KR20120116385A - 유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유리 원료 입자를 용융시켜 용융 유리를 제조하는 유리 용융로 및 그 방법에 있어서, 양질의 용융 유리를 제조할 수 있는 유리 용융로, 유리의 용융 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
산소 연소 버너 (24) 로부터 유리 원료 입자를 투하함과 함께, 그 유리 원료 입자를 산소 연소 버너 (2) 의 화염 (F), 및 열 플라스마 (P) 에 의해 가열하여 용융시킨다. 용융된 액상 유리 입자 (30) 는 용융조 (12) 의 하방을 향하여 낙하하고, 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 의 융액면 상에 착액된다. 그리고, 용융조 (12) 에 설치된 가열 장치 (38) 의 전극 (40, 40) 에 의해 유리 융액 (G) 의 융액 상층 (G1) 을 가열한다. 이로써, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 및 유리 융액 (G) 으로부터 발생하는 공기 및 용존 가스가 기포로 되어 부상하여 원활하게 방출된다.

Description

유리 용융로, 용융 유리의 제조 방법, 유리 제품의 제조 장치, 및 유리 제품의 제조 방법{GLASS MELTING FURNACE, MOLTEN GLASS MANUFACTURING METHOD, GLASS PRODUCT MANUFACTURING DEVICE, AND GLASS PRODUCT MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자로부터 액상의 유리 입자를 형성하여 용융 유리를 제조하는 유리 용융로, 당해 유리 용융로에 의한 용융 유리의 제조 방법, 당해 용융로를 구비한 유리 제품의 제조 장치, 및 상기 제조 방법을 사용한 유리 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1, 2 에는, 고온의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 용융시키고 집적시켜 유리 융액을 제조하는 유리 용융로로서, 유리 용융로의 천정부에 유리 원료 입자 투입부와 유리 원료 입자를 용융시키기 위한 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단을 구비한 유리 용융로가 개시되어 있다.
이 유리 용융로는, 유리 원료 입자 투입부로부터 노 내에 투입한 유리 원료 입자를, 가열 수단에 의해 가열된 고온의 기상 분위기 중에서 용융시켜 액상 유리 입자로 하고, 액상 유리 입자를 유리 용융로 저부에 집적시켜 유리 융액을 형성하고, 유리 융액을 유리 용융로 저부에 일시 저류시키고 배출하는 장치이다. 또, 이와 같은 용융 유리의 제법은 유리의 기중 용융법 (In Flight Melting) 으로서 알려져 있다. 이 기중 용융법에 의하면, 종래의 지멘스 가마에 의한 용융법과 비교하여, 유리 용융 공정의 소비 에너지를 1/3 정도까지 저감시킬 수 있음과 함께 단시간에 용융이 가능해지고, 용융로의 소형화, 축열실의 생략, 품질의 향상, CO2 의 삭감, 유리 품종 변경 시간의 단축화를 도모할 수 있다고 일컬어지고 있다. 이와 같은 유리의 기중 용융법은, 에너지 절약 기술로서 주목받고 있다.
그런데, 유리 원료 입자 투입부로부터 투입되는 유리 원료 입자는, 유리 원료의 혼합물이 집합한 것으로 이루어지고, 입경이 1 ㎜ 이하로 조립 (造粒) 된 것이 일반적으로 사용된다. 유리 용융로에 투입된 유리 원료 입자는, 고온의 기상 분위기 중을 하강 (비상) 하는 동안에 그 한 입자 한 입자가 용융되어 액상 유리 입자가 되고, 액상 유리 입자는 하방으로 낙하하여 유리 용융로 저부에 집적되고, 유리 융액을 형성한다. 이 유리 원료 입자로부터 생성되는 액상 유리 입자는, 유리 액적이라고도 표현할 수 있는 것이다. 고온의 기상 분위기 중에서 단시간에 유리 원료 입자로부터 액상 유리 입자를 생성시키기 위해서는, 유리 원료 입자의 입경은 상기와 같이 작은 것일 필요가 있다. 또, 통상적인 경우, 개개의 유리 원료 입자로부터 생성되는 개개의 액상 유리 입자는 거의 동일한 유리 조성을 갖는 입자일 필요가 있다.
유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 될 때에 발생하는 분해 가스 성분은, 유리 원료 입자와 액상 유리 입자가 모두 작은 입자인 점에서, 생성되는 액상 유리 입자의 내부에 갇히지 않고 그 대부분이 액상 유리 입자 외부로 방출된다. 이 때문에, 액상 유리 입자가 집적된 유리 융액 중에 기포가 발생할 우려는 적다.
한편, 각 유리 원료 입자는 구성 원료 성분이 거의 균일한 입자이며, 그것으로부터 생성되는 각 액상 유리 입자의 유리 조성도 서로 균일하다. 액상 유리 입자 사이의 유리 조성의 상이가 적은 점에서, 다수의 액상 유리 입자가 퇴적되어 형성되는 유리 융액 내에 유리 조성이 상이한 부분이 발생할 우려는 적다. 이 때문에, 종래의 유리 용융로에 필요하다고 여겨졌던 유리 융액의 유리 조성을 균질화하기 위한 균질화 수단이, 기중 용융법에서는 거의 필요해지지 않는다. 가령 소수의 액상 유리 입자가 다른 대부분의 액상 유리 입자와 유리 조성이 상이한 경우가 발생하였다 하더라도, 액상 유리 입자는 입경이 작은 입자인 점에서, 유리 조성이 상이한 소수의 액상 유리 입자로부터 발생한, 유리 융액 중의 유리 조성의 이질 영역은 작고, 이 이질 영역은 단시간에 용이하게 균질화되어 소실된다. 이와 같이, 기중 용융법에서는 유리 융액의 균질화에 필요한 열에너지를 저감시키고, 균질화에 필요한 시간을 짧게 할 수 있다.
특허문헌 1, 2 의 유리 용융로는, 고온의 기상 분위기를 형성하는 가열 수단으로서, 복수 개의 아크 전극이나 산소 연소 노즐을 구비하고 있고, 복수의 아크 전극이 형성하는 열 플라스마 아크나 산소 연소 노즐에 의한 산소 연소염 (플레임) 에 의해 노 내에 약 1600 ℃ 이상의 고온 기상 분위기가 형성되어 있다. 이 고온 기상 분위기 중에 유리 원료 입자를 투입함으로써, 고온 기상 분위기 내에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 변화시킨다. 또, 특허문헌 1 에서 사용되고 있는 유리 원료 입자로는, 단시간에 액상 유리 입자로 변화시킬 수 있고, 발생 가스의 방산이 용이한 관점에서, 입경이 0.5 ㎜ (중량 평균) 이하인 것이 사용되고 있다. 또한, 유리 원료 입자의 미분화에 의한 비용 상승과, 생성되는 액상 유리 입자 사이의 유리 조성 변동 저감의 관점에서, 입경이 0.01 ㎜ (중량 평균) 이상인 것이 사용되고 있다.
