KR20130124067A - 유리판 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 유리판 제조장치는 유리판의 중앙부 하면에 존재하는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있고, 리니어 모터의 냉각 때문에 발생하는 유리판 파손 및 틴 드롭(tin drop)을 없앨 수 있고, 용융금속의 온도분포를 개선할 수 있다는 장점을 가진다.

Description

유리판 제조 장치{Apparatus for manufacturing glass}

본 발명은 유리판 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플로트 법(float process)에 의한 유리판 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플로트 법에 의한 판유리 제조 장치는, 플로트 조(float bath)에 저장되어 유동되는 용융 금속(용융 주석 등) 상에 용융 유리를 연속적으로 공급하고, 용융 금속 위에 용융 유리가 부유된 상태로 용융 유리를 진행시킬 때, 자기의 표면 장력과 중력에 따른 평형 두께에 도달하거나 평형 두께에 도달하려고 하거나 또는 평형 두께 이상의 용융 유리 리본을 플로트 조의 출구에 인접한 서냉로를 향해 끌어당김으로써 일정 폭의 띠(리본) 형상의 판유리를 제조하는 장치이다.

여기서, 용융 금속은 예를 들어, 용융 주석 또는 용융 주석 합금을 포함하고 용융 유리보다 비중이 크며, 환원성 수소(H₂) 및/또는 질소(N₂) 가스가 충만한 플로트 챔버(float chamber) 안에 수용되어 있다. 또한, 용융 금속을 수용하는 플로트 조는 특수 내화 재료가 내장된 세로로 길게 연장된 구조로 되어 있다. 용융 유리는 용융 금속의 표면에서 리본 형태의 판상 유리로 성형되면서 플로트 조의 상류측으로부터 하류측을 향하여 이동하고, 플로트 조의 하류측에 설정된 이격 위치(이하, 테이크 오프점(take off point)이라 함)에서 용융 금속으로부터 멀어지도록 끌어 올려지고, 다음 공정의 서랭로(cooling furnace)를 향하여 송출된다.

그런데, 플로트 챔버 내부의 용융 금속은 고온(약 600~1100℃) 상태이므로, 용융 금속, 용융 유리, 분위기 중의 N₂, H₂, 미량의 O₂, H₂O 및 S 등이 화학적으로 반응하여, 일반적으로 드로스(Dross)로 불리는 불순물을 발생시킨다. 특히, 하류측의 테이크 오프점 근방은 상류측에 비해 저온이기 때문에 용융 금속의 용해도가 감소하고, 이에 의해 미세한 금속 산화물, 예를 들어 SnO₂ 등의 불순물이 생성되기 쉬울 뿐만 아니라 그 주위에 쌓이기 쉬운 경향이 있다. 이러한 드로스는 테이크 오프점으로부터 리본 형태의 용융 유리를 끌어 올릴 때, 용융 유리의 하면에 부착되어 플로트 조로부터 인출되므로 후속 공정 및/또는 최종 제품의 유리판의 품질을 현저하게 손상시킬 수 있는 스크래치, 얼룩 등을 유발시킬 우려가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 지금까지 다양한 종래 기술들이 개발되었는바, 그 중 대표적인 일본특허공개 소45-30711호에 개시된 바와 같이, 플로트 조의 길이 방향의 종단부의 측벽과 후단벽에 의해 폭 방향으로 약간 확장된, 평면이 대략 T자 형상인 포켓부를 포함하는 회수 유로를 형성함으로써, 노출 유역으로부터 회수 유로 내에 수집된 드로스를 포켓부를 향하여 유도할 수 있도록 소정의 각도로 마련되어 있어 포켓부로부터 드로스를 플로트 조 밖으로 배출한다.

