KR20210025593A - 유리로용 원료의 제조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하는 출발 물질 분말 및 액체수의 혼합을 수행하는 수단을 포함하는 유리로용 출발 물질의 제조 및 충전을 위한 장치 및 방법, SM/C 혼합물이라는 출발 물질 분말 및 컬릿의 혼합물을 생성하는 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿의 혼합을 수행하는 시스템, 충전될 덩어리를 생성하기 위하여 SM/C 혼합물이 순환하고 가열되고 건조되는 출발 물질 예열기, 그리고 유리로에 충전될 덩어리를 충전하는 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 출발 물질을 제조하고 유리로(glass furnace)에 충전하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
실험실 용적의 화염 유리로는 로에 도입된 분말상의 출발 물질의 일부를 동반할 수 있는 강력한 가스 흐름으로 휩쓸린다. 모래, 석회암 또는 백운석과 같은 일부 분말은 특히 휘발성이 있는 경향이 있다. 특히, 온도의 영향 ("딱딱 거리는" 현상) 하에서 백운석 조각이 더 많이 날아가는 경우가 있다. 이러한 출발 물질의 비산(fly-offs)은 다음과 같은 단점을 야기한다:
- 날아간 물질은 연도 가스를 나르는 덕트 내에 쌓이게 되어 버너 챔버, 재생기 또는 복열장치 안에서 이 덕트들의 파울링(fouling), 심지어 장애물이 생기게 되어 덕트들을 분해하여 청소하는 것이 필요하게 되고 심지어 로의 수명을 제한할 수도 있고,
- 이러한 비산물(fly-offs)이 다른 물질들보다 어떤 물질에 더 많이 영향을 미치는 경우 원하는 조성이 수정될 수 있으며,
- 출발 물질의 손실을 나타낸다.
분말상의 출발 물질을 습윤시키는 것은 로 앞에 그리고 로 안으로 운송하여 운반하는 동안 비산물을 줄이는 수단이다. 그러나 이렇게 습윤하는 것은 로의 가열 에너지 손실을 나타낸다. 충전 전에 출발 물질을 건조시킨 후 습윤화하는 것은 또한 비산이 덜 되는 응집체(agglomerates)를 만드는 해법이 되기도 한데, 특히 결합제 및/또는 특정 물질을 사용해서 이러한 응집체들의 형성되는 촉진한다. 그러나 벽돌(briquette)들을 성형 시스템에 의해 일부러 만드는 것도 아니며 분말을 혼합하는 기존의 방법이 사용되는데도, 사전 습윤된 조성물을 건조하면 흐름이 매우 좋지 않은 큰 블록(block)이 만들어지는 결과를 초래하게 되어, 출발 물질 예열기들(배치 예열기들), 특히 출발 물질이 적어도 부분적으로 수직 위치로 흐르는 예열기들을 차단하게 된다. 이렇게 되면 충전하기 위해 출발 물질을 앞으로 보내는 것이 멈추게 되고 공장을 재가동하기 위해서 작업자가 수동으로 개입하는 것이 필요하다.
US 5 100 840은 충전될 출발 물질의 덩어리가 형성되는 것을 교시한다. 이것들에 대해서 DE102012224139, DE19836869 및 US4248616의 다른 선행 기술 문헌에서도 언급되어 질 수 있다.
유리화 혼합물의 특정 구조화 상태가 유지되는 경우 비산이 제한될 수 있고 용융 속도가 가속화된다는 것이 이제 밝혀졌다. 이 상태는 물의 첨가에 의해 발생하며, 이러한 건조에 이어서 혼합물이 과도하게 교반되지 않으면 건조 후에도 유지된다. 그것은 유리화 혼합물의 제조를 위해 공장을 즉시 변형하여 얻을 수 있다. 유리화 혼합물이 응집체(agglomerate)를 포함하는 구조화의 상태는 건조하였을 때 막힘을 유발해서는 안되도록 통제되어야 하고, 컬릿(cullet)의 존재는 이 점에 대해서는 유익하다. 컬릿의 혼입은 출발 물질의 가장 큰 덩어리를 파쇄하는 것을 촉진하거나 과도하게 큰 응집체(aggregate)의 형성을 방지하는 것으로 보인다. 이는 출발 물질을 운송 중에, 물질이 적어도 부분적으로 수직으로 순환한다거나 심지어 실제로 연속적으로 수직으로 순환하는 예열기에서 그것을 전진시키는데 유리하다. 물질이 수직으로 유동하는, 본 발명에 아주 적합한 예열기들은 DE102012204439, EP2138465 및 EP2248773에 개시되어 있다. 컬릿 조각들의 표면이 부드럽다는 사실은 출발 물질이 그것들에 대한 점성이 낮아지기 때문에 이러한 파쇄에 유리할 수 있다. 컬릿 조각들의 크기는 움직이는 물질을 전단하는데 중요하기도 하다. 이렇게 준비하여 충전될 유리화 물질의 덩어리는 가장 작은 응집체들이 조각화되지 않기 때문에 비산될 가능성이 적다. 더욱이, 응집체의 존재는 또한 유리를 형성하기 위해 혼합물의 용융 속도를 가속화하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 다음을 포함하는 유리로(glass furnace)용 출발 물질의 제조 및 충전을 위한 장치에 관한 것으로 다음을 포함한다:
○ 출발 물질 분말과 액체수(liquid water)를 혼합하여 습윤된 출발 물질 분말을 생성하기 위한 수단 - 상기 수단은 교반 수단, 출발 물질 분말용 입구, 액체수 및/또는 증기 공급부 및 출발 물질 분말의 습윤된 덩어리를 위한 배출구를 포함하고-,
○ SM/C 혼합물로 알려진 출발 물질과 컬릿의 혼합물을 생산하기 위해 탱크에서 나온 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿을 혼합하기 위한 시스템,
○ SM/C 혼합물이 순환하고 가열 및 건조되어 충전될 덩어리를 생성하는 출발 물질 예열기, 및
○ 충전될 덩어리를 유리로에 충전하는 시스템.
