KR20080083690A - 용융 유리 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 유리를 형성하기 위해 제1 용해로 내 유리 공급 물질을 가열하는 단계, 상기 용융 유리를 내화성 금속 연결 튜브를 통해 제2 용해로로 흐르게 하는 단계, 및 상기 제2 용해로 내 용융 유리를 가열하는 단계를 포함하는 용융 유리 형성 방법에 관한 것이다. 상기 내화성 금속 연결 튜브는 용융 유리가 과잉 냉각되는 것을 막고, 상기 제2 용해로에 유입되는 용융 유리가 상기 제2 용해로 내 용융 유리의 온도와 같거나 크도록 하기 위해 가열된다. 상기 방법을 수행하기 위한 장치가 또한 개시된다.

용융 유리, 용해로, 분말층, 다중-구역, 금속 연결 튜브, 내화성 물질

Description

용융 유리 형성 방법{METHOD OF FORMING A GLASS MELT}

본 발명은 용융 유리 형성 방법에 관한 것으로, 특히 다중 구역 용해 장치를 이용하는 용융 유리 형성 방법에 관한 것이다.

액정디스플레이(LCD들)는 조명을 위한 외부 광원에 좌우되는 수동 평판 디스플레이이다. 무알칼리 알루미노 실리케이트 유리는 일반적으로 LCD 시트 유리 응용에 사용된다. 상기 유리 군(group)은 배치(batch)(유리 공급) 물질이 충전되는 위치에서 용해로(용해장치)의 표면상에 안정적인 분말층(foam layer)을 생성하려는 경향이 있다. 유리가 전달 시스템에 유입되기 전에 그들이 제거되지 않는 한 상기 분말층은 완성 유리에 고체 "스톤(stone)" 또는 뚜렷한 "노트(knot)" 결함이 될 수 있는 고체 실리카 포함물을 함유한다. 상기 분말층은, 상기 용해장치의 전방 벽(front wall)에 도달하게 될 때, 유리 전달 시스템으로 배출하는 용해장치를 통해 고체 포함물을 전달할 수 있다는 것을 나타내었다. 이러한 고체 포함물은 완성 유리에서의 고체 결함이 될 수 있다. 상기 분말층은 또한 상기 용융 유리의 자유 표면 위의 연소 버너에 의해 공급된 열로부터 용융 유리를 단열시킨다. 상기 버너의 연이은 저조한 효율은 용융 유리를 형성하기 위해 필요한 에너지의 대부분은 상기 용융 유리의 자유 표면 아래에 서브병합된 전극으로부터의 줄열(Joule heating) 에 의해 제공된다는 것을 의미한다. 상기 결과적인 비교적 높은 수준의 전력은 전극 수명을 단축시키고 용해장치의 잦은 수리를 초래한다.

두 개 이상의 구역을 갖는 단일 용해장치는 분말층에 존재하는 실리카 포함물이 유리 전달 시스템에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제1 및 제2 구역으로 분리된 벽은 제1 구역의 분말층이 상기 제2 구역으로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 역사적으로, 다중 구역으로 나누는 상기 용해장치의 분배는 (하나의 큰 유리 용액기(bath)를 두 개의 작은 구역으로 나누는) 하나 이상의 슬롯 형태의 스로트(throat) 또는 터널 형태의 스로트에 연결된 두 개의 분리 챔버를 가진 내부적으로 냉각된 횡단 벽(cross wall)으로 실시되었다.

상기 횡단 벽의 경우에, 횡단 벽의 양 측면은 뜨겁고 유리에 의한 벽의 부식은 상대적으로 빠르다. 따라서, 공정 주기가 짧다. 용융 효율성은 상기 횡단 벽의 상단이 붕괴되거나(breached) 내부 냉각에 실패할 때, 냉각수가 즉시(그리고 폭발적으로) 용융 유리로 방출된다. 게다가, 상기 횡단 벽이 융합된(fused) 지르코니아 내화성 물질로 축조된다면, 횡단 벽의 전기 저항은 낮아질 것이며, 양 벽면은 뜨거워질 것이다. 상기 유리 용액기를 가열하는데 사용된 일종의 전류가 상기 횡단 벽을 통과할 수 있으며, 단독으로 그것을 가열하고 잠재적으로 용융물 내 지르코니아 포함물의 벽 또는 형성물이 생기지 못하게 한다. 일반적으로, 횡단 벽은 제한된 시간 주기 동안은 효과적이나 유리 용융 공정의 수명을 제한하는 부분을 나타낸다.