그러나, 유리판의 폭이 크면 클수록 유리판의 중심 아래쪽에는 용융금속의 흐름이 없는 부분이 크게 형성되고 드로스가 축적되어, 유리판이 플로트 조로부터 리프트 아웃 롤러(lift out roller)에 의해 레어 롤러(lehr roller) 쪽으로 옮겨지는 과정 중에 드로스에 의한 틴 픽-업(tin pick-up)이 일어나고 유리보다 딱딱한 드로스는 리프트 아웃 롤러(lift out roller) 또는 레어 롤러(lehr roller) 표면에 부착되어 750도의 높은 온도에서 소프트(soft)한 유리판 표면에 표면 결함인 디그(dig) 또는 마이크로 크랙(micro crack)을 발생시킨다.

한편, 드로스를 원활히 포켓부로 유도하기 위해서 회전수차 또는 리니어 모터를 이용하기도 한다.

상기 리니어 모터는 플로트 조의 내부에서 용융금속(예를 들어, 주석(tin))의 흐름을 개선하기 위해서 일반적으로 사용되고 있으나, 플로트 조의 내부가 650도 이상의 고온으로 유지되기 때문에 고온에서 리니어 모터가 원활하게 작동할 수 있도록 냉각(cooling)이 필요하다.

그러나, 리니어 모터를 유리판의 위에 설치하는 경우에는 유리판이 절단되어 플로트 유리(float glass) 생산이 중단되는 사고가 일어날 수 있고, 냉각(cooling)에 의해 용융금속(예를 들어, 주석(tin))의 증기가 응축되어 응축된 액체가 낙하(tin drop)되어 유리판을 오염시킬 수 있다는 문제점이 있다.

한편, 플로트 조를 지지하기 위한 케이싱은 통상적으로 카본 스틸(carbon steel)로 만들어진다. 카본 스틸은 강자성체이기 때문에 리니어 모터의 자기장에 의해서 자화되어 자기장을 차단하고 진동된다는 문제점이 있다.

이와 같이, 리니어 모터를 사용하면 드로스의 축적을 방지할 수 있지만 상기 문제점들 때문에 리니어 모터를 유리판이 없는, 플로트 조의 양측 위에 설치하여 일부의 드로스를 제거하고 있다. 그러나, 1.1mm 이하의 박판 유리를 생산하는 플로트 글라스(float glass) 생산에서는 일반적으로 냉각(cooling)에 의한 유리판 파손 및 응축된 액체 낙하(tin drop)의 문제로 리니어 모터의 사용을 피하고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 리니어 모터의 냉각(cooling)으로 유리판이 절단되는 문제 및 응축된 액체 낙하(tin drop)의 문제를 해결할 수 있는 유리판 제조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 비자성체 재질의 케이싱과, 케이싱의 아래에 배치된 리니어 모터를 이용하여 용융금속의 흐름을 인위적으로 조절하여 exit lip plate 부분에 정체되어 있는 드로스(dross)를 제거하여 글라스 리본(glass ribbon)에 발생할 수 있는 스크래치(scratch), 디그(DIG), 마이크로 크랙(micro crack) 등의 발생을 방지할 수 있는 유리판 제조 장치를 제공하는 데 있다.

상기 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리판 제조 장치는, 유동 가능한 용융 금속이 저장된 플로트 조(float bath)와, 플로트 조를 지지하도록 플로트 조의 하부에 설치된 케이싱 및, 상기 케이싱의 아래에 배치된 리니어 모터를 구비한다. 상기 유리판 제조 장치에서는 플로트 조의 하류쪽 립브릭(114)에 부딪히는 용융 금속 및 불순물을 플로트 조의 양쪽 측벽 쪽으로 이동시키기 위해 리니어 모터가 플로트 조의 폭 방향으로 설치된다.

상기 리니어 모터의 자성이 케이싱 및 플로트 조를 통과하여 융융금속에 전달될 수 있도록 케이싱 중에서 적어도 리니어 모터의 자성이 통과하는, 리니어 모터의 상측 부분은 비자성 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 리니어 모터의 자기장을 이용하여 용융금속의 흐름을 인위적으로 조절하는 것에 의해서 용융금속의 온도분포를 제어할 수도 있다. 상기 리니어 모터는 케이싱의 외측에 설치되고, 케이싱 중에서 적어도 리니어 모터의 자기장이 통과하는 부분이 비자성 재질로 이루어진다.

