KR20140025371A - 측방향 ２차 순환을 갖는, 클리어 또는 울트라 클리어 유리를 위한 유리로 - Google Patents

측방향 ２차 순환을 갖는, 클리어 또는 울트라 클리어 유리를 위한 유리로 Download PDF

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사미르 타브로우트
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파이브스 스탕
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Abstract

유리화될 재료들을 가열 및 용융하기 위한 유리로로서, 상기 노에서 2개의 용융된 유리 재순환 루프들이 상기 노의 고온 중심 구역과 각각 낮은 온도인 입구(E) 및 출구(Y) 사이에 있는 욕조에 형성되고, 상기 노는 상기 유리의 측방향 2차 재순환 흐름들(B2La),(B2Lb)을 생성하거나 또는 증가시키기 위하여 측방향 냉각 수단(12a,12b)을 포함한다.

Description

측방향 ２차 순환을 갖는, 클리어 또는 울트라 클리어 유리를 위한 유리로{GLASS FURNACE, IN PARTICULAR FOR CLEAR OR ULTRA-CLEAR GLASS, WITH LATERAL SECONDARY RECIRCULATIONS}
본 발명은 유리화될 재료들을 가열, 용융 및 청징(fin)하기 위한 이중 재순환 흐름 유리로(glass furnace)에 관한 것으로서, 상기 노(furnace)는 다음 요소들을 포함하는 것들의 유형이다.
- 미가공 재료들을 위한 입구;
- 가열 수단이 설비된 상부구조체(superstructure);
- 미가공 재료들의 블랭킷이 상기 입구로부터 임의의 거리 만큼 멀리 상기 노 안으로 부유하는 용융 유리의 용융물을 수용하는 탱크; 및
- 용융 유리가 제거되는 출구.
본 발명은 더욱 특히, 그러나 배타적이지 않게, 클리어 또는 울트라-클리어 유리(ultra-clear glass)를 위한 노에 관한 것이다.
첨부된 도면의 도 1의 개략도를 참조할 때, 종래의 플로트 유리로(float glass furnace)는 미가공 재료들을 위한 입구(E), 버너(G)가 설비된 상부구조체(R), 그 저부(S)가 미가공 재료들의 블랭킷(T)이 입구 및 출구로부터 부유하는 용융 유리의 용융물(N)을 지지하는 탱크(M)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 상기 노 위에서, 상기 노의 길이를 따른 상부구조체(R)의 크라운 Tcrown의 고온 측부의 온도 변화는 도 1의 y-축 상에 플롯팅되고, 곡선(1)에 의해서 표현되고, 그 최대값은 탱크의 중심 구역(I)에 위치한다.
유리의 풀(pool)의 2개의 재순환 루프들(B1,B2)이 상기 노의 고온 중심 구역(I)과 각각 낮은 온도인 입구(E) 및 출구(Y) 사이에 있는 용융물에 형성된다. 도 1에서, 1차 루프(B1)에서의 재순환은 반시계 방향으로 발생되고: 표면에 있는 유리는 구역(I)으로부터 입구(E)를 향하여 유동하고, 저부를 향하여 하강하고 상기 표면을 향하여 상승하기 전에 용융물의 저부 부분에서 중심 구역(I)을 향하여 복귀한다. 2차 루프(B2)에서 재순환은 반대 방향 즉, 시계 방향으로 발생한다. 이들 2개의 재순환 루프들은 노로부터 당겨진 유리의 주요 유동에 영향을 미친다. 이들은 그 강도에 따라서 형상을 변형시키고 상기 주요 유동의 이동을 지속한다.