특허문헌 1, 2 의 유리 용융로에 의해 제조된 약 1600 ℃ 의 용융 유리는, 유리 용융로로부터 온도 조정조 또는 청징조에 공급되고, 여기서 성형 가능한 온도 (소다라임 유리에서는 약 1000 ℃ 정도) 까지 냉각된다. 그리고, 이 용융 유리는 플로트 배스, 퓨전 성형기, 롤 아웃 성형기, 블로우 성형기, 프레스 성형기 등의 유리 제품의 성형 수단에 공급되고, 여기서 각종 형상의 유리 제품으로 성형된다. 그리고, 성형된 유리 제품은 서랭 수단에 의해 거의 실온까지 냉각되고, 그 후, 필요에 따라 절단 수단에 의한 절단 공정, 및/또는 그 밖의 후공정을 거친 후, 원하는 유리 제품으로 제조된다.
일본 공개특허공보 2006-199549호 일본 공개특허공보 2007-297239호
특허문헌 1, 2 에 개시된 유리 용융로에서는, 유리 융액면에 착액된 액상 유리 입자가 먼저 용융된 유리 융액에 유입되고, 다시 용융이 계속됨으로써, 미용융물이 없는 용융 유리가 제조된다.
그러나, 액상 유리 입자가 유리 융액면 상의 동일 위치에 연속하여 착액되면, 유리 용융로 내에 존재하는 공기 등의 가스가 액상 유리 입자나 유리 융액에 휩쓸려 들어가, 기포가 생성될 우려가 있었다. 액상 유리 입자의 착액시에 생성되는 기포란, 액상 유리 입자끼리의 사이나 액상 유리 입자와 유리 융액 사이에 공기나 연소 가스 등의 가스가 휩쓸려 들어가 생성되는 기포를 말한다. 예를 들어, 유리 융액 표면에 접촉한 대략 구체상의 액상 유리 입자가 유리 융액과 일체화되어 평탄화되기 전에, 그 평탄화 전의 액상 유리 입자 상에 다른 액상 유리 입자가 낙하하여 접촉하고, 양 액상 유리 입자 사이나 양 액상 유리 입자와 유리 융액면 사이 등에 공기 등의 가스가 휩쓸려 들어가는 경우가 있다.
또한, 액상 유리 입자가 유리 융액 표면에 접촉하였을 때에 생성되는 기포로는, 발생 확률은 낮을 것으로 생각되지만, 고온의 기상 분위기에서 용융 직후의 액상 유리 입자 자체에 잔존한 용존 가스 등이 있는 경우, 그 용존 가스 등을 함유하는 액상 유리 입자가 유리 융액에 접촉하여 유리 융액과 일체화되기 직전이나 직후의 그 액상 유리 입자 부분에 다른 액상 유리 입자가 겹쳐 쌓여, 액상 유리 입자에 함유되어 있던 용존 가스 등이 갇혀 기포가 되는 경우도 있다.
이와 같이, 특허문헌 1, 2 의 유리 용융로에서는, 기포가 적은 양질의 용융 유리를 제조할 수 없는 경우가 있다는 결점이 있었다.
또, 특허문헌 2 에는, 유리 융액면에 낙하한 액상 유리 입자를 확산시키기 위해 정기적으로 용융 유리의 액면을 교반한다는 기술이 개시되어 있는데, 액면을 교반하면, 유리 융액에 유입된 공기 및 용존 가스가 확산되어 용융 유리 중으로 반대로 들어가기 때문에, 탈포 효율이 저하되어, 양질의 용융 유리를 제조할 수 없는 경우가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 양질의 용융 유리를 제조할 수 있는 용융 유리의 제조 방법, 유리 용융로, 유리 제품의 제조 방법, 및 유리 제품의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기를 목적으로 하여 예의 연구를 실시한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
즉, 전술한 기중 용융법으로 상정되는 기포는, 발생하는 장소인 유리 융액의 융액면에서 소실시키는 것이 유효하다는 지견을 얻었다.
또한, 유리 융액면 상에 비교적 저온의 미용융의 분체상 원료를 투입하고, 용융 유리 중에 전극을 설치하여 유리 원료를 용융시키는 이른바 콜드 탑형의 전기 용융로에 있어서는, 용융 유리와 유리 원료의 층의 계면에 반용융 상태의 유리의 층이 생성된다. 이 유리의 층은, 이른바 크러스트층으로 불린다. 이 크러스트층은, 본 발명의 과제인 착액시에 발생하는 기포와 동일한 기구에 의해 발생하는 기포도 포함하고 있다. 이 크러스트층을 줄이기 위해 유리 융액 상층을 가열하여 미용융 유리를 줄이고자 하면, 이하의 2 가지 문제가 있다. 첫 번째로, 그 유리 융액의 대류의 특성에서, 유리 융액면으로부터 하방으로 30 ㎝ 정도 이상의 유리 융액의 중층의 위치에 전극을 설치하기 때문에, 유리 융액의 깊이 방향의 온도 분포가 중층 내지 하층에서 높아지고 있어, 추가 전극을 상층에 설치해도, 전류선의 관계에서 상층을 충분히 가열하기는 어렵다. 두 번째로, 전극이 유리 융액의 상층에 배치되면, 전극 근방의 온도 상승에 의해 국소적으로 가열되는 장소가 생기고, 크러스트층 아래에 국소적으로 가스가 모여 크러스트층이 풍선상이 된다. 그 결과적으로 크러스트층 및 크러스트층 상의 단열층으로서 작용하고 있던 유리 원료층에 균열을 발생시켜, 유리 융액이 노출된 부분이 발생하고, 크러스트층 아래의 유리 융액으로부터의 방열량이 증가한다. 이상의 문제에 의해, 안정적인 생산에 지장을 초래하게 된다. 이들 중 두 번째 문제는, 종래의 지멘스 가마의 전기 부스팅에 있어서도 발생할 수 있다.
이상과 같은 이유에서, 종래의 유리 용융로에 있어서는, 유리 융액의 상층, 특히 유리 융액면 근처를, 기포를 소실시킬 목적 등으로 적극적으로 가열하는 방법을 채용하는 경우는 없다.
한편, 기중 용융법의 특징에 의해, 가령 유리 융액의 상층, 특히 융액면 근처를 적극적으로 가열해도, 고온의 기상 분위기 중에서의 용융에 의해 저류된 융액 상층에 비교적 균일하게 액상 유리 입자가 적층되므로, 크러스트층 자체의 발생은 없다.
