KR900005199B1 - Vacuum refining of glassy materials with controlled foaming - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액화단계, 용해단계 및 진공 정제단계로 이루어지는 3단계 용융 작업의 수직 횡단면도.1 is a vertical cross-sectional view of a three stage melting operation consisting of a liquefaction step, a dissolution step and a vacuum purification step according to a preferred embodiment of the present invention.
제2도는 증기 응측 수단을 갖푼 축소 진공시스템의 개략도이다.2 is a schematic representation of a reduced vacuum system with steam condensing means.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 액화단계 11 : 용해단계10: liquefaction step 11: dissolution step
12 : 정제단계 15 : 드럼(drum)12: purification step 15: drum
16 : 링 17 : 지지휘일16: ring 17: support wheel
18 : 조심휘일 20 : 뚜껑 구조물18: careful wheel 20: lid structure
21 : 주변 프레임 22 : 버어너21: surrounding frame 22: burner
24 : 슈우트(chute) 25 : 라이닝(lining)24: chute 25: lining
26 : 액화층 27 : 세라믹 내화 부싱(bushing)26: liquefied layer 27: ceramic refractory bushing
28 : 액화 재료 30 : 내화 도가니28: liquefied material 30: refractory crucible
31 : 내화 지붕 32 : 전극31: fireproof roof 32: electrode
33 : 스키밍(skimming)부재 35 : 플런저33: skimming member 35: plunger
36 : 배출관 37 : 축36: discharge pipe 37: shaft
40 : 내화 라이닝 41 : 재킷(jacket)40: fireproof lining 41: jacket
42,43 : 냉각기 44 : 오리피스42,43: Cooler 44: Orifice
50 : 거품 층 56 : 내화 바닥 구간50: foam layer 56: fireproof floor section
57 : 수냉각기 58 : 드로틀 부재57: water cooler 58: throttle member
59 : 스탬(stem) 60 : 용융 흐름59: stem 60: melt flow
61 : 기체도관 62 : 열 교환기61 gas conduit 62 heat exchanger
63 : 물 트랩실 64 : 진공 펌프63: water trap chamber 64: vacuum pump
65 : 균압 기둥 66 : 수집용기65: equalization column 66: collection container
67 : 물 재킷67: water jacket
본 밭명은 용융 유리 등의 정제작용을 촉진시키도록 아(亞)대기압을 이용하는 것에 관한 것으로, 특히 정제 기술등에 있어서 거품의 양을 제어하기 위한 실용적인 배열에 관한 것이다.This field name relates to the use of subatmospheric pressure to promote the refining action of molten glass and the like, and particularly relates to a practical arrangement for controlling the amount of foam in refining technology and the like.
유리를 용융할때, 상당한 양의 기체가 배치(batch)물질의 분해 결과로서 생긴다. 다른 기체들은 배치 물질에 혼힙되어 따라 들어오거나 연소 열원으로부터 용융 유리로 인입된다. 대부분의 기체는 용융 초기단계에 빠져나가지만, 어떤것은 용융물에 혼입된다. 혼입된 기체중 어느것은 유리에 용해되지만. 다른것은 완제품에 지나치게 높이 농축되게 남아있다면 옥의 티가 될 "기포"로 알려진 불연속 기체 상태 함유물을 형성한다. 기체 함유물은 표면으로 부상하고, "정제"나 "청징"으로 알려진 용융 작업 단계에서 충분한 시간만 주어지면 용융물에서 빠져나갈 것이다. 용융물의 점도를 낮추고 기포 직경을 크게 함으로써 기체 함유물의 부상 및 탈출을 촉진시키기 위해 정제 지역에 통상적으로 높은 온도가 제공된다. 정제단계에 이용되는 고온에 필요한 에너지와 용융물에서 빠져나가기 위해 기체 함유물에 충분한 체류시간을 제공하는데 필요한 대형 용융기가 유리제조 작업의 대부분의 비용이다. 따라서, 이런 비용을 줄이도록 정제작업을 돕는 것이 바람직하다. 감압 작용은, 표면으로의 부상속도를 빨리하기위해 포함된 기체류의 부분압을 감소시키고 기표의 부피를 크게함으로써 정제공정을 도울수 있다. 