KR20210112411A - 주석 욕조 모니터링 및 제어를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
주석 욕로(tin bath furnace)에서 생산된 유리 제품의 결함을 제어하는 방법은 주석 욕로와 연관된 대기의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계로서, 파라미터는 이슬점 및 밀도로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 측정하는 단계, 측정된 파라미터를 유리 제품에서의 결함과 상관시키는 단계, 및 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 측정된 파라미터를 제어하는 단계로서, 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 제어하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 3월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/821,363호로부터 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 통합된다.
주석 욕조 대기에서의 측정의 사용은 과거에 행해져 왔다. 예를 들어, Siemens의 하나의 상용 시스템은 O2, H2 및 이슬점을 측정하고, CN106977080A호는 H2 및 O2용 센서를 사용한 대기 제어를 논의한다. 또한, 주석 욕조 대기에서 H2/N2를 사용하는 것과 관련된 특허는 적어도 1967년으로 거슬러 올라간다(예를 들어, US 3,337,322호 참조). 또한, Glass Technol.: Eur. J. Glass Sci. Technol. A, December 2012, 53 (6), 261-272, 플로트(float) 유리 생산에 사용되는 주석 욕조의 산소의 거동을 참조한다.
그러나, H2 및 N2를 사용한 오랜 역사와 측정 시스템 및 방법의 마케팅에도 불구하고, 발생하는 유리 결함을 최소화하기 위해 대기를 제어하는 데 여전히 문제가 존재한다. 이러한 문제는 온라인 분석 장비를 구매하는 비용과 발생하는 결함과 측정을 상관시키는 데 있어서의 문제에서 비롯된다. 본 발명은 이러한 문제를 극복하고자 한다.
양태 1. 주석 욕로(tin bath furnace)를 제어하는 방법으로서, 노와 연관된 대기의 일도를 측정하는 단계; 노와 연관된 대기의 제2 파라미터를 측정하는 단계로서, 제2 파라미터는 산소 농도 및 이슬점으로부터 선택되는, 측정하는 단계; 측정된 밀도 및 측정된 제2 파라미터를 완성된 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어하는 단계로서, 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
양태 2. 양태 1에 있어서, 제어된 유속은 노로의 공정 가스의 유속 및 노로부터 배출되는 가스의 유속으로부터 선택되는, 방법.
양태 3. 양태 1에 있어서, 대기는 노 내에 있는, 방법.
양태 4. 양태 1에 있어서, 대기는 노로부터의 배출된 흐름인, 방법.
양태 5. 양태 1에 있어서, 대기는 노로부터 배출되고 노로 다시 재순환되는 재순환 가스인, 방법.
양태 6. 양태 1에 있어서, 대기는 노로의 가스 흐름인, 방법.
양태 7. 양태 1에 있어서, 유입 가스, 노 가스 및 배출 가스의 하나 이상의 조건 사이의 차이를 고려함으로써 노 가스 사용을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 8. 양태 7에 있어서, 노 가스와 배출 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 9. 양태 7에 있어서, 노로부터 정제되지 않은 재순환 가스를 추출하는 단계; 정제되지 않은 재순환 가스를 세정하여 정제된 재순환 가스를 생성하는 단계; 정제된 재순환 가스와 유입 가스를 혼합하는 단계; 유입 가스와 정제된 재순환 가스의 혼합물을 노로 흐르게 하는 단계; 정제되지 않은 재순환 가스와 정제된 재순환 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 10. 양태 4에 있어서, 배출된 흐름에서 압력차 및 온도차를 측정하는 단계; 및 측정된 압력차와 측정된 온도차에 기초하여, 배출된 흐름 방향과 배출된 유속을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 11. 양태 3에 있어서, 노의 압력차를 측정하는 단계; 및 측정된 압력차에 기초하여 노 흐름 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 12. 주석 욕로 대기를 제어하는 방법으로서, 주석 욕조 내의 용융 주석의 산화 환원 상태를 측정하는 단계; 노와 연관된 대기의 밀도를 측정하는 단계; 산화 환원 상태 및 측정된 밀도를 완성된 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어하는 단계로서, 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
양태 13. 주석 욕로 대기를 제어하는 방법으로서, 주석 욕조의 유입 용융 유리 온도를 측정하는 단계; 노와 연관된 대기의 제2 파라미터를 측정하는 단계로서, 제2 파라미터는 산소 농도 및 이슬점으로부터 선택되는, 측정하는 단계; 주석 욕조의 유입 용융 유리 온도 및 측정된 제2 파라미터를 완성된 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 주석 욕조의 국부적 온도 및/또는 유리 용융로의 상류 유리 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
