KR20120117806A - 유리 제조 공정에서 응축물 관련 결함을 감소시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

유리 제조 공정에서 응축물 관련 결함을 감소시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교반 챔버, 특히 교반 샤프트의 내면에 응축되어 유리 용융물로 다시 떨어지는 백금 산화물 미립자와 같은 산화물 미립자들에 의한 유리 용융물의 오염을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 교반 장치의 교반 샤프트 주위에 환형으로 배치된 응축물 수집 용기를 포함한다. 상기 응축물 수집 용기는 교반 챔버를 차지하고 있는 용융물 유리의 자유 표면 상에 위치되어 교반 챔버 커버 또는 그 자체 커버 내의 갭 상에 형성된 소정의 응축된 미립자들을 수집한다. 그러한 응축물을 수집함으로써, 응축물에 의해 야기되는 최종 유리 제품의 결함을 피할 수 있다. 또한, 유리 용융물을 교반하기 위한 방법이 제공된다.

Description

유리 제조 공정에서 응축물 관련 결함을 감소시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING CONDENSATE RELATED DEFECTS IN A GLASS MANUFACTURING PROCESS}
본 출원은 2009년 11월 30일 출원된 미국 출원 제61/265,060호의 이점을 청구한다. 이러한 문서의 내용과 전체 공개공보, 특허 및 여기에 언급된 특허 문서의 내용은 참조로 반영된다.
본 발명은 통상 유리 용융물의 오염물, 특히 유리 교반공정 동안 응축-형성된 오염물을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
화학적 그리고 열적 균질성은 양호한 유리 형성 동작에 있어서 중요한 부분중 하나이다. 통상 유리 용융 동작의 기능은 가스 또는 고체 함유물의 수용가능한 레벨을 갖는 유리를 생성하는 것이나, 이러한 유리는 보통 화학적으로 다른 상(dissimilar phase)의 코드(cord)(또는 가는 선(striae)이나 림(ream))을 갖는다. 유리의 비균질성 성분들은 여러 일반적인 경우 내화성 용해, 용융 층화, 유리 표면 휘발, 및 온도차를 포함하는 용융공정 동안 발생한다. 이러한 결과의 코드는 색 및/또는 표시 차로 인해 눈으로 볼 수 있다.
그러한 유리의 균질성을 개선하기 위한 하나의 접근방식은 용융 유리가 교반기의 하류에 위치된 수직-방향 교반 챔버를 통과하게 하는 것이다. 그와 같은 교반 챔버는 적절한 모터에 의해 회전되는 중심 샤프트를 갖춘 교반기에 설치된다. 그러한 용융 유리가 교반 챔버의 상부에서 하부로 통과하는 동안 그 용융 유리를 혼합하기 위해 다수의 블레이드(blade)가 샤프트로부터 연장되어 제공된다. 본 발명은 그러한 결과의 유리에 또다른 결함, 특히 응축 산화물에 의해 야기되는 결함을 도입하지 않는 교반 챔버에 관한 것이다.
유리 및 교반 챔버에 존재하는 소정의 요소들로부터 유리 교반 챔버 내에 휘발성 산화물이 형성될 수 있다. 몇몇 대부분의 휘발성 및 유해성 산화물은 Pt, As, Sb, B, 및 Sn으로부터 형성된다. 유리 용융물 내에 응축가능한 산화물의 1차적인 소스는 PtO2의 핫 플래티넘(hot platinum) 표면, 및 B2O3, As4O6, Sb4O6, 및 SnO2의 유리 자유 표면을 포함한다. 유리 자유 표면은 교반 챔버 내 분위기에 노출된 유리의 표면을 의미한다. 그러한 유리 자유 표면 상의 분위기가 상기한 휘발성 물질 모두 또는 일부를 포함하거나 다른 휘발성 물질을 포함하기 때문에, 교반 챔버의 외측 분위기보다 더 뜨거워, 소정 개구를 통해, 즉 교반 샤프트와 교반 챔버 커버간 환형 공간을 통해 위쪽으로 유리 자유 표면 상의 분위기가 자연스럽게 유동하는 경향이 있다. 교반 샤프트와 유리 자유 표면간 거리가 증가함에 따라 상기 교반 챔버 샤프트가 쿨러(cooler)가 되기 때문에, 상기 샤프트 및/또는 커버 온도가 이슬점 아래이면 교반 챔버 분위기에 함유된 휘발성 산화물이 샤프트의 표면 상에 응축된다. 결과의 응축물이 분리될 수 있는 임계치의 크기에 도달하면, 유리로 떨어져 그 유리 제품의 내포 함유물 결함 또는 기포 결함을 야기한다.
