KR100584204B1

KR100584204B1 - 유리화 가능한 재료를 용융 및 정제하기 위한 방법과 장치

Info

Publication number: KR100584204B1
Application number: KR1019997008156A
Authority: KR
Inventors: 삐에르 쟝브완느; 땅귀 마싸르; 라몬 로드리게즈쿠아르타스; 아르만도 로드리게즈로드리게즈; 후안-안드레스 누네즈에르난데스
Original assignee: 쌩-고벵 글래스 프랑스
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2006-05-26
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: CA2284890A1; CO5241332A1; WO1999037591A1; EP1528043A2; BR9904784B1; CN1255907A; TR199902351T1; JP4708513B2; US7565819B2; DE69924189T2; PT970021E; US20060000239A1; FR2774085A1; BR9904784A; CN100337949C; PL335692A1; JP2001518049A; US20020162358A1; DE69924189D1; EP0970021A1

Abstract

본 발명의 주제는 유리화 가능한 재료를 용융하고 정제하는 방법이며, 그래서 유리화 가능한 상기 재료의 용융에 필요한 열에너지의 전체 또는 일부가 하나 이상의 산화제(oxidizer)를 갖는 화석 연료(들)의 연소에 의해서 공급되며, 상기 연료(들)/가스 또는 연소에 의해 발생되는 가스 생성물이 유리화 가능한 재료 덩어리(7)의 높이보다 아래로 분사된다. 용융 후에 유리화 가능한 재료를 정제하는 단계는 최소한 부분적으로 "박층(thin layer)"의 형태로 발생한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 장치와 이러한 방법의 적용에도 관련된다.

Description

유리화 가능한 재료를 용융 및 정제하기 위한 방법과 장치{METHOD AND DEVICE FOR MELTING AND REFINING MATERIALS CAPABLE OF BEING VITRIFIED}

본 발명은 유리를 만드는 플랜트에 지속적으로 용융 유리를 공급할 목적으로 유리화 가능한 재료를 용융하고 정제하는 공정에 관한 것이다.

더욱 특정하게는 플롯(float) 또는 압연 플랜트와 같이 평판 유리를 형성하는 플랜트와, 또한 병이나 플라스크 형태의 유리 제품을 만드는 플랜트 및, 단열 또는 방음을 위해 광물 면 형태의 유리 섬유를 만들거나 강화용 섬유라 불리는 다른 직물 유리 섬유를 만드는 플랜트를 위한 것이다.

상기와 같은 공정에 관한 많은 연구가 수행되어 왔는데, 이러한 공정은 개략적으로 용융 유리를 열적으로(thermally) 및 화학적으로 조절하고 용융 유리로부터 임의의 배치 스톤(batch stone)이나, 기포 또는 유리를 만든 후에 나타나는 결함의 원인을 제거하기 위한 정제 단계가 뒤따르는 제 1 용융 단계를 포함한다.

용융 범위에 있어서, 예를 들면 용융 공정을 가속화시키거나 또는 용융 공정의 에너지 효율을 향상시키는 방법이 강구되어 왔다. 그래서 격렬한 기계적 교란을 수행하여 아직 고체의 유리화 가능한 재료를 이미 액체 상태의 재료와 긴밀하게 접촉하도록 허용할 때 균질하면서 제어된 방법을 통해 유리화 가능한 재료를 고속 가열하는 단계를 포함하는 공정이 언급될 수 있다. 이러한 공정은 프랑스 특허 FR-2,423,452호, FR-2,281,902호, FR-2,340,911 및 FR-2,551,746호에 상세히 설명되어 있으며 일반적으로 액침 전극봉(submerged-electrode) 형태의 전기 가열 수단을 사용한다.

다른 형태의 용융 공정이 개발되었는데, 예를 들면 가열 수단으로 액침 버너, 즉 가스와 공기가 공급되는 버너를 사용하는 미국 특허 US-3,627,504호, US-3,260,587호 또는 US-4,539,034호에 기술된 공정과 같은 형태의 것이 있는데, 이러한 버너들은 액화되는 동안 유리화 가능한 재료 덩어리 내에서 불꽃이 발생할 수 있도록 바닥과 동일한 위치에 있도록 일반적으로 위치된다.

두 경우에 있어서, "종래 기술의" 용융 작업과 비교하여 유리화 가능한 재료가 용융 챔버에 체류하는 시간을 현저히 줄이고 생산 효율을 상당히 증가시키는 것이 실제로 가능하지만, 다른 한편으로, 정제하기에 어려운 포말 상태로 용융되는 용융 유리는 최종 유리의 품질, 특히 광학 유리의 품질을 보장하는 것이 특히 어렵다

정제 분야에 연구가 또한 수행되어 왔다. 그래서 원심 정제 공정이, 예를 들면 프랑스 특허 FR-2,132,028호에 공지되어 있으며, 상기 정제 공정은 내부 벽이 수칙 축을 구비하며 회전되는 원통형 챔버를 한정하는 장치를 이용한다. 용융 유리가 상단으로부터 상기 장치에 공급되며 원심력의 효과 때문에 자연적으로 성립되는 포물면 형태의 중공부를 한정함으로써 챔버 내에서 분산된다.

그래서 본 발명의 목적은, 용융 공정 및 정제 공정을 개선하는 것으로, 특히 더 적은 플랜트를 사용하고/사용하거나 더 우수한 작업 유연성 및/또는 더 우수한 생산 효율을 갖고/가지거나 지금까지 용융 또는 정제가 어렵고/어렵거나 적은 에너지 비용 등을 갖는 유리를 제조하고, 생산되는 유리의 품질에 해를 미치지 않으면서 이러한 산업적 이점을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 주제는 첫째로 유리화 가능한 재료를 용융하고 정제하는 공정이며, 이러한 공정은 다음의 두 가지 특징들의 조합에 의해서 특징 되어진다 :

한편으로, 유리화 가능한 재료를 용융하는데 필요한 열 에너지의 전체 또는 일부분은 하나 이상의 산화제 가스와 화석 연료(들)의 연소에 의해서 공급되며, 상기 연료(들)/가스 또는 연소에 의해서 발생되는 가스 생성물은 유리화 가능한 재료 덩어리의 높이보다 아래로 분사되며,

다른 한편으로, 용융 후 유리화 가능한 재료의 정제는 최소한 부분적으로 "박층(thin layer)"의 형태로 발생한다.

본 발명의 문맥에서, "박층" 정제는 유리화 가능한 용융 재료가 매우 작은 - 더 구체적으로는 예컨대 최대 15㎝ 및 심지어 최대 10㎝ 깊이/두께 위로 흐르도록 강제되는 정제를 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 이것은 다양한 수단에 의해서 성취된다. 용융된 재료는 서로 가까이 있는 두 개의 물리적인 벽 사이로 흐르도록 특히 강제될 수 있으며, 그 사이의 거리는 상기 박층의 깊이/두께를 한정하는 상기 두 벽을 분리하게 된다(상기 유동은 예를 들면 원심력에 의해서 또는 단순히 중력에 의해서 얻어진다). 이러한 박층의 특징들은 특히, 정제 컴파트먼트 또는 컴파트먼트들의 치수를 선택하거나, 입력으로서 공급을 위한 수단 또는 출력으로 뽑아내기 위한 수단을 선택함으로써 다른 수단에 의해 또한 얻어질 수 있다. 상기의 수단들 중에서 몇 가지는 아래에 설명될 것이다. 사실, 정제될 유리화 가능한 재료의 유동 상에 작은 두께를 형성함으로써 얻어지는 주요한 이점은 이러한 용융된 재료에 포함된 기포가 용융된 재료의 자유 표면 또는 이러한 기포들이 부착되는 벽까지 가는 경로를 그래서 상당히 줄이는 게 가능하다는 것이며, 또한 이것은 이러한 기포들이 파열되고 제거되는 것을 용이하게 할 수 있다는 것이다.

실제로, 이제부터 단순화를 위해 "액침 버너에 의한 용융"이라고 불릴 용융을 이용하는 것과 앞에서 정의된 "박층" 정제를 이용하는 것 사이에 산업적인 측면에서 극도로 유리한 시너지효과가 증명되어왔다.

그렇지만, 이러한 결합이 증거로 제시할 수 있는 것과는 거리가 멀기 때문에, 위에 언급된 모든 이러한 이점들은 별 볼일 없는 유리 품질을 대가로 해서만이 얻어질 수 있으며, 이것은 본 경우와는 다르다. 이는 본 발명에서, 즉 정제될 "종래의" 용융된 유리를 정제 영역에 공급하는 대신 추가적으로 크기 매개변수를 변경함으로써 매우 특별한 정제가 이용되기 때문인데, 실제로 액침된 버너에 의한 용융으로부터 얻어진 유리, 즉 정제될 표준 유리의 밀도와 비교하여 상대적으로 낮은 밀도를 가지며 전체에 걸쳐서 포말 상태라는 점에서 매우 특별한 특징들을 갖는 유리가 여기에 공급된다. 초기에 상대적으로 포말 상태인 유리가 박층 내에서 정제될 수 있다는 것을 제시하는 것은 아무 것도 없다.

놀랍게도, 액침 버너에 의한 용융에 의해서 야기되는 이러한 포말 상태의 유리가 또한 상대적으로 커다란 기포들을 포함하는 특징을 가진다는 것이 발견되어 왔기 때문에, 박층 내에서의 정제가 가능하다는 것이 증명되어 왔으며 ; 만약 정제되도록 남아있는 것이 실제로 포말 종류의 형태라면, 여기에 포함된 기포들의 크기를 제어하는 것이 가능하며, 특히 특정의 바람직한 구성 및 유리화 가능한 재료의 특정 조성물에 대해서, 용융되고 있는 유리 상에서 용융 후의 실제적인 정제에 앞서서 일종의 "미소 정제(microrefining)"을 수행함으로써 작은 기포, 즉 약 100㎛ 보다 작은 직경 및 더욱이 200㎛보다 작은 직경을 갖는 기포들의 거의 대부분을 제거하는 것이 가능한데, 이 미소 정제는 기포들의 합체와 커다란 기포들에 대해서 작은 기포들의 제거를 용이하게 하며 또한 코크스나 황산염 타입의 정제 촉진제를 유리화 가능한 상기 재료로 첨가함으로써 촉진된다. 더욱이, 일반적으로 상기 용융 챔버를 빠져나가는 상기 유리는 상대적으로 낮은 배치 스톤(batch stone) 잔류량을 가지며 : "커다란" 기포들과 적은 양의 배치 스톤의 결합은 그래서 박층 정제를 이용할 수 있게 하며, 정제를 매우 용이하게 하며, 이러한 정제의 최소한 일부분은 사실상 용융되는 동안에 이미 실행되었다. "커다란" 기포들은 더 큰 상승 속도를 가지며, 더 신속하게 합체되고 결국에는 더 신속하게 제거된다.

