KR20020029753A - 무기물 용융용 또는 정련용 스컬도가니 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도가니 벽(1), 도가니 바닥(3), 및 도가니 벽(1)을 둘러싸서 도가니 내용물 안으로 고주파에너지를 결합시킬 수 있는 유도 코일(9)을 구비하는 것은 특징으로 하는 스컬도가니를 제공한다. 도가니벽은 냉매에 접속될 수 있는 금속관들(1.1)의 링으로 형성된다. 서로 인접된 금속관들(1.1) 사이에는 슬롯이 마련된다. 금속관들(1.1)은 도가니 벽(1)을 위에서 보았을 때에 외측으로 연장되어 칼라(2)를 형성하게끔 그 상단들에서 직각으로 구부러진다. 칼라(2)는 추가 벽(상부 벽 4)에 의해 둘러싸인다. 작업 중에 용융물이 칼라(2)를 덮게 하는 방식으로, 상기 벽의 상단 가장자리는 칼라(2)보다 높은 레벨에 놓여진다.

Description

무기물 용융용 또는 정련용 스컬도가니 {SKULL POT FOR MELTING OR REFINING INORGANIC SUBSTANCES}

내열 물질로 만들어진 전기조(troughs)는 1650℃ 이상의 고융점(high melting points)을 갖는 유리에 의해 강하게 공격되기 때문에, 일시 운전정지시간(dwell times)은 비경제적이 되어 버리고 생산된 유리에는 전기조 재질(trough material)로부터 야기된 돌, 결절(knots) 및 티(streaks) 등이 많이 함유된다.

1650℃ 이상의 온도에서, 추가적인 전기가열(additional electric heating)을 사용하는 것은 심한 손상을 가져오는데, 그 이유는 Mo-전극과 같은 전극들의 부식이 급격히 증가하고 유리는 불순물들에 의해 심하게 착색되기 때문이다.

예를 들어, 다수의 광학적 응용품(optical applications)을 위해 요구되는 공격적 유리(aggressive glasses)는 용융되는 동안, 특히 녹아내리는(melt-down) 동안, 보다 낮은 온도에서조차 세라믹 내열물질을 강하게 공격한다. 전기조에 대해 그렇게 강한 공격을 가하는 것은 전기조의 내구연한(service life)에 관련된 경제적인 용융을 허용하지도 않을 뿐더러, 혼합물 및 이와 관련하여 요구되는 특성들에 대해 정확히 고수(adherence)하는 것을 허용하지도 않는다. 이것이 바로 왜 허다하게 많은 유리들이 백금 전기조들에서 용융되는지의 이유가 된다. 다수의 공격적 유리들은 백금도가니에서조차 용융될 수 없는데, 그 이유는 공격적 유리들이 백금을 공격하고, 용융된 백금산화물(the dissolved platinum oxide)이 유리를 착색하거나, 추가공정(further process) 동안 그 백금산화물이 백금 금속으로 환원되어 백금입자들로서 장애(disturbances)를 일으키기 때문이다.

예를 들어 섬유광학에서 사용되는 고순도 유리(high-purity glasses)에 있어, 용융공정에 의해 도입된(introduced) 착색산화물(coloring oxide)의 극소수의 ppb조차도 방해가 될 수 있다.

고주파에 의해 유리를 가열하는 것은 에너지를 유리에 직접 결합시키는 가능성을 제공한다. 전극 부식에 의한 불순물은 따라서 방지될 수 있다. 미국특허 4,780,121에는 소다라임실리카 유리(soda-lime-silica glass)가 1150℃에서 1450℃사이의 온도에서 정련되는, 고주파 가열 세라믹정련 도가니(high-frequency heated ceramic refining crucible)가 기재되어 있다. 이 방법의 단점은 내열물질이 1700℃이상의 온도에서 유리에 의해 여전히 강하게 공격된다는 것이다.

