KR20190078631A - 유리 물품을 형성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

후방 벽, 제1 측벽, 제2 측벽, 전방 벽, 및 바닥 벽을 포함하는 전기적으로 부스팅된 내화 용융 용기로서, 상기 용융 용기는 상기 후방 벽으로부터 상기 전방 벽까지 연장되는 종방향 중심선 및 상기 제1 측벽의 내표면과 상기 제2 측벽의 내표면 사이에 연장되는 상기 종방향 중심 선에 수직한 전체 폭을 포함한다. 상기 용융 용기는 또한 상기 후방 벽과 상기 전방 벽 사이의 길이(L), 및 상기 중심 선에 수직한 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이의 폭(W)을 포함한다. 복수의 전극들이 상기 용융 용기의 바닥 벽을 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 연장되며, L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위이다.

Description

유리 물품을 형성하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 개괄적으로 유리 물품을 형성하기 위한, 및 특히 용융 유리를 생산하기 위해 원재료들을 용융하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 11월 8일 출원된 미국 가출원 제62/419,115호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 보증되며, 마치 아래 모두 제시된 것과 같이 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.
유리 물품들, 예를 들어 디스플레이 장치들(예를 들어, 텔레비전 디스플레이들, 컴퓨터 디스플레이들, 휴대폰 디스플레이들, 노트북 및 테블릿 디스플레이들 등)의 제조에 사용되는 유리 시트들의 대규모 제조는 하류의 성형 공정에서 유리 물품으로 성형될 수 있는 가열된 점성이 있는 재료(이하 "용융 유리" 또는 "용융물")을 생산하기 위한 원재료들의 용융으로 시작한다. 원재료들, 예컨대 다양한 금속 산화물들, 개질제들(modifiers), 플럭스들(fluxes) 및 청징제들(fining agents)이 혼합되며 연속적, 반-연속적, 또는 불연속적 공정으로 용융 퍼니스로 채워지며, 여기서 상기 원재료들은 상기 재료들이 용해되는 온도로 가열된다. 디스플레이-품질 유리의 화학적 조성은 예를 들어 약 1525℃ 내지 약 1575℃ 범위로 용융 온도가 높으며, 이는 상당한 에너지 입력을 요구한다. 따라서, 디스플레이 유리를 생산하기 위한 용융 용기들은 용융 유리 레벨 위의 상기 용융 용기의 상부에(즉, 크라운(crown) 버너들) 또는 때때로 상기 용융 유리의 표면 아래에(즉, 잠긴(submerged) 연소 버너들) 위치되는 전통적인 연소 버너들에 더하여, 상기 용융 용기 내의 보다 열 효율적인 전기적으로 부스팅되는 줄(Joule) 가열을 사용할 수 있다.
일부 산업적 응용들에서, 예를 들어 광학 품질 유리의 제조에서, 비교적 작은 용융 용기들이 사용될 수 있다. 작은 용융 용기들은 전통적인 플로트(float) 유리 제조 작업들에 사용될 수 있는 에이커(acre)-크기의 용기들에 비하여 건설하는 것이 덜 비싸며, 더 잘 제어될 수 있다.
비용을 절약하기 위하여, 동일한 세트의 장비로부터 더 많은 유리를 생산하려는 부담이 증가하고 있다. 더 작은 용융 작업들의 경우, 생산량을 증가시키는 가장 실용적인 방법은 상기 용융 용기로부터 하류의 제조 장치를 통한 용융 유리의 유동을 증가시키는 것이다. 전술한 것에도 불구하고, 생산량을 증가시키고자 하는 요구는 용융 용기의 크기를 증가시키려는 압박을 야기하였다. 그러나, 일부 용융 용기들, 예를 들어 적어도 용융 용기의 폭을 가로질러 전기적으로 점화하기(예를 들어, 전류를 발생시키기) 위해 요구되는 전압이 제조 인력 및 전기 장비 자체 둘 모두에 점점 위험해진다는 이유들 때문에 전류에 의해 적어도 부분적으로 가열되는 용융 용기들의 크기에 제한이 있을 수 있다. 또한, 높은 전압은 용융 유리 대신 용융 용기 내화물을 통한 점화의 위험을 가진다. 용융 유리를 우회하여 바로 용융 용기 벽들의 내화 물질을 통해 통과하는 전류는 상기 용융 용기 벽들의 과도한 가열을 야기할 수 있으며, 상기 용융 유리 내로의 상기 벽 물질의 파괴 또는 용해의 가능성을 증가시킬 수 있다. 이러한 방출된 벽 재료는 상기 용융 유리 내의 특정한 화학 종들의 용해 한계를 넘을 수 있으며, 상기 화학 종들이 완전히 용해되지 않거나 및/또는 상기 용융 유리 밖으로 침전될 가능성을 증가시킬 수 있어, 이로써 최종 유리 물품에 결함을 형성한다. 예를 들어, 상기 용융 유리 내로 용해된 상기 용융 용기 벽들에 사용된 고-지르코니아 내화 재료들로부터의 지르코니아 양의 증가는 상기 용융 유리가 장치의 하류 부분에서 냉각됨에 따라 상기 용융 유리 밖으로의 지르코니아 침전 및 후속적인 상기 용융물 내의 지르코니아 결정 형성을 야기할 수 있다. 이러한 문제들 중 일부를 해결하는 것의 불가능은 부분적으로 용융 장치의 다양한 컴포넌트들과 상기 용융 유리 사이, 예를 들어 전극 재료들과 상기 용융 유리 내에 포함될 수 있는 특정 청징제들 사이의 비호환성들에 기초하였다. 호환 가능한 전극 재료들은 전술한 전압 한계들을 초과하는 것을 피하기 위하여 상기 용융 용기의 크기를 제한하는 물리적 실시예들을 요구할 수 있다.
청징제들 및 전극 재료들의 변화들이 기존의 안전 프로토콜 내에서 이전에 달성할 수 없었으나, 역사적 경험 밖의 새로운 용융 용기 디자인들을 허용하었다. 따라서, 유동 용량을 증가시키기 위한 상기 용융 용기 디자인의 변화들, 예를 들어, 상기 용융 용기의 폭의 변화들은 상기 용융 용기 내의 상기 용융 유리의 유동 동역학의 예측하지 못한 변화들 및 이후에 상기 용융 유리로부터 생상된 유리 물품들 내의 결함들의 증가를 야기하였다.
따라서, 감소된 결함들로 높은 유동을 도울 수 있는 용융 용기 디자인이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 문제점들을 해결하는 것이다.
물품을 제조하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 용융 유리를 포함하는 용융 용기(vessel) 내로 원재료를 적어도 하나의 스크류 공급기로 공급하는 단계를 포함한다. 상기 용융 용기는 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 제2 측벽, 및 바닥 벽을 포함한다. 상기 용융 용기는 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면까지 연장되는 길이(L), 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되는 길이(L)에 수직한 폭(W), 상기 길이(L)를 따라 연장되고 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽으로부터 동일 거리인 종방향 중심선을 포함한다. L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위이다. 상기 방법은 상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 전극들 사이의 전류로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더 포함하며, 이로써 상기 후방 벽을 향하는 방향으로 상기 중심선에 평행한 제1 유동 속도의 제1 대류 유동, 상기 전방 벽을 향해 상기 중심선에 평행한 제2 유동 속도의 제2 대류 유동, 상기 중심선으로부터 상기 제1 측벽을 향한 횡방향으로 제3 유동 속도의 제3 대류 유동, 및 상기 중심선으로부터 상기 제2 측벽을 향한 횡방향으로 제4 유동 속도의 제4 대류 유동을 포함하는 상기 용융 유리 내에 복수의 대류 유동들을 생성한다. 상기 용융 유리의 표면 아래의 5.1cm 위치에서 상기 중심선을 따른 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제1 유동 속도의 적분된 비는 1.5 이상이다.
일부 실시예들에서, L·W는 약 17 제곱 미터 이하, 예를 들어 약 16 제곱 미터 이하, 약 15 제곱 미터 이하, 또는 약 14 제곱 미터 이하이다.
상기 전방 벽으로부터 0.05L의 위치 및 상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래의 5.1cm 깊이에서 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50%보다 클 수 있다.
상기 후방 벽으로부터 0.05L의 위치 및 상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래의 5.1cm 깊이에서 상기 제1 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50%보다 클 수 있다.
상기 방법은 상기 전류로 상기 용융 유리를 가열하는 단계와 동시에 연소 버너들로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전류에 의해 상기 용융 유리로 입력되는 에너지는 상기 전류 및 상기 연소 버너들에 의해 상기 용융 유리 내로 입력되는 총 에너지의 적어도 20%이다.
실시예들에서, 상기 복수의 전극들은 상기 용융 용기의 상기 바닥 벽을 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 연장된다.
상기 복수의 전극들은 몰리브덴을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전극들의 각각의 전극에서 평가된 대지 전압(VTG)의 변동은 0±80 볼트를 초과하지 않는다. 예를 들어, 실시예들에서, VTG의 절댓값은 70 볼트 이하, 예를 들어 약 65 볼트 이하이다.
