KR20210013534A - 유리 리본을 제조하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 유리 결함을 방지하면서 유리 리본의 형상 정확도 및 유리 품질의 측면에서 그리고 유리 리본의 사용 수명을 연장하기 위하여 기계적 안정성의 측면에서 고도의 요건을 충족하는 유리 리본이 제조될 수 있도록 하는, 유리 리본을 제조하기 위한 개선된 장치의 제공이라는 목적을 기반으로 한다. 이를 위해, 용융 유리(5)로부터 박형 유리 리본(3)을 제조하기 위한 장치(1)가 제공된다. 이러한 장치는, 용융 유리(5)가 하방으로 통과하여 빠져나갈 수 있는 하부 세장형 노즐 개구(9)를 구비하며 직접 가열 수단(2) 및 간접 가열 수단(4)을 포함하는 드로잉 탱크(7)를 포함한다. 직접 가열 수단(2)은 적어도 하나의 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)의 형태의 드로잉 탱크(7)의 적어도 하나의 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 하나의 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 포함한다. 직접 가열 수단(2)은 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)용의 개개의 전원(201, 202, 203, 204)을 포함한다. 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 연결부(26, 27)를 구비하여, 이러한 연결부를 통해 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)가 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결됨으로써, 전원(201, 202, 203, 204)으로부터의 전류가 벽(700)의 적어도 일부를 통해 흘러 벽(700)을 가열한다. 직접 가열 수단의 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 드로잉 탱크(7)의 벽(700)의 전류 운반 부분을 포함한다. 간접 가열 수단(4)은 적어도 하나의 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)용의 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)를 포함한다.
Description
본 발명은 개괄적으로, 유리 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 다운-드로우(down-draw) 공정에서 용융 유리로부터, 특히 최대 3000 ㎛(마이크로미터), 바람직하게는 15 ㎛ 내지 1100 ㎛의 두께를 갖는, 유리 리본을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다운-드로우 공정에서, 드로잉 탱크는 유리가 열간 성형 온도에서 통과하여 빠져 나가는 노즐 개구까지 아래로 유리 분포 균등화를 제공한다. 드로잉 탱크 유출구에 간단한 슬롯 노즐이 제공될 수도 있으며, 추가로, 드로잉 탱크 자체의 내부에 또는 드로잉 탱크의 유출구에, 예를 들어, 블레이드(blade) 또는 핀(fin) 형상의 몸체의 형태로 별도의 유동 저항부가 제공될 수도 있다. 모든 성형 공구는, 바람직하게는 백금 비율이 높은, 귀금속 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 일단 공정이 중단되면, 귀금속 공구를 교체할 수 있으며 이후 재사용할 수 있기 때문에, 다운-드로우 공정에 고도의 융통성이 부여된다. 예를 들어, 오버플로우 용융(overflow fusion) 공정에 사용되는 세라믹 트로프(ceramic trough)의 경우, 가열 시간 및 냉각 시간이 상대적으로 길기 때문에, 경제적이지 않다. 예를 들어, 오버플로우 용융 공정의 개시 공정에는 일주일 이상이 걸리는 반면, 다운-드로우 공정에는 하루가 채 안 걸린다.
더욱이, 부식 거동, 전도성, 밀도, 점도 프로파일, 유리 전이 온도, 열간 성형 온도 등의 측면에서와 같이 화학적 및 물리적 특성이 크게 상이한 여러 유형의 유리에 동일한 귀금속 공구가 사용될 수 있다. 즉, 다운-드로우 공정에 의하면, 열간 성형 공구를 변경할 필요 없이, 유리를 융통성 있게 재용융시킬 수 있다.
DE 10 2004 007 560 B4는 일정한 두께 및 평탄도에 관한 고도의 요건을 충족하는 유리 리본의 제조를 가능하게 하는, 박형 유리 시트를 제조하기 위한 장치 및 적합한 드로잉 탱크의 제공이라는 목적을 기반으로 한다. 이러한 목적은 전체 폭에 걸쳐 상이한 단면적을 갖는 적어도 두 개의 부분을 포함하는 드로잉 탱크에 의해 달성되며, 이들 부분의 치수는 양 부분에서 용융 유리로 덮힌 거리에 걸쳐 전체 압력 강하가 슬롯 노즐의 임의의 지점에서 일정하면서 동일하도록 결정된다. 또한, DE 10 2004 007 560 B4에 설명된 바와 같이, 최적의 온도 분포를 조절하기 위하여 드로잉 탱크에 가열 요소를 장착하는 것이 유리하며, 이 경우, 드로잉 탱크는 간접적으로만 가열된다.
또한, 드로잉 방향에 수직인 노즐 부근의 특수 온도 프로파일을 통해 유리 시트의 품질을 개선하려는 시도가 과거에 있어 왔다. 이를 위해, DE 100 64 977 C1에서는, 예를 들어, 유입구, 드로잉 탱크, 및 노즐 시스템을 폐쇄 시스템으로서 구성하는 것이 제안되었다. 유입구는 대칭형 관 섹션을 갖는 원형 관을 포함하며, 드로잉 탱크는 수직방향 및 횡방향으로 분할된 가열 시스템을 포함하며, 가열은 직접 전기 가열 또는 간접 전기 가열의 형태로 구현될 수도 있다.
드로잉 탱크는, 두께 변화를 방지하여 유리 리본의 뒤틀림 및 특히 줄무늬 등과 같은 유리 결함을 방지하도록, 생성될 유리 리본의 기하학적 특성을 최적화하기 위하여 유리 분포, 균질화, 및 온도 조절이 미세하게 조정되어야 하는 복잡한 구성 요소이다.
따라서, 본 발명은, 유리 결함을 방지하면서 유리 리본의 형상 정확도 및 치수 일관성 그리고 유리 품질의 측면에서 그리고 유리 리본의 사용 수명을 연장하기 위하여 기계적 안정성의 측면에서 고도의 요건을 충족하는 유리 리본이 제조될 수 있도록 하는, 유리 리본을 제조하기 위한 장치의 제공이라는 목적을 기반으로 한다. 또한, 본 발명은 보다 안정적인 처리 및 수율 증가를 위해 개선된, 특히 융통성 있는 방법을 특정하기 위한 것이다.
이러한 목적은 독립항의 주제에 의해 달성된다. 유리한 추가의 실시예가 종속항에 명시되어 있다.
따라서, 본 발명은 용융 유리로부터, 특히 3000 ㎛ 이하의, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 1100 ㎛의 두께를 갖는, 유리 리본을 인발하기 위한 장치를 제공하며, 이러한 장치는 용융 유리가 하방으로 통과하여 빠져나갈 수 있는 하부 세장형 노즐 개구를 구비하며 직접 가열 수단 및 간접 가열 수단을 포함하는 드로잉 탱크를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 직접 가열 수단 및 적어도 하나의 간접 가열 수단이 노즐 구역 내에 또는 노즐에 위치된다.