본 발명은 주형을 사용하여 출발 물질을 성형하여 등급화된 응집체(벽돌, 볼, 과립, 펠렛 등)를 만드는, 예를 들면 결합 압착기(binding compactor)와 같은 시스템을 사용하는 것으로부터 자유로워지는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 일반적으로 결합제의 존재하에 재료가 회전되어 (특히 회전 드럼 유형의 탱크 에서) 과립(팰릿)을 만드는 출발 물질 과립화 기술을 사용하는 것도 필요로 하지 않는다. 따라서 예열기에 들어가는 SM/C 혼합물은 성형되지 않으며 예열기에서도 성형된 덩어리를 전달하지 않는다. 예열기는 무작위 모양의 응집체를 포함하는 충전될 덩어리을 전달한다.
예열기에서, SM/C 혼합물은 적어도 부분적으로 수직으로, 즉 수직 성분을 포함하는 움직임에 의해, 실제로는 오직 수직으로만 흐른다. 이러한 흐름은 중력의 영향으로 생긴다. 충전될 덩어리는 SM/C 혼합물이 예열기에 들어가는 높이 보다 낮은 높이에서 예열기에서 나온다. 예열기의 출구는 심지어 일반적으로는 입구 아래의 수직 위치에 있다. SM/C 혼합물은 예열기에서 가열되고 건조된다. 본 발명에 따른 장치는 SM/C 혼합물을 가열 및 건조하기 위한 열 에너지를 예열기에 제공하기 위해 유리로에 의해 생성된 연소 연도 가스(combustion flue gas)를 예열기로 운송하는 파이프를 포함할 수 있다. 연도 가스는 적어도 하나의 파이프를 통해 예열기에서 순환한다. 연도 가스는 SM/C 혼합물과 직접 접촉한다. 비산물의 위험을 줄이기 위해 연소 연도 가스는 예열기의 SM/C 혼합물과 부분적으로만 접촉하거나 또는 전혀 접촉하지 않을 수 있다. SM/C 혼합물과 연소 연도 가스는 예열기의 별도 파이프들에서 일반적으로 역류로 순환할 수 있다. 이러한 파이프들은 연소 연도 가스와 혼합하기 위해 SM/C 혼합물에서 가스가 빠져 나갈 수 있도록 하는 연통 오리피스(communication orifice)를 포함할 수 있는 반면 분리될 수 있다. 이것은 왜냐하면 SM/C 혼합물에서 연소 연도 가스가 순환하는 파이프로 빠져나가는 가스를 용이하게 배출하기 위해서 SM/C 혼합물이 연소 연도 가스가 순환하는 파이프와 연통하는 오리피스를 포함할 수 있기 때문이다. 이것은 왜냐하면 SM/C 혼합물이 예열기를 통과하면서 증기를 방출하기 때문이다. SM/C 혼합물에 의해 방출된 이러한 가스는 적어도 부분적으로 연소 가스와 결합된다. 예열기는 충전할 유리화 물질의 덩어리를 전달한다. 예열기 이후에, 장입될 이 덩어리는 예를 들어 전방으로 진행하는 벨트를 포함할 수 있는 시스템에 의해 로로 전달된 다음 스크류 충전기 또는 당해 분야 통상의 기술자들에게 주지된 다른 기기에 의해 로에 도입된다. 예열기는, 예를 들면, US5526580, CN201458942 또는 DE3716687에 개시된 예열기들 중의 한 타입일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 장치가 장착된 유리로에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 로에서, 특히 본 발명에 따른 출발 물질을 제조하고 충전하기 위한 장치를 구비한 로에서 유리의 용융 방법에 관한 것으로서, 다음 단계를 포함한다:
○ 탱크에서 출발 물질 분말과 액체수를 혼합하여 출발 물질 분말의 습윤된 덩어리를 생성하는 단계(상기 탱크에는 교반 수단, 출발 물질 분말을 위한 입구, 액체수 및/또는 증기의 공급부 및 출발 물질 분말의 습윤된 덩어리용 출구가 있음), 이어서
○ SM/C 혼합물로 알려진 출발 물질과 컬릿의 혼합물을 생성하기 위하여 탱크로부터 나오는 출발 물질 분말의 습윤된 덩어리와 컬릿을 혼합하는 단계, 이어서
○ 상기 SM/C 혼합물을 예열기에서 가열 및 건조하여 충전될 덩어리를 생성하는 단계, 이어서
○ 충전될 상기 덩어리를 로에 충전하는 단계.
