KR20060020888A

KR20060020888A - 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치

Info

Publication number: KR20060020888A
Application number: KR1020040069594A
Authority: KR
Inventors: 양재익; 유정우; 김용수; 최종순; 정청훈
Original assignee: 삼성코닝 주식회사
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-07
Also published as: CN1762865A

Abstract

본 발명은 용융유리의 전기저항발열을 유도하여 유리원료의 용융에 필요한 열량을 공급하는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치를 개시한다. 본 발명의 용융조는 도그하우스를 통하여 배치영역으로 투입되는 유리원료를 용융유리로 용융시키기 위하여 용융유리의 유동방향을 따라 가열영역, 핫스폿영역과 냉각영역을 갖는다. 용융조의 보텀에 양측 가장자리를 따라 서로 대향되도록 보텀을 관통하여 설치되어 있으며 전원의 인가에 의하여 용융유리의 전기저항발열을 발생하는 몰리브덴전극봉들과, 몰리브덴전극봉들의 작동에 소요되는 전원을 인가하도록 몰리브덴전극봉들에 연결되어 있는 전원공급장치로 구성된다. 또한, 전원공급장치로부터 몰리브덴전극봉들에 인가되는 전류를 동일하게 제어할 수 있도록 몰리브덴전극봉들과 전원공급장치 사이에 연결되어 있는 다수의 밸런싱변압기들과 용융조의 용융유리 속에 기체를 공급하여 기포에 의한 장벽을 생성하는 기체공급수단을 더 구비한다. 본 발명에 의하면, 용융조의 보텀을 관통하여 상류에서 하류를 향하여 다수의 몰리브덴전극봉들을 설치하여 용융유리의 전기저항발열을 유도시킴으로써, 유리원료의 용융에 필요한 열량을 충분히 보충하여 유리용해로의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 핫스폿영역에는 기포에 의한 장벽을 생성하여 용융유리의 유동을 간편하고 정확하게 제어할 수 있으며, 용융조와 버너의 수명을 보장할 수 있다.

Description

유리용해로 용융조용 전기부스팅장치{ELECTRIC BOOSTING DEVICE FOR GLASS MELTING FURNACE MELTER}

도 1은 본 발명의 전기부스팅장치가 적용되는 유리용해로의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 전기부스팅장치를 부분적으로 나타낸 단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 용융조 11: 보텀

12: 사이드월 13: 도그하우스

40: 몰리브덴전극봉 50: 전원공급장치

51: 밸런싱변압기 60: 기체공급수단

61: 기체주입장치 62: 노즐

B: 유리원료 G: 용융유리

Z1: 핫스폿영역 Z2: 가열영역

Z3: 냉각영역 Z4: 배치영역

본 발명은 유리용해로 용융조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융유리의 전기저항발열을 유도하여 유리원료의 용융에 필요한 열량을 공급하는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 음극선관용 패널(Panel)과 펀넬(Funnel)은 유리곱(Glass Gob)이라 불리는 용융유리 덩어리를 프레스 성형에 의하여 제조하고 있으며, 용융유리는 배치(Batch)라 불리는 유리원료를 유리용해로에 의하여 용융시켜 제조하고 있다. 유리용해로는 유리원료를 용융시키는 용융조(Melter)와, 용융조로부터 용융유리를 배출하는 스로트(Throat)와, 용융유리 속의 기포를 제거하고 균질화시키는 청징조(Refiner)와, 용융유리를 균질화 및 균온화시키는 복수의 전방조(Forehearth)와, 패널 또는 펀넬의 성형장치에 용융유리를 공급하는 공급조 (Feeder)가 연속적으로 이어져 구성된다.

일반적으로 유리용해로의 용융조는 보텀(Bottom), 사이드월(Side Wall), 유리원료를 투입시키기 위한 도그하우스(Dog House)를 갖는 백월(Back Wall), 스로트와 경계를 이루는 프론트월(Front Wall)과 아치(Arch)형의 크라운(Crown)으로 축조되어 있다. 사이드월은 용융유리를 담는 사이드플럭스(Side Flux)와, 이 사이드플럭스의 상부에 축조되는 브레스트월(Breast Wall)로 구성되어 있다. 그리고 사이드월의 브레스트월에는 다수의 축열실(Regenerator)과 연통되는 포트(Port)가 형성되어 있다.

