KR20140107233A - 용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리의 제조 방법 - Google Patents

용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리의 제조 방법 Download PDF

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KR20140107233A
KR20140107233A KR1020147015101A KR20147015101A KR20140107233A KR 20140107233 A KR20140107233 A KR 20140107233A KR 1020147015101 A KR1020147015101 A KR 1020147015101A KR 20147015101 A KR20147015101 A KR 20147015101A KR 20140107233 A KR20140107233 A KR 20140107233A
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Abstract

용해조의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에도, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있는, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리를 생산하기 에 적합한 용융 유리 제조 장치의 제공. 유리 원료를 용해하기 위한 용해조를 갖는 용융 유리 제조 장치로서, 상기 용해조는, 상기 용해조의 상부 공간을 가열하기 위한 버너를 갖고, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF로 할 때, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.4LF 내지 0.6LF가 되는 위치에 중류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.05LF 내지 0.2LF가 되는 위치에 상류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고, 상기 중류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러가 설치된 버블러 그룹으로 구성되고, 상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향으로 병렬하여 설치된 복수의 버블러로 구성되어 있고, 상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 설치된 한 쌍의 버블러를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 유리 제조 장치.

Description

용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리의 제조 방법{APPARATUS FOR PRODUCING MOLTEN GLASS, METHOD FOR PRODUCING MOLTEN GLASS, AND METHOD FOR PRODUCING PLATE GLASS USING SAID APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리를 생산하기 위한 용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리의 제조 방법에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판의 제조에는, 실질적으로 알칼리 금속 이온을 포함하지 않는 무알칼리 유리를 사용하는 것이, 유리 기판의 절연성을 높이기 때문에 바람직하다. 또한, 무알칼리 유리는 열팽창 계수가 작은 점에서도 FPD용의 유리 기판의 제조에 바람직하다.
FPD용의 유리 기판의 제조에 있어서는, 더한층 고품질화, 즉, 균질성이 높은 고품질의 유리 기판의 제조가 요구되고 있다. 이것을 위해 유리 원료를 용해하여 용융 유리를 얻는 용해조(용융로)에서는 용융 유리의 균질성을 높이기 위하여 각양각색의 연구가 이루어져 있다.
특허문헌 1에 기재된 용융로에서는, 횡단부거(橫斷敷居)에 의해 용해로를 상류 대역과 하류 대역으로 나누고, 각각의 대역에서 용융 유리의 순환류(상류측 순환류, 하류측 순환류)를 형성시킴으로써, 원료의 용해 및 용융 유리의 균질화를 행하고 있다. 보다 구체적으로는, 상류 대역에서는 상류측 순환류를 형성함으로써 유리 원료의 용해를 행하고, 하류 대역에서는 하류측 순환류를 형성함으로써 용융 유리의 균질화를 행한다. 특허문헌 1에 기재된 용융로에서는, 상류측 순환류 및 하류측 순환류를 제어하기 위해서, 횡단부거의 상류측에 버블러가 설치되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 용융로(용융 탱크)는 특허문헌 1에 기재된 용융로에 있어서의 횡단부거에 상당하는 구조는 갖고 있지 않지만, 적어도 1열의 버블러와 적어도 2개의 서로 대향한 버너를 사용하여 유리를 용융, 청징하는 것에 대하여 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 용융로는, 고품질의 무알칼리 유리를 생산하는 것에는 반드시 적합한 것은 아니었다.
유리의 용해 온도의 지표에는, Tη, 즉, 유리 점도 η가 102[dPa·s]가 되는 온도가 사용되는데, 무알칼리 유리는 Tη가 1500 내지 1760℃로서, 통상의 소다석회 유리 등의 알칼리 함유 유리에 비하여 Tη가 100℃ 이상 높아, 균질화가 어렵다. 이로 인해, 특허문헌 1, 2에 기재된 소다석회 유리 등의 일반적인 대량 생산용 등의 레이아웃의 용융로에서는 충분히 균질화할 수 없어, 균질성에 대한 요구가 특히 엄격한 유리 제품(FPD용의 유리 기판 등)의 제조에는 반드시 적합한 것은 아니었다.
또한, 상술한 바와 같이, 무알칼리 유리는 소다석회 유리 등의 알칼리 함유 유리에 비하여 Tη가 높기 때문에, 용융로 내에 있어서의 용융 유리의 온도도 필연적으로 높아진다. 용융 유리의 온도가 높으면, 그에 따라 용융 유리에 의한 로내 구조물에 대한 침식 작용이 강해진다. 따라서, 무알칼리 유리의 경우, 특허문헌 1에 기재된 용융로에 있어서의 횡단부거나 특허문헌 2에 기재된 용융로에 있어서의 청징대와 같은, 용융로의 저부에 용융 유리류에 영향을 주는 단차가 존재하면, 용융 유리에 의한 단차의 침식 및 그것에 의한 불순물의 발생이 문제가 된다.
또한, 무알칼리 유리의 경우, 용융로 내에 있어서의 용융 유리의 온도가 필연적으로 높아지므로, 특허문헌 1과 같이 하류 대역이 긴 구조나, 특허문헌 2와 같이 대형의 용융로로 하면, 버너를 사용하여 가열하는 범위가 넓어지므로 에너지 효율적으로 불리하다. 또한, 용융 유리에 의한 침식 및 그것에 의한 불순물의 발생이나, 용융 유리의 유속 변화도 문제가 된다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본원 출원인은, 특허문헌 3에 기재된 용융 유리 제조 장치를 제안하고 있다. 특허문헌 3에 기재된 용융 유리 제조 장치에서는, 유리 원료를 용해하기 위한 용해조(10)의 저면 근방에 설치하는 버블러(제1, 2의 버블러(13, 14)) 및 용해조(10)의 상부 공간을 가열하는 버너(15)를 특정한 배치로 함으로써, 용융 유리 유로의 저부에 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 용융 유리류에 영향을 주는 단차 구조를 설치하지 않고, 용해조(10) 내에서의 용융 유리의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어함으로써, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리를 생산할 수 있다(글 중의 부호는 모두 특허문헌 3에서의 기재와 같음).
일본 특허 공개 평9-124323호 공보 일본 특허 공개 평7-144923호 공보 국제 공개 제2011/036939호
상술한 바와 같이, 특허문헌 3에 기재된 유리 제조 장치를 사용함으로써 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리를 생산할 수 있다.
그러나, 특허문헌 3에 기재된 유리 제조 장치를 사용한 경우에도, 용해조의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에는, 후술하는 이유에 의해 용융 유리의 균질화에 장시간을 필요로 한다.