양태 14. 주석 욕로 대기를 제어하는 방법으로서, 노와 연관된 대기의 밀도를 측정하는 단계; 대기 중 황화수소 농도를 측정하는 단계; 측정된 밀도 및 황화수소 농도를 완성된 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 대기로부터 기화된 황 종을 최소화하기 위해 노로부터의 배출 흐름을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
양태 15. 주석 욕로에서 생산된 유리 제품의 결함을 제어하는 방법으로서, 주석 욕로와 연관된 대기의 이슬점을 측정하는 단계; 측정된 이슬점을 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 이슬점을 제어하는 단계를 포함하고, 이슬점은 대기 중의 수증기 농도에 대응하고, 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
양태 16. 양태 15에 있어서, 노와 연관된 대기의 밀도를 측정하는 단계로서, 측정된 밀도는 대기 중의 수소 농도에 대응하는, 측정하는 단계; 및 이슬점을 제어하는 것에 추가하여 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 대기 중의 수증기 농도에 대한 수소의 비율을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 17. 양태 15 또는 양태 16에 있어서, 공정 가스의 유속을 제어하는 단계는 대기의 이슬점의 감소를 야기하는, 방법.
양태 18. 양태 17에 있어서, 공정 가스의 유속을 제어하는 단계는 대기 중의 수소 농도의 증가를 야기하는, 방법.
양태 19. 양태 15 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 유리 생산의 라인 속도를 유리 제품의 결함과 상관시키는 단계; 및 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 공정 가스의 유속을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 20. 양태 15 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 주석 욕로에서 생산되는 유리 제품의 리본 폭을 주기적으로 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 21. 양태 20에 있어서, 리본 폭을 변경하는 단계는 리본 폭을 감소시킴으로써 달성되는, 방법.
양태 22. 주석 욕로에서 생산된 유리 제품의 결함을 제어하는 방법으로서, 주석 욕로와 연관된 대기의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계로서, 파라미터는 이슬점 및 밀도로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 측정하는 단계; 측정된 파라미터를 유리 제품에서의 결함과 상관시키는 단계; 및 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 측정된 파라미터를 제어하는 단계로서, 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
양태 23. 양태 22에 있어서, 적어도 하나의 파라미터는 이슬점이고, 이슬점은 대기 중의 수증기 농도에 대응하는, 방법.
양태 24. 양태 22에 있어서, 하나의 파라미터는 밀도이고, 밀도는 대기 중의 수소 농도에 대응하는, 방법.
양태 25. 양태 22에 있어서, 하나의 파라미터는 밀도이고, 밀도는 노로의 산소 누출을 나타내는 대기 중의 가스 조성에 대응하는, 방법.
양태 26. 양태 23에 있어서, 노와 연관된 대기의 밀도를 측정하는 단계로서, 측정된 밀도는 대기 중의 수소 농도에 대응하는, 측정하는 단계; 및 이슬점을 제어하는 것에 추가하여, 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 대기 중의 수증기 농도에 대한 수소의 비율을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 27. 양태 23에 있어서, 노와 연관된 대기의 밀도를 측정하는 단계로서, 측정된 밀도는 노로의 산소 누출을 나타내는 대기 중의 가스 조성에 대응하는, 측정하는 단계; 및 이슬점을 제어하는 것에 추가하여, 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 유리 제품의 감소된 결함에 대응하는 방향으로 대기 중의 가스 조성을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 28. 양태 22, 23, 26 및 27 중 어느 하나에 있어서, 공정 가스의 유속을 제어하는 단계는 대기의 이슬점의 감소를 야기하는, 방법.
양태 29. 양태 22, 24 및 26 중 어느 하나에 있어서, 공정 가스의 유속을 제어하는 단계는 대기 중의 수소 농도의 증가를 야기하는, 방법.
양태 30. 양태 22, 25 및 27 중 어느 하나에 있어서, 공정 가스의 유속을 제어하는 단계는 대기 중의 산소 농도의 감소를 야기하는, 방법.
양태 31. 양태 22 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 유리 생산의 라인 속도와 유리 제품의 결함을 상관시키는 단계; 및 유리 제품의 감소된 결함 레벨에 대응하는 방향으로 수용 가능한 것에 대응하는 값 아래로 공정 가스 라인 속도의 유속을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 32. 양태 22 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 제어된 유속은 노로의 공정 가스의 유속 및 노로부터 배출된 가스의 유속으로부터 선택되는, 방법.
