재하고 그리고 벽을 떠날 때는 상기 열원을 통과하는 것을 의미한다. 이 법선은 물체, 그리고 경우에 따라 물체 그 자체를 가열하기 위해 제공된 공간을 통과한다. 상기 법선은 벽을 떠날 때 벽과 판 사이의 어떤 고체 부품과도 만나지 않는다. 상기 법선은 열원을 떠날 때 열원과 물체의 위치 사이 및 심지어 물체 사이의 어떤 고체 부품과도 만나지 않는다.
판은 이것을 용광로의 벽에 고착시킬 목적으로 그리고 전기 연결의 통로를 위하여 또는 이것을 열원에 고정할 목적으로 또는 광 온도 측정 장치(고온계)를 향하게 할 목적으로 오리피스를 갖는다.
바람직하게는, 공간이 코팅된 판과 열원 사이에 놓인다. 대기로 채워진 이 공간은 절연 공기 쿠션을 구성한다. 이것은 열원이 고체일 때, 특히 세라믹 적외선 라디에이터의 경우 스페이서 시스템을 통해 판과 열원을 함께 고정할 수 있다. 이런 방식으로, 바람직하게는 "제1" 자유공간이 열원의 "제1" 측면과 코팅 판 사이에 2mm-100mm, 바람직하게는 10mm-60mm의 거리로 만들어진다. 이 제1 자유공간은 가열될 물체에 대하여 열원의 후방에 위치된 것에 대응한다.
열원은 한 측면(이 측면은 "개방" 이라 한다)을 제외하고는 본 발명에 따른 판의 조립체에 의해 둘러싸여 질 수 있고, 따라서 열이 원하는 가열 방향에 대응하는 개방 측면의 방향으로 더욱 양호하게 채널링 된다. 이 형태는 열원과 판 사이에 존재하는 어떤 공기 쿠션을 더욱 양호하게 제한할 수 있다. 이 경우에, 열원의 제1 측면과 코팅 판 사이의 제1 자유공간은 이미 주어진 거리(2mm 내지 100mm 그리고 바람직하게는 10mm 내지 60mm)를 나타내고, 판과 다른 비 개방 측면 상의 열원 사이의 다른 자유 공간은 상기 자유 공간보다 일반적으로 작으며, 특히 8mm 보다 작다.
바람직하게 금속판은 그 두 개의 주된 면 상이 세라믹 물질로 코팅된다.
본 발명에 따른 용광로는 특히 터널 용광로 일 수 있다. 특히, 가열될 물체는 터널 용광로 내에서 이동할 수 있다.
열원과 코팅 판(용광로의 벽과 열원 사이에 놓인)은 모듈(mudule)을 형성한다. 특히, 열원과 판은 예를 들어 스페이서 시스템에 의해 서로 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 용광로는 나란하게 놓인 복수 개의 모듈을 포함한다. 이들 모듈은 가열될 물체의 위치와 가열될 물체의 형태를 고려하여 서로에 대하여 독립하여 제공될 수 있다. 물체가 터널 용광로 같은 용광로 안에서 이동한다면, 용광로 내에서 물체의 위치에 따라 열원으로의 공급(특히 전기 저항이 공급될 때의 전기공급)을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 판은 적어도 열원과 용광로의 벽 사이에 위치한다. 또한 부가적으로, 그 측면에서 적어도 부분적으로 열원을 둘러싸는 주어진 특별한 형태 덕분에 가열될 물체의 위치를 향하여 측면 복사를 향하게 할 수 있다. 이 특별한 형태는 가압(pressing), 폴딩(folding), 또는 조립(assembling)에 의해, 특히 판의 여러 부품을 용접(welding)하여 판에(세라믹 코팅이 적용되기 전에) 주어질 수 있다. 이 판은 본 발명의 의미 내에서, 하나는 열원과 벽 사이의 "하부" 그리고 다른 하나는 열원 주변에 위치하는 "측면"인 판들의 조립체일 수 있다. 자유공간은 물론 열원과 가열될 물체의 위치 사이에 위치하여 유지될 수 있다.