용해조의 운전을 개시할 때, 용해 작업의 효율화 위해서, 버너로 용해조의 상부 공간을 가열하면서, 파유리를 용해조 내에 투입하고, 상기 파유리를 용해시킴으로써 용해조에 있어서의 용융 유리의 깊이를 확보한다. 예를 들어, 용해조에 있어서의 용융 유리의 목표 깊이의 약 50％ 이상으로 될 때까지, 파유리의 용융에 의해 용융 유리의 깊이를 확보한다.
용해조에 있어서의 용융 유리의 목표 깊이의 약 50％ 이상으로 될 때까지 필요로 하는 시간은 용해조의 치수에 따라 상이하다. 유리 생산량이 20 내지 100톤/일의 규모 용해조의 경우, 그 치수가 상당히 크기 때문에, 용해조에 있어서의 용융 유리의 목표 깊이의 약 50％ 이상으로 될 때까지 장시간을 필요로 한다.
무알칼리 유리를 제조하는 경우에는, 무알칼리 유리 조성의 파유리를 투사하게 되는데, 무알칼리 유리 조성의 경우, 유리 조성 중에 B2O3이나 Cl과 같은 휘산하기 쉬운 성분(이하, 「휘산 성분」이라 함)을 함유하는 점에서, 용융 유리로부터의 휘산에 의해, 용융 유리의 조성이 목표 조성과 상이하게 된다.
그로 인해, 유리 원료의 투입 개시 시에는, 휘산 성분의 원료를 목표 조성보다도 많이 투입함으로써, 용융 유리가 목표 조성이 될 때까지의 시간을 단축한다.
상술한 바와 같이, 특허문헌 3에 기재된 용융 유리 제조 장치에서는, 용해조(10)의 저면 근방에 설치한 버블러(제1, 2의 버블러(13, 14))로부터의 가스(16, 17)의 공급에 의해, 용해조(10) 내에서의 용융 유리의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진함으로써, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어함으로써, 용융 유리의 균질화를 촉진하고 있다(글 중의 부호는 모두 특허문헌 3에서의 기재와 동일함).
그러나, 분자량이 작은 휘산 성분은, 다른 유리 원료에 비하여 비중이 가볍기 때문에, 상기 가벼운 원료가 상류측 순환류에 용해하는 것 없이, 상류측 순환류상을 부유하여 용해조의 하류측으로 이동하는 경향이 있다. 이로 인해, 용해조 내의 용융 유리의 균질화에는 장시간을 필요로 한다.
또한, 용해조의 운전 조건을 변경한 경우에는, 상류측 순환류보다도 용해조의 상류측에서 용융 유리의 체류가 일어나는 경우가 있다. 이러한 용융 유리의 체류는 용융 유리의 균질화를 늦추는 원인이 된다. 또한, 이러한 용융 유리의 체류는, 예를 들어 유리 원료의 투입량을 증가시킨 경우, 제조하는 유리의 비중 조정 목적으로 용해조 내의 용융 유리보다도 비중이 가벼운 유리 원료를 투입했을 경우에 일어나는 경향이 있다. 또한, 어떠한 원인으로, 용해조에 있어서의 용융 유리의 깊이가 낮아진 경우나, 용해조의 상류측에 존재하는 용융 유리의 온도가 저하한 경우에 일어나는 경향이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 용해조의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에도, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있는, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리를 생산하기에 적합한 용융 유리 제조 장치, 용융 유리 제조 방법 및 그것들을 사용한 판유리 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 유리 원료를 용해하기 위한 용해조를 갖는 용융 유리 제조 장치로서,
상기 용해조는, 상기 용해조의 상부 공간을 가열하기 위한 버너를 갖고,
상기 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF로 할 때, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.4LF 내지 0.6LF가 되는 위치에 중류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.05LF 내지 0.2LF가 되는 위치에 상류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고,
상기 중류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러가 설치된 버블러 그룹으로 구성되고,
상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향으로 병렬하여 설치된 복수의 버블러로 구성되어 있고,
상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 설치된 한 쌍의 버블러를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 유리 제조 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 용융 유리 제조 장치를 사용하여, 상기 중류 영역 버블링 유닛 및 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러로부터 가스를 공급하면서 용융 유리를 제조하는, 용융 유리 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형하는 판유리 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치 및 용융 유리 제조 방법에 의하면, 용해조의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에도, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있기 때문에, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리의 생산에 적합하고, 상기 무알칼리 유리의 생산에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 판유리 제조 방법은, 균질성이 높고, 투명성이 높은 판유리를 제조할 수 있기 때문에, FPD용의 기판의 제조에 적합하다.
도 1은 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조의 일 실시 형태 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 용해조(10)의 평면도이다. 단, 용해조(10)의 상부 벽면은 생략되어 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조의 한 실시예 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시하는 용해조의 평면도이다. 단, 이해를 용이하게 하기 위해서, 용해조(10)의 상부 벽면은 생략되어 있다.
용해조(10)의 상류측의 단부에는 유리 원료의 투입구(11)가 설치되어 있다. 투입구(11)로부터 투입된 유리 원료는, 버너(16)에 의한 가열에 의해 용해하여 용융 유리 G가 되고, 용해조(10) 내에 보유된다. 용해조(10)의 하류측의 단부에는, 용융 유리 G를 다음 공정으로 불출하기 위한 불출구(12)가 설치되어 있다. 불출구(12)는 하류측의 도관(20)과 연통하고 있다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)의 저면 근방에는, 각각 복수의 버블러(13, 14, 15)로 구성되는 상류 영역 버블링 유닛 및 중류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있다. 상세하게는 후술하겠지만, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 상류 영역에 설치되어 있고, 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 중류 영역에 설치되어 있다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)의 양측면에는, 상기 용해조(10) 내에 유지된 용융 유리 G보다도 상방에 위치하도록 버너(16)가 배치되어 있다. 버너(16)는 후술하는 예외 부분을 제외하고, 용해조(10)의 길이 방향 전체에 걸쳐 등간격으로 설치되어 있다.
상류 영역 버블링 유닛은, 용해조(10)의 저면 근방에, 상기 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향으로 병렬하여 설치된 복수의 버블러(13)로 구성되어 있다.
도 2에 도시하는 형태에서는, 상류 영역 버블링 유닛은, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 설치된 한 쌍의 버블러(13)로 구성되어 있다.
상세하게는 후술하겠지만, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)로부터 가스(18, 19)를 공급함으로써, 용융 유리 유로의 저부에 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 것과 같은 용융 유리류에 영향을 주는 단차 구조를 설치하는 일 없이, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어할 수 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)로부터 가스(18, 19)를 공급하는 것을, 「중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링」이라고 하는 경우가 있다.
