KR20240046241A - 세그먼트화된 유리 용융로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (i) 전기 가열 수단을 구비한 크라운을 갖는 적어도 하나의 용융 탱크(T1); (ii) 크라운을 갖고 연소 가열 수단을 구비한 청징 탱크(T2); (iii) 크라운을 갖고 적어도 하나의 용융 탱크 및 청징 탱크를 분리하는 적어도 하나의 네크(neck)를 포함하는, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노(furnace)에 관한 것이며; 노는, W1이 적어도 1.4xW3이고; W3이 적어도 0.1xW2 및 최대 0.6xW2인 것으로 정의되고; W1은 탱크(T1)의 폭이고; W2는 탱크(T2)의 폭이고; W3은 네크의 폭이다. 이러한 노는 노의 기계적 안정성 및 수명을 악화시키지 않거나 심지어 개선하면서, 높은 전기 투입 분율(즉, 20% 초과 또는 심지어 30%) 덕분에 전체 에너지 소비뿐만 아니라 이의 CO2 소비가 유의미하게 감소되기 때문에 특히 유리하다.

Description

세그먼트화된 유리 용융로
본 발명은 플로트 또는 압연 설비와 같은 유리 성형 설비에 용융 유리를 연속적으로 공급할 목적의 유리 용융로에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 특히 에너지 소비, CO2 배출 및 프로세스 유연성 측면에서 많은 이점을 제공하는 유리 용융로에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 대량 생산 능력, 즉 최대 1000 톤/일 이상의 생산 능력, 및 최대 60 MW의 전력 수요를 수반하는 판유리를 위한 용융로에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
최신 기술에서, 유리화 가능한 물질 또는 유리 원료는 일반적으로 다음을 포함하는 유리 용융로에서 용융된다:
- 노(furnace)를 사용 중일 때 용융물이 들어 있는, 크라운에 의해 커버되는 탱크;
- 노의 상류에 위치하여, 가열될 유리 원료를 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구;
- 탱크 내에 위치하는 가열 수단, 및
- 용융된 유리를 가공처리 구역 또는 작업 단부에 도달하게 하기 위한 적어도 하나의 하류 유출구.
이러한 유리 용융로에서, 유리는 일반적으로, 유리 표면 위에 제공되고 용융 유리/원료의 욕(bath)을 상단으로부터 가열하는 것을 가능하게 하는 버너에 의해 생성되는 연소로부터 발생하는 화염에 의해 용융된다. 산소-연료 또는 공기-연료 연소를 이용하는 유리 용융로가 공지되어 있다. 연료는 예를 들어, 화석 연료, 천연 가스, 바이오가스 또는 수소일 수 있다.
연소 가열 수단과 전기 가열 수단을 하이브리드 시스템으로 조합하는 것도 알려져 있다. 이러한 구성에서, 용융로는 버너 외에, 탱크의 저부에 일반적으로 위치하고 의무적으로 침지되는 전극을 포함하며, 이는 전류/전력이 통과하는 것을 가능하게 하고 이의 벌크(bulk)로부터 용융 유리의 욕을 가열한다. 가열 전력이 전적으로 전기에 의해 공급되는 유리 용융로가 선택될 수 있지만, 고품질의 유리가 필요한 판유리 분야에서는 채택되지 않았다는 점에 유의해야 한다. 실제로, 첫째, 유리 용융물을 정련하는 데 필요한 온도는 1400℃ 분 초과, 바람직하게는 1450℃보다 높아야 하는 반면, 탱크 내의 저부 온도는 내화 부식을 제한하기 위해 낮은 레벨(즉, 1300℃ 미만)로 유지되어야 하는데, 저부 전극만으로 이에 도달하기는 불가능하고, 둘째, 고품질의 판유리를 생산하는 데는 유리 용융물로부터 기포가 빠져나가도록 유리 용융물의 유동이 층류 및 층상을 이루고 자유 표면을 갖는 영역이 필요하다. 당업계에서는 일반적으로, 충분히 높은 온도에 도달하는 동시에 층상 및 층류 유리 유동(stratified and laminar glass flow)을 생성하기 위해, 상단으로부터 유리 용융물의 이러한 자유 표면을 가열함으로써 이들 2가지 조건을 충족한다. 추가적으로, 각각의 전극에서 방출된 열은 요구되는 층화된 층류 유리 유동을 완전히 방해할 강한 국소 유리 대류를 생성할 것이다.
지구 온난화 및 CO2 배출 감소에 대한 요구는 유리 제조자에 대한 압력뿐만 아니라, 곧 유리 사업의 경쟁력에 심각한 위협이 될 수 있는 에너지 가격 및 CO2 세금을 증가시킨다.
전기 용융은 CO2 배출을 감소시키는 데 도움이 될 뿐만 아니라 용융로의 총 에너지 소비(연료+전기)를 감소시키는 데 도움이 될 수 있기 때문에 해결책의 일부가 될 수 있다. 그러나, 종래의 연소 유리 용융로는 전극으로만 "부스팅"될 수 있다. 실제로, 이러한 "전기-부스팅된 연소로"에서, 전기 투입 분율은 총 에너지 투입의 최대 10 내지 15%로 제한된다.
전기 투입 분율을 증가시킬 때(즉, 15% 초과) 고전적인 전기-부스팅된 연소로 설계에 대한 주요 한계는 다음과 같다:
(i) 전극이 위치하는 용융 구역(melting zone)에서 저부 내화 온도의 유의미한 증가로 인해 이의 가속화된 부식을 야기함; 및
(i) 용융 구역에서 크라운 온도의 유의미한 감소로 인해 상기 구역에서 NaOH의 응축 증가가 야기되고, 결과적으로 크라운의 내화 부식 증가가 야기됨.
(i) 내지 (ii)의 이들 2가지 조합된 부식 현상은 전기 수퍼-부스팅된 용융로의 기계적 안정성 및 수명에 심각하게 부정적인 영향을 미칠 것이며, 이는 유리 용융로에 대한 투자 시에 전혀 바람직하지 않다. 실제로, 큰 유리 용융로, 즉 1일 당 수백 톤의 생산 능력을 갖는 노는 10년 초과의 기간 동안 중단 없이 작동하도록 구성되고, 그 수명은 주로 이의 벽을 형성하는 내화재의 부식에 의해 결정된다.
따라서, 종래의 연소 유리 용융로의 최대 전기 투입 분율의 제한으로 인해, 전기 용융의 이점(전체 에너지 소비 및 CO2 배출의 감소)을 충분히 누리지 못하고 있다.
그러나, 현재, 가열 수단으로서 연소 버너와 전극을 조합한 유리 용융로 설계를 갖는 것이 요구되며, 이는 (고전적인 전기-부스팅된 연소 용융로와 비교하여) 전기 투입 분율을 유의미하게 증가시키면서, 이의 기계적 안정성 및 수명을 유지하거나 심지어 개선하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 최신 기술에 관한 상기 단점을 극복하고 기술적 문제를 해결하기 위한 것이며, 즉 가열 수단으로서 연소 버너와 전극을 조합한 판유리 용융로를 제공함으로써 고전적인 전기-부스팅된 연소 용융로와 비교하여 전체 에너지 소비 감소 및 CO2 배출 감소를 보여주려는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 수명에 부정적인 영향을 미치지 않거나 심지어 이를 개선하면서, 가열 수단으로서 연소 버너와 전극을 조합한 유리 용융로를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 유연성이 증가된, 가열 수단으로서 연소 버너와 전극을 조합한 유리 용융로를 제공하는 것이다.