상기 노로부터 추출된 유리의 품질에 중요한 최단 드웰 시간(dwell time)에 대응하는, 주요 유동이 발생할 수 있는 최단 경로는 점선(2)으로 개략적으로 도시되며, 상기 점선에 따라서 상기 입구 인근의 유리는 저부(S) 인근으로 이동하고, 그후 2개의 재순환 루프들 사이에 있는 비교적 사인형 경로(3)를 따라서 상승하여, 상기 용융물의 상부 레벨 인근의 궤도(4)를 따라서 출구(Y)를 향하여 이동한다. 상향 궤도(3)는 2개의 루프들(B1,B2) 및 그 스프링 구역들(R1 및 R2) 사이에 포함된 중심 스프링 구역(RC)에 대응한다. 상기 용융물의 표면에 있는 유리의 유동의 전환 점은 상기 표면에 있는 스프링 구역들(R1 및 RC)의 분리 점을 표시한다. 상기 노의 입구 및 상기 전환 점 사이의 거리는 도 1에 도시된 길이(C)를 한정하고, 상기 길이는 루프(B1)의 크기를 나타낸다. 이는 실험적으로 또는 수치 모의실험에 의해서 결정될 수 있다. 상기 유리의 청징 품질은 궤도(4)의 초기 부분에 의해서 결정된다. 이러한 초기 부분에서, 유리는 임의의 시간 길이 동안 상기 청징 온도[소다 석회석 유리에 대하여 약 1450℃] 초과의 온도에서 유지된다. 따라서 궤도(4)의 초기 부분에 있는 드웰 시간은 생산된 유리 품질을 결정한다. 이 드웰 시간은 소다 석회석 유리에 대한 약 1450℃ 초과의 온도에 있는 구역의 길이(L)에 의해서, 그리고 유리의 유동 속도에 의해서 주어진다. 이러한 유리 유동 속도는 상기 노의 출구에서 얻어진 당김 속도 및 재순환(B2)의 강도와 관련된다.
따라서, 유리의 품질을 개선하기 위하여 "청징(fining)" 드웰 시간을 최대화하거나 또는 주어진 품질을 위하여 노의 당김 속도를 증가시키는 것이 목표이다. 드웰 시간은 2차 재순환을 느리게 함으로써 증가될 수 있고, 그에 의해서 또한 연료 소모량이 감소될 수 있게 한다. 따라서, 소위 허리부(5a)로 칭하는 노의 제한부는 수년 동안 플로트 유리로에 부가되었다. 또한, 수냉식 배리어(5b)의 상기 허리부(5a)에서 사용되고, 이는 재순환을 더욱 느리게 한다. 더우기, 이 재순환 루프는 제 1 루프와의 상호작용시에 탱크의 중심에서 스프링 구역을 생성하기 위하여 필수적이다. 허리부 및 작용 단부에서의 냉각은 유리의 온도를 감소시킴으로써 2차 루프의 동작을 보장한다.
첨부된 도면의 도 2의 개략도를 참조할 때, 도 1에 도시된 종래 노의 개략적인 상면도를 볼 수 있다.
도 2에서, 상기 표면의 유리 유동은 연속 라인(10a,10b,10c,10d,10e,10f)에서 종결되는 평행한 수평 화살표(6a,6b,6c,6d,6e,6f)에 의해서 표시된다. 화살표(6a 내지 6f)의 길이는 유동 속도를 표시한다. 연속 라인(10a 내지 10f)의 위치는 유리의 유동 방향을 나타낸다: 유리는 화살표(6a 내지 6f)의 단부로부터 유동하여 라인(10a 내지 10f)과 접촉하는 다른 단부를 향하여 상기 연속 라인(10a 내지 10f)과는 접촉하지 않는다. 루프(B2)에 대한 용융 탱크(9.1)의 저부 인근에 있는 유리 유동은 화살표(7a 및 7b)에 의해서 도시된다. 허리부에 있는 유리, 8a 및 8b 및 작용 단부(9.2)에 있는 유리, 8c를 냉각시키는데 사용되는 종래 구역이 또한 이 도면에 도시되어 있다.
화살표(6a)는 노의 입구를 향하여 표면에서 유동하는 유리를 도시하고, 상기 유동은 1차 재순환 흐름과 연관된다. 화살표(6b)는 노의 출구를 향하여 표면에서 유동하는 유리를 도시하고, 상기 유동은 2차 재순환 흐름과 연관된다. 스프링 구역(RC)은 둘 사이에 위치한다.