그러나, 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링만으로는, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화에 장시간을 필요로 한다.
무알칼리 유리를 제조하는 경우, 용해조(10)의 운전 개시 시에는, 용해조(10) 내의 용융 유리 G가 목표 조성이 될 때까지의 시간을 단축하기 위해서, 휘산 성분의 원료를 목표 조성보다도 많이 투입하는 것이 행하여지는데, 분자량이 작은 휘산 성분은, 다른 유리 원료에 비교하여 비중이 가볍기 때문에, 해당 가벼운 원료가 상류측 순환류(100)에 용해하는 일 없이, 상류측 순환류(100) 위를 부유하여 용해조(10)의 하류측으로 이동하는 경향이 있기 때문에, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화에는 장시간을 필요로 하게 된다.
또한, 용해조(10)의 운전 조건을 변경한 때에는, 상류측 순환류(100)보다도 용해조(10)의 상류측에서 용융 유리 G의 체류가 일어나는 경우가 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 상류측 순환류(100)보다도 용해조(10)의 상류측에서의 용융 유리 G의 체류를, 「용해조(10)의 상류측에서의 용융 유리 G의 체류」로 한다.
용해조(10)의 상류측에서의 용융 유리 G의 체류는, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화를 늦추는 원인이 되므로, 용해조(10)의 운전 조건의 변경 후에 있어서의 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화에는 장시간을 필요로 하게 된다.
용해조(10)에서는, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)로부터 가스(17)를 공급함으로써, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화를 촉진할 수 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)로부터 가스(17)를 공급하는 것을, 「상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링」이라고 하는 경우가 있다.
용해조(10)의 운전 개시 시에 있어서는, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시함으로써, 상류측 순환류(100)에의 휘산 성분의 원료의 용해가 촉진된다. 이에 의해, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화가 촉진된다.
또한, 용해조(10)의 운전 조건을 변경한 때에 있어서도, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시함으로써, 용해조(10)의 상류측에서의 용융 유리 G의 체류를 억제할 수 있고, 경우에 따라서는, 상기 용융 유리 G의 체류를 해소할 수 있다.
상술한 효과를 발휘하기 위해서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이와의 관계에 있어서, 이하에 설명하는 조건을 만족할 필요가 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이를 LF로 할 때, 용융 유리 유로의 상류단부터 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)까지의 거리가 0.05LF 내지 0.2LF이다.
용융 유리 유로의 상류단부터 각 버블러(13)까지의 거리가 0.05LF보다도 작으면, 용해조(10)의 상류 측벽면과, 각 버블러(13)의 거리가 너무 가깝기 때문에, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의해, 용해조(10)의 상류 측벽면의 침식이 촉진될 우려가 있다.
한편, 용융 유리 유로의 상류단부터 버블러(13)까지의 거리가 0.2LF보다도 크면, 용해조(10)의 운전 개시 시에 있어서는, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시해도, 상류측 순환류(100)에의 휘산 성분의 원료의 용해를 촉진할 수 없어, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화를 촉진할 수 없다. 또한, 용해조(10)의 운전 조건을 변경한 때에, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시해도, 용해조(10)의 상류측에서의 용융 유리 G의 체류를 억제할 수 없다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 용융 유리 유로의 상류단으로부터 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)까지의 거리가 0.1LF 내지 0.2LF인 것이 바람직하고, 0.1LF 내지 0.15LF인 것이 보다 바람직하다.
상술한 바와 같이, 도 2에 도시하는 용해조(10)에서는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 한 쌍의 버블러(13)로 설치되어 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 버블러(13)가 설치되어 있는 것을, 「용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 버블러(13)가 설치되어 있다」라고 한다. 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서는, 용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 버블러(13)가 설치되어 있을 필요가 있다. 용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 버블러(13)가 설치되어 있지 않은 예로서는, 도 2에 도시하는 한 쌍의 버블러(13) 중 한쪽이 설치되어 있지 않은 경우를 들 수 있다. 이 경우, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시한 때에, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 흐름이 용해조(10)의 폭 방향에 대하여 대칭으로 되지 않고, 용해조(10)의 측벽 방향으로의 흐름이 촉진되기 때문에, 용해조(10)의 측벽이 침식될 우려가 있다. 또한, 상류측 순환류(100)에 혼란을 발생시켜서, 용융 유리 G의 균질화에 악영향을 미칠 우려가 있다.
또한, 버블러 용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 버블러(13)가 설치되어 있지 않은 예로서는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심 부근에 1개의 버블러(13)가 설치되어 있는 경우를 들 수 있다. 이 경우도, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시한 때에, 용해조(10)의 측벽 방향으로의 용융 유리 G의 흐름이 촉진되기 때문에, 용해조(10)의 측벽이 침식될 우려가 있다.
또한, 용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 버블러(13)가 설치되어 있을 필요가 있으므로, 적어도 2개의 버블러(13)가 설치되어 있을 필요가 있다. 또한, 버블러(13)를 2개보다도 증가시키는 경우에는, 버블러(13)의 수를 짝수로 할 필요가 있다. 예를 들어, 4개의 버블러(13)를 설치하는 경우에는, 용해조(10)의 폭 방향에 있어서 대칭으로 되도록 2대의 버블러(13)를 설치할 필요가 있다.
상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭과의 관계에 있어서도, 이하에 설명하는 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭을 W로 할 때, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)는, 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심으로부터의 거리가 0.25W 이상으로 되는 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심으로부터의 거리가 0.25W보다도 작으면, 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심 부근에 버블러(13)가 설치되게 되므로, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시한 때에, 용해조(10)의 측벽 방향으로의 용융 유리 G의 흐름이 촉진되기 때문에, 용해조(10)의 측벽이 침식될 우려가 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)는, 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심으로부터의 거리가 0.27W 이상으로 되는 위치에 설치되어 있는 것이 보다 바람직하고, 0.4W 이상으로 되는 위치에 설치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
단, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)는, 용해조(10)의 측벽으로부터의 거리가 400 mm 이상으로 되는 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 용해조(10)의 측벽으로부터의 거리가 400 mm보다도 작은 위치에 버블러(13)를 설치한 경우, 용해조(10)의 측벽과, 버블러(13)의 거리가 너무 가깝기 때문에, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의해, 용해조(10)의 측벽 침식이 촉진될 우려가 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)는, 용해조(10)의 측벽으로부터의 거리가 1000 mm 이상으로 되는 위치에 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 LF는, 용융 유리 유로의 폭 W에 따라 상이한데, 바람직하게는 10 내지 30 m이며, 보다 바람직하게는 10 내지 25 m이며, 더욱 바람직하게는 15 내지 22 m이다.