본 발명은 하기를 포함하는 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노에 관한 것이다:
(i) 용융 크라운(C1i)에 의해 커버되고 전기 가열 수단을 구비한 적어도 하나의 용융 탱크(T1i);
(ii) 청징 크라운(C2)에 의해 커버되고 연소 가열 수단을 구비한 청징 탱크(T2);
(iii) 크라운(C3i)에 의해 커버되고 적어도 하나의 용융 탱크(T1i) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 적어도 하나의 네크(neck)(Ni);
(iv) 적어도 하나의 용융 탱크에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Li); 및
(v) 용융된 유리를 작업 구역으로 유동시키기 위한, 청징 탱크의 하류에 위치하는 적어도 하나의 유출구 수단(Oi).
본 발명에 따르면, 노는,
0.1*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2;
W1i ≥ 1.4*W3i로 정의되고;
W1i는 탱크(T1i)의 폭이고;
W2는 탱크(T2)의 폭이고;
W3i는 네크(Ni)의 폭이다.
따라서, 본 발명은 신규하고 진보적인 접근법에 기초한다. 특히, 본 발명자들은 특정 설계에서 하나 이상의 전기 가열 용융 구역(들) 및 연소 청징 구역을 하나 이상의 네크(들)(용융 구역의 수와 동일한 수)로 분리함으로써, 노의 기계적 안정성 및 수명을 악화시키지 않거나 심지어 개선하면서, 높은 전기 투입 분율(즉, 20% 초과 또는 심지어 30 내지 50%) 덕분에 노의 전체 에너지 소비뿐만 아니라 CO2 배출이 유의미하게 감소될 수 있다는 것을 발견하였다. "전기 투입 분율"이란, 용융/청징을 위한 노의 총 에너지 투입에서 전기의 부분, 즉 전기/(연료+전기)를 의미하며, 총 에너지 투입은 표준/정상 생산 모드에서, 즉 이의 표준 인출량 범위(시동, 유지보수, 열간 보수(hot repair), 컬렛팅(culleting) 등의 기간은 제외함)에서 노의 총 에너지 투입이다.
본 발명의 네크(들) 폭은 2가지 상반된 요건 사이에서 양호한 절충점을 찾기 위해 본 발명자들에 의해 특별히 설계되었다: 한편으로는, 용융 구역(들)과 청징 구역 사이의 네크(들)는 (1) 용융 및 청징 상부구조물/크라운 사이의 개구부를 감소시키고 (2) 용융 탱크(들)에서 전체 유리 용융 대류 강도에 대한 장애를 생성하기 위해 이상적으로는 가능한 한 좁아야 하고, 다른 한편으로는, 네크는 네크(들) 내부의 유리 속도를 제한하여 네크 내화 벽 마모/부식을 제한하기 위해 이상적으로는 가능한 한 넓어야 한다.
본 발명자들은 본 발명의 노가 에너지 소비/CO2 배출에 유리한, 및/또는 노의 기계적 안정성/수명에 유리한 많은 이점을 가져온다는 것을 입증하였다. 특히, 특정 세그먼트화된 설계를 갖는 본 발명의 노는 다음을 가능하게 한다:
- 고온이 필요한 구역(청징 구역)에서 연소 에너지를 효율적으로 한정하기 위해 청징 탱크 내의 화염으로부터 용융 탱크(들)를 향한 열 복사를 차단함;
- 선택적으로, 용융 탱크와 청징 탱크 사이의 대기를 분리하여, 청징 탱크로부터 용융 탱크(들)로의 부식성 퓸(corrosive fume)의 환류를 제한함;
- 유리하게는 용융 탱크 내의 유리 대류의 강도를 감소시키고 유리 속도를 감소시켜, 저부 내화 마모 및 부식을 감소시키는 전체 용융 유리 유동의 제한을 생성함;
- 용융 및 청징 탱크의 치수 결정(길이, 폭, 및 크라운 높이) 및 내화물 특성을 완전히 분리하고, 그에 따라 에너지 효율, 유리 품질 및 기계적/구조적/기타 제약을 고려하여 각각의 탱크를 최적화함.
본 명세서 및 청구범위에서, 당업자는 본원에서 사용되는 바와 같이 단수형 용어("a", "an" 또는 "the")가 적어도 "하나"를 의미하며, 명시적으로 달리 지시되지 않는 한 "오직 하나"로 제한되지 않아야 한다는 것을 잘 이해할 것이다. 또한, 범위가 표시된 경우에는 종점값도 포함된다. 또한, 수치 범위 내의 모든 정수 및 서브도메인 값은 명시적으로 기재된 것처럼 분명히 포함된다. 마지막으로, "상류" 및 "하류"라는 용어는 유리의 유동 방향을 지칭하며, 당업자의 상식으로, 즉 본 발명에 따른 노를 작동시킬 때, 유입구 수단(들)으로부터 유출구 수단(들)으로, 즉 예를 들어 도 2에서 좌측으로부터 우측으로 진행하는 방향을 따라, 유리화 가능한 물질/유리 용융물(본원에서 "유리 스트림"으로 정의됨)의 평균적인 이동 방향을 따르는 의미로서 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 그리고 유리 분야에서 일반적으로 채택되는 바와 같이, "용융 탱크"란 유리화 가능한 물질이 장입되고 가열에 의해 용융되는 구역을 정의하고, 노가 가공처리 중일 때 용융물 및 용융물 상에 부유하고 점진적으로 용융되어 용융 탱크의 상류로부터 하류로 감소되는 용융되지 않은 유리화 가능한 물질의 "블랭킷"을 포함하는 탱크를 의미한다.
본 발명에 따르면, 그리고 유리 분야에서 일반적으로 채택되는 바와 같이, "청징 탱크"는 (주로 기포의 주요 부분을 제거함으로써) 유리를 정련하기 위해, 용융물 상에 부유하는 용융되지 않은 유리화 가능한 물질의 "블랭킷"이 더 이상 존재하지 않고 유리 용융물이 용융 탱크 온도보다 높은 온도(일반적으로 1400℃ 초과 또는 심지어 1450℃ 초과)에서 가열되는 구역을 정의하는 탱크를 의미한다. 또한 이 청징 탱크는 당업계에서 일반적으로 "정화 탱크"로도 불린다.