양태 33. 양태 22 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 대기는 노 내에 있는, 방법.
양태 34. 양태 22 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 대기는 노로부터의 배출 흐름인, 방법.
양태 35. 양태 2 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 대기는 노로부터 배출되고 노로 다시 재순환되는 재순환 가스인, 방법.
양태 36. 양태 22 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 대기는 노로의 가스 흐름인, 방법.
양태 37. 양태 22 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 유입 가스, 노 가스 및 배출 가스의 하나 이상의 조건 사이의 차이를 고려함으로써 노 가스 사용을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 38. 양태 37에 있어서, 노 가스와 배출 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 39. 양태 37에 있어서, 노로부터 정제되지 않은 재순환 가스를 추출하는 단계; 정제되지 않은 재순환 가스를 세정하여 정제된 재순환 가스를 생성하는 단계; 정제된 재순환 가스와 유입 가스를 혼합하는 단계; 유입 가스와 정제된 재순환 가스의 혼합물을 노로 흐르게 하는 단계; 정제되지 않은 재순환 가스와 정제된 재순환 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 40. 양태 33에 있어서, 노의 압력차를 측정하는 단계; 및 측정된 압력차에 기초하여, 노 흐름 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
양태 41. 양태 34에 있어서, 배출된 흐름에서 압력차 및 온도차를 측정하는 단계; 및 측정된 압력차와 측정된 온도차에 기초하여, 배출된 흐름 방향과 배출된 유속을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
본 발명은 이하 첨부된 도면과 관련하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타낸다:
도 1은 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 2는 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 3은 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 4는 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 5는 용융 주석 욕조 내의 O2 포텐셜(ppm O2로 측정)과 유리 위의 대기 이슬점 사이의 상관 관계와 유리 욕조 위의 대기 O2 측정과의 상관 관계의 결여를 나타내는 그래프이다. 작은 삼각형 부호를 갖는 그래프 상의 최상부 라인은 주석 욕조의 표시된 O2 농도이고, 개방 원 부호를 갖는 그래프 상의 중간 라인은 유리 욕조 위의 위치에 대한 이슬점이며, 작은 정사각형 부호를 갖는 그래프 상의 바닥 라인은 주석 욕조 위의 대기 중 O2 농도이다.
도 6은 유리 위의 이슬점과 유리의 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 일관되게 낮은 이슬점을 유지하는 이점을 예시한다.
도 7은 라인 속도(유리 제품의 생산 속도)와 유리 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 라인 속도 변화가 결함(일시적)에 영향을 미치는 하나의 요인이며, 라인 속도 및 결함 사이에 양의 상관 관계가 있음을 예시한다.
도 8은 리본 폭, 이슬점, 주석 내 O2 및 유리의 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 리본 폭이 감소한 직후, 결함이 감소하는 것과 같이 주석 내 O2 및 이슬점이 감소함을 예시한다.
도 9는 유리 표면 부근의 H2/H2O 비율(위 그래프)과 유리의 결함(아래 그래프) 사이의 상관 관계를 나타내는 한 쌍의 그래프이며, H2/H2O 비율이 낮을 때, 결함의 발생 정도가 더 크다는 것을 예시한다.
도 10은 유리 제조를 위한 주석 욕조 공정의 중요한 양태를 나타내는 종래 기술의 그래픽이다.
도 1은 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 2는 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 3은 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 4는 주석 욕조를 모니터링 및 제어하기 위해 본원에 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법의 실시예를 나타내는 주석 욕조의 개략도이다.
도 5는 용융 주석 욕조 내의 O2 포텐셜(ppm O2로 측정)과 유리 위의 대기 이슬점 사이의 상관 관계와 유리 욕조 위의 대기 O2 측정과의 상관 관계의 결여를 나타내는 그래프이다. 작은 삼각형 부호를 갖는 그래프 상의 최상부 라인은 주석 욕조의 표시된 O2 농도이고, 개방 원 부호를 갖는 그래프 상의 중간 라인은 유리 욕조 위의 위치에 대한 이슬점이며, 작은 정사각형 부호를 갖는 그래프 상의 바닥 라인은 주석 욕조 위의 대기 중 O2 농도이다.
도 6은 유리 위의 이슬점과 유리의 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 일관되게 낮은 이슬점을 유지하는 이점을 예시한다.