에너지가 유리로 직접 유도되는 결과로, 유리는 1650℃ 이상의 온도로 가열될 수도 있다. 세라믹 도가니나 전기조 물질들(trough materials)을 사용하는 경우, 도가니 내벽의 온도는 1650℃를 초과해서는 안 된다. 이 온도를 유지하기 위하여 필요한 것은, 도가니벽에서의 온도기울기(temperature gradient)는 온도가 상승함에 따라(with rising temperatures) 더욱 더 가팔라야 한다는 것이다. 즉, 도가니벽은 점점 더 얇아져야만 하고, 외벽의 냉각은 점점 더 심해져야만 한다. 미국특허 4,780,121에서 기재된 바와 같이 자연 대류(natural convection)에 의해 외벽을 냉각시키는 것은 좁은 여유도(narrow margins) 이내로 제한되는데, 이는 가열된 공기에 의해 도가니벽과 코일 사이에서 아크오버들(arc-overs)이 발생하기 때문이다. 보다 높은 용융온도는 세라믹도가니가 수랭식 구리관들(water-cooled copper pipes)에 의해 냉각될 때 얻어질 수 있다.

다수의 특허명세서들(US 3,461,215, DE 2 033 074, EP 0 119 877 B1, DE 3 316 546 C1)에서 스컬도가니들은 세라믹 내부도가니(ceramic inner crucible)가 완전히 생략되어 기재되어 있다. 3000℃까지의 융점온도는 도달된다. 문헌에는, 방사성물질들(radioactive materials)을 녹이기 위해 계속적으로 작동하는 스컬도가니가 기재되어 있다. 상기 스컬도가니를 사용함으로써, 방사성으로 오염된 전기조 물질을 얻는 것을 피하는 것이 가능하다. 기포의 질(bubble quality)에 관하여 용융된 유리(molten glass)에 부과되는 요건은 없다.

DE 33 16 547 C2는 비금속성 유기화합물들(non-metallic organic compounds)의 용융을 위한 냉도가니(cold crucible)를 기재한다. 상부구조부(superstructure)는 산화물세라믹으로 구성되는 상부도가니 모서리(edge)에 위치된다. 이러한 상부구조부는 원통형상을 하고 있고, 열손실을 줄이는데 사용된다.

상기 특허 및 문헌에서 기재된 바와 같이 모든 스컬도가니 시스템들의 단점은 수랭식 구성요소들이 용융물 표면(melt surface) 위의 가스공간에 도달한다는 것이다. 이에 연관된 실질적인 문제들은 하기와 같다.

1. 용융물 표면은 열소실(heat dissipation) 및 수랭식 스컬 도가니벽들에 의해 냉각된다. 이는 용융물 중앙으로부터 표면에 이르기까지 상당한 온도기울기(a significant temperature gradient)를 초래한다. 이는 정련유닛(refining unit)으로서 응용하는 데에는 불리한데, 그 이유는 기포들이 전혀 떠오를 수 없거나 차가운 표면층(cold surface layer)을 통해 부적절하게 떠오르기만 하거나, 심한 거품형성(strong foam formation)이 발생되기 때문이다.

2. 추가적인 버너 가열(additional burner heating)을 사용할 경우, 유황을 함유하는 버너 배기가스들은 냉각된 스컬핑거들(cooled skull fingers)에서 응축되고, 황산 형성의 결과로 인해 구리의 부식을 초래하게 된다. 이는 스컬도가니의 내구연한을 극심하게 감소시킨다.

3. 공격적 유리들의 경우에 있어서, 상부 노 공간(upper furnace chamber)에서 수랭식 구리 요소들의 부식이 발생될 수 있다. 부식된 냉각핑거표면의 직접 박리(direct flaking)의 결과로 인해서, 또는 가스단계를 경유하는 이송에 의해서, 금속성 불순물들은 유리 용융물에 도달하여 그 용융물의 변색을 초래하게 된다.

본 발명은 유리나 유리세라믹을 용융시키거나 정련시키기 위한 스컬도가니에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명되는데, 첨부된 도면은 다음과 같다.

도 1은 버섯형 도가니의 기본구조(basic principle)를 수직 투사하여 도시한 구성도이다.

도 2는 칼라(collar)가 형성된 금속관의 평면도(top view)이다.

도 3은 판들(plates)로부터 형성된 칼라의 평면도이다.

도 4는 상기 버섯형 도가니가 유리용융을 위해 사용되는 유리 용융 및 정련용 장치(installation)를 도시하는 구성도이다.

도 5는 상기 버섯형 도가니가 유리정련을 위해 사용되는 유리 용융 및 정련용 다른 장치를 도시하는 구성도이다.

도 6은 상부구역에 배출구(outlet)를 갖는 버섯형 도가니의 기본구조를 수직 투사하여 도시한 구성도이다.