명확성을 위해, 본 발명에 따르면, 그리고 본 분야에서 일반적으로 받아들여지는 바와 같이, "네크"(Ni)란, (i) 적어도 하나의 용융 탱크(T1i) 및 청징 탱크(T2)와 비교하여 폭 및 (크라운) 높이가 좁아지고, (ii) 네크(Ni)의 개구부가 유리 용융물/배치 블랭킷 자유 표면 아래에만 부분적으로 존재하고 유리 용융물/배치 블랭킷 위에 자유 개구부를 남겨두는 것을 의미한다. 따라서, 이 정의는 당업계에서 일반적으로 받아들여지는 바와 같이, 유리 용융물/블랭킷 자유 표면 아래에 이의 "개구부"를 완전히 갖는(그에 의해 유리 용융물/배치 블랭킷 위에 자유 공간을 남기지 않는) "스로트(throat)"를 배제한다.
본 발명에서 "폭"이란, 본원, 및 본 명세서 및 청구범위 전체에서, 달리 명시되지 않는 한, 유리 스트림에 수직인 치수(평균)를 의미한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 간단한 예시적이고 비제한적인 예에 의해 주어지는 바람직한 구현예 및 도면에 관한 이하의 설명을 읽음으로써 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 노의 일 구현예를 "하나의 용융 탱크" 구성으로 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 노의 개략적인 평면도(수평 단면도)이다.
도 3은 본 발명에 따른 노의 일 구현예의 개략적인 평면도(수평 단면도)이다.
도 4는 본 발명에 따른 노의 일 구현예의 개략적인 평면도(수평 단면도)이다.
도 5는 본 발명에 따른 노의 일 구현예를 "2개의 용융 탱크" 구성으로 나타낸 개략적인 평면도(수평 단면도)이다.
도 1 내지 도 3의 노(1)("하나의 용융 탱크" 구성)는 하나의 용융 탱크(T1i), 하나의 네크(Ni), 및 하나의 청징 탱크(T2)를 포함한다. T1i, Ni 및 T2의 조립체는 일반적으로 온도, 퓸의 부식 및 용융 물질의 공격적인 작용에 저항성인 내화재로 제조된다. 탱크 내의 예시적인 욕 레벨은 파선으로 나타나 있다.
본 발명에 따르면, 노(1)는 적어도 하나의 유입구 수단(Li)에 의해 용융 탱크(T1i)에서 유리화 가능한 물질을 공급받는다. 바람직하게는, 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 적어도 하나의 유입구 수단(Li)은 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하거나 또는 용융 탱크(T1i)의 상단에 위치한다.
일 구현예에서, 적어도 하나의 유입구 수단(Li)은 용융 탱크(T1i)의 상류에, 상기 탱크의 폭에서 또는 이의 길이에서 측방향으로 위치한다(도 1 및 도 2에 도시된 바와 같음). 이 구현예에서, 탱크(T1i)의 표면에 걸친 분포를 개선하기 위해, 유리하게는 용융 탱크의 상류에 위치하는 몇몇 유입구 수단, 즉 2개의 유입구 수단이 제공될 수 있다.
대안적인 구현예에서, 적어도 하나의 유입구 수단(Li)은 용융 탱크의 상단에 위치한다. 이러한 유입구 수단은 당업계에 "상단 배치 장입기"로 알려져 있다. 이러한 특정 구현예는 유리 용융물의 상단에서, 특히 용융 탱크(T1i)의 표면 전체에 걸쳐 원료를 직접 장입하는 것을 가능하게 하고, 그에 의해 유리 용융물 표면 전체를 커버하는 배치 블랭킷을 얻는 것을 가능하게 하고, 결과적으로 (예컨대, 블랭킷 커버리지가 용융 프로세스 동안 변하는 상황에서) 크라운(C1i)에 해로운 높은 온도차를 피할 수 있어 유리하다. 유리 용융물 위 및 크라운(C1i) 아래에 위치하는 "회전 배치 장입기" 또는 "선형 X-Y-배치 장입기" 타입이 유리할 수 있다. 도 3에서, 유입구 수단(Li)은 용융 탱크(T1i)의 상단에 위치하고, 양방향(X-Y), 즉 용융 탱크의 길이 및 폭으로 이동할 수 있는 분배기 아암(distributor arm) 형태의 "선형 X-Y 배치 장입기" 타입일 수 있다. 본 구현예에 따른 "상단 배치 장입기"는 또한 "회전 크라운 배치 장입기"로 알려진 타입, 즉 Sorg®에 의해 제안된 것일 수 있다.
노(1)는 전기 가열 수단(2)을 구비한 용융 탱크(T1i)를 포함한다. 본 발명에 따른 전기 가열 수단(2)은 바람직하게는 탱크(T1i)의 저부에 위치하고, 또한 바람직하게는 침지 전극(immersed electrode)으로 구성된다. 전극은 변압기로의 연결 및 전류 평형을 용이하게 하기 위해 3 또는 2의 배수인 그리드 패턴(체커보드)으로 배열되는 것이 유리하다. 예를 들어, 전극 표면에서 1.5 A/cm2의 최대 전류 밀도를 준수함으로써 각 전극에 대한 최대 전력을 200 kW로 제한하도록 전극의 수가 설계된다. 또한, 예를 들어, 침지 전극 높이는 유리 용융 높이의 0.3 내지 0.8배이다.
일 구현예에 따르면, 용융 탱크(T1i)는 임의의 연소 수단, 예를 들어 임의의 버너를 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 크라운(C1i)은 일반적으로 아치형 또는 궁형(vaulted)일 수 있거나, 대안적으로 평평할 수 있다. 크라운(C1i)은 특히 용융 탱크의 폭(W1i)이 일반적인 유리 용융로와 비교하여 그리고 청징 탱크(2)의 폭(W2)과 비교하여 낮아진 경우(낮은 스팬 크라운) 평평할 수 있다. 크라운(C1i)이 아치형/궁형일 때, 부식에 대한 저항성이 더 우수하여 더 양호한 수명을 갖는 알루미나 또는 스피넬 타입의 내화물로 구성되는 것이 유리할 수 있다(그러나 더 낮은 내크리프성은 낮은 크라운 스팬에 의해 보상될 수 있음).
본 발명에 따른 크라운(C1i)은 바람직하게는 청징 탱크(T2)의 크라운(C2)의 높이(H2)보다 낮은 높이(H1i)를 갖는다(H1i<H2). 실제로, 크라운 높이(H1i)가 낮을수록 수평 복사 열 전달이 낮아질 것이고, 후속하여 연도 가스가 청징 탱크(T2)로부터 용융 탱크(T1i)를 향해 추출되는 경우에 연도 가스로부터 유리 용융물로의 열 전달이 더 양호하게 이루어질 수 있다. 본 발명에서 크라운에 있어서의 "높이"란, 상기 크라운의 안쪽 표면으로부터 유리 용융물(배치 블랭킷을 존재하는 경우 제외)까지의 평균 안쪽 높이(즉, 아치형/궁형 크라운의 경우)를 의미한다.
본 발명에 따르면, 노는 청징 크라운(C2)에 의해 커버되고 연소 가열 수단(3)을 구비한 청징 탱크(T2)를 포함한다.
본 발명에 따른 청징 크라운(C2)은 바람직하게는 아치형 또는 궁형이다.