도 7은 라인 속도(유리 제품의 생산 속도)와 유리 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 라인 속도 변화가 결함(일시적)에 영향을 미치는 하나의 요인이며, 라인 속도 및 결함 사이에 양의 상관 관계가 있음을 예시한다.
도 8은 리본 폭, 이슬점, 주석 내 O2 및 유리의 결함 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 리본 폭이 감소한 직후, 결함이 감소하는 것과 같이 주석 내 O2 및 이슬점이 감소함을 예시한다.
도 9는 유리 표면 부근의 H2/H2O 비율(위 그래프)과 유리의 결함(아래 그래프) 사이의 상관 관계를 나타내는 한 쌍의 그래프이며, H2/H2O 비율이 낮을 때, 결함의 발생 정도가 더 크다는 것을 예시한다.
도 10은 유리 제조를 위한 주석 욕조 공정의 중요한 양태를 나타내는 종래 기술의 그래픽이다.
도 10을 참조하면, 주석 욕로의 산소가 유리의 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것이 플로트(float) 유리 산업에서 알려져 있다. 주석 욕로의 산소 공급원은 통상적으로 노 누출 또는 유리 자체에서 나오는 산소 때문이다.
주석 욕조 위 대기의 수소(H2)는 노 누출로 인한 산소가 주석 욕조를 산화시키는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있으며, 수소의 존재는 산소와 반응하여 주석 위 대기에서 수증기(H2O)를 생성한다.
유리 내의 산소는 (a) 대기 중에서 H2O를 생성하는(즉, 2H2 + O2 -> 2H2O) (주석 욕조 상의) 유리 리본의 최상부 표면의 대기 중 수소; 또는 (b) SnO2(고체) 또는 SnO(기체)를 생성하는 유리 리본의 바닥 표면의 주석 중 어느 하나와 반응할 수 있다.
SnO2(고체 이산화주석)는 일반적으로 주석 표면 상에 부유하고 주석 탱크의 출구 가까이로 이동하여, 유리 바닥 표면의 스크래칭을 야기하거나 유리 바닥 표면에 부착된다.
SnO(기체 산화주석)는 주석 욕조로부터 나와 대기로 진입한다. 그것이 노 공간의 최상부(주석 수조에서 멀어지는 온도가 상대적으로 더 낮음) 지붕 근처 영역으로 상승하면, 2SnO -> Sn + SnO2 반응이 발생하고 결과적인 Sn과 SnO2가 주석 욕조를 향해 떨어진다. SnO2는 또한 대기 중 수소에 의해 환원되어 Sn을 생성하며, 이는 또한 주석 욕조를 향해 떨어지는 Sn을 생성한다.
상술한 관점에서, 편평한/플로트 유리 사이트의 주석 욕조는 주석의 산화를 감소시키고 이에 의해 완성된 유리의 결함을 감소시키기 위해 질소(N2) 및 수소(H2)의 대기를 여러 번 사용한다. 주석 욕조와 함께 사용하기 위해 대기 모니터링 시스템이 본원에서 구현된다. 설치된 다양한 센서로부터 지속적으로 데이터를 수집함으로써, 시스템은 노에 진입하는 H2/N2 혼합물, 복수의 위치에서 노 내 현재 대기의 조성, 주석 욕로 내 대기 흐름 방향 및 노를 빠져나오는 퍼지 가스를 모니터링하고 제어할 수 있다.
H2/N2 혼합물의 조성은 (가스 크로마토그래프와 같은 표준 방법으로부터 계산되거나 밀도, 압력 및 온도를 측정한 다음 상태의 허용되는 기체 식을 사용하여) 열전도도 또는 분자량을 포함한 다양한 방법을 사용하여 측정 및 제어될 수 있다.
주석 욕조 대기 가스 조성은 유사한 방법을 사용하여 측정될 수 있으며, 이슬점 또는 물 농도, O2 농도, H2S 또는 다른 황 화합물, 주석 욕조 금속 및/또는 유리 용융 온도, 주석 산화 환원 상태, 및/또는 다른 파라미터와 같은 추가 파라미터가 측정하는 데 유용하다. 온도 및 압력 센서는 더 나은 주석 욕로 대기 흐름 패턴을 위해 다른 위치에 설치되며, 이는 주로 고온의 단부로부터 산소를 제거하여 주석 욕로 내부의 산소 레벨을 더욱 낮추는 데 도움이 된다. 이러한 모든 파라미터는 주석 욕조 대기가 최적의 조건에서 실행되고 있는지 검증하고 대기 조건을 완성된 유리의 결함률과 상관시켜 주석 욕조 대기 제어 시스템의 최적 동작을 결정하는 데 사용될 수 있다.