내부를 진공으로 하기위해 통상적인 정제질 규모로 기체-밀봉 용기를 제공한다는 것은 비실용적이어서 미합중국 특허 1,564,235; 2,781,411 ; 2,877,280 ; 3,338,694 ; 및 3,442,622에 개시된 것과같은 비교적 소규모 배치 작업으로 까지 진공정제의 이용을 한정했다.When the glass is melted, a significant amount of gas is produced as a result of the decomposition of the batch material. Other gases are entrained in the batch material to follow or enter the molten glass from the combustion heat source. Most of the gas leaves the initial stage of melting, but some are incorporated into the melt. Any of the entrained gases will dissolve in the glass. The other forms discontinuous gaseous inclusions known as "bubbles" that will become teeing jade if they remain too high concentrated in the finished product. The gas content rises to the surface and will exit the melt if given enough time in the melting operation stage, known as "purification" or "clarification". Higher temperatures are typically provided to the refining zone to promote the rise and escape of gaseous inclusions by lowering the viscosity of the melt and increasing the bubble diameter. The energy required for the high temperatures used in the refining step and the large melters required to provide sufficient residence time for the gaseous content to escape the melt are the most cost of the glassmaking operation. Therefore, it is desirable to assist the refining operation to reduce this cost. The depressurization action can help the purification process by reducing the partial pressure of the gas stream contained in it and increasing the volume of the surface to speed up the flotation to the surface. It would be impractical to provide a gas-sealed container on a conventional tablet scale to evacuate the interior to US Pat. No. 1,564,235; 2,781,411; 2,877,280; 3,338,694; And the use of vacuum tablets up to relatively small batch operations, such as those disclosed in and 3,442,622.
연속 진공 정제공정이 제안되었지만, 연속 유리 제조의 여러 결점때문에 대규모 연속제조에 수용되지 못함이 발견되었다. 미합중국 특허 805,139 ; 1,598,308 ; 및 3,519,412에 나타낸 연속 진공제 배열에서 주 단점은 진공 영역으로 들어가고 나가는 수직 통로가 압력차로 인해 부득이하게 비교적 협소해야 한다는 필요조건이다. 이런 통로들은, 특히 기체-밀봉벽이 필요하다는 관점에서 그런 용기의 구조를 복잡하게 하고, 오염 내화 접촉부에 배출물의 노출을 증가시키며, 배출 흐름에 상당한 점성 항력을 부과한다. 유리의 실질적인 높이가 진공의 조절 정도를 균등히 균형잡는데 필요하다는 것을 알 수 있다. 그런 시스템의 출력을 변화시키는 것 또한, 특히 점성 항력 인자의 관점에서는 문제점이다. 가변성은, 제조되고 있는 제품과 원하는 생산량에 영향을 주는 경제적 인자들에 있어서 변화 요소이기 때문에 연속 상업 작업에 있어서 중요하다.Continuous vacuum purification processes have been proposed, but have been found to be unacceptable for large scale manufacturing due to several drawbacks of continuous glass manufacturing. United States Patent 805,139; 1,598,308; The main drawback in the continuous vacuum arrangement shown in 3,519,412 is the requirement that the vertical passage into and out of the vacuum region must be relatively narrow due to the pressure differential. These passages complicate the structure of such vessels, particularly in view of the need for gas-sealing walls, increase the exposure of the emissions to contaminating refractory contacts, and impose significant viscous drag on the discharge flow. It can be seen that the substantial height of the glass is necessary to balance the degree of control of the vacuum evenly. Changing the output of such a system is also a problem, especially in terms of viscous drag factor. Variability is important for continuous commercial operations because it is a changing factor in the economic factors that affect the product being manufactured and the desired output.