이러한 문제점에 대한 종래 방법은 상기 용해장치를 확장하는 것이다. 무분말(foam-free) 표면을 이루기 위해서는 적어도 현재 용융 표면 지역의 두 배를 필 요로 할 것으로 추정된다. 또한, 바람직한 수준으로 고체 및 기체 포함물을 줄이기 위해서는 총 확장된 용해장치 크기가 현재 표면 지역의 3배에 이르는, 또 다른 다중 지역을 필요로 할 것이다. 증가된 자본금과 동작 비용을 초래하는 그러한 용해로 규격의 증가는, 전극(일반적으로 산화주석)의 수가 필연적으로 증가할 것이기 때문에, 용융 유리의 주석석 실투(Cassiterite devitrification)가 발생할 수 있는 수준으로 상기 유리의 산화 주석의 양을 또한 늘리게 될 수도 있다.

용해장치는 또한 공동 벽(common wall)을 공유하지 않는 구역들로 분리될 수 있다. 이 경우에, 제1 및 제2 구역은 터널 형태의 스로트에 의해 연결되는 그들 자체 벽을 가질 수 있다. 이는 벽이 외부를 냉각되게 하지만 유리가 제1 구역에서 제2 구역으로 통과함에 따라 상기 유리가 온도를 잃을 수 있는 상기 용해 장치 내 상당한 가열되지 않은 지역을 발생시키도록 한다. 고체 포함물이 녹아나오거나 가스 포함물이 새어나오는 제2 구역의 효율성은 유리가 상기 제1 구역으로 배출될 때보다 더 차가운 상기 제2 구역으로 유입될 때 줄어든다. 게다가, 내화성 스로트 커버는 유리 수준으로 마멸될 것이며, 결국 제1 구역에서 제2 구역을 통해 통과하게 한다. 스로트 누출은 완전히 상기 공정의 중단(shutdown)을 야기할 수 있다.

분말층 내에 혼입된(entrained) 고체 포함물이 전달 시스템에 유입되는 것을 막는데 효과적인 두 구역으로 된 용해장치에 대해, 제1 및 제2 구역 사이의 간격(seperation)은 그 보전성을 계속 유지해야 한다. 그렇지 않으면, 상기 용해장치는 분말층이 전방-벽 쪽으로 움직이게 하고 상기 분말층에서의 고체 포함물을 상기 유리 전달 시스템으로 전달하게 하는 한 커다란 용기(container)가 된다.

둘 또는 그 이상의 구역으로 이루어진 용해 공정이 효율적일 때, 상기 분말층은 상기 제2 구역에서의 형성을 막고 추가 시간과 온도는 그것이 유입되는 고체 포함물이 녹아나오거나 가스 포함물이 새어나오는 상기 제2 구역에서 유효하다.

본 발명의 실시예들은 용융 유리 형성 방법 및 장치를 나타낸다.

간단히 설명하면, 본 방법의 일 실시예는 용융 유리를 형성하기 위해 제1 용해로 내에서 제1 온도로 유리 공급 물질을 가열하는 단계, 내화성 금속을 포함하는 연결 튜브를 통해 제1 용해로에서 상기 제1 용해로로부터 떨어진 제2 용해로로 용융 유리를 흐르게 하는 단계, 상기 제2 용해로에서 제2 온도로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 포함하되, 상기 연결 튜브를 통해 흐르는 용융 유리는 상기 제2 온도와 동일하거나 더 높은 제3 온도로 상기 연결 튜브에 의해 가열된다. 상기 내화성 금속은 상기 용융 유리에 상당한 불순물을 추가하지 않고 상기 제1 및 제2 용해로에서 높은 용융 온도를 견딜 수 있어야 한다. 상기 내화성 금속은 바람직하게는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 및 그의 합금으로 구성된 군(group)으로부터 선택된다.

상기 용해장치의 벽은 일반적으로 약 8인치 정도로 상당히 두꺼우며 그들 자신은 가열되지 않는다. 상기 용해장치의 벽을 통해 통과하는 용융 유리는 상기 두 용해로 사이의 통로 내에서 열을 잃는 것은 물론, 상기 제1 및 제2 용해로 사이를 전달하는 동안 열을 잃는다. 상기 제1 용해로로부터 상기 연결 튜브를 통해 상기 제2 용해로로 흐르는 용융 유리가 상기 제2 용해로에 유입되기 전에 적당한 온도로 존재하도록 하기 위해, 상기 연결 튜브는 적어도 상기 제2 용해로의 후방 벽 내에서 가열되고, 바람직하게는 상기 제1 용해로의 전방 벽과 상기 제2 용해로의 후방 벽 사이에서 또한 가열된다. 상기 제1 용해로 내에서 상기 연결 튜브를 가열하는 것이 수행될 수 있으나, 일반적으로 불필요하다. 상기 전달 튜브는 외부 전원으로부터 튜브를 통해 직접 전류를 흐르게 하거나, 또는 상기 튜브의 유도 가열에 의해 전류를 흐르게 하는 것을 포함하여 다양한 방법으로 가열될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 용해로의 용융률은 상기 제1 용해로의 용융률의 약 50%와 90% 사이이다. 상기 제2 용해로 내의 용융 유리는 또한 기계적으로 교반될 수 있다. 기계적 교반(agitation)은, 예를 들면, 상기 제2 용해로 내의 용융 유리를 통해 가스를 버블링(bubling)함으로써 수행될 수 있다. 산소는 적당한 가스 중 하나이나, 공기와 비활성 가스들 또한 허용가능한 대안제이다. 유리하게는, 산소는 상기 용융 유리 내 다가(multivalent) 정련제를 재충전하거나 재장전하는데 사용될 수 있다. 산소를 갖는 상기 정련제를 재장전하는 것은 재장전 동안 상기 용융 유리의 온도가 낮아질 때 가장 효과적이다.