또, 본 발명자들의 검토에 의해, 기중 용융법에 있어서는, 전기 용융로의 대류에 비해 유리 융액의 비교적 상층까지 대류가 안정적인 것을 발견하였다. 이것에 추가하여, 기중 용융법의 용융로에서는, 전기 용융로와 달리, 원래 유리 융액의 상층 쪽의 온도가 높다. 이 때문에, 본 발명자들은, 기중 용융법에 있어서, 유리 융액의 상층을 가열하는 것에 의한 대류의 흐트러짐을 잘 발생시키지 않는 것도 발견하였다.
즉, 종래의 용융로에서는 유리 융액면 근처의 가열을 적극적으로 실시하기는 어렵지만, 기중 용융법에서는 유리 융액면 근처의 가열을 적극적으로 실시할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 같이, 기중 용융법의 특징에 대해 예의 검토함으로써 비로소, 본 발명의 과제인 착액된 액상 유리 입자 및 유리 융액의 탈포를 원활하게 촉진시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 착상된 본 발명은, 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적시켜 유리 융액으로 하고, 그 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하향으로 설치된 유리 원료 입자 투입부와, 상기 유리 원료 입자 투입부 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 제 1 가열 수단과, 상기 유리 융액의 상층을 가열하는 제 2 가열 수단과, 상기 액상 유리 입자를 집적시켜 유리 융액을 형성하는 노저부와, 상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로를 제공한다.
상기한 기재에 있어서, 「액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적시켜 유리 융액으로 하고」란, 유리 용융로의 저부에 집적된 유리 융액면에 액상 유리 입자를 추가로 착액시켜 유리 융액으로 하는 것도 포함하며, 「유리 융액을 배출한다」란, 집적된 유리 융액을 연속적으로 배출하는 것도 포함한다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부가 상정한 상기 유리 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내, 특히 하방 15 ㎝ 이내에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 상정한 상기 유리 융액면이란, 유리 용융로를 안정적으로 가동하고 있는 상태의 융액면을 나타낸다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부 또는 선단부의 적어도 일부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내, 특히 하방 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 하단부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에 위치하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 제 2 가열 수단은, 상기 유리 융액에 전기를 통전시키는 전극을 갖는 통전 가열 수단, 또는 발열체인 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 발열체는, 상기 유리 융액을 전열에 의해 가열하는 발열 수단을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리의 용융로에 있어서, 상기 발열체는, 판상체로서, 그 판상체의 발열면이 수평 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 발열체는, 연소 가스관으로서, 그 연소관이 수평 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 상기 제 1 가열 수단은, 산소 연소염을 발생시키는 산소 연소 버너, 및 열 플라스마를 발생시키는 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 (多相) 아크 플라스마 발생 장치 중 적어도 일방을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기한 유리 용융로를 사용하여 액상 유리 입자로 하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적시켜 유리 융액으로 하는 용융 유리의 제조 방법으로서, 상기 유리 원료 입자를, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하향으로 공급하고, 제 1 가열 수단에 의해 형성된 기상부를 통과시켜 액상 유리 입자로 하고, 상기 액상 유리 입자를 집적시켜 유리 융액을 형성하고, 상기 유리 융액 상층을 제 2 가열 수단에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 용융 유리의 제조 방법에 있어서, 상기 유리 융액 상층의 가열은, 가열부의 상단이 상기 유리 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내, 특히 하방 15 ㎝ 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리의 제조 방법에 있어서, 상기 유리 융액 상층의 가열은, 가열부의 하단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에서 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리의 제조 방법에 있어서, 상기 유리 융액 상층은, 그 유리 융액 상층의 점도가 30 ㎩·sec 이하가 되는 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리의 제조 방법에 있어서, 상기 유리 융액 상층은, 상기 용융 유리가 소다라임 유리인 경우, 그 유리 융액 상층이 1450 ℃ 이상으로 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기한 유리 용융로와, 그 유리 용융로의 상기 배출부의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 서랭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 장치를 제공한다.
본 발명은, 상기한 용융 유리의 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 유리 융액의 표면에 착액된 액상 유리 입자 및 유리 융액의 탈포를 원활하게 촉진시킬 수 있으므로, 양질의 용융 유리를 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 유리 제품의 제조 장치 및 유리 제품의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의해, 양질의 용융 유리를 대량으로 제조할 수 있으므로, 품질이 양호한 유리 제품을 장기에 걸쳐 생산할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 1 실시형태의 유리 용융로의 종단면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 제 1 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 3 은 제 2 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 4 는 제 3 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 5 는 제 4 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 6 은 제 5 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 7 은 도 6 에 나타낸 가열 장치의 사시도이다.
도 8 은 제 6 실시형태의 가열 장치의 구조도이다.
도 9 는 도 8 에 나타낸 가열 장치의 평면도이다.
도 10 은 실시형태의 유리 제품의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명에 관련된 용융 유리의 제조 방법, 유리 용융로, 유리 제품의 제조 방법, 및 유리 제품의 제조 장치의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.
도시한 유리 용융로에 있어서, 고온의 기상부를 형성하는 제 1 가열 수단은 산소 연소 버너로 이루어진다. 기상부, 즉 기상 분위기는, 산소 연소 버너의 화염 중 및 화염 근방의 고온부로 구성된다.
기상부에 유리 원료 입자를 공급하기 위한 유리 원료 입자 투입부는 산소 연소 버너와 일체로 되고, 산소 연소 버너 출구 부근에서 연소 가스를 공급하는 관과 산소를 공급하는 관과 유리 원료 입자를 공급하는 관이 동축으로 구성되어 있다. 이 유리 원료 입자 투입부와 산소 연소 버너의 조합을, 유리 원료 입자 가열 유닛이라고 한다.
도 1 은 본 발명의 유리 제품의 제조 장치를 구성하는 제 1 실시형태의 유리 용융로 (10) 의 종단면도, 도 2 는 유리 용융로 (10) 의 종단면도이다.
도 1 과 같이 유리 용융로 (10) 는, 용융조 (12) 와 유리 융액 (G) 의 배출구 (14) 를 구비하고 있고, 용융조 (12), 배출구는 주지의 내화 벽돌에 의해 구성되어 있다. 또, 용융조 (12) 는, 그 상부의 노벽부인 천정벽 (18) 에는 1 대의 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 이 배치되고, 그것에 의해 노 내 기상 분위기 중에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 고온의 기상부가 형성되어 있다.
이로써, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 은, 용융조 (12) 에 있어서 유리 융액 (G) 의 흐름 방향 상류측에 설치되어 있다. 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 의 하방 위치에서 액상 유리 입자의 집적에 의해 생성된 유리 융액 (G) 은, 하류측으로 흐름에 따라 균질도를 증대시켜 간다. 또한, 용융 유리는 소정의 온도까지 냉각된 후, 유리 제품의 성형 장치에 공급된다. 이들 용융조 (12), 배출구 (14) 및 탈포조 (16) 는 주지의 내화 벽돌에 의해 구성되어 있다. 또, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 은, 용융조 (12) 의 플랫한 천정벽 (18) 에 하향으로 천정벽 (18) 을 관통하여 설치되어 있다. 이 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 에 대해서는 후술한다.