상기 3개의 특허 각각에서, 진공구간인 통로를 통해 유량을 증가시키는 구동력은, 진공 구간으로부터의 하류 용융물의 깊이에 비해 진공 구간의 상류 용융물의 깊이를 중가시켜서만 제공된다. 이 높이 차의 크기는 이런 시스템들 고유의 점성 항력에 의해 심화된다. 용융물의 표면이 상숭되면 측벽들의 부식이 가속되기 때문에, 높이를 상당히 변화시키면 뒤이어 제품유리의 품질을 저해시키는 부식을 더욱 악화시킨다.In each of the three patents, the driving force to increase the flow rate through the passage, which is the vacuum section, is provided only by increasing the depth of the upstream melt in the vacuum section as compared to the depth of the downstream melt from the vacuum section. The magnitude of this height difference is compounded by the viscous drag inherent in these systems. Since the corrosion of the sidewalls is accelerated when the surface of the melt is elevated, a significant change in height further exacerbates the corrosion which subsequently impairs the quality of the product glass.
좀더 간단한 구조가 미합중국 특허 3,429,684에 개시되었는데, 거기서 배치물질은 진공 록(lock)을 통해 공급되고 수직으로 기다란 진공실의 상부에서 용융된다. 그 배열에서 배출물을 변화시키는 것은 체임버에 부과된 진공의 정도를 변화시키는 것을 필요로 하는것 같고, 이것은 달성된 정제의 정도를 불리하게 변경할 것이다. 진공실 내에서 원료를 용융시키는 것은 3가지 이유때문에 그 배열의 또다른 단점이 된다. 첫째, 진공 상태에서 원료를 초기분해 함으로써 대량의 거품을 생성시킬 것이고, 이것은 그 거품을 충분히 담을 정도의 커다란 용기를 필요로 할것이다. 둘째, 원료가 출구 흐름까지 짧은 순환 경로를 따라가서 적절히 용융 및 정제되지 못할 위험이있다. 세째, 진공융기 안에서 정제 온도까지 용융물의 용융 및 가열 초기단계를 수행할려면 막대한 열이 용기내의 용융물에 공급될 필요가 있다. 그렇게 많은 열이 용기내로 들어가면 벽의 부식을 중가시키는 대류 흐름을 용융물내에 근본적으로 야기시키고, 정제된 제품 흐름을 오염시킨다.A simpler structure is disclosed in US Pat. No. 3,429,684, where the batch material is fed through a vacuum lock and melted on top of a vertically elongated vacuum chamber. Changing the emissions in that arrangement seems to require changing the degree of vacuum applied to the chamber, which will adversely alter the degree of purification achieved. Melting the raw material in the vacuum chamber is another disadvantage of the arrangement for three reasons. First, the initial decomposition of the raw material under vacuum will generate a large amount of foam, which will require a large container to hold the foam sufficiently. Secondly, there is a risk that the raw material will follow a short circulation path up to the outlet flow and will not be properly melted and purified. Third, enormous heat needs to be supplied to the melt in the vessel in order to carry out the melting and heating initial stage of the melt to the purification temperature in the vacuum melter. When so much heat enters the vessel, it essentially causes convective flows in the melt that add to the corrosion of the walls and contaminate the purified product flow.
미합중국 특허 4,195,982는 처음에 상승온도에서 유리를 용융시킨다음 분리 체임버에서 더낮은 압력으로 유리를 정제시키는 것을 개시한다. 2개 체임버 모두 가열된다.U.S. Patent 4,195,982 discloses first melting the glass at elevated temperatures and then purifying the glass at a lower pressure in the separation chamber. Both chambers are heated.