직접 가열 수단은 적어도 하나의 제 1 가열 구역의 형태의 드로잉 탱크의 적어도 하나의 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 하나의 가열 회로를 포함한다. 직접 가열 수단은 각각의 가열 회로를 위한 해당 전원을 포함하며, 각각의 가열 회로는 연결부를 구비하여 이러한 연결부를 통해 각각의 가열 회로가 드로잉 탱크의 벽에 연결됨으로써, 각각의 전원으로부터의 전류가 벽의 적어도 일부를 통해 흘러 벽을 가열한다. 직접 가열 수단의 각각의 가열 회로는 드로잉 탱크의 벽의 전류 운반 부분을 포함한다. 바람직하게는, 직접 가열 수단은 여러 개의 제 1 가열 구역의 형태의 드로잉 탱크의 여러 개의 영역을 가열하도록 작동 가능한 여러 개의 가열 회로를 포함한다.
간접 가열 수단은 적어도 하나의 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소들을 포함한다.
이러한 방식으로, 드로잉 탱크의 간접 가열에 의해 기본적인 온도가 발생되며, 드로잉 탱크의 직접 가열에 의해 목표 온도가 발생된다.
바람직한 실시예에서, 직접 가열 수단은 네 개의 제 1 가열 구역의 형태의 드로잉 탱크의 네 개의 상이한 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 네 개의 개별적으로 제어 가능한 가열 회로를 포함한다. 직접 가열 수단은 네 개의 가열 회로 각각에 대한 연결부를 포함하여 이러한 연결부를 통해 가열 회로가 드로잉 탱크의 벽에 연결되므로, 전원으로부터의 전류가 벽의 적어도 일부를 통해 흘러 벽을 가열한다. 직접 가열 수단의 가열 회로는 드로잉 탱크의 벽의 전류 운반 부분을 포함한다. 가열 회로는, 특히, 드로잉 탱크의 전류 운반 금속 시트를 포함하여 구축된다.
간접 가열 수단은, 바람직하게는, 적어도 세 개의 개별적으로 제어 가능하며 공간적으로 구별되는 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소들을 포함한다.
유리 리본의 두께는 온도 편차에 매우 민감하므로, 안정적인 생산 공정을 위해서는 드로잉 탱크 내에서의 그리고 드로잉 탱크 상에서의 용융 유리의 온도의 최적화 및 미세 조절이 특히 중요하다.
가열 시스템이 간접적으로만 구현되는 경우, 즉, 가열 요소가 드로잉 탱크의 주위에 배열되면, 온도 제어가 지연되며, 횡방향 및 종방향에서의 드로잉 탱크의 온도 프로파일의 미세 조정 또는 최적화가 어렵다. 또한, 용융 품질을 향상시키며 두께 프로파일을 조절하기 위하여 유동의 비균질성을 보상하기 위한 구배 제어 및 이에 따라 보다 우수하고 빠른 제어성을 달성하기가 어렵다. 더욱이, 지연 시스템에서는 개시 공정 및 중지 공정이 단지 느린 속도로만 수행될 수 있다.
가열 시스템이 단지 직접적으로만 구현되면, 직접 가열 암페어가 과도한 경우 용융 유리와 드로잉 탱크의 금속 시트 사이의 전기 화학적 반응이 촉진될 수도 있으며, 이로 인해, 유리에 기포가 형성될 수도 있으며, 드로잉 탱크의 금속 시트로부터 바람직하지 않은 입자가 발생될 수도 있다. 또한, 구성 요소가 직접적으로만 가열되면 미세하게 공간적으로 분석되는 온도 조절을 구현할 수 없어, 공정의 제어성이 방해를 받게 된다.
직접 가열 수단 및 간접 가열 수단을 포함하는 본 발명의 특정 조합에 의하면, 각각의 가열 방식의 단점을 완화시키거나 상호 보상할 수 있다. 따라서, 직접 가열 수단은 유리 온도를 ±0.5K의 범위 내에서 신속하게 조절 가능하도록 하며 공정을 신속하게 개시 및 중단시킬 수 있도록 함과 동시에, 간접 가열 수단은 직접 가열에서의 과도한 가열 암페어를 그리고 이에 따라 유리에서의 바람직하지 않은 기포 및 입자의 형성을 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다. 구별되는 제 1 가열 구역과 제 2 가열 구역의 분리에 의해 용융 유리의 선형 처리량, 즉, 횡방향에서의 단위 길이 당 용융 유리의 처리량을 보다 잘 조절할 수 있다.
따라서, 박형 유리 리본을 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 특히 드로잉 탱크에서의 융통성 있는 온도 및 처리량 조절에 의해 종래 기술에 비해 개선된 가열 시스템을 제공하며, 이에 따라, 개선된 형상 정확도, 치수 일관성, 및 유리 품질을 갖는 유리 리본의 제조를 가능하게 한다.
간접 가열 수단의 제어성을 추가로 향상시키기 위하여, 간접 가열 수단은, 바람직하게는, 다섯 개 이상의 개별적으로 제어 가능한 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소들을 포함한다.
유리한 실시예에서, 직접 가열 수단의 제 1 가열 구역 및 간접 가열 수단의 제 2 가열 구역은 수직 및/또는 수평 분포 방식으로 드로잉 탱크 상에 그리고 그 주위에 배열된다.
상이한 가열 구역으로의 수직 및/또는 수평 분포는 공간적으로 분석되는 최적의 방식으로 용융 유리의 온도 프로파일 및 선형 처리량을 조절할 수 있도록 하며, 이것은 제어성 및 이에 따라 공정의 안정성 측면에서 유리하다. 또한, 이러한 방식으로, 예를 들어, 변형 또는 심지어 공정 실패를 야기할 수도 있는 드로잉 탱크 내의 부압이 방지된다.
또한 긴 사용 수명 동안의 그리고 1200℃ 이상의 고온 하에서의 드로잉 탱크의 재료의, 성형 공구의, 또는 기타 구성 요소의 열화(aging)가 문제가 될 수 있으며, 이것은, 예를 들어, 구성 요소가 귀금속으로 형성되더라도 구성 요소의 입자 크기 성장의 결과, 안정성에 악영향을 줄 수도 있다. 이러한 단점은 상이한 가열 구역으로 수직 및/또는 수평 분포되어 있는 직접 가열 수단 및 간접 가열 수단을 조합하여 방지될 수 있다.
직접 가열을 위해 드로잉 탱크의 금속 시트에 인가되는 가열 전류는 바람직하게는 2500 A 미만, 보다 바람직하게는 1000 A 미만이다.
2500 A 미만, 바람직하게는 1000 A 미만의 가열 전류에 의해, 입자의 형성이 감소되며, 특히, 귀금속 성분으로부터의 귀금속 입자의 형성뿐만 아니라 유리 중의 기포의 형성이 감소된다.
간접 가열 수단은 기저 부하(base load)로서 총 전력 출력의 50% 넘게 기여하도록 설계되는 것이 바람직하다.
간접 가열 수단을 통한 열 공급과 직접 가열 수단을 통한 열 공급을 비교함으로써, 직접 가열 수단의 제어 전류를 입자 및 기포 형성에 중요한 전류 수준 미만인 전류 수준, 즉, 암페어로 만들 수 있다.
열 기술의 측면에서 직접 가열 수단을 개선하기 위하여, 드로잉 탱크의 유리한 실시예는 직접 가열을 위한 전원 연결부로서 플랜지(flange) 또는 칼라(collar)를 포함한다.