한편으로, 용융조는 유리원료를 용융시키는 상류의 가열영역(Heating Zone) 과 용융유리의 온도를 제어하는 하류의 냉각영역(Cooling Zone)으로 구획되어 있고, 가열영역과 냉각영역 사이에는 용융유리가 최고온도에 도달하는 핫스폿(Hot Spot)을 포함하는 핫스폿영역(Hot Spot Zone)이 존재하게 된다. 가열영역의 축열실에는 가열수단으로 가스 및 산소 버너가 설치되어 있으며, 냉각영역의 축열실에는 냉각공기를 공급하여 용융조의 냉각이 가능하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 유리용해로의 용융조에 있어서, 버너의 연소에 의하여 발생되는 열은 포트를 통하여 용융조의 상부에 공급되며, 유리원료는 복사열에 의하여 융융된다. 유리용해로의 효율성은 용융유리의 품질수준과 생산량에 따라 결정되며, 적정 생산량은 단위면적당 용융유리를 용융할 수 있는 능력으로 나타낼 수 있다. 유리용해로의 생산량을 증가시키고자 할 경우 많은 열량을 공급해야 한다. 그러나 버너의 연소에 의하여 유리원료의 용융에 작용하는 복사열은 열효율이 낮고, 특히 버너의 연소량에 한계가 있기 때문에 생산량을 증가시키기 곤란한 문제가 있다. 또한, 많은 연료가 소비되어 경제성을 상실할 뿐만 아니라, 버너의 수명이 단축되고, 용융조의 침식이 가중되어 용해로의 수명이 단축되는 문제가 있다.

한편, 용융유리의 유동은 품질에 지대한 영향을 주게 되는 바, 용융유리의 유동을 안정적으로 유지하여 열적, 화학적 및 물리적으로 균질화시키기 위해서는 용융조의 온도를 영역별로 나누어 제어하여야 한다. 그러나 복사열은 영역별로 나누어 제어하기 곤란하여 용융유리의 불량이 발생하는 문제가 수반되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 몰리브덴전극봉에 의하여 생산량의 증가를 위한 열량을 추가적으로 공급하여 유리용해로의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 핫스폿영역에는 기포에 의한 장벽을 생성하여 용융유리의 유동을 간편하고 정확하게 제어할 수 있는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용융조와 버너의 수명을 보장할 수 있는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 도그하우스를 통하여 배치영역으로 투입되는 유리원료를 용융유리로 용융시키기 위하여 용융유리의 유동방향을 따라 가열영역, 핫스폿영역, 냉각영역을 갖는 유리용해로 용융조에 있어서, 용융조의 보텀에 양측 가장자리를 따라 서로 대향되도록 보텀을 관통하여 설치되어 있으며, 전원의 인가에 의하여 용융유리의 전기저항발열을 발생하는 다수의 몰리브덴전극봉들과; 몰리브덴전극봉들의 작동에 소요되는 전원을 인가하도록 몰리브덴전극봉들에 연결되어 있는 전원공급장치로 이루어지는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치에 있다.

또한, 전원공급장치로부터 몰리브덴전극봉들 각각에 인가되는 전류를 동일하게 제어할 수 있도록 몰리브덴전극봉들과 전원공급장치 사이에 연결되어 있는 다수 의 밸런싱변압기들과 용융조의 용융유리 속에 기체를 공급하여 기포에 의한 장벽을 생성하는 기체공급수단을 더 구비하는 것에 있다.

이하, 본 발명에 따른 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 유리용해로는 투입되는 유리원료(B)를 용융시키는 용융조(10)와, 용융조(10)의 하류에 연결되어 용융조(10)로부터 용융유리(G)를 배출시키는 스로트(20)와, 이 스로트(20)의 하류에 연결되어 용융유리(G) 속의 기포를 제거하고 균질화시키는 청징조(30)를 구비한다.