미합중국 특허 4,110,098은 정제작용을 돕기위해 유리를 조심스럽게 발포시키는 공정을 개시하는데, 발포 작용은 대기압에서 심한 열과 화학적 발포제에 의해 유도된다.U.S. Patent 4,110,098 discloses a process of carefully foaming a glass to aid in purification, which is induced by severe heat and chemical blowing agents at atmospheric pressure.
연속식이나 배치식에서 진공정제시 어느정도 부딪히는 문제점은, 특허 저압에서 자주 발생하는 방대한 양의 거품이다. 그 거품을 수용하기 위해서는 액체 용기위로 큰 공간이 제공되어야 한다. 이 헤드(head)공간은 또한 기체-밀봉을 유지해야만 하기 때문에 그 건조는 대규모 공정에서 특히 심각한 경제적 장애가 될수 있다. 결과적으로 거품은 이용될 수 있는 진공의 정도를 한정하는 요소로 작용한다. 많은 재정 손실을 초래하지 않고도 진공 정제공정에서 이 구속요인들을 완화시키는 것이 바람직하다.The problem encountered to some extent during vacuum purification in a continuous or batch mode is the large amount of foam that frequently occurs at patented low pressures. A large space must be provided above the liquid container to receive the foam. Since this headspace must also maintain gas-sealing, drying can be a particularly serious economic obstacle in large scale processes. As a result, the foam acts as a factor that limits the degree of vacuum that can be used. It is desirable to alleviate these constraints in the vacuum purification process without incurring much financial loss.
미합중국 특허 3,350,185는 대기압에서의 유리 용융 공정에서 거품을 파괴하는 기술을 개시하는데, 거기서는 연소의 산화나 환원 상태에서 급작스런 변화가 거품을 파괴한다고 했다.U.S. Patent 3,350,185 discloses a technique for breaking bubbles in a glass melting process at atmospheric pressure, where a sudden change in the oxidation or reduction state of combustion destroys the foam.
본 발명은, 진공상태에서 수직으로 기다란 체임버의 상부 부분안으로 용융·물질을 통과시키는 방법을 제시한다. 한가지 유리한점은, 진공실로부터 상류로 정제하는데 필요한 거의 모든 열 에너지를 부과함으로써, 진공실 안에서 가열할 필요가 거의 없고 인입물질의 열 성분이 진공실에 원하는 온도를 자체적으로 거의 충분히 유지한다는 것이다. 진공실 상부의 헤드공간에 연소를 유지하기 위해 그 장치에 버어너가 개시되었다.The present invention proposes a method of passing molten material into an upper portion of a vertically elongated chamber in vacuum. One advantage is that by imposing almost all the heat energy required to purify upstream from the vacuum chamber, there is little need to heat it in the vacuum chamber and the thermal component of the incoming material maintains itself almost sufficiently at the desired temperature in the vacuum chamber. Burners have been disclosed in the apparatus to maintain combustion in the headspace above the vacuum chamber.
본 발명에 따르면, 거품의 파괴를 촉진하기 위해서 진공실 상부의 헤드 공간에 보조 가열장치를 제공하는것이 유리함을 알았다. 체임버 상부에 모이는 거품층은 밑에있는 용융물질의 열로부터 헤드공간을 차단하는 경향이 있다고 믿어진다. 또한, 흘러들어가는 물질이 헤드공간에 짧은 시간 체류해서 헤드공간을 거의 가열하지 못할 것이다. 따라서, 헤드공간은 비교적 냉각되는 경향이 있을 것이고, 그 결과 거품층 부분역시 비교적 냉각되어 거품 부분의 점도가 커지고 그 부분의 파괴가 지체된다고 믿어진다. 헤드공간을 가열해서 유발되는 거품의 가속파괴는 온도가 상승하여 거품의 점도가 낮아지는데 기인한다고들 한다. 연소 열원이 헤드공간을 가열하는데 이용되면, 연소기체가 거품의 기포막 위로 부딪혀서 거품 파괴율을 기계적으로 증가시킬수도 있다.According to the present invention, it has been found advantageous to provide an auxiliary heating device in the head space above the vacuum chamber in order to promote the breakdown of bubbles. It is believed that the foam layer that collects on top of the chamber tends to block the headspace from the heat of the underlying melt. Also, the flowing material will stay in the headspace for a short time and hardly heat the headspace. Therefore, it is believed that the headspace will tend to be relatively cooled, with the result that the foam layer portion is also relatively cooled, resulting in a high viscosity of the foam portion and delayed breakage of that portion. The accelerated breakdown of bubbles caused by heating the headspace is said to be due to the increase in temperature and the low viscosity of the bubbles. If a combustion heat source is used to heat the headspace, the combustion gas may hit the bubble membrane of the foam and mechanically increase the foam breakdown rate.