일반적으로, 액침된 버너에 의해 용융되는 유리는 적은 양의 황산염만을 포함하는데, 정제 전의 잔류 량은, SO₃의 중량으로 표시하여 600ppm 보다 적으며 특히, 200ppm 또는 100ppm 보다 적으며, 또는 더욱이 50ppm 보다도 적으며, 어떠한 타입의 유리화 가능한 재료든지 간에, 이러한 재료는 무심결에 황산염을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있거나 또는 상기 재료에 첨가된 황산염을 포함할 수 있다는 것이 또한 주지되어야 한다. 이것은 액침된 버너의 연소에 의해 발생하는 물의 분압에 의해서 설명될 수 있을 것이다.

탈황된 유리는 플롯 배쓰(float bath)에서 휘발성 화합물의 문제발생을 더 감소시키며 주석 황화물의 형성 위험성을 감소시키며, 그래서 최종적으로, 박판 유리의 주석 결함의 위험성을 줄여준다는 사실이 주지되어야 한다. 이것은 환원된 유리의 경우에 있어서 황화물의 양을 감소시켜주며(또는 심지어 황화물을 완전히 제거하기도 한다), 특히 별로 원하지 않는 노랑/황색 잔류 빛깔을 내는 철 황화물 또는 담금질 종류의 열처리가 일어나는 동안 유리가 깨지는 것을 유발할 수 있는 니켈 황화물 함유물을 감소시켜 준다.

그래서 본 발명은 정제 작업 이전에조차 매우 적은 양의 황산염을 갖는 유리를 선택적으로 얻는 것이 가능하도록 하며, 그래서 정제 후에는 최소한의 적은 양의 황산염을 갖는 유리를 얻는 것이 가능하게 하는데, 이것은 유리화 가능한 재료가 적은 황산염을 갖도록 유리화 가능한 재료를 정제/선택할 필요 없이 가능하다. 반대로, 초기에 황산염을 첨가하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 조합에 의해 얻어지는 한가지 이로운 효과는 공정의 에너지 비용에 관한 것이며 : 액침된 버너에 의한 용융은 액침된 전극봉 형태의 전기 용융을 이용하는 것을 피할 수 있게 해주는데, 이러한 전기 용융의 비용은 국가에 따라 매우 중요할 수 있다. 더욱이, 그리고 이것은 가장 중요한 점인데, 액침된 버너에 의한 용융은 액화되는 동안에, 아래에서 상세히 설명될, 유리화 가능한 재료 내에서 대류 교란을 발생시킨다. 아직 액화되지 않은 재료와 이미 용융된 재료 사이의 이 강렬한 혼합은 매우 효과적이며, 같은 화학적 구성을 갖는 유리화 가능한 재료에 대해서 더 낮은 온도에서의 용융 및/또는 종래 기술의 용융 수단에 의한 용융보다 훨씬 더 빠르게 용융하는 것을 가능하게 해준다.

본 발명에 따른 용융 과정에서 부딪치게 되는 온도들은 일반 공정에서보다 어느 곳에서든지 더 낮으며, 단순히 에너지 비용의 측면에서뿐만 아니라, 플랜트의 제작에 사용되는-고온에 대한 부식이 더 천천히 진행되는 내화성의 재료를 선택에 있어서, 이것은 경제적으로 매우 유리하다.

용융 영역과 정제 영역에서의 체류 시간이 또한 매우 현저하게 감소되며 양립이 가능한데, 이것은 명백하게 생산 효율과 플랜트의 전체 생산고에 매우 긍정적인 효과를 갖는다. 이와 동시에, 본 발명은 매우 밀집한 플랜트를 얻는 것을 가능하게 하며-이것은 액침된 버너에 의한 용융 때문이며, 다시 용융 유리가 야기하는 매우 강렬한 혼합 때문에, 용융 챔버의 크기를 상당히 감소시키는 것을 허용한다. 더욱이, 박층 정제는 정제 작업이 수행되는 컴파트먼트(들) 전체의 크기에 동일한 결과를 나타낸다. 그래서, 정제가 진행되는 동안 유리의 깊이를 감소시킴으로써, 기포들이 더 신속히 제거되며 그래서 정제 컴파트먼트 또는 컴파트먼트들의 (유리의 유동 방향으로의) "길이(length)"를 상당히 줄이는 것이 가능하게 된다. 전체적으로, 그래서 플랜트는 매우 밀집해질 수 있으며, 건설비용, 작업의 단순화, 구조 재료의 마모 감소 등의 측면에서 명백한 이점을 가진다.

용융 작업과 관련하여, 본 발명에 따라 선택된 산화제는 공기, 산소가 풍부한 공기, 또는 오히려 실질적으로 산소를 기초로 한 것일 수 있다. 산화제의 높은 산소농도는 실제로 다음의 다양한 이유에서 이점을 가지는데 : 이는 결국 연소 연기의 부피를 감소시키며, 이것은 에너지 관점에서 볼 때 바람직하며, 상부 구조물이나 용융 챔버의 지붕으로 유리화 가능한 재료가 튀기는 것을 유발할 수 있는 유리화 가능한 재료의 과도한 유동화를 야기할 위험을 피할 수 있다. 게다가, 얻어지는 "화염(the flames)"은 더 짧고 더 방출적이며, 유리화 가능한 재료로 더 신속하게 에너지를 전달하도록 허용하며, 부수적으로, 원하는 경우, 액화되는 유리화 가능한 재료의 "배쓰(bath)"의 깊이를 줄이는 것을 가능하게 해준다. 여기서 우리는 "화염"에 대해서 언급을 했지만, 용어의 일반적인 개념에서 반드시 화염일 필요는 없다. 좀더 일반적으로, 본 명세서의 나머지 부분에서와 같이, "연소 구역(combustion regions)"이 언급될 수 있다. 더욱이, 환경을 오염시키는 NO_x 가스의 배출도 그래서 최소로 감소시킬 수 있다.

연료의 선택과 관련하여, 천연가스, 프로판, 연료용 오일 또는 다른 탄화수소 연료와 같은, 기체 형태의 화석 연료 형태일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 연료는 또한 수소일 수도 있다. 본 발명에 따른 액침 버너에 의한 용융 공정이 그래서 수소를 사용하는 바람직한 수단이 될 수 있으며, 게다가, 이러한 수소는 H₂/O₂의 연소에 의해 얻어지는 낮은 화염 방사 특성을 갖는, "오버헤드(overhead)"식의 액침되지 않은 버너와 사용하는데 어려움이 있다.

액침 버너에 의한 용융에서, 산소 산화제와 수소 연료를 결합하여 사용하는 것은 버너에서 용융된 유리로 에너지의 효과적인 열 전달을 보장하는 훌륭한 수단이며, 더욱이 전적으로 "청정(clean)" 공정이 되게 하는데, 다시 말하면, 산화 질소, NO_x,또는 CO_x와 같은 종류의 온실효과를 내는 가스, 이와는 다른 배치 재료의 탄소 제거과정에서 발생할 수 있는 것들이 방출하지 않게 된다.

바람직하게는, 용융 과정이 하나 이상의 용융 챔버에서 본 발명에 따라 이루어지는데, 이 용융 챔버에는 용융되는 동안 버너의 연소 구역 또는 연소 가스가 유리화 가능한 재료 덩어리 내에서 발생하도록 위치된 버너가 구비되어 있다. 그래서 이러한 버너들은 측벽과/또는 바닥 벽을 통하여 지나가도록 되어있으며, 그리고/또는 버너들을 지붕이나 임의의 적절한 상부구조에 고정시켜서 상부에 매달아 놓았다. 이러한 버너들은 버너에 가스를 공급하는 파이프가 이 버너들이 통과하는 벽과 동일한 높이에 있도록 할 수 있다. 이러한 파이프들은 벽 근처에서 화염이 너무 커지는 것을 방지하고 내화성 재료가 너무 일찍 마모되는 것을 야기하지 않도록 하기 위해 최소한 일부분이라도 유리화 가능한 재료 덩어리 안으로 "들어가는(enter)"는 것이 바람직하다. 또한 연소 영역이 용융 챔버 외부에서 적절히 발생되도록 하고, 연소 가스만 분사되도록 선택하는 것도 가능하다.

위에서 언급된 바와 같이, 이러한 가열 방법이 유리화 가능한 재료의 강렬한 대류 교란을 야기하는 것이 증명이 되었으며, 그래서 대류 루프(loop)가 연소 영역, "화염" 또는 연소 가스 흐름의 양 측면 상에 형성되며, 결국은 이미 용융된 재료와 아직 용융되지 않은 재료를 매우 효과적으로 혼합하게된다. 그래서 이것은 별로 신뢰적이지도 않으며 그리고/또는 빨리 마모될 수 있는 기계적 교란 수단을 사용할 필요 없이, "교란된" 용융의 매우 바람직한 특징들을 발생시킨다.

바람직하게는, 용융 챔버에서 유리화 가능한 재료 덩어리의 높이와 연소의 발생으로부터 야기되는 연소 영역 또는 연소 가스의 높이는 이러한 연소 영역/연소 가스가 유리화 가능한 재료 덩어리 안에 남아있도록 조절되며, 그래서 액화가 진행되는 동안 재료 내에 대류 순환 루프가 발생되도록 하는 것이 목표이다.

일반적으로, 이러한 형태의 용융은 열 교환이 매우 신속하게 일어나서, NO_x와 같은 종류의 가스가 형성되는데 도움을 줄 수 있는 온도 피크를 방지하기 때문에, 용융 챔버에서 임의 종류의 분진 및 NO_x종류의 임의의 가스 배출을 크게 줄일 수 있도록 한다. 이것은 상기와 같은 가스의 형성에 도움을 줄 수 있는 온도의 최대점을 피하게 해준다. 이것은 또한 CO_x종류의 가스 배출을 또한 상당히 감소시키며, 플랜트의 총 에너지 소비가 예를 들면, 하향 통풍(down-draught) 모드에서 작동되는 화로(fired furnace)를 사용하는 종래 기술의 장치보다 낮게된다.

선택적으로, 용융 작업에 앞서 유리화 가능한 재료를, 예를 들면 최대 900℃와 같이, 그렇지만, 유리화 가능한 재료를 액화하는데 필요한 온도보다는 현저하게 낮은 일정 온도로 예열(preheat)하는 단계가 수행될 수 있다. 이러한 예열 작업을 수행하기 위해서, 연기의 열 에너지가 회수되는 것이 바람직하다. 그래서 연기로부터 열을 추출해냄으로써 플랜트의 에너지 소비율이 전체적으로 줄어들 수 있다.

유리화 가능한 상기 재료는 배치 재료뿐만 아니라, 파유리(cullet) 또는 유리화 가능한 조각도 포함할 수 있다. 유리화 가능한 재료는 또한 가연성 요소(유기 재료)를 포함할 수 있는데 : 그래서 예를 들면, (단열 또는 방음에 사용되는 형태 또는 플라스틱 강화에 사용되는 종류의)바인더로 사이징 광물 섬유, 자동차의 앞창유리와 같은 폴리비닐 부티랄 종류의 중합체의 박판에 의해 박판화된 창유리, 또는 특정의 병과 같이 유리를 플라스틱과 결합하는 임의 종류의 "복합(composite)" 재료를 재활용하는 것이 가능하다. 그래서 금속을 함유하는 코팅에 의해 기능화 된 창유리와 같은 "유리/금속 또는 금속 조성 복합물"을 재활용하는 것이 가능한데, 바닥 벽의 표면에 축적될 수 있는 금속으로 서서히 용융 챔버가 채워지게 되는 위험을 야기하기 때문에 이러한 것들은 지금까지 재활용하는 것이 어려웠다. 그렇지만, 본 발명에 따른 용융에 의해 야기되는 교란은 이러한 퇴적작용을 방지하며 그래서, 예를 들면 에나멜 층, 금속 및/또는 다양한 연결 요소들로 코팅된 창유리가 재활용될 수 있게 한다.

