KR20160022872A - Controlling glassmelting furnace operation - Google Patents
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Abstract
용융 구역(11) 및 정제 구역(12)을 포함하는 유리용융로(100)의 작동 방법에서, 용융 구역은 여러 쌍의 대향하는 재생기(41, 42)가 제공된다. 연료의 하나 이상의 기체상 스트림 또는 분무화 유체 스트림 및 하나 이상의 산화제 스트림이, 예를 들어 주입기(32, 33)를 통해 용융된 유리제조 물질 상부의 정제 구역으로 주입되고 연소되어, 상기 정제 구역에서 상기 조 표면 근처 분위기 중의 평균 산소 농도가 1 내지 60 부피% 증가한다. 각각의 상기 재생기 포트의 연료 및 연소 공기 유량은 용융 구역(11) 내의 스프링 구역과 정제 구역(12) 사이에 위치하는 각각의 상기 재생기 포트로부터 배출되는 연도 기체 중의 산소 농도가 2 내지 10 부피%가 되도록 조정된다. 산화된 유리가 제조될 수 있고 크라운의 부식 가능성이 감소한다. In a method of operation of a glass melting furnace 100 including a melting zone 11 and a purification zone 12, the melting zone is provided with a plurality of pairs of opposing regenerators 41, 42. One or more gaseous streams or atomizing fluid streams of the fuel and one or more oxidant streams are injected and combusted, for example, through injectors 32, 33 into the refinery zone above the molten glass manufacturing material, The average oxygen concentration in the atmosphere near the surface of the bath increases by 1 to 60% by volume. The fuel and combustion air flow rates of each of the regenerator ports are such that the oxygen concentration in the flue gas discharged from each regenerator port located between the spring zone and the purification zone 12 in the melt zone 11 is between 2 and 10 vol% . Oxidized glass can be produced and the corrosion potential of the crown is reduced.
Description
본 발명은 유리제조 성분이 용융되어 용융된 유리제조 물질의 조(bath)를 생성하고, 이로부터 고체 유리가 제조될 수 있는 유리용융로의 작동에 관한 것이다.The present invention relates to the operation of a glass melting furnace in which a glass manufacturing component is melted to produce a bath of molten glass manufacturing material from which solid glass can be produced.
유리의 제조에서, 유리제조 물질은 연료를 산소와 함께 연소시키는 연소장치(burner)로부터 제공된 열에 의해 유리용융로에서 용융된다. 연료는 산소 공급원으로서의 공기와 함께, 또는 공기의 산소 함량보다 높은 산소 함량을 함유하는 스트림과 함께 연소될 수 있다. 노(furnace)는 노 내에서 지배적인 초고온을 견딜 수 있는 물질로 제조되어야 한다. 흔히 사용되는 구조 물질은 널리 공지되어 있으며, 전형적으로 AZS 및 실리카 내화물 및 관련 물질을 포함한다. In the production of glass, the glass manufacturing material is melted in the glass melting furnace by heat provided from a burner which burns the fuel with oxygen. The fuel may be combusted with the air as the oxygen source, or with the stream containing an oxygen content higher than the oxygen content of the air. The furnace should be made of materials that can withstand the dominant super-high temperatures in the furnace. Commonly used structural materials are well known and typically include AZS and silica refractories and related materials.
그러나, 유리용융로 내의 조건은 노의 내부 표면, 특히 유리제조 물질 위 지붕 ("크라운(crown)")의 부식을 유발하는 것으로 공지되었다. 크라운용으로 가장 널리 사용되는 물질은 소다-석회-실리케이트 유리 노를 위한 실리카 벽돌이다. 유리용융로에서 유리 배치 물질 및 용융된 유리로부터 발생된 알칼리 증기 (주로 NaOH 및 KOH)는 실리카 내화물 벽돌과 반응하여, 시간의 경과에 따라 크라운의 내부 표면 상에 유리질 실리케이트 물질을 형성한다. 충분한 농도의 알칼리 산화물 (주로 Na2O 및 K2O)이 유리질 실리케이트 층에 축적되면, 유리질 물질은 노 내의 융용된 유리에 직접 떨어지거나 또는 실리카 내화물 표면을 따라서, 또한 노 내의 다른 내화물 표면 위로 흘러 내화물 입자의 일부를 용해시키거나 제거하고, 이 입자가 용융된 유리로 떨어지기에 충분한 유체가 될 수 있다. 이러한 부식은 바람직하지 않은데, 그 이유는 부식이 크라운 물질의 손실을 유발하고, 이는 결국 비용이 많이 드는 크라운의 보수 또는 교체를 초래하며, 또한 부식 생성물이 노 내의 용융된 유리 물질의 풀(pool)로 떨어지고 유리 제품에서 결함을 초래하는 것으로 공지되었기 때문이다.However, it is known that the conditions in the glass melting furnace cause corrosion of the inner surface of the furnace, especially the roof ("crown") on the glass manufacturing material. The most widely used material for crown is silica bricks for soda-lime-silicate glass furnaces. Alkali vapors (mainly NaOH and KOH) generated from the glass batch material and the molten glass in the glass melting furnace react with the silica refractory bricks and form a vitreous silicate material on the inner surface of the crown over time. When sufficient concentrations of alkali oxides (mainly Na 2 O and K 2 O) accumulate in the glassy silicate layer, the glassy material falls directly onto the melted glass in the furnace or flows along the silica refractory surface and also onto other refractory surfaces in the furnace A portion of the refractory particles may be dissolved or removed and the fluid may be sufficient to cause the particles to fall into the molten glass. Such corrosion is undesirable because corrosion causes loss of crown material, which in turn leads to costly crown maintenance or replacement, and also because the corrosion product is a pool of molten glass material in the furnace, ≪ / RTI > and is known to cause defects in glassware.
본 발명은 내화재의 부식을 감소시키고, 또한 유리의 품질을 개선하는데, 특히 유리의 산화 상태를 증가시켜, 즉 제2철에 대한 제1철의 몰비인 산화환원 비율을 감소시켜, 투명 판유리 및 유리 식기와 같은 용도를 위해 높은 투광률을 특징으로 하는 유리를 제조하는, 노 분위기를 제어하는 방법론을 제공한다. 바람직하게는 산환환원 비율은 0.01 내지 0.20 감소한다.The present invention reduces the corrosion of refractories and also improves the quality of the glass, in particular by increasing the oxidation state of the glass, i. E. Reducing the redox ratio, the molar ratio of ferrous to ferric iron, The present invention provides a methodology for controlling the furnace atmosphere that produces a glass characterized by a high light transmission rate for applications such as tableware. Preferably, the redox reduction ratio is reduced by 0.01 to 0.20.