측면 또는 측벽은 일반적으로 유리 위에 열적 흔적(벽과 유리 사이에 물체가 존재하지 않은 결과)을 남긴다. 이 흔적은 편광기(polariscopy)에 의해서 보여질 수 있다. 이 기술에 따르면, 하나의 편광 필터(이것은 편광기의 광 통로 상에 놓인다)는 (측면 또는 측벽을 갖는)본 발명에 따라 만들어진 유리와 광원 사이에 놓이고, 제2 편광 필터는 유리와 관찰자 사이에 놓인다. 제2 필터의 편광 방향은 제1 필터의 편광 방향에 대하여 90˚이다. 측면 또는 측면 벽이 사용되었다면, 처리된 유리의 영역에 대비 선(contrast lines)이 나타난다. 이 선은 사실 이들 벽의 더 차가워진 온도로부터 얻어진 자국이다.
따라서, 모듈은 예를 들면 열원{전기 저항 또는 세라믹 적외선 라디에이터 형식 및 측판(용광로의 벽에 수직하게 배치)과 열원과 용광로의 벽 사이에 위치한 하부판}을 포함하며, 각각의 판은 본 발명에 따라, 즉 금속과 세라믹 물질의 접착층으로 코팅된다. 측면 판의 갯수는 예를 들면 네 개이다. 코팅은 열원과 접하는 판의 주 면상에 위치한다. 동일한 특성의 코팅이 또한 판의 다른 주 면상에 위치할 수 있다. 특히 측면 판이 한 면 상에만 덮여지고 하부 판이 한 면상에만 덮여지는 조합을 갖는 것이 가능하다. 또한 측면 판이 한 면상에만 덮여지고 하부 판이 두 면상에 덮여지는 조합이 가능하다. 또한 측면 판이 두 면상에 덮여지고 하부 판이 한 면상에만 덮여지는 조합이 가능하다. 또한 측면 판이 두 면상이 덮여지고 하부 판이 두 면상이 덮여지는 것이 가능하다.
나란하게 위치한 모듈의 경우에 있어서, 일반적으로 측면 판은 동시에 두 개의 나란히 놓인 모듈로서의 역할을 할 수 있으며, 이 경우 이들은 그들 두 개의 면 상에 세라믹으로 코팅된다.
본 발명은 또한 열 복사를 향할 수 있도록 그 주면 중 하나에 세라믹 물질인 접착층(특히 플라즈마 스프레이에 의한 증착)이 코팅된 금속판을 일반적 방식으로 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 또한 열원, 그 주면 중 하나에 세라믹 물질의 접착층이 코팅된 금속판을 포함하는 가열 장치에 관한 것으로, 상기 접착층은 열원과 접하여 위치하고, 상기 판은 상기 열원을 감싸며, 적어도 하나의 고정 로드가 상기 판을 통해 열원에 연결되고, 상기 판은 여러 부품으로 이루어지며 적어도 하나의 오리피스에 의해 상기 고정 로드 주변에서 조립되고, 상기 오리피스의 주변부는 상기 판의 여러 부품에 속한다. 이런 장치(또는 모듈)는 특히 가열될 물체에 열 복사를 향하게 하는데에 사용될 수 있다. 여기서 "열원을 감싸는"이란 표현은 이 열원이 금속판의 내부 표면에 의해 정해지는 용적(volume) 내에 전체적으로 포함되는 것을 뜻하며, 이런 경우의 장치가 하기의 도 1과 2에서 설명된다. 장치는 여러 개의 부품으로 조립되며 쉽게 장착 및 탈착될 수 있고 또한 초기 단계에는 이것을 수용하도록 제공되어있지 않은 용광로에 장착될 수 있다. 판에 여러 부품의 조립은 홈 그리고 토크 시스템 또는, 예를 들어 너트와 볼트 형태의 다른 기계적 시스템에 의해 만들어질 수 있다. 이 금속판은 용광로의 벽(여기서 용어는 여러 형태로 쓰여 지는데: 지붕, 난로, 측면 벽 등)에 고착시키기 위하여 적어도 하나의 로드의 통로를 위하여 적어도 하나, 일반적으로 두 개의 오리피스를 갖는다. 이 오리피스는 금속판의 여러 부품 사이에서 공유되어 장치가 조립될 때에만 형성된다. 이것은 오리피스가 로드 주변에 만들어지거나 만들어지지 않기 때문에 로드를 접촉하지 않고 금속판을 장착 또는 탈착할 수 있다. 