한편, 용융 유리 유로의 폭 W는, 바람직하게는 5 내지 10 m이며, 보다 바람직하게는 5.5 내지 9 m이며, 더욱 바람직하게는 6.5 내지 8 m이다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)에서는, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)가, 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서, 가장 상류측에 위치하는 버너(16)보다도 더 상류측에 설치되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)가 가장 상류측에 위치하는 버너(16)보다도 더 상류측에 설치되어 있는 것이, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 용융 유리의 균질화를 촉진하는 효과를 발휘하는 데 있어서 바람직하다.
또한, 용해조에 따라서는, 버너(16)에 의한 연소 배기 가스를 배출하기 위한 연도가, 가장 상류측에 위치하는 버너(16)보다도 더 상류측에 설치되어 있는 경우가 있다. 이러한 경우, 상기 연도보다도 더 상류측에, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
단, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 용융 유리의 균질화를 촉진하는 효과를 발휘하기 위해서는, 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)와, 가장 상류측에 위치하는 버너(16)의 거리가 너무 크지 않은 쪽이 바람직하다. 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)와, 가장 상류측에 위치하는 버너(16)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 거리가 2000 mm이내인 것이 바람직하고, 1500 mm이내인 것이 보다 바람직하고, 1000 mm이내인 것이 더욱 바람직하다.
중류 영역 버블링 유닛은, 용해조(10)의 저면 근방에, 상기 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러(14, 15)가 설치된 버블러 그룹으로 구성되어 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의해, 용융 유리 유로의 저부에 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 것과 같은 용융 유리류에 영향을 주는 단차 구조를 설치하는 것 없이, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 용융 유리 유로의 저부에 용융 유리에 의한 침식이 문제가 되는 단차 구조를 설치할 필요가 없기 때문에, Tη가 1500 내지 1760℃로서, 소다석회 유리 등의 알칼리 함유 유리에 비하여 100℃ 이상 높은 무알칼리 유리의 제조에 적합하다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)에 있어서, 중류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 2개의 버블러 그룹, 즉, 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러(14)가 설치된 제1 버블러 그룹 및 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러(15)가 설치된 제2 버블러 그룹으로 구성되어 있다.
단, 본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 중류 영역 버블링 유닛은 단일의 버블러 그룹을 갖는 것이어도 된다. 구체적으로는, 예를 들어 상술한 제1 버블러 그룹 및 제2 버블러 그룹 중, 한쪽만을 갖는 것이어도 된다.
단, 중류 영역 버블링 유닛은, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 복수의 버블러 그룹으로 구성되어 있는 것이, 상술한 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 효과를 발휘하는 데 있어서 바람직하다.
또한, 중류 영역 버블링 유닛을 복수의 버블러 그룹으로 구성할 경우, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 3개 이상의 버블러 그룹으로 구성해도 되지만, 도 1, 2에 도시하는 용해조(10)와 같이, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 2개의 버블러 그룹으로 구성하는 것이, 비용 대 효과의 관점에서 보다 바람직하다.
상술한 효과를 발휘하기 위해서, 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이와의 관계에 있어서, 이하에 설명하는 조건을 만족할 필요가 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에서는, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이를 LF로 할 때, 용융 유리 유로의 상류단으로부터, 중류 영역 버블링 유닛의 각 버블러(제1 버블러 그룹, 제2 버블러 그룹)를 구성하는 각 버블러(14, 15)까지의 거리가 0.4LF 내지 0.6LF이다.
따라서, 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 것과 같은 종래의 용해조(용융로)에 비하여 용해조(10)의 길이가 짧고, 용해조에 있어서의 하류측 순환류를 형성하는 부위의 길이도 짧다.
여기서, 도 1, 2에 도시하는 용해조(10)와 같이, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 2개의 버블러 그룹(제1 버블러 그룹, 제2 버블러 그룹)으로 구성하는 경우, 용융 유리 유로의 상류단으로부터, 각 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14, 15)까지의 거리가, 각각 이하를 만족하는 것이 바람직하다.
용융 유리 유로의 상류단으로부터 제1 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(14)까지의 거리가 0.4LF 내지 0.5LF인 것이 바람직하고, 0.43LF 내지 0.46LF인 것이 보다 바람직하다. 한편, 용융 유리 유로의 상류단으로부터 제2 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(15)까지의 거리가 0.45LF 내지 0.55LF인 것이 바람직하고, 0.46LF 내지 0.53LF인 것이 보다 바람직하다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)와 같이, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 2개의 버블러 그룹(제1 버블러 그룹, 제2 버블러 그룹)으로 구성하는 경우, 제1 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(14)와, 제2 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(15)의 거리를 LP로 할 때, LP가 500 내지 1000 mm인 것이, 상술한 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 효과를 발휘하는 데 있어서 바람직하고, LP가 600 내지 800 mm인 것이 보다 바람직하다.
또한, 중류 영역 버블링 유닛의 각 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러 간의 피치 p, 즉, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의, 각 버블러 간의 거리가, 400 내지 700 mm인 것이, 비용 대 효과의 관점을 고려하면서, 상술한 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 효과를 발휘하는 데 있어서 바람직하다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)와 같이, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 2개의 버블러 그룹(제1 버블러 그룹, 제2 버블러 그룹)으로 구성하는 경우, 용해조(10)에 있어서의 용융 유리의 유로 방향을 축으로 할 때, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)와, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)가 동축 상에 존재하지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
도 2에 도시하는 용해조(10)에 있어서, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 돌출구와, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 돌출구가 지그재그 형상으로 배치되어 있고, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 돌출구와, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 돌출구가 동축 상에 존재하지 않는다.
이러한 배치로 했을 경우, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 돌출구 중 어느 하나가 기능하지 않게 된 경우에도, 하류측에 지그재그 형상으로 배치된 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 돌출구의 존재에 의해, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하는 효과가 손상되는 경우가 없고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치에 있어서의 용해조(10)에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13) 및 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)의 구성 재료는, 내연성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수할 것이 요구되는 점에서, 백금 또는 백금 합금인 것이 바람직하다.
또한, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)로부터 공급하는 가스(17) 및 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(14, 15)로부터 공급하는 가스(18, 19)에는, 용융 유리 G 및 버블러(13, 14, 15) 등의 용해조(10)의 구성 요소에 악영향을 미치지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 가스의 구체예로서는, 공기, 질소, 산소, 헬륨, 아르곤 등이 예시된다. 버블러(13, 14, 15)의 구성 재료로서, 백금 또는 백금 합금이 사용되고 있을 경우, 버블러(13, 14, 15)로부터 공급하는 가스(17, 18, 19)에는, 질소, 헬륨 및 아르곤과 같은 산소를 포함하지 않는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도 질소가 특히 바람직하다.