본 발명의 일부분은, 체임버에 원하는 아대기입을 유지하는 성능에 심각하게 영향을 주지 않고도 본 발명의 목적들을 달성하기에 충분한 비율로 진공정제실의 감압상태에서 연소열원이 작동될 수 있다는 것을 발견한데 있다. 또한, 불꽃이 감압 상태에서 쉽게 유지될수 있음을 알것이다.Part of the present invention finds that the combustion heat source can be operated under reduced pressure in a vacuum refinery chamber at a rate sufficient to achieve the objects of the present invention without seriously affecting the performance of maintaining the desired subpopulation in the chamber. have. It will also be appreciated that the flame can be easily maintained at reduced pressure.
작동의 한 모우드에서는, 정제공정에 의해 용융물에서 제거되는 기체 만큼의 연소 부산물이 생기지 않는 열원을 이용함으로써 다른 잇점들을 얻을수 있다. 다시말하면, 용융물로 부터 정제되는 어떤 종류의 헤드공간에서도 가능한한 낮게 부분압을 유지하는 것이 유리하다. 유리에 대해서는, 질소와 이산화탄소를 제거하는것이 정제공정의 주목적이다. 따라서, 체임버 안으로 질소가 유입되는 것을 감소시키거나 없애기 위해서는 진공실의 헤드공간을 가열하기 위해 버어너를 점화하는데 산소 농축 연소물(가능하면 순수한 산소)을 이용하는 것이 유리하다. 또한, 연소를 돕기 위해 공기대신 일부나 전체를 산소를 사용하면, 배기기체 부피가 상당히 감소되어, 진공 시스템에 하중을 감소시킨다. 헤드공간 주변에 이산화탄소가 첨가되는 것을 피하기 위해, 버어너는 저탄소 성분이나 수소같은 무탄소로 된 연료를 이용할 수도 있다. 산소로 수소를 연소시키는 것은, 연소 생성물이 오로지 수증기 이기 때문에 특히 유리하다. 유리에 수증기가 비교적 높게 용해되기 때문에, 유리 정제 공정에 대해서 물을 제거하는 것은 일반적으로 필요조건이 아니다. 또한, 진공 시스템에서 수증기를 응축할 수 있기 때문에 헤드공간 버어너에 의해 야기되는 진공펌프에의 어떠한 추가 부담도 사실상 제거할 수 있다. 그와달리, 헤드공간을 가열하는데 플라즈마 토오치(plasma torch)를 사용한다. 플라즈마 토오치는 비교적 적은 량의 운반기체로 높은 열량을 낼 수 있다. 또한, 운반기체는 증기, 수소, 산소, 또는 헬륨같은 불활성 기체를 포함하는 광범위한 기체로부터 선택될 수 있다.In one mode of operation, other benefits can be obtained by using a heat source that does not produce as much combustion by-products as the gases removed from the melt by the refining process. In other words, it is advantageous to keep the partial pressure as low as possible in any kind of headspace to be purified from the melt. For glass, the removal of nitrogen and carbon dioxide is the main purpose of the purification process. Therefore, it is advantageous to use oxygen enriched combustion products (possibly pure oxygen) to ignite the burner to heat the headspace of the vacuum chamber in order to reduce or eliminate the introduction of nitrogen into the chamber. In addition, the use of some or all of the oxygen instead of air to aid combustion significantly reduces the exhaust gas volume, reducing the load on the vacuum system. To avoid the addition of carbon dioxide around the headspace, burners may use low carbon or non-carbon fuels such as hydrogen. Burning hydrogen with oxygen is particularly advantageous because the combustion product is only water vapor. Since water vapor dissolves relatively high in glass, it is generally not a requirement to remove water for glass purification processes. In addition, the ability to condense the water vapor in the vacuum system virtually eliminates any additional burden on the vacuum pump caused by the headspace burner. On the other hand, a plasma torch is used to heat the headspace. Plasma torches can produce high calories with a relatively small amount of carrier gas. The carrier gas may also be selected from a wide range of gases including inert gases such as steam, hydrogen, oxygen, or helium.