본 발명의 주제는 유리 노에서 액침된 버너에 의한 용융이기 때문에 또한 유리를 포함하는 모든 이러한 복합 요소들의 재활용이다. 특히, 액침된 버너를 갖는 노가 구비될 수 있으며, 이러한 버너의 필수적인 기능은 재활용 될 상기와 같이 다양한 재료로부터 파유리를 제조하는 것이며, 특히 이러한 파유리는, 표준 파유리와 결합되는 것이 가능하며, 종래의 유리 노를 위한 배치 재료로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 유리화 가능한 재료의 전체 또는 일부분이, 용융될 유리화 가능한 재료 덩어리의 위치보다 낮게 용융 챔버 안으로 도입되도록 공급이 이루어질 수 있다. 이러한 재료의 일부는 액화될 덩어리의 위로부터 종래의 방식으로, 그리고 나머지는 아래로부터 도입될 수 있는데, 예를 들면 이송 나사(feed-screw) 형태의 수단에 의한 공급과 같은 것이 있다. 그래서 이러한 재료는 액화될 덩어리 안으로, 단일 지점에서 또는 용융 챔버의 벽에 걸쳐 분포된 여러 지점에서 직접 도입될 수 있다. 액화되는 재료(여기서부터는 "용융물"이라고 언급이 됨)의 덩어리 안으로 상기와 같은 직접적인 도입은 하나 이상의 이유에서 유리한데 : 첫째로, 이는 배치 재료가 용융물위로 날아가는 위험성을 현저하게 줄여주며, 그래서 노에 의해 배출되는 고체 분진의 양을 최소로 줄여준다. 그래서, 상기 재료가 정제 구역으로 추출되기 전 체류 시간을 최소가 되게끔 더 잘 제어하도록 하며, 액침된 버너의 배열에 따라 대류 교란이 가장 강한 지점에서 선택적으로 이러한 재료가 도입되는 것을 허용한다. 그래서, 이와 같은 용융물로의 도입 지점(들)은, 예를 들면 바닥의 높이보다 위에 있는 용융물 전체 높이의 1/5 내지 4/5 사이, 또는 상기 높이의 1/3 내지 2/3 사이의 용융 높이로, 노 근처이거나 또는 용융물의 더 깊은 곳이 될 수 있다.

본 발명에 따른 공정은 가장 전형적으로 유리와 결합된 복합 제품의 형태로 플라스틱을 재활용하는 것을 가능하게 해준다는 것이 인지되어 왔으며, 그래서 이러한 플라스틱은 연료의 일부로서 이용된다. 고체 연료(폴리머 종류의 유기 재료 또는 석탄), 또는 심지어 액체 연료의 형태로 액침된 버너에 의해 용융하는데 필요한 연료의 전체 또는 일부를 도입하는 것이 또한 가능하며 바람직한데, 이러한 연료는 적어도 버너로 공급되는 액체 연료(특히 화석 연료) 또는 가스 형태의 연료의 부분 대체 연료가 된다. 일반적으로, 본 명세서에 사용된 "유리화 가능한 재료" 또는 "배치 재료"라는 용어는 유리와 같은 기질뿐만 아니라, 모든 첨가제(정제 첨가제, 등), 모든 선택적인 액체 연료 또는 고체 연료(복합 플라스틱 또는 비-복합 재료, 유기 재료, 석탄, 등), 및 임의 종류의 파유리를 얻는데 필요한 재료를 포함할 의도로 사용되었다.

자동차에 구비된 앞창유리와 같은 폴리비닐 부티랄 종류의 중합체의 박판에 의해 적층된 창유리, 또는 예를 들면, 특정의 병과 같이 유리를 플라스틱과 결합하는 다른 종류의 "복합(composite)" 재료를 재활용하는 것이 또한 가능하다.

금속을 함유하는 코팅에 의해 기능화 된 창유리를 재활용하는 것이 가능한데, 바닥의 표면에 축적될 수 있는 금속으로 서서히 용융 챔버가 채워지게 되는 위험을 야기하기 때문에 이러한 것들은 지금까지 재활용하는 것이 어려웠다. 그렇지만, 본 발명에 따른 용융에 의해 야기되는 교란은 이러한 퇴적작용을 방지하며 그래서, 예를 들면 에나멜 층, 금속 또는 다양한 연결 요소들로 코팅된 창유리가 재활용될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 공정은 다량의 파유리와 작동될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 정제는 그래서 상대적으로 포말 상태인 유리 타입의 유리화 가능한 용융 재료에 대해서 이루어진다. 전형적으로, 이러한 "포말"은 대략 0.5 내지 2 g/㎤ 정도의 밀도, 특히 예를 들면 1 내지 2 g/㎤(비 포말 상태 유리의 경우의 밀도 약 2.3 또는 2.4와 비교하여)를 가지며, SO₃의 질량비로 표시된 최대 600 또는 오히려 최대 100ppm의 황산염 함유량을 가질 수 있으며 또한 무엇보다도 적어도 100 또는 200㎛의 직경을 갖는 대부분의 기포를 포함할 수 있다.

정제 작업의 성능 특성을 향상시키기 위해, 다양한 정제 촉진제가 유리화 가능한 재료에 첨가되는 것이 바람직한데, 특히, 위에서 언급된 바와 같이 바로 용융 단계에서 100 미만 및 심지어 200㎛ 미만의 직경을 갖는 임의의 기포를 유리로부터 제거하는 것이 목표이다. 이러한 촉진제들은 코크스(이것은 조절될 유리의 산화환원 반응을 또한 허용하며)와 같이 환원성 첨가제일 수 있다. 이러한 경우, 200㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 코크스 분말을 선택하는 것이 유리하다. 이러한 촉진제는 또한 황산염일 수 있다. 다른 정제 촉진제는 용융 단계 후, 적절한 정제 단계가 진행되는 동안에 좀 더 효과적일 수 있다. 이러한 촉진제들은 포말이 "불안정화"되는 것을 허용하며 : 이들은 예들 들면, 플루오르, 또는 플루오르 또는 염소 화합물, 더 일반적으로는 할로겐 화합물, 또는 NaNO₃ 종류의 다른 질산염일 수 있는데 ; 플루오르(할로겐)는 유리의 점성을 낮추는 것처럼 보이며 그래서 기포사이에서 형성되는 얇은 막을 드레인하는 것을 도와주며, 이러한 드레인 작용은 포말의 붕괴를 촉진한다. 또한 유리의 표면 장력을 낮춘다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은 용융이 1400℃를 초과하지 않는 온도, 특히 1380 또는 1350℃에서, 또한 정제는 1500℃를 초과하지 않는 온도에서 수행되도록 하는 것이 가능하다.

제 1 변형에 따르면, 본 발명에 따른 정제는 용융 챔버의 하류방향에 있는 적어도 하나의 정지 컴파트먼트(작업 동안에 움직이지 않음)에서 수행될 수 있는데, 유동-도관(flow-canal) 타입이며, 유리화 가능한 용융 재료가 박층상태의 정제가 되도록 강제하기 위한 하나 또는 그 이상의 수단을 구비하며, 특히 최대 15cm 또는 최대 10cm의 깊이로 박층이 된다. 상기의 하나 또는 그 이상의 수단은 상기 컴파트먼트(들) 내부에서 유동하는 유리화 가능한 용융 재료 덩어리 안에서 유리의 귀환 흐름(return current)이 형성하는 것을 피할 수 있도록 또한 도와줄 수 있는 것이 바람직하다. 상기 "귀환 흐름"은 대부분의 종래 정제 컴파트먼트에서 유리화 가능한 재료의 내부에서 발견되는 대류 순환 루프(loop)를 가리킨다. 상기 귀환 흐름을 제거하는 비한정적인 방법 및 이 방법과 연관된 이점들에 대하여 보다 상세한 설명을 위해서, 바람직하게는 예를 들면 유럽 특허 EP-616,983호가 참조될 수 있다.

박층 유동과 관련된 매우 두드러진 이점으로 정제 컴파트먼트 내에서 플러그-유동(plug-flow) 형태의 유동을 가지면서 어떤 귀환 흐름이라도 제거될 수 있다는 것이 실제로 밝혀졌다. 플러그 유동에서, 용융된 재료는 더 이상 하향-방향의 속도 성분을 더 이상 가지지 않으며, 또한 유리의 표면으로 상승하려는 경향이 있는 기포들은 더 이상 대류적인 재순환 흐름에 의한 비말 동반(entrainment)에 의해서 다시 배쓰로 "잠수(dive-down)"하지 않게 되며, 그 결과 상기 기포들이 제거된다.

제 2 변형에 따르면, 상기 박층 정제는 용융 챔버 자체 내에서 또는 상기 용융 챔버의 하류 방향에 위치한 하나 이상의 정지 컴파트먼트에서 중력에 의해 인접한 두 개 이상의 벽 사이의 아래방향 경로로 유리화 가능한 용융 재료를 보냄으로써 실행될 수 있는데, 상기 인접한 벽들은 필수적으로 서로 평행하며, 적어도 일부분이 용융 덩어리 안에 액침되어 있으며, 용융 챔버 또는 컴파트먼트(또는, 즉, 용융 챔버 또는 하류 방향의 본 컴파트먼트의 세로 축에 대해서 경사진 필수적으로 서로 평행한 평면에서 경사진 벽들)의 바닥 평면에 대해서 경사져 있다. 바람직하게는, 상기 벽들은 튜브 형태의 요소와 같이, 특히 거의 직사각형 단면을 갖는 하나 또는 그 이상의 구조 요소로 합체될 수 있으며, 세로 방향으로 (다수의 칸막이에 의해서)구획이 나누어져 있는데 : 상기에 언급된 벽들을 포함하는 "박판(lamellae)"을 따라 흐르는 정제되는 유리의 다수의 박층을 형성함으로써 그래서 정제가 얻어지는데, 상기 정제 작업의 방법은 도면을 보조로 하여 아래에 상세히 설명될 것이다.

제 3 변형에 따르면, 상기 정제는 상기 용융 챔버의 하류에서 실행되지만, 원심 정제를 보장하기 위해 회전이 가능한 정체 컴파트먼트에서, 이 컴파트먼트는 상기 유리화 가능한 용융 재료가 최소 0.8의 "상대 두께" R1/R0, 또는 절대값으로, 최대 10cm의 "절대 두께"인 박층 상태의 정제가 되도록 강제하는 하나 또는 그 이상의 수단이 추가적으로 구비되어 있다.

본 발명의 문맥 내에서, R1/R0의 비율은 다음과 같은 방법으로 이해되어야 하는데 : R0은 상기 컴파트먼트에 의해서 한정되는 거의 원통형의 공동부(cavity) 의 평균 반경인데, 이 공동부를 통해서 용융된 재료가 흐르게 되며, 또한 R1은 용융된 재료가 상기 공동부의 내부 벽과 상기 구획(partitioning) 수단 사이의 경로를 따라가도록 강제하기 위해서 상기 공동부에 도입된 구획 수단의 평균 반경을 나타낸다.