화살표(6b)가 도시하는 바와 같이, 유리가 표면에서 이동하는 속도는 노의 중심 보다 높고 노의 에지들을 향하여 점차 낮아진다.
화살표(6c)가 도시하는 바와 같이, 이러한 효과는 허리부(5a)가 접근할 때 점진적으로 증가한다. 따라서, 용융 탱크가 좁아지면, 2차 루프의 유동이 상기 탱크의 중심에 있는 허리부 안으로 들어가기 전에 상기 2차 루프의 표면 유동을 모으게 한다. 상기 구역의 속도를 증가시키면 청징 시간을 감소시킬 수 있다.
화살표(7a,7b)가 도시하는 바와 같이, 상기 용융 탱크의 저부를 따른 유리의 반환 유동은 상기 용융 탱크의 폭에 걸쳐 전혀 균일하지 않다. 상기 탱크의 모서리들에 있는 상기 허리부의 인근에는, 그에 따라서 유리 유동이 매우 제한되는 2개의 "데드 구역(dead zone;11)들"이 존재한다.
본 발명의 목표는 무엇보다도 상술한 결점들을 갖지 않거나 또는 적은 범위에서 갖고 그리고 특히 울트라-클리어 유리 뿐 아니라 클리어 유리 및 범용 유리를 위한 높은 청징 품질을 허용하는 이중 재순환 루프 유리로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른, 특히, 그러나 배타적이지 않은, 유리화될 재료들을 가열 및 용융하기 위한 유리로는:
- 미가공 재료들을 위한 입구(E);
- 가열 수단(G)이 설비된 상부구조체(superstructure;R);
- 미가공 재료들의 블랭킷(blanket;T)이 상기 입구로부터 임의의 거리 만큼 멀리 상기 노 안으로 부유하는 용융 유리의 용융물을 수용하는 탱크(M); 및
- 용융 유리가 제거되는 출구(Y),
- 상기 노의 고온 중심 구역(I)과 각각 낮은 온도인 상기 입구 및 출구 사이에 있는 상기 용융물(N)에 형성되는 2개의 용융 유리 재순환 루프들(B1,B2)을 포함하고,
상기 유리로가 허리부, 채널 또는 오버플로우와 같은, 제한부의 양 측부 및 상류에 있는 상기 노의 측방향 측부들의 인근에 위치하는, 상기 유리를 냉각시키기 위한 수단을 포함하므로, 중심 2차 루프의 강도를 감소시키기 위하여 유리의 측방향 2차 재순환 흐름들을 생성하거나 또는 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 유리의 국부적인 측방향 냉각은 유리의 온도를 감소시키고 따라서 그 밀도의 증가를 유도한다. 무거운 유리는 저부를 향하여 하강하고 그때 상기 노의 고온 중심 구역(I)을 향하여 유동한다.
양호하게는, 상기 유리의 냉각 수단은 허리부, 특히 상기 탱크의 모서리들의 입구 인근에 위치한다.
유리하게는, 상기 유리의 냉각 수단은 용융물의 표면 부근에 위치한다. 이들 냉각 수단은 유리 용융물 위에 위치한 특히 오버헤드 냉각기들 또는 상기 용융물 내에 잠겨진 그리고 특히 물로 냉각되는 냉각기들이다.
상기 노의 중심에서 스프링 구역을 확립하기 위하여, 2개의 재순환 루프들은 비교가능한 구동력을 가진다. 이 구동력은 한편으로는 상기 배취 블랭킷(batch blanket)의 저부 측부에 의한 에너지 소모에 의해서 생성된다. 다른 한편으로, 허리부 및 작용 단부 상의 조합된 냉각은 2차 루프의 구동력을 생성한다. 본 발명에 따른, 측방향 2차 유리 재순환 흐름들은 2차 루프의 구동력에 기여한다.