도 7은 용융 및 정련이 버섯형 도가니 각각에서 수행되는 유리 용융 및 정련용 장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

도 8은 용융 및 정련이 버섯형 도가니 각각에서 수행되는 유리 용융 및 정련용 다른 장치를 나타내는 구성도이다.

본 발명의 목적은 유리 용융물을 3000℃까지, 바람직하게는 2600℃까지의 온도로 가열시키고, 유리표면을 2600℃까지, 바람직하게는 2400℃까지의 온도로 가열시키기 위한 세라믹 내부도가니를 갖지 않으며, 금속성 냉각핑거들은 응축된 연소가스들이나 증발 생성물들(evaporation products)에 의해서 부식되는 것으로부터 보호되는 특징을 갖는 고주파 가열 스컬도가니를 제공하는 것이다.

상기 목적은 제1항의 구성(features)에 의해 달성된다.

본 발명에 의해 얻어지는 것을 상세히 설명하면 다음과 같다. 냉각핑거들은 유리 용융물을 마주보는 면에 형성된 유리 용융물에 의해 완전히 덮인다. 따라서 냉각핑거들은 뜨거운 유리표면으로부터 발생되는 배기가스들이나 증발물들에 대해 보호된다.

이는 금속성 냉각핑거들이 유리표면 밑을 제외한 상부 도가니 구역에서 수직방향으로부터 수평방향으로 집중되는 방식으로 얻어진다. 이러한 집중은 서서히 이루어질 수도 있고, 또는 냉각관들이 90℃로 구부러져서 이루어질 수도 있다. 냉각관들을 수평방향으로 구부리는 것은 용융물 표면 밑의 냉각칼라(cooled collar)에 단거리로 이르게 한다. 유리용융물의 온도는 그 칼라의 구역에서 바깥쪽으로 감소한다. 유리 용융물은 그 칼라의 가장자리 구역에서 세라믹내열물질로 이루어진 링(ring)이 칼라의 가장자리에 배치될 수 있는 정도로 냉각될 수 있다. 그 가장자리 구역에서의 온도는 칼라지름 및 유리레벨(glass level)에 의하여 가장자리 구역에서 설정될 수 있으므로, 중심구역(core zone)에서의 아주 높은 용융물 온도에서조차 유리는 외부구역에서 냉각될 수 있고 내열성 가장자리에 의해 억제(held)될 수 있다.

금속성 냉각핑거들에 대한 부식문제들은 따라서 회피될 수 있다. 금속관들의 내구연한과 이에 따른 도가니 자체의 내구연한은 몇 배로 증가된다.

더욱이, 유리표면은 용융물 자체에 의해 냉각핑거들로부터 차폐(screened)된다. 그 용융물은 상부 노 공간이 그 냉각핑거들에 의해 원치 않는 방식으로 냉각되는 것을 방지한다. 따라서 보다 높은 온도들이 제어된 방식으로 상부 노 공간에서 얻어질 수 있으므로, 보다 높은 온도들은 용융물의 표면층에서도 얻어질 수 있다. 이는 특히 정련하는 동안에 유리하다. 따라서 정련제들(refining agents)의 첨가가 생략되거나, 정련처리가 보다 짧은 기간에 행해지는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 버섯모양의 도가니형태는 정련하는 동안뿐만 아니라 용융공정 동안에도 유리하다. 표면은 종래의 도가니들에서 보다 높은 온도들을 가정하기 때문에, 유리 배치(glass batch)가 보다 신속하게 용융된다. 따라서 그 처리량(throughput)은 주지의 도가니들과 비교하여 볼 때 증가하게 된다. 본 발명의 또 다른 이점은 냉각핑거의 어떠한 부식물들도 유리용융물에 도달할 수 없다는 것이다.

본 발명은 기계적, 광학적 유리를 위한 모든 요건들을 -특히, 적합한 투명도에 대한 요구를 포함하여- 만족시키는데, 이에 의해 유리가 어떠한 기포도 갖지 않게 됨이 확실하다.