본 발명의 하나의 측면은 대향하는 측벽, 뒷벽, 지붕, 및 앞벽에 의해 한정되는 유리용융 챔버를 포함하는 유리용융로의 작동 방법이며, 이 방법은:One aspect of the present invention is a method of operating a glass melting furnace comprising a glass melting chamber defined by opposing sidewalls, a back wall, a roof, and a front wall, the method comprising:
(A) 용융 구역의 상기 측벽에 있는 2쌍 이상의 대향하는 재생기 포트(port)로부터의 연료 및 예열된 산화제의 연소에 의해 조 위의 상기 용융 구역에 제공되는 열에 의해, 유리제조 물질이 상기 유리용융 챔버의 용융 구역에서 용융되어 용융된 유리제조 물질의 조를 확립하는데, 여기서 상기 연소는 상기 조 위의 상기 용융 구역에서 연소 생성물을 포함하는 분위기를 형성하고, 스프링(spring) 구역이 상기 조에 존재하고,(A) by the heat from the two or more pairs of opposing regenerator ports at said sidewalls of the melting zone and by the heat provided to said melting zone by combustion of the preheated oxidizing agent, Establishing a bath of molten glass-making material that melts in the melting zone of the chamber, wherein the combustion creates an atmosphere comprising combustion products in the melting zone above the bath, wherein a spring zone is present in the bath ,
(B) 용융된 유리제조 물질이 유리용융 챔버의 용융 구역으로부터 정제 구역으로, 그리고 정제 구역을 거쳐서, 상기 앞벽에 있는 포트를 통해 상기 유리용융 챔버 밖으로 통과하고,(B) the molten glass manufacturing material passes from the melting zone of the glass melting chamber to the purification zone, and through the purification zone, out of the glass melting chamber through the port at the front wall,
(C) 연료의 하나 이상의 기체상 스트림 또는 분무화 유체 스트림 및 하나 이상의 산화제 스트림이 용융된 유리제조 물질 상부의 정제 구역으로 주입되고 상기 연료 및 산화제가 상기 정제 구역에서 연소되어, 상기 정제 구역에서 상기 조 표면 근처 분위기 중의 평균 산소 농도가 1 내지 60 부피% 증가하고,(C) injecting at least one gaseous stream or atomizing fluid stream of fuel and at least one oxidant stream into a refinery zone on top of the molten glass manufacturing material and combusting the fuel and oxidant in the refinery zone, The average oxygen concentration in the atmosphere near the surface of the bath increases by 1 to 60% by volume,
(D) 상기 재생기 포트 각각의 연료 및 연소 공기 유량이, 스프링 구역과 정제 구역 사이에 위치하는 상기 재생기 포트 각각으로부터 배출되는 연도 기체 중의 산소 농도가 2 내지 10 부피%, 바람직하게는 2 내지 6 부피%가 되도록 조정되는 것(D) the fuel and combustion air flow rates of each of the regenerator ports are such that the oxygen concentration in the flue gas discharged from each of the regenerator ports located between the spring zone and the refinery zone is between 2 and 10 vol%, preferably between 2 and 6 vol% % To be adjusted
을 포함한다..
본 발명의 바람직한 측면에서, 단계 (C)에서 주입되는 상기 하나 이상의 산화제 스트림은 35 부피% 내지 100 부피%의 산소를 포함하고, 상기 연료는 110% 내지 2000%인, 단계 (C)에서 주입되는 산화제에 대한 화학량론비로 단계 (C)에서 주입된다.In a preferred aspect of the invention, the at least one oxidant stream injected in step (C) comprises from 35% to 100% by volume oxygen and the fuel is between 110% and 2000% Is injected in step (C) with a stoichiometric ratio to the oxidant.
본원에서 사용된 "유리제조 물질"은 하기 물질 중 어느 하나 및 이들의 혼합물을 포함한다: 모래 (주로 SiO2), 소다회 (주로 Na2CO3), 석회석 (주로 CaCO3 및 MgCO3), 장석, 붕사 (수화된 붕산나트륨), 나트륨 및 칼륨의 다른 산화물, 수산화물 및/또는 실리케이트, 및 상기 중 어느 하나를 용융시키고 고화시킴으로써 사전 제조된 유리 (예컨대, 유리의 재생 고체 조각). 유리제조 물질은 또한 기능성 첨가제, 예컨대 배치 산화제, 예컨대 염 케이크 (황산나트륨, Na2SO4) 및/또는 초석 (질산나트륨, NaNO3 , 및/또는 질산칼륨, KNO3), 및 청징제, 예컨대 산화안티몬 (Sb2O3)을 포함할 수 있다.As used herein, "glass-making material" includes any of the following materials and mixtures thereof: sand (mainly SiO 2 ), soda ash (mainly Na 2 CO 3 ), limestone (mainly CaCO 3 and MgCO 3 ) (E.g., recycled solid pieces of glass) by melting and solidifying any of the above oxides, borax (hydrated sodium borate), other oxides, hydroxides and / or silicates of sodium and potassium. Glass making materials are also functional additives, such as batch oxidizing agent, for example salt cake (sodium sulfate, Na 2 SO 4) and / or foundation (sodium nitrate, NaNO 3, and / or potassium nitrate, KNO 3), and a refining agent, such as oxidation It may include antimony (Sb 2 O 3).
본원에서 사용된 "알칼리 화학종"은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 1200℃ 초과의 온도에서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 분해에 의해 형성되는 생성물, 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이들로 제한되지는 않는 나트륨, 칼륨 및/또는 리튬 원자를 함유하는 화학 화합물을 의미한다.As used herein, "alkali species" include sodium hydroxide, potassium hydroxide, products formed by the decomposition of sodium hydroxide or potassium hydroxide at temperatures above 1200 ° C, and mixtures thereof, including but not limited to sodium , ≪ / RTI > potassium and / or lithium atoms.
본원에서 사용된 "산소-연료 연소장치"는 공기의 산소 함량보다 높은 산소 함량을 갖는, 바람직하게는 50 부피% 이상, 보다 바람직하게는 90 부피% 초과의 산소 함량을 갖는 산화제 및 연료가 공급되는 연소장치를 의미한다.As used herein, an "oxygen-fuel combustion device" refers to an oxidant having an oxygen content that is higher than the oxygen content of the air, preferably greater than 50 vol%, more preferably greater than 90 vol% Means a combustion device.
본원에서 사용된 "산소-연료 연소"는 공기의 산소 함량보다 높은 산소 함량을 갖는, 바람직하게는 50 부피% 이상, 보다 바람직하게는 90 부피% 초과의 산소 함량을 갖는 산화제와 연료의 연소를 의미한다.As used herein, "oxygen-fuel combustion" means the combustion of an oxidant and fuel having an oxygen content of greater than 50 vol%, more preferably greater than 90 vol%, with an oxygen content greater than the oxygen content of the air do.
본원에서 사용된 "상기 조 표면 근처 분위기"는 조 표면으로부터 조 표면 위 1 피트에 걸쳐 있는 기체상 층을 의미한다.As used herein, the "atmosphere near the roughened surface" means a gas phase layer that spans one foot above the roughened surface from the roughened surface.
도 1은 본 발명이 실시될 수 있는 유리용융로의 상부 평면도이다.
도 2는 본 발명을 따르지 않고 작동되는 경우의, 도 1의 노에서의 기체 유동을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시양태에 따라 작동되는 경우의, 도 1의 노에서의 기체 유동을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 2에 나타낸 방식으로 본 발명을 따르지 않고 작동되는 경우의, 도 1의 노에서의 유리용융물 표면 근처 노 분위기의 산소 농도 프로파일 (습윤 부피%)을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 나타낸 본 발명의 실시양태에 따라 작동되는 경우의, 도 1의 노에서의 유리용융물 표면 근처 노 분위기의 산소 농도 프로파일 (습윤 부피%)을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따라서, 도 1의 노에 기체를 주입하는 대안의 배열을 도시하는 유리용융로의 상부 평면도이다.
도 7은 용융된 유리에 기체 기포를 임의적으로 공급하는 작동을 도시하는 유리용융로의 측면 단면도이다.
도 8은 용융된 유리의 유동 및 스프링 구역을 도시하는 유리용융로의 측면 단면도이다.1 is a top plan view of a glass melting furnace in which the present invention may be practiced.
Fig. 2 schematically illustrates gas flow in the furnace of Fig. 1 when operated without the invention. Fig.
Figure 3 schematically illustrates gas flow in the furnace of Figure 1 when operated in accordance with one embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a graphical representation of the oxygen concentration profile (wet volume%) of the furnace atmosphere near the glass melt surface in the furnace of Fig. 1 when operating without the present invention in the manner shown in Fig.
Fig. 5 is a graphical representation of the oxygen concentration profile (wet volume%) of the furnace atmosphere near the glass melt surface in the furnace of Fig. 1 when operated in accordance with the embodiment of the present invention shown in Fig.
Figure 6 is a top plan view of a glass melting furnace showing an alternative arrangement of injecting gas into the furnace of Figure 1, in accordance with another embodiment of the present invention.
7 is a side cross-sectional view of a glass melting furnace showing an operation of arbitrarily supplying gas bubbles to melted glass.
8 is a side cross-sectional view of a glass melting furnace showing the flow of molten glass and the spring zone.