또한, 용융조(10)는 보텀(11), 사이드월(12), 유리원료(B)를 투입시키기 위한 도그하우스(13)를 갖는 백월(14), 스로트(20)와 경계를 이루는 프론트월(15)과 크라운(16)으로 축조되어 있다. 사이드월(12)은 용융유리(G)를 담는 사이드플럭스(12a)와, 이 사이드플럭스(12a)의 상부에 축조되어 크라운(16)을 지탱하는 브레스트월(12b)로 구성되어 있다. 그리고 사이드월(12)의 브레스트월(12b)에는 다수의 축열실(17)과 연통되는 포트(18)가 형성되어 있으며, 축열실(17)에는 가열수단으로 잘 알려진 버너가 설치되어 있다. 가열수단의 작동에 의하여 생성되는 화염(Flame)은 포트(18)를 통하여 용융조(10)에 방사되어 유리원료(B)를 용융시키게 된다.

한편, 용융조(10)의 도그하우스(13)를 통하여 투입되는 유리원료(B)는 투입 초기부터 용융되면서 유동하게 된다. 용융조(10)에서의 용융유리(G)는 지속적으로 유동하기 때문에 유리원료(B)의 용융이 완료되는 시점을 정확하게 파악할 수는 없으나 용융유리(G)의 표면에서 유리원료(B)가 없어지는 위치를 유리원료(B)의 용융 이 완료되는 것으로 보고 있다. 용융조(10)에서 유리원료(B)가 소실되는 지점을 핫스폿을 포함하는 핫스폿영역(Z1)이라 부르고 있으며, 핫스폿영역(Z1)을 중심으로 용융유리(G)의 대류를 촉진시키기 위하여 온도분포를 달리하는 상류의 가열영역(Z2)과 하류의 냉각영역(Z3)으로 구획하고 있다.

용융조(10)의 핫스폿영역(Z1)을 중심으로 가열영역(Z2)에서는 용융유리(G)가 반시계방향으로 유동되는 리어롤(Rear Roll: G1)이 생성되며, 냉각영역(Z3)에서는 용융유리(G)가 시계방향으로 유동되는 프론트롤(Front Roll: G2)이 생성된다. 그리고 핫스폿영역(Z1)에서는 용융유리(G)가 용융조(10)의 바닥으로부터 표면으로 부상하는 핫스프링(Hot Spring: G3)이 생성되고, 핫스폿영역(Z1)의 핫스폿에서 용융유리(G)의 온도는 최고온도에 도달하게 된다. 이와 같은 용융유리(G)의 대류에 의하여 핫스폿영역(Z1)의 상류는 유리원료(B)가 용융되는 용융영역으로 되며 하류는 용융유리(G)가 열적, 화학적 및 물리적으로 균질화되는 청징영역으로 된다. 즉, 핫스폿영역(Z1)은 미용융 유리원료(B)가 냉각영역(Z3)으로 흘러들어가는 것을 차단시킴과 동시에 용융유리(G)의 대류를 강화시켜 용융을 촉진시킨다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 용용조(10)에는 상류에서 하류를 향하여 보텀(11)의 양측 가장자리를 따라 다수의 몰리브덴전극봉(Molybdenum electrode bar: 40)들이 설치되어 있다. 몰리브덴전극봉(40)들은 보텀(11)을 수직하게 관통하여 설치되어 있으며 보텀(11)의 양측 가장자리를 따라 서로 대향되도록 설치되어 있다. 몰리브덴전극봉(40)들은 순수 몰리브덴을 소재로 제작되어 있다. 몰리브덴전극봉(40)들은 일정 직경 미만이면 사용 중에 용융유리(G) 속의 금속성분 과 반응하거나 또는 열충격에 의하여 쉽게 파손되어 유리용해로의 1회 운전기간 동안 사용할 수 없으며, 일정 직경을 초과하는 긴 몰리브덴전극봉(40)들은 몰리브덴의 특성상 길이가 긴 봉상으로 제작하기 곤란하므로, 일정 직경의 몰리브덴전극봉(40)들을 적용해야 한다. 도 1과 도 2에 몰리브덴전극봉(40)들은 핫스폿영역(Z1)을 기준으로 상류와 하류 각각에 12개가 설치되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 몰리브덴전극봉(40)들의 갯수는 필요에 따라 적절하게 가감할 수 있다. 그리고 용융조(10)에는 몰리브덴전극(40)에 반대되는 극성으로 통상적인 그라운드전극이 설치되어 있다.