본 발명에 따른 버섯형 도가니를 사용하여 정련하는 동안에, 유리는 물리적, 화학적으로 결합된(bound) 가스들로부터 유리된다(liberated). 정련공정은 종래방식에 따른 유리 용융 동안에 N₂SO₄, As₂O₃, Sb₂O₃, 또는 NaCl과 같은 정련제들을 가하여 수행된다. 상기 정련제들은 정련온도에서 분해 되거나 증발되고, 기포를 형성하는데 그 기포 안으로 용융물로부터 발생하는 잔여가스들이 확산될 수 있다. 정련 기포(refining bubbles)들은 유리용융물의 표면으로 떠오르기 위해서는 충분히 커야만 하고, 경제적으로 실용적인 시간 내에 거기에서 터져야만 한다. 기포들의 떠오르는 속도(rising speed)는 기포 크기 및 유리의 점도에 따른다. 1600℃ ~ 2400℃ 사이에서의 온도증가의 경우, 떠오르는 속도는 대략 100의 비율(factor)만큼 증가한다. 즉, 0.1mm의 지름을 갖는 기포가 2400℃에서 떠오르는 속도는 1mm의 지름을 갖는 기포가 1600℃에서 떠오르는 속도만큼 빠르다.

정련온도를 증가시킴으로써, 물리적, 화학적 용해도는 대부분의 가스들에서 감소하고, 따라서 고온정련이 부가적으로 지지된다.

상기 고온정련은 정련시간을 급격히 감소시키거나, 큰 정련기포들을 생산하기 위한 정련제들의 첨가를 생략할 수 있는 가능성을 제공한다. 하지만, 그 전제조건은 상승하는 가스는 유리표면에 도달할 수 있어야 하고, 그 표면에 배치된 기포들은 터져서 어떠한 거품도 형성되지 않아야 한다는 것이다.

본 발명과 함께 얻어질 수 있는 엄청나게 높은 온도가 특히 결정적인 이점이다.

본 발명에 의한 버섯형 도가니의 가열은 칼라(collar) 밑의 도가니구역에서 고주파 에너지로 방사(irradiation)함으로써 실질적으로 수행될 수 있다. 용융물 표면은 주지된 단순한 원통형 스컬도가니에서 보다는 상부 노 공간에서 열 절연(thermal insulation)으로 인해 상당히 더 뜨겁다.

본 발명에 의한 버섯형 도가니에서, 용융물 표면은 가스버너나방사가열(radiation heating)에 의해 추가로 가열될 수 있다. 버너로부터 발생되는 배기가스들은 이러한 방식으로 배열된 냉각요소 상에서 응축될 수 없다. 대신, 배기가스들은 배기가스개구를 경유하여 도가니 구역으로부터 시작된다. 뜨거운 유리표면으로부터 발생되는 증발물들의 경우에도 동일하게 적용된다. 그 결과, 금속성 냉각핑거들에 관련된 어떠한 부식문제들도 더 이상 생기지 않고, 버섯형 도가니들은 실질적으로 무제한인 내구연한을 갖는다.

상부 노 공간의 개량된 절연(improved insulation)에 의하거나 가스버너를 사용한 추가가열이나 복사가열에 의해 용융물 표면에서의 온도를 증가시키는 것은 또한 개량된 방식으로 고주파를 이 구역으로 결합시키는 데, 이는 보다 더 뜨거운 유리 표면층들이 차가운 유리 표면층들보다 더 높은 전도율을 갖기 때문이다. 따라서 자기증대효과(self-amplifying effect)가 얻어진다.

개선된 결과들은 뜨거운 용융물 표면으로 인한 정련을 위해서 얻어질 수도 있는데, 그 이유는 뜨거운 유리표면이 그 용융물로부터 효과적인 기포방출(effective bubble emission)을 하기 위한 전제조건이기 때문이다. 비록 유리표면이 가장자리들을 향해 하강하는 온도 기울기를 보여주지만, 도가니의 수직부에서 생성되고 수직적으로 떠오르는 기포들은 뜨거운 유리표면과 만난다. 기포들의 가파른 상승 및 이에 따른 그 기포들의 급속한 터짐이 확보된다.

도 1에 도시된 도가니는 도시된 바와 같이 대략 버섯과 같은 형상을 하고 있다. 그 도가니는 원통벽(1)을 구비한다. 그것은 수직 금속관들의 링에 의해 형성된다. 그 수직 금속관들은 상단부들(upper ends)에서 90도로 구부러져 있고, 전체로서 칼라(collar)(2)를 형성한다.

그 도가니의 바닥(3)은 벽돌로 쌓일 수 있는 내열물질로 이루어져 있다. 그바닥은 냉각된 금속성 관들이나 링들로 이루어질 수도 있다. 이는 특히 아주 높은 용융온도에서 유리하다. 완성된 유리 용융물을 배출하기 위한 배출구(3.1)도 도시되어 있음을 알 수 있다.