상기 방법은 상기 용융 유리를 리본으로 성형하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 리본의 코드 콘트라스트(cord contrast) 값은 0.33% 이하이다.
다른 실시예에서, 유리 물품을 제조하기 위한 장치가 개시된다. 상기 장치는 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 및 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽을 포함하는 용융 용기를 포함한다. 상기 용융 용기는 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면까지 연장되는 길이(L) 및 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되는 상기 길이(L)에 수직한 폭(W)을 더 포함한다. L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위이다. 복수의 전극들은 상기 용융 용기의 바닥 벽을 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 연장된다. 각각의 전극은 몰리브덴을 포함한다.
L·W는 약 17 제곱 미터 이하, 예를 들어 약 16 제곱 미터 이하, 약 15 제곱 미터 이하, 또는 약 14 제곱 미터 이하일 수 있다.
상기 장치는 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽 중 하나 또는 둘 모두를 통해 상기 용융 용기의 내부에 노출되는 복수의 연소 버너들을 더 포함할 수 있다.
또다른 실시예에서, 유리 물품을 제조하기 위한 방법이 설명된다. 상기 방법은 용융 유리를 포함하는 용융 용기 내로 원재료를 적어도 하나의 스크류 공급기로 공급하는 단계를 포함한다. 상기 용융 용기는 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 제2 측벽, 및 바닥 벽을 포함한다. 상기 용융 용기는 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면까지 연장되는 길이(L), 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되는 상기 길이(L)에 수직한 폭(W), 상기 길이(L)를 따라 연장되고 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽으로부터 동일 거리인 종방향 중심선을 포함한다. L·W는 약 17 제곱미터 미만이고, L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위이다.
상기 방법은 상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 몰리브덴-함유 전극들 사이의 전류로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더 포함하며, 이로써 상기 후방 벽을 향하는 방향으로 상기 중심선에 평행한 제1 유동 속도의 제1 대류 유동, 상기 전방 벽을 향해 상기 중심선에 평행한 제2 유동 속도의 제2 대류 유동, 상기 중심선으로부터 상기 제1 측벽을 향하는 횡방향으로 제3 유동 속도의 제3 대류 유동, 및 상기 중심선으로부터 상기 제2 측벽을 향하는 횡방향으로 제4 유동 속도의 제4 대류 유동을 생성한다. 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 위치에서의 상기 중심선을 따른 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제1 유동 속도의 적분된 비는 1.5 이상이다.
상기 방법은 상기 전류로 상기 용융 유리를 가열하는 단계와 동시에 연소 버너들로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전류에 의해 상기 용융 유리로 입력되는 에너지는 상기 전류 및 상기 연소 버너들에 의해 상기 용융 유리 내로 입력되는 총 에너지의 적어도 20%이다.
실시예들에서, 상기 전방 벽으로부터 0.05L의 위치 및 상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래의 5.1cm 깊이에서 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과이다.
실시예들에서, 상기 후방 벽으로부터 0.05L의 위치 및 상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 제1 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 도는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과이다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 추가적인 특징들 및 이점들이 다음의 상세한 설명에 제시될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업계의 통상의 기술자들에게 쉽게 명백하거나 다음의 상세한 설명, 청구항들, 및 첨부된 도면들을 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같이 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 개괄적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두는 청구된 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된 실시예들을 제시한다는 것이 이해될 것이다. 첨부된 도면들은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시예들을 도시하며, 설명과 함께 그 원리들 및 동작들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 예시적인 유리 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 용융 유리를 제조하기 위한 예시적인 용융 용기의 사시도이다.
도 3은 도 3의 용융 용기의 종방향 평면도이다.
도 4는 용융 용기 내의 용융 유리 유동을 도시하는, 도 2의 용융 용기의 또다른 종방향 평면도이다.
도 5는 도 2의 용융 용기의 횡방향 단면도이다.
도 6은 도 2의 용융 용기의 종방향 단면도이다.
도 7은 세 개의 상이한 용융 용기 디자인들의 박스 플롯이다.
도 8a는 바닥 벽에 설치된 전극들 및 2.0의 길이-대-폭 종횡비를 포함하는 용융 용기 디자인 A에 대한 전극 대지 전압의 그래프이다.
도 8b는 바닥 벽에 설치된 전극들 및 1.9의 길이-대-폭 종횡비를 포함하는 용융 용기 디자인 B에 대한 전극 대지 전압의 그래프이다.
도 8c는 측벽에 설치된 전극들 및 2.4의 길이-대-폭 종횡비를 포함하는 용융 용기 디자인 C에 대한 전극 대지 전압의 그래프이다.
도 9는 세 개의 상이한 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C로부터의 코드의 통과율의 플롯이다.
도 10a는 세 개의 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C에 대한 길이(L)의 함수로서 모델링된 후방 유동 속도 대 전방 유동 속도의 비들을 플롯팅하는 그래프이다.
도 10b는 세 개의 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C에 대한 길이(L)의 함수로서 모델링된 종방향 유동 속도 대 호이방향 유동 속도의 비들을 플롯팅하는 그래프이다.
이제 본 개시의 실시예들에 대한 참조가 상세히 만들어질 것이며, 본 개시의 실시예들의 예들이 첨부된 도면들에 도시된다. 가능할 때마다, 도면들에 걸쳐 동일한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 부분들을 참조하기 위해 사용될 것이다. 그러나, 본 개시는 많은 상이한 형태들로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 제시된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값 및/또는 내지 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현된 경우, 다른 실시예는 상기 하나의 특정 값 및/또는 내지 상기 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치들로 표현된 경우, 상기 특정 값은 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 범위들의 각각의 끝점들은 다른 끝점과 관련하여서도 다른 끝점에 독립적으로도 의미있다는 것이 더 이해될 것이다.
본 명세서에 사용된 방향적 용어들 - 예를 들어, 상, 하, 좌, 우, 전, 후, 상단, 바닥 -은 단지 도시된 도면들을 참조하여 만들어지며 절대적인 방향을 암시하는 것으로 의도되지 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는한, 본 명세서에 제시된 임의의 방법이 그 단계들이 특정한 순서로 수행되는 것을 요구하는 것으로 해석되거나 임의의 장치에서 특정한 방향이 요구되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들이 따라야할 순서를 실제로 언급하지 않거나, 임의의 장치 청구항이 개별적인 컴포넌트들의 순서 또는 방향을 실제로 언급하지 않거나, 단계들이 특정한 순서로 제한된다는 것이 청구항들 또는 설명에 달리 구체적으로 언급되지 않거나, 장치의 컴포넌트들의 특정한 순서 또는 방향이 언급되지 않는 경우, 어떠한 측면에서도, 순서 또는 방향이 추론되는 것으로 의도되지 않는다. 이는 단계들의 배치, 작업 흐름, 컴포넌트들의 순서, 또는 컴포넌트들의 방향과 관련된 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두법으로부터 유도된 평범한 의미, 및 본 명세서에 설명된 실시예들의 수 또는 종류를 포함하는 해석을 위한 임의의 가능한 비표현적 기반에 적용된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수형들 "a", "an", 및 "the"은 문맥이 달리 명백히 지시하지 않는한 복수의 참조물들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 컴포넌트에 대한 참조는 문맥이 달리 명백히 나타내지 않는한 둘이상의 이러한 컴포넌트들을 가지는 양상들을 포함한다.
역사적으로, 유리 제조 청징 공정에서, 예를 들어 디스플레이 유리를 생산하는데 사용되는 알루미노보로실리케이트 유리들의 제조에서, 가스 기포들을 제거하는데 사용되는 청징제들은 비소 산화물 및/또는 안티모니 산화물을 포함하였다. 이는 이들 물질들이 많은 대안적인 물질들에 비하여 비교적 고온에서 산화 환원 반응을 겪기 때문이다. 이는 비소 산화물 및/또는 안티모니 산화물이 고 용융 온도 원재료들에 대하여 이상적이게 만들었다. 또한, 비소 및 안티모니는 다른 가능한 청징제들에 비하여 이러한 산화 환원 반응들 동안 상당한 산소를 생성한다. 안타깝게도, 안티모니 및/또는 비소 청징제들과 몰리브덴 사이의 화학적 비호환성은 전기적으로 점화되는, 또는 전기적으로 부스팅된 용융 용기들, 예컨대 광학 품질 유리 물품들, 예를 들어 디스플레이 산업에서의 사용을 위한 유리 기판들의 제조에, 예를 들어 휴대폰 디스플레이들, 컴퓨터 디스플레이들, 텔레비젼 디스플레이등의 제조에 종종 사용되는 것들에 덜 비싼 몰리브덴 전극들의 사용을 불가능하게 하였다. 이는 대안적인 전극 물질들, 예를 들어 주석을 포함하는 것들(예를 들어, 주석 산화물)의 사용을 요구하였다. 그러나, 주석 산화물은 용융 유리의 화학적으로 공격적인 성질로 인한 부식에 취약하여 전극 부식 및/또는 전극(들)의 용해를 보상하기 위한 용융 유리 내로의 전극들의 비교적 잦은 밀기(pushing)가 필요하게 되었다. 또한 용융 퍼니스의 측벽에 주석 산화물 전극들을 묻어 용융 유리 내로의 전극들의 연장이 최소화되어 용융 유리로의 불필요한 노출 및 후속적인 전극들의 빠른 용해가 회피되는 것이 필요하게 되었다. 따라서, 일반적으로 오직 주석 산화물 전극들의 면들만이 벽에 장착된 위치들에서 용융 유리에 노출되었다.