드로잉 탱크의 전류 운반 금속 시트의 유리한 두께는, 국소적으로 개작된 방식으로, 국소 전류 밀도, 즉, 암페어 및 도체 단면의 함수로서 열 입력을 최적으로 조절하기 위해 0.5 mm 내지 5 mm의 범위인 것으로 밝혀졌다. 설정 전류 수준에 맞는 개개의 이상적인 온도 분포에 대해 재료 두께를 조정함으로써, 직접 가열 하에서 드로잉 탱크의 킹크(kink) 또는 플랜지에서 발생할 수도 있는 국소 과열점(hot spot)과 같은 임계 영역을 감소시킬 수 있으며, 따라서, 기포 및 이물질의 형성을 방지할 수 있다.
바람직하게는 복수의 온도 측정 지점이 드로잉 탱크에 적극적으로 연결, 특히, 용접된다는 사실에 의해 특히 신속하며 직접적인 조절 성능이 달성된다.
추가의 유리한 실시예에서, 가열 전력 출력을 제어하기 위한 피드백 제어 유닛을 위해 직접 가열 수단 또는 간접 가열 수단의 가열 전력을 조절하기 위한 피드백 제어 측정 지점인 적어도 두 개의 온도 측정 지점이 제공된다.
특히 균일한 열 분배를 위해, 간접 가열 수단은 가열 요소로서 가열 타일(tile) 또는 사행 히터(meandering heater)를 포함할 수도 있다.
저항 가열 재료로서 백금, 스테인레스 강 또는 SiC를 포함하는 가열 요소가 간접 가열 수단에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
예를 들어, 고온으로 인해 부품에 응력이 가해지는 경우 응력 변형을 방지하기 위하여 그리고 장치의 가공 안정성과 사용 수명을 늘리기 위하여, 바람직한 실시예에 따라, 드로잉 탱크가 적어도 하나의 미세 입자 안정화 귀금속 또는 하나의 미세 입자 안정화 귀금속 합금을 포함하는 금속 시트를 포함하는 것이 고려된다. 특히, 이러한 금속으로서, Pt, PtRh, PtAu, PtRhAu, PtIr와 같은 백금과 플라티늄의 합금이 특히 적당하며, 특히 바람직하게는 금속은 ZrO2 입자와 같은 나노입자를 함유한다.
고온 부하 및 장기 사용 하에서 드로잉 탱크의 안정성을 증가시키기 위하여 미세 입자 안정화 귀금속 합금의 사용이 바람직하다. PtxRhyAuz(0% ≤ x ≤ 100%, 0% ≤ y ≤ 20%, 0% ≤ z ≤ 20%) 또는 PtuIrv 합금(0% ≤ u ≤ 100%, 0% ≤ v ≤ 20%)으로 형성된, 선택적으로 나노입자, 용융 야금학적으로 또는 분말 야금학적으로 제조된 귀금속 합금이 첨가된, 미세 입자 안정화 합금은 성분이 고온 부하에 노출되는 경우 응력 변형 효과를 줄이는 데 특히 유리하다.
이러한 안정화된 재료의 공급자로는, 예를 들어, 우미코어(Umicore), 후루야(Furuya), 헤레우스(Heraeus), 다나까(Tanaka)가 있으며, 이들은 각각 이러한 재료의 고유 버전(예를 들어, 우미코어의 PtRh10 FKS 리질(Rigilit), PtRh10 FKS 새큘리트(Saeculit), 헤레우스의 PtRh10 DPH 또는 DPH-A)을 갖추고 있다.
순수한 이리듐과 같은 응력 변형 내성이 높은 귀금속은 내산화성이 없기 때문에 적합하지 않다.
위에 언급된 특정 합금으로 제한되지 않고, 본 명세서에 기술된 장치는 일반적으로, 1100℃를 초과하는 성형 온도에서의 유리로부터 유리 리본의 인발을 허용한다. 본 개시 내에서, 성형 온도는 유리의 점도가 104 dPa·s인 온도를 의미한다.
당연히, 드로잉 탱크의 금속 시트뿐만 아니라, 장치의 다른 구성 요소 또는 공구가 적어도 하나의 미세 입자 안정화 귀금속 또는 미세 입자 안정화 귀금속 합금을 포함할 수도 있다.
드로잉 탱크의 기계적 변형을 초래할 수도 있으며 유리 리본의 불균일한 두께 및 유리 결함을 유발할 수도 있는 드로잉 탱크 내의 부압을 방지하기 위하여, 드로잉 탱크의 상류 유입구는 챔버에 개방된 드로잉 탱크의 매니폴드관에 개방되는 것이 바람직하며, 챔버는 매니폴드관보다 작은 단면을 가지며 하단부에 노즐 개구를 구비한다.
따라서, 용융 유리에 의해 덮힌 거리에 걸쳐 총 압력 강하가 노즐 개구의 임의의 지점에서 일정하며 동일하다.
바람직한 실시예에서, 적어도 세 개의 제 1 가열 구역이 획정되도록 직접 가열 수단의 전원이 드로잉 탱크에 연결되며, 제 1 가열 구역은 유리 리본의 인발 방향에 횡방향으로, 즉, 특히, 노즐 개구의 종방향 연장선을 따라 드로잉 탱크의 상부에 분포되며, 제 1 가열 구역 중 하나의 가열 구역이, 바람직하게는, 중앙에 배치되며, 추가의 제 1 가열 구역이 노즐 개구를 포함하는 드로잉 탱크의 하부를 가열한다.
이러한 장치에 의하면, 국소 가변 방식으로, 즉, 수평 및 수직 방향으로, 노즐 개구까지 아래로 드로잉 탱크 내의 온도 제어를 허용함으로써, 용융 유리의 점도를 원하는 대로 조절할 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에 따르면, 온도 제어를 추가로 개선하기 위하여, 적어도 세 개의 개별적으로 제어 가능한 공간적으로 구별되는 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소는 제 2 가열 구역이 유리 리본의 인발 방향에 횡방향으로, 즉, 특히 노즐 개구의 종방향 연장선을 따라 서로 나란히 분포되도록 배열된다.
그 결과, 일정한 두께 및 평탄도 측면에서 고도의 요건을 충족하는 유리 리본이 제조될 수 있다.
용융 유리의 체류 시간 연장 및 용융 유리의 두께 분포(종방향 및 횡방향 분포)에 영향을 미치는 온도의 제어성 개선을 위해, 장치의 드로잉 탱크는 드로잉 탱크의 노즐 개구의 외부로 하방으로 돌출되는 안내 몸체를 포함하는 것이 바람직하며, 안내 몸체는 두 개의 노즐 슬롯이 안내 몸체와 노즐 개구의 가장자리 사이에 획정되도록 노즐 개구의 가장자리로부터 이격되도록 지지된다. 바람직하게는, 안내 몸체가 가열되며, 이 경우, 안내 몸체는 자체적으로 개별적으로 제어 가능한 연결부를 구비하며, 예를 들어, 하나의 연결부를 통해 접지가 구현되는 상태로 드로잉 탱크와는 독립적인 적어도 하나의 가열 회로가 제공된다.