본 발명에 따른 유리판 제조 장치는 리니어 모터의 냉각(cooling)으로 인한 유리판의 절단 및 응축된 액체 낙하(tin drop)의 문제를 해결할 수 있다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 유리판 제조장치는 비자성체 재질의 케이싱과, 케이싱의 아래에 배치된 리니어 모터를 이용하여 용융금속의 흐름을 인위적으로 조절하여 exit lip plate 부분에 정체되어 있는 드로스(dross)를 제거하여 글라스 리본(glass ribbon)에 발생할 수 있는 스크래치(scratch), 디그(DIG), 마이크로 크랙(micro crack) 등의 발생을 방지할 수 있다는 효과를 가진다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리판 제조 장치를 개략적으로 도시한 평단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리판 제조 장치를 개략적으로 도시한 평단면도이고, 도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.

본 실시예에 따른 유리판 제조 장치(100)는 소위, 플로트 법에 의해 유리판을 제조하기 위한 것이다. 도면을 참조하면, 유리판 제조 장치(100)는 입구(미도시)와 출구(112)를 가지는 밀폐된 형태의 플로트 챔버와, 플로트 챔버의 아래에 설치된 리니어 모터(150)를 포함한다.

플로트 챔버는 플로트 조(110)와, 플로트 조(110)의 상부를 덮고 있는 지붕(120) 및, 플로트조(110)를 지지하는 케이싱(130)을 구비한다.

플로트 조(110)는 용융 주석, 용융 주석 합금 등의 용융 금속(M)을 저장한다. 이러한 용융 금속(M)은 플로트 조(110)의 상류측(도면 좌측)으로부터 공급되어 하류측(도면 우측)으로 이동하는 과정에서 리본 형태의 유리판이 형성되는 용융 유리(G)에 의해 유동된다. 또한, 용융 금속(M)은 플로트 조(110) 내부의 온도 구배에 의해 비교적 고온으로 유지되는 플로트 조(110)의 상류측으로부터 하류측으로 유동됨과 동시에 플로트 조(110)의 중심으로부터 양 측면으로 유동된다. 용융 유리(G)는 상류측으로부터 하류측을 향하여 이동한 후 테이크 오프점(TO)에서 용융 금속(M)의 욕면으로부터 멀어지도록 위로 당겨짐과 함께 다음 공정의 서냉로(미도시)를 향하여 인출된다(화살표 C 참조). 그리고, 드로스(D)는 하류측의 립 브릭(114) 근처에 정체되어 축적되는데, 이러한 드로스(D)는 리니어 모터(150)에 의해 디드로스 포켓(170)(171)으로 이동될 수 있다.

상기 플로트 챔버 내의 분위기는 질소와 수소의 혼합 기체로 이루어지며, 이러한 혼합 기체는 외부 대기보다 약간 높은 압력으로 유지되고, 용융 금속(M) 및 리본 형태의 용융 유리(G)는 전기 히터(미도시)에 의해 약 600℃-1300℃ 정도로 유지된다. 용융 유리(G)는 무알칼리 유리 또는 소다라임 유리 등이다. 플로트 조(110) 내부에서의 용융 금속(M)의 유동 발생 원리와 구조 및 용융 유리(G)의 투입, 리본화, 이동 및 배출 등은 일반적인 플로트 법에 의해 공지되어 있으므로 본 실시예에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

플로트 조(110)는 내화물로 구성되기 때문에 비자성체이고, 이에 따라 리니어 모터(150)의 자기장을 통과시킨다.

케이싱(130)은 플로트 조(110)를 지지하는 역할을 한다. 통상적인 케이싱은 카본 스틸(carbon steel)로 이루어지기 때문에 리니어 모터(150)의 자기장을 차단하고 진동된다는 문제점이 있다. 본 발명에 따르면, 케이싱(130)이 비자성 재질 예를 들어, 스테인레스 스틸로 만들어지기 때문에 리니어 모터(150)의 자기장이 케이싱(130)을 통과하여 용융금속(M)에 전달될 수 있다. 비자성체 재질은 자기장에 의해서 자화되지 않는 물질로서, 리니어 모터(150)에서 발생된 자력을 통과시켜서 용융금속(M)과 불순물(D)에 전달되도록 한다.