또한, 용융조 (12) 의 형상은 직육면체 형상에 한정되는 것이 아니고, 원통상으로 구성된 것이어도 된다. 또, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 을 연직 방향 하향으로 설치하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 하향이면 경사지게 설치해도 된다. 또한, 용융조 (12) 의 천정벽 (18) 을 플랫한 형상으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 아치 형상, 돔 형상 등의 형상이어도 된다.
한편, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 의 측방에는, 연도 (煙道) (22) 가 형성되어 있다. 이 연도 (22) 에는, 도시가 생략된 냉각 장치, 집진 장치를 개재하여 흡인 팬이 연결되어 있고, 흡인 팬을 구동함으로써, 용융조 (12) 내의 고온의 배기 가스가 연도 (22) 로부터 흡인된다. 이 배기 가스는, 상기 냉각 장치에 의해 소정의 온도로 냉각된 후, 상기 집진 장치에 의해 배기 가스 중의 진애가 제거되고, 그 후에 상기 흡인 팬에 의해 외부로 배기된다.
또, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 이 천정벽 (18) 이 아니라, 용융조 (12) 의 상부의 측벽에 설치된 경우도 본 발명의 실시형태 중 일례이다. 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 이 측벽에 설치되는 경우에는, 용융조 (12) 의 천정벽 (18) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 까지의 높이의 측벽에 설치된다. 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 이 용융조 (12) 의 천정벽 (18) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 를 초과하는 곳에 설치된 경우, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 에 있어서 유리 융액면과의 연직 거리가 지나치게 작아진다. 그 때문에 수평 방향과 이루는 각이 작아져, 대향 벽면에 유리 입자를 분사하게 되는 결과, 노벽 침식과 그것에 수반되는 유리 오염이라는 문제가 발생한다. 이와 같은 문제가 발생하지 않도록, 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 을 용융조 (12) 의 천정벽 (18) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 1 m 까지의 높이의 측벽에 설치하는 것이 바람직하다. 유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 은, 용융조 (12) 의 천정벽 (18) 의 내벽으로부터 연직 방향으로 90 ㎝ 까지의 높이에 설치되는 것이 바람직하고, 50 ㎝ 까지의 높이에 설치되는 것이 보다 바람직하다.
용융조 (12), 배출구 (14) 및 탈포조 (16) 의 각 조 내에는, 유리 융액 (G) 이 저류되어 있고, 용융조 (12) 에서 제조된 유리 융액 (G) 이 배출구 (14) 를 통하여 탈포조 (16) 로 흐르고, 여기서 청징됨과 함께 소정의 온도까지 냉각된 후, 유리 제품의 성형 장치에 공급된다.
유리 원료 입자 가열 유닛 (20) 으로는, 유리 원료 입자 투입부와 원료 입자 가열부가 일체로 된 산소 연소 버너 (24) 가 적용되고 있다.
이 산소 연소 버너 (24) 로는, 무기 분체 가열용 버너로서 공지된, 원료, 연료, 지연 (支燃) 가스 공급 노즐이 적절히 배치된 산소 연소 버너를 사용할 수 있다. 이 산소 연소 버너 (24) 는 직봉 (直棒) 상으로 구성되고, 그 선단부의 노즐 (26) 에는, 중심부에서 외주부를 향하여 연료 공급 노즐, 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐, 유리 원료 입자 공급 노즐 및 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐의 순서로, 이들 노즐이 전체적으로 동심원상으로 배열되어 있다. 노즐 (26) 로부터 화염 (F) 을 하향으로 분사시키고, 이 화염 (F) (즉, 기상부) 중에 유리 원료 입자를 기체 반송 또는 기계 반송에 의해 상기 유리 원료 입자 공급 노즐로부터 공급한다. 이로써, 유리 원료 입자를 확실하게 또한 단시간에 액상 유리 입자로 할 수 있다. 또한, 도시는 생략되었지만, 이 산소 연소 버너 (24) 에는, 유리 원료 입자를 유리 원료 입자 공급 노즐에 공급하는 원료 입자 공급계, 연료를 연료 공급 노즐에 공급하는 연료 공급계, 및 지연 가스를 1 차 연소용 지연 가스 공급 노즐과 2 차 연소용 지연 가스 공급 노즐에 공급하는 가스 공급계가 접속되어 있다.
이와 같이, 유리 원료 입자 투입부와 원료 입자 가열부가 일체로 된 산소 연소 버너 (24) 를 적용한 경우에는, 산소 연소 버너 (24) 가 유리 원료 입자 투입부를 겸하고 있기 때문에, 유리 원료 입자 투입부를 별개로 형성할 필요는 없다. 그러나, 산소 연소 버너 (24) 의 화염 (F) 을 향하여 유리 원료 입자를 투입하는 유리 원료 입자 투입부를 산소 연소 버너 (24) 에 인접하여 개별적으로 형성해도 된다.
본 발명의 유리 용융로에 있어서, 고온의 기상부를 형성하는 제 1 가열 수단으로는, 산소 연소 버너 (24) 외에, 열 플라스마 (P) 를 발생시키는, 1 쌍 이상의 전극 (34, 34) 으로 구성되는 다상 아크 플라스마 발생 장치 (36) 가 용융층 (12) 의 천정벽 (18) 을 관통하여 설치된 형태여도 된다. 이 다상 아크 플라스마 발생 장치 (36) 에 있어서, 기상부는 아크 플라스마 발생 영역 및 그 근방의 고온부로 구성된다. 또, 제 1 가열 수단으로서, 산소 연소 버너 (20) 및 다상 아크 플라스마 발생 장치의 쌍방을 용융조 (12) 에 설치해도 된다. 또, 화염 (F) 및 열 플라스마 (P) 의 온도는, 유리 원료 입자에 함유되는 분해성 화합물 (탄산염 등) 을 신속히 분해시키고 발생하는 가스를 신속하게 기산시켜 (이하, 가스화 기산이라고 한다), 다른 유리 원료와 함께 유리화 반응을 진행시키기 위해, 규사의 용융 온도 이상인 1600 ℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이로써, 노 내에 투하된 유리 원료 입자는, 화염 (F) 이나 열 플라스마 (P) 에 의해 신속하게 가스화 산일 (散逸) 됨과 함께, 고온에서 가열됨으로써 용융되어 액상 유리 입자가 되고, 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 에 착액된다. 그리고, 액상 유리 입자가 집적되어 형성된 유리 융액 (G) 은, 화염 (F) 이나 열 플라스마 (P) 및 노벽으로부터의 복사열에 의해, 그 상층이 계속해서 가열된다. 도면 중, 화염 (F) 의 내부나 그 하방에 도시된 입자 (30) 는, 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 도중의 입자나 액상 유리 입자를 나타낸다. 유리 원료 입자는 화염 (F) 중에서 신속하게 액상 유리 입자가 되는 것으로 생각되므로, 이하 이 입자를 액상 유리 입자 (30) 라고도 한다.