먼저 유리제조로 자체를 살펴보면, 도 1은 본 발명이 실시될 수 있는, 재생기를 갖춘 전형적인 교차 발화 플로트(float) 유리 노(100)의 상부 평면도를 도시한다. 본 발명은 플로트 유리 노로 제한되지 않으며, 예를 들어 식기 유리, 판유리, 디스플레이 유리, 및 용기 유리를 제조하는 다른 유형의 유리 용융로에서 실시될 수 있다. 노(100)는 용융 구역(11) 및 정제 구역(12)을 포함한다. 용융 구역(11) 및 정제 구역(12)은 뒷벽(21), 앞벽(23), 및 측벽(22)에 둘러싸여 있다. 크라운 또는 지붕 (도시되지 않았음)은 측벽(22), 뒷벽(21), 및 앞벽(23)에 연결된다. 노(100)는 또한 뒷벽(21), 측벽(22) 및 앞벽(23) 및 크라운 또는 지붕과 함께, 용융된 유리제조 물질을 보유하는 인클로저(enclosure)를 형성하는 바닥부를 갖는다.Referring first to glass manufacturing itself, FIG. 1 shows a top plan view of a typical cross-fired
컨디셔닝 구역(13)은 측벽(24), 앞벽(25), 단부벽(26), 및 측벽(24), 앞벽(25) 및 단부벽(26)에 연결된 크라운 또는 지붕 (도시되지 않았음) 뿐만 아니라, 바닥부 및 크라운 또는 지붕에 둘러싸여 있다. 컨디셔닝 구역(13) (존재하는 경우)은 용융된 물질의 관련 기술분야에서 이미 친숙한 방식으로의 추가 컨디셔닝을 위해 정제 구역(12)으로부터 유동하는 용융된 유리제조 물질을 수용하도록 정제 구역(12)에 대하여 위치한다. 허리 구역(14)은 정제 구역(12) 및 컨디셔닝 구역(13)을 연결하는 좁은 통로이다.The
바닥부의 특정 형상은 중요하지 않지만, 일반적으로 바닥부의 적어도 일부가 평탄하고 노를 통과하는 용융된 유리의 유동 방향이 수평이거나 경사진 것이 바람직하다. 바닥부의 전체 또는 일부가 대신에 만곡형일 수 있다. 벽이 목적하는 양의 용융된 유리를 보유하고, 또한 유리제조 물질을 용융시키고 이것을 용융된 채로 유지하는 연소가 발생할 수 있는 용융된 유리의 상부 공간 (크라운 아래)을 제공하기에 충분히 높은 한은, 그의 벽에 의해 한정되는 노의 특정 형상 역시 중요하지 않다.Although the particular shape of the bottom portion is not critical, it is generally preferred that at least a portion of the bottom portion is flat and the flow direction of the molten glass passing through the furnace is horizontal or inclined. All or part of the bottom may instead be curved. As long as the wall retains the desired amount of molten glass and is sufficiently high to provide an upper space (below the crown) of molten glass in which combustion can occur where it melts the glass manufacturing material and keeps it molten, The specific shape of the furnace defined by the walls is also not important.
노(100)는 또한 전형적으로는 뒷벽(21)의 내부 표면을 따라서 또는 다른 유형의 유리 노 경우에는 뒷벽(21) 근처의 측벽(22)에, 유리제조 물질이 용융 구역(11)에 공급될 수 있는 하나 이상의 물질 충전 입구 (도시되지 않았음)를 갖는다. 연료 및 산소의 연소 생성물 (용융 구역(11) 내)이 노의 내부로부터 유동할 수 있는 하나 이상의 연도가 또한 존재할 수 있다. 연도 또는 연도들은 전형적으로 뒷벽(21)에, 또는 하나 이상의 측벽에 위치한다.The
노의 바닥부, 측부 및 크라운은 이것이 노출될 온도, 즉 전형적으로 1300℃ 내지 1700℃에서 그의 고체 구조 온전성을 유지할 수 있는 내화재로 제조되어야 한다. 이러한 물질은 고온 장치의 구조 분야에서 널리 공지되어 있다. 그 예로는 실리카, 융합 알루미나, 및 AZS가 있다.The bottom, sides and crown of the furnace should be made of a refractory material which is capable of maintaining its solid structure integrity at the temperature at which it is exposed, i.e. typically between 1300 ° C and 1700 ° C. Such materials are well known in the field of structural engineering of high temperature devices. Examples include silica, fused alumina, and AZS.
크라운의 내부 표면, 즉 노 분위기와 접촉하는 표면은 크라운의 본래 구조 물질로 구성될 수 있고, 일부 부분에서는 크라운의 비부식 표면이었던 곳에 형성된 슬래그(slag) 층을 대신 포함할 수 있다. 이러한 슬래그 층은 전형적으로 유리제조 물질 및 용융된 유리로부터의 분진 및 휘발성 증기의 반응으로 인해 형성되고, 종종 이미 사용되었던 노에서 발견될 수 있다. 전형적으로, 슬래그 층은 실리카, 알칼리 산화물, 알칼리토 산화물, 및 이들의 화합물을 함유하고, 예컨대 산화칼슘 및/또는 산화칼슘과 실리카 및/또는 알칼리 산화물의 화합물을 함유한다. 따라서, 본 발명은 크라운의 내부 표면이 표면의 알칼리 수산화물과의 반응에 의해 형성된 부식 생성물을 포함하는 노, 및 크라운의 내부 표면이 표면의 알칼리 수산화물과의 반응에 의해 형성된 부식 생성물을 포함하지 않는 노에서 수행될 수 있다.The inner surface of the crown, that is, the surface in contact with the furnace atmosphere, may be comprised of the original structural material of the crown, and may instead include a slag layer formed at a portion that was the noncorrosive surface of the crown. These slag layers are typically formed due to the reaction of dust and volatile vapors from glass making materials and molten glass, and can often be found in furnaces that have already been used. Typically, the slag layer contains silica, an alkali oxide, an alkaline earth oxide, and compounds thereof, and contains, for example, calcium oxide and / or calcium oxide and a compound of silica and / or an alkali oxide. Accordingly, the present invention provides a process for preparing a crown comprising a furnace in which the inner surface of the crown comprises a corrosion product formed by the reaction of the surface with an alkali hydroxide, and a furnace wherein the inner surface of the crown does not contain a corrosion product formed by reaction of the surface with an alkali hydroxide Lt; / RTI >