본 발명에 따라서, 종래 냉각은 상기 허리부의 입구 앞의 측방향 냉각에 의해서 부분적으로 또는 완전히 대체된다. 종래의 냉각을 측방향 냉각으로 완전히 대체하면, 냉각 유리의 취약성 또는 결핍성 반환부(7b)를 갖는 허리 또는 오버플로우 유형의 노들에서 특히 유리하다. 2개의 측방향 루프들(B2La 및B2Lb)은 이러한 방식으로 생성되고, 상기 루프들은 2차 재순환 흐름들(B2)의 구동력을 보강한다. 이러한 보강은 중심 루프(B2C)의 강도가 감소되고 따라서 상기 허리부의 입구 앞에 있는 중심 구역에 있는 표면 유동 속도가 감소될 수 있게 한다. 이는 결과적으로 청징 구역에 있는 유리의 드웰 시간을 증가시키고, 따라서 유리의 청징 품질을 더욱 향상시키게 한다.
동등한 유리 청징 품질을 위하여, 이러한 해결 방안은 작용 단부(9.2)의 크기를 감소시킬 수 있게 하고, 이러한 감소는 증가될 노로부터의 당김 속도(pull rate) 또는 작용 단부에 필요한 냉각의 감소와 관련된다.
본 발명은 또한 유리의 유동 속도가 허리부의 입구의 모서리들에서 감소될 수 있게 하고, 그에 의해서 상기 모서리들이 부식될 위험성을 제한한다.
본 발명은 상술한 장치들과는 별개로, 첨부된 도면을 참조하여 기술된 완전히 비제한성 실시예에 관하여 하기에 더욱 명확하게 기술되는 임의의 수의 다른 장치들에 있다.
도 1은 종래의 플로트(float) 유리로에 따른 개략적인 수직 단면도.
도 2는 도 1의 플로트 유리로의 개략적인 상면도.
도 3은 본 발명에 따른 플로트 유리로의 도 2의 것과 유사한 개략적인 상면도.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 중심 2차 재순환(B2C)의 감소에도 불구하고 스프링 구역의 위치가 유지될 수 있게 한다. 이는 결과적으로 허리부 앞의 유리의 유동 속도가 더욱 양호하게 분배되게 한다.
도 3의 화살표 7a,7b는 측방향 루프들(B2La,B2Lb)의 존재로 인하여 결과적으로, 탱크의 폭에 걸쳐 그리고 특히 노의 에지들(11)을 향하여 더욱 균일한, 저부를 따른 유리 유동이 얻어진다.
현저한 측방향 냉각 효과를 얻기 위하여, 측방향 냉각기에 의해서 배출되는 열 유속은 미가공 재료들의 블랭킷을 용융시키는데 필요한 유속의 적어도 5%이어야 한다. 상기 블랭킷을 용융시키는데 필요한 에너지는 연소 챔버로부터의 방사물에 의해서 부분적으로 상기 블랭킷의 상면으로 전달되고 그리고 재순환 루프(B1)로부터의 대류물에 의해서 상기 블랭킷의 저부 측부로 전달된다. 상기 블랭킷을 용융시키는 에너지의 이들 2개의 공급부들의 각각의 기여도는 노 디자인에 따라서 변화된다. 통상적으로 약 50/50%이다. 현저한 측방향 냉각 효과를 얻기 위하여, 이러한 측방향 냉각에 의해서 배출된 에너지 유속은 상기 블랭킷의 저부 측부에 대한 유속의 적어도 10% 이어야 한다.