보다 최근에, 환경적 염려는 비소 및 안티모니 산화물 청징제들로부터 대안적인 청징제들, 가장 주목할만하게는 주석 산화물로의 변경을 이끈다. 주석 산화물은 비소 및 안티모니 산화물들 중 하나보다 청징제들로서 덜 효과적이며 단단한, 디스플레이-타입 유리들(예를 들어, 알루미노보로실리케이트 유리들)에서 더 낮은 용해도 한계를 포함하나, 비소 또는 안티모니보다 상당히 덜 독성이다.
제품 요구가 더 많은 제조 생산량에 대한 요구를 증가시킴에 따라, 이러한 요구를 충속시기 위한 가장 실용적인 대안은 추가적인 제조 라인들의 건설 대신 용융 용기를 더 크게 만듦으로써 용융 용기의 크기를 증가시키는 것이었다. 그러나, 용융 용기의 폭 변화는 측벽에 설치된 전극들에 인가된 전압에 대한 제약들에 의해 빨리 무기력하게 되었다. 디스플레이-타입 유리들은 전형적으로 높은 저항성을 나타내므로, 전극으로부터 전극으로 용융 용기의 특정 폭을 가로질러 전류를 발생시키기 위해 필요한 전압은 장비 내 및 주위에서 작업하는 인력에 위험하게 될 수 있을 뿐만 아니라, 용융 용기의 내화 재료 내에 상당한 전류를 발생시키기에 충분한 크기에 도달할 수 있다. 즉, 전류는 용융 유리를 사실상 우회하여 용융 용기 벽 재료를 통해 연장된 전극들 사이에 발생될 수 있다. 용융 유리를 통하는 대신 용융 용기를 통해 단락된 전류에 의한 용융 용기 벽들의 과도한 가열은 용융 유리 내로의 용융 용기 내화 재료의 용해 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 용융 용기의 폭 및 대향하는 측벽에 설치된 전극들 사이의 거리에 대한 한계가 존재하며, 따라서 용융물 및 유동 용량을 증가시키기 위한 실용적인 수단으로서 용융 용기의 길이의 변화들만을 남긴다. 따라서, 대부분의 역사적인 공정 최적화는 용융 용기의 길이 및 용융물 내의 종방향 대류를 증가시키는 것에 중점을 두었다.
용융물 내의 대류는 유리 조성 및 레일리 수(Ra)에 의해 설명되는 열 그래디언트들에 의해 드라이브된다. 레일리 수는 대류에 관한 무차원 스케일링 인자이며 다음과 같은 형태로 표현될 수 있다.
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(1)
여기서 g는 중력 가속도를 나타내며, β는 열 팽창 계수를 나타내며, ΔT는 대류를 드라이브하는 열 차이를 나타내며, x는 특성 길이를 나타내며, υ는 동적 점도를 나타내며, a는 열 확산 계수를 나타낸다. 이 식에서, 대류 힘의 세기는 용융 용기 및/또는 용융물의 고온 구역과 저온 구역 사이의 밀도 차이를 드라이브하는 β에 의해 정의되는 유리 열 팽창 계수(CTE), 고온 구역과 저온 구역 사이의 온도 차이(ΔT), 이 온도 범위에 걸친 용융 용기 내의 유리의 점도, 및 고온 구역과 저온 구역 사이의 길이 또는 거리에 의해 결정된다. 명백한 바와 같이, 고온 구역과 저온 구역의 위치 및 온도 차이는 레일리 식의 대부분의 인자들에 영향을 미치는 큰 변수이다.
비소 및 안티모니 산화물 청징제들로부터의 벗어나려는 움직임은 주석 산화물 청징제와 호환가능하고 주석 산화물 전극들보다 덜 비싼 대안적인 전극 물질들, 예를 들어 몰리브덴으로의 문을 열었다. 또한, 몰리브덴은 주석 산화물보다 용융 유리 내에서 부식에 더 저항성이 있으며, 따라서 몰리브덴 전극들은 용융 유리 내로의 덜 잦은 밀어 넣기를 요구하며 따라서 더 긴 수명을 나타낸다. 따라서, 몰리브덴 전극들은 예컨대 용융 용기의 바닥 벽들(및/또는 측벽들)로부터 로드(rod)로서 용융 유리 내로 직접적으로 연장될 수 있으며, 이로써 용융 용기의 폭에 대한 이전의 주석 산화물 전극들에 의해 부과되었던 제약을 극복한다. 즉, 용융 용기 용량(예를 들어, 용융 용기로부터의 유동 속도)는 길이를 증가시킴으로써 뿐만 아니라 이전의 제약을 넘어 용융 용기의 폭을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 용융 용기 디자인을 가이드하기 위해 오직 역사적인 선례를 사용하여 특히 폭 방향으로의 용융 용기 크기 증가가 시도되는 경우, 결과적인 용융 용기들은 불안정해지지 않으면서 특정 유동 속도를 초과하는 것이 불가능하였다.
용융 유리를 생성하기 위해 원재료들을 용융시키는 기술 분야의 통상의 기술자들은 용융 유리 내에 생성된 대류 흐름이 예를 들어 용융 유리 덩어리를 통해 열 에너지를 분배하고 용융 유리의 물리적 혼합을 촉진하는 것과 같은 적어도 몇몇의 목적들을 수행한다는 것을 인식할 것이다. 전기적으로 부스팅된 용융 용기 내의 대류 흐름들은 크라운 산소-연료 버너들로부터 및 전극들 사이의 주위 용융물을 통과하는 전류로부터 용융물 내로 입력된 열로부터 생성된다.
몰리브덴 전극들의 사용은 용융 용기 폭에 대한 제약을 개방하였으나, 용융 용기의 크기, 및 보다 구체적으로 용융 용기의 종횡비(즉 길이-대-폭 비)의 변화가 또한 공정의 특정한 성능 특성에 바람직하지 않은 변화들을 야기한다는 것이 발견되었으며, 이들 중 몇몇은 용융물 내의 열 변동성, 전압 변동성, 및 불균질성(코드(cord)) 성능을 포함한다. 이러한 특성들 중 첫번째 것은 공정 자체에 직접적으로 관련되나, 마지막 것은 최종 제품에 직접적으로 나타날 수 있는 효과이다. 불균질한 작은 영역이 공정의 혼합 작용으로부터 살아남을 수 있는 경우, 이 물질 불균질성(예를 들어, 점도 차이)는 "코드"로 설명되는 나노미터-스케일 두께 편차의 반복되는 패턴으로서 드로우된 유리 리본 내로 이르게될 수 있다. 인간의 눈은 이러한 유형의 회절 또는 렌징(lensing) 패턴들에 선천적으로 민감하며, 그 존재는 인간 관찰을 목표로하는 제품들, 예컨대 디스플레이들에 매우 바람직하지 않다. 따라서, 실험 및 모델링을 통해, 고 유동 요구를 만족시키도록 용융 용기 디자인의 크기 스케일링을 허용하는 용융 용기 디자인와 성능 사이의 관계가 발견되었다.
도 1에 도시된 것은 예시적인 유리 제조 장치(10)이다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 제조 장치(10)는 용융 용기(14)를 포함할 수 있는 유리 용융 퍼니스(12)를 포함할 수 있다. 용융 용기(14)에 더하여, 유리 용융 퍼니스(12)는 선택적으로 하나 이상의 추가적인 컴포넌트들, 예컨대 원재료를 가열하고 상기 원재료를 용융 유리로 변환하도록 구성된 가열 구성 요소들(예를 들어, 연소 버너들 및/또는 전극들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용융 퍼니스(14)는 에너지가 연소 버너들 및 전류가 상기 원재료를 통해 통과되어 이로써 상기 원재료의 줄(Joule) 가열을 통해 에너지를 부가하는 직접적인 가열을 통해 상기 원재료에 부가되는 전기적으로 부스팅된 용융 용기일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용융 작업동안 직접적인 전기 저항 가열(줄 가열)을 통해 상기 원재료 및/또는 용융물에 전달된 에너지의 양이 약 20% 이상이고 100% 미만인 경우, 용융 용기는 전기적으로 부스팅된 용융 용기로 간주될 것이다.