한 특정 실시예에서, 내화성 금속 전달 튜브와 접촉하는 대기 중 수소의 부분 압력은 상기 전달 튜브를 통하여 통과하는 용융 유리의 강력한 비등을 촉진시키기 위해 제어될 수 있다. 이는 수소의 부분 압력이 상기 용융 유리 내 수소의 부분 압력보다 낮도록 상기 튜브 외부의 대기 중 수소의 부분 압력을 낮춤으로써 달성될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법들을 수행하기 위한 장치를 제공함으로써 검토될 수 있다. 이점에 있어서, 기타 장치들 중 그러한 장치의 일 실시예는 용융 유리를 형성하기 위해 유리 공급 물질을 가열하기 위한 제1 용해로에 의해 폭 넓게 요약될 수 있으며, 상기 제1 용해로는 전방 벽, 후방 벽을 포함하는 제2 용해로, 상기 제1 용해로에서 상기 제2 용해로로 용융 유리를 수송하기 위해 상기 제1 및 제2 용해로를 연결하는 내화성 금속 튜브를 포함한다. 상기 튜브는 상기 튜브를 통해 직접 전류를 흐르게 하거나, 또는 유도 가열에 의해 전류를 흐르게 함으로써 가열될 수 있다.

상기 튜브는 제1 말단, 제2 말단, 상기 제1 및 제2 말단 사이에 배치된 인접한 외부 표면을 포함한다. 전기적 연결부로의 접근을 제공하기 위해 그리고 상기 제2 용해로의 후방 벽 내에 배치된 튜브의 일부가 가열되도록 하기 위해, 상기 튜브의 제2 말단은 상기 제2 말단이 상기 튜브 외부 표면을 중심축으로 환형이 되도록 그 자체를 방향을 바꿔 뒤로 접히게 할 수 있다. 따라서, 상기 제2 말단 근처의 튜브 일부가 상기 제2 용해로의 후방 벽의 개구부로 삽입될 때, 상기 제2 말단은 전기적 연결부에 접근할 수 있고 전류는 상기 후방 벽 내에 배치된 튜브의 일부를 통해 흐를 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 어떠한 방법으로의 제한도 없이, 주어진 본 발명의 다른 목적, 특성, 세부사항 및 이점이 하기의 대표적인 설명의 과정 중에서 보다 더 분명히 명확해질 것이라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 설명 내에 포함되어 있고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 수반하는 청구항들에 의해 보호되는 것으로 간주한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 단면도.

도 2는 제1 용해로와 제2 용해로 사이의 전달 튜브의 실시예를 나타내는 단면도.

도 3은 상기 전달 튜브의 제2 말단이 상기 전달 튜브의 외부 표면을 중심축으로 환형이 되도록 그 자체를 방향을 바꿔 뒤로 접힌 상기 전달 튜브의 실시예의 단면도.

하기의 상세 설명에서는, 제한하는 것이 아닌 설명을 위한, 특정 상세설명을 개시하는 대표 실시예가 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 하지만, 본 설명에 있어서 유리한 본 발명에 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명이 본원에 개시된 특정 상세설명과는 다른 실시예들로 실시될 수도 있다는 것은 자명할 것이다. 게다가 잘 알려진 장치, 방법 및 재료의 설명은 본 발명의 설명을 흐리게 하지 않기 위해 생략될 수도 있다. 마지막으로, 유사한 참조 번호가 적용된 곳은 어디에서든 유사한 구성요소를 말한다.