일반적으로 소위 플로트 노로 칭하는, 플로트 유리로의 동작은 노의 출구가 일정 온도, 통상적으로 1100℃에서 유지되는 것이 필요하다. 허리부 및 작용 단부에서의 냉각은 이 온도에서 유지되도록 조정된다. 루프(B2C)의 중심 재순환과 조합하여 유리를 당기는 것은 작용 단부에 대한 열 공급에 기여한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 허리부의 양 측부 및 상류에 있는 상기 노의 측방향 측부들(13a,13b)의 인근에 위치하는, 측방향 냉각 수단(12a,12b)을 부가하면, 상기 허리부 및 무엇보다도 작용 단부(9.2)에서의 냉각이 감소될 수 있게 한다. 냉각 수단(12a,12b)은 양호하게는, 특히 탱크의 모서리들에 있는 허리부의 입구 인근에 위치한다. 측방향 냉각 수단(12a,12b)은 측방향 재순환 흐름들 또는 루프들(B2La,B2Lb)을 생성하거나 또는 강화시킬 수 있게 하고, 상기 용융 유리의 재순환은 중심 2차 루프(B2C)에 대해서 동일 방향으로 발생한다. 본 발명의 실행하면, 예로서 상기 배리어(5b) 또는 상기 허리부의 단면 깊이를 변화시킴으로써, 상기 루프(B2)의 중심 재순환 강도를 감소시킬 수 있다. 상기 노의 출구에 있는 유리 온도는 이러한 방식으로 유지된다. 따라서, 상기 허리부 및 상기 작용 단부에서의 냉각 작용을 감소시키고, 그리고 상기 중심 2차 재순환(B2C)을 감속시키는 것은 2개의 관련 작용들이다. 이들은 특히 잔여 거품들의 흡수를 위하여 청징 그리고 재청징을 위한 상기 유리의 드웰 시간을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 배취(batch)를 용융시키기 위하여 5MW의 전력을 필요로 하는 20% 컬릿(cullet)을 수용하는 미가공 재료를 갖고, 하루에 소다 석회석 유리의 200 톤의 작은 용량을 갖는 플로트 노에 대해서, 측방향 냉각은 2 ×130kW의 전력을 필요로 한다. 중심 재순환 루프(B2C)를 감소시키면, 20%의 청징 드웰 시간의 증가를 유발시킨다. 동등한 청징 시간을 위하여, 본 발명에 따른 측방향 냉각을 실행하면, 노로부터의 유리의 당김 속도가 증가될 수 있게 한다.
플로트 노에 대해서, 측방향 재순환 흐름들(B2La,B2Lb)은 허리부 그리고 작용 단부에서의 2차 재순환의 부분을 생략하는 것을 구상할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 허리부 그리고 상기 작용 단부에서의 재순환을 완전하게 억제하면, 벽들에 의해서 오염된 유리가 노의 청징 부분 안으로 반환되는 것을 방지한다. 사용된 내화성 재료 및 필요한 유리의 품질에 따라서, 상기 허리부 그리고 상기 작용 단부에서의 잔류 재순환을 유지하는 것이 유리할 수 있다. 가변 깊이를 갖는 배리어 디바이스(5b)는 상기 재순환이 용이하게 조정될 수 있게 한다.
표준 플로트 노 내의 상기 용융 탱크의 단부에서의 연소 부재 및 벽들을 통한 손실들은 상기 허리부 앞의 용융 탱크의 단부에서 상기 유리의 임의의 측방향 냉각을 생성하지만, 이러한 방식으로 배출된 에너지는 실질적으로 미가공 재료들의 블랭킷을 용융시키기 위하여 소모된 유속의 5%보다 낮다. 유리를 경유하는 상기 탱크의 벽들에 대한 손실을 증가시키면, 개선사항이 얻어질 수 있지만 그러나 탱크의 벽들 자체만을 통해서 측방향 2차 재순환을 작동 또는 강화하기에 충분한 손실량을 얻기가 매우 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 측방향 2차 재순환 흐름들이 생성될 수 있게 하는 냉각 디바이스(12a,12b)는 오버헤드 냉각기들이다. 이러한 냉각기들은 용이하게 도입될 수 있고 노로부터 제거될 수 있다.
상기 용융물의 표면은 용융물의 고온 표면과 냉각기의 냉각 표면 사이의 방사 열교환을 통해서 오버헤드 냉각기에 의해서 냉각될 수 있다. 또한 예를 들어, 냉각기가 용융물의 타겟 영역 상으로 공기를 분사하는 경우에는 대류에 의해서 냉각될 수 있다. 송풍 공기의 온도 및 유동 속도는 임의의 실투(devitrification) 위험성을 회피하도록 선택된다.
