KR20120024341A - 유리 용해로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 용해로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용해로에 내장되는 도가니 내부에 가열되는 열에너지의 고른 분포를 통해 고순도 유리 용해가 가능한 유리 용해로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유리 용해로는, 폐유리 및 유리원료가 투입되는 도가니와; 상기 도가니의 주위를 둘러싸며, 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층과; 상기 내화벽돌층의 주위를 둘러싸며, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층과; 상기 도가니를 지탱하며, 세라믹 봉히터를 상기 도가니 하부로 통과하도록 소정간격으로 이격되어 1열 이상으로 배열되는 플로팅 벽돌과; 상기 도가니 내부의 하부면에 고온을 집중시키도록 상기 도가니 하부에 위치하며, 상기 플로팅 벽돌 사이로 통과되어 수평 배열되는 세라믹 봉히터와; 상기 세라믹 봉히터의 전기적 연결을 위해 상기 세라믹 봉히터를 외부로 돌출시키는 출구를 형성하도록 소정간격으로 이격 배열되는 히터돌출용 벽돌;을 포함하여 이루어진다.

Description

유리 용해로{GLASS MELTING FURNACE}

본 발명은 유리 용해로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용해로에 내장되는 도가니 내부에 가열되는 열에너지의 고른 분포를 통해 고순도 유리 용해가 가능한 유리 용해로에 관한 것이다.

일반적으로 유리 용해용 전기로는 도가니를 유리용해로에 넣고 탄소봉의 SIC히터나 세라믹 히터와 같은 봉형의 특수한 전기발열체를 사용하여 유리블로잉을 시행한다.

이와 같은 유리 용해로의 구조는 단열벽돌을 외곽에 설치하고, 단열벽돌 안쪽으로 내화벽돌를 쌓고 내화벽돌 안에 도가니 및 히터를 구성하여 사용된다.

그러나, 종래의 유리 용해로에 사용되는 도가니는 그 수명이 1개월 내지 2개월 정도밖에 되지 않는 단점을 가지고 있다.

또한, 종래의 유리 용해로는 단열벽돌을 외곽에 설치하고, 내화벽돌을 내부에 쌓은 후 중심부에 도가니를 설치하게 되는 데, 이때 도가니에 열을 가하기 위해서 유리 용해로의 천정측에서 하부측으로 수직으로 도가니를 감싸는 형태로 히터를 설치한다.

히터를 수직으로 설치하는 이유는 도가니의 수명이 길지 않아 도가니가 고열에 의해 깨지거나 금이 간 상태에서 용해된 유리액이 하부로 흘러내릴 경우 비교적 고가인 히터 자체를 보호하거나 히터의 교체에 따른 비용을 최소화하기 위한 것이다.