추가적인 실시예들에서, 유리 용융 퍼니스(12)는 상기 용융 용기로부터의 열 손실을 감소시키는 열 관리 장치들(예를 들어, 단열 컴포넌트들)을 포함할 수 있다. 또다른 추가적인 실시예들에서, 유리 용융 퍼니스(12)는 유리 용융물로의 상기 원재료의 용융을 용이하게하는 전자 장치들 및/또는 전기기계 장치들을 포함할 수 있다. 또한, 유리 용융 퍼니스(12)는 지지 구조들(예를 들어, 지지 샤시, 지지 부재 등) 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
유리 용융 용기(14)는 전형적으로 내화 물질, 예컨대 내화 세라믹 재료, 예를 들어 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 내화 세라믹 재료로 형성되나, 다른 내화 재료들, 예컨대 이트륨이 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 유리 용융 용기(14)는 내화 세라믹 벽돌들로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 용융 퍼니스(12)는 유리 물품, 예를 들어 정해지지 않은 길이의 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치의 컴포넌트로서 통합될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 유리 제조 장치는 제한 없이 다른 유리 물품들, 예컨대 유리 로드들, 유리 튜브들, 유리 엔벨로프들(envelopes)(예를 들어, 조명 장치들, 예를 들어 전구들을 위한 유리 엔벨로프들), 및 유리 렌즈들을 형성하도록 구성될 수 있으나, 많은 다른 유리 물품들이 고려된다. 일부 예들에서, 상기 용융 퍼니스는 슬롯 드로우(slot draw) 장치, 플로트 배쓰(float bath) 장치, 다운 드로우(down draw) 장치(예를 들어, 퓨전 다운 드로우(fusion down draw) 장치), 업 드로우(up draw) 장치, 프레싱(pressing) 장치, 롤링(rolling) 장치, 튜브 드로잉(tube drawing) 장치 또는 본 개시로부터 이익을 얻을 수 있는 임의의 다른 유리 제조 장치를 포함하는 유리 제조 장치의 컴포넌트로서 통합될 수 있다. 예로서, 도 1은 개별적인 유리 시트들로의 후속적인 가공 또는 스풀 상으로의 유리 리본의 롤링을 위한 유리 리본을 퓨전 드로우하기 위한 퓨전 다운 드로우 유리 제조 장치(10)의 컴포넌트로서 유리 용융 퍼니스(12)를 개략적으로 도시한다.
유리 제조 장치(10)(예를 들어, 퓨전 다운 드로우 장치(10))는 선택적으로 유리 용융 용기(14)에 대하여 상류에 위치된 상류 유리 제조 장치(16)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 상류 유리 제조 장치(16)의 일부 또는 전부는 상기 유리 용융 퍼니스(12)의 일부로서 통합될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 상류 유리 제조 장치(16)는 원재료 저장 통(18), 원재료 운반 장치(20), 및 상기 원재료 운반 장치에 연결된 모터(22)를 포함할 수 있다. 저장 통(18)은 화살표(26)에 의해 표시된 바와 같이 하나 이상의 공급 포트들을 통해 유리 용융 퍼니스(12)의 용융 용기(14) 내로 공급될 수 있는 일정 량의 원재료(24)를 저장하도록 구성될 수 있다. 원재료(24)는 전형적으로 하나 이상의 유리 형성 금속 산화물들 및 하나 이상의 개질제들(modifying agents)을 포함한다. 일부 예들에서, 원재료 운반 장치(20)가 상기 저장 통(18)으로부터 용융 용기(14)로 소정의 양의 원재료(24)를 운반하도록 원재료 운반 장치(20)는 모터(22)에 의해 구동될 수 있다. 추가적인 예들에서, 모터(22)는 상기 용융 유리의 유동 방향에 대하여 용융 용기(14)로부터 하류에서 감지된 용융 유리의 레벨에 기초하여 제어된 속도로 원재료(24)를 투입하도록 원재료 운반 장치(20)를 구동할 수 있다. 용융 용기(14) 내의 원재료(24)는 이후 용융 유리(28)를 형성하도록 가열될 수 있다. 전형적으로, 초기 용융 단계에서, 원재료는 예를 들어 다양한 "모래들"을 포함하는 입자로서 상기 용융 용기에 투입된다. 원재료는 또한 이전의 용융 및/또는 성형 작업들로부터의 유리 조각(즉, 파유리(cullet))을 포함할 수 있다. 연소 버너들은 전형적으로 용융 공정을 시작하는데 사용된다. 전기적으로 부스팅된 용융 공정에서, 원재료의 전기 저항이 충분히 감소되면(예를 들어, 원재료가 액화되기 시작하면), 원재료와 접촉하게 위치된 전극들 사이에 전기 포텐셜을 발생시켜 원재료를 통한 전류를 발생시킴으로써 전기 부스팅이 시작되며, 원재료는 이 시점에서 전형적으로 용융 상태로 진입하거나 용융 상태이다.
유리 제조 장치(10)는 또한 선택적으로 상기 용융 유리(28)의 유동 방향에 대하여 유리 용융 퍼니스(120)의 하류에 위치된 하류 유리 제조 장치(30)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)의 일부는 유리 용융 퍼니스(120)의 일부로서 통합될 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서, 아래 논의되는 제1 연결 도관(32), 또는 상기 하류 유리 제조 장치(30)의 다른 부분들은 상기 유리 용융 퍼니스(12)의 일부로서 통합될 수 있다. 제1 연결 도관(32)을 포함하는 상기 하류 유리 제조 장치의 구성 요소들은 귀금속으로 형성될 수 있다. 적합한 귀금속들은 백금, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 루테늄, 및 팔라듐, 또는 이들의 합금들로 구성된 금속들의 그룹으로부터 선택된 백금 족 금속들을 포함한다. 예를 들어, 상기 유리 제조 장치의 하류 컴포넌트들은 질량으로 약 70% 내지 약 90%의 백금 및 질량으로 약 10% 내지 약 30%의 로듐을 포함하는 백금-로듐 합금으로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 적합한 금속들은 몰리브덴, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 및 이들의 합금들을 포함할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 용융 용기(14)로부터 하류에 위치되고 상기 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)에 결합된 제1 컨디셔닝(즉 가공) 용기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 제1 연결 도관(32)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 드라이브할 수 있다. 그러나, 다른 컨디셔닝 용기들이 용융 용기(14)의 하류에, 예를 들어 용융 용기(14)와 청징 용기(34) 사이에 위치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 용기는 상기 용융 용기와 상기 청징 용기 사이에 사용될 수 있으며, 청징 용기로 들어가기 전에 주 용융 용기로부터의 용융 유리가 용융 공정을 지속하기 위하여 2차 용기에서 더 가열되거나 주 용융 용기 내의 용융 유리의 온도보다 낮은 온도로 냉각된다.
청징 용기(34) 내에서, 기포들은 다양한 기술들에 의해 용융 유리(28)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 원재료(24)는 다원자가 화합물들(즉, 청징제들), 예컨대 가열 되었을 때 화학적 환원 반응을 거치고 산소를 방출시키는 주석 산화물을 포함할 수 있다. 다른 적합한 청징제들은 제한 없이 비소, 안티모니, 철, 및 세륨을 포함하나, 이전에 언급된 바와 같이, 비소 및 안티모니의 사용은 일부 실시예들에서 환경적인 이유들로 인하여 지양될 수 있다. 청징 용기(34)는 상기 용융 용기 온도보다 높은 온도로 가열되어, 이로써 상기 청징제를 가열한다. 상기 용융물 내에 포함된 하나 이상의 청징제들의 온도-유도된 화학적 환원에 의해 생성된 산소 기포들은 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리를 통해 상승하며, 상기 용융 퍼니스 내에 생성된 상기 용융 유리 내의 가스들은 상기 청징제에 의해 생성된 상기 산소 기포들로 합쳐지거나 확산될 수 있다. 증가된 부력을 가지는 성장된 가스 기포들은 이후 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리의 자유 표면으로 상승될 수 있으며, 이후 상기 청징 용기 밖으로 배출될 수 있다. 상기 산소 기포들은 상기 용융 유리를 통해 상승하면서 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리의 기계적 혼합을 더 유도할 수 있다.