제 3 변형은, 특히 정제를 위해서 정지한 제 1 컴파트먼트와 그리고 나서 회전하는 제 2 컴파트먼트를 사용함으로써 앞의 두 경우를 조합하는 것이다.

(본 발명의 문맥에서, "상류의" 와 "하류의"라는 용어는 유리화 가능한 재료가 용융 챔버로 공급되는 일 지점으로부터 정제된 유리가 추출되는 지점까지의 플랜트를 통한 유리의 유동 방향을 나타낸다).

본 발명에 따른 용융/정제 공정은 매우 다양한 조성 및 특성의 유리들이 제조되는 것을 허용한다. 게다가, 본 발명에 기재된 용융/정제 공정은, 낮은 관성 때문에 매우 짧은 전이 시간동안 하나의 조성에서 다른 조성으로 바뀌는 것이 가능하다. 이것은 정제된 용융 유리가 평판 유리, 중공의(hollow) 제품, 유리 모직, 또는 강화용 유리 섬유를 만드는 플랜트로 공급되는 것을 허용한다.

그래서 이는 상대적으로 환원된 유리, 특히 0.3보다 크거나 같은 산화 환원 반응성을 갖는 유리가 제조되는 것을 허용한다. (산화 환원 반응성은 중량비로서 철을 함유한 철 FeO 함유량 대 Fe₂O₃의 형태로 표현되는 조성물의 전체 철 함유량의 중량비로 정의된다).

본 발명의 용융/정제 공정은 또한 유리가 SiO₂ 의 높은 함유량, 예를 들면 중량비로 최소 72% 또는 오히려 75%를 갖도록 제조되는 것을 허용하며, 이러한 유리들은 낮은 밀도와 플라스틱과 잘 화합할 수 있기 때문에 일반적으로 용융하기에는 어렵지만, 특히 배치 재료의 비용에서 유리하다. 또한, 예들 들어, CaO의 중량비로 최소 18%를 포함하는 높은 알칼리토류 산화물 함유량을 갖고, 본 발명에서보다 높은 온도에서 종래의 용융 공정을 이용할 때 매우 부식적이 되는 아주 특별한 유리를 제조하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 예들 들면, 중량비로 최대 11%의 낮은 산화 나트륨 함유량, 또는 예들 들면 최대 600ppm의 매우 낮은 황산염 함유량을 갖는 유리를 제조하는 것이 가능하다. 높은 산화 환원 반응성과 낮은 황산염 함유량을 가지는 철을 함유하는 유리는, 또한 특히 관심을 끌며, 예들 들면 자동차나 건물에 쓰이는 평판 유리 분야에서 요구되는 잔여 파란색을 갖는 유리가 얻어지는 것을 허용한다. 그래서, 열 성능 특성을 강화하기 위해서 예들 들면 TiN 류의 층과 같은 태양열 차단 층이 증착될 수 있는 다양하게 선택할 수 있는 태양열 차단 유리가 얻어질 수 있는데, 이러한 유리들은 유럽 특허 제 EP-638,527 호 및 EP-511,901호에 특히 기술되어 있다.

본 발명의 주제는 또한 위에 설명된 공정을 실행하는데 특히 적합한 용융 및 정제 장치이며 :

(천연)가스 종류의 화석 연료(들), 및 공기 또는 산소 타입의 산화제(들)가 공급되는 버너들을 구비하는 하나 이상의 용융 챔버로서, 상기 버너는 상기의 기체들 또는 연소에 의해 발생하는 기체들이 상기 용융 챔버로 도입된 유리화 가능한 재료 덩어리의 위치보다 아래로 분사되도록 위치되는 하나 이상의 용융 챔버와,

유리화 가능한 용융 재료가 "박층"의 형태로 정제되도록 강제하는 수단으로, 상기 용융 챔버 자체 내에 또는 상기 챔버 하류 방향의 하나 이상의 정제 컴파트먼트 내에 포함되는 상기 수단을 포함한다.

앞서 언급된 바와 같이, 바람직하게는 용융 챔버는 용융물의 위치 아래로 유리화 가능한 재료를 도입하는 하나 이상의 수단을 구비할 수 있으며, 특히 이것들 중 두 개 이상은, 관련된 벽(들)에 개구부(또는 개구부들)의 형태로 된 것이 바람직하며, 이송 나사 형태의 공급 수단을 구비한다. 그래서 분진이 날아갈 가능성이 최소화되며, 동시에 용융물의 위로 또한 규토(silica)와 같은 유리화 가능한 재료의 유입을 선택적으로 가능하게 하는데, 상기의 유리화 가능한 재료를 고형으로 만드는 위험이 없이 용융물의 위에서 예열 작업이 이루어질 수 있다.

정제 작업과는 또한 독립적으로, 본 발명은 또한 용융물과 접촉하도록 되어있는 용융 챔버의 벽에 대한 디자인 향상에 따라 달라진다. 몇 가지 변형이 가능하다. 특정 경우에 있어서, 알루미나, 지르코니아, 산화 크롬 및 AZS(알루미나-지르코니아-규토)라 불리는 내화벽돌과 같은 공지된 산화물을 기초로 한 내화성 재료가 단순히 사용될 수 있다. 일반적으로 물 타입(물 재킷)의 유체의 순환과 관련된 냉각 시스템과 결합되는 것이 바람직하다. 물 재킷은 외부에 위치될 수 있으며, 이런 경우 내화 재료는 유리와 직접 접촉하게 되며, 또는 내부에 위치될 수 있다. 그리고 나면 물 재킷은 내화 재료의 근처에서 유리의 더 냉각된 유동을 형성하는 기능을 하게되는데, 액침된 버너에 의해 생성되는 용융물이 벽에 대해서 강한 대류 흐름을 야기하기 때문에 상기 내화 재료는 본 명세서에서 특히 강조되어 있다.

본 발명의 또 다른 변형이 용융 영역에서 내화 재료가 아니라 상기의 물 재킷만을 사용되는 것을 포함한다.

또 다른 변형은 (선택적으로 물-재킷 타입의 냉각 시스템과 결합된)내화 재료를 사용하는 것 및 예들 들면, 몰리브덴(Mo)(또는 몰리브덴 합금)과 같은 고 내화성의 금속으로 만들어진 라이닝에 의해서 이러한 내화 재료가 라이닝되는 것을 포함한다. 이러한 라이닝은 상기 내화 재료 벽으로부터 일정 거리(예들 들면 1 내지 몇 mm) 떨어진 곳에 유지되는 것이 바람직하며, 용융물에 지속적으로 접촉하는 표면(고체 플레이트 또는 몰리브덴으로 만들어진 플레이트) 또는 지속적이지 않은 접촉을 하는 표면(몰리브덴 플레이트 또는 구멍이 뚫어진 플레이트)을 제공한다. 이러한 라이닝은 내화 재료를 따라서 유리의 "정지(still)" 층을 생성하거나 또는 유리가 내화성의 재료와 임의의 접촉이 발생하지 않도록 함으로써 내화 재료 상에 유리의 직접적인 대류를 기계적으로 방지하는 목적을 가지고 있다.

용융 챔버 내에서, 액침된 버너들 전체 또는 일부는, 산화제 및/또는 연료를 (일시적으로) 대체하게 함으로써, 연소에 참여하지 않는 유체를 용융물 안으로 분사하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 유체는 N₂ 타입의 불활성 가스이거나 용융물에서 곧바로 증발되는 액상 물 타입의 냉각제일 수 있다. 그래서 유체를 버너로 계속해서 공급하는 동안에 일시적으로 연소를 정지시키는 사실은, 일반적으로 두 가지 목적을 가지는데 : 버너의 작동, 더 일반적으로, 예들 들면 용융 챔버 전체의 작동과, 버너 구역에서 상기 챔버가 안전하게 되도록 하는 N₂타입의 불활성 가스의 분사를 정지시키기 위해서, 또는 다른 버너들이 작동되고 있는 동안 그래서 버너가 여전히 용융 유리에 있을 때 버너를 다른 버너로 교환하기 위해서 요구된다. 이러한 경우에, 아래에 상세히 설명될 바와 같이, 버너를 통해 적절하게 물을 분사하는 것은 버너의 위에 있는 유리로 하여금 일시적인 결빙이 일어나도록 하며, 일종의 "벨(bell)"을 생성하는데, 이것은 버너를 유리로 덮지 않고 변화가 일어나는 충분히 긴 시간을 허용한다.

위에서 언급된 제 1 변형에 따르면, 상기 정제 컴파트먼트는 정지해 있다. 이 컴파트먼트는 채널과 루프(roof)를 포함하는 유동 도관을 포함한다. 유리화 가능한 상기 용융 재료를 상기 도관 내에서 특히, 15cm 미만의 깊이로 박층 정제되도록 하는, 그래서 플러그-타입의 유동을 형성하는 수단은 예를 들면, 구조적 종류이며 상기 도관의 평균 너비에 대한 평균 높이의 비(ratio)를 적절하게 선정하는 단계를 포함하는데, 이 비율은 1 미만이며 또한 0.5보다 훨씬 작다.

상기 도관은 앞의 수단과 함께 또는 앞의 수단에 대한 대안으로, 유리화 가능한 상기 재료가 상기 도관의 입구 및/또는 출구, 또는 상기 도관의 그저 상류에서 상기 재료의 유동을 제어/조절하기 위한 수단의 형태로 박층으로 정제되도록 하는 수단을 포함할 수 있다.

상기 도관은 앞의 수단과 함께 또는 앞의 수단에 대한 대안으로, 플러그 유동의 박층 정제를 얻도록 하는 다른 수단을 포함할 수 있다. 사실, 이러한 수단들은 일반적으로 정제 컴파트먼트를 통하는 재료의 유동 및 용융 컴파트먼트 내에서 용융 재료의 배쓰에 의해 발생하는 표면 영역을 고려하게 하여, 플러그-유동의 박층을 얻기에 충분히 얕은 깊이를 결정할 수 있도록 한다. 더욱이, 상기 도관은 가열 수단이 구비될 수 있는데, 특히 유리화 가능한 재료의 위에 배치된 종래 기술의 버너, 바람직하게는 산소 버너를 구비하는 타입의 가열 수단이다.

도관은 예를 들면, 기계식 교란장치 종류와 같은 유리화 가능한 재료를 균질화하기 위한 수단이 구비될 수 있다.

제 2 변형에 따르면, 용융 챔버 또는 상기 용융 챔버의 하류 방향에 있는 정제 컴파트먼트는 정제될 덩어리 안으로 최소한 일부분이 액침되고, 상기 챔버 또는 상기 컴파트먼트의 바닥에 대해서 경사지게 되어 있는 두 개 이상의 거의 평행한 인접 벽의 형태로 박막(thin-film) 정제를 위한 구조 수단을 하나 이상 포함한다. 바람직하게는, 이러한 벽들은 위에 기술된 하나 또는 그 이상의 튜브형태의 요소로 합체되어 있다. 이러한 벽들은 실제 용융 챔버의 내에 위치되고 상기 챔버의 하류방향에 있는 분사 개구부로 나타나게 위치되는 것이 바람직하다.