한편, 케이싱(130)의 전체가 비자성 재질로 이루어질 수도 있지만, 리니어 모터(150)의 자기장이 통과하는 부분 예를 들어, 립 브릭(114)의 아래쪽 부분(즉, 리니어 모터의 상측 부분)만이 비자성 재질로 이루어지더라도 용융금속(M)에 자기장이 전달될 수 있다.

리니어 모터(150)는 립 브릭(114)의 아래쪽인 케이싱(130)의 아래에 설치되어 용융금속(M)과 불순물(D)을 양쪽 측벽의 디드로스 포켓(170)(171)으로 이동시킨다. 리니어 모터(150)는 자기장을 발생시켜 용융금속(M)을 직선으로 이동시키는 장치이고 그 구성은 이미 공지된 것이다.

리니어 모터(150)는 케이싱(130)의 아래에 설치되기 때문에 리니어 모터(150)를 냉각(cooling) 시키더라도 용융금속(M)의 증기, 예를 들어 주석(tin)의 증기가 액화되어 유리판에 떨어지는 문제는 발생하지 않는다.

리니어 모터(150)는 용융 금속(M)에 대하여 이동 자계를 가함으로써 용융 금속(M) 및 불순물(D)의 흐름을 발생시킨다.

리니어 모터(150)는 용융 금속(M)을 비접촉식으로 직접 구동할 수 있어 유량 제어가 용이한 이점이 있다. 리니어 모터(150)는 빗살 형상의 1차 철심에 코일을 형성하고, 이 코일에 3상 교류 전압을 인가하고, 코일을 순서대로 자화시킴으로써, 일정한 방향으로 이동하는 자계를 발생시킨다. 이렇게 생성된 이동 자계는 용융 금속(M)에 구동력을 제공하게 된다. 용융 금속(M)의 유동 제어는 판유리 제조 장치의 가동 전에 미리 제어하여 설정해도 되고, 판유리 제조 장치의 가동 후에 유리를 생산하는 과정에서 필요에 따라 제어하여 설정해도 된다.

리니어 모터(150)를 플로트 조(110)의 폭방향으로 구동하여 이동 자계를 여기시키면, 플로트 조(110)의 폭방향으로 용융금속(M)의 흐름이 발생된다. 즉, 불순물(D)이 떠 있을 수 있는 용융 금속(M)은 디드로스 포켓(170)(171)으로 이동하게 된다. 디드로스 포켓(170)(171)에서는 불순물(D)이 제거될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 플로트 조(110)의 테이크 오프점(TO) 근방 특히, 용융 유리(G)의 중앙 부위에서의 드로스(D)의 체류를 방지할 수 있으므로, 종래기술과 비교하여 유리판의 불량 발생률을 감소시킬 수 있다.

리니어 모터(150)는 플로트 조(110)의 폭방향의 중심을 기준으로 양쪽에 각각 설치될 수 있다. 즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 리니어 모터(150)가 상기 중심의 양쪽에 각각 설치되는데, 어느 일측에 설치된 리니어 모터(150)는 상기 중심과 디드로스 포켓(170) 사이의 불순물(D)과 융융금속(M)을 디드로스 포켓(170)으로 이동시키고, 타측에 설치된 리니어 모터(150)는 상기 중심과 디드로스 포켓(171) 사이의 불순물(D)과 융융금속(M)을 디드로스 포켓(171)으로 이동시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 유리판 제조장치(100)는 용융금속(M)의 흐름을 지속적으로 유지시키고 특히, 유리판의 중앙 하측에서도 용융금속(M)의 흐름을 지속적으로 유지시키기 때문에 불순물(D)을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 드로스가 유리판에 묻어 나와서 스크래치(scratch), 디그(dig) 및 마이크로 크랙(microcrack)을 발생시키는 문제점을 해결할 수 있다.