한편, 몰리브덴전극봉(40)들은 보텀(11)의 구멍(11a)을 통하여 용용조(10)의 내측에 돌출되도록 삽입하고, 보텀(11)의 구멍(11a)과 몰리브덴전극봉(40)들 사이의 틈새는 유리에 의하여 실링(Sealing)한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 전기부스팅장치는 몰리브덴전극봉(40)들의 작동에 소요되는 전원을 인가하는 전원공급장치(50)와, 전원공급장치(50)로부터 몰리브덴전극봉(40)들 각각에 인가되는 전류를 제어할 수 있도록 몰리브덴전극봉(40)들과 전원공급장치(50) 사이에 연결되어 있는 다수의 밸런싱변압기(51: 51-1, 51-2, ···, 51-n)들을 구비한다. 밸런싱변압기(51: 51-1, 51-2, ···, 51-n)들 각각의 1차 코일(51a-1, 51a-2, ···, 51a-n)은 몰리브덴전극봉(40)들에 직렬로 연결되어 있으며, 2차 코일(51b-1, 51b-2, ···, 51b-n)은 몰리브덴전극봉(40)들에 병렬로 연결되어 있다. 이와 같은 밸런싱변압기(51: 51-1, 51-2, ···, 51-n)들에 의하여 몰리브덴전극봉(40)들을 위치에 따라 3∼4개의 영역으로 나누어 제어할 수 있다.

도 1과 도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 전기부스팅장치는 용융조(10)의 용융유리(G) 속에 기체, 예를 들어 공기 또는 산소를 공급하여 기포에 의한 장벽을 생성하는 기체공급장치(60)를 구비한다. 기체공급장치(60)는 기체를 주입하는 기체주입장치(61)와, 기체주입장치(61)와 연결되어 있으며 보텀(11)을 관통하여 기체를 분사하도록 용융조(10)의 폭방향을 따라 장착되어 있는 다수의 노즐(62)들로 구성되어 있다. 그리고 기체주입장치(61)와 노즐(62)들은 기체라인(63)에 의하여 연결되어 있다. 기체주입장치(61)는 잘 알려진 기체압축기, 송풍기, 산소 봄베(Bomb) 등으로 구성할 수 있다. 노즐(62)들은 핫스폿영역(Z3)에 기체를 분사하여 기포에 의한 장벽을 생성하며, 용융유리(G)의 액면으로 부상하는 기포에 의하여 용융유리(G)는 대류, 즉 리어롤(G1)과 프론트롤(G2)로 유동한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치에 있어서는, 가열수단의 작동에 의하여 용융조(10)를 승온시킨 상태에서 용융조(10)의 도그하우스(13)를 통하여 유리원료(B)를 투입시킨다. 투입되는 유리원료(B)는 포트(18)를 통하여 방사되는 화염과 용융조(10)의 고온분위기에 의하여 용융되기 시작하며, 용융유리(G)는 사이드플럭스(12a)에 채워지면서 하류로 유동된다. 이때, 용융조(10)의 냉각영역(Z3)에서는 강제통풍식 냉각에 의하여 용융유리(G)를 냉각시켜 온도를 조절하게 된다. 따라서, 용융유리(G)는 핫스폿영역(Z1)을 중심으로 리어롤(G1), 프론트롤(G2)과 핫스프링(G3)의 유동을 갖게 된다.

한편, 전원공급장치(50)의 작동에 의하여 몰리브덴전극봉(40)들에 전원을 인 가하면, 용융유리(G) 자체가 저항발열체로 작용하면서 전기저항발열이 일어나 열을 발생시키게 된다.

계속해서, 밸런싱변압기(51: 51-1, 51-2, ···, 51-n)들은 몰리브덴전극봉 (40)들에 인가되는 전류가 동일하도록 전원공급장치(50)로부터의 전원을 제어한다. 용융유리(G)의 전기저항값은 온도에 따라 다르게 되는 바, 몰리브덴전극봉(40)들에 동일한 전류가 인가되는 것에 의하여 용융유리(G)의 온도와 관계 없이 몰리브덴전극봉(40)들의 작동을 간편하고 정확하게 제어할 수 있다.