그러한 유리 자유 표면 상의 샤프트의 가열은 응축물의 층화를 야기하는 유리 용융물에서의 미립자 오염물 감소에 있어 일부의 성공만을 보여준다.
본 발명은 유리 용융물의 오염물, 특히 유리 교반공정 동안 응축-형성된 오염물을 감소시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 하나의 광범위한 특징에 있어서, 유리 용융 및 유리 제조 시스템 내의 교반 챔버의 교반 로드에 부착된 응축물 수집 용기가 제공된다. 상기 응축물 수집 용기는 환형 베이스부를 포함하며, 상기 환형 베이스부는 이 환형 베이스부에 미리 결정된 각도로 부착된 원통형 벽을 갖춘다. 상기 교반 챔버는 커버를 포함하며, 상기 커버는 관통로를 형성하고, 교반기는 커버를 통해 교반 챔버로 연장되는 샤프트를 갖춤으로써 커버와 샤프트간 환형 갭을 형성한다. 샤프트에는 챔버 내의 용융 유리를 효과적으로 혼합하기 위해 사용되는 임펠러 블레이드(impeller blade)가 부착된다.
본 발명이 부가된 도면을 참조하여 좀더 쉽게 이해될 수 있으며, 다른 목적, 특성, 설명 및 그 장점들이 제한하지 않고 주어진 이하의 예시의 설명을 통해 좀더 명확해질 것이다.
본 발명은 유리 용융물의 오염물, 특히 유리 교반공정 동안 응축-형성된 오염물을 감소시키는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 챔버 커버 및 응축물 수집 용기를 나타내는 본 발명의 실시예에 따른 예시의 교반 챔버의 횡단면도이다.
도 2는 교반 샤프트에 부착된 응축물 수집 용기의 부분 3차원도이다.
도 3은 예시의 응축물 수집 용기의 횡단면도이다.
도 1은 유리 용융물을 균질화하기 위한 방법을 실행하는 예시의 장치를 기술한다. 도 1의 교반 챔버(10)는 입구 파이프(12) 및 출구 파이프(14)를 포함한다. 기술된 실시예에서, 용융 유리는 화살표 13으로 표시한 바와 같이 입구 파이프(12)를 통해 교반 챔버 내로 유동하고, 화살표 15로 나타낸 바와 같이 출구 파이프(14)를 통해 교반 챔버 밖으로 유동한다. 교반 챔버(10)는 이 교반 챔버가 타원형 또는 육각형과 같은 다른 형태를 가질 지라도 바람직하게는 원통형이면서 거의 수직-방향인 적어도 하나의 벽(16)을 포함한다. 바람직하게, 교반 챔버 벽은 백금, 백금 합금 또는 분산 강화된 백금 또는 백금 합금(예컨대, 지르코니아 강화된 백금 합금)으로 이루어진 내부 라이닝(18; inner lining)을 포함한다. 전기 전도성 뿐만 아니라 내부식성을 포함하는 유사한 내화 특성을 갖는 다른 라이닝 재료가 대용될 수 있다. 유리 입구 파이프(12)는 교반 챔버(10)의 하부에 또는 그 근처에 위치되며, 반면 유리 출구 파이프(14)는 교반 챔버의 상부 근처에 위치된다. 그러나, 당업자라면 용융 유리가 상부로부터 교반 챔버 내로 유동되어 그 교반 챔버의 하부를 통해 밖으로 유동되는 것과 같이 입구 파이프(12) 및 출구 파이프(14)가 역전될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 적절한 교반(즉, 원하는 양의 균질화)이 달성되도록 제공되는 입구 파이프와 출구 파이프간 중간 위치가 채용된다. 교반기는 효과적인 펌핑을 제공하기 위해 받아들일 수 없을 정도로 높은 레벨의 전단 응력을 필요로 하기 때문에 교반 챔버를 통해 유리를 심하게 펌프하지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게, 교반기 및 교반 챔버 벽은 백금, 백금 합금 또는 분산 강화된 백금 또는 백금 합금(예컨대, 지르코니아 강화된 백금 합금)으로 이루어진다.