제 3 변형에 따르면, 정제 컴파트먼트는 원심 정제를 보장하기 위해 회전이 가능한 하나 이상의 장치를 포함하며, 이 장치의 내부 벽들은 최소한 상기 장치의 중심부에서 중공의(hollow)의 수직 실린더 형상을 실질적으로 한정한다.

유리화 가능한 재료를 상기 원심 장치를 통과하여 박층으로 흐르도록 강제하기 위해서, 상기 장치의 공동부는 하나 또는 그 이상의 칸막이가 구비되는 것이 바람직하며, 최소한 상기 장치의 높이의 일부분 위에서, 용융된 재료가 상기 장치의 내부 벽들과 상기 칸막이들 사이로 흐르도록 강제하게 되는데, 상기 벽들과 상기 칸막이들 사이의 거리가 박층의 "두께"를 한정한다. 실제로, 본 발명에 따르면, "자유롭게(freely)" 원심 분리가 이루어질 때, 즉 실린더 타입의 외부 벽에 의해서만 포함될 때 용융 유리에 의해 저절로 채택되는 포물선 형상이 형성되는 것이 방지된다. 반대로, 본 발명에 따르면, 유리는 상기 장치의 벽 및 상기 원심 분리기의 본체에 설치된 칸막이에 원심 분리기의 높이의 위로 상대적으로 일정한 두께로 고착되게 되는데, 위에서 언급된 포물선면 형상이 형성되도록 남아있게 되면 훨씬 더 얕은 깊이로 고착되게 된다. 그래서 효율에 있어서 상당한 이득이 있게되며, 구심력의 작용 하에 기포들은 칸막이 상에서 훨씬 더 신속하게 파열하게 되며, 이러한 기포들의 경로는 훨씬 더 짧아진다. 정지 상태의 변형에서와 같이, 유동은 플러그 유동으로 간주될 수 있다. 이것은 자체 크기의 동일한 성능 특성을 가지면서 원심 분리기의 높이를 줄이는 것을 가능하게 한다. 칸막이들과 벽들 사이의 거리는 최대 몇 cm 또는 R1/R0의 비율로 최소 0.8로 한정되는데, 이 비율은 위에 설명되어 있다.

바람직한 설계에 따르면, 상기 장치에는 상부 부분에서 유동-도관 타입의 정지 공급 수단에 의해서 유리화 가능한 용융 재료가 공급된다. 이러한 공급 수단은 상기에 공급이 되도록 하기 위해 및/또는 제 1 정제 작업이 수행되도록 하기 위해서 감소된 압력에서 하나 이상의 컴파트먼트를 포함할 수 있다.

본 장치는 유리의 밀도보다 큰 밀도를 갖는 고체 입자를 차단하기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하며, 이러한 수단은 특히 본 장치의 하부 영역에 위치하며, 본 장치의 내부 벽에 만들어진 노치(notch)/그루브(groove)의 형태이다. 본 장치의 회전 속도는 100 내지 1500 RPM이 되도록 선택되는 것이 바람직하다.

본 장치는 또한 정지해 있거나 본 장치의 회전을 따르는 기계적 수단을 구비할 수 있으며, 포말을 파열시킬 수 있고 포말을 정제된 유리가 추출되는 본 장치의 하부 영역으로 아래 방향으로 몰아낼 수 있다. 이러한 수단들은 특히 구멍 뚫어진 편향기의 형태이거나, 상기 장치의 상부 영역에 위치된 핀(fin) 형상이다.

본 발명은 다음의 도면에 의해 도시된 비한정적인 아래의 세 개의 실시예에 의해서 자세히 설명되어질 것이다.

도 1은 정지상태의 정제 장치를 사용하는 용융/정제 플랜트의 도면.

도 2는 원심 정제 장치를 사용하는 용융/정제 플랜트의 도면.

도 3은 도 2에 따른 플랜트의 정제 장치의 확대도.

도 4a 내지 도 4d는 실제 용융 챔버 내에서 박판(lamella)에 의한 정제를 이용하는 용융/정제 플랜트의 개략도.

도 5a 및 도 5b는 도 1 내지 도 4a, 4b, 4c 및 도 4d에 도시된 플랜트의 용융 챔버에 끼워 맞춰진 액침된 버너의 횡단면도.

상기 도면들은 축적이 반드시 맞지는 않으며 명료화를 위해 지극히 단순화 되어있다.

아래에 기술될 본 장치는 매우 다양한 구성을 가지는 유리를 용융하고 정제하기 위한 것이며, 본 경우에 유리는 평판 유리를 생산하기 위하여 플롯 플랜트로 공급되도록 되어있다. 그러나 적용은 한정되지 않는다. 이와 같은 유리들은 예를 들면, 중공의 유리 제품을 만들기 위한 설비 또는 내부 원심 분리 장치 타입의 섬유 형성용 설비에 또한 공급될 수 있다.

물론, 더욱이 본 발명에 따른 장치를 사용하여 규토-소다-석회 타입의 모든 표준 유리와 다양한 타입의 특수 유리를 제조하는 것이 특히 유리한데 :

낮은 Na₂O 함유량을 갖는 유리와 상대적으로 높은, 특히 CaO와 같은, 산화 알칼리토류 함유량을 갖는 유리들, 특히 지금까지 용융하기에 어렵다고 여겨지던 유리들에 바람직하며, 이것은 배치 재료의 비용과 관련하여 경제적인 관점에서 유리하며, 또한 종래의 용융 온도에서 상당히 부식적이며 표준 공정을 사용할 때 상대적으로 용융하기에 어려운 유리에 바람직하다. 이러한 것들은 예를 들면, 1997년 7월 1일자의 특허 제 FR 97/08261호에 기술된 유리 조성일 수 있으며, 다음과 같으며(중량비 %) :

SiO₂ 72 - 74.3%

Al₂O₃ 0 - 1.6%

Na₂O 11.1 - 13.3%

K₂O 0 - 1.5%

CaO 7.5 - 10%

MgO 3.5 - 4.5%

Fe₂O₃ 0.1 - 1%

또는 (중량비에 의한 %로 나타내어진) 다음과 같은 타입의 조성이다 :

SiO₂ 66 - 72%, 특히 68 - 70%

Al₂O₃ 0 - 2%

Fe₂O₃ 0 - 1%

CaO 15 - 22%

MgO 0 - 6%, 특히 3 - 6%

Na₂O 4 - 9%, 특히 5 - 6%

K₂O 0 - 2%, 특히 0 - 1%

SO₃ 미량.

이러한 계통의 조성을 나타내는 또 다른 예는 다음과 같다 :

SiO₂ 69%

Al₂O₃ 1%

Fe₂O₃ 0.1%

CaO 18.9%

MgO 5%

Na₂O 5.6%

K₂O 0.3%

SO₃ 미량.

이러한 유리는 또한 변형점(strain point) 온도라고 불리는, 590℃(이 온도에서 유리는 1014.5 푸아즈의 점성을 갖는다)의 낮은 어닐링 온도를 가진다. 이러한 유리는 또한 1225℃의 액체화(liquidus) 온도, 1431℃의 온도 T_ηlog2와 1140℃의 온도 T_ηlog3.5(T_ηlog2와 T_ηlog3.5는 푸아즈 단위로 유리의 점성이 각각 log2와 log3.5에 이를 때 유리가 갖는 온도에 해당된다)를 갖는다. 이것은 자체의 높은 연화점(softening point)(800℃ 이상)에 의해 야기되는 내열 유리 특징들과 높은 "변형점" 때문에 플라즈마 스크린에 적용되도록 하는 적합한 특징들을 지닌다.

높은 규토 함유량, 이러한 높은 규토 함유량은 경제적 관점에서 또한 유리하다.

삭제

그리고, 예를 들면 Ni, Cr, Co 등의 산화물과 같은 착색 산화물을 선택적으로 포함한다(이러한 유리들은 특히 점성이 있는 특징을 갖는다).

이러한 계통의 조성을 나타내는 일 예는 다음과 같다 :

SiO₂ 76.4%

Fe₂O₃ 0.1%

Al₂O₃ 0.1%

CaO 7.6%

MgO 5%

Na₂O 10%

K₂O 0.3%
기타 산화물 0.5%.

이것은 약 2.46(생-고뱅 비트라쥬로부터 판매되는 "플래닐룩스(Planilux)" 타입의 표준 규토-소다-석회 유리의 상대 밀도 2.52와 비교하여)의 상대 밀도를 갖는다.

본 발명에 따른 공정이 환원된 유리를 얻는데 사용될 수 있다는 것이 또한 위에서 제시되었고, 환원된 유리의 높은 산화 환원 반응성, 철 함유량 및 매우 낮 은 황산염 함유량은 유리로 하여금 잔류 파랑색이 얻어지는 것을 허용한다.

본 발명에 따른 공정을 사용함으로써, 영(zero) 또는 거의 영에 가까운 함유량의 Na₂O 타입 알칼리 금속 산화물을 갖는, 특히 내화성의 창유리 또는 전자 산업에 사용되는 기판에 적용하기 위한 목적의 유리를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 조성에 대해서, 특히 유럽 특허 EP-526,272호 및 EP-576,362호가 참조될 수 있다.

본 발명의 공정을 이용하여 특히 유럽 특허 EP-688,741 및 WO 96/00194호에 기술된 종류의 낮은 MgO 함유량을 갖는 다른 유리들이 또한 제조될 수 있다.

그래서 제 1 실행 방법이 도 1에 도시되었으며 : 도관(1)은 지붕(3)을 통해서 용융 챔버(2)로 유리화 가능한 재료의 일부를 도입시키고 동시에 연소 연기를 제거한다. 이 연소 연기는 유리화 가능한 상기 재료를 예열하게 되며, 그래서 이 재료의 열에너지가 회복된다.

그래서 용융물(7)의 위로 도입될 수 있는 배치 재료는 특히 규토를 포함하며, 이 규토는 고체 덩어리 안으로 들어가지 않고도 예열될 수 있다. 용융물(7)의 높이 아래에 위치한 최소한 일 지점(1')에서 배치 재료의 나머지가 분사되며, 특히 이송 나사에 의해 공급되는 개구부를 통해서 분사된다. 여기서는 오직 하나의 분사 지점만이 도시되었으며, 이러한 분사 지점은 용융물의 총 높이(B)에 대해서 다소 높은 곳, 이 용융물의 총 높이의 2/3 정도와 상기 챔버의 전방 벽 상에 더 위치될 수 있다.

실제로, 여러 개의 분사 지점이 벽(전방 벽 또는 측 벽)에 구비될 수 있는데 이 분사 지점들은 상기와 같은 높이에 있거나 또는 같은 위치에 있지 않을 수 있는데, 특히 예를 들면 이 높이의 1/3 내지 2/3 사이와 같이, 상기 높이(B)의 상부 반 위치에 또는 하부 반 높이에 위치될 수 있다. 사실, 용융물로의 이러한 직접 분사는 용융물(고체 분진 입자의 방출) 위에서 날아가 버리는 재료량을 크게 감소시키는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 배열에 따라. 대류 교란이 가장 강렬한 지점에 재료를 유도하는 것 및/또는 이러한 재료가 정제 영역으로 통과되기 전에 적어도 용융 챔버(2)에서 최소 시간동안 머무르도록 고려되는 것이 가능하다.