본 발명의 맥락에서, 수화물과 같은 화합물에 복합수(complexed water)는 "자유"라고 말하는 비복합수(noncomplexed water)와 구별된다. "액체수"(liquid water)라는 표현은 응축된 자유수(condensed free water) 를 나타내기 위해 사용되며, 여기에는 곡물의 표면에 흡착된 물이 포함된다. 증기는 기체이므로 응축되지 않은 자유수이다. 습윤된 출발 물질 분말 또는 SM/C 혼합물 또는 충전될 덩어리에 존재하는 물의 총 질량에 대해 말할 수도 있으며, 이는 자유수(즉, 액체수) 및 이러한 조성물에 있는 복합수 질량의 합과 관련이 있다.
본 발명은 주형을 사용하여 출발 물질을 성형하여 등급화된 응집체(벽돌, 볼, 과립, 펠렛 등)를 만드는, 예를 들면 결합 압착기(binding compactor)와 같은 시스템을 사용하는 것으로부터 자유로워지는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 일반적으로 결합제의 존재하에 재료가 회전되어 (특히 회전 드럼 유형의 탱크 에서) 과립(팰릿)을 만드는 출발 물질 과립화 기술을 사용하는 것도 필요로 하지 않는다. 따라서 예열기에 들어가는 SM/C 혼합물은 성형되지 않으며 예열기에서도 성형된 덩어리를 전달하지 않는다. 예열기는 무작위 모양의 응집체를 포함하는 충전될 덩어리를 전달한다.
도1은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타낸다 .
본 발명에 따르면, 액체수와 출발 물질 분말의 혼합물이 생성된다. 이 출발 물질 분말은 액체수의 형태(특히 모래에 의해) 또는 물이 복합된 화합물의 수화물 형태(예: 탄산나트륨 수화물)의 형태로 물 자체를 제공할 수 있다. 일반적으로 출발 물질 분말이 물을 제공하는 경우 이 물 질량의 95% 이상이 액체수(즉, 자유수)이다. 일반적으로 출발 물질 분말은 처음에 수화물을 포함하지 않는다. 출발 물질 분말이 액체수를 제공하는 경우, 출발 물질 분말과 액체수의 혼합물을 생성하기 위해서 출발 물질 분말에 추가되는 액체수의 양을 정량하기 위해 이것을 고려해야 한다. 액체수는 출발 물질 분말에 첨가되어 출발 물질 분말에 의해 처음에 생긴 액체수와 출발 물질 분말에 첨가된 액체수의 질량의 합이 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 적어도 0.5%, 및 일반적으로 적어도 1%를 나타내며 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 최대 10% 및 일반적으로 최대 3.5%를 나타낸다.
액체수와 출발 물질 분말의 혼합물은 탱크에서 교반하여 생산된다. 탱크에서, 반죽 중에, 액체수(또한 자유수) 함량은 수화물이 형성되면 감소하고, 물은 자유로운 상태에서 복합적인 상태로 된다. 일반적으로 이 혼합물을 준비하는 동안 컬릿은 첨가되지 않는다. 따라서 이 혼합물은 일반적으로 탱크를 떠날 때 컬릿을 포함하지 않는다(또는 건조 기준으로 5 질량% 미만을 포함). 교반하는 탱크에 컬릿이 있으면 탱크의 마모에 해로운 결과를 초래하고 교반을 하기 위해 더 많은 에너지가 필요하다.
출발 물질 분말과 액체수의 혼합은 교반 수단이 장착된 탱크에서 수행된다. 예를 들어, Teka에서 판매하는 THZ 반죽기일 수 있다. 이 탱크에 액체수를, 적절하다면 증기 형태의 물(자유롭지만 기체 상태의 물이기도 함)을 직접 도입할 수 있으며, 물이 탱크에서 빠르게 응축되어 증기의 주입부와 출발 물질들의 표면 사이와 또한 출발 물질 입자 위에 있는 여유 공간에 액체수를 제공한다. 따라서 탱크에 증기를 도입하는 것은 출발 물질 분말과 액체수의 혼합물을 생산하기 위해 액체수를 공급하는 수단이기도 하다. 또한, 증기의 온도는 일반적으로 적어도 100℃이므로 출발 물질 분말을 가열하는 데에도 기여한다.