배출 위치에서, 임의의 배출 포트를 통한 공기 유입 가능성을 줄이기 위해 가스의 외부 흐름을 검증하는 방법을 사용하는 것 외에 주석 욕조 대기에 대해 수행된 것과 유사한 측정이 수행될 수 있다. 가스의 흐름은 표준 허용 흐름 방향 방법 또는 압력 또는 온도차를 사용하여 검증될 수 있으며, 여기서 더 높은 상류 압력 또는 온도는 주석 욕조 대기로부터 가스의 외부 흐름을 나타낸다.
산소 누출 및 이에 따른 주석 금속 산화는 이용 가능한 가스 샘플링 포트의 수 및/또는 산소 누출이 발생할 수 있는 다양한 지점에 대한 제한으로 인해 주석 욕조 대기 측정만으로는 검출하거나 예방될 수 없다. 이에 대한 하나의 해결책은 주석 욕조 대기의 길이 및/또는 폭에 걸쳐 있고 빔 경로를 따라 농도의 라인 평균을 제공하는 튜닝 가능 다이오드 레이저(TDL)의 사용이다. 복수의 레이저를 사용하는 것은 대기 조건의 공간 분해능을 허용하므로, 가스 흐름의 공간적 제어를 허용한다. 또한, 동작 동안 주석 금속 욕조 내의 용해된 산소 함량을 모니터링하고 주석 욕조 대기 흐름, 조성 및/또는 요구되는 통기를 조정하여 주석 금속 산화를 최소화하기 위해 주석 산화 환원 센서를 포함하는 것이 유리하다.
주석 욕조로 진입하는 유리의 온도는 또한 주석 욕조 통기 또는 주석 욕조 가스 유입 흐름을 최적화하는 데 사용될 수 있는 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 유리 온도는 산소, 수증기 및/또는 황 종과 같은 유리 용융물 자체의 주석 욕조 대기 성분 및/또는 용해된 가스 성분의 용해도와 커플링되므로, 이 온도는 또한 주석 욕조 동작 및/또는 유리 결함률에 영향을 미칠 수 있다. 주석 욕조에 진입하는 유리의 온도는 주석 욕조 자체 내에서 제어될 수 없으며, 이는 상류 유리 용융 노 및/또는 정제 구역에서 제어되어야 한다. 따라서, 주석 욕조 동작을 위한 최적의 조건은 전체 유리 용융 공정의 상류 공정에 커플링될 수 있다.
다양한 구성이 도 1 내지 도 4에 나타내어져 있다. 명확성을 위해, 모든 가능한 구성 또는 측정 위치가 나타내어져 있지 않으며, 나타낸 옵션을 결합함으로써 본 발명의 일부인 상이한 구성이 함께 놓일 수 있다. 예를 들어, 압력차(dP) 및 온도차(dT) 측정은 하나의 배출 흐름에서만 나타내어지지만, 필요한 정보를 수집하기 위해 모든 배출 흐름에 하나 또는 둘 모두가 놓일 수 있다. 또한 도면에 "측정"이라고 표시된 경우, 이는 이전에 언급한 모든 옵션 중 일부의 측정일 수 있다. 동작의 필요에 기초하여 다른 측정 지점이 또한 사용될 수 있다.
도 1은 개별적으로 또는 함께 적용될 수 있는 몇몇 특징을 결합한 실시예를 나타낸다. 주석 욕로는 유리 흐름의 방향을 갖는다. 노 상의 하나 이상의 측정 위치가 밀도, 하나 이상의 가스 농도, 이슬점 또는 다른 관련 파라미터를 결정하는 데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 가스 흐름 입구는 수소와 질소 혼합물의 흐름을 노에 제공한다. 각각의 유입 흐름은 밀도, 하나 이상의 가스 농도, 이슬점 또는 다른 관련 파라미터를 결정하기 위한 측정 위치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 배출 흐름은 배기 가스가 노를 빠져나갈 수 있게 한다. 각각의 배출 흐름은 밀도, 하나 이상의 가스 농도, 이슬점 또는 다른 관련 파라미터를 결정하기 위한 측정 위치를 포함할 수 있다.