상기 하류 유리 제조 장치(30)는 다른 컨디셔닝 용기, 예컨대 청징 용기(34)로부터 하류로 유동하는 용융 유리를 혼합하기 위한 혼합 장치(36)를 더 포함할 수 있다. 혼합 장치(36)는 균질한 유리 용융물 조성을 제공하고, 이로써 상기 청징 용기를 빠져 나가는 청징된 용융 유리 내에 존재할 수 있는 화학적 또는 열적 불균질성을 감소시키는데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 제2 연결 도관(38)을 통해 혼합 장치(36)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 용융 유리(28)는 상기 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 제2 연결 도관(38)을 통해 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 제2 연결 도관(38)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 드라이브할 수 있다. 혼합 장치(36)는 상기 용융 유리의 유동 방향에 대하여 청징 용기(34)의 하류에 도시되나, 혼합 장치(36)는 다른 실시예들에서 청징 용기(34)로부터 상류에 위치될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 일부 실시예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)는 다수의 혼합 장치, 예를 들어 청징 용기(34)로부터 상류의 혼합 장치 및 청징 용기(34)로부터 하류의 혼합 장치를 포함할 수 있다. 이러한 다수의 혼합 장치는 동일한 디자인일 수 있거나, 서로 상이한 디자인일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하나 이상의 용기들 및/또는 도관들은 용융된 재료의 혼합 및 후속적인 균질화를 촉진하기 위해 그 내에 위치된 정적 혼합 날개들(vanes)을 포함할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 다른 컨디셔닝 용기, 예컨대 혼합 장치(36)로부터 하류에 위치될 수 있는 운반 용기(40)를 더 포함할 수 있다. 운반 용기(40)는 하류의 성형 장치 내로 공급될 용융 유리(28)를 컨디셔닝할 수 있다. 예를 들어, 운반 용기(40)는 출구 도관(44)을 통한 성형체(42)로의 용융 유리(28)의 일관된 유동을 조절하고 제공하기 위한 축적기(accumulator) 및/또는 유동 제어기로서 역할할 수 있다. 도시된 바와 같이, 혼합 장치(36)는 제3 연결 도관(46)을 통해 운반 용기(40)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제3 연결 도관(46)을 통해 혼합 장치(36)로부터 운반 용기(40)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 혼합 장치(36)로부터 운반 용기(40)로 제3 연결 도관(46)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 드라이브할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 입구 도관(50)을 포함하는 상기 성형체(42)를 포함하는 성형 장치(48)를 더 포함할 수 있다. 출구 도관(44)은 운반 용기(40)로부터 성형 장치(48)의 입구 도관(50)으로 용융 유리(28)를 운반하도록 위치될 수 있다. 퓨전 다운 드로우 유리 제조 장치 내의 성형체(42)는 상기 성형체의 상부 표면 내에 위치되는 홈통(trough)(52) 및 상기 성형체의 바닥 엣지(루트)(root)(56)를 따라 드로우 방향으로 수렴하는 수렴하는 성형 표면들(54)을 포함할 수 있다. 운반 용기(40), 출구 도관(44), 및 입구 도관(50)을 통해 상기 성형체홈통으로 운반된 용융 유리는 상기 홈통의 벽들을 넘쳐 흐르며, 용융 유리의 분리된 유동들로서 상기 수렴하는 성형 표면들(54)을 따라 하강한다. 용융 유리의 분리된 유동들은 상기 루트 아래에서 상기 루트를 따라 결합하여 용융 유리(58)의 단일한 리본을 생성하며, 용융 유리가 냉각되고 물질의 점도가 증가함에 따라 유리 리본의 치수를 제어하기 위해 유리 리본에 장력을 인가함으로써, 예를 들어 중력, 엣지 롤들, 및 풀링 롤들(미도시)에 의해 리본은 루트(56)로부터 드로우 방향(60)으로 드로우된다. 따라서, 유리 리본(58)은 점탄성 전이를 거치며 유리 리본(58)에 안정적인 치수 특성을 부여하는 기계적 성질들을 얻는다. 유리 리본(58)은 일부 실시예들에서 상기 유리 리본의 탄성 영역 내의 유리 분리 장치(미도시)에 의해 개별적인 유리 시트들(62)로 분리될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 유리 리본은 스풀들(spools) 상으로 감겨질 수 있으며 추가적인 가공을 위하여 저장될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 함께 베이슨(basin)(110)을 형성하는 후방 벽(100), 전방 벽(102), 제1 측벽(104), 제2 측벽(106), 및 바닥 벽(108)을 포함하는 예시적인 용융 용기(14)가 도시된다. 상기 벽들은 용융 공정 동안 베이슨(110) 내에 용융 유리(28)를 담도록 배치된다. 용융 용기(14)는 전형적으로 제2 측벽(106)이 제1 측벽(104)에 평행하고 후방 벽(100)이 전방 벽(102)과 평행한 직사각형 형상이다. 상단 벽(112)은, 전형적으로, 반드시 아치형일 필요는 없으나, 베이슨(110) 상에 연장되며 보통 크라운(crown)으로 지칭된다. 용융 용기(14)는 제1 측벽(104) 및 제2 측벽(106)의 상부에 위치된 복수의 버너 포트들(114)을 더 포함할 수 있다. 상기 연소 버너들에 의해 생성된 화염이 용융 용기 내의 원재료 및/또는 용융 유리 상에 연장되도록 버너 포트들(114)은 그 내에 위치된 복수의 각각의 연소 버너들(116)을 포함하나, 추가적인 실시예들에서, 액중 연소(submerged combustion)가 제공될 수 있다.
용융 용기(14)는 후방 벽(100)을 통해 개방되며 원재료(24)가 용융 유리로의 가공을 위하여 베이슨(110)으로 운반될 수 있도록 원재료 운반 장치(20)에 결합되는 적어도 하나의 공급 포트(118)를 더 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 후방 벽(100)은 베이슨(110) 내로 원재료를 공급하는 다수의 공급 포트들(118) 및 다수의 원재료 운반 장치들(20), 예를 들어, 두 공급 포트들(118) 및 두 원재료 운반 장치들(20)을 포함할 수 있으나, 둘보다 많은 공급 포트들 및 둘보다 많은 원재료 운반 장치들이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 원재료 운반 장치(20)는 베이슨(110)에 동일한 원재료를 공급할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상이한 원재료 운반 장치들은 베이슨(110)에 상이한 원재료들을 공급할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 원재료 운반 장치는 베이슨(110)에 제1 원재료를 공급할 수 있는 한편, 제2 원재료 운반 장치는 베이슨(110)으로 상기 제1 원재료와 상이한 제2 원재료를 공급할 수 있다. 또한, 용융 용기(14)는 또한 바닥 벽(108)을 통해 베이슨(110) 내로 연장되는 복수의 전극들(120)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 전극들은 전원과 전기적으로 연결된다. 그러나, 추가적인 실시예들에서, 대안적으로 또는 추가적으로, 복수의 전극들(120)은 제1 측벽(104) 및/또는 제2 측벽(106)을 통해 베이슨(110) 내로 연장될 수 있으나, 또다른 추가적인 실시예들에서, 복수의 전극들은 상기 측벽들 및 상기 바닥 벽 모두 내에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 버너들(116) 및 전극들(116) 둘 모두를 통해 상기 용융 물질에 가해진 총 열 에너지와 비교하여 전극들(116)에 의해 베이슨(110) 내의 상기 용융 물질에 가해진 열 에너지는 약 20% 내지 약 80% 범위, 예컨대 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 또는 70% 이상일 수 있다. 예를 들어, 버너들(116)에 비하여 전극들(120)을 통해 베이슨(110) 내의 상기 용융 물질에 부가된 열 에너지의 비는 20%:80%, 30%:70%, 40%:60%, 50%:50%, 60%:40%, 70%:30%, 또는 심지어 80%:20%일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
열전쌍들(미도시)은 상기 용융 용기의 다양한 벽들 중 임의의 하나 이상 내에 묻힐 수 있다. 예를 들어, 상기 바닥 벽 내에 묻힌 열전쌍들은 예컨대 상기 용융 용기의 중심선을 따라 종방향으로 상기 용융물의 바닥 온도들을 제공할 수 있으나, 상기 측벽들 내에 묻힌 열전쌍들은 상기 용융물의 측면 온도들을 제공할 수 있다. 상기 상단 벽 내에 위치된 열정쌍들은 크라운 온도들을 제공할 수 있다.
이전에 언급된 바와 같이, 용융 용기(14)는 일반적으로 직사각형 형상이며, 후방 벽(100)의 내표면으로부터 전방 벽(102)의 내표면까지 종방향으로 연장되는 길이(L), 및 즉 상기 제1 측벽(104)의 내표면으로부터 상기 대향하는 제2 측벽(106)의 내표면까지 횡방향으로 길이(L)에 수직하게 연장되는 폭(W)을 포함한다. 종방향 중심선(CL)은 상기 용융 용기의 길이를 따라 연장되며 상기 용융 용기를 이등분한다. 용융 용기(14)의 종횡비 L/W는 일부 실시예들에서 1.9 초과 및 2.5 미만, 예를 들어 약 2.0 내지 약 2.5 범위, 약 2.1 내지 약 2.5 범위, 약 2.2 내지 약 2.5 범위일 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 종횡비(L/W)는 약 2.3 내지 약 2.5 범위, 예를 들어 2.4일 수 있다. 상기 용융 용기의 내부 내의 상기 용융 유리의 표면적과 관련된 상기 용융 용기의 내부의 면적 L·W은 전형적으로 약 17 제곱 미터 이하, 예를 들어 약 16 제곱 미터 이하, 약 15 제곱 미터 이하, 또는 약 14 제곱 미터이하이다.