상부벽(4)은 칼라(2)의 외측 가장자리(outer edge)에 배치된다. 이는 세라믹 내열물질의 원통형 링으로 설계된다. 커버(5)도 내열물질로 구성되어 있다. 상부 노 공간(6)은 상부벽(4), 커버(5) 및 용융물의 액상레벨(liquid level)(7)로 둘러싸여 있다.

버너의 노즐(8)은 상부 노 공간(6) 안으로 투입되어 있다.

유도코일(9)이 제공된다. 이것은 고주파 에너지를 도가니의 유리 용융물에 결합시키기 위해 사용된다.

도가니벽(1)의 저부 구역에는 전기 단락회로 링(electric short-circuit ring)(10)이 있다. 이것은 바닥(3)을 둘러싼다. 이것은 수랭식 링에 관한 것으로, 버섯형 도가니의 바닥(3)은 이와 단락된다. 그러한 단락은 높은 용융온도에서 아크가 형성되는 것을 방지하기 위해 필요하다. 매우 큰 도가니들에 있어서는, 칼라 가장자리의 위에 추가적인 전기 단락회로 링(10a)이 있다.

수직관들(perpendicular pipes)(1.1)과 비교하여 볼 때, 비록 칼라(2)를 형성하는 수평관부들(horizontal pipe sections)(2.1)이 직각으로 구부러져 있다 할지라도, 반드시 그래야 할 필요는 없는 것이다. 또한, 그 관부들(2.1)이 다른 각도 하에서, 즉, 내부에서 외부로 가면서 약간 상승하는 방식으로 확장되는 것이 가능하다.

도 2는 도가니벽(1)의 관들(1.1)이 링 유사 방식(ring-like manner)으로 배열되고, 대략 원통을 형성하는 것을 도시한다.

도 2는 칼라(2)의 관들(2.1)의 구성을 더 도시해 준다.

도 3은 칼라(2)의 다른 배열의 평면도를 도시한다. 이 경우, 그 칼라는 다수의 중공판들(hollow plates)(2.2)로 구성된다. 그들은 도가니벽(1)의 금속관들(1.1)에 연결되어 있다. 그들은 외부로부터 내부로, 내부로부터 외부로 교대로, 방사상으로(alternatingly radially) 냉각제에 의해 관통하여 흐를 수 있다.

관통하여 흐르는 중공판들(2.2) 대신에, 다음과 같은 구조를 제공하는 것도 가능하다. 도 3에 도시된 바와 같이 판들이 제공되지만, 냉각제는 그 판들을 직접 관통하여 흐르지는 않는다. 대신, 그들은 관통하여 흐르는 금속관들을 둘러싼다.

도 4에 따른 장치는 충전깔때기(filling funnel)(11)를 도시하는데, 이를 이용하여 용융도가니에 유리배치(glass batch)나 폐기유리(refuse glass)가 공급된다. 용융도가니는 도 1에 따른 버섯형 도가니의 가장 필수적인 구성요소들, 즉, 도가니벽(1), 칼라(2), 바닥(3), 상부벽(4), 커버(5) 및 유도코일(9)을 다시 한번 구비한다.

버섯형 도가니에서의 용융 후, 그 용융물은 도관(conduit)(12)을 통해 정련공간(refining chamber)(13)에 도달하고, 교반기(stirrer)(14.1)를 갖는 컨디셔닝 저장실(conditioning reservoir)(14)을 경유하여 마침내 조형실(shaping station)(비도시)에 도달한다.

도 5에 따른 실시예에서, 유리는 내열물질로 이루어진 벽돌들로 구성된 용융단(melting end)에서 종래방식으로 용융된다. 온도는 1700℃까지 이른다.

그 용융물은 정련이 일어나는 연결도관(12)을 경유하여 버섯형 도가니(13)에 그 하부로부터 도달하여 들어간다. 버섯형 도가니는 다시 유도코일(9)에 의해 둘러싸인다. 용융물 레벨 위의 아치(arch)는 버너에 더 배속된다. 버섯형 도가니에서, 정련을 위한 1700℃ 이상의 충분한 표면온도들을 확보하기 위해서, 아치는 그 버너나 다수의 버너들을 사용하여 1900℃까지의 용융물 온도 (용융물의 중심온도 (core temperature))에서 추가로 가열된다. 2000℃ 이상의 매우 높은 용융물 온도들에서, 과열을 피하기 위해 아치를 적극적으로 냉각시키는 것이 필요하다. 냉각은 공기나 다른 가스들을 상부 노 공간(6)으로 주입시킴으로써, 또는 액상 매개물(liquid medium)을 사용하여 아치를 냉각시킴으로써 수행될 수 있다. 도가니같이 아치는 배기가스들에 의한 부식을 방지하기 위해서 내열물질들을 따라 늘어선(lined with) 냉각 금속성 성분들(coolable metallic components)로 만들어진다.