한편, 용융 금속(M)에 부유하는 드로스(D)는 디드로스 포켓(170)(171)에 마련된 회수 수단(미도시)에 의해 회수될 수도 있다. 여기서, 회수 수단으로서는, 예를 들어 용융 금속(M)를 가열함으로써 드로스(D)를 분해하는 수단, 용융 금속(M)을 냉각시킴으로써 분리한 드로스(D)를 기계적으로 포착하는 수단, 용융 금속(M)의 표면에 댐을 마련하여, 물리적으로 불순물을 제거하는 물리적 수단 등이 채택될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 판유리 제조 장치(100)는 냉각된 용융 금속(M)의 온도를 상승시키기 위해 가열 부재(160)를 구비할 수 있다. 이러한 가열 부재(160)는 전기 히터일 수 있으며, 플로트 조(110)의 하류측에서 용융 금속(M)의 온도가 감소됨으로써 불필요한 가스가 발생될 수도 있는 문제점을 보완하기 위한 것이다.

한편, 이상에서는 비자성체 재질로 만들어진 케이싱(130)과 리니어 모터(150)를 이용하여 용융금속(M)의 흐름을 조절하여 불순물(D)을 제거하는 것을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 점에 한정되지 않고 비자성체 재질로 만들어진 케이싱(130)과 리니어 모터(150)의 자기장을 이용하여 용융금속(M)의 온도 분포를 개선하기 위해서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 리니어 모터(150)를 케이싱(130)의 외부에서 케이싱(130)의 아래 또는 측방향에 설치하여 자기장을 용융금속(M)에 인가하면 용융금속(M)의 흐름방향을 인위적으로 조절할 수 있다. 이 때, 케이싱(130)이 비자성체 재질로 만들어져서 자기장을 통과시키기 때문에 리니어 모터(150)를 케이싱(130)의 외부에 적절한 위치에 편리하게 설치할 수 있다.

110 : 플로트 조 114 : 립 브릭
120 : 지붕 130: 케이싱
150 : 리니어 모터 160 : 가열부재
170, 171 : 디드로스 포켓

Claims (3)

1. 유동 가능한 용융 금속이 저장된 플로트 조(float bath) 및, 플로트 조를 지지하도록 플로트 조의 하부에 설치된 케이싱을 구비하고, 상기 플로트 조의 상류측으로부터 공급되어 상기 플로트 조의 하류측을 향하여 상기 용융 금속의 표면 위로 이동되는 용융 유리를, 상기 하류측에 설정된 이격 위치에서 상기 용융 금속으로부터 끌어올림으로써 판상 유리를 성형하는 유리판 제조 장치에 있어서,
   플로트 조의 하류쪽 립브릭(114)에 부딪히는 용융 금속 및 불순물을 플로트 조의 양쪽 측벽 쪽으로 이동시키기 위해 리니어 모터가 상기 케이싱의 아래에 배치되고, 리니어 모터는 플로트 조의 폭 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 유리판 제조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   리니어 모터의 자성이 케이싱 및 플로트 조를 통과하여 융융금속에 전달될 수 있도록 케이싱 중에서 적어도 리니어 모터의 자성이 통과하는, 리니어 모터의 상측 부분은 비자성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리판 제조 장치.
3. 유동 가능한 용융 금속이 저장된 플로트 조(float bath) 및, 플로트 조를 지지하도록 플로트 조의 하부에 설치된 케이싱을 구비하고, 상기 플로트 조의 상류측으로부터 공급되어 상기 플로트 조의 하류측을 향하여 상기 용융 금속의 표면 위로 이동되는 용융 유리를, 상기 하류측에 설정된 이격 위치에서 상기 용융 금속으로부터 끌어올림으로써 판상 유리를 성형하는 유리판 제조 장치에 있어서,
   리니어 모터가 케이싱의 외측에 설치되고, 케이싱 중에서 적어도 리니어 모터의 자기장이 통과하는 부분이 비자성 재질로 이루어지며,
   리니어 모터의 자기장을 이용하여 용융금속의 흐름을 인위적으로 조절하는 것에 의해서 용융금속의 온도분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 유리판 제조 장치.
   
   
   
   
   

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