바람직하게는, 출발 물질 분말 및 액체수의 혼합을 수행하기 전에, 출발 물질 분말은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 액체수에서 적어도 부분적으로 용해된 다음(용해 전보다 더 복합수(complexed water)를 포함하는) 수화물 형태로 침전될("용해/침전"으로 알려진 거동) 수 있는 화합물을 포함한다. 이 화합물은 자유수를 복합화하기 위해 자유수를 소비한다. 예를 들어, 수화되지 않은 탄산나트륨은 그러한 거동을 갖는다. 복합화되지 않은 탄산나트륨(따라서 어떠한 복합수도 함유하지 않은)은 적어도 부분적으로 액체수에서 용해되고 일수화물(monohydrate) 탄산나트륨의 형태로 침전된다(따라서 탄산나트륨의 몰 당 복합수 1몰을 함유한다). 이러한 일수화물은 36℃ 이상에서 더 안정적이다. 이러한 "용해/침전" 현상은 출발 물질 분말 입자들 사이의 다리 형성을 촉진하여 출발 물질 응집력을 부여하고 응집체를 형성하는 경향에 기여한다. 이러한 "용해/침전" 거동을 나타내는 이 화합물은 특히 탄산나트륨 또는 탄산칼륨 또는 황산나트륨 또는 황산칼슘일 수 있다. 이 화합물은 액체수와 혼합하기 전에 처음에는 탈수된 형태이다. 따라서, 습윤된 출발 물질 덩어리는 바람직하게는 "용해/침전" 거동을 갖는 화합물의 수화물이 안정되는 온도 (일반적으로 적어도 36℃)까지 가열된다. 출발 물질 분말이 그러한 화합물, 특히 탄산나트륨을 함유하는 경우, 유리하게는 출발 물질 분말과 액체수의 혼합물이 액체수와 출발 물질 분말의 혼합을 수행하고 작업 동안 적어도 36℃까지 가열되어, 이 화합물, 특히 탄산나트륨 일수화물의 수화물을 안정화시킨다. 습윤된 출발 물질 덩어리는 이러한 수화물을 포함한다.
SM/C 혼합물을 생성하기 위해 컬릿 및 습윤된 출발 물질 덩어리가 후속적으로 혼합된다. 따라서 컬릿은 출발 물질 분말이 이미 액체수로 적셔진 후 출발 물질 분말과 접촉하게 된다. SM/C 혼합물은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생산하는 데 사용되는 탱크의 후방에서 별개 시스템에 의해 생산된다. 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿의 혼합물(SM/C 혼합물)을 생성하기 위한 이 시스템은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리 및 컬릿이 분리되어 놓이는, 즉 하나가 다른 하나에 이어서 놓이는 전방으로 진행하는 벨트를 포함할 수 있다. 컬릿을 습윤된 출발 물질 분말 덩어리에 첨가하는 것이 가능하다. 이 작업을 수행하기 위해, 습윤된 출발 물질 분말 덩어리는 예를 들어 벨트상에서 전방으로 진행될 수 있고, 벨트 위의 고정된 지점에서 컬릿이 출발 물질 분말 상에 부어진다. 유사하게, SM/C 혼합물을 생산하기 위해, 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 컬릿에 첨가할 수 있다. 이 경우에, 컬릿을 벨트 위에서 전방에 진행하도록 하고 그 위에 습윤된 출발 물질 분말 덩어리가 이어서 부어진다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에서, 습윤된 출발 물질 분말 덩어리는 혼합물을 생산하기 위해 교반 수단이 있는 탱크를 포함하는 수단에 의해 일차로 생성되고, 이 습윤된 덩어리는 출구를 통해 탱크에서 빠져나와 SM/C 혼합물을 생산하기 위한 시스템(이전 혼합을 수행하는 수단과는 다름)에 운반 수단에 의해 운반되고, 그런 다음 SM/C 혼합물은 예열기로 운반되고 그 안에 도입되어 가열되고 건조되어 충전될 덩어리로 변환된다.
SM/C 혼합물은 출발 물질 분말, 컬릿 및 액체수 및/또는 복합수(complexed water)를 포함한다. 출발 물질 분말은 수화물에 복합수(비 자유수)를 포함할 수 있다. SM/C 혼합물에서 액체수의 질량 대 복합수의 질량의 비율은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 준비를 시작하는 것과 SM/C 혼합물을 예열기에 도입하는 것 사이에 달라질 수 있는데, 복합수의 무게를 위해 액체수의 질량을 낮출 수 있는, 이미 언급된 용해/침전 현상 때문이다.
SM/C 혼합물을 생성한 후, 특히 예열기에 도입할 때 SM/C 혼합물은 일반적으로 물의 총 질량(복합수 및 액체수, 즉 자유수의 합)의 적어도 0.2 질량%, 특히 적어도 0.4 질량% 및 물의 총 질량의 최대 9 질량%, 특히 최대 3.4 질량%를 포함한다.
SM/C 혼합물을 생성한 후, 특히 예열기에 도입할 때 SM/C 혼합물은 일반적으로 액체수의 적어도 0 질량%, 일반적으로 적어도 0.1 질량%, 보다 일반적으로 최소 0.2 질량% 및 액체수의 최대 9 질량%, 일반적으로 최대 6 질량%를 포함한다. 목표는 에너지상의 이유로 SM/C 혼합물에 가능한 한 적은 양의 물을 포함하는 것이지만, 용융을 가속화하고 비산물(fly-offs)을 제한하기 위해 충전될 덩어리를 구조화할 물은 충분해야 한다는 것이다. 따라서 이러한 비율의 물은 타협을 나타낸다.