본 발명의 임의의 실시예에서, 측방향 2차 재순환 흐름들(B2La,B2Lb)이 생성될 수 있게 하는 냉각 디바이스(12a,12b)는 유리 용융물의 표면의 인근에 잠겨진 냉각기들이다.
냉각기들은 특히 수냉식일 수 있다.
냉각 디바이스들은 측벽을 따라서 또는 양호하게는, 단부벽 또는 양자 벽들을 따라서 배치될 수 있다.
본 발명에 따라서, 표면 유리를 가능한 오래 동안 고온으로 유지하기 위하여 냉각 디바이스들을 가능한 상기 단부벽에 인접하게 배치하는 것이 유리하다.
유리하게는, 상기 냉각 디바이스들은 유리의 출구 폭을 제외한 단부벽의 전체 폭을 커버하고, 이는 허리부, 채널 또는 오버플로우이다.
상기 냉각 디바이스는 유리가 빠져나오는 상기 디바이스의 입구에서 모서리들을 보호하기 위하여, 상기 유리의 출구 폭을 부분적으로 커버하는 것이 유리하다.
상기 필요한 냉각 용량에 따라서, 다중 냉각 디바이스들이 제공될 수 있다. 예로서 오버헤드 및 잠겨진 냉각기들과 같은 복수의 냉각기들이 또한 조합될 수 있다.
냉각 디바이스들은 또한 유리의 유속 라인의 레벨에서 유리 측부 상에 배치된 수냉식 냉각기들로 존재할 수 있다.

Claims (7)

  1. 특히, 그러나 배타적이지 않은, 유리화될 재료들을 가열 및 용융하기 위한 유리로(glass furnace)로서,
    - 미가공 재료들을 위한 입구(E);
    - 가열 수단(G)이 설비된 상부구조체(superstructure;R);
    - 미가공 재료들의 블랭킷(blanket;T)이 상기 입구로부터 임의의 거리 만큼 멀리 상기 노 안으로 부유하는 용융 유리의 용융물(melt)을 수용하는 탱크(M); 및
    - 용융 유리가 제거되는 출구(Y),
    - 상기 노의 고온 중심 구역(I)과 각각 낮은 온도인 상기 입구 및 출구 사이에 있는 상기 용융물(N)에 형성되는 2개의 용융 유리 재순환 루프들(B1,B2)을 포함하는, 상기 유리로에 있어서,
    상기 유리로는 제한부(5a)의 양 측부 및 상류에 있는 상기 노의 측방향 측부들(13a,13b)의 인근에 위치한 상기 유리를 위한 냉각 수단(12a,12b)을 포함하여, 중심 2차 루프(B2C)의 강도를 감소시키기 위하여 유리의 측방향 2차 재순환 흐름들(B2La),(B2Lb)을 생성하거나 또는 증가시키는 것을 특징으로 하는 유리로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측방향 냉각기들에 의해서 배출된 열 유속은 상기 미가공 재료들의 블랭킷을 용융시키는데 소모되는 상기 유속의 적어도 5%인 것을 특징으로 하는 유리로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리를 위한 냉각 수단(12a,12b)은 허리부, 특히 상기 탱크의 모서리들의 상기 입구 인근에 위치하는 것을 특징으로 하는 유리로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(12a,12b)은 상기 용융물의 표면 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 유리로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(12a,12b)은 상기 유리 용융물 위에 배치된 오버헤드 냉각기들인 것을 특징으로 하는 유리로.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(12a,12b)은 상기 유리 용융물에 잠겨진 냉각기들인 것을 특징으로 하는 유리로.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 잠겨진 냉각기들은 물로 냉각되는 것을 특징으로 하는 유리로.
KR1020137026233A 2011-04-06 2012-04-05 측방향 ２차 순환을 갖는, 클리어 또는 울트라 클리어 유리를 위한 유리로 KR20140025371A (ko)

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