유리용융물은 칼라의 구역의 측면으로 떠오름에 의해서 정련도가니를 떠난다. 그것은 냉각도관(12.1)에 도달하여 그 곳에서 1700℃ 이하의 온도까지 냉각된다. 교반기(14.1)를 갖는 컨디셔닝저장실(14)은 냉각도관(12.1)에 연결되어 있다.

도 6은 상부 측면에 배출구를 갖는 버섯형 도가니를 절단한 단면도이다.

도 7에 따른 실시예에서, 본 발명에 따른 2가지 버섯형 스컬도가니들을 조합한 것을 알 수 있다. 양자는 고주파에너지를 사용하여 작동된다(코일들(9) 참조). 스컬도가니(A)는 용융유닛으로서 사용되고, 스컬도가니(B)는 정련용으로 사용된다.

스컬도가니(A)에는 유리배치(glass batch)나 유리용융물이 위로부터 공급된다. 용융된 유리는 도가니 바닥에서 방출된다. 유리용융물은 도관(12)을 경유하여 아래로부터 스컬도가니(B)로 공급된다. 따라서 상기 도관은 한편으로는 스컬도가니(A)의 바닥으로 연결되고, 다른 한편으로는 스컬도가니(B)의 바닥으로 연결된다. 이는 다음과 같은 이점을 초래한다. 그 이점은 도가니(B)에서의 유리용융물의 표면층은 상대적으로 뜨겁고 가스기포들은 이에 의해 떠오르는 방식으로 얻어진다.

대략 8L의 뜨거운 용융물 용적(volume)을 갖는 도가니모델의 크기가 구체적인 실시예로 언급되어 있다. 그 도가니는 하부구역에서 20cm의 지름을 갖는다. 그것은 수랭식 링에 의해 바닥에서 단락회로로 된다. 용융물레벨은 25cm이다. 냉각핑거들은 20cm의 높이에서 90도로 바깥쪽으로 구부러진다. 칼라는 50cm의 바깥지름(outside diameter)을 갖는다. 세라믹실리콘이산화물(ceramic silicon dioxide), 지르코늄이산화물(zirconium dioxide), 또는 지르코늄규산염(zirconium silicate)의 링이 칼라의 가장자리에 놓인다. 유리밀봉은 세라믹 링과 수랭식 칼라판 간의 접합에 의해 이루어진다. 커버판도 실리콘이산화물, 지르코늄이산화물, 또는 지르코늄규산염으로 구성된다. 상부 노 공간의 가열은 산소버너에 의해 이루어진다.

상기 도가니는 연속 운전 정련도가니로서 뿐만 아니라 및 어떠한 부식문제도 발생시키지 않고 수개월에 걸쳐 비연속 용융 도가니로서도 사용될 수 있다.

각각의 스케일의 상향조정(upscaling)에 의해 보다 큰 용적들이 얻어질 수있다는 것을 알 수 있다. 200L의 용융물 용적을 갖는 도가니에 있어서는, 외측 칼라 가장자리의 제2 전기단락회로가 필요하다는 것은 증명된 바 있다.

도 8에 따른 실시예에 있어, 정련도가니(B)는 용융도가니(A)의 다운스트림(downstream)으로 제공된다. 용융물은 도가니(A)로부터 자유낙하 하여 도가니(B)로 도달한다. 양 경우들도 역시 본 발명에 의한 버섯형 도가니에 관련한다. 이런 배열의 이점은 고주파요소들 간의 연결통로들이 상대적으로 짧다는 것이다. 이는 전송에 필요한 상위(high) 요건들을 갖는 공격적 유리들이 생산되는 경우에 중요한 역할을 한다. 저항가열식 백금 요소들이 platinum components) 이 경우 연결요소들로서 사용된다.