작동 시, 상기 하나 이상의 원재료 운반 장치들(20)은 제조 장치(10) 내의 용융 유리의 레벨을 감지하는 용융 용기(14)의 하류에 위치된 하나 이상의 레벨 프로브들(132)로부터 수신된 신호에 반응하여 용융 용기(14)로 원재료(24)를 운반한다. 예를 들어, 레벨 프로브(132)는 청징 용기(34) 내 또는 청징 용기(34)의 하류에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레벨 프로브(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 도관(38) 내에 위치될 수 있다. 각각의 원재료 운반 장치(20)는 예를 들어 레벨 프로브(132)로부터의 신호에 반응하여 상기 용융 용기 내로의 원재료의 공급을 제어하도록 구성된 제어 장치(133)와 전기적으로 결합될 수 있다. 원재료(24)가 베이슨(110)으로 들어감에 따라, 상기 원재료는 전형적으로 상기 각각의 공급 포트 아래에 더미(배치 더미(batch pile))로 축적되며, 전방 벽(102)을 향해 전방으로 퍼지며, 상기 용융 유리의 표면 상에 떠다니는 스컴(scum)의 거품 층(도 6 참조)과 합류한다. 보다 전형적으로, 그러나, 상기 원재료는 상기 배치 더미로부터 퍼지는 "흐름들"을 통해 상기 전방 벽을 향하는 방향으로 이동한다. 이러한 흐름들은 가끔 구불거리는 경로를 참조하여 종종 "배치 스네이크들(batch snakes)"로 불린다.
상기 스컴 층은 용융 부산물들 및 용해되지 않은 원재료를 포함하며 후방 벽(100)으로부터 전방 벽(102)을 향하는 방향으로 연장되며, 일반적으로 실리카가 풍부하며, 용융 동안 방출된 가스들과 결합되며, 일반적으로 상기 용융 유리 내로 용해되기 어렵다. 따라서, 스컴 층(134)은 전방 벽(102)에 접근할 수 있으며, 일부 실시예들에서 상기 용융물의 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다.
원재료(24)가 상기 배치 더미(들)로부터 전방으로 퍼짐에 따라, 버너들(116)로부터의 복사 및 대류 열 전달은 상기 원재료를 가열 및 용융시키는 것을 돕는다. 유사하게, 전압이 전극들(120)에 인가될 수 있으며, 전극들의 그룹들, 예를 들어 전극 쌍들 사이에 전류를 발생시키며, 상기 전류는 상기 용융물의 저항을 통해 상기 용융 유리를 가열한다. 따라서, 상기 용융물 자체로부터의 전도성 열은 상기 원재료를 더 용해시킬 수 있다. 배치 운반 장치(20)에 의해 투입된 원재료 모두가 상기 용융 용기 내에서 완전히 용해되지 않을 수 있다는 것에 주목해야한다. 예를 들어, 상기 용융 용기 내로의 진입 직후에 상기 원재료의 무게는 상기 원재료 중 일부를 상기 스컴 층을 통해 상기 용융물 내로 드라이브할 수 있다. 더 무거운 개별적인 원재료 구성물들은 또한 상기 스컴 층을 통해 일찍 하강할 수 있으며, 상기 용융 유리를 통해 순환할 수 있다. 그러나, 상기 원재료가 전방에 도달하고 결국 상기 스컴 층을 통해 하강하여 상기 용융물 내로 용해됨에 따라, 원재료의 알갱이들은 상기 알갱이들이 상기 전방 벽에 도달하기 충분히 오래 상기 스컴 층 내에 유지될 수 있다. 이러한 알갱이들이 결국 상기 전방 벽 근처에서 상기 스컴 층 아래의 상기 용융 유리와 합류하는 경우, 원재료의 알갱이들이 상기 용융물 내로 완전히 용해되기 불충분한 시간이 있을 수 있으며, 완전히 용해되지 않은 알갱이들은 상기 용융 용기를 빠져 나가고 하류 유리 제조 장치(30)로 들어가는 용융 유리의 유동 내로 동반될 수 있다. 따라서, 상기 스컴 층은 원재료의 알갱이들이 용융 공정을 효과적으로 우회하는 길을 제공함으로써 최종 유리 물품에 대한 오염원이 될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 핫 스팟과 상기 용융 용기의 더 차가운 후방 벽, 전방 벽, 및 측벽들 사이의 온도 차이가 상기 용융물 내의 대류 유동을 생성하도록 상기 용융물(28)의 바디 내에 핫 스팟(160)을 생산하도록 연소 버너들 및/또는 다양한 전극들 사이의 전류를 통해 상기 용융 유리에 인가된 열 에너지가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상단 벽(112) 없이 도시된 용융 용기(14)의 평면도인 도 4는 상기 용융 용기 내의 상기 용융물의 가장 뜨거운 영역을 나타내는 핫 스팟(160)으로부터 바깥으로 뻗어 나가는 화살표들로서 유동 벡터들의 패턴을 도시하며, 상기 유동 벡터들은 용융 유리의 대류 유동을 묘사한다. 유동 벡터들(162a 및 162b)이 각각 핫 스팟(160)으로부터 후방 벽(100)을 향하는 종방향으로의 및 핫 스팟(160)으로부터 전방 벽(102)을 향하는 방향으로의 용융 유리 유동을 나타내나, 각각의 중간의, 일반적으로 후방의, 유동 벡터는 후방(종방향) 유동 성분을 포함하고 각각의 일반적으로 전방 유동 벡터는 전방(종방향) 유동 성분을 포함한다는 것에 주의해야 한다. 유사하게, 두 대향하는 유동들은 횡방향으로 발생하며, 각각의 횡방향 유동은 핫 스팟(160)으로부터 인접한 측벽을 향해 연장된다: 횡방향 유동(162c)은 중심선(CL)으로부터 제1 측벽(104)을 향하는 방향으로 움직이고, 횡방향 유동(162d)은 중심선(CL)으로부터 제2 측벽(106)을 향하는 방향으로 이동한다. 일반적으로 폭 방향의 각각의 중간 유동 벡터는 횡방향 유동 성분을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 설명을 단순화하기 위하여, 달리 언급되지 않는한, 횡방향은 종방향 축(중심선)(CL)에 일반적으로 수직한 방향을 나타내나, 종방향 유동은 중심선(CL)에 평행한 방향을 나타낸다. 핫 스팟(160) 내의 용융 유리는 베이슨(110)의 바닥으로부터 상승되어 상기 용융 용기의 인접한 벽들을 향해 상기 용융물의 표면(164) 근처로 바깥으로 퍼진다. 한편, 도 5는 상기 핫 스팟 내에서 상승하고, 상기 용융물의 상기 표면 근처에서 상기 용융물의 각각의 부분들을 가로질러, 이후 상기 측벽들에서 상기 베이슨(110)의 바닥을 향해 하강하고, 핫 스팟(160)을 향해 상기 용융 용기의 바닥을 가로질러 유동하는 용융 유리의 횡방향 대류 유동을 도시하는 용융 용기(14)의 횡방향 단면도이다. 따라서, 도시된 바와 같이, 두 반대로 회전하는 횡방향 대류 흐름들(예를 들어, "셀들(cells)")이 생성된다. 유사하게, 도 6은 상기 핫 스팟 내에서 상승하고, 상기 용융물의 상기 표면 근처에서 상기 용융물의 각각의 부분들을 가로질러, 이후 상기 전방 벽 및 후방 벽에서 베이슨(110)의 바닥을 향해 하강하고, 핫 스팟(160)을 향해 상기 용융 용기의 바닥을 가로질러 유동하는 용융 유리의 종방향 대류 유동을 도시하는 용융 용기(14)의 종방향 단면도이다. 따라서, 도시된 바와 같이, 두 반대로 회전하는 종방향 대류 흐름들(예를 들어, "셀들")이 생성된다.
사용 가능한 디자인 옵션들을 더 잘 이해하기 위해, 횡방향 및 종방향 대류 유동들의 상대적인 세기들(유동 속도들)을 평가하기 위한 수학적 모델에 공정 가정들이 포함되었다. 용융이 대체로 표면 현상이며, 대류 유동 데이터의 평가는 전형적으로 상기 용융물의 표면 또는 근처에서 수행된다는 것이 이해되어야 한다.