SM/C 혼합물은 일반적으로 적어도 1 질량%, 일반적으로 적어도 5 질량%, 보다 일반적으로 적어도 10 질량%의 컬릿을 포함한다. SM/C 혼합물은 일반적으로 최대 60 질량%의 컬릿을 포함한다.
컬릿은 습윤된 출발 물질 덩어리와 혼합하는 동안 촉촉할 수 있지만 방금 주어진 비율은 물론 건조 컬릿을 기준으로 한다. SM/C 혼합물을 준비하는 동안 컬릿이 촉촉하다는 점에서 특별한 이점이 없으며 심지어 건조하는 것이 바람직하다. 적절한 경우 컬릿을 건조시킨 후 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 혼합할 수 있다.
이렇게 생성된 SM/C 혼합물은 이어서 예열기에 부어진다. 출발 물질 분말이 탄산나트륨과 같이 위에서 언급된 "용해/침전" 거동을 나타내는 화합물을 포함하는 경우 유리하게는 컬릿이 SM/C 내에서 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 온도가 36℃ 이하로 떨어지게 하지 않는다. 필요한 경우 컬릿과 혼합하기 전에 습윤된 출발 물질 분말 덩어리가 36℃ 이상으로 충분히 가열되어 컬릿과 혼합하더라도 온도가 36℃ 이하로 떨어지지 않도록 한다. 따라서, SM/C 혼합물 내에 있는 습윤된 출발 문질 분말 덩어리, 실제로는 전체 SM/C 혼합물이 일반적으로 36℃ 내지 90℃ 사이의 온도를 갖는 예열기에 들어간다.
본 발명에 따른 장치는 일반적으로 SM/C 혼합물이 예열기에서 연속적으로 순환하고 충전될 덩어리가 로에 연속적으로 충전되도록 구성된다.
습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하는 출발 물질 분말 및 액체수의 혼합은 교반 수단, 출발 물질 분말을 위한 입구, 액체수 및/또는 증기의 공급부 및 습윤된 출발 물질 분말의 출구부를 갖춘 탱크에서 행해진다. 이러한 탱크는 "반죽기(kneader)"라고도 알려져 있다.
본 발명에 따른 장치는 출발 물질 분말 및 액체수를 혼합하기 위한 수단이 비 연속적으로("배치방식(batchwise)"이라는 용어가 사용되기도 함) 작동하도록 구성될 수 있다. 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하는 출발 물질 분말과 액체수의 혼합이 비 연속적으로 수행된다. 이 경우, 액체수의 첨가가 탱크에 있는 출발 물질 분말의 질량은 변하지 않은 채로 수행될 수 있다. 예열기는 일반적으로 연속적으로 동작하므로, SM/C 혼합물은 예열기 안에서 연속적으로 (일반적으로 수직 위치에서) 진행된다. 예열기 입구의 여유 공간에 따라 주기적으로 비 연속적으로 SM/C 혼합물이 생성되어 예열기에 유입된다. 따라서 예열기 입구의 여유 공간에 따라 조절 시스템이 SM/C 혼합물을 예열기에 도입할 필요성을 감지하고 탱크 출구의 개방과 SM/C 혼합물의 준비 및 SM/C 혼합물의 예열기 안으로 도입을 제어한다. 상기 조절 시스템은 예열기 내의 여유 공간을 감지할 수 있으며 감지된 여유 공간에 따라 출발 물질 분말의 혼합물 준비, SM/C 혼합물의 준비 및 SM/C 혼합물을 예열기 내로 도입을 제어할 수 있다.
출발 물질 분말은 실리카와 같은 유리의 용융에 참여해야 하는 성분들, 적어도 탄산나트륨과 같은 실리카용 플럭스(flux), 선택적으로 적어도 하나의 청정제, 선택적으로 알루미나 공급원(예: 장석, 네펠린, 포노라이트, 하소된 알루미나 또는 수산화 알루미늄) 또는 칼슘 공급원(예: 석회석)과 같은 적어도 하나의 안정화제, 선택적으로는 적어도 하나의 착색제 및 최종 유리를 생산하기 위해 원하는 모든 화합물을 포함한다. 실리카는 일반적으로 출발 물질 분말에 가장 많은 양으로 존재하는 화합물이다.
따라서, 모든 액체수와는 별도로 분말화된 출발 물질은 다음을 포함할 수 있다:
- 30 중량% 내지 99 중량%의 SiO2,
- 1 중량% 내지 20 중량%의 Na2CO3,
- 0 중량% 내지 20 중량%의 CaCO3,
- 0 중량% 내지 20 중량%의 CaCO3, MgCO3,
- 0 중량% 내지 5 중량%의 알루미나 공급원,
- 0 중량% 내지 1 중량%의 Na2SO4,
- 0 중량% 내지 1 중량%의 CaSO4.
일반적으로 출발 물질 분말의 입자 크기는 D50이 50 내지 500 μm가 되도록 한다.