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)의 양측면에는, 상기 용해조(10)의 길이 방향 전체에 걸쳐 버너(16)가 등간격으로 설치되어 있다. 단, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방에는 버너(16)가 설치되어 있지 않다.
제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방에 버너(16)가 설치되어 있지 않은 것은, 후술하는 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 있어서, 적합한 제어의 일 형태인 (제어 2)를 실시하는 경우에는, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방 분위기 온도 T2를, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방 분위기 온도 T1보다도 낮게 할 필요가 있기 때문이다.
(제어 2)를 실시할 경우, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)와, 상기 버블러(15)에 대하여 하류측 바로 근방의 버너(16)를 어느 정도 이격하여 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)와, 상기 버블러(15)에 대하여 하류측 바로 근방의 버너(16)의 거리 LB2를 800 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
단, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)와, 상기 버블러(15)에 대하여 하류측 바로 근방의 버너(16)를 너무 이격하면, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방 분위기 온도가 너무 낮아져서, 도리어 용융 유리의 균질화가 불충분해지는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 또한, 용해조(10)의 하류측의 단부에 설치된 불출구(12)로부터 불출되는 용융 유리 G의 온도가 낮아져, 후속 공정에 있어서 감압 탈포를 행하는 경우에 탈포하기 어려워지는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 이로 인해, LB2는 2500 mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, LB2는 1000 내지 2000 mm인 것이 바람직하고, LB2는 1000 내지 1600 mm인 것이 보다 바람직하다.
또한, (제어 2)를 실시할 경우, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방 분위기 온도 T2를 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방 분위기 온도 T1보다도 낮게 할 필요가 있기 때문에, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)와, 상기 버블러(14)에 대하여 상류측 바로 근방의 버너(16)의 거리 LB1과, 상술한 거리 LB2가, LB2>LB1의 관계가 되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방에는 버너(16)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 배치로 함으로써, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방 분위기 온도 T2를, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방 분위기 온도 T1보다도 낮게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, LB2-LB1≥300 mm인 것이 바람직하고, LB2-LB1≥500 mm인 것이 보다 바람직하고, LB2-LB1≥800 mm인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 도 2에 도시하는 용해조(10)에서는, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방 바로 근방의 버너(16)가 설치되어 있지만, LB2>LB1의 관계를 만족하는 한 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)와 상기 버블러(14)에 상류측 바로 근방의 버너(16)를 어느 정도 이격하여 배치해도 된다. 단, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)와 상기 버블러(14)에 상류측 바로 근방의 버너(16)를 너무 이격하면, 버블러(14)의 상방 분위기 온도가 너무 낮아져서 상류측 순환류(100)가 약해지고, 유리 원료의 용해가 불충분해지며, 또한, 그것에 의해, 용해조(10) 하류 영역에서의 용융 유리 G의 균질화가 불충분해지는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 이러한 관점에서, LB1은 2000 mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, LB1은 500 내지 1500 mm인 것이 보다 바람직하다.
또한, 인접하는 버너(16) 사이의 피치는, 버너(16)의 종류나 용해조(10)의 레이아웃에 따라 다르지만, 600 내지 2600 mm가 바람직하고, 800 내지 2400 mm가 보다 바람직하다.
버너(16)에 의한 연소는, 연료를 산소 가스와 혼합하여 연소시키거나, 연료를 산소 가스 및 공기와 혼합하여 연소시키거나 할 수 있다. 이들 방법을 사용함으로써, 용융 유리에 수분을 함유시킬 수 있다. 용해조(10)로부터 하류측의 도관(20)에 보내진 용융 유리의 후속 공정에 있어서, 용융 유리 중의 기포를 감압 탈포에 의해 탈포하는 경우에는, 용융 유리가 수분을 포함하고 있는 것이 바람직한 점에서, 상기와 같은 연소가 바람직하다.
또한, 용해조(10)의 내벽 벽돌 표면의 부착물(예를 들어, 상기 벽돌로부터 용출한 유리질이나, 원료 또는 용융 유리의 휘산물 등)이 버너부에 낙하하는 것을 방지하기 위해서, 용해조(10)의 내벽에 있어서의 버너(16)의 상부에는, 차양(도시하지 않음)이 설치되어 있으면 바람직하다.
용해조(10)의 용융 유리 G와 접하는 부분의 구성 재료는, 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수할 것이 요구되는 점에서, ZrO2 함유의 내화 벽돌이 사용되지만, 용융 유리 유로를 이루는 용해조(10)의 저면 중, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)로부터 상류측에 0.1LF 내지 0.3LF의 부분에는, 질량％로 ZrO2이 85％ 이상 97％ 이하이고, 잔량부가 SiO2를 주체로 하는 유리질의 열용융 내화물을 사용하는 것이 바람직하다. 용해조(10)를 유통하는 용융 유리의 온도는, 하류측보다도 상류측의 쪽이 높고, 또한, 후술하는 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 있어서의 적합한 제어 형태인 (제어 1)을 실시하는 경우에는, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)로부터의 가스(19)의 유량보다도, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)로부터의 가스(18)의 유량 쪽이 커지기 때문에, 용융 유리 유로를 이루는 용해조(10)의 저면 구성 재료가 침식되기 쉽기 때문이다.
또한, 용융 유리 유로를 이루는 용해조(10)의 저면 구성 재료의 침식 방지의 관점에서는, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)의 주변 부분에도 상기한 열용융 내화물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 길이 LF가, 상기한 바와 같이, 10 내지 30 m(바람직하게는 10 내지 25 m, 보다 바람직하게는 15 내지 22 m)의 치수인 경우, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)를 중심으로 상기 용융 유리 유로의 길이 방향으로 각각 100 내지 600 mm의 범위, 바람직하게는 150 내지 400 mm의 범위의 부분에 상기한 열용융 내화물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 용해조(10)의 용융 유리 유로의 폭 W가, 상기한 바와 같이, 5 내지 10 m(바람직하게는 5.5 내지 9 m, 보다 바람직하게는 6.5 내지 8 m)의 치수인 경우, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)를 중심으로 상기 용융 유리 유로의 폭 방향으로 각각 100 내지 600 mm의 범위, 바람직하게는 150 내지 400 mm의 범위, 보다 바람직하게는 150 내지 300 mm의 범위의 부분에, 상기한 열용융 내화물을 사용하는 것이 바람직하다.