교반 챔버(10)는 샤프트 및 상기 교반 챔버의 샤프트 밖으로 그리고 벽(16) 쪽으로 연장되는 다수의 블레이드(24)를 구비한 교반기(20)를 더 포함한다. 샤프트(22)는 거의 수직-방향으로 설치되고 블레이드(24)들이 회전식으로 설치되며, 상기 샤프트의 하부에 연장되어 있는 블레이드들은 용융 유리의 자유 표면(26) 아래에 적어도 부분적으로 잠겨있는 교반 챔버 내에서 회전한다. 용융 유리 표면 온도는 통상 약 1400℃와 1600℃ 사이의 범위가 되지만, 유리 성분에 따라 더 높거나 낮을 수 있다. 바람직하게, 교반기(20)는 백금으로 이루어지지만, 백금 합금, 또는 분산 강화된 백금 또는 백금 합금(예컨대, 지르코니아 강화된 백금 합금)이 될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 교반 챔버(10)는 예컨대 시스템의 정지 동안 교반 챔버로부터 용융 유리를 제거하기 위한 배출관(28)을 포함한다. 추가로(또는 선택적으로), 교반 챔버는 선택의 섬프(30; sump)를 포함한다. 교반기(20)는 적절한 드라이브에 의해 회전된다. 예컨대, 교반기(20)는 적절한 기어링을 통한 전기 모터(도시하지 않음)에 의해 또는 벨트 드라이브에 의해 회전된다.
본 실시예에 따른 교반 챔버(10)는 챔버 커버(32)에 의해 덮힌다. 챔버 커버(32)는 벽(16) 상에 직접 얹혀지고, 또는 고온 밀봉재가 벽과 챔버 커버 사이에 배치되며, 소정의 경우 벽과 챔버 커버간 밀봉은 그 챔버 커버와 벽간 상당한 가스 유동을 충분히 방지한다. 챔버 커버(32)는 또한 그 챔버 커버를 가열하기 위한 커버 히터(34)를 포함함으로써 교반 챔버를 통해 유동하는 유리 용융물의 자유 표면 온도의 조절을 제공한다. 통상 커버 히터(34)는 내화성 물질의 챔버 커버 내에 매립된 백금으로 이루어진 저항성 코일을 포함한다. 저항성 코일에는 챔버 커버를 가열하기 위해 직류가 인가될 지라도 바람직하게는 교류의 전류가 인가된다. 통상 챔버 커버는 유리 용융물의 자유 표면으로부터 약 2인치(5.08cm)와 3인치(7.62cm) 사이의 거리에 있으나, 이러한 거리는 필요에 따라 더 커질 수 있다. 따라서, 교반 챔버(32), 교반 챔버 벽(16)과 유리 자유 표면(26)간 볼륨부(35)가 형성된다.
챔버 커버(32)는 또한 교반 샤프트(22)가 통과하는 관통로를 포함한다. 그 관통로의 내측면은 캐싱(36; casing)을 형성하는 라이닝을 포함한다. 교반 챔버의 다른 요소들과 마찬가지로, 캐싱(36)은 용융 유리로부터 생성되는 부식성 가스 및 응축물과 고온으로 인한 부식에 내성이 있는 것이 바람직하다. 캐싱(36)은 통상 백금 또는 백금 합금으로 이루어진다. 챔버 커버 관통로를 통과하는 샤프트(22)는 샤프트(22)의 외측면과 관통로 또는 채용되는 캐싱(36) 내측면 사이에 환형 갭(38)을 형성하며, 그 환형 갭은 샤프트의 외측면과 캐싱의 내측면 사이에 형성된다. 혼란을 없애기 위해, 이후부터는 캐싱의 내측면에 대해서만 참조가 이루어지나, 어디에 적용되든 양쪽 예를 모두 의미하도록 구성될 수 있다. 환형 갭(38)을 형성하는 그러한 내외측면들에는 응축물(예컨대, 백금)이 형성된다. 일단 그러한 응축물이 소정 크기에 도달하면, 분리되어 유리 용융물로 떨어짐으로써 최종 결과의 유리 제품의 결함을 생성한다. 챔버 커버(32) 상의 샤프트(22) 부분은 내화성 물질을 함유하는 샤프트 히터(40)에 의해 둘러싸인다. 바람직하게, 커버 히터(34)의 경우와 같이 샤프트 히터(40)는 내열요소로 이루어진다. 바람직하게, 그러한 가열요소는 백금으로 이루어지나, 백금 합금으로 이루어질 수도 있다.