대략 8L의 뜨거운 용융물 용적을 갖는 도가니모델의 크기가 구체적인 실시예로 언급되어 있다. 그 도가니는 하부구역에서 20cm의 지름을 갖는다. 그것은 수랭식 링에 의해 바닥에서 단락회로가 된다. 용융물레벨은 25cm이다. 스컬냉각핑거들은 20cm의 높이에서 90도로 바깥쪽으로 구부러진다. 칼라는 50cm의 바깥지름을 갖는다. 세라믹실리콘이산화물의 링은 칼라 가장자리에 놓인다. 유리밀봉은 세라믹 링을 수랭식 칼라판에 접합하여 이루어진다. 커버판도 실리콘이산화물로 구성된다. 상부 노 공간의 가열은 상부 노에 옆으로 투입된 산소버너에 의해 이루어진다.

코일은 스컬도가니로부터 2cm의 거리를 갖고, 칼라로부터 4cm의 거리를 갖는다. 유리의 가열은 고주파에너지에 의해 행해진다. 상기 고주파수는 1MHz이다. 고주파출력은 융점 온도에 따라 100과 300kW 사이에 있다.

상기 도가니는 연속운전 정련도가니 및 어떠한 부식문제도 발생시키지 않고 수개월에 걸쳐 비연속으로 운전하는 용융 도가니로도 사용될 수 있다.

버섯형 스컬의 보다 큰 용적들은 고주파출력의 각각의 업스케일 및 상기 고주파수의 조정을 요구한다. 400리터의 용융물 용적을 갖는 버섯형 도가니를 위해 요구되는 것은 100kHz의 주파수 및 1000에서 2000kW의 고주파출력들 -원하는 온도에 따라- 이다. 용융물용적의 한계는 최대 접근 가능한 고주파출력에 의해서만 기본적으로 보여진다.

Claims (11)

1.1 도가니 주벽(周壁)(1);

1.2 도가니 바닥(3); 및

1.3 도가니 주벽(1)을 둘러싸서 도가니 내용물 안으로 고주파 에너지를 결합시킬 수 있는 유도 코일(9)을 구비하고;

1.4 상기 도가니 주벽은 냉매에 접속될 수 있는 금속 관(1.1)들의 링으로 형성되고, 서로 인접된 금속 관(1.1) 사이에는 슬롯이 마련되며;

1.5 상기 금속 관(1.1)은 도가니 주벽(1)의 평면도(top view)에서 보았을 때에 외측으로 연장되어 칼라(collar)(2)를 형성하게끔 그 상단에서 구부러지고;

1.6 상기 칼라(2)는 추가의 주벽(4) (상부 주벽)에 의해 둘러싸이고, 그 상부 벽(4)의 상단 가장자리는 칼라(2)의 평면의 위쪽에 놓여져서 운전 중에 용융물이 칼라(2)를 덮게끔 하는 것을 특징으로 하는 유리 용융 또는 정련용 스컬 도가니(skull crucible).

제1항에 있어서, 상기 용융물 위의 공간 (상부 노(furnace) 공간(6))은 상기 용융물에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.

제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 노 공간(6)에는 하나 이상의 버너(8)가 배속되는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.

제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 관(1.1)은 칼라(2)의 구역에서 구부러진 후에 간접적 또는 직접적으로 냉매를 나르는 중공 판(2.2)으로 확장되는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.

제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 관(1.1)은 칼라(2)의 구역에서 중공 판에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 스컬 도가니.

제4항 또는 제5항에 있어서,

6.1 상기 판들(2.1)은 -평면도(top view)에서 보여지는 바와 같이- 사다리꼴(trapezoid)이고,

6.2 상기 판들(2.1)은 방사상으로 연장하는(radially extending) 슬롯이 상호 인접하는 2개의 판들 사이에 마련되는 방식으로 배열, 배치되는 것을 특징으로 하는 스컬도가니.

제5항에 있어서, 상기 슬롯들은 일정한 넓이로 제공되는 것을 특징으로 하는 스컬도가니.

제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 벽(4)은 세라믹물질로 구성되어 있고, 상기 용융물 위의 상기 상부 노 공간에는 수랭식 금속성 구성요소들이 하나도 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 스컬도가니.

제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도가니는 위로부터 충전될 수 있고 상기 바닥에는 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 스컬도가니.

제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스컬도가니는 상기 바닥에 유입구(inlet)를 갖고 상부 부분(upper part)에는 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 스컬도가니.

제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구는 저항가열식 백금관(resistance-heated platinum pipe)인 것을 특징으로 하는 스컬도가니.