압력차 및/또는 온도차 측정은 다양한 지점에서 수행될 수 있다. 배출 흐름에 대한 이러한 측정은 흐름 방향과 유속 모두를 나타낼 수 있다. 노와 배출 흐름 사이 또는 2개의 노 위치 사이의 이러한 측정은 흐름 방향 및/또는 유속을 유사하게 나타낼 수 있다.
도 2는 개별적으로 또는 함께 적용될 수 있는 몇몇 특징을 또한 결합하는 실시예를 나타낸다. 도 2는 공통 헤더가 유입 가스 흐름을 공급하고, 이에 의해 필요한 측정 지점의 양을 감소시킨다는 점에서 도 1과 다르다.
도 3은 개별적으로 또는 함께 적용될 수 있는 몇몇 특징을 또한 결합하는 실시예를 나타낸다. 도 3은 재순환 흐름의 추가에서 도 2와 다르다. 정제되지 않은 재순환 흐름은 노로부터 추출되고, 정화되어 이를 정제된 재순환 흐름으로 변환된 다음 유입 가스 헤더로 다시 재순환된다. 정제되지 않은 재순환 가스 및 정제된 재순환 가스의 측정 위치는 유입 가스 유량이 증가 또는 감소되어야 하는지 여부를 평가하는 데 사용될 수 있다.
도 4는 개별적으로 또는 함께 적용될 수 있는 몇몇 특징을 또한 결합하는 실시예를 나타낸다. 도 4는 유입 가스 스트림 중 적어도 하나에 흐름 제어를 추가한 점에서 도 3과 다르다. 유입 가스 흐름은 상술한 임의의 측정에 대한 응답으로 제어될 수 있다.
수집된 정보를 결함 데이터와 결합하는 것은 대기 조건(입력, 배출 및 재순환 조건을 포함)과 결함 단계 및 결함 관찰 사이의 시간 지연을 고려할 필요가 있다. 이는 표준 허용 분석 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
측정된 조건과 결함 사이의 상관 관계가 더 잘 이해되면, 이는 최적 조건이 유리 조성, 주석 욕조의 조건 및 순도, 노화로 인한 노 열 손실 및 다른 조건, 온도, 압력 및 습도를 포함한 주변 대기 조건, N2 및 H2의 순도, 가스 주입 온도, 및 가열 요소의 조건 및 주석 욕조 대기의 온도차의 함수일 수 있음을 인식하는 제어 목적으로 사용될 수 있다.
이러한 파라미터와 유리의 결함 사이의 상관 관계를 더 잘 이해하고 이러한 결함의 발생을 잠재적으로 줄이기 위해 어떠한 파라미터가 제어될 수 있는지를 결정하기 위해 동작 중인 주석 욕로 상에서 다양한 파라미터를 측정하는 실험이 수행되었다.
도 5는 주석 욕조의 산소 포텐셜(산소 농도를 ppm으로 나타냄)의 동작 기간 동안 취해진 측정, 주석 욕조 위의 일정한 위치에서의 대기의 이슬점, 및 같은 위치에서 주석 욕조 위의 대기 중 산소 농도를 나타낸다. 주석 욕조의 산소 포텐셜은 측정하기 어렵고 측정될 때 센서가 오래 지속되지 않으므로, 이러한 산소 포텐셜을 나타내는 측정하기 더 쉬운 다른 파라미터를 찾는 것이 바람직합니다. 이 경우, 주석 욕조 위 대기의 이슬점은 주석 욕조의 산소 포텐셜과 상당히 잘 상관되며 장기간에 걸쳐 일관되게 측정하는 것이 훨씬 더 쉽다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이슬점은 단독으로 또는 하나 이상의 다른 파라미터(아래 논의 참조)와 함께 사용되어 유리의 결함을 제어할 수 있다. 대조적으로, 주석 욕조 위 대기의 산소 농도는 주석 욕조의 산소 포텐셜과 특히 잘 상관하는 것으로 보이지 않는다.
도 6은 주석 위의 대기에서 측정된 이슬점과 유리의 결함 사이의 직접적인 양의 상관 관계를 나타낸다. 특히, 이슬점이 감소할 때 결함도 감소하며, 이슬점이 증가할 때 결함도 증가한다. 또한 이슬점이 안정적이면, 결함이 안정적으로 유지된다. 낮은 레벨의 결함을 생성하도록 이슬점을 제어하는 하나의 방법은 퍼지 가스의 유속을 증가시켜 이슬점을 낮추는 것이다.