용융 구역(11)은 측벽(22)에 2쌍 이상의 대향하는 재생기 포트를 포함한다. "대향하는"이란 주어진 재생기 포트 쌍에서, 각각의 측벽(22)에 하나의 포트가 존재하고, 서로 마주보고 있으며, 둘다 용융 구역(11)의 내부를 향해 있는 것을 의미한다. 대향하는 포트는 바람직하게는 본질적으로 동축이며, 즉 이들 포트가 서로 바로 맞은 편을 향해 있고; 포트 각각의 축이 그 나머지 포트와 동축이 아닌 오프셋(offset) 포트도 사용될 수 있지만, 바람직하지는 않다. 이들 포트가 용융 구역(11)으로 개방되는 위치에서 또는 그 근처에서 주입되는, 천연 가스 또는 연료 오일이 재생기(41 및 42)로부터의 고온 연소 공기와 혼합될 때 용융 구역(11)에서 연소가 발생하여, 화염이 형성되고 용융 구역에서 열이 발생하여 유리제조 물질을 용융시키고 유리제조 물질을 용융된 상태로 유지한다. 재생기 포트는 하기에 추가로 기재된 바와 같이 재생기(41 및 42)와 연통된다. 도 1에 6쌍의 포트가 도시되어 있으며, 각각의 포트 쌍은 서로 마주보고 있고, 용융 구역의 하나의 측부 상의 포트는 1L 내지 6L로 넘버링되고 용융 구역의 나머지 다른 측부 상의 포트는 1R 내지 6R로 넘버링된다. 노의 목적하는 유리용융 능력에 따라, 2 내지 10개, 또는 심지어는 20개, 또는 그 초과의 임의의 개수의 포트가 사용될 수 있다. 각 포트의 배출구에 또는 그 근처에 하나 이상의 연료 주입기 (도시되지 않았음)가 위치하여, 화염 (도시되지 않았음)을 형성하고 용융 구역(11)에서 열을 발생시키기 위한 연료를 주입한다. 용융 구역(11)은 뒷벽(21)과, 앞벽(23)에 가장 근접한 마지막 재생기 포트 쌍 사이 또는 연료 주입기가 포트 자체보다 앞벽(23)에 더 근접하게 위치하는 경우에는 앞벽(23)에 가장 근접한 마지막 재생기 포트 쌍을 위한 연료 주입기 사이의 구역으로서 한정된다.The
임의적으로, 재생기(41 및 42)에 연결되지 않은 하나 이상의 연도 기체 포트 (도시되지 않았음)가 용융 구역(11) 또는 정제 구역(12)의 하나 이상의 벽에 위치하여, 추가 열 회수 및 다른 목적을 위해 연도 기체의 일부를 배기할 수 있다.Optionally, one or more flue gas ports (not shown) that are not connected to the
뒷벽(21)과 포트(1L 및 1R) 사이의 화살표(30 및 31)는 유리 노에서의 생산 및/또는 유리 품질을 증가시키는데 종종 사용되는 임의적인 산소-연료 연소장치를 나타낸다.The
도 7을 참조하면, 용융 구역(11)이 임의로 용융된 유리의 순환을 향상시키기 위해 노의 바닥부를 통해 설치된 기체 기포발생기를 갖는다. 공급원(74) (예컨대, 저장 탱크 또는 실린더)으로부터의 공기 또는 산소는 전형적으로 각각의 기포발생기(72)를 통해 주입되어 용융된 유리의 표면에 끼어들어 직경이 3 내지 8 인치인 거대 기포(71)를 생성한다. 바람직하게는 산소가 기포발생기를 통해 주입되는 기체이다. 기포발생기를 통한 기체의 유동은 작동 요원이 기체의 유동을, 예컨대 1-10 SCFH의 유량으로 조절할 수 있도록 하는 제어기(73)에 의해 제어된다.Referring to Fig. 7, the
정제 구역(12)은 용융된 유리제조 물질 위에서 추가 연료 및 산화제를 연소시키기 위한 장치를 임의로 가질 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러나, 바람직하게는, 재생기 포트는 정제 구역에 함유된 측벽 및 단부벽에 존재하지 않는다.The
용융 구역(11) 및 정제 구역(12) 내의 용융된 유리제조 물질은 노 내에서 복잡한 재순환 유동 패턴을 겪게 되고, 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)을 거쳐서, 앞벽(23)에 있는 포트(28)를 향해 이를 통해서, 바람직하게는 컨디셔닝 구역(13)으로의 방향으로 점진적인 순 유동(net flow)을 갖는다. 도 8을 참조하면, 전형적인 유리 노에서 용융된 유리의 2개의 거대한 재순환 유동(82 및 83)이 노의 종 방향으로 형성되고, 이들은 노의 최고온 구역 근처에서 전형적으로 발견되는 소위 스프링 구역(81)에 의해 분할된다. 제1 순환 루프(82)가 스프링 구역(81)과 뒷벽(21) 사이에서 형성된다. 상위 표면 근처의 용융된 유리는 스프링 구역(81)으로부터 뒷벽(21)을 향하여 역행 유동하고, 이어서 뒷벽(21) 근처에서 하향 유동한 다음, 스프링 구역(81)을 향하여 순행 이동한다. 스프링 구역(81) 근처에서, 용융된 유리는 상향 유동하고 대부분의 유리가 뒷벽(21)을 향하여 역행 순환한다. 수많은 기체 기포가 스프링 구역에서 유리 조 상위 표면으로 떠올라서 제거되는데, 즉 유리가 정제된다. 정제된 유리의 일부(84)가 스프링 구역(81)으로부터 앞벽(23)을 향하여 순행 이동하고, 허리 구역(14)을 거쳐 컨디셔닝 구역(13)으로 지나간다. 제2 유리 순환 루프(83)에서, 컨디셔닝 구역(13)으로부터의 일부 유리가 허리 구역(14)의 바닥부 근처에서 정제 구역(12)으로 스프링 구역(81)을 향하여 역행 유동한다. 스프링 구역(81) 근처에서, 유리는 뒷벽(21)으로부터 유동하는 유리와 합쳐지면서 상향 유동하고, 유리의 일부가 앞벽(23)을 향하여 순행 순환한다. 따라서, "스프링 구역"은 노의 뒷벽에 인접한 곳을 지나가는 용융된 유리의 순환 유동(82)과, 노의 앞벽(23)에 인접한 곳을 지나가는 용융된 유리의 순환 유동(83) 사이의, 유리용융로에서의 용융된 유리 내 영역이다. 용융된 유리가 용융 구역(11) 및 정제 구역(12)에 있는 동안에, 용해된 기체가 조 표면으로 상승하여 조를 이탈할 수 있고, 덜 휘발성인 물질은 조 내에서 보다 더 균일하게 분포될 수 있다.The molten glass manufacturing material in the