이들의 경우, 개개의 열용융 내화물의 두께는 50 내지 400 mm인 것이 바람직하고, 열용융 내화물은 2 내지 3개 적층시키는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 하여 형성한 열용융 내화물의 층 외측에, 다른 ZrO2 함유의 내화 벽돌을 2 내지 5층 적층시킬 수 있다. 또한, 용해조(10)의 용융 유리 G와 접하는 부분의 모두를 상기 조성의 열용융 내화물로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 각 내화 벽돌을 알루미나·지르콘질 등의 탬프재를 개재하여 적층할 수 있다.
또한, 용해조(10) 저부의 내화 벽돌의 줄눈으로부터 용융 유리가 침입하여, 상기 내화 벽돌이 침식되는 것을 방지하기 위해서, 상기 줄눈 밑에, 줄눈을 막도록 내화 벽돌을 적층 배치시키면 바람직하다.
용해조(10) 저부의 내화 벽돌의 외측에는, 상기 내화 벽돌을 냉각하기 위한 공냉 또는 수냉 등에 의한 냉각 수단이 설치되어 있으면, 내화 벽돌의 수명이 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 용해조(10) 저부의 내화 벽돌 내부 또는 내화 벽돌 외측에 있어서의 상기 버블러(13, 14, 15)의 배관 주위에는, 상기 배관을 냉각하기 위한 링 형상 또는 말굽 형상의 수관이 설치되어 있으면 바람직하다.
이어서, 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에서는, 상술한 용융 유리 제조 장치를 사용하여, 용융 유리 제조 장치의 용해조(10)에 있어서, 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시하고, 또한, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링을 실시하면서 용융 유리를 제조한다.
상술한 바와 같이, 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의해, 용융 유리 유로의 저부에 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 것과 같은 용융 유리류에 영향을 주는 단차 구조를 설치하지 않고, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어할 수 있으므로, Tη가 1500 내지 1760℃에서, 균질성이 높은 무알칼리 유리의 제조에 적합하다.
또한, 중류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의해, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화를 촉진할 수 있으므로, 상기 무알칼리 유리의 제조에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
Tη가 1500 내지 1760℃가 되는 무알칼리 유리의 구체예로서는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시가 하기 조성이 되는 무알칼리 유리 조성 1 내지 4를 예시할 수 있다.
무알칼리 유리 조성 1
SiO2: 50 내지 73％, 바람직하게는 50 내지 66％
Al2O3: 10.5 내지 24％
B2O3: 0 내지 12％
MgO: 0 내지 10％, 바람직하게는 0 내지 8％
CaO: 0 내지 14.5％
SrO: 0 내지 24％
BaO: 0 내지 13.5％
MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％, 바람직하게는 9 내지 29.5％
ZrO2: 0 내지 5％
변형점이 높고 용해성을 고려하는 경우에는 바람직하게는, 무알칼리 유리 조성 2
SiO2: 58 내지 66％
Al2O3: 15 내지 22％
B2O3: 5 내지 12％
MgO: 0 내지 8％
CaO: 0 내지 9％
SrO: 3 내지 12.5％
BaO: 0 내지 2％
MgO+CaO+SrO+BaO: 9 내지 18％
특히 용해성을 고려하는 경우에는 바람직하게는, 무알칼리 유리 조성 3
SiO2: 50 내지 61.5％
Al2O3: 10.5 내지 18％
B2O3: 7 내지 10％
MgO: 2 내지 5％
CaO: 0 내지 14.5％
SrO: 0 내지 24％
BaO: 0 내지 13.5％
MgO+CaO+SrO+BaO: 16 내지 29.5％
특히 고변형점을 고려하는 경우에는 바람직하게는, 무알칼리 유리 조성 4
SiO2: 54 내지 73％
Al2O3: 10.5 내지 22.5％
B2O3: 0 내지 5.5％
MgO: 0 내지 10％
CaO: 0 내지 9％
SrO: 0 내지 16％
BaO: 0 내지 2.5％
MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 26％
본 발명의 용융 유리 제조 방법에 있어서, 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(14, 15)로부터 공급하는 가스(18, 19)의 평균 유량을 0.5 내지 5.0 리터/분으로 하는 것이, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어하는 데 있어서 바람직하다.
여기서, 중류 영역 버블링 유닛이, 도 1, 2에 도시하는 용해조(10)와 같이, 제1 및 제2 버블러 그룹으로 구성시킬 경우, 이하에 설명하는 (제어 1) 및 (제어 2)를 실시하는 것이, 용해조(10) 내에서의 용융 유리 G의 순환류(상류측 순환류(100), 하류측 순환류(101))의 형성을 촉진하고, 또한, 상류측 순환류(100)의 유속과 하류측 순환류(101)의 유속을 소정의 관계가 되도록 제어하는 데 있어서 바람직하다. 이에 의해, Tη가 1500 내지 1760℃인 용융 유리를 제조할 때에, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있어, 균질성이 높은 고품질의 용융 유리를 얻을 수 있다.
(제어 1)
제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)로부터의 가스(19)의 평균 유량 V2를 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)로부터의 가스(18)의 평균 유량 V1보다도 작게 한다.
(제어 2)
제2 버블러(15)의 상방 분위기 온도 T2를 제1 버블러(14)의 상방 분위기 온도 T1보다도 낮게 한다.
(제어 1)을 실시할 경우, 상기 V1이 0.5 내지 20 리터/분인 것이 바람직하고, 0.7 내지 5 리터/분인 것이 보다 바람직하고, 0.9 내지 3 리터/분인 것이 더욱 바람직하고, 1.8 내지 2.6 리터/분인 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 V2이 0.3 내지 19.8 리터/분인 것이 바람직하고, 0.4 내지 4.8 리터/분인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 2 리터/분인 것이 더욱 바람직하고, 0.9 내지 2.0 리터/분인 것이 특히 바람직하다.
또한, V1-V2≥0.2 리터/분이 바람직하고, V1-V2≥0.4 리터/분이 보다 바람직하고, V1-V2≥0.6 리터/분이 더욱 바람직하고, V1-V2≥1.0 리터/분이 특히 바람직하다.
(제어 2)를 실시할 경우, 상기 T1이 1590 내지 1710℃인 것이 바람직하고, 1600 내지 1695℃인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 T2가 1570 내지 1690℃인 것이 바람직하고, 1580 내지 1675℃인 것이 보다 바람직하다.
또한, T1-T2는 10 내지 35℃가 바람직하고, T1-T2는 15 내지 30℃가 더욱 바람직하고, 19 내지 26℃가 더욱 바람직하다.