따라서, 판이 해체될 때 오리피스의 주변부(또는 외곽, 윤곽)가 여러 부품 사이에서 공유된다. 이 고정 로드는 열원을 공급하기 위한 전도체로서의 역할을 한다. 이 경우 이들은 수효가 두 개다. 따라서, 본 발명은 열원,또한 그 주 면 중 하나 상에 세라믹 물질의 접착층으로 코팅된 금속판을 포함하는 가열 장치에 관한 것이며, 상기 판은 상기 열원을 둘러싸고, 적어도 하나의 고정 로드는 상기 판을 통과하여 열원에 연결되며, 상기 판은 적어도 하나의 오리피스에 의해 상기 고정 로드 주변에서 여러 개의 부품으로 조립되며, 상기 오리피스의 주변부는 상기 판의 여러 부품에 속한다. 접착층은 상기 열원과 접하는 판의 한 측면 상에 놓여진다. 특히, 열원은 전기일 수 있고 적어도 두 개의 고정 로드가 열원에 연결되고, 판을 통과하며(조립된 상태), 적어도 두 개의 로드는 열원에 의해 소비된 전기를 유도한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따라 제공된 용광로 또는 장치에 의해 물체를 가열하기 위한 방법에 관한 것이다. 가열은 특히 중력에 의해 벤딩 프레임 상에 놓여진 유리판을 벤딩하는 역할을 한다. 특히, 이 적용에 있어서 코팅된 금속판은 일반적으로 700 내지 1000℃사이의 온도에 있다.
예로서, 본 발명에 따른 화합물 장벽의 효율은 한편으로는 20mm 인 두께를 갖는 모날라이트(Monalite)(알루미늄 규산염판), 다른 한편으로는 2mm 인 두께를 갖는 코팅 안 된 316 강철판과 비교되었으며, 모든 형태는 또한 동일하였다. 열원은 유리판에 대향 해서 놓여진 세라믹 적외선 라디에이터였다. 본 발명에 따른 열 장벽은 316Ti 스테인리스 판과 세라믹 적외선 라디에이터의 한 측면 상에 위치한 지르코늄 코팅을 포함하였다. 측정 장치는 도 3에 도시되어 있다. 용광로는 600℃에서 주변을 가열하기 위한 수단(코일 저항)과 세라믹 적외선 라디에이터를 갖는다. 스크린은 코일 저항과 유리 사이에 위치하여 직접 복사를 방지한다. 이런 방식에 있어서, 유리는 세라믹 적외선 라디에이터로부터 복사를 받도록 되었다. 유리와 세라믹 적외선 라디에이터 사이의 거리는 100mm 이었다. 판과 세라믹 적외선 라디에이터 사이의 거리는 20mm 였다. 세라믹 적외선 라디에이터는 1200와트의 전력을 제공하였다. 가열된 유리판의 온도는 열적 평형이 도달되었을 때 측정되었다. 표 1은 다음 결과를 보여준다.
판의특성 평형온도
판의 부재(비교) 656℃
316Ti 스테인리스 강철(비교) 660℃
모노라이트 세라믹(비교) 654℃
지르코늄으로 코팅된 316Ti 스테인리스 강철(비교) 664.5℃
본 발명에 따른 세라믹 금속과 금속 물질의 조합이 가열 효과에 상당한 개선점을 부여한다. 금속 물질은 기계 가공과 성형을 쉽게 할 수 있을 뿐만 아니라 견고함과 응집력을 함께 제공할 수 있고, 반면에 세라믹 물질은 높은 반사율과 열적 안정성을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 열원과 장벽을 포함하는 일체 식 조립체를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 나란히 놓인 열원/장벽의 조립체를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 적외선 라디에이터/장벽의 효율을 결정하는 장치를 도시한 도면.
도 4는 열원에 대하여 조립될 수 있는 두 개의 부품(41, 42)인 본 발명에 따른 금속판을 도시한 도면.