또한, 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 는, 용융조 (12) 에 설치된 가열 장치 (제 2 가열 수단) (38) 에 의해 추가로 가열된다. 이로써, 유리 융액 (G) 의 유리 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 및 유리 융액 (G) 의 탈포가 촉진된다. 또한, 화염 (F) 의 경우, 그 중심 온도는 산소 연소인 케이스에서 약 2000 ℃ 이고, 열 플라스마 (P) 인 경우에는 5000 ∼ 20000 ℃ 이다.
유리 원료 입자의 평균 입경 (중량 평균) 은 30 ∼ 1000 ㎛ 가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 평균 입경 (중량 평균) 이 50 ∼ 500 ㎛ 의 범위 내인 유리 원료 입자가 사용되고, 또한 70 ∼ 300 ㎛ 의 범위 내인 유리 원료 입자가 바람직하다. 유리 원료 입자가 용융된 액상 유리 입자의 평균 입경 (중량 평균) 은, 통상적으로 유리 원료 입자의 평균 입경의 80 ％ 정도가 되는 경우가 많다.
제 2 가열 수단으로서의 가열 장치 (38) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 용융조 (12) 의 측벽에 관통하여 배치된 복수 쌍의 전극 (40, 40) 으로 구성된다. 이들 전극 (40, 40) 은 봉상으로 구성됨과 함께, 용융조 (12) 에 있어서 동일 높이 위치에 거의 수평이 되도록 설치되고, 용융조 (12) 에 저류된 유리 융액 (G) 의 융액 상층 (G1) 을 가열한다. 즉, 전극 (40, 40) 에 전압을 인가함으로써, 융액 상층 (G1) 에 전기를 통전시켜 융액 상층 (G1) 을 가열한다. 전극 (40) 으로는 몰리브덴제, 플래티나제, 산화주석제 등의 내열제 전극을 예시할 수 있다. 또한, 상기 유리 융액 (G) 의 융액 상층 (G1) 이란, 본 명세서에 있어서 융액의 노저부로부터의 높이 (혹은 융액의 깊이) 의 1/3 이내의 위치에 있는 층을 나타낸다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 유리 용융로의 작용에 대해 설명한다.
산소 연소 버너 (24) 로부터 유리 원료 입자를 투하함과 함께, 그 유리 원료 입자를 산소 연소 버너 (2) 의 화염 (F), 및 열 플라스마 (P) 에 의해 가열하여 용융시킨다. 용융된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 는 용융조 (12) 의 하방을 향하여 비상하여, 용융조 (12) 내의 유리 융액 (G) 의 융액면 상에 착액된다.
그리고, 용융조 (12) 에 설치된 가열 장치 (38) 의 전극 (40, 40) 에 의해 유리 융액 상층 (G1) 을 가열한다. 가열 장치 (38) 의 위치는, 융액면의 상층을 가열하는 위치에 설치된다. 이로써, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 중 (유리 융액 (G) 의 상층) 및 유리 융액 (G) 에 발생한 공기 그리고 용존 가스의 기포화가 그 발생 위치에서 촉진되고, 그 기포가 용융된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 및 유리 융액 (G) 으로부터 원활하게 방출된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 유리 용융로에 의하면, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 및 유리 융액 (G) 의 탈포를 원활하게 촉진시킬 수 있으므로, 양질의 용융 유리를 제조할 수 있다. 또, 대량의 유리 원료 입자를 투입해도, 가열 장치 (38) 의 고열에 의해, 다시 미용융의 유리 원료 입자가 적층되는 경우는 없어지므로, 수십 톤/일 이상 및 수백 톤/일 이상의 유리 제품 생산에 적합한 대규모 용융로에 적합해진다.
또한, 본 발명의 실시형태의 유리 용융로 (10) 에서는, 용융조 (12) 내에서 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 나 유리 융액 (G) 의 탈포가 촉진되므로, 탈포조 (16) 를 없앨 수 있다. 이 경우에는, 용융조 (12) 로부터 온도 조정을 위한 온도 조정조, 또는 스로트 등의 반송로를 통하여 성형 장치에 유리 융액 (G) 을 직접 공급하면 된다.
가열 장치 (38) 는, 용융조 (12) 의 유리 융액 (G) 의 융액면의 점도가 30 ㎩·sec 이하가 되도록, 유리 융액 (G) 을 가열하는 인가 전압 등이 설정되어 있다. 점도가 30 ㎩·sec 이하이면, 액상 유리 입자 (30, 30 …) 의 탈포 촉진에 효과가 있어 바람직하다. 이것은, 점도가 30 ㎩·sec 이하가 됨으로써, 유리 융액의 상층으로부터 기포가 부상하기 쉬워짐과 함께 액상 유리 입자 사이에 기포가 잘 잔존하지 않게 되기 때문이다. 구체적으로는, 기중 용융법에서는, 액상 유리 입자가 1 ∼ 3 ㎜/min 으로 퇴적되는 것을 상정하고 있다. 이에 대하여, 유리 융액 (G) 으로부터 기포 등이 부상하려면, 이 액상 유리 입자의 퇴적 속도 이상으로 부상하는 점도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 기중 용융법에서는 액상 유리 입자의 낙하에 의해 부상한 기포가 터지기 쉬운 만큼, 점도를 퇴적 속도로부터 계산되는 값보다 크게 설정할 수도 있다. 이것을 고려하면, 0.3 ㎜ 정도의 직경을 갖는 기포의 부상은 점도가 30 ㎩·sec 이하가 되도록 가열되어 있으면 되며, 충분히 기포를 줄일 수 있다. 따라서, 점도가 10 ㎩·sec 이하가 되도록 가열되어 있으면 보다 바람직하다. 또, 점도가 3 ㎩·sec 이하가 되도록 가열되어 있으면 더욱 바람직하다.