하지만, 도가니의 측면에서 열을 가열하는 것은 도가니 내부로 전달되는 온도 분포를 보면, 도가니 내부의 측면 부분에 최고온이 분포되고 도가니의 하부는 측면보다 저온의 온도가 전달되는 특성을 갖는다. 즉, 유리조각은 도가니 내부 하부면에 위치한 관계로 최고온의 온도를 전달받아야 하는 부분은 도가니 측면이 아니라 도가니 하부면이라는 점에서 종래의 유리 용해로는 순도가 높은 용해 유리액을 얻는 데 문제가 발생한다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 가열구조에 따른 열에너지의 고른 분포를 통해 유리 용해의 최적화를 가능하게 하는 유리 용해로를 제안하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유리 용해로는, 폐유리 및 유리원료가 투입되는 도가니와; 상기 도가니의 주위를 둘러싸며, 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층과; 상기 내화벽돌층의 주위를 둘러싸며, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층과; 상기 도가니를 지탱하며, 세라믹 봉히터를 상기 도가니 하부로 통과하도록 소정간격으로 이격되어 1열 이상으로 배열되는 플로팅 벽돌과; 상기 도가니 내부의 하부면에 고온을 집중시키도록 상기 도가니 하부에 위치하며, 상기 플로팅 벽돌 사이로 통과되어 수평 배열되는 세라믹 봉히터와; 상기 세라믹 봉히터의 전기적 연결을 위해 상기 세라믹 봉히터를 외부로 돌출시키는 출구를 형성하도록 소정간격으로 이격 배열되는 히터돌출용 벽돌;을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 세라믹 봉히터는 세라믹관에 삽입되어 배열되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 유리 용해로의 배면측 하부면에는 상기 도가니의 깨짐현상에 의해 흘러나온 유리액을 외부로 배출시키도록 내부로부터 외부까지 관통된 경사로로 이루어진 용해유리액 출구로가 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 용해유리액 출구로는 상기 도가니의 하부측에 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 용해로는, 폐유리 및 유리원료가 투입되는 도가니와; 상기 도가니의 주위를 둘러싸며, 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층과; 상기 내화벽돌층의 주위를 둘러싸며, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층과; 상기 도가니를 지탱하며, 세라믹 봉히터를 상기 도가니 하부로 통과하도록 소정간격으로 이격되어 1열 이상으로 배열되는 플로팅 벽돌과; 상기 도가니 하부에 위치하며, 상기 플로팅 벽돌 사이로 통과되어 수평 배열되는 제1열 세라믹 봉히터와; 상기 도가니 배면측에 위치하며, 상하로 수평 배열되는 제2열 세라믹 봉히터와: 상기 세라믹 봉히터의 전기적 연결을 위해 상기 세라믹 봉히터를 외부로 돌출시키는 출구를 형성하도록 소정간격으로 이격 배열되는 히터돌출용 벽돌;을 포함하여 이루어진다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 가열구조에 따른 열에너지의 고른 분포를 통해 유리 용해의 최적화를 가능하게 하는 유리 용해로를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유리 용해로의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리 용해로의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유리 용해로의 사시도로서, 도가니를 지지하는 플로팅 벽돌의 구조를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 용해로의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유리 용해로의 구조 및 작용효과를 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 유리 용해로의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 유리 용해로의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 유리 용해로의 사시도로서, 도가니를 지지하는 플로팅 벽돌의 구조를 보인 도면이다.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 유리 용해로(10)는 외관을 이루는 스틸재로 이루어지는 상부, 하부 및 측면프레임(11, 12, 13)으로 구성되는 외관프레임과, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층(15)과, 도가니(19)의 주위를 둘러싸며 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층(14)과, 폐유리 및 유리원료가 투입되어 용해되는 도가니(19)와, 도가니(19)의 하부면에 수평 배열되는 세라믹 히터봉(16)를 포함하여 이루어진다.

내화벽돌층(14)에 사용되는 내화벽돌은 1200 내지 1700℃에서 재가열수축률이 0.5%를 넘지 않고, 주성분이 Fe₂O₃인 것을 사용할 수 있다.

도가니(19)의 원료는 알루미나(Alumina)계, 지르코니아(Zirconia)계, 크로미아계(Chromia) 또는 AZS(알루미나-지르코니아-실리카)계 중 어느 하나의 원료에서 선택될 수 있으며, 이들 중 어느 하나의 원료를 전기로에서 용융시켜 성형틀에 주입하여 일체형으로 만든 전주(電鑄) 내화물로 형성된다.

세라믹 히터봉(16)는 다수개가 수평배열되며, 도가니(19)의 하부면을 통과하도록 설치된다.

세라믹 히터봉(16)은 히터봉 자체만으로 수평 배열될 수 있으며, 세라믹 히터봉(16)을 보호할 수 있도록 세라믹관(21)을 형성시킬 수 있다. 도가니(19)는 주기적으로 교체되는 교체품으로서 사용중에 고온의 열에 의해 금이 가거나 깨질 수 있으며, 혹시라도 그러한 일이 발생되어 도가니(19) 내부에 있는 용해된 유리용액이 도가니(19) 외부로 흘러 나갈 경우 그 유리용액이 세라믹 히터봉(16)에 닿게 되면 세라믹 히터봉(16)의 기능이 저하되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 목적과 함께 열의 전달 효율을 저하시키지 않기 위해 열 전달율이 높은 알루미늄 소재나 세라믹 소재의 관을 형성시키는 것이 바람직하다.

세라믹 히터봉(16)의 배열 및 위치는 도가니(19)의 내부 온도를 고른 분포로 상승시키기 위해서 매우 중요한 요건이 된다.

본 발명에서는 세라믹 히터봉(16)을 다수개로 구성하여 수평 배열되도록 위치시키며, 도가니(19) 하부를 통과하도록 위치된다.

다수개의 세라믹 히터봉(16)은 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 직경 20 내지 35mm 정도이고 외부 전원선과 연결된다.

세라믹 히터봉(16)들을 소정 간격 유지하도록 하기 위해, 본 발명에서는 도가니(19) 하부에 도가니(19)를 지탱할 수 있도록 제1열 플로팅 벽돌(31)과 제2열 플로팅 벽돌(32)을 형성시키고 제1열 플로팅 벽돌(31)들 및 제2열 플로팅 벽돌(32)들에 의해 형성된 갭 사이로 세라믹 히터봉(16)이 통과하도록 구현한다.