유리하게는, 컬릿의 적어도 90 질량%는 입자 크기가 1 mm 내지 10 cm, 일반적으로 2 mm 내지 10 cm, 더욱 일반적으로는 1 cm 내지 10 cm 사이인 입자들로 구성된다. 컬릿 입자의 크기는 그것의 가장 먼 두 지점들 사이의 거리이다.
특히 가열로에서 나오는 연소 연도 가스에 의한 SM/C 혼합물의 건조는, 이 혼합물의 물의 총량, 즉 자유수(free water)와 복합수(complexed water)의 합을 감소시키고 온도를 높인다. 바람직하게는 충전될 덩어리는 물의 총 질량(액체수와 복합수의 질량의 합)의 0.1% 미만을 포함한다.
유리하게는, 상기 SM/C 혼합물은 온도는 예열기에서 100℃ 내지 500℃, 바람직하게는 200℃ 내지 500℃ 및 바람직하게는 250℃ 와 400℃ 사이의 온도까지 가열된다. 따라서 예열기에서 나와서 충전될 덩어리는 이 온도 범위에 있다. 또한 이 온도 범위에 있는 동안 로에 도입된다. 상기 SM/C 혼합물을 예열기에서 로에 이송하는 것은 컨베이어 벨트, 무한 나사(endless screw) 등을 사용하여 이루어질 수 있다. 이 이송 구역은 바람직하게는 SM/C 혼합물의 열이 예열기와 로 사이에서 유지되도록 열적으로 절연된다.
모든 유리로는 본 발명, 특히 교차 소성로(cross-fired furnace) 및 최종 소성로(end-fired furnace)와 관련 된다.
실시예
수분 함량의 영향
수분 함량의 함수로서 습윤된 출발 물질 분말의 응집력 측정은 수분 함량에 따라 응집력이 증가함을 보여준다. 다음과 같은 분말 혼합물 (건조 기준으로 주어진 %)을 함유하는 습윤된 출발 물질 혼합물의 등급이 매겨진 펠릿들을 제조하였으며, 이들 성분들 중 어느 것도 수화물이 아니었다:
- 모래 60.3 질량%
- 석회석 4.5 질량%
- 탄산나트륨 18.3 질량%
- 장석 1.1 질량%
- 백운석 14.9 질량%
- 황산나트륨 0.9 질량%,
이 혼합물에 액체수가 다른 비율들 (액체수와 분말 질량의 합의 2%, 4%, 6% 물)로 첨가되었다. 이러한 펠릿들은 이후 공기 중에서 150℃에서 밤새 건조되었다. 마지막으로 단축 압축 측정 장치로 분쇄되었다. 파단 순간, 즉 파쇄 직전의 최대 힘이 측정되었다. 처음에 도입된 6 질량%의 물을 함유한 펠릿들은 4 질량%의 물을 함유한 펠릿들보다 강하며, 4%의 물을 함유한 펠릿들은 2 질량%의 물을 함유한 펠릿들보다 강력하다. 주사 전자 현미경으로 응집체를 관찰하면 습윤된 출발 물질 분말의 수분 함량에 따라 크기가 증가함을 알 수 있다. 수분 함량이 증가하면 입자들이 브릿지(bridge)들에 의해 함께 더 잘 연결되고, 형성된 응집체가 더 크고 더 압축된다. 일반적으로 크기가 2cm 이상인 응집체들은 관찰되지 않는다. 응집체의 크기는 가장 먼 두 지점들 사이의 거리이다.
컬릿 입자 크기의 영향
출발 물질 분말과 액체수의 혼합물은 항아리에서 준비되었고, 습윤된 출발 물질 덩어리 (모래, 탄산나트륨, 석회석, 장석, 황산나트륨, 코크스의 혼합물)에 대해 3.6 %의 첨가된 물의 비율로 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성한다. 이를 위해 건조 분말들의 혼합물을 미리 준비하고 건조 오븐에서 60℃로 가열한 다음 물을 첨가하고, 이어서 혼합물을 3D 동적 혼합기에서 5분 동안 교반한다. 이 혼합물의 온도는 최종적으로 36℃ 이상이다. 교반을 중단하고 컬릿을 첨가한 다음 1분 동안 손으로 항아리를 젓는다. 컬릿의 양은 SM/C 혼합물의 40 질량% 이었다. 항아리의 내용물은 실린더 모양의 몰드로 옮겨져 수동으로 부드럽게 눌러 표면이 평평해진다. 금형을 120℃의 건조 오븐에 20시간 동안 둔다. 형성된 블록을 금형에서 제거한 다음 단축 압축강도(uniaxial compressive strength)를 평가한다. 블록 및 압축시험은 본 발명에 따른 공정에서 형성된 응집체의 강도를 시뮬레이션한다. 컬릿 입자 크기의 함수로서 블록이 파손되기 전에 달성된 최대 힘의 결과는 아래 표에 정리되어 있다.