작동시, 유리제조 물질이 용융 구역(11)에 공급된다. 용융 구역(11)에서의 연소는 용융 구역에서 유리제조 물질을 용융시키고, 용융된 유리제조 물질의 생성된 조를 용융된 상태로 유지하는 열을 제공한다. 이러한 연소는 연료, 바람직하게는 천연 가스 또는 오일과, 전형적으로 공기로서 제공되거나, 또는 임의로는 50 부피% 내지 99 부피% 이하의 산소를 포함하는 산소-풍부화 공기 또는 스트림으로서 제공되는 산소의 연소에 의해 수행된다. 공급되고 연소되는 연료 및 산소의 양은 용융 구역(11)에 공급된 유리제조 물질을 용융시키는 충분한 열을 제공하기에 충분해야 한다.In operation, the glass manufacturing material is supplied to the
연소가 재생기를 사용하여 용융 구역(11)에서 수행될 때, 연료 (도 1에서 도시되지 않았음)는 전형적으로 포트 배출구에서 또는 그 근처에서 각각의 포트 아래로부터 또는 측부로부터 대향하는 포트를 향하여 노에 주입된다. 연소 공기는 용융 구역(11)의 동일한 측부에 있는 재생기 (예컨대, 재생기(41))에서 예열되어 용융 구역(11)으로 유동하고, 주입된 연료와 혼합되어, 화염을 형성함과 동시에, 초고온인 기체상 연소 생성물이 용융 구역(11)의 다른 측벽(22)에 있는 포트를 통해 다른 재생기 (본 도면에서는, 재생기(42))를 거쳐 용융 구역(11)으로부터 취출된다. 스트림(43)으로 표시되는 기체상 산화제 (즉, 공기, 산소-풍부화 공기, 또는 보다 고순도의 산소)는 재생기를 통해서 통과하고, 이전 사이클에서 그 재생기를 통해 취출되었던 고온의 기체상 연소 생성물로부터 이미 흡수된 열의 전달에 의해 가열된 다음, 산화제가 용융 구역(11)에서 연료와 함께 연소된다. 재생기(41)와 연통되는 포트에서 또는 그를 통해 공급되는 연료 및 산화제의 연소가 용융 구역(11)에서 발생하는 동안에, 재생기(42)와 연통되는 포트를 통해 취출된 고온의 기체상 생성물이 다른 재생기(42)를 가열한다. 재생기는 전형적으로 내화물 벽돌 또는 존재하는 고온에서 열을 흡수할 수 있는 다른 물질로 제조된다 (임의적으로, 재생기는 또한 내화재의 볼 또는 블록과 같은 추가 물체를 함유하여 고온 연소 기체로부터의 열을 흡수할 수 있음).When combustion is performed in the fusing
전형적으로 10 내지 30분의 시간마다 작동이 역전되어, 다른 재생기 (즉, 재생기(42))로부터 연소를 위한 기체상 산화제 (예를 들어, 공기)가 용융 구역(11)으로 유동하고, 재생기(42)와 동일한 측부로부터 주입된 연료와 함께 연소가 발생하며, 생성된 고온의 기체상 연소 생성물이 재생기(41)에 연결된 포트를 통해 취출된다. 이때 용융 구역(11)에서 연소에 관여한 산화제는 재생기(42)를 통해 통과하고, 이전 사이클에서 열 저장된 재생기(42)로부터의 열 전달에 의해 가열된다. 또 다른 시간 후에, 연소 공기 유동 및 연료 주입 방향이 다시 역전된다. 부호(41 및 42)로 표시된 재생기는 용융 구역의 각각의 측부 상의 하나의 공통 챔버일 수 있거나(41), 또는 노의 용융 구역(11)에 연결된 하나의 포트와 각각 연통되는 별개의 구분되는 다수의 챔버일 수 있다.(Typically air) for combustion from another regenerator (i. E. Regenerator 42) flows into the
일부 유형의 유리용융로에서는, 기체 (전형적으로, 공기) 스트림(50)이 앞벽(23)에 있는 포트(28)를 통해 용융 구역(11)을 향하는 방향으로 정제 구역(12)으로 유동한다. 이 스트림(50)은 전형적으로 컨디셔닝 구역(13)에서 용융된 유리의 조를 냉각시킨 공기의 일부이다. 본 발명을 이용하지 않는 종래의 실시에서, 스트림(50)은 정제 구역(12)을 거쳐 용융 구역(11)으로 유동한다. 컨디셔닝 구역(13)은 바람직하긴 하지만, 본 발명에서 필수적인 것인 아니다. 컨디셔닝 구역(13)이 이용되는 경우에, 냉각 기체 스트림(52)이, 예를 들어 4개의 화살표로 표시된 바와 같이 벽(24)에 있는 4개의 개구를 통해 컨디셔닝 구역(13)으로 공급되거나 주입된 다음, 냉각 기체(52)의 일부가 기체 스트림(50)으로서 허리 구역(14)에 있는 포트(28)를 통해 컨디셔닝 구역(13)을 거쳐 정제 구역(12)으로 유동한다. 나머지 냉각 기체(52)는 컨디셔닝 구역(13) 또는 허리 구역(14)에 위치하는 배기 포트 (도시되지 않았음)를 통해 배기된다.In some types of glass melting furnaces, a gas (typically, air)
다른 유형의 유리용융로에서는, 포트(28)가 용융된 유리 아래에 잠겨 있어서 용융된 유리만이 포트(28)를 통해 유동하므로, 기체는 포트(28)를 통해 정제 구역(12)으로 유동하지 않는다. 이러한 유형의 노에서, 일부 공기는 다른 개구를 통해 정제 구역으로 들어갈 수 있다.In another type of glass melting furnace, the
정제 구역(12)에서 화살표(32 및 33)는 본 발명에 따라서 하나 이상의 기체상 스트림이 주입되는 위치를 나타낸다. 이들 위치는 정제 구역(12)에 존재한다. 바람직한 위치는 앞벽(23)과 앞벽(23)에 가장 근접한 재생기 포트 사이 (또는 앞벽(23)과, 연료 주입 포트가 연결된 재생기 포트보다 앞벽(23)에 보다 더 근접한 경우에는 앞벽(23)에 가장 근접한 그러한 연료 주입 포트 사이)의 한 쪽의 또는 양쪽의 측벽에 존재한다. 보다 바람직한 위치는 재생기 포트 또는 연료 주입 포트 근처이다. 대향하는 주입기(32 및 33) 쌍의 양쪽 주입기로부터의 연속적인 기체 주입이 본 발명의 바람직한 실시양태를 구성하지만, 본 발명은 또한 한번에 단지 하나의 주입기, 바람직하게는 임의의 주어진 시간에 발화되는 재생기가 위치하는 측벽에 대향하는 측벽 상에 존재하는 주입기로부터의 순환식 주입으로 실시될 수도 있다. 즉, 순환식으로 재생기(42)가 발화 사이클에 있으면 기체가 주입기(32)로부터 주입될 것이고, 재생기(41)가 발화 사이클에 있으면 주입기(33)로부터의 주입이 이어질 것이다. 각각의 주입기(32 또는 33)는 연료 (예컨대, 천연 가스) 및 산소가 공급되는 산소-연료 연소장치일 수 있고, 이들은 정제 구역(12)에서 연소되어 노 내에서 화염을 형성한다. 각각의 주입기는 단일 주입기를 포함할 수 있거나, 또는 측벽(22) 상에 위치하는, 상이한 기체 또는 분무화 오일이 주입될 수 있는 복수의 주입 노즐 또는 포트를 포함할 수 있다. 바람직한 주입기는 차례로 수직으로 고정된 2개의 주입 포트를 갖는다 (미국 특허 5,924,848에서 도시되고 개시된 바와 같음). 별법으로, 각각의 주입기(32 및 33)는 (비연소) 산소를 단독으로, 공기를 단독으로, 산소-풍부화 공기를, 또는 임의의 적합한 조성의 기체 혼합물을 주입할 수 있다. 기체가 1개 초과의 주입기, 예컨대 주입기(32 및 33)로부터 주입되는 경우에, 임의의 주입기로부터 주입되는 기체는 임의의 그 나머지 다른 주입기로부터 주입되는 기체와 상이하거나 또는 동일한 조성을 가질 수 있다. 임의적으로, 퍼지 기체(55 내지 58)의 하나 이상의 스트림이 앞벽(23) 및/또는 측벽(22)에 위치하는 개구를 통해 정제 구역(12)으로 유동한다. 바람직하게는 산소, 산소 풍부화 공기, 또는 공기인, 이러한 퍼지 기체 스트림은, 산화된 유리가 제조될 때, 정제 구역(12) 내 분위기 중의 산소 농도를 증가시킨다.