전술한 장치의 구조적 구현을 통해 균일한 두께 및 개선된 표면 품질을 갖는 유리 리본을 더 높은 수율로 달성할 수 있으며, 또한, 기계적 안정성 및 그에 따라 사용 수명을 개선할 수 있다.
전술한 바와 같은 장치는, 바람직하게는, 특히 3000 ㎛ 이하의 두께를 갖는 박형 유리 리본을 제조하기 위한 방법을 수행할 수 있다. 이러한 방법에서는, 용융 유리가 유입구를 통해 드로잉 탱크 내로 공급되며, 용융 유리가 노즐 개구로부터 빠져 나와 인발되어 유리 리본을 형성하며, 방법은 직접 가열 수단 및 간접 가열 수단 모두를 동시에 사용하여 드로잉 탱크를 가열하는 단계를 포함한다.
바람직한 방법에 있어서, 용융 유리는 유입구를 통해 드로잉 탱크로 그리고 챔버에 개방된 드로잉 탱크의 매니폴드관으로 분배되며, 챔버는 매니폴드관보다 작은 단면을 갖는다. 드로잉 탱크 내의 온도 프로파일을 통해 노즐 개구를 따라 용융 유리의 일정한 선형 처리량이 조절된다. 일정한 선형 처리량은 용융 유리의 횡방향으로 단위 길이 당 일정한 처리량을 의미한다.
바람직한 방법에 있어서, 직접 가열 수단 및 간접 가열 수단은 총 처리량이 일정하게 유지되는 방식으로 드로잉 탱크 내의 용융 유리의 온도 조절 및 온도 분포를 통해 용융 유리의 선형 처리량, 즉, 용융 유리의 횡방향으로 단위 길이 당 처리량을 제어하기 위해 사용된다.
드로잉 탱크의 원형 유입구에서의 처리량은 관 직경 및 온도의 함수로 조절된다. 드로잉 탱크의 온도 조절은, 바람직하게는, 유출구를 따른 선형 처리량의 분포에만 영향을 미쳐야 하며 전체 처리량을 변경하여서는 안 된다.
드로잉 탱크가 안내 몸체가 배치되며 하단부에 노즐 개구를 구비한 챔버를 포함하는 장치를 사용하는 추가의 바람직한 방법에 있어서, 드로잉 탱크 내의 용융 유리의 온도는, 바람직하게는, 용융 유리의 온도 의존 점도(η)에 의해 아래의 관계식이 충족되도록 조절된다.
여기서, "
"는 용융 유리의 체적 유량이며, "B"는 노즐 개구를 따른 방향에서의 드로잉 탱크의 폭이며, "DS"는 챔버의 국소 폭이며, "DL"은 안내 몸체의 국소 두께이며, "ρ"는 용융 유리의 밀도이며, "g"는 중력 가속도이며, "h"는 챔버의 높이이며, "pu"는 2000 Pa의 압력이다.
균일한 두께 및 가능한 최대 폭을 갖는 유리 리본을 제조하기 위해, 노즐 개구를 따라 가장자리로부터 노즐 개구의 중심까지 드로잉 탱크 내의 온도 구배(T구배 = T중심 - T가장지리)는 유리하게는 0 내지 50K로, 바람직하게는 20K 내지 40K로 조절된다.
직접 가열 및 간접 가열을 모두 포함하는 전술한 방법의 실시예는 특히 안정적인 공정을 달성할 수 있으며, 이에 따라 유연한 방식으로 균일한 두께 및 개선된 표면 품질을 갖는 유리 리본을 더 높은 수율로 달성할 수 있다. 이것은 또한, 방법의 경제성을 향상시킨다.
본 발명이 이하 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 직접 가열 수단, 간접 가열 수단, 및 안내 몸체를 구비한 드로잉 탱크의 단면도이며;
도 2는 직접 가열 수단을 구비한 드로잉 탱크의 섹션을 단면도로 개략적으로 보여주며;
도 3은 간접 가열 수단을 구비한 드로잉 탱크의 섹션을 단면도로 개략적으로 보여주며;
도 4는 드로잉 탱크 유출구에서의 온도 프로파일이 유리 리본의 두께 프로파일 및 폭에 미치는 영향을 보여주는 그래프이며;
도 5는 직접 가열을 위한 전원 연결부로서 한 쌍의 칼라를 구비한 드로잉 탱크의 사시도이며;
도 6은 드로잉 탱크의 압력 강하를 산출하기 위한 파라미터를 예시하기 위한 드로잉 탱크의 단면도이다.
도 1은 직접 가열 수단, 간접 가열 수단, 및 안내 몸체를 구비한 드로잉 탱크의 단면도이며;
도 2는 직접 가열 수단을 구비한 드로잉 탱크의 섹션을 단면도로 개략적으로 보여주며;
도 3은 간접 가열 수단을 구비한 드로잉 탱크의 섹션을 단면도로 개략적으로 보여주며;
도 4는 드로잉 탱크 유출구에서의 온도 프로파일이 유리 리본의 두께 프로파일 및 폭에 미치는 영향을 보여주는 그래프이며;
도 5는 직접 가열을 위한 전원 연결부로서 한 쌍의 칼라를 구비한 드로잉 탱크의 사시도이며;
도 6은 드로잉 탱크의 압력 강하를 산출하기 위한 파라미터를 예시하기 위한 드로잉 탱크의 단면도이다.
도 1은, 특히 3000 ㎛ 이하, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 1100 ㎛의 두께를 갖는 용융 유리(5)로부터 유리 리본(3)을 제조, 특히, 인발하기 위한 장치(1)의 일부를 보여준다. 장치(1)는 용융 유리(5)를 유지하기 위한 드로잉 탱크(7)를 포함하며, 드로잉 탱크는 하단에 세장형 노즐 개구(9)를 구비하며, 노즐 개구를 통해 용융 유리(5)가 하방으로 배출될 수 있다. 드로잉 탱크는 본 발명에 따라 직접 가열 수단(2) 및 간접 가열 수단(4)과 조합되어 있다.
바람직하게는, 안내 몸체(11)가 드로잉 탱크(7)의 내부에 배치될 수도 있으며, 드로잉 탱크(7)의 노즐 개구(9)의 외부로 하방으로 돌출될 수도 있다. 안내 몸체(11)는, 바람직하게는, 노즐 개구(9)의 가장자리(90, 92)로부터 이격되도록 지지되므로, 안내 몸체(11)와 노즐 개구(9)의 가장자리(90, 92) 사이에 두 개의 노즐 슬롯(94, 96)이 획정된다. 따라서, 바람직하게는, 용융 유리(5)가 두 개의 서브 스트림(substream)(50, 52)으로서 노즐 슬롯(94, 96)으로부터 빠져 나온다. 이들 서브 스트림(50, 52)은 안내 몸체(11)를 따라 아래로 흘러 안내 몸체(11)의 부분(100)의 하단에서 합쳐질 수 있다. 상기 부분(100)은, 바람직하게는, 노즐 개구(9)로부터 돌출된다. 두 개의 서브 스트림(50, 52)이 하나가 되며 유리 리본(3)이 인발됨으로써 성형되는 이러한 영역은 드로잉 어니언(drawing onion)(15)으로 지칭된다. 인발 동안 유리 리본(3)의 두께가 유리의 인발에 의해 감소된다. 동시에, 노즐 개구(9)로부터 거리가 멀어짐에 따라 유리가 냉각되며, 이에 따라, 고화될 때까지 점성이 증가된다.