도 5는 방사상 세라믹 패널 식인 열원(55) 주변에 장착된 도 4의 판의 부품(41)을 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 열원과 장벽을 포함하는 일체 식 조립상태를 보여준다. 열원은 세라믹 매트릭스(3)에서 전기 저항(2)을 포함하는 세라믹 적외선 라디에이터(1)이다. 열 장벽은 316Ti 스테인리스 스틸로 만들어진 판(4)을 포함하며, 세라믹 적외선 라디에이터를 향한 이 판의 면은 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 지르코늄 층(5)으로 코팅되었다. 어떤 자유공간이 세라믹 적외선 라디에이터와 코팅 판 사이에 절연 공기 갭(6)을 구성하기 위해서 세라믹 적외선 라디에이터와 판 사이에 유지된다. 스페이서(7)는 판과 세라믹 적외선 라디에이터 사이에 거리 d(또는 자유공간)를 제공하고 또한 이들 두 개의 부품을 서로 결합시킨다. 세라믹 적외선 라디에이터 내에서 저항과 접촉하고 있는 2개의 전선(8)은 판 내에 제공된 오리피스(이들 오리피스는 세라믹 층이 증착되기 전에 금속으로 드릴링 된다)를 통과한다. 이들 전선은 나란히 배열된 작은 세라믹 실린더(10)에 의해 전기적 절연되어 상기 전선을 구부러질 수 있도록 놓아둔다. 상기 금속판은 용접(9)에 의해 서로 조립된 여러 부품으로 구성된다. 이들은 열원과 용광로 벽 사이에 위치한 "하부" 부분과 세라믹 적외선 라디에이터 주변에 놓여진 측면 부분을 포함한다. 이 형태는 가열력(heating power)이 향하는 방향에 대응하는 굵은 화살표로 도시된 방향으로 개방 측면만 제외하고 열원을 둘러싸는 일종의 편향 장벽을 구성할 수 있게 한다. 부품들의 두께는 간결성을 위해 축적대로 도시하지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 나란히 놓인 열원/장벽의 조립체를 보여주며, 특히 용광로의 지붕 또는 벽 또는 난로에 넣어질 수 있으며, 즉 일반적으로 내화 세라믹의 "벽"이라 한다. 이 장치는 내화 세라믹에서 벽(21)을 위한 클레딩(cladding)으로서 놓여진다. 이것은 장착 또는 탈착이 손쉬운 변조 가능한 시스템을 구성한다. 이들 각각의 조립체는 다섯 개의 금속판{네 개의 측면 금속판(16)(도 2에는 오직 각각의 세라믹 적외선 라디에이터를 둘러싸는 두 개만이 도시되어 있다)과 하부 판(17)}으로 둘러싸인 세라믹 적외선 라디에이터 열원(15)(세라믹 적외선 라디에이터 또는 판에 존재하는 저항 또는 전선, 도시 없음)을 포함한다. 측면 판은 두 개의 나란히 놓인 모듈로서 작용한다. 도시된 경우에 있어서, 각 판은 그 두 개의 주 면(18, 19)상에 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 세라믹으로 덮여진다. 또 도시된 경우에 있어서, 하부 판(17)은 세라믹 적외선 라디에이터와 접하는 한 측면 상에만 덮여진다. 측면 판(16)의 이중 면 코팅은 이웃하는 것에 비하여 더 양호하게 각각의 세라믹 적외선 라디에이터를 절연하고, 이것은 가열될 물체에 대하여 그 위치에 따라서 각 모듈의 온도를 더욱 개별화할 수 있게 한다. 따라서 시스템의 조립체는 가요성을 얻게 되고 여러 개의 나란히 놓인 모듈에 상이한 힘을 부여할 수 있다. 이것은 따라서 바람직한 가열 방향인 아래를 향한 화살표 방향으로 "개방" 측 으로 알려진 측면을 제외하고 여러 개의 판들이 열원을 둘러싸는 것을 보게 된다. 이 열원을 둘러싸는 것은 측면(비 개방 측)을 밀착, 밀봉할 수 있고, 세라믹 적외선 라디에이터의 후방(또한 덮여지지 않은 측면)에서 절연을 향상시킬 수 있는 비교적 한정된 공기 쿠션(20)을 발생시킨다. 