| 예 | 컬릿 크기 | 평균 최대 힘(N) |
| 1 | < 1 mm | 420 |
| 2 | 4-8 mm | 100 |
| 3 | 8-16 mm | 96 |
"컬릿 크기" 열은 질량 100% 당 컬릿 입자의 크기 범위를 제공한다. 예2 및 3의 블록들은 예1보다 약한 힘으로 파괴되는 것을 알 수 있으며, 이는 예열기에서 형성될 수 있는 큰 블록들이 더 쉽게 부서지기 때문에 예열기에서 유동하는 재료들의 차단 해제에 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타낸다. 분말상의 출발 물질(3) (모래, 탄산나트륨 등)의 조성물에 참여하는 다양한 화합물들(1, 2 등)이 전방으로 진행하는 벨트(4)에 차례로 차례로 놓인다. 이 분말 출발 물질들은 이어서 패들 교반기(6)가 있는 반죽기(5) 탱크에 부어지고, 여기에 액체수와 증기(응축되어 탱크에 액체수를 제공)가 도입된다. 이 반죽기에서, 습윤된 출발 물질 분말의 덩어리는 일반적으로 적어도 36℃로 가열된다. 반죽 작업은 비 연속적으로("배치 방식"), 즉 주어진 양의 재료로 수행되며, 출구 도어(8)는 주기적으로 닫히고 개방되어 습윤된 덩어리의 출발 물질 분말(9)을 전방으로 진행하는 벨트(10)로 전달한다. 이어서 컬릿(11)이 SM/C 혼합물(13)을 구성하기 위해 앞으로 진행되는 이 습윤된 덩어리의 고정 지점(12)에 공급된다. 이 SM/C 혼합물은 출발 물질(14)의 예열기의 입구(15)에 공급된다. 이 예열기에서, SM/C 혼합물은 평행육면체 강철 구획으로 수직으로 내려간다. 유리로(16)에서 나오는 뜨거운 연소 가스(17)의 온도가 약 800℃이고, 파이프에 의해 예열기의 하단부(18)로 도입된다. 이 가스들은 평행육면체 구획들이 포함하고 있는 SM/C 혼합물을 가열하기 위해 평행육면체 구획 주위의 예열기에서 감겨서 순환한다. 전반적으로 이러한 가스는 SM/C 혼합물에 대해 역류로 순환한다. 이 가스들은 이어서 예열기의 상단 부분(19)에서 나간다. SM/C 혼합물을 가열하면 증기가 생성된다. 이것은 SM/C 혼합물의 자유수(free water)이며, 적절한 경우 SM/C 혼합물에 존재하는 탄산나트륨 수화물과 같은 수화물의 탈수에서 발생하는 물이다. 이 증기는 SM/C 혼합물이 하강하는 동안 평행육면체 구획의 오리피스(orifice)에 의해 제거될 수 있으며, 이 경우 이 증기는 평행육면체 구획 주위를 순환하는 연소 가스와 혼합된다. 건조하고 뜨거운 SM/C 혼합물이 예열기의 바닥에서 나와서 충전된 덩어리를 구성한다. 상기 덩어리는 이어서 유리 배스(glass bath)(22)를 포함하는 로(16)로 향하는 리세스(21)에서 충전된다. 전방 진행 벨트(24)는 충전될 이 덩어리(20)를 유리화 가능한 출발 물질의 도입을 위해 리세스(21)에 이송한다. SM/C 혼합물은 예열기(14)에서 연속적으로 하강하며 로에 충전될 덩어리를 공급하는 것도 연속적이다. SM/C 혼합물을 예열기의 입구(15)에서 공급하는 것은 예열기 내에서 재료의 하강에 따라 주기적(반 연속적)일 수 있다. 예열기의 여유 공간에 따라, 조절 시스템은 탱크(5)의 배출구(8)의 개방, 벨트 (10)상의 SM/C 혼합물 준비 및 예열기에 SM/C 혼합물의 도입을 트리거한다. 보호부(23)는 혼합물의 열 손실을 제한하기 위해 예열기와 로 사이에서 SM/C 혼합물을 둘러싼다.