상기 챔버의 바닥(4)에는 버너(5)의 열(row)이 구비되어 있는데, 이 버너들은 챔버의 바닥을 통하여 지나가고 약간의 높이만큼 위로 용융 챔버를 관통한다. 이 버너들(5)은 도시되진 않았지만 물 재킷 종류의 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이 버너들(5)은 작동시 영역(6) 내에서 연소 영역을 발생시키며, 이 연소 영역은 버너 근처에서 액화될 유리화 가능한 재료 내에서 대류 유동을 발생시킨다. 이 대류 교란은 상기 용융물(7) 전체에 열 에너지를 전달하는 포말을 형성시킨다. 예를 들면, 규토-소다-석회 유리 계통의 표준 유리 같은 경우 약 1350℃정도에서 용융이 일어나는 것이 바람직하다.

상기 챔버(2)의 벽들은 여기서 용융물(7)과 접촉하는데, 물-재킷 타입(미도시됨)의 냉각 시스템에 의해서 외부가 냉각되는 내화성 재료로 만들어진다. 금속 벽을 구비하는 상기 냉각 시스템이 내화 재료에 마주하여 내부 벽 상에 놓여 있으며 그래서 용융물과 접촉하게되는 일 변형이 있다. 이러한 두 변형은 내화 재료의 벽 근처의 유리를 표면 냉각함으로써 내화 재료의 마모를 늦추는 것을 가능하게 한 다.

버너(5)의 작동이 도 5a 및 도 5b에 매우 도식적으로 도시된 방법으로 액침된 용융에 적합하도록 되어있다. 도 5a는 버너(5)의 길이 방향 단면을 나타내며, 도 5b는 도 5a에 AA'로 표시된 평면의 횡단면을 도시한다. 이 버너는 물-재킷 타입의 냉각 시스템(60)으로 재킷이 씌워져 있으며 중심부 파이프(61)를 구비하는데, 이 중심부 파이프 주위에는 동심축 상에 위치된 다수의 파이프(62)가 있으며, 모든 이러한 파이프의 원통형 단면은 버너(63)의 돌출부로 나와 있다.

정상 작동(작동[a])의 경우에, 천연가스 타입(또는 다른 가연성 가스 또는 연료용 오일)의 가연성의 가스가 상기 파이프(61)로 공급되며, 상기 파이프(62)에는 산화제가 공급되는데, 이 경우에는 예를 들면 산소가 되며, CH₄/O₂의 상호 반응이 용융물의 연소 영역에서 일어난다.

안전 작동(작동[b])의 경우에, 다시 말하면 버너가 완전히 유리로 덮여지는 위험이 발생하지 않으면서 버너에서 연소가 중지되는 것을 원할 때, 상기 파이프(61) 및/또는 상기 파이프(62)를 통하여 질소가 분사된다.

버너가 다른 버너로 교환될 수 있도록 허용하는 작동(작동[c])의 경우에는, 물이 파이프(61)를 통하여 분사되며, 이렇게 분사된 물은 버너 내에 있을 때조차 또는 버너를 빠져나간 바로 후에 순간적으로 증발하게 되며, 이렇게 생성된 수증기는 버너의 위에서 냉각된 유리의 일종의 지붕(roof)을 생성하게 되는데 ; 그러면 버너의 작동이 멈추게 되며 "지붕"이 붕괴되기 전에 버너 교환을 수행할 수 있는 충분한 시간이 생기게 된다. 이렇게 분사된 물은 파이프(62)(이번 작동 모드에서 파이프(61)와 파이프(62)의 역할은 또한 반대가 될 수 있다)에 의해서 최소한 일부분이 버너 내에서 모아진다. 그래서 유리를 동결시킬 수 있는 임의의 다른 냉각제가 또한 대체될 수 있다.

위에 기술된 버너와 이러한 버너의 다양한 작동 모드는 본 발명의 일 주제를 형성하게 되는데, 이것은 유리 플랜트와 연관된 전체적인 용융 및 정제 작업과는 독립적이다.

액침된 버너에 의한 용융에 의해 야기되는 용융된 포말 상태의 유리는 그리고 나서 플러그-타입(미도시됨)의 유동을 조절하기 위한 수단이 선택적으로 구비되어 있는 도관(8)에 의해 바닥 부분에서 추출된다. 그래서 정지 상태의 정제 컴파트먼트로 들어가는 포말 상태의 유리의 유동이 제어될 수 있다. 이 컴파트먼트는 러너(runner)(10)와 지붕(11)에 의해서 한정되는 채널(9) 형태이다. 여기에는 산소 버너(12)들이 구비된다. 유리화 가능한 재료는 상기 채널을 통하여, 약 5 내지 10 cm의 높이 (H)의 위로 귀환 흐름이 발생하지 않으면서 흐른다. 이 높이는, 용융 챔버(2)와 채널(9) 내의 용융 재료의 밀도 및 이 두 영역 내의 용융물의 높이(11과 12)를 고려하면서, 채널(9) 내에 원하는 플러그 유동을 갖도록 조절된다. 원하는 박층을 얻기 위해서, 상기 챔버(2)의 바닥(4)의 높이에 대해서 상기 채널(9)의 러너(10)의 높이를 상승시키는 것이 필요하다.

상기 채널(9)의 출구 측면에서, 용융물에서 조절 가능한 깊이로 나와있는 액침된 댐(13)은 출구 유동이 조절되도록 허용하며 ; 형성하는 플랜트 (예를 들어, 플로트 배쓰 챔버)로 공급하기 위해서 상기 채널(9)의 단부에서 정제된 유리가 쏟아져 나온다. 그래서 정제는 유리의 매우 얕은 깊이 상에서 수행되게 되며, 이것은 기포들이 표면으로 가는 경로를 단축하게 되고(이러한 기포들이 이미 대부분 200㎛ 이상이 되었을 때 기포들의 상승률은 더 촉진되게 된다) 그리고, 얻어진 플러그 유동 때문에, 용융물 속에서 기포들이 상승하는 도중에 다시 침수되는 것을 방지하게 된다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.

도 1과 비교해 볼 때 중요한 차이점은 챔버(2)의 내화 재료 벽이 보호되는 방법에 있다. 용융물(7)에 액침된 상태로, 여기에는 용융 챔버의 공동부(cavity)의 형상에 알맞게 되어있는 몰리브덴으로 만들어진 얇은 벽(40)을 포함하는 내화 금속의 라이닝이 존재하며, 적절한 스페이서(spacer)에 의해서 내화 재료 벽으로부터 1 내지 몇 mm 정도 거리가 떨어진 위치에 고정되어 있으며/또는 용융물 내에서 용융물의 위에 위치한 내화 벽 또는 천장에 매달려 있다.

이 박판(40)은 구멍이 뚫어져 있으며, 버너(5)에 의해서 관통될 수 있도록 하기 위해 수평 영역에서 바닥 벽(4)이 라이닝되어 있을 뿐만 아니라, 이 박판의 모든 다른 벽에서 구멍에 균일한 칸막이가 구비되어 있는데 : 이 구멍은 그래서 내화 재료와 용융 유리 사이의 접촉을 방해하지 않지만, 이 박판은 내화 재료 근처에서 유리의 대류 운동을 기계적으로 방해하며 그래서 내화 재료의 마모 속도를 감소시키게 된다. 라이닝(40)의 벽에 있는 구멍(41)들은, 바닥 벽을 라이닝하는 구멍들과는 별도로, 원통형인 것이 바람직하며 다양한 치수로 되어있고, 바닥 벽측상의 벽에 있는 구멍들은 버너(5)가 이 구멍들을 통과하는 것이 허용될 수 있는 충분한 크기의 구멍(42)들을 최소한 포함한다. 유리가 도관(20a)을 통해서 제거될 수 있도록 상기 라이닝(40)은 상기 챔버의 하류방향의 횡 벽을 라이닝하는 벽에 (43 위치에서) 또한 넓게 구멍이 뚫어져야 한다. 배치 재료를 도입하기 위해서 영역(1')에도 똑같이 적용되며 : 내화 재료로 만들어진 벽에 형성된 구멍과 몰리브덴으로 만들어진 라이닝 사이에 반드시 상보성이 있게된다.

이 몰리브덴 라이닝은 그 자체로 하나의 발명이며, 이것은 임의의 후속하는 정제가 수행되는 방법과 관계없이 액침된 버너에 의한 용융을 위한 챔버와 결합하는데 특히 적합하다. (앞의 도면에 도시되어 있는 내화 재료의 외부 측면 상에서 또는 유리 측의 냉각에도 똑같은 것이 적용된다).

유리가 용융 챔버로부터 추출되는 방법에 있어서 도 1과 비교하여 또 다른 차이점이 존재한다. 도 2의 경우에, 수평의 제 1 부분(20(a))과, 수직의 제 2 부분(20(b)) 및 원심 분리기(21) 장치로 공급하는 수평의 제 3 부분(20(c))으로 분리되는 공급 파이프(20)에 의해 약간 "높은 곳(higher up)"에서 유리가 추출된다. 또 다른 변형은 용융 챔버로부터 상단에서 추출되는 용융 유리를 포함하며, 예를 들면 유리 제조 분야의 당업자에 잘 공지된 바와 같이 액침된 도관과 같은 수단에 의한 것이 있다.

도 3은 용융 챔버(2)로부터 추출되는 용융된 포말 상태의 유리를 공급하기 위한 도관(20)의 수평 영역(20(c))에 초점을 맞추고 있으며, 이 챔버는 파이프(20')를 통해서 원심 분리기(21)의 본체에 용융된 유리를 공급한다. 상기 원심 분리기(21)는 정제될 유리가 공급되는 목(neck)(35)과 금속 플레이트(24) 사이에 있는 상부 부분(22)과, 금속 플레이트(24)의 아래에 있는 하부 부분(30)을 구비한다. 원심 분리기로 들어가는 유리의 유동을 제어하기 위한 수단(미도시됨)이 구비될 수 있다.

상기 목(35)을 통하여 원심 분리기 안으로 내려가는 유리는 금속 플레이트(24)에 의해서 낙하가 멈추게 되는데, 이 금속 플레이트(24)는 위에 기술된 상기 칸막이(34)의 상부 부분과 함께 일종의 수집기 "바스켓(basket)"을 생성한다. 원심력 때문에, 유리는 영역(26)에서 상승하고 그래서 상기 칸막이(34)의 위로 넘치는 경향이 있는데 ; 그래서 유리는 한 편으로는 상기 원심 분리기(21)의 내부 벽(33)에 의해 다른 한 편으로는 원심 분리기의 공동부에 위치된 칸막이(34)에 의해 포함되는 박층의 형태로 상기 영역(26)으로부터 영역(30)으로 흐르게 된다. 상기 내부 벽(33)은 반경 R0의 거의 원통형의 형태로 되어있으며 상기 칸막이(34)는 반경 R1의 원통형의 영역(34(a))을 구비하는데, 이 영역은 바닥 부분에서 영역(34(b))으로 닫혀져 있다. 이 칸막이(34)에는 상기 플레이트(24)와 마찬가지로 센터링(centring) 수단(미도시됨)이 구비되어 있다. 만약 칸막이(34)가 없는 경우 원심 효과 때문에 상기 유리가 갖게되는 포물선 형상이 점선으로 도식적으로 도시되어 있다.