본 발명에 따른 연소 가열 수단(3)은 특히 탱크(T2) 내에 위치하는 버너로 구성되며, 대개 탱크의 실질적으로 폭 전체에 걸쳐 화염을 확산시키기 위해 이의 각 측면 상에서 상기 탱크의 측벽을 따라 배열된다. 버너는 청징 탱크(T2)의 일부(즉, 길이의 약 50%)에 걸쳐 에너지 공급을 분산시키기 위해 서로 이격되어 있다. 이들은 또한 일반적으로 탱크의 양 측면에 줄지어 배열된다.
버너에는 연료 및 공기, 또는 연료 및 산소, 또는 연료 및 산소가 풍부한 가스가 공급될 수 있다. 연료는 화석 연료, 천연 가스, 바이오가스, 수소, 암모니아, 합성 가스 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 노는 크라운(C3i)에 의해 커버되고 적어도 하나의 용융 탱크(T1i) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 적어도 하나의 네크(Ni)를 포함한다. 네크(Ni)의 베이스는 본질적으로 용융 탱크(T1i)의 바닥/저부의 레벨에 위치할 수 있다. 또한, 네크(Ni)의 베이스는 본질적으로 청징 탱크(T2)의 바닥/저부의 레벨에, 또는 상기 레벨 위 또는 상기 레벨 아래에 위치할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 네크(Ni)는 임의의 가열 수단, 예를 들어 임의의 전기 가열 수단 및/또는 연소 수단을 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 크라운(C3i)은 아치형 또는 궁형일 수 있거나, 대안적으로 평평할 수 있다. 바람직하게는 네크(Ni)의 크라운(C3i)은 청징 탱크(T2)의 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3i)를 가질 수 있다(H3i≤H2). 또한, 바람직하게는, 네크(Ni)는 용융 탱크(T1i)의 크라운(C1i)의 높이(H1i)와 같거나 그보다 더 낮은 높이(H3i)를 가질 수 있다(H3i≤H1i). 보다 바람직하게는, H3i≤H2 및 H3i≤H1i이다.
유리한 구현예에 따르면, 노는 W1i ≤ W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 노는 W1i < W2 또는 더 양호하게는 W1i < 0.8*W2로 정의된다. 이는 용융 크라운(C1i) 내부의 응력을 이의 스팬을 감소시킴으로써 추가로 감소시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, 부식 및 온도 변화는 용융 구역에서 가장 결정적인 것으로 알려져 있다. 용융 크라운 내부의 응력 수준을 감소시킴으로써, 부식에 더 저항성이고 크리프에 덜 저항성인 내화재의 사용이 가능해질 것이다.
본 발명에 따르면, 노(1)는 0.1*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2로 정의된다. 바람직하게는, 본 발명의 노는 0.2*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 노는 0.3*W2 ≤ W3i ≤ 0.5*W2로 정의된다. 이는 단락 [0017]에서 드러난 바와 같이 더 양호한 절충안에 도달하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 노(1)는 W1i ≥ 1.4*W3i로 정의된다. 바람직하게는, 본 발명의 노는 W1i ≥ 1.5*W3i, 또는 심지어 W1i ≥ 1.8*W3i로 정의된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 노는 W1i ≥ 2*W3i로 정의된다. 이는 네크(Ni)에서 더 높은 폭 제한에 도달하는 것, 및 본 발명의 노의 상술한 이점을 향상시키는 것(열 복사를 차단하고, 선택적으로 대기를 분리하고, 용융 유리 유동의 제한을 생성하는 것)을 가능하게 한다.
본 발명의 유리한 구현예에 따르면, 노는 연도 가스로부터 용융 탱크 내의 유리 용융물 및/또는 용융되지 않은 유리화 가능한 물질로 열을 전달하고 회수하기 위해, 바람직하게는 유입구 수단(들)(Li)에 가까이 있는, 적어도 하나의 용융 탱크(T1i)의 상류로부터의 연도 가스(청징 탱크(T2)에서 생성됨)의 추출 수단(4)을 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 노는 적어도 하나의 용융 탱크(T1i)의 하류에 위치하는 연도 가스(청징 탱크(T2)에서 생성됨)의 추출 수단을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 노는 청징 탱크(T2)의 상류 부분으로부터의 연도 가스의 추출 수단도 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 구현예에 따르면, 노는 (i) 용융 탱크의 단부에 도착할 수 있는 용융되지 않은 유리화 가능한 물질을 가능하게는 정지시키고, 이에 의해 이들이 네크를 통과하여 청징 탱크를 향하는 것을 피하기 위해, 그리고 (ii) 청징으로부터 용융 탱크를 향한 유리 용융물의 역류 강도를 제어하거나 소멸시키기 위해, 적어도 하나의 네크(Ni)에 위치하는 제거 가능한 벽(예를 들어, 네크의 측벽으로부터 나오는 스킴바(skimbar))을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 노(1)는 용융된 유리가 작업 구역에 도달하게 하기 위한, 청징 탱크(T2)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 유출구 수단(Oi)을 포함한다. 일 구현예에 따르면, 유출구 수단(Oi)은 일반적으로 "작업 단부"로, 또는 "브레이즈"로도, 또는 "조절 구역(conditioning zone)"으로도 지칭되는 작업 구역을 향해 용융물을 유도하기 위해 대개 네크로 구성된다. 대안적으로, 예를 들어 포어 하트(들)를 포함하는 작업 구역을 향해 용융물을 유도하기 위해, 유출구 수단(Oi)은 스로트로 구성된다. 본 발명에 따른 작업 구역은, 예를 들어, 유리 용융물이 유출구를 통해 상기 구역을 떠나 성형 구역으로 나아가기 전에 제어된 냉각에 의한 열 조절(thermal conditioning)이 수행되는 조절 구역을 포함할 수 있다. 이러한 성형 구역은 예를 들어 플로트 설비 및/또는 압연 설비를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 본 발명의 일 구현예에서, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노는, 측방향으로 확대되고 각각의 측부에 위치하는 유입구 수단(들)(Li 및 Lii)이 장착되어 있는 용융 탱크(T1i)를 포함하고, 그에 따라 용융 탱크는 중앙 하류 구역을 통해 수렴하는 2개의 반대되는 유리 스트림(노가 작동 중인 경우)을 갖는 2개의 상류 구역을 포함한다. 이러한 구성에서, 용융 탱크(T1i)의 폭(W1i)은 네크(Ni)에서 유리 스트림에 수직으로 취해진 치수(평균)로서 정의된다.
본 발명의 매우 바람직한 구현예에서, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노는 2개의 용융 탱크(T1i, T1ii); 2개의 네크(Ni, Nii); 및 적어도 2개의 유입구 수단(Li, Lii)을 갖는 구성을 취하고 있다. 이러한 유리한 구현예에 따르면, 본 발명의 노는,
- 용융 크라운(C1ii)에 의해 커버되고 용융 탱크(T1ii)의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비한 용융 탱크(T1ii);
- 크라운(C3ii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1ii) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Nii);
- 용융 탱크(T1ii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Lii)을 추가로 포함하고;
노는,
0.1*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2;
W1ii ≥ 1.4*W3ii로 추가로 정의되고;
W1ii는 탱크(T1ii)의 폭이고;
W3ii는 네크(Nii)의 폭이다.