안내 몸체(11)가 노즐 개구(9)로부터 적어도 30 mm, 바람직하게는 적어도 80 mm만큼 돌출되는 것이 일반적으로 바람직하다. 이것은 안내 몸체(11) 상에서의 용융 유리(5)의 양호한 분배를 보장하여, 유리 리본(3)의 두께 변화가 방지된다.
예시적인 특정 실시예로 제한되지 않고, 추가의 실시예에 따라, 안내 몸체(11)가 노즐 개구(9)에서보다 드로잉 탱크(7)의 내부에서 더 두꺼운 두께를 갖는 것이 고려된다. 이러한 두께 증대는 기계적인 이유로 유리하긴 하지만 필수적인 것은 아니다.
안내 몸체(11)는 저항체(101) 및 저항체(101)의 아래에 배치된 핀 또는 블레이드(103)를 포함할 수도 있으며, 저항체(101)는, 바람직하게는, 드로잉 탱크(7)의 유동 단면을 제한하기 위하여 블레이드(103)보다 넓은 폭을 갖는다.
일반적으로, 노즐 개구(9)로부터 유동 저항체 또는 저항체(101)의 하부 가장자리까지의 거리는 바람직하게는 적어도 3 mm, 보다 바람직하게는 적어도 8 mm이다.
도 1에 도시되어 있지는 않지만, 특히 전용으로 개별적으로 제어 가능한 연결부를 통해 안내 몸체(11)를 가열하는 것이 기술적으로 또한 고려 가능하므로, 예를 들어, 드로잉 탱크(7)와는 독립적인 적어도 하나의 별도의 가열 회로가 구축되어 하나의 연결부를 통해 접지된다.
유리 리본(3)을 인발하기 위해, 예를 들어, 한 쌍 이상의 구동 롤러를 포함할 수도 있는 드로잉 장치(17)가 제공될 수도 있다.
도 1은 직접 가열 수단(2)의 두 개의 연결부(26, 27)를 구비한 하나의 가열 회로(206)를 보여준다. 두 개의 연결부(26, 27)를 통해 가열 회로(206)가 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결되므로, 전원(201)으로부터의 전류가 벽(700)의 적어도 일부를 통해 흘러 벽(700)을 가열함으로써, 드로잉 탱크(7)의 적어도 일부가 제 1 가열 구역(34)의 형태로 가열될 수 있다.
바람직하게는, 직접 가열 수단(2)은, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)의 형태로 드로잉 탱크(7)의 네 개의 상이한 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 네 개의 개별적으로 제어 가능한 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 포함한다.
직접 가열 수단(2)은 바람직하게는 적어도 네 개의 가열 회로(206, 207, 208, 209) 각각에 대해 마련되는 각각의 전원(201, 202, 203, 204)을 추가로 포함하며, 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 각각 연결부(26, 27)를 구비하여, 이러한 연결부를 통해 가열 회로(206, 207, 208, 209)가 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결됨으로써 전원(201, 202, 203, 204)으로부터의 전류가 벽(700)의 적어도 일부를 통해 흘러 벽(700)을 가열한다.
가열 회로의 가열 전류는, 바람직하게는, 2500 A 미만, 특히 1000 A 미만이다. 그러나, 온도 재조절을 위해 직접 가열이 사용되는 경우 충분한 가열 전력을 제공할 수 있도록 최소 전력 출력이 200 A인 전원이 바람직하다. 보다 구체적으로, 직접 가열 수단의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 드로잉 탱크(7)의 전류 운반 금속 시트(78)를 포함하여 구축된다. 직접 가열을 위한 금속 시트(78)의 유리한 두께는 0.5 mm 내지 5 mm의 범위에 있다.
가열 수단(2)에 추가하여, 장치(1)는 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소들을 포함하는 간접 가열 수단(4)을 포함한다. 특히 바람직한 구현예에 있어서, 간접 가열 수단(4)은 적어도 세 개 또는 다섯 개 이상의 개별적으로 제어 가능한 공간적으로 구별되는 제 2 가열 구역을 위한 가열 요소들을 포함한다(도 3). 도 1에 따른 장치(1)의 예시적인 실시예에서, 외부 환경에 대한 단열부(14)가 또한 간접 가열 수단(4)의 주위에 제공된다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 유리한 실시예에서, 가열 전력의 피드백 제어를 위한 제어 유닛(20)에 직접 가열 수단(2) 및/또는 간접 가열 수단(4)의 가열 전력 출력을 조절하기 위한 제어 측정 지점을 제공할 수 있는 적어도 두 개의 온도 측정 지점(18, 19)이 제공된다. 이에 따라, 화살표로 표시된 바와 같이, 제어 유닛(20)은 온도 측정 지점(18, 19)으로부터 센서 값을 도출하여 가열 수단(2, 4)의 가열 전력을 제어한다. 이를 위해, 직접 가열의 경우 전류 흐름이 조절된다. 간접 가열 수단(4)은 또한, 바람직하게는, 전도성 가열을 포함하지만, 예를 들어, 버너를 포함할 수도 있다. 온도 측정 지점(18, 19)은 온도 변화의 신속한 피드백을 위해 드로잉 탱크(7)에 적극적으로 연결, 특히, 용접될 수도 있다.
보다 명확하게 하기 위해, 도 2는 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)의 형태인 드로잉 탱크(7)의 네 개의 상이한 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 네 개의 개별적으로 제어 가능한 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 포함하는 직접 가열 수단(2)이 마련된 드로잉 탱크(7)의 섹션을 보여준다. 도 2에 따르면, 직접 가열 수단(2)은 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)와 관련된 개개의 전원(201, 202, 203, 204)을 포함하며, 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 연결부(26, 27)를 통해 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결된다.
유리한 실시예에서, 직접 가열 수단(2)의 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)은 수직 및 수평 분포 방식으로 드로잉 탱크(7) 상에 배열된다. 이러한 배열에 의하면, 용융 유리(5)의 점도가 원하는 대로 조절될 수 있도록 드로잉 탱크 내의 아래로 노즐 개구(9)까지의 온도를 국소적으로 가변적으로 구별되는 방식으로 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같은 직접 가열 수단(2)의 특히 바람직한 실시예에서, 전원(201, 202, 203, 204)은 적어도 세 개의 제 1 가열 구역(34, 35, 36)이, 바람직하게는, 유리 리본(3)의 인발 방향에 횡방향으로, 즉, 특히 노즐 개구(9)의 길이 방향의 연장선을 따라 드로잉 탱크(7)의 상부에 분포되는 방식으로 드로잉 탱크(7)에 연결된다. 드로잉 탱크(7)의 상부의 이들 세 개의 제 1 가열 구역(34, 35, 36) 중 하나의 가열 구역(35)은, 바람직하게는, 드로잉 탱크(7)로의 용융 유리(5)용 유입구(74)의 부근에 중앙으로 배치되며, 두 개의 추가의 가열 구역(34, 36)은 각각, 바람직하게는, 유입구(74)의 하류의 용융 유리(5)용 매니폴드관(76)의 영역에 위치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 추가의 제 1 가열 구역(37)은, 유리하게는, 노즐 개구(9)를 포함한 드로잉 탱크(7)의 하부를 가열한다.