도 7은 세 상이한 용융 용기 디자인들에 대한 상기 용융 용기의 바닥에서의 용융 온도를 도시하는 박스 플롯이다. 각각의 경우에서, 세 상이한 위치들에서의 바닥 온도가 실제 용융 용기의 중심선을 따라 상기 바닥 벽에 위치된 열전쌍들로부터 얻어졌다. 용융 용기 디자인 A는 상기 용융 용기의 상기 바닥 벽 내에 위치되며 상기 유리 용융물 내로 위로 연장되는 몰리브덴 전극들을 포함하였으며, 디자인 A에서 상기 용융 용기의 종횡비는 2.4였다. 용융 용기 디자인 B는 상기 용융 용기의 상기 바닥 벽 내에 위치되고 상기 유리 용융물 내로 위로 연장되는 몰리브덴 전극들을 포함하였으며, 상기 용융 용기의 종횡비는 1.9였다. 용융 용기 디자인 C는 상기 측벽들 내에 위치되며 상기 용융 용기의 상기 측벽들에서 상기 용융물에 노출되는 주석 산화물 전극들을 포함하였으며, 상기 용융 용기의 종횡비는 2.4였다. 데이터는 디자인 B 및 C에 비하여 용융 용기 디자인 A의 바닥 온도들의 범위의 상당한 향상을 도시한다. 보다 구체적으로, 데이터는 디자인 B 및 C에 비하여 디자인A의 온도 데이터의 첫번째 사분위수와 두번째 사분위수 사이의 매우 적은 차이, 및 최소와 최대 바닥 온도들 사이의 감소된 차이를 도시한다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 이전의 예에서와 같이 각각 동일한 세 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C에 대한 대략 2주의 기간에 걸쳐 얻어진 대지 전압의 그래프들이다. 즉, 데이터는 각각의 전극 위치에서 측정된 좌측 VTG과 우측 VTG 사이의 차이를 도시한다. 이상적으로, VTG(플롯들의 좌측으로부터 우측)는 0이며 변동이 매우 작거나 전혀 없다. 실용적인 응용들에서, 상기 용융물 표면 상에서의 원재료의 이동은 공정 온도들 및 유리 내의 전기장들에 영향을 미치며, VTG의 변동을 야기한다. 상기 VTG 변동은 상기 용융물 내의 열 및 전기장의 상대적 안정성을 나타낸다. 그래프 내의 개별적인 데이터는 데이터의 분산보다 덜 중요하다(또한 그래프들에서 관찰하기 어렵다). 바닥에 설치된 몰리브덴 전극들 및 약 2.0 내지 약 2.5의 범위 내(즉, 이 구체 예에서 2.4)의 종횡비를 가지는 디자인 A가 디자인 B 및 C보다 더 안정적이라는(상당히 더 작은 VTG 변동을 나타낸다는) 것이 쉽게 명백하며, 디자인 B 및 C는 짧은 시간에 걸친 큰 이동에 의해 증명되는 큰 VTG 변동성을 나타낸다. 이러한 이동들은 상기 용융 공정의 불안정한 온도들 및 성능 변동과 관련된다. 실제로, 도 8a는 최대 전압 변동의 절대 값이 80볼트(즉, 0±80 볼트)보다 훨씬 아래, 예컨대 약 70볼트 이하(즉, 0±70 볼트), 예를 들어 약 65 볼트 이하(즉, 0±65 볼트), 및 거의 예외 없이 ±40 볼트 내라는 것을 도시한다. 용융 용기 디자인들 B(도 8b) 및 C(도 8c)는 상당히 더 큰, 일부 경우들에서 0±120 볼트만큼 큰 대지 전압 변동성을 보여준다.
도 9는 코드 성능(누적 통과율 퍼센트)의 형태의 공정 출력을 도시한다. 코드는 성형 공정에서 점도에 영향을 미치므로 유리의 화학적 불균질성의 척도이다. 코드는 자유-공간 콜리메이트 빔(collimated beam)을 발생시키기 위한 근적외선 광원, 광섬유, 및 별개의 자유-공간 광학 부품들을 사용하여 측정된다. 상기 콜리메이트 빔은 최종 제품, 예를 들어 평평한 유리 기판을 통해 반대편의 검출기 어셈블리 내로 투과되며, 여기에서 상기 투과된 광은 렌즈에 의해 포커싱되고 배향된 슬릿(slit) 개구를 가지는 감지 요소에 의해 포착된다. 상기 콜리메이트 빔의 간섭성 길이(coherence length)는 기판 두께보다 작으며, 빔 폭에 걸쳐 균일한 동위상 면(phase front)를 가진다. 상기 빔이 코드를 가지는 기판을 통과함에 따라, 상기 빔 위상이 두께 변동에 의해 약하게 변조된다. 이러한 광학적 효과는 회절 격자의 것, 및 0차 및 두 개의 1차 회절 장들의 생성과 유사하다. 이러한 회절 장들은 전파를 계속함에 따라 간섭하여 상기 기판으로부터의 거리의 함수로서 세기의 최대 및 최소를 발생시킨다. 포커싱 렌즈는 콘트라스트를 향상시키고 상기 감지 요소로의 광학적 경로의 길이를 단축시키는데 사용되며, 상기 슬릿 개구는 적합한 양의 공간적 해상도 및 진동에 대한 둔감성을 달성하는데 사용된다. 상기 코드 측정은 상기 검출기에 의해 수신된 일률의 양을 기록하면서 상기 기판을 가로지르는 방향으로 상기 감지 요소를 움직임으로써 이루어진다. 코드 콘트라스트 퍼센트를 추출하기 위하여 상기 검출기 신호 프로파일들의 디지털 필터링이 수행될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 0 내지 0.7% 범위의 코드 콘트라스트 %는 디자인들 A, B, 및 C 사이에 상당한 공정별 차이를 도시한다. 높은 누적 통과율에 의해 도시되는 바와 같이, 디자인 A의 성능은 디자인 B 및 C보다 코드 측면에서 분명히 더 낫다. 즉, 1년 생산량의 거의 100%가 약 0.33% 콘트라스트 이하이다. 디자인 C는 더 낮은 성능을 보여준다. 이러한 안정성의 측정법을 사용할 때 디자인 B는 디자인 A 및 C보다 분명히 더 안좋다. 디자인 C 용융 용기로부터 오직 약 80%의 수율만이 0.33% 코드 콘트라스트 내에 속한다.
도 10a는 상기 세개의 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C에 대하여 상기 용융 용기의 중심선을 따라(여기서는 횡방향 유동이 0으로 가정됨) 및 상기 용융 유리의 상기 표면 아래 2 인치(5.1 센티미터)에서 상기 용융 용기의 길이(L)의 퍼센트의 함수로서 모델링된 후방 대류 유동 속도 대 전방 대류 유동 속도의 비의 그래프이다. 도 10a의 각각의 커브들은 상기 용융 용기의 길이를 따른(0%는 상기 용융 용기의 상기 후방벽의 위치이고, 100%는 상기 용융 용기의 상기 전방 벽의 위치이다) 이 비의 구체적인 값들을 나타내나, 관심이 있는 파라미터는 후방 유동 속도에 대한 "커브 아래"(즉, 커브와 수평 축 사이)의 면적 및 상기 전방 유동 속도에 대한 커브 아래 면적의 비의 절댓값으로 결정되는 전체 적분된 종방향 유동 속도 비이다. 적분된 종방향 유동 속도 비를 1.5 이상, 예를 들어 약 1.5 내지 약 2.0 범위, 약 1.6 내지 약 2.0, 또는 약 1.7 내지 약 2.0으로 유지하는 것은 유동 단락(short circuiting)(상기 중심 핫 스팟을 우회하는 유동)이 최소화되도록 보장하고 기포들 및 코드 현상으로 나타날 수 있는 혼합되지 않은 유리로부터 발생하는 공정 문제들을 제한한다. 도 10a의 그래프에서, 상기 후방 유동과 상기 전방 유동 사이의 경계점은 커브가 수평 축과 교차하는 지점, 예를 들어 연구된 디자인들에서 상기 용융 용기의 길이의 약 50% 내지 60% 사이이다.(모든 세 개의 커브들에 대하여 0 교차점이 50% 초과라는 사실은 모든 세 용융 용기들에 대하여 상기 핫스팟은 상기 용융 용기의 중심으로부터 약간 전방이라는 것을 나타낸다.) 도 10a의 그래프에 따르면, 상기 후방 유동은 0 교차점의 좌측의 커브 부분(예를 들어, 음의 값들)이고, 전방 유동은 0 교차점의 우측의 커브 부분(양의 값들)이다. 따라서, 상기 적분된 후방 유동을 나타내는 커브의 면적은 수평 축과 커브의 양의 부분 사이의(상기 후방 벽으로부터 상기 핫 스팟까지) 면적이고, 상기 적분된 전방 유동을 나타내는 커브의 면적은 상기 수평 축과 상기 커브의 음의 부분 사이의(상기 핫 스팟과 상기 전방 벽 사이) 면적이다. 이들 면적들의 비가 상기 적분된 종방향 유동 속도이다.
위의 경우들에서와 같이, 바닥에 설치된 몰리브덴 전극들을 가지는 용융 용기 디자인 A의 종횡비는 2.4였고, 바닥 설치된 몰리브덴 전극들을 가지는 용융 용기 디자인 B의 종횡비는 1.9였고, 측벽에 설치된 주석 산화물 전극들을 가지는 용융 용기 디자인 C의 종횡비는 2.4였다. 모든 세 용융 용기들은 후방 벽(100)에 위치되며 상기 중심선에 대하여 대칭인 두 공급 포트들을 사용하였으며, 양 공급 포트들은 실질적으로 동일한 속도로 베이슨(100) 내로 동일한 원재료를 공급하였다. 대류 유동들이 레일리 수 Ra(식 1)를 사용하여 결정되고 평가되었다.
도 10a로부터의 상기 적분된 전방 유동 속도에 대한 적분된 후방 유동 속도의 비인, 아래 표의 첫번째 행에 도시된 바와 같이, 용융 용기 디자인 A는 상기 전방 대류에 비하여 상기 후방 대류를 강화시킨다(상기 후방 유동 속도를 증가시킨다). 적분된 후방 유동 속도의 비를 1.5 이상으로 유지하는 것은 유동 단락을 최소화하고 기포 및 코드 현상으로 나타날 수 있는 혼합되지 않은 유리로부터 발생하는 공정 문제들을 제한한다.