이러한 "2개의 용융 탱크" 구성에서, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노는 따라서,
(i) 2개의 용융 탱크(T1i, T1ii)(이들 각각은 용융 크라운(C1i, C1ii)에 의해 각각 커버되고 상기 탱크의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비함);
(ii) 청징 크라운(C2)에 의해 커버되고 연소 가열 수단을 구비한 청징 탱크(T2);
(iii) 크라운(C3i)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1i) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Ni);
(iv) 크라운(C3ii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1ii) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Nii);
(v) 용융 탱크(T1i)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Li);
(vi) 용융 탱크(T1ii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Lii);
(vii) 용융된 유리를 작업 구역으로 유동시키기 위한, 청징 탱크의 하류에 위치하는 적어도 하나의 유출구(Oi) 수단을 포함하고;
노는,
0.1*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2;
0.1*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2;
W1i ≥ 1.4*W3i;
W1ii ≥ 1.4*W3ii로 정의되고;
W1i는 탱크(T1i)의 폭이고;
W1ii는 탱크(T1ii)의 폭이고;
W2는 탱크(T2)의 폭이고;
W3i는 네크(Ni)의 폭이고;
W3ii는 네크(Nii)의 폭이다.
이러한 특정 구현예는 도 5에 도시되어 있고, 유입구 수단(Li 및 Lii)은 각각 용융 탱크(T1i 및 T1ii)의 상류에 위치한다.
이러한 구현예는 하나의 용융 탱크를 갖는 구성(도 1 내지 도 3)과 비교하여 다음을 가능하게 하므로 특히 유리하다:
- 동일한 전체 용융 탱크 영역 및 노 길이(길이는 일반적으로 폭보다 더 큰 제약을 받음)에 대해 각 용융 탱크의 크라운 스팬을 감소시키는 것. 크라운 스팬의 감소는 다음을 가능하게 한다:
(i) 크라운 물질 내부의 응력을 감소시키고, 이어서 물질 크리프 및 크라운 처짐(crown sagging)에 관한 위험을 감소시키는 것. 이는 이어서 알루미나 또는 스피넬과 같이 부식에 더 저항성이고 크리프에 덜 저항성인 내화재의 사용을 가능하게 하여, 노 수명을 증가시킬 것임;
(ii) 아치 형상의 네크 크라운(C3)의 경우 크라운 평균 높이를 감소시켜 더 낮은 수평 복사 전달을 유도하고, 후속하여 연도 가스가 용융 탱크로부터 추출되는 경우 연도 가스로부터 유리 용융물로의 열 전달을 더 양호하게 이루어지게 함; 따라서
- 동일한 총 네크 폭(W3i+W3ii)에 대해, 그리고 아치 형상의 네크 크라운(C3)의 경우에, 용융 탱크와 청징 탱크 사이의 개구부 표면을 감소시키고;
- 동일한 총 네크 폭(W3i+W3ii)에 대해, 용융 탱크 내의 유리 대류의 강도를 감소시키고;
- 용융 구역에서 노 유지보수를 더 쉽게 만드는 것. 실제로 2개의 용융 탱크를 이용하여, 하나의 용융 탱크를 노의 나머지 부분으로부터 격리하고 이를 냉각시키는 한편 다른 용융 탱크로 생산을 계속할 수 있다. 이어서, 마모/부식에 관한 가장 중요한 영역인 용융 영역에서 마모된 내화재를 대체함으로써, 총 노 수명을 증가시키는 것이 가능하다.
노가 2개의 네크, 2개의 용융 탱크 및 적어도 2개의 유입구 수단(도 5에 도시된 바와 같이, "2개의 용융 탱크" 노)을 갖는 이러한 유리한 구현예에서, 각각의 네크, 각각의 용융 탱크, 및 각각의 유입구 수단은 상기 설명에 따라 다른 네크, 용융 탱크, 및 유입구 수단과 각각 독립적으로 설계될 수 있다.
상기 "하나의 용융 탱크" 구성을 갖는 노와 관련하여 기재된 특정 유리한 특징, 즉 T1i, C1i, Li와 관련된 것들은 동일한 이점을 갖는 "2개의 용융 탱크" 구성에 적용 가능하다. 따라서, 명확성을 위해 정리하면, T1i와 관련하여 상기 기재된 특징은 T1ii에 적용 가능하고, C1i와 관련하여 상기 기재된 특징은 C1ii에 적용 가능하며, Li와 관련하여 상기 기재된 특징은 Lii에 적용 가능하다.
특히, 바람직하게는 네크(Nii)의 크라운(C3ii)은 청징 탱크(T2)의 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3ii)를 가질 수 있다(H3ii≤H2). 또한, 바람직하게는, 네크(Nii)는 용융 탱크(T1ii)의 크라운(C1ii)의 높이(H1ii)와 같거나 그보다 더 낮은 높이(H3ii)를 가질 수 있다(H3ii≤H1ii).
바람직하게는, "2개의 용융 탱크" 노는 0.2*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 이는 0.3*W2 ≤ W3ii ≤ 0.5*W2로 정의된다.
유리한 구현예에 따르면, "2개의 용융 탱크" 노는 W1ii ≤ W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 노는 W1ii < W2 또는 더 양호하게는 W1ii < 0.8*W2로 정의된다. 이는 용융 크라운(C1i) 내부의 응력을 이의 스팬을 감소시킴으로써 추가로 감소시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, 부식 및 온도 변화는 용융 구역에서 가장 결정적인 것으로 알려져 있다.
또한 바람직하게는, "2개의 용융 탱크" 노는 W1ii ≥ 1.5*W3ii, 또는 심지어 W1ii ≥ 1.8*W3ii로 정의된다. 보다 바람직하게는, "2개의 용융 탱크" 노는 W1ii ≥ 2*W3i로 정의된다.
본 발명에 따른 "2개의 용융 탱크" 노에서, 2개의 용융 탱크(T1i, T1ii)는 바람직하게는 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크(Ni, Nii)에 의해 상기 청징 탱크에 연결된다(도 5에 도시된 바와 같이). 대안적으로, 본 발명의 "2개의 용융 탱크" 노에서, 하나의 용융 탱크는 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크에 의해 청징 탱크에 연결되고, 다른 용융 탱크는, 청징 탱크의 길이(우측 또는 좌측) 내에 위치하고 청징 탱크의 상류(즉, 이의 길이의 1/3 내)에 가까이 있는 네크에 의해 청징 탱크에 연결된다. 이러한 마지막 구성은, 예를 들어, 노를 수용하는 플랜트 내에 존재하는 공간이 2개의 용융 탱크를 나란히 배치하기에 충분하지 않을 때 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 "2개의 용융 탱크" 노에서, 2개의 용융 탱크(T1i, T1ii)가 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크(Ni, Nii)에 의해 상기 청징 탱크에 연결되는 경우, 2개의 용융 탱크(T1i 및 T1ii) 사이의 거리(D)는 바람직하게는 적어도 1 m, 보다 바람직하게는 적어도 2 m, 또는 양호하게는 적어도 3 m이다. 이는 유지보수 작동 및 탱크 벽 오버코팅을 위한 구역에 접근하는 것을 가능하게 하기 때문에 유리하다.