종래 유리 제조 공법에 있어서 원시 공급 물질은 점성체, 또는 용융 유리를 형성하기 위해 용해로(용해장치)에서 가열된다. 용해로는 일반적으로 버닝(burning)된 경질점토, 규선석, 지르콘, 또는 기타 내화성 물질로 이루어진 비금속 내화성 블록으로부터 축조된다. 상기 공급 물질은, 유리 형성 구성요소가 개별 부하(discrete load)로서의 용해장치로 서로 혼합 및 도입되거나, 또는 상기 공급 물질이 계속적으로 상기 용해장치로 혼합 및 도입될 수 있는, 배치(batch) 공정에 의해 상기 용해장치로 도입될 수 있다. 상기 공급 물질은 파쇄유리(cullet)를 포함할 수 있다. 상기 공급 물질은 용해로 구조 내 개구부 또는 포트를 통해 상기 용해장치로 도입될 수 있는데, 배치 공정의 경우에는 푸시 바(push bar) 또는 스쿠프(scoop)가 사용되거나, 또는 계속적인 공급 용해장치의 경우에는 스크류(screw) 또는 오거(auger) 장치가 사용될 수 있다. 상기 공급 물질 성분의 양(amount)과 유형(type)은 유리 "레시피(recipe)"를 포함한다. 배치 공정은 일반적으로 적은 양의 유리에 사용되고 수 톤 정도 되는 유리 용량을 갖는 용해로에 사용되며, 반면에 상당한 양의 상업적이고, 계속적인 공급 용해로는 1,500톤을 초과하는 유리를 담을 수 있으며, 하루에 수백 톤의 유리를 전달할 수 있다.

상기 공급 물질은 일반적으로 내부 용해장치 벽, 또는 양쪽에 장착된 전극들 사이를 통과하는 전류에 의해, 상기 공급 물질 위의 하나 이상의 버너로부터 생긴 연료 기화(또는 연료 산화) 불길에 의해 상기 용해장치에서 가열될 수 있다. 상기 벽 위의 크라운(crown) 구조는 또한 내화성 블록으로 만들어지고, 상기 용해장치를 커버하며, 연소 가열 용해로에서, 상기 연료의 연소를 위한 공간을 제공한다.

일부 공정에서, 상기 공급 물질은 우선 연료 기화 불길에 의해 가열되고, 상기 공급 물질이 녹기 시작하며 상기 공급 물질의 저항이 감소한다. 이후 가열 및 용융 공정을 완료하기 위해 전류는 상기 공급 물질/용융 혼합물을 통해 통과된다. 가열 동안, 상기 공급 물질의 반응은, 일반적으로 블리스터(blisters) 또는 시드(seeds)라 불리는, 용융 유리 내의 포함물을 형성하는 다양한 가스들을 방출한 다. 시드는 또한 공급 물질의 입자들 사이의 틈새 공간 내에서 트래핑된 공기로 인해, 내화성 블록 자체의 용해에서 용융 유리로 형성될 수 있다. 시드를 만들어 낼 수 있는 가스는, 예를 들면, O₂, CO₂, CO, N₂ 및 NO 중 어느 하나 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 제거하지 않으면, 시드는 유리 제조 공정을 통해 통과될 수 있으며, 바람직하지않게는, 최종 유리 제품으로 만들어질 수도 있다. 가스 포함물의 제거를 정제(fining)라 부른다. 고체 포함물은 또한 불완전한 용융과 용해가 일어난다면, 예를 들어, 용융 유리가 용융 동안 적당한 온도에서 충분하지 않은 체류 시간을 겪는다면, 고체 포함물이 최종 제품으로 만들어질 수 있다. 용융 유리에 용융되지 않는 공급 물질(스톤)과 완전히 용융되지 않았던 상기 용융 유리의 작은 지역(노트)을 포함할 수 있는 고체 포함물은 벌크 용융 유리와 다른 굴절률을 가지는 상기 용융 유리의 나머지와 동일하지 않다.