상세한 설명은, 유리 및 유사한 유리질 물질들을 용융하는데 특히 적합한 방법 및 그 장치와 함께 전개 되겠지만, 본 발명이 다른 물질들의 공정에도 응용될 수 있음을 이해해야 한다.While the detailed description will be developed in conjunction with methods and apparatuses that are particularly suitable for melting glass and similar glassy materials, it should be understood that the present invention may be applied to the processing of other materials.
본 발명이 비록 거기에 한정되지는 않지만, 앞서 말한 1986. 1. 2일자 미합중국 특허 815,494에 개시된 진공 정제 시스템과 함께 유용하게 사용된다. 그런 시스템의 바람직한 실시예에서는, 결과적으로 파괴되는 거품을 생성시키도록 아대기압 상태의 공간이 용융 재료에 허용된다. 거품의 표면적이 대단히 증가하면 감압하에 있는 동안 그 재료에서 기체가 제거되는 것이 촉진된다. 대기압으로 돌아오면 그 재료에 용해된 농축 기체들이 저 포화상태로 되어, 기포들로 핵 생성되지 않는다. 거품의 파괴를 촉진시키는 그런 방법에 포항된 활발한 발포작용 때문에 생산을 증가시키는데 유리하다.Although the present invention is not limited thereto, it is usefully used with the vacuum purification system disclosed in the aforementioned US Patent No. 815,494 dated January 1, 1986. In a preferred embodiment of such a system, a subatmospheric space is allowed in the molten material to produce bubbles that eventually break up. A significant increase in the surface area of the foam promotes the removal of gas from the material while under reduced pressure. Returning to atmospheric pressure, the concentrated gases dissolved in the material become low saturated and do not nucleate into bubbles. It is advantageous to increase production because of the active foaming action contained in such a method that promotes the destruction of foam.