보다 명확하게 하기 위해, 도 3은 간접 가열 수단(4)을 구비한 드로잉 탱크(7)의 섹션을 보여준다.
이러한 예시적인 실시예로 제한되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따라, 간접 가열 수단(4)이, 바람직하게는, 여섯 개의 개별적으로 제어 가능한 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 위한 여섯 개의 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)를 포함하며, 간접 가열 수단(4)의 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)은 드로잉 탱크(7) 상에서 수직으로 연장되어, 보다 바람직하게는 유리 리본(5)의 인발 방향에 대해 횡방향으로, 즉, 특히 노즐 개구(9)의 길이 방향의 연장선을 따라 서로 인접하여 분포될 수도 있다.
유리 리본(3)을 제조, 특히, 인발하기 위한 본 발명의 장치(1)는 직접 가열 수단(2)을 포함하며 동시에 간접 가열 수단(4)을 포함하기 때문에, 특히 뚜렷히 구별되는 제 1 가열 구역과 제 2 가열 구역으로의 분리로 인해 공간적으로 해결되는 방식으로 용융 유리(5)의 온도 프로파일 및 선형 처리량을 최적으로 조절할 수 있어, 특히, 이러한 장치에 의해 수행되는 공정의 제어성 및 그에 따라 안정성을 증대시킬 수 있다. 이러한 제어에 의하면, 특히, 노즐 개구(9)를 따라 가능한 가장 일정한 처리량을 목표로 하는 것이 가능해진다.
유리 리본의 두께는 온도 편차에 매우 민감하기 때문에, 용융 유리(5)의 온도의 최적화 및 미세한 조절은 안정적인 생산 공정에 특히 중요하다.
도 4는 드로잉 탱크 유출구에서의 온도 프로파일이 유리 리본(3)의 두께 프로파일 및 폭에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.
유리 리본(3)은 유리 리본(3)의 두께가 전혀 변하지 않거나 단지 약간만 변하는 중앙 영역(30) 및 가장자리 상의 비드(bead)(31, 33)를 포함한다. 중앙 영역(30)은 제조하고자 하는 유리 제품이 생성되는 품질 영역으로 알려져 있다. 전형적으로, 비드(31, 33)는 절단되며, 비드의 유리는 재용융되어 드로잉 탱크(7)로 복귀될 수 있다.
유용한 품질 영역 또는 중앙 영역(30)에서 특히 큰 폭을 가짐과 동시에 균일한 두께를 갖는 유리 리본(3)을 획득하기 위해, 노즐 개구(9)의 가장자리(90, 92)와 노즐 개구(9)의 중심 사이의 온도 구배가, 세 개의 선 중 얇은 중간 선에 의해 도 4에 도시된 바와 같이, 40K 정도까지 이상적으로 조절되어야 한다.
노즐 개구(9)의 중심이 더 뜨거우면, 즉, 예를 들어, 온도 구배가 50K이면, 용융 유리(5)의 선형 처리량이 중심에서 증가할 것이며, 그 이유는, 예를 들어, 도 4에 파선으로 표시된 바와 같이, 유리 리본(3)의 두께 프로파일이 W-자 형상을 취할 것이기 때문이다.
온도차가 20K 이하인 경우, 도 4에 굵은 선으로 표시된 바와 같이, 유리 리본(3)의 폭이 감소할 것이며, 두께 프로파일은 골(trough)의 형상이 될 것이다. 이에 의해, 유용한 품질 영역 또는 중앙 영역(30)이 상당히 감소할 것이다.
따라서, 일정한 두께를 가지면서 가능한한 최대 폭을 갖는 유리 리본(3)을 제조하기 위해, 노즐 개구(9)를 따라 그 가장자리(90, 92)로부터 노즐 개구(9)의 중심까지 드로잉 탱크(7) 내에서 온도 구배가 유리하게는 T구배 = T중앙 -T가장자리 = 0 내지 50K로, 바람직하게는 T구배 = 20K 내지 40K로 조절된다.
직접적인 전도성 가열을 위한 전원 연결부(26)로서 플랜지 또는 칼라(28)가 마련된 드로잉 탱크(7)를 포함하는 장치(1)의 유리한 실시예에 있어서, 온도를 조절함으로써 유리 리본(3)의 두께를 조절 또는 제어하기 위한 다른 가능성이 구현된다.
도 5는 용융 유리용 유입구(74)가 드로잉 탱크(7)의 상류에 제공되며 드로잉 탱크(7)의 상부가 챔버(75)에 개방된 용융 유리용 관상형 섹션 또는 매니폴드관(76)에 의해 형성되는 바람직한 실시예의 섹션을 보여준다. 이 경우, 한 쌍의 칼라(28)가, 예를 들어, 별도의 전원 연결부(26, 27)로서 매니폴드관(76)에 끼워진다. 각각의 칼라(28)는, 바람직하게는, 전원 연결 탭(tab)(29)을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유리 리본(3)의 형상 정확도 및 치수 일관성을 향상시키기 위하여 드로잉 탱크(7)의 압력 강하가 특정 방식으로 조절된다. 이러한 조절은 드로잉 탱크(7)에서 부압이 발생하는 것을 방지한다. 부압은 드로잉 탱크(7)를 기계적으로 변형시킬 수도 있어, 또한 유리 두께에 영향을 줄 수도 있다. 더욱이, 국소 부압은 드로잉 탱크(7)에서 용융 유리(5)의 불안정한 유동 패턴을 야기할 수도 있으며, 이것은 또한 불균일한 유리 두께 또는 유리 결함을 초래할 수도 있다.
본 실시예에 따른 조절이 이하 도 6의 드로잉 탱크(7)의 개략적인 단면도를 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 도 6은 드로잉 탱크(7)의 압력 강하를 산출하기 위해 사용되는 치수를 나타내는 드로잉 탱크(7)의 단면도를 보여준다.
여기서, 드로잉 탱크(7)의 상부는 드로잉 탱크(7)의 바닥(70)으로 아래로 연장되는 챔버(75)에 개방된 관상형 섹션 또는 매니폴드관(76)에 의해 형성된다. 챔버(75)는, 바람직하게는, 매니폴드관(76)보다 작은 단면을 갖는다. 따라서, 챔버(75)의 폭(DA)이 매니폴드관(76)의 직경보다 작다. 작은 단면으로 인해, 압력 변화가 주로 챔버(75)를 따라 발생한다. 바람직하게는 적어도 하나의 안내 몸체(11)로 인해 챔버(75)의 폭이 추가로 좁아지는 특정 섹션이 이러한 압력 강하에 기여한다.
바람직한 실시예에 따르면, 드로잉 탱크(7)의 온도는 위에서 이미 언급한 바와 같은 조건이 충족되도록 조절된다.