용융 동안, 분말체(부유물)는 상기 용융 유리의 표면상에 형성할 수 있다. 이는 특히 무알칼리 알루미노 실리케이트 유리에 적합하다. 이론에 얽매이지 않기를 바라지만, 분말체는 알루미나 및 실리카 성층화 등급(degree)으로 인한 것으로 간주 되며, 이때 점성은 덜하지만 더 무거운 알루미나-리치(alumina-rich) 유리 위로 점성은 더 있으나 밀도가 덜한 실리카-리치(silica-rich) 유리가 뜬다. 상기 용융 유리를 통해 위로 떠오른 시드는 상기 용융 유리보다 높은 분말층을 형성하는 점성의 실리카-리치 유리에 트래핑된다. 이러한 분말체는 또한 원시 공급 물질과, 상기 용융 공정의 부산물을 포함한다. 상기 용융 유리가 상기 용해로로부터 당겨지 거나 인발됨에 따라, 용융되지 않은 공급 물질과 같은 분말체의 구성요소는 상기 용해로 유출구를 통해 용융 유리의 표면으로부터 인발될 수 있으며, 그렇지 않으면 이로써 완전한 용융이 일어나도록 하기 위해 필요한 용해로 내에서의 바람직한 체류 시간을 단축시킨다. 즉, 용융 유리 내 대류 전류는 상기 용융 유리의 체적을 통해, 용융의 여러 단계에서, 상기 공급 물질을 주기적으로 공급하도록 작용하고 완전히 통합되거나 상기 용융 유리로 용해될 공급 물질을 위해 뜨거운 용융 유리 내에서의 충분한 시간을 제공한다. 예를 들면, 용해로의 전방 벽 근처의 용융 유리의 표면에서 분말체 내에 있을 수 있는 스톤(stone)은 표면으로부터 아래로 인발될 수 있으며, 용융 유리의 체적을 통해 순환되지 않고 용해로를 빠져나간다. 스톤, 노트 등과 같은 그러한 오염물들은 그 후 결국 최종 유리 제품으로 정제될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 제1 용해로(12) 및 상기 제1 용해로에서 떨어진 제2 용해로(14)를 포함하는, 일반적으로 참조번호 10으로 나타낸 다중 구역 용융 장치가 도시된다. 상기 제1 및 제2 용해로는 일반적으로 이전에 개시된 바와 같은 내화성 블록으로 이루어져 있다. 화살표(16)로 나타낸 바와 같이 유리 공급 물질이 제1 용해로(12)로 공급되고, 용융 유리(18)를 형성하기 위해 용융된다. 용융 공정은 디스플레이 응용에 사용된 무-알칼리 알루미노-실리케이트 유리의 경우와 같은, 제1 용해로 내 용융 유리(18)의 표면상에 거품 또는 분말(20) 층을 형성할 수 있다. 미리 언급된 바와 같이, 이러한 분말 표면층은 용해되지 않은 공급 물질을 포함하는, 가스와 고체 포함물 모두를 포함할 수 있다. 용해 장치(10)는 또한 용융 유리로부터 가스 포함물을 제거하기 위한 정제 용기(22)를 포함할 수 있다.

제1 용해로(12)는, 바람직하게는 원통형이며 상기 제1 및 제2 용해로 사이에 연장하는, 연결 튜브(24)에 의해 제2 용해로와 연결된다. 이러한 상황에서, 상기 제2 용해로로부터 떨어져 있는 제1 용해로라는 것은 상기 용해로들이 각 용해로 내에 포함된 용융 유리의 두 체적 사이에 공통 벽을 공유하지 않으며, 동작시, 두 용융 유리 체적의 자유 (노출된) 표면과 접촉하는 대기가 서로 직접 접촉하지 않는다는 것을 의미한다.

연결 튜브(24)는 유리의 온도와 화학적 성질이 양립하는 내화성 금속으로 이루어져 있다. 즉, 연결 튜브(24)는 1650℃ 정도로 높은 온도에서 그의 구조적 보전성을 유지해야 하며 유리의 최소 오염도를 생성해야 한다. 연결 튜브(24)는 또한 튜브(24)를 통해 흐르는 용융 유리의 온도를 증가시키거나 유지하기 위해서 쉽게 가열되어야 한다. 연결 튜브(24)는, 바람직하게는 백금계, 또는 그의 합금으로부터 선택된 내화성 금속으로 이루어져 있다. 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 및 백금과 같은 백금계 금속은 화학적 공격, 우수한 고온 특성, 및 안정적인 전기 속성에 대한 저항으로 특성화된다. 튜브(24)는, 예를 들면, 튜브를 통해 직접 전류를 흐르게 함으로써, 또는 외부 가열 요소에 의한, 유도 가열에 의해 가열될 수 있다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(24)는 제1 용해로 전방 벽(26)의 용융 유리(18)의 표면 아래로 잠긴 개구부를 통해 제1 용해로(12)에서 빠져 나와 제2 용해로 후방 벽(30)의 용융 유리(18)의 표면(28) 아래로 잠긴 유사한 개구부를 통해 제2 용해로(14)로 유입된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(24)는 제1 말단(32)과 제1 말단에 대향하는 제2 말단(34)을 포함한다. 도 2는 튜브가 전방 벽(26)에서 나와 후방 벽(30)으로 들어가는 튜브(24)를 나타낸다. 각 말단(32, 34) 근처의 튜브 일부(24)가 각 용해로의 내화성 벽 내에 배치된다. 이를 테면, 튜브 일부(24)는 제1 용해로 전방 벽(26) 내에 배치되며, 튜브 일부(24)는 제2 용해로 후방 벽(30) 내에 배치된다. 예를 들면 튜브(24)가 상기 튜브를 통해 전류가 흐름으로써 가열되는 경우, 플랜지(36)가 전방 벽(26)과 후방 벽(30)에 있는 튜브(24)에 부착된다. 플랜지(36)는 튜브(24)의 집적 저항 가열을 위한 전기접점 역할을 하며, 예를 들어, 모선(buss bar) 또는 케이블(40)에 의해 전원에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 플랜지(36)는 플랜지 상에 또는 내에 통로를 통한 액체(예, 물)의 흐름에 의한 것과 같이 냉각된다. 각 말단(32, 34)은 바람직하게는 각 용해로 벽의 폭을 가로지르는 중간-지점 근처에 배치되며 또한 각 용해로의 바닥 근처에 배치된다.