이것은 따라서 열원의 "제1" 측면과 세라믹 자외선 라디에이터의 후방(2 내지 100mm 그리고 양호하게는 10 내지 60mm 연장하는)에 있는 코팅 면 사이에서 "제 1" 자유공간(22) 사이를 구분 짓게 할 수 있으며, 판과 다른 비 개방 측면 상의 열원 사이의 다른 자유공간(23)은 상기 제 1 자유공간보다 작다.(특히 8mm 미만) 또한 벽(21)에 대한 법선(24)이 판을 통해 나타나며 그리고 벽(21)을 떠날 때 열원을 통과 하고, 상기 판과 상기 벽 사이의 공간은 자유롭다는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 적외선 라디에이터/장벽모듈의 효율을 결정하는 장치를 도시한다. 이것은 그 내부에서 트롤리(31)가 레일(32)을 따라 이동할 수 있는 터널 용광로를 구성한다. 각각의 트롤리는 2mm 두께의 유리판(34)이 놓여진 벤딩 프레임(33)을 운반한다. 도시된 트롤리는 세라믹 적외선 라디에이터와, 세라믹 적외선 라디에이터와 용광로의 내화 세라믹 벽(37) 사이에 위치한 판으로 구성되는 세라믹 적외선 라디에이터/장벽 모듈(35) 아래에 위치한다. 이 모듈은 용광로의 내화 세라믹 벽으로서 작용하는 용광로의 지붕 아래에 위치한다. 유리의 온도는 용광로의 난로에 제공된 오리피스와 트롤리를 통해 고온계(36)에 의해 측정된다.
도 4는 열원에 대하여 조립될 수 있는 두 개의 부품(41, 42)인 본 발명에 따른 금속판을 도시한다. 이들 판들은, 절단되고 접혀진 후 용접되는 편평한 강철판으로 만들어진다. 판의 이들 부품의 내부(53, 54)는 플라즈마 스프레이에 의해 지르코니아로 코팅된다. 이들 두 개의 부품(41, 42)은 슬롯(45,46)내에 텅(tongues)(43, 44)을 삽입하여 조립된다. 조립에 따라, 에지(47, 48)는 나란히 위치한다. 이들 에지(47, 48)는 판이 조립될 때 두 개의 환영 오리피스를 형성하도록 설계된 오리피스(49, 50), (51, 52)의 부품을 포함한다. 이들 두 개의 오리피스는, 두 개의 고정 로드가 열원을 용광로의 내화 벽에 연결하기 위하여 통과하도록 하는 역할을 한다.
도 5는 방사상 세라믹 패널 식인 열원(55) 주변에 장착된 도 4의 판의 부품(41)을 도시한다. 이 열원은 두 개의 로드(56, 57)에 의해 용광로의 벽에 유지된다. 도 4의 부품(42)은 열원(55) 주변에 판을 조립하기 위하여 부품(41)(도 4)과 접하게 놓여진다. 오리피스(49, 50)의 부품은 고정 로드 주변에 두 개의 환영 오리피스를 형성하기 위해 오리피스(51, 52)의 부품에 의해 완성된다. 이런 장치는 특히 용광로의 지붕에 고정되기 위하여 적합하고 고정 로드(56, 57)는 수직하게 된다. 이들 로드는 열원(55)을 유지시키고 열원은 금속판(41, 42)을 유지시킨다. 소결된(sintered) 알루미나로 만들어진 공간(58, 59)은 열원(55)과 판(41, 42) 사이에 일정한 거리를 제공한다. 이들 스페이서는 그들 슬롯에 의해 로드 주변에 위치될 수 있는 분리된 튜브이다. 이들 공간은 열원(55)과 로드를 위한 오리피스를 갖는 판의 측면 사이에 절연 공기 쿠션의 존재를 보장한다. 이 로드는 열원(55)을 위한 전기 공급기의 역할을 한다. 이 경우에 전기 절연의 목적으로, 로드가 판을 통과하는 장소에서 로드를 둘러싸기 위해서 동일하게 분리되는 두 개의 다른 작은 세라믹 튜브가 제공되며, 이 작은 튜브는 스페이서(58, 59) 안에 놓여진다. 조립된 판의 내부 표면은 열원(55)을 전체적으로 포함하는 평행사변형의 형태를 결정한다. 따라서 판은 열원을 완벽하게 둘러싼다. 이 판은(두 개의 부품) 네 개의 측면 판과 하나의 베이스를 포함한다. 이것은 열을 하부로 향하도록 하는 "개방" 측면을 갖는다.