위의 관계식에서," 
"는 용융 유리(5)의 체적 유량이며, "B"는 드로잉 방향에 수직인 노즐 개구(9)를 따른 방향 또는 유리 리본(3)을 따른 방향에서의 드로잉 탱크(7)의 폭이며, "η"는 용융 유리(5)의 점도이며, "DS"는 챔버(75)의 국소 폭이며, "DL"은 안내 몸체(11)의 국소 두께이며, "ρ"는 용융 유리(5)의 밀도이며, "g"는 중력 가속도이며, "h"는 챔버(75)의 높이이다. 섹션(HL, HS)은 수직 방향(z)으로 통합되어 있다. 이러한 통합이 또한, 두 개 이상의 하위 섹션에 걸쳐 이루어질 수도 있으며, 이 경우, 하위 통합이 추가되어야 한다. 이것은 안내 몸체(11)에 추가하여, 예를 들어, 수직 방향으로 서로 분리되어 있는 추가의 안내 몸체가 제공되는 경우이다.
기호 "pu"는 2000 Pa의 크기의 압력을 나타낸다. 이러한 크기는 여전히 허용되는 부압을 설명해 준다. 따라서, 관계식의 우측은 여전히 허용 가능한 부압(pu)에 의해 감소되는 용융 유리의 정수압을 나타낸다. 이 용어는 상수이다. 전인자 "
/B"는 유리 리본(3)의 두께를 정의하며, 이러한 두께는 전인자가 또한 상수를 나타내도록 미리 결정된다. 반면에, 유리 리본(3)의 주어진 두께에 대한 온도를 통해 상당히 온도 의존적인 점도(η)가 제어될 수 있다.
직접 가열 수단(2) 및 간접 가열 수단(4)의 구현에 의해, 위에 도시된 바와 같이, 온도가 심지어 국소적으로 상이한 방식으로 제어될 수 있다. 또한, 드로잉 탱크의 온도가 수직 방향을 따라 변할 수도 있다. 따라서, 점도는 위치 의존적일 수 있으며, η=η(z)로 나타내어질 수도 있다. 따라서, 이러한 의존성이 또한 통합과 관련하여 고려될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따르면, 드로잉 탱크(7)는 안내 몸체(11)가 배치되며 그 하단부에 노즐 개구(9)를 갖는 챔버(75)를 포함하며, 위의 주어진 관계식이 온도 의존 점도에 의해 충족되도록 드로잉 탱크(7) 내의 용융 유리(5)의 온도가 조절되는 것이 고려된다.
본 발명이 도면에 도시된 특정한 예시적인 실시예로 제한되지 않고 다양한 방식으로 변경될 수도 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 특히, 상이한 실시예가 또한 서로 조합될 수도 있다.
1: 유리 리본 제조 장치 2: 직접 가열 수단
3: 유리 리본 4: 간접 가열 수단
5: 용융 유리 7: 드로잉 탱크
9: 노즐 개구 11: 안내 몸체
14: 단열부 15: 드로잉 어니언
17: 드로잉 장치 18, 19: 온도 측정 지점
20: 가열 전력의 피드백 제어를 위한 제어 유닛
26, 27: 가열 회로용 연결부 28: 칼라
29: 전력 연결 탭 30: 유리 리본(3)의 중심 영역
31, 32: 유리 리본(3)의 비드 34, 35, 36, 37: 제 1 가열 구역
50, 52: 5의 서브 스트림
41, 42, 43, 44, 45, 46: 간접 가열 수단(4)의 가열 요소
61, 62, 63, 64, 65, 66: 제 2 가열 구역
70: 드로잉 탱크(7)의 바닥 74: 드로잉 탱크(7)의 유입구
75: 챔버 76: 매니폴드관
78: 금속 시트 90, 92: 노즐 슬롯(94, 96)의 가장자리
94, 96: 노즐 슬롯
100: 노즐 개구(9)의 외부로 돌출되는 안내 몸체(11)의 부분
101: 저항체 103: 핀 또는 블레이드
201, 202, 203, 204: 전원 206, 207, 208, 209: 가열 회로
700: 드로잉 탱크(7)의 벽
3: 유리 리본 4: 간접 가열 수단
5: 용융 유리 7: 드로잉 탱크
9: 노즐 개구 11: 안내 몸체
14: 단열부 15: 드로잉 어니언
17: 드로잉 장치 18, 19: 온도 측정 지점
20: 가열 전력의 피드백 제어를 위한 제어 유닛
26, 27: 가열 회로용 연결부 28: 칼라
29: 전력 연결 탭 30: 유리 리본(3)의 중심 영역
31, 32: 유리 리본(3)의 비드 34, 35, 36, 37: 제 1 가열 구역
50, 52: 5의 서브 스트림
41, 42, 43, 44, 45, 46: 간접 가열 수단(4)의 가열 요소
61, 62, 63, 64, 65, 66: 제 2 가열 구역
70: 드로잉 탱크(7)의 바닥 74: 드로잉 탱크(7)의 유입구
75: 챔버 76: 매니폴드관
78: 금속 시트 90, 92: 노즐 슬롯(94, 96)의 가장자리
94, 96: 노즐 슬롯
100: 노즐 개구(9)의 외부로 돌출되는 안내 몸체(11)의 부분
101: 저항체 103: 핀 또는 블레이드
201, 202, 203, 204: 전원 206, 207, 208, 209: 가열 회로
700: 드로잉 탱크(7)의 벽
Claims (24)
- 용융 유리(5)로부터, 특히 3000 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 박형 유리 리본(3)을 제조하기 위한 장치(1)로서,
드로잉 탱크(7)
를 포함하며,
상기 드로잉 탱크(7)는 용융 유리(5)가 하방으로 통과하여 빠져나갈 수 있는 하부 세장형 노즐 개구(9)를 구비하며, 직접 가열 수단(2) 및 간접 가열 수단(4)을 포함하며,
직접 가열 수단(2)은 적어도 하나의 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)의 형태인 드로잉 탱크(7)의 적어도 하나의 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 하나의 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 포함하며,
직접 가열 수단(2)은 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 위한 해당 전원(201, 202, 203, 204)을 포함하며,
각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 연결부(26, 27)를 구비하여, 이러한 연결부를 통해 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)가 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결됨으로써, 각각의 전원(201, 202, 203, 204)으로부터의 전류가 벽(700)의 적어도 일부를 통해 흘러 벽(700)을 가열하며,
직접 가열 수단의 각각의 가열 회로(206, 207, 208, 209)는 드로잉 탱크(7)의 벽(700)의 전류 운반 부분을 포함하며,
간접 가열 수단(4)은 적어도 하나의 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 위한 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)들을 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 직접 가열 수단(2)은 네 개의 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37)의 형태인 드로잉 탱크(7)의 네 개의 상이한 영역을 가열하도록 작동 가능한 적어도 네 개의 개별적으로 제어 가능한 가열 회로(206, 207, 208, 209)를 포함하며,
상기 직접 가열 수단(2)은 네 개의 가열 회로 각각을 위한 연결부(26, 27)들을 포함하여, 이러한 연결부를 통해 가열 회로(206, 207, 208, 209)가 드로잉 탱크(7)의 벽(700)에 연결되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 간접 가열 수단(4)은, 적어도 세 개의 개별적으로 제어 가능하며 공간적으로 구별되는 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 위한 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)들을 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간접 가열 수단(4)은 다섯 개 이상의 개별적으로 제어 가능한 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66))을 위한 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)들을 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 직접 가열 수단(2)의 제 1 가열 구역(34, 35, 36, 37) 및 상기 간접 가열 수단(4)의 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65)은 수직 및/또는 수평 분포 방식으로 드로잉 탱크(7) 상에 그리고 그 주위에 배열되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