또한, T1 및 T2는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다.
(측정 위치)
T1: 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)보다도 상류측 바로 근방의 버너(16)와, 상기 버너(16)보다도 더 상류측에 위치하는 바로 근방의 버너(16)의 중간 위치.
T2: 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)보다도 하류측 바로 근방의 버너(16)와, 상기 버블러보다도 하류측 바로 근방의 버너(16)의 중간 위치.
(측정 방법)
용해조의 측면에 설치된 관찰용 창으로부터, 대면측의 측면의 용해조 내벽면 온도를 방사 온도계(예를 들어, CHINO IR-AH3SU(측정 파장: 0.65 ㎛, ε=1.0))로 측정한다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에 있어서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)로부터 공급하는 가스(17)의 평균 유량을 0.1 내지 5.0 리터/분으로 하는 것이, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조(10)의 운전 조건의 변경 시를 포함하고, 항상, 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화를 촉진할 수 있는 점에서 바람직하다.
여기서, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)로부터 공급하는 가스(17)의 평균 유량은, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조(10)의 운전 조건을 변경했을 때와 같은, 상류 영역 버블링 유닛으로부터의 버블링의 실시에 의한 용해조(10) 내의 용융 유리 G의 균질화의 촉진이 보다 요구되는 상황과, 용해조(10)의 통상 운전 시에서 변경할 수 있다. 예를 들어, 용해조(10)의 운전 개시 시나, 용해조(10)의 운전 조건을 변경한 때에는, 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)로부터 공급하는 가스(17)의 평균 유량을 0.5 내지 3.0 리터/분, 바람직하게는 1.0 내지 2.0 리터/분으로 하고, 용해조(10)의 통상 운전 시에는 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)로부터 공급하는 가스(17)의 평균 유량을 0.1 내지 1.0 리터/분, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 리터/분으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 용해조(10)의 통상 운전 시란, 예를 들어 유리 조성에 B2O3을 포함하는 경우에는, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 B2O3이 목표 조성에 대하여 ±1％, 바람직하게는 ±0.5％, 보다 바람직하게는±0.3％의 상태를 말한다.
본 발명의 용융 유리 제조 방법에서는, 상류측 순환류(100)의 평균 유속을 F1[m/시간]로 하고, 하류측 순환류(101)의 평균 유속을 F2[m/시간]로 할 때, F1=5 내지 20 m/시간, F2=0.5 내지 7 m/시간이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, Tη가 1500 내지 1760℃인 용융 유리를 제조할 때에, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있어, 균질성이 높은 고품질의 용융 유리를 얻을 수 있다.
F1=8 내지 15 m/시간, F2=1 내지 4 m/시간이 되도록 제어하는 것이 보다 바람직하다.
또한, F1 및 F2는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다.
(측정 위치)
F1: 용융 유리 유로의 상류단으로부터의 거리가 0.30LF 내지 0.34LF로, 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중앙 부근.
F2: 용융 유리 유로의 하류단으로부터의 거리가 0.22LF 내지 0.30LF로, 용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중앙 부근.
(측정 방법)
용융 유리의 표층에 있어서의 기포의 흐름을 비디오 촬영하고, 기포의 이동 거리에 대한 이동 시간을 측정하여 유속으로 한다. 이 수순을 2 내지 3회 반복하여 평균 유속을 구한다.
이어서, 본 발명의 판유리 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 판유리 제조 방법에서는, 상기한 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형한다. 용융 유리를 성형하여 판유리로 하는 수단으로서는, 플로트법, 다운드로법 등의 각종 성형 방법을 사용할 수 있다. Tη가 1500 내지 1760℃인 유리의 경우, 플로트법이 특히 바람직하다.
본 발명의 판유리 제조 방법에 있어서, 상기한 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형하기 전에, 상기 용융 유리 중의 기포를 감압 탈포에 의해 탈포해도 된다.
본 발명의 판유리 제조 방법에서는, 본 발명의 용융 유리 제조 방법에 의해 얻어진 균질성이 높은 용융 유리를 성형하여 판유리로 하므로, 균질성이 높고, 투명성이 높은 판유리를 얻을 수 있다.
본 발명의 판유리 제조 장치에서는, 여러 가지 용도의 판유리 제조에 적용 가능한데, 균질성이 높고, 투명성이 높은 판유리가 얻어지는 점에서, FPD용의 유리 기판과 같이, 균질성에 관한 요구가 지극히 엄격한 용도의 판유리 제조에 적용하는 것이 특히 바람직하다.
실시예
도 1, 2에 도시하는 용해조(10)의 투입구에 원하는 조성으로 되도록 유리 원료를 투입하고, Tη가 1500 내지 1760℃인 무알칼리 유리, 구체적으로는, 상기한 무알칼리 유리 조성 1 내지 4를 제조한다. 도 1, 2에 도시하는 용해조(10)의 각 부의 치수는 이하와 같다.
용융 유리 유로의 길이 LF: 16 내지 25 m
용융 유리 유로의 폭 W: 5.5 내지 9 m
용융 유리 유로의 상류단으로부터 상류측 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)까지의 거리: 0.1LF
용융 유리 유로의 폭 방향에 있어서의 중심으로부터 상류측 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러(13)까지의 거리: 0.5W
용융 유리 유로의 상류단으로부터 제1 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(14)까지의 거리: 0.43LF 내지 0.46LF
용융 유리 유로의 하류단으로부터 제2 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(15)까지의 거리: 0.47LF 내지 0.54LF
제1 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(14)와, 제2 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(15)의 거리 LP: 600 내지 800 mm
제1 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(14) 사이의 피치 p: 400 내지 700 mm
제2 버블러 그룹을 구성하는 각 버블러(15) 사이의 피치 p: 400 내지 700 mm
용융 유리 유로의 상류단으로부터, 용해조에서의 용융 유리의 유로 방향에 있어서의, 가장 상류측에 위치하는 버너(16)까지의 거리 0.15LF
용해조에서의 용융 유리의 유로 방향에 있어서의, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)와 상기 버블러(14)의 상류측 바로 근방의 버너(16)의 거리 LB1: 500 내지 1500 mm
용해조에서의 용융 유리의 유로 방향에 있어서의, 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)와 상기 버블러(15)의 하류측 바로 근방의 버너(16)와의 거리 LB2: 1000 내지 2000 mm
LB2-LB1≥500 mm
용해조에서의 용융 유리의 유로 방향에 있어서의, 개개의 버너(16) 사이의 거리: 800 내지 2400 mm
상류측 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)로부터의 가스(17)의 평균 유량을, 0.25 내지 0.5 리터/분으로 조정한다.