도 10b는 세 용융 용기 디자인들 A, B, 및 C에 대하여, 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 용융 용기 내의 상기 용융 유리의 상기 표면 아래 2 인치(5.1 센티미터) 위치에서 길이(L)의 퍼센트의 함수로서 모델링된 종방향(길이 방향) 대류 유동 속도 대 횡방향 유동 속도의 비의 그래프이다. 용융 용기 디자인 A는 상기 용융 용기의 전방에서 횡방향 유동이 전방 대류보다 현저히 더 강하도록 더 보장한다(전방 벽(102)으로부터 길이(L)의 5%, 즉 0.95L(95%)의 위치에서 상기 용융 물질의 상기 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 스크류 공급기 위치에서(즉, 상기 스크류 공급기의 횡방향 위치와 동일한 횡방향 위치에서) 종방향 유동 속도에 대한 횡방향 유동 속도의 비를 제공하는 아래 표의 두번째 행에 표시된 바와 같이). 상기 핫 스팟에서 발생해 상기 측벽들을 향해 바깥쪽으로 방출되는 두 횡방향 대류 유동들이 존재한다는 것에 주의해야한다. 모델링에서는 두 횡방향 유동들이 동일한 것으로 가정되었으므로, 상기 횡방향 유동 속도는 이러한 두 유동들 중 하나를 나타낸다. 또한, 도 10a에 도시된 바와 같이, 상기 핫 스팟(수평 축 상의 0 교차점)의 좌측으로의 유동은 후방 유동이고, 상기 핫 스팟의 우측으로의 유동은 전방 유동이다. 상기 횡방향-대-전방 유동 속도 비의 역수값이, 퍼센트로 표현되었을 때, 50% 초과, 예를 들어 50% 초과 내지 약 60%, 예컨대 약 51% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 52% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 53% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 54% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 55% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 56% 내지 약 60% 범위, 예를 들어 59%인 경우, 상기 용융 용기 디자인은 전방 유동을 보장하며 단락 유동이 지배적이지 않다. 예를 들어, 95%L(전방 종방향 유동)에서 커브 B(용융 용기 디자인 B를 나타냄) 상의 점의 절댓값은 대략 4.27이다. 4.27의 역수는, %로 표현하면, (1/4.27)x100 = 23.4% 이다.
마지막으로, 디자인 A는 상기 용융 용기의 후방에서 횡방향 대류가 또한 상기 후방 종방향 대류에 비하여 강화되도록 보장한다. 이는 후방 벽(100)으로부터 0.05L(5%L) 위치에서 상기 용유 물질의 상기 표면 아래 5.1cm 깊이에서 스크류 공급기 위치에서 종방향(후방) 유동 속도에 대한 횡방향 유동 속도의 비를 제공하는 표 3의 세번째 행의 비에 의해 보여진다. 횡방향-대-전방 유동 속도 비의 역수의 절댓값(퍼센트로 표현됨)을 50% 초과, 예를 들어 50% 이상 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 51% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 52% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 53% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 54% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 55% 내지 약 60% 범위, 예컨대 약 56% 내지 약 60% 범위, 예를 들어 59%로 유지하는 것은 원재료의 표면 유동(배치 스네이크들)을 상기 측벽들을 향해 보다 효과적으로 미는 것을 도우며, 유동의 다이렉트 단락 및 혼합되지 않은 물질들이 바로 전방 벽(102)을 향해 바로 전방으로 이동하는 것을 제한한다. 즉, 배치 스네이크 내에 포함된 배치 물질은 배치 스네이크들이 상기 측벽들 근처의 경로를 이동할 때 상기 용융물 내로 용해될 시간이 더 많이 제공된다.
A B C
전방 유동에 대한 후방 유동의 적분된 비 1.70 1.25 1.12
전방 벽에서 전방 유동에 대한 횡방향 유동의 비의 역수 59% 23% 45%
후방 벽에서 후방 유동에 대한 횡방향 유동의 비의 역수 59% 24% 50%
본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시의 실시예들에 다양한 수정들 및 변형들이 만들어질 수 있다는 것이 당 업계의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그 균등물들의 범위 내인한 그러한 수정들 및 변경들을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 스크류 공급기를 사용하여 용융 유리를 담는 용융 용기(melting vessel) 내로 원재료를 공급하는 단계; 및
    상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 전극들 사이의 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계;를 포함하고,
    상기 용융 용기는 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 제2 측벽, 및 바닥 벽을 포함하고, 상기 용융 용기는 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면까지 연장되는 길이(L), 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되며 상기 길이(L)에 수직한 폭(W), 및 상기 길이(L)를 따라 연장되며 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽으로부터 동일 거리인 종방향 중심선을 포함하고, L/W는 약 2.0 내지 약 2.4이고,
    상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 전극들 사이의 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계에 의해 상기 후방 벽을 향하는 방향의 상기 중심선에 평행한 제1 유동 속도의 제1 대류 유동, 상기 전방 벽을 향해 상기 중심선에 평행한 제2 유동 속도의 제2 대류 유동, 상기 중심선으로부터 상기 제1 측벽을 향하는 횡방향의 제3 유동 속도의 제3 대류 유동, 및 상기 중심선으로부터 상기 제2 측벽을 향하는 횡방향의 제4 유동 속도의 제4 대류 유동을 포함하는 복수의 대류 유동들이 상기 용융 유리 내에 생성되고,
    상기 용융 유리의 표면 아래 5.1 cm에서 상기 중심선을 따라 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제1 유동 속도의 적분된 비는 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    L·W는 약 17 제곱 미터 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    L·W는 약 14 제곱 미터 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 전방 벽으로부터 0.05L 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 후방 벽으로부터 0.05L 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 제1 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계와 동시에 연소 버너들(combustion burners)을 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전류에 의해 상기 용융 유리로 입력된 에너지는 상기 전류 및 상기 연소 버너들에 의해 상기 용융 유리 내로 입력된 총 에너지의 적어도 20%인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 상기 용융 용기의 상기 바닥 벽을 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극들의 각각의 전극에서 평가된 대지 전압(voltage-to-ground)의 변동은 0±80 볼트를 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    수렴하는 성형 표면들 상에 상기 용융 유리를 유동시킴으로써 상기 용융 유리를 유리 리본으로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  12. 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 및 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽을 포함하고, 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면까지 연장되는 길이(L), 및 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되며 상기 길이(L)에 수직한 폭(W)을 더 포함하고, L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위인 용융 용기; 및
    상기 용융 용기의 바닥 벽을 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 전극들을 포함하고,
    각각의 전극은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    L·W는 약 17 제곱 미터 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    L·W는 약 14 제곱 미터 이하인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽 중 하나 또는 둘 모두를 통해 상기 용융 용기의 내부 내로 노출되는 복수의 연소 버너들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 장치.
  16. 적어도 하나의 스크류 공급기를 사용하여 용융 유리를 담는 용융 용기 내로 원재료를 공급하는 단계; 및
    상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 몰리브덴-함유 전극들 사이의 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 용융 용기는 후방 벽, 전방 벽, 제1 측벽, 제2 측벽, 및 바닥 벽을 포함하고, 상기 용융 용기는 상기 후방 벽의 내표면으로부터 상기 전방 벽의 내표면가지 연장되는 길이(L), 상기 제1 측벽의 내표면으로부터 상기 제2 측벽의 내표면까지 연장되며 상기 길이(L)에 수직한 폭(W), 및 상기 길이(L)를 따라 연장되며 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽으로부터 동일 거리인 종방향 중심선을 포함하고, L·W는 약 17 제곱 미터 미만이고, L/W는 약 2.0 내지 약 2.4 범위이고,
    상기 용융 용기의 내부 내로 연장되는 복수의 몰리브덴-함유 전극들 사이의 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계에 의해, 상기 후방 벽을 향하는 방향의 상기 중심선에 평행한 제1 유동 속도의 제1 대류 유동, 상기 전방 벽을 향해 상기 중심선에 평행한 제2 유동 속도의 제2 대류 유동, 상기 중심선으로부터 상기 제1 측벽을 향하는 횡방향의 제3 유동 속도의 제3 대류 유동, 및 상기 중심선으로부터 상기 제2 측벽을 향하는 횡방향의 제4 유동 속도의 제4 대류 유동이 생성되고,
    상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 위치에서 상기 중심선을 따라 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제1 유동 속도의 적분된 비는 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전류를 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계와 동시에 연소 버너들을 사용하여 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 전류에 의해 상기 용융 유리에 입력된 에너지는 상기 전류 및 상기 연소 버너들에 의해 상기 용유 유리 내로 입력된 총 에너지의 적어도 20%인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 전방 벽으로부터 0.05L 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 제2 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스크류 공급기의 횡방향 위치에서 상기 후방 벽으로부터 0.05L 위치에서 상기 용융 유리의 표면 아래 5.1cm 깊이에서 상기 제1 유동 속도에 대한 상기 제3 유동 속도 또는 상기 제4 유동 속도의 비의 절댓값의 역수는 50% 초과인 것을 특징으로 하는 유리 물품 제조 방법.
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