점도는 유리의 조성에 따라 상이하므로, 예를 들어 소다라임계 유리의 경우에는, 가열 장치 (38) 에 의해 용융 유리를 1450 ℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다. 가열 장치 (38) 에 의해 용융 유리를 1500 ℃ 정도로 가열하는 것이 보다 바람직하다. 가열 장치 (38) 에 의해 용융 유리를 1550 ℃ 로 가열하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 가열 장치 (38) 의 가열부, 즉 전극 (40, 40) 은, 그 상단부가 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있다. 설치 위치가 20 ㎝ 이내이면, 유리 융액 (G) 의 융액면으로부터 전극 (40, 40) 이 지나치게 떨어지지 않아, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30, 30 …) (유리 융액 (G) 의 상층) 를 충분히 가열할 수 있어, 탈포 촉진이 원활하게 실시되므로 바람직하다. 설치 위치가 융액면 아래 20 ㎝ 를 초과하면, 유리 융액 (G) 에서 발생한 하방으로의 대류에 기포가 유입되어, 부상할 수 없게 될 우려가 있다. 설치 위치가 15 ㎝ 이내이면, 유리 융액 (G) 의 융액면에 보다 가까워지기 때문에, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 를 직접 가열할 수 있어, 더욱 탈포 촉진이 원활하게 실시되므로 보다 바람직하다. 설치 위치가 10 ㎝ 이내이면, 유리 융액 (G) 의 융액면에 더욱 가까워지기 때문에, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 를 더욱 직접 가열할 수 있어, 보다 더 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 및 유리 융액 (G) 의 탈포 촉진이 원활하게 실시되므로 더욱 바람직하다. 설치 위치가 5 ㎝ 이내이면, 유리 융액 (G) 의 융액면에 더욱 가까워지기 때문에, 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30, 30 …) 를 더욱 직접 가열할 수 있어, 보다 더 유리 융액 (G) 의 융액면에 착액된 액상 유리 입자 (30) 및 유리 융액 (G) 의 탈포 촉진이 원활하게 실시되므로 또한 더욱 바람직하다. 상기한 가열부의 상단부란, 통전 가열의 전극의 경우이면, 실제로 가열이 일어나고 있는 부분의 상단부의 상단면을 의미하고, 후술하는 메시판을 사용한 발열체이면 메시판의 상면을, 또 후술하는 연소관을 사용한 발열체이면 연소관의 상면을 의미한다.
또한, 제 2 가열 수단인 가열 장치의 설치시에는, 가열 장치가 산화되기 쉬운 전극인 경우에는, 그 상단부가 융액으로부터 나오지 않게 할 필요가 있다. 이것은, 전극이 노 내의 분위기 중에 노출되면, 산화되어 수명이 짧아지기 때문이다.
나아가 또한, 가열 장치 (38) 의 전극 (40, 40) 의 하단부는, 유리 융액 (G) 의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 전극 (40, 40) 의 하단부의 설치 위치가 유리 융액 (G) 의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만이면, 전극 전체가 융액 상층으로부터 지나치게 떨어지지 않아, 융액 상층을 충분히 가열할 수 있다. 전극 (40, 40) 의 하단부의 설치 위치가 유리 융액 (G) 의 융액면으로부터 하방 30 ㎝ 이하이면, 전극 전체가 보다 융액 상층에 가까워지므로, 탈포를 보다 촉진시키는 데에 있어서 바람직하다. 또한, 전극 (40, 40) 의 하단부의 설치 위치가 유리 융액 (G) 의 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이하이면, 전극 전체가 더욱 융액 상층에 가까워지므로, 더욱 탈포를 촉진시키는 데에 있어서 바람직하다. 상기한 가열부의 하단부란, 통전 가열의 전극의 경우이면, 실제로 가열이 일어나고 있는 부분의 하단부의 하단면을 의미하고, 후술하는 메시판을 사용한 발열체이면 메시판의 하면을, 또 후술하는 연소관을 사용한 발열체이면 연소관의 하면을 의미한다.
도 3 은 제 2 실시형태에 관련된 제 2 가열 수단인 가열 장치 (44) 의 구조도이다.
동 도면에 나타내는 가열 장치 (44) 의 가열부, 즉 전극 (46, 46) 은, 판상으로 형성됨과 함께, 용융조 (12) 의 동일 높이 위치에서 거의 수평이 되도록 설치되어 있다. 이 예에 있어서, 전극 (46, 46) 은, 그 상단부의 상단면이 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있다. 그 밖의 제원 (가열 온도 등) 은 도 2 에 나타낸 가열 장치 (38) 와 동일하다. 따라서, 도 3 의 가열 장치 (44) 에 있어서도, 도 2 에 나타낸 가열 장치 (38) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 전극 (46, 46) 의 상단부의 상단면이 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 전극 (46, 46) 을 설치한 경우에도, 유리 융액 (G) 의 탈포 촉진이 원활하게 실시되었다.
도 4 는 제 3 실시형태에 관련된 제 2 가열 수단인 가열 장치 (48) 의 구조도이다.
동 도면에 나타내는 가열 장치 (48) 의 전극 (50, 50) 은, 즉 가열부는, 봉상으로 형성되고, 용융조 (12) 의 노저부 (13) 에서 상방을 향하여 경사지게 관통 삽입됨과 함께, 그 상단부 (51, 51) 가 용융조 (12) 의 동일 높이 위치에서 거의 수평이 되도록 설치되어 있다. 이 예에 있어서, 전극 (50, 50) 은, 실제로 통전 가열에 기여하는 그 전극의 선단부의 선단면이, 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 15 ㎝ 이내에 위치하도록, 그리고 실제로 통전 가열에 기여하는 그 선단부의 하단부의 하단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에 위치하도록 설치되어 있다. 그 밖의 제원 (가열 온도 등) 은 도 2 에 나타낸 가열 장치 (38) 와 동일하다. 따라서, 도 4 의 가열 장치 (48) 에 있어서도, 도 2, 도 3 에 나타낸 가열 장치 (38, 44) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 전극 (50, 50) 의 상단부의 상단면이 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 전극 (50, 50) 을 설치한 경우에도, 유리 융액 (G) 의 탈포 촉진이 원활하게 실시되었다.
도 5 는 제 4 실시형태에 관련된 제 2 가열 수단인 가열 장치 (52) 의 구조도이다.
동 도면에 나타내는 가열 장치 (52) 의 가열부, 즉 전극 (54, 54) 은 봉상으로 형성됨과 함께, 용융조 (12) 의 측벽 (19) 에서 하방을 향하여 경사지게 관통 삽입된다. 또, 전극 (54, 54) 의 선단부, 즉 하단부 (55, 55) 는 유리 융액 (G) 에 침지됨과 함께, 용융조 (12) 의 동일 높이 위치에서 거의 수평이 되도록 설치되어 있다. 도시되는 바와 같이, 전극 (54, 54) 은, 그 선단부가 가열부의 하단부가 되고, 이 전극의 용융 유리에 접촉하고 있는 상부가 가열부의 상단부가 된다. 이 예에 있어서, 가열부의 상단부가 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 15 ㎝ 이내에 위치하도록, 그리고 가열부의 선단부의 하단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에 위치하도록 설치되어 있다. 그 밖의 제원 (가열 온도 등) 은 도 2 에 나타낸 가열 장치 (38) 와 동일하다. 따라서, 도 5 의 가열 장치 (52) 에 있어서도, 도 2 ∼ 도 4 에 나타낸 가열 장치 (38, 44, 48) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 전극 (54, 54) 의 상단부의 상단면이 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 전극 (54, 54) 을 설치한 경우에도, 유리 융액 (G) 의 탈포 촉진이 원활하게 실시되었다.