제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)로부터의 가스(18)의 평균 유량 V1 및 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)로부터의 가스(19)의 평균 유량 V2가 하기 조건이 되도록 조정한다.
V1: 1.8 내지 2.6 리터/분
V2: 0.9 내지 2.0 리터/분
V1-V2≥0.6 리터/분
버너(16)에 의한 연소에 의해, 제1 버블러 그룹을 구성하는 버블러(14)의 상방 분위기 온도 T1 및 제2 버블러 그룹을 구성하는 버블러(15)의 상방 분위기 온도 T2는 하기 조건으로 유지된다. 또한, T1 및 T2는 상술한 방법으로 측정한다.
T1: 1590 내지 1710℃
T2: 1580 내지 1675℃
T1-T2: 10 내지 35℃
용해조(10)의 운전 개시 시에 있어서, 상류측 버블링 유닛을 구성하는 버블러(13)로부터의 버블링의 실시에 의해, 용해조(10) 내의 용융 유리의 균질화에 필요로 하는 시간이 단축된다.
용해조(10) 내에 있어서의 상류측 순환류(100)의 평균 유속 F1 및 하류측 순환류(101)의 평균 유속 F2를 상술한 방법에 의해 측정한다. 결과는 이하와 같다.
F1=8 내지 15 m/시간
F2=1 내지 4 m/시간
상기의 조건으로 실시함으로써, Tη가 1500 내지 1760℃에서, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리가 제조되어, 상기 무알칼리 유리의 생산에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명확하다.
본 출원은, 2011년 12월 19일 출원의 일본 특허 출원 2011-277287에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명의 용융 유리 제조 장치 및 용융 유리 제조 방법에 따르면, 용해조의 운전 개시 시나, 용해조의 운전 조건을 변경한 때에도, 용융 유리의 균질화를 촉진할 수 있기 때문에, 균질성이 높은 고품질의 무알칼리 유리의 생산에 적합하여, 상기 무알칼리 유리의 생산에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 판유리 제조 방법은, 균질성이 높고, 투명성이 높은 판유리를 제조할 수 있기 때문에, FPD용의 기판의 제조에 적합하다.
10: 용해조
11: 투입구
12: 불출구
13: 버블러(상류 영역 버블링 유닛)
14: 버블러(중류 영역 버블링 유닛, 제1 버블러 그룹)
15: 버블러(중류 영역 버블링 유닛, 제2 버블러 그룹)
16: 버너
17: 버블러(상류 영역 버블링 유닛)로부터의 가스
18: 버블러(중류 영역 버블링 유닛, 제1 버블러 그룹)로부터의 가스
19: 버블러(중류 영역 버블링 유닛, 제2 버블러 그룹)로부터의 가스
20: 하류측의 도관
100: 상류측 순환류
101: 하류측 순환류

Claims (12)

  1. 유리 원료를 용해하기 위한 용해조를 갖는 용융 유리 제조 장치로서,
    상기 용해조는 상기 용해조의 상부 공간을 가열하기 위한 버너를 갖고,
    상기 용해조의 용융 유리 유로의 길이를 LF로 할 때, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.4LF 내지 0.6LF가 되는 위치에 중류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고, 상기 용해조의 상류 측으로부터의 거리가 0.05LF 내지 0.2LF가 되는 위치에 상류 영역 버블링 유닛이 설치되어 있고,
    상기 중류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향에 걸쳐 복수의 버블러가 설치된 버블러 그룹으로 구성되고,
    상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용해조의 저면 근방에, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭 방향으로 병렬하여 설치된 복수의 버블러로 구성되어 있고,
    상기 상류 영역 버블링 유닛은, 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에서의 중심에 대하여 대칭으로 되는 위치에 설치된 한 쌍의 버블러를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 유리 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용해조의 용융 유리 유로의 폭을 W로 할 때, 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러는, 상기 용융 유리 유로의 폭 방향에서의 중심으로부터의 거리가 0.25W 이상, 또한, 상기 용해조의 측벽으로부터의 거리가 400 mm 이상을 만족하는 위치에 설치되어 있는, 용융 유리 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러는, 상기 용융 유리 유로의 길이 방향에서, 가장 상류측에 위치하는 버너보다 더 상류측에 설치되어 있는, 용융 유리 제조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중류 영역 버블링 유닛은, 상기 용융 유리 유로의 길이 방향에서의 위치가 서로 다른 복수의 버블러 그룹을 포함하는, 용융 유리 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중류 영역 버블링 유닛 및 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러가 백금제 또는 백금 합금제이며, 상기 각 버블러로부터 공급되는 가스가 산소를 포함하지 않는 가스인, 용융 유리 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 장치를 사용하여, 상기 중류 영역 버블링 유닛 및 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러로부터 가스를 공급하면서 용융 유리를 제조하는, 용융 유리 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 유리 점도 η가 102[dPa·s]가 되는 온도 Tη가 1500 내지 1760℃인 용융 유리를 제조하는, 용융 유리 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 중류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러로부터 공급하는 가스의 평균 유량을 0.5 내지 5.0 리터/분으로 하고, 상기 상류 영역 버블링 유닛을 구성하는 각 버블러로부터 공급하는 가스의 평균 유량을 0.1 내지 5.0 리터/분으로 하는, 용융 유리 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 용융 유리 제조 방법에 의해 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형하는 판유리 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로,
    SiO2: 50 내지 73％
    Al2O3: 10.5 내지 24％
    B2O3: 0 내지 12％
    MgO: 0 내지 10％
    CaO: 0 내지 14.5％
    SrO: 0 내지 24％
    BaO: 0 내지 13.5％
    MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％
    ZrO2: 0 내지 5％
    를 함유하는 무알칼리 유리인, 용융 유리 제조 장치.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로,
    SiO2: 50 내지 73％
    Al2O3: 10.5 내지 24％
    B2O3: 0 내지 12％
    MgO: 0 내지 10％
    CaO: 0 내지 14.5％
    SrO: 0 내지 24％
    BaO: 0 내지 13.5％
    MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％
    ZrO2: 0 내지 5％
    를 함유하는 무알칼리 유리인, 용융 유리 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서, 용융 유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로,
    SiO2: 50 내지 73％
    Al2O3: 10.5 내지 24％
    B2O3: 0 내지 12％
    MgO: 0 내지 10％
    CaO: 0 내지 14.5％
    SrO: 0 내지 24％
    BaO: 0 내지 13.5％
    MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％
    ZrO2: 0 내지 5％
    를 함유하는 무알칼리 유리인, 판유리 제조 방법.
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