본 발명의 대안적인 구현예에서, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노는 3개의 용융 탱크(T1i, T1ii, T1iii); 3개의 네크(Ni, Nii, Niii) 및 3개의 유입구 수단(Li, Lii, Liii)을 갖는 구성을 취하고 있다. 이러한 유리한 구현예에 따르면, 본 발명의 노는,
- 용융 탱크(T1iii)의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비한 용융 크라운(C1iii)에 의해 커버되는 용융 탱크(T1iii);
- 크라운(C3iii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1iii) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Niii);
- 용융 탱크(T1iii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Liii)을 추가로 포함하고;
노는,
0.1*W2 ≤ W3iii ≤ 0.6*W2;
W1iii ≥ 1.4*W3iii로 추가로 정의되고;
W1iii는 탱크(T1iii)의 폭이고;
W3iii는 네크(Niii)의 폭이다.
이러한 "3개의 용융 탱크" 구성에서, 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노는 따라서,
(i) 3개의 용융 탱크(T1i, T1ii, T1iii)(이들 각각은 용융 크라운(C1i, C1ii, C1iii)에 의해 각각 커버되고 상기 탱크의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비함);
(ii) 청징 크라운(C2)에 의해 커버되고 연소 가열 수단을 구비한 청징 탱크(T2);
(iii) 크라운(C3i)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1i) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Ni);
(iv) 크라운(C3ii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1ii) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Nii);
(v) 크라운(C3iii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1iii) 및 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Niii);
(vi) 용융 탱크(T1i)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Li);
(vii) 용융 탱크(T1ii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Lii);
(viii) 용융 탱크(T1iii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Liii);
(ix) 용융된 유리를 작업 구역으로 유동시키기 위한, 청징 탱크의 하류에 위치하는 적어도 하나의 유출구 수단(Oi)을 포함하고;
노는,
0.1*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2;
0.1*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2;
0.1*W2 ≤ W3iii ≤ 0.6*W2;
W1i ≥ 1.4*W3i;
W1ii ≥ 1.4*W3ii;
W1iii ≥ 1.4*W3iii로 정의되고;
W1i는 탱크(T1i)의 폭이고;
W1ii는 탱크(T1ii)의 폭이고;
W1iii는 탱크(T1iii)의 폭이고;
W2는 탱크(T2)의 폭이고;
W3i는 네크(Ni)의 폭이고;
W3ii는 네크(Nii)의 폭이고;
W3iii는 네크(Niii)의 폭이다.
이러한 구현예는 "2개의 용융 탱크" 구성과 동일한 방식으로 하나의 용융 탱크를 갖는 구성과 비교하여 특히 유리하다.
이러한 "3개의 용융 탱크"에서, 각각의 네크, 각각의 용융 탱크, 및 각각의 유입구 수단은 상기 설명에 따라 다른 네크, 용융 탱크, 및 유입구 수단과 각각 독립적으로 설계될 수 있다.
상기 "하나의 용융 탱크" 및 "2개의 용융 탱크" 구성을 갖는 노와 관련하여 기재된 특정 유리한 특징, 즉 T1i, T1ii, C1i, C1ii, Li, Lii와 관련된 것들은 동일한 이점을 갖는 "3개의 용융 탱크" 구성에 적용 가능하다. 따라서, 명확성을 위해 정리하면, T1i, T1ii와 관련하여 상기 기재된 특징은 T1iii에 적용 가능하고, C1i, C1ii와 관련하여 상기 기재된 특징은 C1iii에 적용 가능하며, Li, Lii와 관련하여 상기 기재된 특징은 Liii에 적용 가능하다.
특히, 바람직하게는 네크(Niii)의 크라운(C3iii)은 청징 탱크(T2)의 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3iii)를 가질 수 있다(H3iii≤H2). 또한, 바람직하게는, 네크(Niii)는 용융 탱크(T1iii)의 크라운(C1iii)의 높이(H1iii)와 같거나 그보다 더 낮은 높이(H3iii)를 가질 수 있다(H3iii≤H1iii).
바람직하게는, "3개의 용융 탱크" 노는 0.2*W2 ≤ W3iii ≤ 0.6*W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 이는 0.3*W2 ≤ W3iii ≤ 0.5*W2로 정의된다.
바람직하게는, "3개의 용융 탱크" 노는 W1iii < W2로 정의된다. 보다 바람직하게는, 이는 W1iii < 0.8*W2로 정의된다. 이는 용융 크라운(C1i) 내부의 응력을 이의 스팬을 감소시킴으로써 추가로 감소시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, 부식 및 온도 변화는 용융 구역에서 가장 결정적인 것으로 알려져 있다.
또한 바람직하게는, "3개의 용융 탱크" 노는 W1iii ≥ 1.5*W3iii, 또는 심지어 W1iii ≥ 1.8*W3iii로 정의된다. 보다 바람직하게는, "3개의 용융 탱크" 노는 W1iii ≥ 2*W3ii로 정의된다.
본 발명에 따른 "3개의 용융 탱크" 노에서, 3개의 용융 탱크(T1i, T1ii, T1iii)는 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크(Ni, Nii, Niii)에 의해 상기 청징 탱크에 연결될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 "3개의 용융 탱크" 노에서, 하나의 용융 탱크는 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크에 의해 청징 탱크에 연결될 수 있고, 2개의 다른 용융 탱크는, 청징 탱크의 길이 내에 위치하고 청징 탱크의 상류(즉, 이의 길이의 1/3 내)에 가까이 있는 네크에 의해 청징 탱크에 연결될 수 있으며, 제1 용융 탱크는 청징 탱크의 우측에 있고 제2 용융 탱크는 청징 탱크의 좌측에 있다. 이러한 마지막 구성은, 예를 들어, 노를 수용하는 플랜트 내에 존재하는 공간이 3개의 용융 탱크를 나란히 배치하기에 충분하지 않을 때 및/또는 용융 탱크 및 네크에 대해 설계된 치수(특히 W1i, W1ii, W1iii 및 W3i, W3ii, W3iii 및)가 청징 탱크의 폭(W2)에서 실현될 수 없을 때 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 "3개의 용융 탱크" 노에서, 적어도 2개의 용융 탱크가 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크에 의해 상기 청징 탱크에 연결되는 경우, 2개의 용융 탱크 사이의 거리(D)는 바람직하게는 적어도 1 m, 보다 바람직하게는 적어도 2 m, 또는 양호하게는 적어도 3 m이다. 독립적으로, 본 발명에 따른 "3개의 용융 탱크" 노에서, 3개의 용융 탱크가 청징 탱크의 폭(W2) 내에 위치하는 네크에 의해 상기 청징 탱크에 연결되는 경우에, 2개의 용융 탱크(T1i 및 T1ii) 사이의 거리(D)는 바람직하게는 적어도 1 m, 보다 바람직하게는 적어도 2 m이고; 2개의 용융 탱크(T1ii 및 T1iii T1ii) 사이의 거리(D')는 또한 바람직하게는 적어도 1 m, 보다 바람직하게는 적어도 2 m이다.