도 1에 도시된 바와 같은 교차-발화 재생식 유리용융로에서, 용융 구역(11)에서의 노 기체 순환 패턴은 원칙적으로 용융 구역(11)에 주입된 연소 산화제 (공기) 및 연료의 모멘텀(momentum)에 의해 구동된다. 본 발명이 실시되지 않는 경우, 용융 구역에서의 산화제 및 연료의 연소 (및 존재하는 경우에는 정제 구역(12)으로 유동하는 기체상 스트림(50) 또는 다른 기체 스트림의 영향)는 용융 구역의 영역에서, 또한 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로, 그리고 다시 용융 구역(11)으로 순환하는, 마지막 재생기 포트 쌍, 즉 도 1의 포트(6L 및 6R)와 앞벽(23) 사이에서의 거대 재순환 기체 유동 패턴 확립에 영향을 미친다. 재생기(41)가 발화 사이클에 있으면, 정제 구역(12)에서의 재순환 유동 방향 (도 2에서 원(61)으로 표시됨)은 반시계 방향이고, 다른 재생기가 대신에 발화 사이클에 있으면 패턴이 역전되고 재순환 유동 방향이 시계 방향이 된다. 다른 기체가 정제 구역(12)에 주입되지 않으면, 이러한 재순환 기체 유동 패턴에서의 기체 조성은 1-3 부피%의 O2를 전형적으로 함유하는 기체상 연소 생성물 (즉, 상기에 기재된 바와 같이 재생기 포트를 통해 취출되는 것)과 매우 유사해진다. 냉각 기체(50)가 본원에 기재된 바와 같이 정제 구역으로 유동하면, 정제 구역(12)의 분위기 조성은 정제 구역(12)으로 유동하는 냉각 공기와 정제 구역으로 순환하는 노 기체의 혼합 패턴에 의해 결정된다.In the cross-fired regenerative glass melting furnace as shown in Fig. 1, the furnace gas circulation pattern in the
도 3은 본 발명이 측벽(22) 상에 위치하는 대향하는 산소-오일 연소장치 쌍을 이용하여 실시되는 경우의 기체 유동 패턴을 도시한다. 분무화 연료 오일 및 산소가 동시에 2개의 대향하는 제트(jet)로서 주입된다. 도 2에서 61로서 도시된 바와 같이 정제 구역(12) 전체를 순환하는 기체 유동 대신에, 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로 순환하는 기체의 유동이 매우 감소한다. 용융 구역으로부터 정제 구역으로의 기체 유동이 10% 이상, 바람직하게는 20 또는 25% 이상, 보다 바람직하게는 40 또는 50% 이상 감소할 수 있다. 감소량은 본 발명의 실시 전후에, 정제 구역 내 분위기 중의 산소 함량을 비교함으로써 결정할 수 있다. 본 발명의 실시는 정제 구역 분위기 중의 산소 함량을, 용융 구역 분위기가 정제 구역으로 유동할 수 없어서 정제 구역 분위기의 희석 (산소 함량에 있어서)을 초래할 수 없는 정도에 비례해서 증가시킨다.Figure 3 illustrates the gas flow pattern when the present invention is implemented using a pair of opposed oxygen-oil combustion devices located on the
본 발명을 따르지 않고 작동되는 경우에, 도 1에 도시된 유형의 전형적인 600 metric tpd 플로트 유리 노 (폭 12.2 m x 길이 38.2 m의 노 본체)에 대한 컴퓨터 유체 동역학 분석의 적용은 유리용융물 표면 근처 노 분위기의 산소 농도 프로파일 (습윤 부피%)을 도 4에 도시된 바와 같이 예측하였다. 벽(23)에 있는 포트(28)에서 약 21%의 O2를 가졌던, 1,719 Nm3/hr의 스트림(50) (공기)이 정제 구역(12)으로 유동할 때, 정제 구역(12)에서의 국부 O2 농도는 측벽(22) 및 앞벽(23)에 의해 형성된 모서리에서 4% 정도로 낮게 감소하였다. 임의적인 퍼지 기체 스트림(55-58)은 이 실시예에서 주입되지 않았다. 정제 구역(12)에서의 낮은 국부 O2 농도는 약 2%의 O2를 함유하는 순환 노 기체와의 혼합에 의해 초래되었다. 벽(23)에 있는 포트(28) 근처의 작은 영역을 제외하고는, 대부분의 정제 구역(12)에서 산소 농도가 10% 미만이었다. 정제 구역에서의 평균 산소 농도는 약 5%인 것으로 추정되었다. 정제 구역(12)에서의 노 기체 순환 패턴은 주로 포트(6) 및 포트(5)로부터 용융 구역(11)으로 주입된 연소 산화제 (공기) 및 연료의 모멘텀에 의해 구동되었다. 포트(6)에서 발화된 연소 산화제 및 연료의 총 모멘텀은 5.58 kg m/s2이었다.Application of computer fluid dynamics analysis to a typical 600 metric tpd float glass furnace (12.2 m x 38.2 m wide furnace body) of the type shown in Figure 1, when operated without the present invention, The oxygen concentration profile (wet volume%) of the sample was predicted as shown in Fig. When the stream 50 (air) of 1,719 Nm 3 / hr, which had about 21% O 2 in the
도 5는 도 3에 나타낸 본 발명의 실시양태에 따라 작동되는 경우의, 도 1의 노에서의 유리용융물 표면 근처 노 분위기의 산소 농도 프로파일 (습윤 부피%)을 도식적으로 나타낸 것이다. 미국 특허 5,601,425에서 개시된 유형의 대향하는 산소-연료 연소장치 쌍이 주입기(32 및 33)로서 포트(6)의 축 (포트(6L 및 6R)의 축을 의미함)부터 정제 구역 내 주입기의 축까지가 2.475 m인 측벽(22)에 위치하였다. 포트(6)의 발화율을 감소시켰고, 이는 포트(6)의 총 모멘텀을 3.4 kg m/s2으로 감소시켰다. 각각의 주입기(32 및 33)로부터 발화되는 연소 산화제 및 연료 오일 및 분무화 공기의 총 모멘텀은 8.3 kg m/s2이었다. 연료 오일 대 산화제와 분무화 공기의 연소 화학량론비는 습윤량 기준으로 2 부피% 초과량의 O2를 갖는 연소 생성물을 생성하도록 설정하였다. (포트(6) + 주입기(32))/(주입기(33))의 모멘텀 비율은 이 실시예에서 1.4였다.Fig. 5 is a graphical representation of the oxygen concentration profile (wet volume%) of the furnace atmosphere near the glass melt surface in the furnace of Fig. 1 when operated in accordance with the embodiment of the present invention shown in Fig. Fuel combustion device pair of the type disclosed in U.S. Patent No. 5,601,425 is used as
유리 노의 컴퓨터 유체 동역학 모델에 의해, 최저 국부 O2 농도가 정제 구역의 측벽(22) 및 앞벽(23)에 의해 형성된 모서리 근처에서 약 10 부피%인 것이 확인되었다. 벽(23)에 있는 포트(28) 근처의 작은 영역을 제외하고는, 대부분의 정제 구역에서 산소 농도가 10 부피% 내지 16 부피%이다. 정제 구역에서의 평균 산소 농도는 약 14%인 것으로 추정되었고, 이는 본 발명을 따르지 않고 작동되는 경우에 도 1에 도시된 조건에 대해서 추정된 약 5%의 평균 농도와 비교하여 놀라울 정도로 큰 증가이다. 산소-연료 연소장치의 연소 화학량론비가 연소 생성물 중에 습윤량 기준으로 2% 초과량의 O2를 생성하도록 설정되었으므로, 산소-연료 연소장치로부터의 연소 생성물의 단순 혼합이 정제 구역에서의 평균 산소 농도를 감소시켰을 것이다. 특정 이론에 구애됨이 없이, 이러한 관찰은 주입기(32 및 33)로부터의 2개의 대향하는 제트 또는 화염의 제트 모멘텀이 포트(6L 및 6R)로부터의 화염과 비교하여 충분히 크기 때문에, 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로의 기체상 연소 생성물의 정상 순환 패턴이 감소되어, 정제 구역 내 분위기 중의 평균 산소 농도가 증가한다는 명제와 일치한다.It was confirmed by the computer fluid dynamics model of the glass furnace that the lowest local O 2 concentration was about 10% by volume near the edge formed by the
주입기(32 및 33)로부터의 각각의 기체 스트림의 위치 및 모멘텀은, 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로의 기체상 연소 생성물의 순환이 감소되고, 바람직하게는 최소화되도록 선택된다. 바람직하게는, 포트(6)의 총 모멘텀과 주입기(32)의 총 모멘텀의 총합 대 주입기(33)의 총 모멘텀의 비율은 0.25 내지 3.0, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0이다.The location and momentum of each gas stream from the
상기 기체상 연소 생성물이 상당한 농도의 알칼리 증기 (주로 NaOH 및 KOH)를 함유하므로, 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로의 이러한 생성물의 순환 감소는 정제 구역의 조건이 알칼리 증기의 휘발화를 최소화하도록 설정되는 한은, 정제 구역(12)에서의 알칼리 증기 농도를 감소시킨다. 이러한 방식으로 본 발명은 크라운의 실리카-기재 구조 물질의 알칼리 부식에 의해 초래되는 유리 결함의 감소를 용이하게 한다. 이는 또한 정제 구역에서의 보다 높은 평균 산소 농도에 의해 유리의 산화 상태를 개선하고, 정제 구역에서의 낮은 O2 농도에 의해 초래되는 유리 색상 결함을 감소시킨다. 본 발명에 의해 유리가 더욱 산화되고 산화환원 비율이 감소하므로, 본 발명은, 예를 들어 태양 패널 적용분야에서 유용한 판유리 및 유리 식기와 같은 고도로 산화된 유리의 제조에 유리하다.The reduction of circulation of this product from the