바람직한 실시예에서는, 공정중 그 단계에 특히 적합한 단계에서 배치 재료가 우선 액화되고, 액화된 재료는 고형 입자의 용해가 필수적으로 완료되고 그 재료의 온도가 정제되기에 적당한 온도로 상승될 수 있는 제2단계로 이송된다. 그 다음에 용융 재료는 진공실로 이동된다. 결과적으로, 그 재료가 진공실로 가기전에 기체상태의 용융 부산물 중 대부분이 제거되고, 최대 기체 방출 영역이 정제지역과 분리되어, 용융 초기 단계중에 있는 재료가 정제중의 용융물 부분과 섞일 수 없다. 그 재료가 진공 정제단계로 들어가기 전에 대부분의 용융 열 조건들이 만족되고 그에 따라서 정제단계의 가열작용을 실질적으로 피할 수 있기 때문에, 정제 지역에서의 과도한 대류 작용을 피할 수 있다. 결과적으로, 용기 부식이 감소되고 용융물중 불완전 정제 부분과 정제 부분이 혼합되는 확률이 줄어든다. 바람직한 실시예에서는, 정제 단계로의 입력부가 정제에 적당한 온도에 있고, 따라서 정제 용기에 거의 또는 전혀 열을 제공할 필요가 없다. 그러나, 적어도 정제 단계의 입구에서 그 재료의 온도를 실질적으로 유지하기 위해, 본 발명에 있어서 진공실 헤드공간 가열수단은 용기의 벽, 특히 윗부분을 통한 열손실을 보충하는 역할을 할수도 있다.In a preferred embodiment, the batch material is first liquefied in a step particularly suited to that step in the process, and the liquefied material can be raised to a temperature suitable for the dissolution of the solid particles essentially and the temperature of the material to be purified. It is transferred in two stages. The molten material is then transferred to a vacuum chamber. As a result, most of the gaseous melt by-products are removed before the material enters the vacuum chamber, and the maximum gas release zone is separated from the refining zone, so that the material in the initial stage of melting cannot mix with the melt portion in the refining. Excessive convection in the refining zone can be avoided because most of the molten heat conditions are satisfied before the material enters the vacuum refining step and thus substantially avoids heating of the refining step. As a result, vessel corrosion is reduced and the probability of incomplete refinement and refinement portion mixing in the melt is reduced. In a preferred embodiment, the input to the purification step is at a temperature suitable for purification, and therefore there is no need to provide little or no heat to the purification vessel. However, in order to substantially maintain the temperature of the material at least at the inlet of the refining step, the vacuum chamber headspace heating means in the present invention may also serve to compensate for heat loss through the walls of the vessel, in particular the top.
바람직한 진공정제 배열에서는, 액화 재료가 밸브 수단을 통해 진공실의 상단부로 정량주입되고, 정제된 용융물은 다른 밸브배열을 통해 진공실의 하단부에서 나간다. 진공실내에 유지되는 액체의 높이는 진공을 균형잡는데 필요한 높이 보다 적어도 약간 큰 것이 바람직하다. 따라서, 진공실의 진공압력을 변화시키지 않고 또한 액체 높이를 변화시키지 않고 밸브에 의해 생산율이 제어될 수 있다. 다시말하면, 진공압력의 범위는 생산율을 변화시키지 않고도 채택될 수 있다. 밸브가 없으면, 그 시스템은 용융 재료가 유동하는데 비교적 저항이 적게 된다.In a preferred vacuum purification arrangement, the liquefied material is metered in through the valve means into the upper end of the vacuum chamber and the purified melt exits from the lower end of the vacuum chamber through another valve arrangement. The height of the liquid held in the vacuum chamber is preferably at least slightly greater than the height necessary to balance the vacuum. Thus, the production rate can be controlled by the valve without changing the vacuum pressure of the vacuum chamber and without changing the liquid height. In other words, the range of vacuum pressures can be adopted without changing the production rate. Without the valve, the system would have a relatively low resistance to the flow of molten material.