이상 설명한 제 2 가열 수단인 가열 장치 (38, 44, 48, 52) 는, 유리 융액 (G) 에 전기를 통전시켜 유리 융액 (G) 을 가열하는 통전 가열 수단이다.
또한, 전극 (40, 46, 50, 54) 을 유지하기 위해서는 수랭 홀더가 필요해진다. 몰리브덴 전극의 경우, 600 ℃ 이상에서 승화되어 손모되기 때문에, 유리 시일되지 않은 부분은 수랭시킬 필요가 있다. 수랭은 열손실을 수반하므로, 전극의 밑동 부분의 온도는 낮아지고, 유리 융액 (G) 의 전기 전도도가 저하되기 때문에, 전류는 선단부에 집중시키는 방향으로 작용한다. 이와 같은 이유 때문에, 전극으로는, 도 4 에 나타낸 제 3 실시형태의 전극 (50) 의 배치가 보다 바람직하다. 또, 도 5 에 나타낸 제 4 실시형태에 있어서, 전극 (54) 의 기부를 유리 융액 (G) 에 접촉하지 않도록 하면, 재료 선택 등에서 다른 방법이 필요해지고, 그 결과 상이한 방식으로 전극을 지지하는 경우도 생각할 수 있다.
이하에 서술하는 도 6 ∼ 도 9 에는, 제 2 가열 수단으로서 발열체를 사용한 용융조 (12) 가 도시되어 있다.
도 6 은 제 5 실시형태에 관련된 제 2 가열 수단으로서의 가열 장치 (56) 의 구조도이다.
이 가열 장치 (56) 는, 도 7 에도 나타내는 바와 같이 발열체인 많은 구멍을 갖는 메시판 (58), 즉 가열부를 구비하고 있다. 이 메시판 (58) 을 도 6 과 같이 유리 융액 (G) 에 침지시킴과 함께, 메시판 (58) 의 양측에 형성된 전극판 (60, 60) 을 도시가 생략된 전원에 접속시키고, 메시판 (58) 에 전류를 흐르게 함으로써 메시판 (58) 자체를 발열시켜 유리 융액 (G) 의 융액 상층 (G1) 을 전열에 의해 가열한다. 이 메시판 (58) 은, 유리 융액 (G) 의 융액면과 거의 평행이 되도록 설치되고 또한 용융조 (12) 의 수평 방향 단면적과 거의 동일한 면적을 갖고 있다. 전술한 바와 같이, 이 가열 장치 (56) 에 의하면, 융액 상층 (G1) 의 전역을 거의 동일 온도로 가열할 수 있다. 메시판 (58) 으로는 플래티나제 등의 내열판을 예시할 수 있다. 이 예에 있어서, 메시판 (58) 은 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있다. 또, 이 예에 있어서, 메시판 (58) 을 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 설치해도 된다.
도 8 은 제 6 실시형태에 관련된 제 2 가열 수단으로서의 가열 장치 (62) 의 구조도이다.
이 가열 장치 (62) 는, 도 9 에도 나타내는 바와 같이 발열체로서의 원통상으로 형성된 복수 개 (도 9 에서는 5 개) 의 연소관 (64, 64), 즉 가열부를 구비하고 있다. 이들 연소관 (64, 64) 을 용융조 (12) 의 측벽 (19) 을 관통하여 수평 방향으로 또한 소정의 간격을 갖고 평행하게 배치 설치함으로써 가열 장치 (62) 가 구성되어 있다. 이 가열 장치 (62) 에 의하면, 연소관 (64, 64) 에 연소 가스를 공급하고, 연소 가스를 연소관 (64, 64) 내에서 연소시킴으로써, 연소관 (64, 64) 을 발열시켜, 이 연소관 (64, 64) 의 열에 의해 유리 융액 (G) 의 융액 상층 (G1) 을 가열한다. 연소관 (64) 으로는, 2 규화몰리브덴제의 것을 예시할 수 있다. 이 예에 있어서, 연소관 (64, 64) 은 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있다. 또, 이 예에 있어서, 연소관 (64, 64) 을 유리 융액 (G) 의 융액면 아래 20 ㎝ 이내에 위치하도록 설치해도 된다.
또한, 본 발명의 유리 원료 입자에도, 종래의 유리 원료와 동일하게 용융 중에 기포를 방출하고, 작은 기포를 유입시켜 큰 기포가 되어 상승하거나 하여 탈포 (청징) 시키기 위한 청징제를 넣어도 된다. 단, 본 발명의 경우, 액상 유리 입자를 생성시키는 기상 분위기의 온도가 높기 때문에, 청징제가 휘발될 우려가 있다. 그러나, 본 발명에서는 융액면의 상층을 가열하는 수단을 가지므로, 유리 원료 입자에 함유되어 있는 청징제의 기상 분위기 중에서의 휘발을 줄이기 위해, 유리 원료 입자가 액상 유리 입자가 되는 범위에서 기상 분위기의 온도를 낮춰도, 유리 융액의 표면에 착액된 액상 용융 유리 입자 원료 입자 및 용융 유리 융액의 탈포를 원활하게 촉진시킬 수 있다. 또, 기상 분위기의 온도를 낮춤으로써 휘발을 억제한 청징제는, 융액면 상층의 가열에 의해 융액 내에서 효과를 발휘하여, 보다 청징 효과가 높아진다.
도 10 은 실시형태의 유리 제품의 제조 방법의 실시형태를 나타낸 플로우 차트이다. 도 10 에서는, 유리 제품의 제조 방법의 구성 요소인 용융 유리 제조 공정 (S1), 및 성형 수단에 의한 성형 공정 (S2), 그리고 서랭 수단에 의한 서랭 공정 (S3) 에 더하여, 추가로 필요에 따라 사용하는 절단 공정, 그 밖의 후공정 (S4) 이 도시되어 있다.
도 1 ∼ 도 9 의 용융조 (12) 에서 용융된 유리 융액 (G) 은, 배출구 및 도시가 생략된 도관 구조를 거쳐 성형 수단으로 보내지고 성형된다 (성형 공정). 성형 후의 유리는, 성형 후에 고화된 유리의 내부에 잔류 응력이 남지 않도록 서랭 수단에 의해 서랭되고 (서랭 공정), 추가로 필요에 따라 절단되고 (절단 공정), 그 밖의 후공정을 거쳐, 유리 제품이 된다.