16: 측면판 17: 하부판
20:에어 쿠션 21: 벽
22: 제1 자유공간 24: 법선
31: 트롤리 32: 레일
33: 벤딩 프레임 24: 유리판

Claims (21)

  1. 내화 세라믹 벽과 열원을 포함하는 공간에서 물체를 가열하기 위한 용광로에 있어서,
    상기 용광로는 상기 벽과 상기 열원 사이에 위치한 그 주 면 중 하나 위에 세라믹 물질의 접착층으로 코팅된 적어도 하나의 금속판을 가지며, 상기 접착층은 열원과 접하여 위치하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벽에 대한 법선(normal)이 상기 판을 통과하여 나오고 벽을 떠날 때 상기 열원을 통과하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 법선은 그리고는 상기 공간을 통과하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 플라즈마 스프레이 또는 전자 빔 증발법으로 증착되는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층의 물질은 상기 벽의 것보다 더욱 큰 적외선을 반사하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층의 자유 표면은 지르코늄에 기초하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속판은 강철 또는 니켈 합금으로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층의 물질은 2㎛ 내지 5㎛ 사이에서 30% 보다 큰 적외선에 대한 전 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 물질의 표면은 지르코늄 또는 도핑된 지르코늄에 기초하고, 타이 층(tie layer)이 경우에 따라 금속판과 세라믹 물질의 층사이에 존재하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원은 전기 저항을 포함하며, 특히 복사 세라믹 패널인 것을 특징으로 하는, 용광로.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열원의 제1 측면과 코팅된 판 사이의 자유 공간은 2mm 에서 100mm 까지 연장하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판은 그 두 개의 주면 상에서 세라믹 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판은 개방 측면으로 알려진 측면을 제외하고는 상기 열원을 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 벽을 향하는 열원의 제1 측면과 코팅된 판 사이의 제1 자유공간은 2mm 에서 100mm 까지, 바람직하게는 100mm에서 60mm까지 연장하고, 판과 다른 비 개방 측면 상의 열원 사이의 다른 공간은 상기 자유 공간보다 작으며, 특히 8mm 미만인 것을 특징으로 하는, 용광로.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용광로는 복수개의 모듈을 포함하며, 이들 각각의 모듈은 판과 열원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모듈의 열원은 서로에 대해 독립하여 제공되는 전기 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는, 용광로.
  17. 열원, 그 주면 중 하나에 세라믹 물질의 접착층이 코팅된 금속판을 포함하는 가열 장치로서,
    상기 접착층은 열원과 접하여 위치하고, 상기 판은 상기 열원을 감싸며, 상기 열원에 연결된 적어도 하나의 고정 로드가 상기 판을 통과하고, 상기 판은 여러 부품으로 이루어지며, 적어도 하나의 오리피스에 의해 상기 고정 로드 주변에서 조립되고, 상기 오리피스의 주변부는 상기 판의 여러 부품에 속하는, 가열 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 열원은 전기이고, 상기 적어도 두 개의 고정 로드는 열원에 연결되어, 상기 판을 통과하고, 상기 적어도 두 개의 로드는 열원에 의해 소비된 전기를 전도하는 것을 특징으로 하는, 가열 장치.
  19. 제1항 내지 제18중 어느 한 항에 따른 용광로 또는 장치에 의해 가열이 제공되는 것을 특징으로 하는, 물체를 가열하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 물체는 유리판을 포함하고, 가열은 벤딩 프레임에 놓여진 유리판의 중력 벤딩을 보장하는 것을 특징으로 하는, 물체를 가열하는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 코팅된 금속판은 700℃ 내지 1000℃ 사의의 온도에 있는 것을 특징으로 하는, 물체를 가열하는 방법.
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