절연층(42)이 챔버 커버(32) 상부에 배치된다. 유사하게 절연층(44)은 샤프트 히터(46)를 둘러싼다. 환형 갭(38)은 회전 샤프트와 캐싱, 히터, 절연층 및 커버간 접촉을 없앤다.
선택적으로, 적어도 하나의 유동관(50)이 교반 챔버(10) 외측에서 교반 챔버(10) 내측(즉, 볼륨부(35))으로 연장된다. 그 유동관은 교반 샤프트를 따라 가스를 유동시키기 위해 채용되며, 그에 따라 샤프트에 걸친 휘발성 산화물의 응축을 감소시킨다.
커버(32) 아래 그리고 유리 용융물(26) 위의 교반 샤프트 상에는 응축물 수집 용기(40)가 위치되어 있다. 그 응축물 수집 용기는 교반 샤프트(22)에 거의 수직으로 놓인 환형의 평평한 바닥부(41)를 포함한다. 응축물 수집 용기는 그 바깥 둘레 주위에 수직 방향의 측벽(43)을 더 포함한다. 환형 갭(38)의 내면 상에 형성되어 실질적으로 분리되는 소정의 백금 또는 다른 응축물을 담기 위해 그 바닥부(41)와 측벽(43)의 조합이 제공된다. 일 실시예에서, 바닥부의 영역은 환형 갭(38)의 횡단영역을 초과한다. 다른 실시예에서, 샤프트의 외면에서 응축물 수집 용기의 외벽까지의 거리는 0.5-2인치 사이가 된다. 측벽의 높이는 소정 거리가 될 수 있는데, 일 실시예에서는 0.25인치에서 1인치의 범위가 될 수 있다.
절단된 응축물 수집 용기(40)의 3차원 도면(도 2)으로 볼 수 있는 바와 같이, 환형 바닥부가 샤프트에 접하여 샤프트를 둘러싸고 있다. 둘레의 측벽은 응축물 수집 용기의 바깥 경계를 형성한다. 응축물 수집 용기에는 위로부터 떨어지는 응축물이 도달하여 환형 바닥부(41)와 둘레 측벽(43)에 의해 형성된 그 용기 내에 담겨지도록 상부가 없다. 응축물 수집 용기(40)는 소정의 많은 방식으로 샤프트에 부착되는데, 일 실시예에서는 상술한 길이를 따라 샤프트(22)와 접촉하는 칼라(45; collar)가 형성된다. 그 칼라(45)는 용접되거나 아니면 샤프트에 체결될 것이다. 일 실시예에서, 응축물 수집 용기는 2개의 반-환형부를 결합하고 지름의 용접 라인(47)을 따라 함께 용접함으로써 샤프트에 조립된다.
도 3은 응축물 수집 용기(40)의 횡단면도를 나타낸다. 일 실시예에서, 바닥부와 바깥 둘레 벽간 각도(θA)가 90-120도 사이가 될 것이다. 바람직한 실시예에서, 바닥부와 바깥 둘레 벽간 각도(θA)는 100도이다. 칼라(45)가 교반 샤프트(22)와 접하기 때문에, 바닥부와 칼라간 각도((θB)는 샤프트의 외벽의 각도와 일치된다. 일 실시예에서, 그 각도(θB)는 85-90도 사이가 된다.
상기 응축물 수집 용기는 교반 챔버의 현존하는 온도에 견딜 수 있는 알려진 재료로 이루어진다. 예컨대, 응축물 수집 용기는 백금으로 이루어지나, 백금 합금, 또는 분산 강화된 백금 또는 백금 합금(예컨대, 지르코니아 강화된 백금 합금)이 될 수 있다.