본 발명은 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로의 노 기체의 혼합을 감소시키거나 최소화하고, 기체 스트림(50) (예를 들어, 공기) (즉, 존재하는 경우에 컨디셔닝 구역(13)으로부터) 및 임의적인 퍼지 기체 스트림(55-58)의 정제 구역(12)으로의 퍼징 효과를 증가시킨다.The present invention contemplates reducing or minimizing the mixing of the furnace gas from the
2개의 연속적으로 유동하는 주입기(32 및 33), 예컨대 대향하는 산소-연료 연소장치 쌍을 사용하는 대신에, 이들 주입기로부터 한번에 하나씩 기체가 유동하도록 주입기(32 및 33)로부터의 유동을 교차시킬 수 있고, 화염이 포트(6)로부터 발생되는 측부에 대향하는 노의 측부 상에 존재하는 단일 제트로부터의 유동이 이용된다. 단일 제트의 모멘텀은 바람직하게는 포트(6)로부터의 화염의 모멘텀의 25 내지 300%, 보다 바람직하게는 50 내지 200% 내에 있다. 단일 제트의 각도는 바람직하게는 포트(6)의 발화 측부를 향해 또는 앞벽(23)에 평행하게 설정된다.Instead of using two successively flowing
주입기(32 및 33)가 함께 주입하든지 또는 교차로 주입하든지, 본 발명의 바람직한 실시양태는 21 내지 100 부피%의 O2를 함유하는 공기 또는 산화제를 주입하는 것이다. 보다 바람직하게는 산화제의 산소 농도는 33 내지 100 부피%이고, 가장 바람직하게는 산화제의 산소 농도는 85 내지 100 부피%이다. 주입기(32 및 33)로부터 주입되는 기체 조성 및/또는 주입기(32 및 33)로부터 주입되는 화염의 화학량론비는 서로 상이하여, 정제 구역(12)에서의 온도 및 O2 농도 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 연소 반응에 의해 산소를 소모하는 연료를 주입하지 않으면서, 정제 구역에서의 평균 O2 농도보다 높은 농도로 O2를 함유하는 산화제를 주입함으로써, 정제 구역에서의 산소 농도는 본 발명에 의해 상당히 증가한다. 예를 들어, 판유리를 제조하는 유리 노의 정제 구역에서의 산소의 전형적인 평균 산소 농도는 습윤량 기준으로 1 부피% 내지 6 부피% 범위의 O2이다. 주입기(32 및 33)가 함께 주입하든지 또는 교차로 주입하든지, 본 발명의 바람직한 실시양태는 정제 구역에서의 산소 평균 농도를 1 내지 60 부피% (O2) 증가시켜서 습윤량 기준으로 2 부피% 내지 60 부피%의 O2를 함유하는 분위기를 형성하도록 산화제를 주입하는 것이다. 보다 바람직하게는, 21 내지 100 부피%의 O2를 함유하고, 임의적으로 예열된 공기 또는 산화제가 주입되어, 정제 구역에서의 산소 평균 농도를 1 내지 40 부피% (O2) 증가시키고 습윤량 기준으로 2 부피% 내지 40 부피%의 O2를 함유하는 분위기를 형성한다. 가장 바람직하게는, 21 내지 100 부피%의 O2를 함유하고, 임의적으로 예열된 공기 또는 산화제가 주입되어, 정제 구역에서의 산소 평균 농도를 2 내지 20 부피% (O2) 증가시키고 습윤량 기준으로 3 부피% 내지 20 부피%의 O2를 함유하는 분위기를 형성한다. 임의의 주어진 영역, 예컨대 조 표면 근처에서의 산소 평균 농도는 주어진 영역 내 2개 이상의 위치에서 산소 농도 값을 측정하고 측정 값을 평균냄으로써 결정된다.Whether
다량의 산화제가 주입되면, 정제 구역에서 냉각 효과가 발생한다. 정제 구역의 냉각은 휘발성 알칼리 화학종의 정제 구역의 노 벽 및 지붕 상에서의 응축을 촉진할 수 있고, 잠재적으로 응축된 물질의 유리용융물로의 흘러내림에 의한 유리 결함을 초래할 수 있다. 따라서, 산화제를 주입하기 전에, 바람직하게는 정제 구역 온도의 +/- 500℉ 내에서 예열하는 것이 바람직하다. 정제 구역의 전형적인 온도가 2500-2900℉이므로, 통상의 기체 예열 시스템의 온도 한계 때문에 산화제를 정제 구역의 온도까지 또는 그를 초과하여 예열하기가 어렵다. 통상의 간접적인 열 교환기를 사용하지 않으면서 높은 산소 농도를 함유하는 고온 스트림을 생성하는 바람직한 방법이 미국 특허 5,266,024에 개시되어 있으며, 여기에는 소량의 연료가 유동하는 산소 스트림에서 인라인(in-line) 연소되어 노에 주입될 수 있는 고온의 기체상 산소 스트림을 생성하는 것이 개시되어 있다.When a large amount of oxidant is injected, a cooling effect occurs in the purification zone. Cooling of the purification zone can promote condensation on the furnace wall and roof of the purification zone of the volatile alkali species and can lead to glass defects due to the flow of potentially condensed material into the glass melt. Thus, it is preferable to preheat, preferably at +/- 500 < 0 > F of the purification zone temperature, before the oxidant is injected. Because the typical temperature of the purification zone is 2500-2900 [deg.] F, it is difficult to preheat the oxidant to or above the temperature of the purification zone due to the temperature limitations of conventional gas preheat systems. A preferred method of producing high temperature streams containing high oxygen concentrations without the use of conventional indirect heat exchangers is disclosed in U.S. Patent No. 5,266,024, which discloses an in- It is disclosed to produce a hot gaseous oxygen stream which can be burned and injected into a furnace.
냉각 효과를 방지하기 위한 또 다른 바람직한 방법은 연소장치로부터 소량의 연료를 다량의 산화제와 함께, 즉 상승한 화학량론적 조건하에 주입하여 열을 발생시키고, 또한 높은 O2 농도의 분위기를 형성하는 것이다. 예를 들어 천연 가스 및 산소가 500% (즉, 몰 기준으로 5:1의 O2 대 연료)의 화학량론비로, 즉 대략 1 부피의 천연 가스 대 10 부피의 순수 O2의 비율로 주입되면, 단열 화염 온도는 약 3400℉이고 연소 생성물 중의 O2 농도는 습윤량 기준으로 약 72%가 된다. 정제 구역의 온도가 전형적으로 2800℉ 미만이므로, 상승한 화학량론비 연소 조건하에서의 연료 및 산화제 기체 주입의 이러한 예는 완만한 가열 효과를 초래할 것이다. 화학량론비를 조정함으로써, 기체 주입의 가열 및 냉각 효과가 정제 구역 내 분위기 중의 O2 농도를 실질적으로 증가시킴과 동시에, 최적의 유리 품질을 유지하도록 제어될 수 있다. 상승한 화학량론비의 바람직한 범위는 110% 내지 2000%이다. 상승한 화학량론비의 보다 바람직한 범위는 150% 내지 1500%이다. 상승한 화학량론비의 가장 바람직한 범위는 200% 내지 1000%이다.Another preferred method of preventing the cooling effect is to generate a heat by injecting under stoichiometric conditions, that is increased with a small amount of fuel and a large amount of the oxidant from the combustion device, and also to form the atmosphere of a high O 2 concentration. For example, if natural gas and oxygen are injected at a stoichiometric ratio of 500% (i.e., 5: 1 O 2 vs. fuel on a molar basis), i.e., approximately 1 volume of natural gas to 10 volumes of pure O 2 , The adiabatic flame temperature is about 3400 ℉ and the O 2 concentration in the combustion products is about 72% on a wet basis. This example of fuel and oxidant gas injection under increased stoichiometric combustion conditions will result in a gentle heating effect, since the temperature of the purification zone is typically less than 2800 [deg.] F. By adjusting the stoichiometric ratio, the heating and cooling effects of the gas injection can be controlled to maintain the optimum glass quality while substantially increasing the O 2 concentration in the atmosphere in the purification zone. The preferred range of the increased stoichiometric ratio is 110% to 2000%. A more preferable range of the increased stoichiometric ratio is 150% to 1500%. The most preferred range of the increased stoichiometric ratio is 200% to 1000%.