본 발명에 따른 모든 노 구성, 즉 "하나의 용융 탱크", "2개의 용융 탱크" 및 "3개의 용융 탱크" 구성에서, 장입될 유리화 가능한 물질의 분배를 용이하게 하기 위해, 하나 초과의 유입구 수단이 각각의 용융 탱크에, 즉 2개의 유입구 수단이 용융 탱크에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 모든 노 구성에서, 바람직하게는, 용융 탱크(들)의 총 표면적은 25 내지 400 m2의 범위이다. 또한 바람직하게는, 본 발명에 따르면, 청징 탱크의 표면적은 25 내지 400 m2 범위이다.
당업자는 본 발명이 결코 상기 바람직한 구현예로 제한되지 않는다는 점을 인식한다. 반대로, 첨부된 청구항의 범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명은 본원에 기재되고 청구범위에 인용된 특징, 및 바람직한 특징의 모든 가능한 조합에 관한 것임에 추가로 유의한다.
하기 실시예는 예시적인 목적을 위해 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예
본 발명에 따른 노의 실시예 및 종래의 연소로(선택적으로 전기-부스팅됨)의 비교예를 계산하였다.
용융로의 최적화 및 설계는 수학적 모델링 없이는 어렵고 위험하며 매우 느리다. 실제로, 노는 매우 고가이며 이의 수명은 15년을 넘고, 심지어 최대 20년이다. 게다가, 연구 및 설계 수정을 수행할 수 있는 기회는 거의 없고, 이들 수정과 관련된 위험을 감소시켜야 한다는 높은 압박이 있다. 이에 따라, 작동되는 유리 노에 대한 용융 프로세스의 수학적 모델링이 유리 분야에서 철저하게 개발되었고 유리 제조자 사이에 공지되어 있다. 수학적 모델을 사용하면 탱크(들) 내의 유리 용융물 및 연소/청징 공간(들) 내의 가스의 상세한 온도 및 속도장을 얻을 수 있다. 이러한 기존의 수학적 모델링의 결과는 측정치(열전대 및 적외선 카메라)와 비교하여 많은 작동하는 노에서 검증하였다.
유리 인출량이 동일한 다음의 노를 본 계산을 위해 고려하였다:
- 노 1(비교): 종래의 연소 유리 용융로: 공기-가스를 공급받는 버너 및 선택적인 전기-부스팅을 위한 전극이 장착되어 있는, 용융 및 정련 구역을 포함하는 하나의 탱크.
- 노 2: 다음이 장작되어 있는, "하나의 용융 탱크" 구성의 본 발명에 따른 노:
- 탱크 폭(W1i) = 13.0 m, 및 평균 크라운 높이(H1i) = 1.35 m인 용융 탱크(T1i)
- 용융 탱크의 상류에 위치하는 유입구 수단(Li),
- 16.0 MW의 총 설치 전력에 이르는 용융 탱크 내의 전극
- 폭(W3i) = 4.5 m = 0.35 W1i 및 평균 크라운 높이(H3i) = 0.35 m인 네크(Ni)
- 탱크 폭(W2) = 13.0 m, 및 평균 크라운 높이(H2) = 3.5 m인 청징 탱크(T2)
- 총 설치 전력이 16.0 MW인, 청징 탱크에서 순수한 산소 및 천연 가스를 공급받는 산소-버너;
- 유출구 수단(O)
- 유리화 가능한 물질이 장입되는 유입구에 가까이 있는, 용융 탱크의 상류 부분 내에 위치하는 연도 가스를 추출하는 추출 수단;
- 노 3: "2개의 용융 탱크" 구성의 본 발명에 따른 노. 이러한 고려된 계산에서, 두 용융 탱크 모두는 동일한 치수를 갖고 대칭으로 배치된다(도 3 참조). 두 용융 탱크 모두 사이의 거리는 4.8 m이다. 노 3은 다음이 장착되어 있다:
- 탱크 폭(W1i) = 8.4 m, 및 평균 크라운 높이(H1i) = 0.95 m인 용융 탱크(T1i)
- W1ii = W1i 및 H1ii = H1i인 용융 탱크(T1ii)
- 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하는 유입구 수단(Li),
- 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하는 유입구 수단(Lii),
- 설치 전력이 두 탱크 모두 사이에 동일하게 공유되는 용융 탱크 내의 전극,
- 폭(W3i) = 3.6 m, 및 평균 크라운 높이(H3i) = 0.54 m인 네크(Ni),
- 폭(W3ii) = W3i 및 H3ii = H3i인 네크(Nii),
- 노 2와 동일한 탱크 치수를 갖는 청징 탱크(T2),
- 노 2와 동일한 특징을 갖는 청징 탱크에서 공기-가스를 공급받는 버너,
- 유출구 수단(O),
- 용융 탱크로부터 연도 가스를 추출하는 추출 수단.
이들 노 1 내지 3에 대해 에너지 소비(가스/전기), 저부 온도, 크라운 온도 및 유리 순환을 평가하였다.
에너지 소비
표 1은 가스 소비, 전기 소비, 및 총 에너지 소비에 대한 계산값 및 노 1 내지 3에 대한 전기 투입 분율을 나타낸다.
종래의 노 1의 경우, 2가지 상황을 고려하였다: 완전 연소의 상황(100% 가스 에너지) 및 이 노의 실행 가능한 전기-부스팅이 최대치인 상황(이 최대치를 넘어서면, 저부 및 크라운 온도에 의해 높은 내화 부식 및 심각한 노 손상이 야기될 것임).
Figure pct00001
표 1은 고전적인 전기-부스팅된 연소 용융로와 비교하여, 본 발명에 따른 노는 총 에너지 소비를 감소시키면서(약 30%) 전기 투입 분율을 (최대 50%의 값에 도달하도록) 증가시켜 CO2 배출을 유의미하게 감소시키는 것을 가능하게 함을 매우 잘 보여준다.
저부 온도
도 6은 비현실적인 16 MW 전력을 갖는 노 1(동등한 전력을 고려하여 본 발명의 노와 공정하게 비교하는 것이 달성될 수 있음), 노 2 및 노 3에서의 유입구 수단으로부터 유출구 수단까지의 거리(미터 단위)에 따른 저부 내화 온도의 변천을 도시한다. y축은 섭씨 온도 단위의 값(Tbottom - Tref)을 제공하며, Tbottom은 전기-부스팅된 노 1, 노 2, 및 노 3의 저부에서의 온도이고, Tref는 전기-부스팅이 없는 노 1(완전 연료의 종래의 노)에 대한 저부에서의 최대 온도이다. 본 발명에 따른 노 1 내지 3은 각 구성에서 관련 구역의 위치를 찾아내고 비교를 가능하게 하도록 도면의 상단에 도식화되어 있다.
이 도면은 종래의 노에서 전력 투입을 증가시킬 때 유의미한 저부 온도 상승이 존재하는 반면, 본 발명의 노는 동일한 전기 투입에 대해 더 낮은 값을 유지하는 것을 가능하게 하여, 부식을 피함으로써 노 수명을 증가시키는 데 유리하다는 것을 도시한다.