상기 칸막이(34)와 플레이트(24)는 유리에 완전히 잠기게 되는 부분은 적어도 몰리브덴으로 만들어질 수 있다.

원심 분리기(21) 본체의 내부 벽(33)의 외부 셸(shell)은 단열재(31)를 포함 하는 전기 주조 내화 부분(32)을 포함할 수 있는데, 이 단열재는 원심력에 의해서 분쇄되지 않도록 합체되어 있다. 또한 상기 부분(30)의 내부(또는 불연속적인) 벽 주위를 둘러싸는 노치 또는 그루브(28)가 구비되어 있는데, 이것에 의해서 내화 재료를-함유하는 타입의 유리 밀도보다 큰 밀도를 갖는 모든 고체 입자가 걸리도록 한다. 원심 정제되는 동안에, 유리보다 밀집한 고체 입자들이 상기 벽에 대해서 뿌려지게 되며 그루브(28)에 걸려지게 되는데 이곳에서 더 이상 그루브의 밖으로 나올 수 없게 된다. 다른 한편으로, 기포들은 칸막이(34)에 대해서 원심 분리기 본체 내부 방향으로의 구심력의 작용 하에 파열된다. 결국은, 상기 부분(30)의 최하 부분에서, 채널을 통하여 거의 깔때기 형상의 수용부 헤드(29)에 의해서 상기 정제된 유리가 추출된다. 표준 작동 조건하에서, 유리-가열 수단을 제공하는 것은 필요하지 않으며, 회전 속도는 700 RPM 정도가 될 것이며, 원심분리기의 높이 h는, 예를 들면 1 내지 3미터가 될 것이다.

제 3 실시예가 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있으며, 이 도면은 도 1의 용융 챔버와 동일한 용융 챔버(2)를 도시하며, 추가적인 개략도이며 다중 박층으로 정제하기 위한 시스템을 포함한다. 여기서, 용융과 정제는 그래서 동일한 용융 챔버 내에서 행해지며, 총형 기계에 직접 공급하기 위해서 유리는 바닥 부분에서 배출 오리피스(8')를 통하여 도관(8)으로 추출되며, 특히 광물 면 섬유 또는 병이나 플라스크를 형성하기 위한 기계로 공급된다(이러한 정제 시스템은 하류 방향의 컴파트먼트에 또한 위치될 수 있다). 이러한 정제의 원리는 다음과 같다 : 몰리브덴(또는 플래티넘)으로 만들어진 튜브형 요소(50)가 사용되며, 이 요소의 직사각형 횡단면이 도 4d에 도시되어 있다. 이러한 튜브들은 벽(51)들에 의해서 세로 방향으로 구획되어 있으며, 이것에 의해서 상기 튜브의 단부에서 개방되어 있는 얇은 "박판(52)"을 형성하게된다(예를 들면 5 내지 30 개의 박판). 이러한 튜브(50)들은 도 4a(용융 챔버의 길이 방향의 단면도) 및 도 4b(상기 챔버의 입면도)에 도시된 바와 같이 용융될 유리화 가능한 재료(이제부터는 "용융물(melt)"이라고 명명됨)의 배쓰(bath)속에 잠기게 된다. 이 두 개의 튜브(50)는 상기 챔버의 측벽에 고정되며, 예를 들면 바닥(4)의 평면에 대해서 α의 각도로 경사가 지도록, 또는 상기 α의 각도로 노의 가로 방향 축 X와 만나는 축 Y를 따라서 내화 재료의 경사로(ramp)에 얹힘으로써 벽에 고정되도록 한다.

상기 두 개의 튜브(50)는 이와 같은 방법으로 배치되는데, 왜냐하면 이 두 개의 튜브가 노의 벽에 수월하게 고정될 수 있고 버너로부터 상당한 거리에 있기 때문이다. 상기 배열은 버너의 근처에서 발생하는 강렬한 가열로부터 몰리브덴이 보호되도록 한다. 마찬가지로, 상기 튜브들이 공기 중에서 산화되는 것을 방지하기 위해서 완전히 잠기는 것이 바람직하며, 그렇지 않은 경우 용융물의 위로 비-산화적인 분위기(특히 N₂ 분위기)를 제공하기 위해 대안적인 것이 있을 수 있다. 상기 두 개의 튜브(50)는 상기 챔버의 배출 오리피스(8)를 공급하는 수집기 튜브(55)로 나와 있다.

정제 과정이 다음의 방법으로 실행되며 : 정제될 가스가 상단 부분(53)에서 튜브(50)의 단면으로 들어가며 그리고 나서, 전형적인 박판(52)을 보여주는 도 4c 에 도시된 바와 같이 박판(52)에서 단지 중력에 의해서 하강 경로로 흐르게 된다. 이러한 박판(52)에서의 유리의 속도는 박판의 중심부에서 최대가 되며, 이러한 박판을 포함하는 벽(53, 53')에서는 훨씬 느리다. 기포(60)들과 관련하여, 이 기포들은 상승하여 상기 박판(52)의 상단 벽(53)에 신속하게 도달하며, 그래서 도 4c에 화살표로 표시된 유리의 하강 유동으로부터 분리된다. 다시 상승하여, 유리의 유동에 대한 반대 흐름으로 기포들은 튜브(50)의 입구(66) 쪽으로 향하게 되는데, 반면에 기포들이 제거된 유리는 상기 박판(52)의 바닥 부분(56)에 이르게 되고 상기 수집기(55)를 통해서 상기 용융 챔버로부터 곧바로 일소된다.

이 시스템은 각 박판(52)의 높이 h가 작을수록 또한 그 표면적이 넓을수록 훨씬 더 효과적이다. 이것은 상대적으로 큰 직경을 갖는 기포를 발생하는 경향이 있고 그래서 신속하게 제거될 수 있는 액침된-버너에 의한 용융에서 특히 적절하다. 또한 용융 챔버(또는 박판이 위치해있는 하류 방향의 컴파트먼트)의 길이에 따라 박판의 길이와 경사각을 적절하게 선정함으로써, 제거될 기포들의 크기, 용융 챔버의 출구 및 유리의 점성도에 따라 달라지는 상기 박판의 수, 높이 및 활성 표면적을 계산하는 것이 가능하다. 예로서, 하루에 200 ton의 유리를 제조하는 용융 챔버의 경우에 있어서, 250 마이크론보다 큰 직경을 갖는 모든 기포를 제거하기 위해서, 튜브(50)들은 약 6000 ㎜의 노 길이에 대해서 400×520×6550 ㎣의 치수를 가지며 각 튜브는 20 개의 박판을 포함할 수 있다.

본 실시예의 일 변형은 하류 방향 컴파트먼트에 있는 유사한 박판에 요소들을 위치시키는데 있다.

모든 경우(정지 또는 원심 정제 장치)에 있어서, 현재 이용할 수 있는 용융/정제 장치의 크기는 엄청나게 감소될 수 있다는 것이 명백하다. 유리화 가능한 재료에 정제 촉진제를 첨가하는 것이 또한 유리한데, 특히 작은 입자 크기를 갖는 코크스, 황산염, 질산염, 불소 및 염소와 같은 것이 있으며 이러한 정제 촉진제의 기능은 위에 기술되어 있다.

(용융 컴파트먼트 및 정제 컴파트먼트의 두 경우 모두에 있어서, 몰리브덴을 플래티넘으로 교체하는 것이 가능하다).

액침된 버너에 의한 용융과 감소된 압력을 사용하는 정제 단계의 결합이 지극히 유리하지만, 본 발명은 이 두 측면이 별도로 취해지는 것에도 또한 관련된다는 것을 강조하는 것이 중요하다. 그래서, 액침된 버너에 의한 용융과 표준 정제 단계의 결합에 의한 방법 및, 반대로, 종래 기술의 가열 수단을 사용하는 용융 단계에 이어지는, 감소된 압력에 의한 정제 단계를 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 위에서 강조된 시너지 효과가 더 이상 얻어질 수 없다 하더라도 본 발명의 범주 내에 여전히 남아있게 된다.

더 이상 일반 개념의 용어로 임의의 정제를 이용하지 않고 액침된 버너에 의한 용융 방법의 사용이 바람직할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 이것은 섬유화(fiberizing)하는 분야의 경우에 해당될 수 있는데, 여기서는 내부 원심 액침된 버너에 의한 용융을 이용하여 얻어진 포말 상태의 유리를 섬유화 기계에 직접 공급하는 것을 생각해 볼 수 있으며, 이 원심법은 반드시, 사실상 유리의 정제로 달성되는, 상기 섬유화 기법에 의해서 이행되어야한다. 예를 들면 빌딩 산업에 있어서 단열재로서 사용되는 포말 상태의 유리를 제조하는 목적으로 용융 작업으로부터 나오는 포말 상태 유리를 직접 처리하는 것 또한 생각해 볼 수 있다.

상기 방법의 용융을 유리/금속 또는 유리/플라스틱 복합 제품의 재활용에 적용하는 것이 또한 가능하며, 위에 언급된 바와 같이, 사용 가능한 유리를 생산하거나 종래의 유리-제조 노에 공급하기 위한 파유리를 생산하기 위한 것에 적용이 가능하다(특히, 더 종래 기술의 유리화 가능한 재료의 나머지에 대한 이러한 복합 제품의 비율에 따라 달라진다).