연료-공기 또는 연료-산소 버너 및/또는 상기 용융 유리와 접촉하는 전극을 통해 통과된 전원에 의해 용융 유리(18)가 용해로(12, 14) 내에서 가열되나, 상기 용해로의 내화성 벽은 일반적으로 그들 자체를 직접 가열하지 않는다. 따라서, 용융 유리가 제1 용해로(12)에서 튜브(24)를 통해 제2 용해로(14)로 흐르기 때문에, 상기 용융 유리는 용융 유리가 용해로의 벽을 통해 지나감에 따라 열을 손실한다. 용융 유리가 제1 용융 유리의 평균 온도와 사실상 동일한 온도로 제2 용해로에 유입되도록 하기 위해, 튜브(24)는 미리 개시된 바와 같이 가열된다. 튜브(24)의 저항 가열이 바람직하며, 전류의 흐름에 의해, 바람직하게는 튜브를 통한 교류의 흐 름에 의해 달성된다. 대안적으로, 상기 튜브는 유도에 의해 가열될 수 있다. 용해로의 내화성 벽이 그들 자체를 직접 가열하지 않기 때문에, 벽 개구부와 용해로 사이의 가열되지 않는 연결 튜브를 통해 통과하는 용융 유리는 100℃ 정도 이상까지 손실될 수 있다. 제2 용해로로 유입되는 용융 유리의 온도가 상기 제2 용해로 내 용융 유리의 온도보다 상당히 더, 예를 들면 100℃ 더 냉각된다면, 제2 용해로(14)로 유입되는 냉각된 유리는 용해로의 바닥으로 가라앉아 용해로 배출구로 직접 흐르려는 경향이 있을 수 있다. 용해로의 바닥을 가로지르는 이러한 단락은 유리의 체류 시간을 줄이고 잠재적으로 상기 용융 유리 내에서 용해를 완료하지 않고 제2 용해로(14)로 떠나는 스톤과 노트를 초래할 것이다. 일반적으로, 제2 용해로(14) 내 용융 유리는 제1 용해로(12) 내 용융 유리 보다 더 높은 온도로 있다. 또한 벽 사이의 튜브 일부 내에서뿐만 아니라, 튜브(24)가 제2 용해로(14)로 들어가는 적어도 후방 벽(30) 내에서 튜브를 가열하는 방법이 바람직하다. 단순히 두 개의 용해로 사이의 직선 파이프로서 연결 튜브를 통해 제1 및 제2 용해로로 통과하는 전류에 의해 직접 가열되는 연결 튜브(24)를 삽입하는 것과 그것이 용해로로 나오거나 들어가는 파이프에 전기 연결부를 부착하는 것은 통로에 충분한 가열을 제공하지 않을 수 있다. 즉, 전류는 두 연결부 사이의 파이프를 통해 흐를 것이나, 용해로 벽 내의 파이프 일부에서는 전류가 흐르지 않기 때문에, 이러한 부분의 가열은 일어나지 않을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라, 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 튜브(24)의 말단(34)은 상기 말단(34)이 튜브(24)의 인접한 외부 표면(42)을 중심축으로 환형이 되도록 방향을 바꿔 뒤로 접힌다. 따라서, 플랜지(36) 는 말단(34)에 연결될 수 있으며 전류는 용해로(14)의 후방 벽(30) 내에 배치되고 말단(34) 근처의 튜브(24) 일부를 통해 흐를 수 있다. 튜브(24)에 대해 방향을 바꾼 이러한 구성은 튜브의 각 말단 부분에서 이루어질 수 있으나, 일반적인 설정에 있어서, 말단(34)만이 뒤로 접힌다. 이는 용융 유리가 제2 용해로로 들어감에 따른 용융 유리의 온도가 그것이 제1 용해로를 떠남에 따른 유리의 온도보다 더 중요하기 때문이다. 바람직하게는, 제2 용해로로 유입되는 용융 유리의 온도가 상기 튜브로 들어가기 전 제1 용해로(12) 내 용융 유리의 온도와 사실상 동일하도록 연결 튜브(24)의 가열은 상기 튜브 내 융용 유리의 가열에 있어 효과적이다. 사실상 동일이라는 것은 제2 용해로로 유입되는 용융 유리의 온도가 상기 제1 용해로 내의 용융 유리의 온도인 약 25℃ 내에 있어야 한다는 것을 의미한다.