도 7은 라인 속도(즉, 시스템을 통한 플로트 유리 생산의 라인 속도)와 결함 사이에 직접적인 양의 상관 관계가 있음을 나타낸다. 구체적으로, 더 빠른 라인 속도는 더 많은 결함으로 이어지는 것으로 보이고, 라인 속도의 증가는 결함의 증가로 귀결된다. 따라서, 일정하고 아마도 상대적으로 낮은 라인 속도를 유지하는 것은 더 낮은 레벨의 결함으로 이어질 수 있다. 라인 속도는 또한 리본 폭에 반비례할 수 있다는 것에 유의한다(아래에 논의).
도 8은 유리 결함과 (주석 욕조 위 대기의 이슬점 및 주석 욕조의 산소 농도뿐만 아니라) 리본 폭 사이에 직접적인 양의 상관 관계가 있음을 나타낸다. 보다 구체적으로, 유리 결함은 리본 폭의 변화에 따라 현저하게 감소하는 것으로 보인다. 그래프의 중앙에서, 주석욕의 이슬점과 주속 욕조의 산소 농도에 따라 리본 폭이 감소하고 결함도 급격히 감소한다. 그러나 (이슬점 및 주석 욕조의 산소 농도와 함께) 리본 폭이 증가하더라도 결함은 낮게 유지된다. 따라서, 리본 폭의 주기적인 변화는 유리 결함을 줄이는 데 유리할 수 있다고 믿어진다. 이는 주석 욕조 산소 레벨의 재생을 허용하는 주석 욕조의 유리 범위의 주기적인 감소에 기인할 수 있다.
도 9는 주석 욕조 위의 대기에서 수소 대 이슬점(수증기 함량)의 비율(즉, H2/H2O 비율)의 감소가 더 높은 결함을 초래하고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 나타낸다. 따라서, 상대적으로 높은 H2/H2O 비율을 유지하는 것이 결함을 낮게 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, H2/H2O 비율을 제어하는 것은 이슬점을 제어하는 것과 결합하여 유리 결함을 제어하는 효과적인 방법이 될 수 있다.
주석 욕조 부근 및 고온 단부 유리 표면 부근에서, H2/H2O 비율은 산소를 수증기로 변환하는 반응 속도를 제어하며(즉, 2H2 + O2 -> 2H2O), 이는 산소를 주석 욕조 및 고온-단부 유리로부터 내보내는 데 도움이 된다. 노 지붕 부근에서, H2/H2O 비율은 주석 환원의 반응 속도를 제어하며(즉, SnO2 + H2 -> Sn + H2O), 이는 고체상 SnO2를 액체 Sn으로 다시 환원시키고 유리 제품 상의 최상부 표면 결함의 가능성을 높인다. 유리 결함 감소를 목적으로 하는 플로트 유리 생산에서, 주석 욕조 부근 및 고온-단부 유리 표면 부근의 하위 구역에서 산소를 수증기로 변환하는 것이 바람직하지만, 노의 지붕 부근의 상위 영역에서는 주석 환원이 바람직하지 않다. 따라서, 이러한 두 구역에서, 공정 가스가 노로 유입되고/유입되거나 노로부터 유출되는 각각의 구역에 대해 개별적으로 그리고 정밀하게 조정하여 다른 H2/H2O 비율을 유지하는 것이 바람직할 수 있다(여기서 공정 가스 흐름은 질소 및 수소 중 하나 또는 둘 모두를 포함함).
또한, 주석 욕로에서 대기의 밀도가 측정될 때, 그 밀도는 수소 및 질소의 바로 그 농도 이상을 고려할 수 있는 가스 조성에 대응하는 것으로 이해된다. 특히, 측정된 가스 밀도의 증가는 노로의 산소 누출을 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 노로 또는 노로부터의 공정 가스 흐름의 변화에 따른 밀도 증가에 대응하여 유리의 결함이 감소될 수 있다. 특히, 예를 들어 누출 표시로 인한 과잉 산소의 일부를 제거하여 노로의 수소 흐름을 증가시켜 노의 수소 농도를 증가시키며, 이에 의해 유리 결함을 감소시킨다.
본 발명의 원리가 바람직한 실시예와 관련하여 위에서 설명되었지만, 이러한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 단지 예로서 이루어진 것임을 분명히 이해해야 한다.