1, 2
화합물
3 분말상 출발 물질
4, 10, 24 전방으로 진행하는 벨트
5 반죽기(kneader)
6 패들 교반기
8 배출구
9 출발 물질 분말
11 컬릿
12 고정 지점
13 SM/C 혼합물
14 예열기
15 입구
16 유리로(glass furnace)
17 연소 가스
18 예열기 하부 도입부
19 예열기 상부 출구
20 덩어리
21 리세스
22 유리 배스(glass bath)
23 보호부
3 분말상 출발 물질
4, 10, 24 전방으로 진행하는 벨트
5 반죽기(kneader)
6 패들 교반기
8 배출구
9 출발 물질 분말
11 컬릿
12 고정 지점
13 SM/C 혼합물
14 예열기
15 입구
16 유리로(glass furnace)
17 연소 가스
18 예열기 하부 도입부
19 예열기 상부 출구
20 덩어리
21 리세스
22 유리 배스(glass bath)
23 보호부
Claims (24)
- 유리로용 출발 물질의 제조 및 충전을 위한 장치로서,
○ 출발 물질 분말과 액체수를 혼합하여 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하기 위한 수단 - 상기 수단은 교반 수단, 출발 물질 분말용 입구, 액체수 및/또는 증기의 공급부 및 습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 위한 배출구를 포함하고 -,
○ SM/C 혼합물로 알려진 출발 물질과 컬릿의 혼합물을 생산하기 위해 탱크에서 나온 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿을 혼합하기 위한 시스템,
○ SM/C 혼합물이 순환하고 가열 및 건조되어 충전될 덩어리를 생성하는 출발 물질 예열기, 및
○ 충전될 덩어리를 유리로에 충전하는 시스템을 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서,
SM/C 혼합물을 생성하는 상기 시스템은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿이 별개로 축적되는 전방으로 진행하는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
SM/C 혼합물이 예열기 내에서 적어도 부분적으로 수직으로, 심지어 실제로 수직으로만 흐르는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 예열기에 SM/C 혼합물을 가열 및 건조하기 위한 열 에너지를 제공하기 위해 유리로에 의해 생성된 연소 연도 가스를 예열기로 운송하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
연소 연도 가스 및 SM/C 혼합물은 예열기 내에서 별개의 파이프에서 순환하는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 SM/C 혼합물이 예열기 내에서 연속적으로 순환하고 충전될 덩어리가 로에 연속적으로 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 출발 물질 분말을 혼합하기 위한 수단이 비 연속적으로 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제7항에 있어서,
조절 시스템은 예열기 내에 여유 공간을 감지하고 감지된 여유 공간에 따라서 출발 물질 분말의 혼합물의 제조, SM/C 혼합물의 제조 및 SM/C 혼합물을 예열기 내로 안내를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 장치를 구비하는 유리로.
- 로, 특히 제9항의 로에서 유리를 용융하는 방법으로서,
○ 탱크에서 출발 물질 분말과 액체수를 혼합하여 습윤된 출발 물질 분말의 덩어리를 생성하는 단계 - 상기 탱크에는 교반 수단, 출발 물질 분말을 위한 입구, 액체수 및/또는 증기의 공급부 및 습윤된 출발 물질 분말 덩어리용 출구가 있음 -, 이어서
○ SM/C 혼합물로 알려진 출발 물질과 컬릿의 혼합물을 생성하기 위하여 탱크로부터 나오는 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 컬릿을 혼합하는 단계, 이어서
○ 상기 SM/C 혼합물을 예열기에서 가열 및 건조하여 충전될 덩어리를 생성하는 단계, 이어서
○ 충전될 상기 덩어리를 로에 충전하는 단계를 포함하는 방법.
- 제10항에 있어서,
출발 물질 분말과 액체수 혼합물을 생성하기 위해서, 액체수가 출발 물질 분말에 첨가되어 출발 물질 분말에 의해 제공된 액체수와 출발 물질 분말에 추가된 액체수 질량의 합이 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 0.5% 내지 10% 및 일반적으로 1% 내지 3.5%를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,
SM/C 혼합물이, 물의 전체 질량, 즉 복합수 및 액체수의 합의 0.2% 내지 9% 특히 0.4% 내지 3.4%를 포함하는 것으로 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
예열기 입구에서, SM/C 혼합물이 액체수의 0 질량% 내지 9 질량%, 일반적으로는 액체수의 0.1 질량% 내지 9 질량%, 더 일반적으로는 액체수의 0.2 질량% 내지 6 질량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하는 출발 물질 분말과 액체수의 혼합이 교반 수단을 구비한 탱크에서 행해지고, 습윤된 출발 물질 분말 덩어리는 탱크에서 적어도 36℃에 이르게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
SM/C 혼합물은 36℃ 내지 90℃ 사이의 온도를 가지면서 예열기에 들어가는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
컬릿의 1 질량% 내지 60 질량%, 일반적으로는 5 질량% 내지 60 질량% 및 더 일반적으로는 10 질량% 내지 60 질량%를 함유하는 SM/C 혼합물을 생성하기 위하여 컬릿이 습윤된 출발 물질 분말 덩어리와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
출발 물질 분말은 실리카 및 실리카를 위한 플럭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
출발 물질 분말은 습윤된 출발 물질 분말 덩어리의 액체수에서 적어도 부분적으로 용해되고, 이어서 수화물 형태로 침전될 수 있는 화합물을 포함하고, 특히 상기 화합물은 탄산나트륨 또는 탄산칼륨 또는 황산나트륨 또는 황산칼슘일 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
출발 물질 분말의 입자 크기는 50 내지 500 ㎛의 D50을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
컬릿의 적어도 90 질량%는 입자의 크기가 1 mm내지 10 cm 및 일반적으로 2 mm 내지 10 cm 및 더 일반적으로는 1 cm 내지 10 cm 사이의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
SM/C 혼합물은 예열기에서 100℃ 내지 500℃ 및 바람직하게는 250℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
충전될 덩어리는 액체수의 질량 및 복합수 형태의 물의 질량의 합인 물의 총 질량의 0.1% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
SM/C 혼합물은 예열기에서 연속적으로 순환되고 충전될 덩어리가 로에 연속적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
습윤된 출발 물질 분말 덩어리를 생성하는 출발 물질 분말 및 액체수의 혼합이 비 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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