크라운 온도
도 7은 16 MW 전기-부스팅(비교)이 있는 노 1, 노 2, 및 노 3에서 유입구 수단으로부터 유출구 수단까지의 거리(미터 단위)에 따른 크라운 내화 온도의 변천을 도시한다. y축은 섭씨 온도 단위의 값(Tbottom - Tref)을 제공하며, Tbottom은 전기-부스팅된 노 1, 노 2, 및 노 3의 크라운에서의 온도이고, Tref는 전기-부스팅이 없는 노 1(완전 연료의 종래의 노)의 크라운에서의 최대 온도이다. 종래의 전기-부스팅된 노 1, 및 본 발명에 따른 노 2 및 3은 각 구성에서 관련 구역의 위치를 찾아내고 비교를 가능하게 하도록 도면의 상단에 도식화되어 있다.
이 도면은 종래의 노 1 및 본 발명에 따른 노 2 및 3이 전기-부스팅이 없는 종래의 노(참조)와 비교하여 용융 구역에서 크라운 온도가 감소함을 도시한다. 전기-부스팅된 노에서, 이는 크라운에서의 (주로 청징으로부터 발생하는 NaOH의 응축으로 인한) 심각한 부식 현상을 야기하기 때문에 큰 결점이다. 본 발명에 따른 노에서, 이러한 크라운 온도 감소는 보다 용이하게 관리될 수 있는데, 왜냐하면 (i) 연도 가스가 청징 탱크로부터 추출되면, 청징 구역 및 용융 구역으로부터의 대기가 적어도 하나의 네크에 의해 분리되어 청징 탱크로부터 용융 탱크(들)로의 부식성 퓸(NaOH)의 환류를 제한하거나 피할 가능성을 제공하고, (ii) 연도 가스가 용융 탱크(들)로부터 추출되면, 크라운 스팬이 제한될 수 있으므로(특히 다수의 용융 탱크의 경우), 그에 의해 알루미나 내화물을 사용하는 것이 실용적인 옵션이 되기 때문이다(알루미나가 부식에 더 저항성이라는 것을 알고는 있으나, 크라운 스팬이 큰 경우에는 권장되지 않음).
유리 순환
도 8은 16 MW 전기-부스팅(비교)이 있는 노 1, 노 2, 및 노 3에서 유입구 수단으로부터 유출구 수단까지의 거리(미터 단위)에 따른 용융 유리 순환의 변천을 도시한다. y축은 값(mbackward/mpull)을 제공하며, mbackward는 역방향 질량 유량(backward mass flow)이고 mpull은 인출 질량 유량(pull mass flow)이다. 종래의 전기-부스팅된 노 1, 및 본 발명에 따른 노 2 및 3은 각 구성에서 관련 구역의 위치를 찾아내고 비교를 가능하게 하도록 도면의 상단에 도식화되어 있다.
이 도면은 본 발명에 따른 노 2 및 3이 용융 및 청징 구역에서 전체 용융 유리 순환의 유의미한 감소를 생성하여, 용융 유리 속도를 유리하게 감소시키고, 그에 의해 저부 내화 부식을 감소시킨다는 것을 도시한다.

Claims (24)

  1. 유리화 가능한 물질을 용융시키기 위한 노(furnace)로서,
    (i) 용융 크라운(C1i)에 의해 커버되고 전기 가열 수단을 구비한 적어도 하나의 용융 탱크(T1i);
    (ii) 청징 크라운(C2)에 의해 커버되고 연소 가열 수단을 구비한 청징 탱크(T2);
    (iii) 크라운(C3i)에 의해 커버되고 상기 적어도 하나의 용융 탱크(T1i) 및 상기 청징 탱크(T2)를 분리하는 적어도 하나의 네크(neck)(Ni);
    (iv) 상기 적어도 하나의 용융 탱크에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Li); 및
    (v) 용융된 유리를 작업 구역으로 유동시키기 위한, 청징 탱크의 하류에 위치하는 적어도 하나의 유출구 수단(Oi)을 포함하고;
    상기 노는,
    0.1*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2;
    W1i ≥ 1.4*W3i로 정의되고;
    W1i는 탱크(T1i)의 폭이고;
    W2는 탱크(T2)의 폭이고;
    W3i는 네크(Ni)의 폭인, 노.
  2. 제1항에 있어서, 상기 크라운(C1i)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)보다 낮은 높이(H1i)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 크라운(C3i)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3i)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운(C3i)은 상기 크라운(C1i)의 높이(H1i)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3i)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, W1i ≥ 1.5*W3i로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 0.2*W2 ≤ W3i ≤ 0.6*W2로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Li)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하거나 상기 용융 탱크(T1i)의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Li)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 용융 크라운(C1ii)에 의해 커버되고 용융 탱크(T1ii)의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비한 용융 탱크(T1ii);
    - 크라운(C3ii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1ii) 및 상기 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Nii);
    - 상기 용융 탱크(T1ii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Lii)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하고;
    상기 노는,
    0.1*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2;
    W1ii ≥ 1.4*W3ii로 추가로 정의되고;
    W1ii는 탱크(T1ii)의 폭이고;
    W3ii는 네크(Nii)의 폭인, 노.
  10. 제9항에 있어서, 상기 크라운(C1ii)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)보다 낮은 높이(H1ii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 크라운(C3ii)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3ii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운(C3ii)은 상기 크라운(C1ii)의 높이(H1ii)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3ii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, W1ii ≥ 1.5*W3ii로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 0.2*W2 ≤ W3ii ≤ 0.6*W2로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Lii)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하거나 상기 용융 탱크(T1i)의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Lii)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 용융 탱크(T1iii)의 저부에 위치하는 전기 가열 수단을 구비한 용융 크라운(C1iii)에 의해 커버되는 용융 탱크(T1iii);
    - 크라운(C3iii)에 의해 커버되고 상기 용융 탱크(T1iii) 및 상기 청징 탱크(T2)를 분리하는 네크(Niii);
    - 용융 탱크(T1iii)에 위치하여, 가열될 유리화 가능한 물질을 이에 장입하는 적어도 하나의 유입구 수단(Liii)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하고;
    상기 노는,
    0.1*W2 ≤ W3iii ≤ 0.6*W2;
    W1iii ≥ 1.4*W3iii로 추가로 정의되고;
    W1iii는 탱크(T1iii)의 폭이고;
    W3iii는 네크(Niii)의 폭인, 노.
  18. 제17항에 있어서, 상기 크라운(C1iii)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)보다 낮은 높이(H1iii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 크라운(C3iii)은 상기 크라운(C2)의 높이(H2)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3iii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운(C3iii)은 상기 크라운(C1iii)의 높이(H1iii)와 같거나 그보다 낮은 높이(H3iii)를 갖는 것을 특징으로 하는, 노.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, W1ii ≥ 1.5*W3iii로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 0.2*W2 ≤ W3iii ≤ 0.6*W2로 정의되는 것을 특징으로 하는, 노.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Liii)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하거나 상기 용융 탱크(T1i)의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
  24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유입구 수단(Liii)은 상기 용융 탱크(T1i)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는, 노.
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