예를 들어, 판유리의 경우에는, 유리 융액 (G) 을 성형 수단에 의해 유리 리본으로 성형하고, 그것을 서랭 수단에 의해 서랭시킨 후, 원하는 크기로 절단하고, 필요에 따라 유리 단부를 연마하거나 하는 후가공을 하여 판유리 제품을 얻을 수 있다.
본 발명에 의해 제조되는 용융 유리는, 기중 가열 용융법에 의해 제조되는 용융 유리인 한, 조성적으로는 제약은 없다. 따라서, 소다라임 유리나 붕규산 유리여도 된다. 또, 제조되는 유리 제품의 용도는, 건축용이나 차량용에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이용, 그 밖의 각종 용도를 들 수 있다.
건축용 또는 차량용의 판유리에 사용되는 소다라임 유리의 경우에는, 하기 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 또는 유기 EL 디스플레이용의 기판에 사용되는 무알칼리 유리의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 39 ∼ 70 ％, Al2O3 : 3 ∼ 25 ％, B2O3 : 1 ∼ 20 ％, MgO : 0 ∼ 10 ％, CaO : 0 ∼ 17 ％, SrO : 0 ∼ 20 ％, BaO : 0 ∼ 30 ％ 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
플라스마 디스플레이용의 기판에 사용되는 혼합 알칼리계 유리의 경우에는, 하기 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.
그 밖의 용도로서, 내열 용기 또는 이화학용 기구 등에 사용되는 붕규산 유리의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO2 : 60 ∼ 85 ％, Al2O3 : 0 ∼ 5 ％, B2O3 : 5 ∼ 20 ％, Na2O ＋ K2O : 2 ∼ 10 ％ 라는 조성을 갖는 것이 바람직하다.
산업상 이용가능성
본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의하면, 유리 융액의 표면에 착액된 액상 유리 입자 및 유리 융액의 탈포를 원활하게 촉진시킬 수 있으므로, 양질의 용융 유리를 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명의 유리 용융로 및 용융 유리의 제조 방법에 의해 양질의 용융 유리를 대량으로 제조할 수 있으므로, 품질이 양호한 유리 제품을 장기에 걸쳐 생산할 수 있다.
또한, 2009년 11월 20일에 출원된 일본 특허출원 2009-265122호의 명세서, 특허청구 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 개시로서 도입하는 것이다.
10 … 유리 용융로, 12 … 용융조, 13 … 노저부, 14 … 배출구, 16 … 탈포조, 18 … 천정벽, 19 … 측벽, 20 … 원료 입자 기중 용융부, 22 … 연도, 24 … 산소 연소 버너, 26 … 노즐, F … 화염, G … 유리 융액, 30 … 액상 유리 입자, P … 열 플라스마, 34 … 전극, 36 … 다상 아크 플라스마 발생 장치, 38 … 가열 장치, 40 … 전극, 44 … 가열 장치, 46 … 전극, 48 … 가열 장치, 50 … 전극, 51 … 전극 (48) 의 상단부, 52 … 가열 장치, 54 … 전극, 56 … 가열 장치, 58 … 메시판, 60 … 전극판, 62 … 가열 장치, 64 … 연소관

Claims (20)

  1. 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적시켜 유리 융액으로 하고, 그 유리 융액을 배출하는 유리 용융로로서,
    상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부에 하향으로 설치된 유리 원료 입자 투입부와,
    상기 유리 원료 입자 투입부 하방에 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 기상부를 형성하기 위한 제 1 가열 수단과,
    상기 유리 융액의 상층을 가열하는 제 2 가열 수단과,
    상기 액상 유리 입자를 집적시켜 유리 융액을 형성하는 노저부와,
    상기 유리 융액을 배출하는 배출부를 구비한 것을 특징으로 하는 유리 용융로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 유리 용융로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 유리 용융로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부 또는 선단부의 적어도 일부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 15 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 유리 용융로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 상단부 또는 선단부의 적어도 일부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 유리 용융로.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 그 가열 수단의 가열부의 하단부가 상정한 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에 위치하도록 설치되어 있는 유리 용융로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가열 수단은, 상기 유리 융액에 전기를 통전시키는 전극을 갖는 통전 가열 수단, 또는 발열체인 유리 용융로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 유리 융액을 전열에 의해 가열하는 발열 수단을 갖는 유리 용융로.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 발열체는, 판상체로서, 그 판상체의 가열면이 수평 방향으로 배치되어 있는 유리 용융로.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 발열체는, 연소 가스관으로서, 그 연소관의 축이 수평 방향으로 배치되어 있는 유리 용융로.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 가열 수단은, 산소 연소염을 발생시키는 산소 연소 버너, 및 열 플라스마를 발생시키는 1 쌍 이상의 전극으로 구성되는 다상 (多相) 아크 플라스마 발생 장치 중 적어도 일방을 구비하는 유리 용융로.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 용융로를 사용하여 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법.
  13. 유리 용융로 내의 기상 분위기 중에서 유리 원료 입자를 액상 유리 입자로 하고, 그 액상 유리 입자를 유리 용융로의 저부에 집적시켜 유리 융액으로 하는 용융 유리의 제조 방법으로서,
    상기 유리 원료 입자를, 상기 유리 용융로 내의 상부의 노벽부로부터 하향으로 공급하고, 제 1 가열 수단에 의해 형성된 기상부를 통과시켜 액상 유리 입자로 하고,
    상기 액상 유리 입자를 집적시켜 유리 융액을 형성하고,
    상기 유리 융액 상층을 제 2 가열 수단에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유리 융액 상층의 가열은, 가열부의 상단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 15 ㎝ 이내에서 실시되는 용융 유리의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 유리 융액 상층의 가열은, 가열부의 상단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 20 ㎝ 이내에서 실시되는 용융 유리의 제조 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 융액 상층의 가열은, 가열부의 하단이 상기 유리 융액의 융액면으로부터 하방 50 ㎝ 미만에서 실시되는 용융 유리의 제조 방법.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 융액 상층은, 그 유리 융액 상층의 점도가 30 ㎩·sec 이하가 되는 온도로 가열되는 용융 유리의 제조 방법.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 융액 상층은, 상기 용융 유리가 소다라임 유리인 경우, 그 유리 융액 상층이 1450 ℃ 이상으로 가열되는 용융 유리의 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 용융로와, 그 유리 용융로의 상기 배출부의 하류측에 형성된 용융 유리를 성형하는 성형 수단과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 서랭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 장치.
  20. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리의 제조 방법에 의해 용융 유리를 제조하는 공정과, 그 용융 유리를 성형하는 공정과, 성형 후의 유리를 서랭시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
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