이와 같이 몰리브덴전극봉(40)들의 작동에 의하여 유리원료(B)와 용융유리 (G)의 용융에 추가적으로 필요한 열량을 충분히 보충할 수 있다. 또한, 과다한 복사열에 의한 용융조(10)의 침식과 버너의 수명 단축을 방지할 수 있으며, 버너의 작동에 소비되는 연료량을 감소시킬 수 있는 등 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 몰리브덴전극봉(40)들은 3∼4개의 영역으로 나누어 작동시킬 수 있다. 예를 들어 몰리브덴전극봉(40)들의 작동에 의한 열량의 공급은 배치영역(Z4)에서 핫스폿영역(Z1)으로 갈수록 단계적으로 상승되는 온도분포를 갖도록 제어할 수 있으며, 핫스폿영역(Z1)의 하류에서는 용융유리(G)의 온도가 균일하게 유지되도록 제어할 수 있다. 즉, 몰리브덴전극봉(40)들의 전기저항발열율에 차등을 주어 프론트롤 (G1), 리어롤(G2)과 핫스프링(G3)으로 이루어지는 용융유리(G)의 유동을 안정화시켜 용융조(10)의 효율성을 향상시킴은 물론, 용융유리(G)의 불안정한 흐름과 정체로 인한 불량을 효과적으로 방지시킬 수 있다.

도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기체공급장치(60)의 기체주입장치 (61)에 의하여 주입되는 기체는 기체라인(63)을 통하여 노즐(62)들에 공급되며, 노즐(62)들은 용융유리(G) 속에 기체를 분사하여 기포에 의한 장벽을 생성한다. 기포의 장벽은 용융유리(G)의 액면으로 부상하면서 핫스폿영역(Z1)을 중심으로 용융유리(G)의 대류를 촉진시키게 된다. 따라서, 핫스폿영역(Z1)의 상류에 리어롤(G1)이 생성되고 하류에는 프론트롤(G2)이 생성되어 용융유리(G)의 열적, 화학적 및 물리적 균질화가 이루어지게 된다.

이상의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치에 의하면, 용융조의 보텀을 관통하여 상류에서 하류를 향하여 다수의 몰리브덴전극봉들을 설치하여 용융유리의 전기저항발열을 유도시킴으로써, 유리원료의 용융에 필요한 열량을 충분히 보충하여 유리용해로의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 핫스폿영역에는 기포에 의한 장벽을 생성하여 용융유리의 유동을 간편하고 정확하게 제어할 수 있으며, 용융조와 버너의 수명을 보장할 수 있는 등 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

도그하우스를 통하여 배치영역으로 투입되는 유리원료를 용융유리로 용융시키기 위하여 상기 용융유리의 유동방향을 따라 가열영역, 핫스폿영역, 냉각영역을 갖는 유리용해로 용융조에 있어서,

상기 용융조의 보텀에 양측 가장자리를 따라 서로 대향되도록 상기 보텀을 관통하여 설치되어 있으며, 전원의 인가에 의하여 상기 용융유리의 전기저항발열을 발생하는 다수의 몰리브덴전극봉들과;

상기 몰리브덴전극봉들의 작동에 소요되는 전원을 인가하도록 상기 몰리브덴전극봉들에 연결되어 있는 전원공급장치로 이루어지는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전원공급장치로부터 상기 몰리브덴전극봉들 각각에 인가되는 전류를 동일하게 제어할 수 있도록 상기 몰리브덴전극봉들과 전원공급장치 사이에 연결되어 있는 다수의 밸런싱변압기들을 더 구비하는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치.
제 1 항에 있어서, 상기 용융조의 용융유리 속에 기체를 공급하여 기포에 의한 장벽을 생성하는 기체공급수단을 더 구비하는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치.
제 3 항에 있어서, 상기 기체공급수단은 기체를 주입하는 기체주입수단과, 상기 기체주입수단과 연결되어 있으며 상기 보텀을 관통하여 상기 용융유리 속에 기체를 분사하여 기포에 의한 장벽을 생성하도록 장착되어 있는 다수의 노즐들로 구성되어 있는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치.
제 3 항에 있어서, 상기 노즐들은 상기 핫스폿영역에 위치되도록 상기 용융조의 폭방향을 따라 장착되어 있는 유리용해로 용융조용 전기부스팅장치.