정제 구역(12)에서의 분위기 조건은 용융 구역(11)으로부터 정제 구역(12)으로의 노 기체 순환을 증가시키지 않는 방식으로, 추가 퍼지 기체를 정제 구역(12)에 임의적으로 주입함으로써 추가로 향상될 수 있다. 예를 들어, 추가 산소가 앞벽(23)에 또는 앞벽(23) 근처의 측벽(22)에 위치하는 하나 이상의 퍼지 기체 주입기(55-58)로부터 주입될 수 있다. 바람직한 실시양태는 퍼지 기체 주입기(55 및 56)가 함께 주입하든지 또는 교차로 주입하든지, 용융 구역(11)으로부터의 노 기체 순환이 감소하도록 적절한 모멘텀으로 앞벽(23)으로부터의 주입기(55 및 56)로부터 퍼지 기체를 주입하는 것이다. 바람직하게는, 각각의 주입기(55 및 56)로부터 주입되는 퍼지 기체의 총 모멘텀은 포트(6)로부터 주입되는 연료 및 공기보다 작다. 퍼지 기체는 바람직하게는 21 내지 100 부피%의 O2를 함유하는 공기 또는 산화제이다. 보다 바람직하게는 산화제의 산소 농도는 33 내지 100 부피%이고, 가장 바람직하게는 산화제의 산소 농도는 85 내지 100 부피%이다. 퍼지 기체 주입기(55 및 56)로부터 주입되는 기체 유량 및 조성은 서로 상이하여, 정제 구역(12)에서의 온도 및 O2 농도 프로파일에 영향을 미칠 수 있다.The atmospheric conditions in the
임의적인 퍼지 기체 또는 주입기(32 및 33)로부터의 산화제 주입과 함께 본 발명을 실시할 때, 재생기 포트로부터 배출되는 연도 기체 중의 평균 초과량의 산소는 증가할 것이다. 예열되지 않은 산화제, 특히 공기의 주입은 노의 열 부하를 증가시킨다. 노의 에너지 효율을 유지하거나 개선하고, 또한 NOx의 방출을 최소화하기 위해서는, 각각의 재생기 포트로부터 배출되는 연도 기체 중의 산소 농도가 최적의 값, 전형적으로는 약 1 내지 6 부피%, 보다 전형적으로는 약 1 내지 3 부피%가 되도록 각각의 재생기 포트의 연료 및 연소 공기 유량이 바람직하게 조정된다. 정제 구역으로 주입된 대부분의 기체가 정제 구역에 근접한 재생기 포트로부터 배출되므로, 2 내지 3개의 재생기 포트의 연료 및 연소 공기 유량은 각각의 재생기 포트로부터 배출되는 연도 기체 중의 산소 농도가 최적의 값이 되도록 바람직하게 조정된다.When practicing the present invention with optional purge gas or oxidant injection from
그러나, 고도로 산화된 유리, 예컨대 태양 패널 적용분야를 위한 판유리를 제조할 때는, 정제 구역 뿐만 아니라, 용융 구역에서, 특히 스프링 구역 및 노에 기포발생기가 설치되었을 경우에는 기포발생기 상부 영역에 걸쳐서 높은 O2 농도의 분위기를 갖는 것이 유리한 것으로 생각된다. 전형적인 6-포트 플로트 유리 노에서, 스프링 구역은 용융 구역 내의 포트(3)와 포트(6) 사이에 위치한다. 이러한 경우에, 포트(4-6)의 화학량론비를 정상 초과량의 공기 수준으로 유지하거나 또는 포트(4-6) 영역에 걸쳐서 O2 농도를 증가시키기 위해 110% 내지 120%까지도 증가시키는 것이 바람직하다. 스프링 구역 근처에서의 O2 농도의 추가 증가는 발화되는 포트(6)를 폐쇄하고 정제 구역의 높은 O2 분위기를 포트(5) 라인까지 확장시킴으로써 달성된다. 임의적으로 포트(6)와 포트(5)가 둘다, 심지어는 포트(4)를 포함해서도 폐쇄될 수 있다. 이러한 포트가 스프링 구역 근처에서의 분위기 중 O2 농도를 증가시키기 위해 폐쇄되었을 때, 나머지 포트의 연료 유입량 및 임의적으로 주입기(32 및 33)로부터 주입되는 연료의 양은 적절한 노 온도 프로파일을 유지하도록 증가한다.However, when producing highly oxidized glass, such as plate glass for solar panel applications, it is desirable to have a high O 2 content in the upper region of the bubbler when the bubble generator is installed in the melting zone, 2 concentration in the atmosphere. In a typical six-port float glass furnace, a spring zone is located between the port (3) and the port (6) in the melting zone. In this case, it is desirable to increase the stoichiometric ratio of the port 4-6 to a normal excess amount of air level or to 110% to 120% to increase the O 2 concentration over the port 4-6 region Do. A further increase in the O 2 concentration near the spring zone is achieved by closing the firing port 6 and expanding the high O 2 atmosphere of the purification zone to the port 5 line. Optionally, both the port 6 and the port 5, even including the port 4, can be closed. When such a port is closed to increase the O 2 concentration in the atmosphere near the spring zone, the fuel inflow amount of the remaining ports and the amount of fuel injected from the
Claims (17)
(A) 용융 구역의 상기 측벽에 있는 2쌍 이상의 대향하는 재생기 포트(port)로부터의 연료 및 예열된 산화제의 연소에 의해 조(bath) 위의 상기 용융 구역에 제공되는 열에 의해, 유리제조 물질이 상기 유리용융 챔버의 용융 구역에서 용융되어 용융된 유리제조 물질의 조를 확립하는데, 여기서 상기 연소는 상기 조 위의 상기 용융 구역에서 연소 생성물을 포함하는 분위기를 형성하고, 스프링(spring) 구역이 상기 조에 존재하고,
(B) 용융된 유리제조 물질이 유리용융 챔버의 용융 구역으로부터 정제 구역으로, 그리고 정제 구역을 거쳐서, 상기 앞벽에 있는 포트를 통해 상기 유리용융 챔버 밖으로 통과하고,
(C) 연료의 하나 이상의 기체상 스트림 또는 분무화 유체 스트림 및 하나 이상의 산화제 스트림이 용융된 유리제조 물질 상부의 정제 구역으로 주입되고 상기 연료 및 산화제가 상기 정제 구역에서 연소되어, 상기 정제 구역에서 상기 조 표면 근처 분위기 중의 평균 산소 농도가 1 내지 60 부피% 증가하고,
(D) 상기 재생기 포트 각각의 연료 및 연소 공기 유량이, 스프링 구역과 정제 구역 사이에 위치하는 상기 재생기 포트 각각으로부터 배출되는 연도 기체 중의 산소 농도가 2 내지 10 부피%가 되도록 조정되는 것
을 포함하는, 유리용융로의 작동 방법.A glass melting furnace comprising a glass melting chamber defined by opposed sidewalls, a back wall, a roof, and a front wall,
(A) by the heat from the two or more pairs of opposing regenerator ports in the sidewall of the melting zone and the heat provided to the melting zone on the bath by the combustion of the preheated oxidant, Melting the glass melting material in a melting zone of the glass melting chamber to establish a bath of molten glass manufacturing material wherein the combustion forms an atmosphere comprising combustion products in the melting zone of the vessel, ≪ / RTI >
(B) the molten glass manufacturing material passes from the melting zone of the glass melting chamber to the purification zone, and through the purification zone, out of the glass melting chamber through the port at the front wall,
(C) injecting at least one gaseous stream or atomizing fluid stream of fuel and at least one oxidant stream into a refinery zone on top of the molten glass manufacturing material and combusting the fuel and oxidant in the refinery zone, The average oxygen concentration in the atmosphere near the surface of the bath increases by 1 to 60% by volume,
(D) the fuel and combustion air flow rates of each of the regenerator ports are adjusted such that the oxygen concentration in the flue gas discharged from each of the regenerator ports located between the spring zone and the refinery zone is between 2 and 10% by volume
≪ / RTI >
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