제2 용해로(14)는, 바람직하게는 제1 용해로(12)보다 낮은 용해율을 제공하도록 축조된다. 상기 제1 용해로에서의 용해율은 용액으로 공급 물질을 집어넣는 데 필요한 최소 용해율과 같거나 크도록 선택된다. 제2 용해로(14)는, 바람직하게는 제1 용해로(12)의 용해율의 약 50%와 90% 사이이다. 이는 본원에 사용된 바와 같이, 용해율이 용해로로부터 유리의 흐름 속도에 의해 나눠지는 표면 영역의 단위, 예를 들면, 하루 당 톤에 의해 나눠지는 평방 미터(m²/톤/일)로 표현된다는 것을 유념해야 한다. 따라서, 정해진 흐름 속도에 대해, 필요로 하는 용해로 규격은 쉽게 계산될 수 있다. 바람직하게는, 제2 용해로(14)의 길이(L₂)는 제1 용해로(12)의 길이(L₁)의 약 30%와 50% 사이이다. 제2 용해로(14) 내 용융 유리의 개구 깊 이(d₂)는 용융 유리의 온도와 용해로 내 용융 유리의 체류 시간 모두가 최대화되도록 선택되어야 하며, 제1 용해로(12) 내 용융 유리의 깊이(d₁)의 약 65%와 110% 사이이어야 한다.

유리하게는, 제1 및 제2 용해로(12, 14) 사이의 튜브(24)에 대한 대기는 대기 내 수소의 기결정된 부분 압력을 제공하기 위해 정해질 수 있다. 개시된 바와 같이, 예를 들면, 2005년 4월 27일에 출원된, 미국 특허 출원번호 제11/116,669호에 개시된 바와 같이, 연결 튜브(24)와 접촉한 안팎의 수소의 부분 압력은 내화성 금속 용기 내 용융 유리의 기체 포함물의 제거를 제어하는데 사용될 수 있다. 그러한 제어는 상기 용기를 둘러싸는 인클로저 내 용기를 밀봉함으로써 용이해지며, 상기 용기를 둘러싸는 인클로저는 또한 내화성 금속 용기와 접촉하는 대기를 밀봉한다. 용융 유리가 제1 용해로(12)의 전방 벽(26)을 통해 빠져나감에 따른 유리의 냉각은 산소와 함께 상기 유리 내에서 다가 정련제 또는 시약을 재장전하는데 사용될 수 있다. 이어 용해로의 벽 밖으로 튜브(24)와 접촉하는 대기의 수소 부분 압력을 낮춤으로써, 튜브(24)를 통해 그리고 튜브 밖의 용융 유리로부터 수소 침투가 촉진될 수 있으며, 튜브를 통과하는 용융 유리 내 산소의 방출과 격렬한 거품을 일으킨다. 이러한 상당한 산소 방출은 용융 유리 내 시드의 융합을 도울 수 있다. 정련제의 재장전은, 차후 정제 단계 동안 제2 용해로(14)의 다운스트림 및 유체로의 소통과 같은, 제2 용해로(14) 내의 초기 정련을 향상시키는데 사용될 수 있다. 튜브(24)에 접촉하는 대기 중 수소의 부분 압력은, 예를 들어, 튜브(24)와 접촉하는 효과적인 대기의 이슬점(dew point)을 제어함으로써 제어될 수 있다.

연결 튜브(24) 내 재장전되는 산소의 신중한 제어는 또한 용해로(14) 내 국부적인 산소 방출을 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 산소의 방출에 이은 제2 용해로(14) 내 용융 유리의 용승(upwelling)은 용융 유리의 흐름 안정성을 향상시키며, 기계적 교반을 포함함으로써 용융 유리의 균일화를 촉진시키고, 정련을 도울 수 있다. 게다가, 도 1에 도시된 바와 같은 가스, 바람직하게는 산소는 예를 들면, 용해로 바닥의 파이프 또는 노즐을 통해서와 같은, 소스(44)로부터 제2 용해로의 용융 유리로 거품이 생길 수 있다. 밸브(48)는 용융 유리를 통해 거품이 생긴 가스의 체적을 제어하는데 사용될 수 있다. 적당한 배관을 통한 과잉 산소 도입을 통한 산소 거품이 제1 용해로 내에서 달성될 수 있으나, 그러한 거품은 상기 용융 유리로 인발되어 상기 용융 유리와 혼합될 제1 용해로의 표면 분말(20)로부터 미립자(particulate)를 생성할 수 있으며, 이로써 잠재적으로 완성 유리 내 결함의 증가를 초래한다. 또한 제2 용해로 내의 용융 유리의 기계적 교반은 또한 패들 교반기(paddle stirrer)와 같은 교반 장치와의 교반을 통해 달성될 수 있다. 하지만, 용융 유리 내 나타나는 고온은 그러한 교반기의 기계적 보전성을 제한할 수 있다.