작동에 있어서, 응축물 수집 용기는 상술한 바와 같이 환형 갭으로부터 분리된 응축된 백금 응축물을 점진적으로 수집할 것이다. 유리 제조 시스템이 유지보수를 위해 분해될 경우, 그 용기 내의 응축물이 채취되어 버려지거나 재사용된다.
당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 다른 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 부가된 청구범위 및 그 동등물 내에서 본 발명의 변형 및 변경을 커버할 수 있다.

Claims (20)

  1. 함유된 용융 유리를 교반하는데 이용하기 위한 유리 제조 시스템의 교반 챔버에 있어서,
    적어도 하나의 벽과 관통로를 갖춘 커버;
    샤프트와 커버간 환형 갭을 형성하도록 커버 관통로를 통해 연장되는 샤프트를 포함하는 교반기;
    용융 유리의 자유 표면 상의 볼륨부; 및
    용융 유리의 자유 표면 상에 위치되고 교반 샤프트에 수직 배치된 평평한 환형 바닥부를 갖춘 응축물 수집 용기를 포함하며,
    상기 바닥부는 둘레, 및 그 둘레에 근접하여 연결된 수직 방향의 측벽을 포함하고, 상기 바닥부 및 측벽은 90도와 120도 사이의 각도로 교차하는 교반 챔버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    바닥부와 측벽의 교차로 생성된 각도는 100도인 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  3. 청구항 1에 있어서,
    응축물 수집 용기는 이 응축물 수집 용기를 샤프트에 부착하는 환형 칼라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  4. 청구항 1에 있어서,
    교반 챔버 내의 가스가 볼륨부를 통과하게 하는 적어도 하나의 유동관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  5. 청구항 1에 있어서,
    용융 유리가 교반 챔버 내로 들어가게 하기 위한 입구 및 용융 유리가 교반 챔버 밖으로 유동하게 하기 위한 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  6. 청구항 1에 있어서,
    교반기는 교반 챔버의 샤프트 밖으로 그리고 벽 쪽으로 연장되는 블레이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  7. 청구항 1에 있어서,
    응축물 수집 용기는 백금 또는 백금 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  8. 청구항 1에 있어서,
    바닥부의 횡단 영역은 환형 갭의 횡단 영역을 초과하는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  9. 청구항 1에 있어서,
    교반 챔버에서 응축물 수집 용기의 측벽까지의 거리는 0.5인치와 2인치 사이인 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  10. 청구항 1에 있어서,
    응축물 수집 용기의 측벽은 0.25인치와 1인치 사이의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 교반 챔버.
  11. 적어도 하나의 벽과 관통로를 갖춘 커버; 샤프트와 커버간 환형 갭을 형성하도록 커버 관통로를 통해 연장되는 샤프트를 포함하는 교반기; 용융 유리의 자유 표면 상의 볼륨부; 및 교반 샤프트에 수직 배치된 평평한 환형 바닥부를 갖춘 응축물 수집 용기를 포함하는 교반 챔버를 제공하는 단계, 및
    유리 용융물을 교반하는 단계를 포함하며,
    상기 바닥부는 둘레, 및 그 둘레에 근접하여 연결된 수직 방향의 측벽을 포함하고, 상기 바닥부 및 측벽은 90도와 120도 사이의 각도로 교차하는 유리 용융물 교반 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    교반 방법은 액정표시장치(LCD)용 유리 기판을 제조하기 위한 유리 제조공정의 일부인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    바닥부와 측벽의 교차로 생성된 각도는 100도인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    응축물 수집 용기는 이 응축물 수집 용기를 샤프트에 부착하는 환형 칼라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    용융 유리가 교반 챔버 내로 들어가게 하기 위한 입구 및 용융 유리가 교반 챔버 밖으로 유동하게 하기 위한 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    환형 갭에 형성된 응축물을 분리하여 응축물 수집 용기에 그 응축물을 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    응축물 수집 용기에 수집된 응축물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    바닥부의 횡단 영역은 환형 갭의 횡단 영역을 초과하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    교반 챔버에서 응축물 수집 용기의 측벽까지의 거리는 0.5인치와 2인치 사이인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    응축물 수집 용기의 측벽은 0.25인치와 1인치 사이의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 교반 방법.
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