세라믹 히터봉(16)의 양단은 외부로 노출되어 외부의 전원선과 연결되어야 하므로, 세라믹 히터봉(16)의 양단이 노출되도록 최외각 단열벽돌층에는 일정한 갭이 형성되도록 소정 간격으로 이격된 채 형성되는 히터돌출용 벽돌(17)이 형성된다. 이 히터돌출용 벽돌(17) 사이로 세라믹 히터봉(16)의 양단은 외부로 노출될 수 있다.

제1열 플로팅 벽돌(31)과 제2열 플로팅 벽돌(32)은 도가니(19)를 지탱하는 지지대 역할을 하고, 나아가 세라믹 히터봉(16)이 도가니(19) 하부면을 통과하도록 하여 도가니(19) 하부면에 직접 열을 가할 수 있도록 한다. 또한, 제1열 및 제2열 플로팅 벽돌(31, 32)들의 배열구조인 플로팅 공법은 하부에 위치한 세라믹 히터봉(16)으로부터 발열되는 열을 원활하게 순환시킬 수 있는 열순환로를 형성시켜 도가니(19)에 고온의 열을 전달할 수 있도록 한다.

도가니(19)는 주기적으로 교체 사용되는 부속재이며, 유리 용해로(10)의 고온 및 장시간 사용에 따라 금이 가거나 깨지는 현상이 쉽게 발생된다.

이러한 이유로 하여 상술한 바와 같이, 세락믹 히터봉(16)을 보호할 수 있도록 알루미늄관이나 세라믹관 내부에 세라믹 히터봉(16)을 설치할 수 있으며, 깨진 도가니(19)로부터 흘러나온 유리용액을 외부로 배출할 수 있도록 용해유리액 출구로(22)를 형성시킬 수 있다.

용해유리액 출구로(22)는 유리 용해로(10) 배면측에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 유리 용해로(10)의 내부에서 외부로 관통되도록 하며 내부측에 형성된 개구부의 위치는 도가니(19)의 바닥면 보다 아래쪽에 위치하도록 하여야 할 것이다.

더욱 바람직하게는 용해유리액 출구로(22)는 용해된 유리액이 잘 흘러나갈 수 있도록 소정 각도로 경사된 경사로로 구성할 수 있다.

상술한 본 발명의 유리 용해로의 구성에 따르면, 세라믹 히터봉을 하부면에 수평 배열시키는 구조에 의해 도가니에 전달되는 열에너지의 효율을 높일 수 있고, 도가니를 지탱하는 벽돌층을 플로팅 공법으로 설치하여 유리 용해로 내부의 열 순환을 원활하게 유지하고 세라믹 히터봉을 도가니 하부에 위치하도록 하여 도가니 하부면에 고온의 열을 직접 전달할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 용해로의 단면도이다.

도 4에 도시된 유리 용해로는 도 2와 달리 도가니의 하부면에 세라믹 히터봉을 수평배열시키되 하부면만 열을 전달할 경우 도가니에 집중적으로 열이 가해져 도가니가 깨짐 현상등이 발생할 가능성이 있으므로 열전달 효율을 도가니의 하부면과 도가의 뒷면 부분으로 분배시킨 예를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 유리 용해로는 외관을 이루는 스틸재로 이루어지는 상부, 하부 및 측면프레임(110, 120, 130)으로 구성되는 외관프레임과, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층(150)과, 도가니(190)의 주위를 둘러싸며 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층(140)과, 폐유리 및 유리원료가 투입되어 용해되는 도가니(190)와, 도가니(190)의 하부면에 수평 배열되는 제1열 세라믹 히터봉(160)과, 도가니(190)의 배면에 상하로 수평 배열되는 제2열 세라믹 히터봉(160a)를 포함하여 이루어진다.

제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a)는 다수개가 수평배열되며, 도가니(190)의 하부면과 배면을 통과하도록 설치된다.

제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160 160a)은 히터봉 자체만으로 배열될 수 있으며, 제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a) 각각을 보호할 수 있도록 세라믹관(210, 210a)을 형성시킬 수 있다.

제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a)의 배열 및 위치는 도가니(190)의 내부 온도를 고른 분포로 상승시키기 위해서 매우 중요한 요건이 된다.

본 발명의 다른 실시예에서는 제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160)을 다수개로 구성하여 도가니(190)의 하부면에 수평 배열되도록 위치시키고 또한 도가니(190)의 배면에 상하로 수평 배열되도록 위치시켜 도가니(190)의 내부 온도를 고른 분포로 상승시키게 도가니(190)의 하부면에 열이 집중되는 것을 예방하게 된다.