본 발명에 따라, 제1 용해로(12) 내 용융 유리의 표면과 달리, 제2 용해로(14) 내 용융 유리의 표면(28)은 사실상 본원에 개시된 바와 같은 분말, 미립자 및 기타 오염 물질이 없다. 제2 용해로(14) 내 용융 유리의 무분말(foam-free) 표면은 용융 유리 표면 위에 위치된 연소 버너(도시하지 않음)보다 더 큰 열적 효율을 제공할 수 있다. 용해로(12) 내 존재하는 분말층(20)은 연소 버너에 의해 생성 된 열로부터 용융 유리의 표면을 단열시키도록 작용한다. 결국, 제1 용해로(12) 내에서 용융을 위해 생성된 열의 대략 75%가 용융 유리(18) 위의 연료-산소 버너로부터 대략 25% 연소와 함께, 전류에 의한 줄열로 인해 발생한다. 전기적 용융이 에너지 효율이나, 전극 근처의 측벽 상의 국부적인 온도는 매우 높을 수 있으며 내화성 수명은 보통 1차 연소 용융에 대한 것보다 전기 용융에 대한 것이 더 짧다. 한편, 제2 용해로(14) 내 용융 유리(18)의 사실상 무분말 표면은 상당한 양의 열이 연료-산소 버너보다는 차라리 전기적 줄열에 의해 상기 용융 유리에 기여되도록 한다.

본 발명이 상기 기술된 실시예들, 특히 임의의 "바람직한" 실시예들은 실시를 위한 예 일뿐이고, 본 발명의 원리의 분명한 이해를 위해 설명될 뿐이다. 많은 변화 및 변형들이 사실상 본 발명의 정신과 원리를 벗어나지 않고 본 발명의 상기 설명된 실시예들로 만들어질 수 있다. 모든 그러한 변형 및 변화는 상기 개시물의 범위와 하기 청구항들에 의해 보호된 본 발명 내에서 본원에 포함되는 것으로 간주 한다.

Claims (20)

1. 용융 유리를 형성하기 위해 제1 용해로 내에서 제1 온도로 유리 공급 물질을 가열하는 단계;

   상기 용융 유리를 상기 제1 용해로에서 내화성 물질을 포함하는 연결 튜브를 통해 상기 제1 용해로로부터 떨어진 제2 용해로로 흐르게 하는 단계; 및

   상기 제2 용해로 내에서 제2 온도로 상기 용융 유리를 가열하는 단계를 포함하되,

   상기 연결 튜브를 통해 흐르는 용융 유리는 상기 제1 온도와 동일한 온도로 상기 연결 튜브에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 튜브는 적어도 상기 제2 용해로의 후방 벽 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 연결 튜브는 상기 제1 용해로의 전방 벽 내에서 가열되지 않는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 연결 튜브는 상기 튜브를 통한 전류의 흐름에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 용해로의 용해율은 상기 제1 용해로의 용해율의 약 50%와 90% 사이인 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 내화성 물질은 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 및 그의 합금으로 이루어진 군(group)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 용해로 내 용융 유리를 기계적으로 교반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 기계적 교반(agitation)은 상기 제2 용해로 내 용융 유리를 통해 산소를 버블링(bubbling)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 연결 튜브의 외부 표면에 접촉하는 대기 중 수소의 부분 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 용해로 내 용융 유리는 분말 표면층을 포함하고 상기 제2 용해로 내 용융 유리는 분말 표면층이 없는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2 용해로 내 용융 유리의 깊이는 상기 제1 용해로 내 용융 유리의 깊이의 약 65%와 110% 사이인 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 제2 용해로의 길이는 상기 제1 용해로의 길이의 약 30%와 50% 사이인 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
14. 전방 벽을 포함하고, 용융 유리를 형성하기 위해 공급된 유리 물질을 가열하기 위한 제1 용해로;

    후방 벽을 포함하는 제2 용해로; 및

    상기 용융 유리를 상기 제1 용해로에서 상기 제2 용해로로 운송하기 위한 상기 제1 및 제2 용해로를 연결하는 내화성 금속 튜브를 포함하되,

    상기 튜브가 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 튜브는 상기 튜브를 통한 전류의 흐름에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 내화성 금속 튜브는 제1 말단, 제2 말단, 상기 제1 및 제2 말단 사이에 배치된 계속적인 외부 표면을 포함하되, 상기 제2 말단은 상기 외부 표면을 중심축으로 환형인 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 튜브를 통한 전류를 전달하기 위해 플랜지가 상기 제2 말단에 연결되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 플랜지는 액체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
19. 제14항에 있어서, 상기 제2 용해로와 유체로 소통하는 정련 용기 다운 스트림을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
20. 제14항에 있어서, 상기 제2 용해로의 길이는 상기 제2 용해로의 길이의 약 30%와 50% 사이인 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.

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