직접 가열을 위해 상기 드로잉 탱크(7)의 금속 시트(78)에 인가되는 가열 전류는 2500 A 미만, 바람직하게는 1000 A 미만인 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간접 가열 수단(4)은 기저 부하(base load)로서 총 전력 출력의 50% 넘게 기여하도록 설계되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)는 직접 가열을 위한 전원 연결부(26, 27)로서 플랜지 또는 칼라(28)를 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)는 0.5 mm 내지 5 mm의 범위의 직접 가열을 위한 두께를 갖는 금속 시트(78)로 형성되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 온도 측정 지점(18, 19)이 드로잉 탱크(7)에 적극적으로(positively) 연결, 특히, 용접되는 것인 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 10 항에 있어서,
가열 전력 출력을 제어하기 위한 피드백 제어 유닛(20)을 위해 상기 직접 가열 수단(2) 또는 상기 간접 가열 수단(4)의 가열 전력을 조절하기 위한 피드백 제어 측정 지점인 적어도 두 개의 온도 측정 지점(18, 19)이 제공되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간접 가열 수단(4)은 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)로서 가열 타일 또는 사행 히터를 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간접 가열 수단(4)의 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)는 저항 가열 재료로서 백금, 스테인레스 강, 또는 SiC를 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)는 적어도 하나의 미세 입자 안정화 귀금속 또는 하나의 미세 입자 안정화 귀금속 합금을 포함하는 금속 시트(78)를 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 14 항에 있어서,
- 상기 미세 입자 안정화 귀금속이 금속 Pt, PtRh, PtAu, PtRhAu, PtIr 중 하나인 것인 특징;
- 상기 미세 입자 안정화 귀금속은 ZrO2 입자와 같은 나노입자를 함유하는 것인 특징
중 적어도 하나의 특징을 갖춘 미세 입자 안정화 귀금속을 포함하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)의 상류에 유입구(74)
를 포함하며,
상기 유입구(74)는, 챔버(75)에 개방된 드로잉 탱크(7)의 매니폴드관(76)에 개방되며,
상기 챔버(75)는 상기 매니폴드관(76)보다 작은 단면을 가지며 챔버의 하단부에 노즐 개구(9)를 구비하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 세 개의 제 1 가열 구역(34, 35, 36)이 획정되도록 상기 전원(201, 202, 203, 204)이 드로잉 탱크(7)에 연결되며, 제 1 가열 구역들은 유리 리본(3)의 인발 방향에 횡방향으로 드로잉 탱크(7)의 상부에 분포되며,
제 1 가열 구역들 중 하나의 가열 구역(35)은, 바람직하게는, 중앙에 배치되며,
추가의 제 1 가열 구역(37)은, 노즐 개구(9)를 포함하는 드로잉 탱크(7)의 하부를 가열하는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 세 개의 개별적으로 제어 가능하고 공간적으로 구별되는 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 위한 가열 요소(41, 42, 43, 44, 45, 46)들은, 제 2 가열 구역(61, 62, 63, 64, 65, 66)이 유리 리본(3)의 인발 방향에 횡방향으로 서로 나란히 분포되도록 배열되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)는 드로잉 탱크(7)의 노즐 개구(9)의 외부로 하방으로 돌출되는 안내 몸체(11)를 포함하며,
상기 안내 몸체(11)는 두 개의 노즐 슬롯(94, 96)이 안내 몸체(11)와 노즐 개구(9)의 가장자리(90, 92) 사이에 획정되도록 노즐 개구(9)의 가장자리(90, 92)로부터 이격되도록 지지되며,
상기 안내 몸체(11)가 가열되며,
상기 안내 몸체(11)는 그 개별적으로 제어 가능한 연결부를 구비하며, 드로잉 탱크(7)와는 독립적인 적어도 하나의 가열 회로가 제공되는 것인 유리 리본 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 유리 리본 제조 장치(1)를 사용하여, 특히 3000 ㎛ 이하의 두께를 갖는, 박형 유리 리본(3)을 제조하기 위한 방법으로서,
용융 유리(5)가 유입구(74)를 통해 드로잉 탱크(7)로 공급되며,
용융 유리(5)가 노즐 개구(9)로부터 빠져 나와 인발되어 유리 리본(3)을 형성하며,
직접 가열 수단(2)을 사용하면서 동시에 간접 가열 수단(4)을 사용하여 드로잉 탱크(7)를 가열하는 단계
를 포함하는 유리 리본 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
용융 유리(5)를 유입구(74)를 통해 드로잉 탱크(7)로 드로잉 탱크(7)의 매니폴드관(76) 내로 분배하는 단계로서, 매니폴드관은 챔버(75)에 개방되어 있으며, 상기 챔버(75)는 매니폴드관(76)보다 작은 단면을 갖는 것인, 단계;
드로잉 탱크(7) 내의 온도 프로파일을 통해 노즐 개구(9)를 따라 용융 유리(5)의 일정한 선형 처리량을 조절하는 단계
를 포함하는 유리 리본 제조 방법. - 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 직접 가열 수단(2) 및 상기 간접 가열 수단(4)은 총 처리량이 일정하게 유지되도록 드로잉 탱크(7) 내의 용융 유리(5)의 온도 조절 및 온도 분포를 통해 선형 처리량을 제어하도록 사용되는 것인 유리 리본 제조 방법. - 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드로잉 탱크(7)는, 안내 몸체(11)가 배치되며 하단부에 노즐 개구(9)를 구비한 챔버(75)를 포함하며,
드로잉 탱크(7) 내의 용융 유리(5)의 온도는 용융 유리의 온도 의존 점도(η)에 의해 아래의 관계식이 충족되도록 조절되며,
[관계식]
여기서, ""는 용융 유리의 체적 유량이며, "B"는 노즐 개구(9)를 따른 방향에서의 드로잉 탱크(7)의 폭이며, "DS"는 챔버(75)의 국소 폭이며, "DL"은 안내 몸체(11)의 국소 두께이며, "ρ"는 용융 유리(5)의 밀도이며, "g"는 중력 가속도이며, "h"는 챔버(75)의 높이이며, "pu"는 2000 Pa의 압력인 것인 유리 리본 제조 방법.
- 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐 개구(9)를 따라 가장자리(90, 92)로부터 노즐 개구(9)의 중심까지의 드로잉 탱크(7)의 온도 구배(T구배 = T중심 - T가장지리)를 0 내지 50K로, 바람직하게는 20K 내지 40K로 조절하는 단계
를 포함하는 유리 리본 제조 방법.
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