제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a)의 각각은 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 직경 20 내지 35mm 정도이고 외부 전원선과 연결된다.

제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a) 각각의 양단은 외부로 노출되어 외부의 전원선과 연결되어야 하므로, 제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a)의 양단이 노출되도록 최외각 단열벽돌층에는 일정한 갭이 형성되도록 소정 간격으로 이격된 채 형성되는 히터돌출용 벽돌(170, 170a)이 형성된다. 이 히터돌출용 벽돌(170, 170a) 사이로 제1열 및 제2열 세라믹 히터봉(160, 160a)의 양단은 외부로 노출될 수 있다.

제1열 세라믹 히터봉(160)의 수와 제2열 세라믹 히터봉(160a)의 수는 동일하게 형성하여 하부면과 배면측에서의 열전도도를 거의 비슷하게 유지하도록 하여 열전달 효율을 극대화시키는 것이 바람직할 것이다.

상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 용해로는 세라믹 히터봉을 도가니의 하부면과 배면에 수평 배열시키는 구조에 의해 도가니에 전달되는 열에너지의 효율을 높일 수 있고, 도가니를 지탱하는 벽돌층을 플로팅 공법으로 설치하여 유리 용해로 내부의 열 순환을 원활하게 유지할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 ; 유리 용해로 11, 110 ; 상부프레임
12, 120 ; 하부프레임 13, 130 ; 측면프레임
14, 140 ; 내화벽돌층 15, 150 ; 단열벽돌층
16 ; 세라믹 봉히터 160 ; 제1열 세라믹 봉히터
160a ; 제2열 세라믹 봉히터 17, 170, 170a ; 히터돌출용 벽돌
18 ; 플로팅 벽돌 19, 190 ; 도가니
21, 210, 210a ; 세라믹관 22 ; 용해유리액 출구로
31 ; 제1열 플로팅 벽돌 32 ; 제2열 플로팅 벽돌

Claims (5)

1. 폐유리 및 유리원료가 투입되는 도가니와;
   상기 도가니의 주위를 둘러싸며, 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층과;
   상기 내화벽돌층의 주위를 둘러싸며, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층과;
   상기 도가니를 지탱하며, 세라믹 봉히터를 상기 도가니 하부로 통과하도록 소정간격으로 이격되어 1열 이상으로 배열되는 플로팅 벽돌과;
   상기 도가니 내부의 하부면에 고온을 집중시키도록 상기 도가니 하부에 위치하며, 상기 플로팅 벽돌 사이로 통과되어 수평 배열되는 세라믹 봉히터와;
   상기 세라믹 봉히터의 전기적 연결을 위해 상기 세라믹 봉히터를 외부로 돌출시키는 출구를 형성하도록 소정간격으로 이격 배열되는 히터돌출용 벽돌;을 포함하는, 유리 용해로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹 봉히터는, 세라믹관에 삽입되어 배열되는, 유리 용해로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유리 용해로의 배면측 하부면에는 상기 도가니의 깨짐현상에 의해 흘러나온 유리액을 외부로 배출시키도록 내부로부터 외부까지 관통된 경사로로 이루어진 용해유리액 출구로가 형성되는, 유리 용해로.
4. 제3항에 있어서,
   상기 용해유리액 출구로는 상기 도가니의 하부측에 형성되는, 유리 용해로.
5. 폐유리 및 유리원료가 투입되는 도가니와;
   상기 도가니의 주위를 둘러싸며, 고온에 견딜 수 있도록 쌓아올린 내화벽돌층과;
   상기 내화벽돌층의 주위를 둘러싸며, 가열된 열이 외부로 발산되는 것을 막도록 쌓아올린 단열벽돌층과;
   상기 도가니를 지탱하며, 세라믹 봉히터를 상기 도가니 하부로 통과하도록 소정간격으로 이격되어 1열 이상으로 배열되는 플로팅 벽돌과;
   상기 도가니 하부에 위치하며, 상기 플로팅 벽돌 사이로 통과되어 수평 배열되는 제1열 세라믹 봉히터와;
   상기 도가니 배면측에 위치하며, 상하로 수평 배열되는 제2열 세라믹 봉히터와:
   상기 세라믹 봉히터의 전기적 연결을 위해 상기 세라믹 봉히터를 외부로 돌출시키는 출구를 형성하도록 소정간격으로 이격 배열되는 히터돌출용 벽돌;을 포함하는, 유리 용해로.

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