Claims

유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법으로서,

유리화 가능한 상기 재료를 용융하는데 필요한 열 에너지의 전부 또는 일부는 산화제 가스를 포함한 연료(들)의 연소에 의해서 공급되는데, 상기 연료(들)/가스 또는 상기 연소로부터 발생하는 가스 생성물은 유리화 가능한 재료 덩어리(7)의 높이보다 아래로 분사되고,

용융 후 유리화 가능한 상기 재료의 정제는 "박층(thin layer)" 형태로 이루어지는 것을

특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항에 있어서, 상기 산화제는 공기, 산소가 풍부한 공기 또는 산소 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유리화 가능한 상기 재료의 용융은 버너(5)들이 설치된 하나 이상의 용융 챔버(2)에서 일어나는데, 상기 버너는 연소 영역(6) 또는 연소 가스가, 용융될 유리화 가능한 재료 덩어리(7)에서 발생하도록, 상기 용융 챔버의 측벽을 관통하고/관통하거나 바닥(4)을 관통하고/관통하거나 천장(3)이나 상부 구조물로부터 매달려있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 있어서, 산화제 가스(들)와 화석 연료의 연소 또는 상기 연소를 통해 발생하는 가스에 의해 생성되는 상기 연소 영역(6)은 유리화 가능한 상기 재료(7)를 대류 교란시키는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 있어서, 상기 연료/연소 가스들이 유리화 가능한 상기 재료 덩어리 안에 머물러 있도록, 상기 용융 챔버(2) 안의 유리화 가능한 상기 재료 덩어리(7)의 높이 및 연소에 의해 생기는 연소 영역(6)/가스들이 발생하는 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용융보다 유리화 가능한 상기 재료를 최대 900℃로 예열하는 단계가 선행되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유리화 가능한 상기 재료는 배치(batch) 재료 또는 파유리(cullet) 또는 유리화 가능한 파편 또는 가연성 요소 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 정제 작업은 유리와 같은 종류의 유리화 가능한 용융 재료 상에서 포말 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 8항에 있어서, 상기 정제는 대부분의 기포 직경이 최소 100㎛인 유리와 같은 종류의 유리화 가능한 용융 재료 상에서 포말 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유리화 가능한 상기 재료는 정제 촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용융은 최대 1400℃에서 수행되고, 상기 정제는 최대 1500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 정제는 상기 용융 챔버(2)의 하류 방향에 유동-도관 형태(9)로 놓여있는 하나 이상의 정지 컴파트먼트에서 이루어지고, 정제될 유리화 가능한 상기 용융 재료는 최대 15cm 두께인 플러그-유동과 같은 종류의 유동으로 박층 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 12항에 있어서, 상기 하나 이상의 수단은 유리화 가능한 상기 용융 재료 덩어리 안에 귀환 유리 흐름의 형성이 상기 컴파트먼트(들)(9)를 통하여 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 있어서, 상기 정제는 실제 용융 챔버(2) 내에서 또는, 상기 용융 챔버의 하류에 놓여있고 유리화 가능한 용융 재료가 중력에 의해서 두 개의 인접 벽(53, 53') 사이에 있는 하강 경로를 따라가도록 강제하는 하나 이상의 정체 컴파트먼트에서 이루어지는데, 상기 두 벽들은 필수적으로 서로 평행하며 일부분이 유리화 가능한 상기 용융 재료 덩어리 내에 잠겨 있고 상기 용융 챔버 또는 상기 하류의 컴파트먼트의 바닥의 평면에 대해서 경사진 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 14항에 있어서, 상기 벽들은 거의 직사각형 단면의 세로 방향으로 구획된 하나 이상의 튜브(50)로 합체되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 있어서, 상기 정제는 상기 용융 챔버(2)의 하류에 놓여있고 원심 정제를 보장하기 위해 회전이 가능한 하나 이상의 컴파트먼트(21)에서 이루어지되, 상기 컴파트먼트에는 유리화 가능한 용융 재료가 최소 0.8의 "두께" R1/R0 또는 최대 10cm의 절대 두께 이상으로, 박층에서 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 있어서, 유리화 가능한 상기 재료의 전체 또는 일부는, 용융될 유리화 가능한 상기 재료 덩어리의 높이 아래에 있는 용융 챔버(2)로 도입되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 3항에 기재된 방법을 수행하도록 의도된 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치로서,

천연 가스 종류의 화석 연료(들)와 공기 또는 산소와 같은 종류의 산화제(들)가 공급되는 버너(5)들이 구비되어 있는 하나 이상의 용융 챔버(2)로서, 상기 버너는 상기 연료들/가스들 또는 상기 버너들의 연소로 발생하는 가스들이 상기 용융 챔버로 도입된 유리화 가능한 상기 재료 덩어리(7)의 높이보다 아래로 분사되도록 위치되는, 하나 이상의 용융 챔버(2)와,

유리화 가능한 상기 용융 재료를 상기 실제 용융 챔버(2) 또는 상기 용융 챔버의 하류에 있는 하나 이상의 정제 컴파트먼트(9, 21)에서 "박층"의 형태로 정제되도록 하는 수단을

포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 정제 컴파트먼트(들)(9)는 정지해 있으며 채널(10)과 루프(roof)(11)를 포함하는 유동 도관을 구비하되, 유리화 가능한 상기 용융 재료가 상기 도관에서 플러그-유동과 같은 종류의 유동에 의해 특히 15㎝ 미만의 깊이 상에서 박층 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단은, 최소한 상기 도관의 평균 너비에 대한 평균 높이의 비율로 선정하는데, 상기 비율은 1보다 작은 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 정제 컴파트먼트(들)(9)는 정지해 있으며 채널(10)과 루프(roof)(11)를 포함하는 유동 도관을 구비하되, 유리화 가능한 상기 용융 재료를 상기 도관에서 특히 15㎝ 미만의 깊이 상에서 박층 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단은, 상기 정제 컴파트먼트(9)의 입구 또는 출구에서 유리화 가능한 상기 용융 재료의 유동을 조절/규제하는 하나 이상의 수단인 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 유동 도관(9)은 가열 수단, 산소 버너(13)를 구비하는 종류의 가열 수단을 유리화 가능한 상기 용융 재료의 위에 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 유동 도관은 유리화 가능한 상기 재료를 균질화(homogenizing)하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 용융 챔버(2) 또는 상기 용융 챔버의 하류에 있는 정제 컴파트먼트는 박막(thin-film) 정제를 위한 하나 이상의 구조 수단을 포함하는데, 상기 하나 이상의 구조 수단은 서로 평행한 두 개의 인접한 벽(53, 53')의 형태이며, 유리화 가능한 상기 용융 재료 덩어리 안에 최소한 부분적으로 잠기며 상기 챔버 또는 상기 컴파트먼트의 바닥에 대해서 경사지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 23항에 있어서, 상기 벽들은 거의 직사각형 단면을 갖고, 세로 방향으로 분할되어 있는 하나 이상의 튜브 형태 요소(50)와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 24항에 있어서, 상기 튜브형태의 요소(들)(50)는 상기 용융 챔버(2) 내에 있으며 상기 챔버의 하류에 있는 방출 개구부(8)로 나와있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 정제 컴파트먼트는 원심 정제를 보장하기 위하여 회전이 가능한 하나 이상의 장치(21)를 포함하되, 상기 장치의 내부 벽들(33)은 상기 장치의 중심부에 있는 수직의 중공 원통 형태의 공동부(cavity)를 한정하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 26항에 있어서, 상기 회전 가능한 장치(21)는 상기 장치의 높이의 최소한 일부분에 걸쳐 칸막이(34)가 구비된 상기 동공부에 제공되며, 유리화 가능한 상기 용융 재료를 상기 장치의 상기 내부 벽(33)과 상기 칸막이(34) 사이로 흐르도록 강제하며, 상기 벽과 상기 칸막이 사이의 평균 거리가 상기 박층의 "두께"로 정의되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 27항에 있어서, 상기 벽과 상기 칸막이 사이의 평균 거리가 최소 0.8로 이들의 반경 R1/R0의 비로 정의되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 26항에 있어서, 상기 장치의 벽들이 전기 주조 형태의 내화 부분(32)으로 라이닝(lining)되며, 상기 내부 부분은 원심력에 의해서 분쇄되는 것을 피하도록 병합되어 있는 단열재(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 26항에 있어서, 상기 장치(21)는 고체 입자를 걸러내기 위한 하나 이상의 수단을 구비하되, 상기 수단은 상기 장치의 내부 벽(33)에 만들어진 노치/그루브(28) 형태인 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)는 용융될 유리화 가능한 재료 덩어리의 높이보다 아래에 유리화 가능한 재료를 도입하는 하나 이상의 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 23항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)의 벽은 물과 같은 종류의 유체를 사용하는 냉각 시스템과 결합된 내화 재료를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 23항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)의 벽은 몰리브덴과 같은 종류의 금속의 라이닝에 의해서 라이닝(40)되어 있는 내화 재료를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 33항에 있어서, 상기 라이닝(40)은 상기 내화 재료를 포함하는 벽으로부터 일정 거리에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 33항에 있어서, 상기 라이닝은 용융된 재료와 접촉하기 위해 연속적이거나 구멍(41)이 뚫린 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 18항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)의 상기 버너(5)들 중 몇 개 이상은 연소에 참여하지 않는 유체를 산화제 또는 연료의 대용으로 유리화 가능한 상기 재료 덩어리에 분사될 수 있도록 또한 설계되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 방법으로서,

전자 산업을 위한 평판 유리의 제조와, 병 또는 플라스크와 같은 종류의 중공 제품의 유리 제조, 또는 유리 면 또는 강화용 유리 섬유의 제조에 사용하는 방법.
제 19항에 기재된 장치로서,

전자 산업을 위한 평판 유리의 제조와, 병 또는 플라스크와 같은 종류의 중공 제품의 유리 제조, 또는 유리 면 또는 강화용 유리 섬유의 제조에 사용하는 장치.
제 7항에 있어서, 유리화 가능한 상기 재료는 특히 유리-플라스틱 복합재, 유리-금속 복합재, 유기 재료, 또는 석탄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 8항에 있어서, 포말 상태인 유리와 같은 종류의 유리화 가능한 상기 용융 재료의 밀도는 약 0.5 내지 2 g/㎤인 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 9항에 있어서, 상기 정제는 대부분의 기포 직경이 최소 200㎛인 포말 상태인 유리와 같은 종류의 유리화 가능한 용융 재료 상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 10항에 있어서, 상기 정제 촉진제는, 평균 입자 크기가 200㎛ 미만인 코크스와 같은 종류의 환원성 첨가제, 황산염, 또는 플루오르 - 또는 염소를 주성분으로 한 첨가제, 또는 NaNO₃ 종류의 질산염 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 11항에 있어서, 상기 용융은 최대 1380℃ 또는 1350℃에서 수행되고, 상기 정제는 최대 1500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 12항에 있어서, 상기 정제는 상기 용융 챔버(2)의 하류 방향에 유동-도관 형태(9)로 놓여있는 하나 이상의 정지 컴파트먼트에서 이루어지고, 정제될 유리화 가능한 상기 용융 재료는 최대 10cm 두께인 플러그-유동과 같은 종류의 유동으로 박층 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제 방법.
제 19항에 있어서, 상기 정제 컴파트먼트(들)(9)는 정지해 있으며 채널(10)과 루프(roof)(11)를 포함하는 유동 도관을 구비하되, 유리화 가능한 상기 용융 재료가 상기 도관에서 플러그-유동과 같은 종류의 유동에 의해 특히 15㎝ 미만의 깊이 상에서 박층 정제되도록 강제하는 하나 이상의 수단은, 최소한 상기 도관의 평균 너비에 대한 평균 높이의 비율로 선정하는데, 상기 비율은 0.5보다 작은 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 32항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)의 벽은 용융되는 유리화 가능한 상기 재료 덩어리와 접촉하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 33항에 있어서, 상기 용융 챔버(2)의 벽은 용융되는 유리화 가능한 상기 재료 덩어리와 접촉하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 36항에 있어서, 상기 연소에 관여하지 않는 상기 유체는 N₂과 같은 종류의 불활성 가스 또는 물과 같은 종류의 냉각제인 것을 특징으로 하는 유리화 가능한 재료의 용융 및 정제를 위한 장치.
제 37항에 있어서, 상기 평판 유리는 잔류하는 청색을 갖고 태양 광선 차단 또는 내화성 기능이 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 38항에 있어서, 상기 평판 유리는 잔류하는 청색을 갖고 태양 광선 차단 또는 내화성 기능이 있는 것을 특징으로 하는, 장치.