Claims (22)
- 주석 욕로(tin bath furnace)에서 생산된 유리 제품의 결함들을 제어하는 방법으로서,
상기 주석 욕로와 연관된 대기의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계로서, 상기 파라미터는 상기 대기의 이슬점 및 상기 대기의 밀도로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 측정하는 단계;
상기 측정된 파라미터를 상기 유리 제품에서의 결함들과 상관시키는 단계; 및
상기 노에 대한 공정 가스의 유속을 제어함으로써 상기 유리 제품의 감소된 결함들에 대응하는 방향으로 상기 측정된 파라미터를 제어하는 단계로서, 상기 공정 가스는 수소 및 질소 중 하나 이상을 포함하는, 제어하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 대기의 이슬점이고, 상기 이슬점은 상기 대기 중의 수증기 농도에 대응하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 대기의 밀도이고, 상기 밀도는 상기 대기 중의 수소 농도에 대응하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 대기의 밀도이고, 상기 밀도는 상기 노로의 산소 누출을 나타내는 상기 대기 중의 가스 조성에 대응하는, 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 노와 연관된 상기 대기의 밀도를 측정하는 단계로서, 상기 측정된 밀도는 상기 대기 중의 수소 농도에 대응하는, 측정하는 단계; 및
상기 이슬점을 제어하는 것에 추가하여, 상기 노에 대한 상기 공정 가스의 유속을 제어함으로써 상기 유리 제품의 감소된 결함들에 대응하는 방향으로 상기 대기 중의 수증기 농도에 대한 수소의 비율을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 노와 연관된 상기 대기의 밀도를 측정하는 단계로서, 상기 측정된 밀도는 상기 노로의 산소 누출을 나타내는 상기 대기 중의 가스 조성에 대응하는, 측정하는 단계; 및
상기 이슬점을 제어하는 것에 추가하여, 상기 노에 대한 상기 공정 가스의 유속을 제어함으로써 상기 유리 제품의 감소된 결함들에 대응하는 방향으로 상기 대기 중의 가스 조성을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 1, 2, 5 및 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 가스의 상기 유속을 제어하는 단계는 상기 대기의 상기 이슬점의 감소를 야기하는, 방법. - 청구항 1, 3 및 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 가스의 상기 유속을 제어하는 단계는 상기 대기 중의 상기 수소 농도의 증가를 야기하는, 방법. - 청구항 1, 4 및 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 가스의 상기 유속을 제어하는 단계는 상기 대기 중의 상기 산소 농도의 감소를 야기하는, 방법. - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
유리 생산의 라인 속도와 상기 유리 제품의 결함들을 상관시키는 단계; 및
상기 유리 제품의 감소된 결함들에 대응하는 방향으로 상기 공정 가스의 상기 유속을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주석 욕로에서 생산되는 상기 유리 제품의 리본(ribbon) 폭을 주기적으로 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 리본 폭을 변경하는 단계는 상기 리본 폭을 감소시킴으로써 달성되는, 방법. - 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어된 유속은 상기 노로의 상기 공정 가스의 유속 및 상기 노로부터 배출된 가스의 유속으로부터 선택되는, 방법. - 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대기는 상기 노 내에 있는, 방법. - 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대기는 상기 노로부터 배출된 흐름인, 방법. - 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대기는 상기 노로부터 배출되고 상기 노로 다시 재순환되는 재순환 가스들인, 방법. - 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대기는 상기 노로의 가스 흐름인, 방법. - 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
유입 가스, 노 가스 및 배출 가스의 하나 이상의 조건 사이의 차이를 고려함으로써 노 가스 사용을 최적화하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 노 가스와 상기 배출 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및
상기 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 노로부터 정제되지 않은 재순환 가스를 추출하는 단계;
상기 정제되지 않은 재순환 가스를 세정하여 정제된 재순환 가스를 생성하는 단계;
상기 정제된 재순환 가스와 유입 가스를 혼합하는 단계;
상기 유입 가스와 상기 정제된 재순환 가스의 혼합물을 상기 노로 흐르게 하는 단계;
상기 정제되지 않은 재순환 가스와 상기 정제된 재순환 가스 사이의 성분 농도의 차이를 결정하는 단계; 및
상기 차이가 큰 경우, 가스 유입 흐름을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 노의 압력차를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 압력차에 기초하여, 노 흐름 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 배출된 흐름에서 압력차 및 온도차를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 압력차와 상기 측정된 온도차에 기초하여, 배출된 흐름 방향과 배출된 유속을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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