진공 정제실에 대해 바람직한 헝태는 수직으로 기다란 용기, 특히 편리하게는 직립 실린더 형상이다. 액화 재료는 용기내에 수용된 용융 재료위의 헤드공간으로 인입된다. 헤드공간이 감압되면, 재료에 용해된 기체의 방출과 기포의 확대로 인해서 적어도 실질적인 재료 거품 부분이 그 재료에 나타난다. 거품이 생성되면, 감압상태에 노출된 표면적이 상당히 증가하여, 액상에서 기체류를 제거하는데 도움을 준다. 용융 푸울(pool)로 부터 보다는 용기에 수용된 용융푸울위로 거품을 발생시키는 것이 거품을 파괴하고 기체의 배출에 도움을 주는데 유리하다. 거품층 위로 새로 발생한 거품을 놓는것이 거품의 파괴를 촉진한다는 것도 발견되었다. 수직으로 기다란 형상의 또다른 잇점은, 위에서 거품이 발생하고 밑으로 제품이 배출되어 총 질량 이동이 거품 지역에서 멀어져서, 거품이 제품흐름에 전혀 포함되지 않게 정제될 수 있다는 것이다. 감압 상태에서 용융물로 부터 기체를 제거했기 때문에 용융물에 용해된 기체의 농도가 대기압에서는 포화점 이하로 감소된다. 용융재료가 바닥의 배출구 쪽으로 하향 진행함에 따라, 용기내의 용융 물의 깊이로 인한 압력의 증가로 인해 잔류기체가 용해되고 잔존할수 있는 아무리 작은 기포라도 감소된다. 또한, 그 재료가 배출구로 나아가면서 온도가 강하됨으로써 기체의 용해작용이 도움을 받을수도 있다.Preferred conditions for vacuum refineries are vertically elongated containers, particularly conveniently upright cylinders. The liquefied material is drawn into the headspace above the molten material contained within the vessel. When the headspace is depressurized, at least a substantial portion of the material foam appears in the material due to the release of gas dissolved in the material and the expansion of the bubbles. As bubbles form, the surface area exposed to reduced pressure increases significantly, which helps to remove gas flow from the liquid phase. Foaming over the molten pool contained in the container, rather than from the molten pool, is advantageous to break the foam and aid in the release of gas. It has also been found that placing new bubbles on top of the foam layer promotes foam breakdown. Another advantage of the vertically elongated shape is that foaming from above and the product exiting below can cause the total mass transfer to be far from the foaming area so that the foam can be purified so that it is not included in the product flow at all. Since the gas was removed from the melt under reduced pressure, the concentration of the gas dissolved in the melt is reduced below the saturation point at atmospheric pressure. As the molten material proceeds downwards towards the bottom outlet, any increase in pressure due to the depth of the melt in the vessel causes the residual gas to dissolve and remain as small as possible. In addition, the dissolution of the gas may be assisted by the temperature drop as the material proceeds to the outlet.
통상적으로 유리를 용융시킬때, 용융 및 정제공정을 돕기위해서 황산나트륨이나 황산칼슘 또는 그외의 황의 원료물이 배치 물질에 포함된다. 용융물에 황화합물이 존재하면 진공정제시 문제점이 있다고 알려져왔는데, 이는 많은 거품이 유발되고 진공 정제 용기의 세라믹 내화 벽을 침습하기 때문이다. 그러나 여지껏, 황화합물 없이는 유리를 효과적으로 용융시키고 정제하는데 어려움이 있었다. 그러나 황을 거의 또는 전혀 사용하지 않고 유리가 높은 수준의 품질로 용융 및 정제될 수 있다는 것이 바람직한 진공 청징 배열이라는 점에서 또다른 잇점이다. 용융 및 정제 단계들이 불연속 단계들에서 수행되어, 각 단계가 황을 최소로 사용하거나 사용하지 않는데 적합한 공정에 의해 수행되기 때문에 이것이 본 발명에서 가능하다.Typically, when melting glass, raw materials of sodium sulphate, calcium sulphate or other sulfur are included in the batch material to aid the melting and refining process. The presence of sulfur compounds in the melt has been known to be a problem when vacuuming, because it causes a lot of foam and invades the ceramic fireproof walls of the vacuum refining vessel. To date, however, there has been difficulty in melting and purifying glass effectively without sulfur compounds. However, another advantage is that the glass can be melted and purified to a high level of quality with little or no sulfur, which is a preferred vacuum clarification arrangement. This is possible in the present invention because the melting and purification steps are carried out in discontinuous steps, whereby each step is carried out by a process suitable for using minimal or no sulfur.
제1도에 따르면, 본 밭명의 전체 용융 공정은 바람직하게 3단계 :액화단계(10), 용해단계(11) 및 진공정제단계(12)로 구성된다. 액화단계(10)에서 용융을 시작하는데 여러 배열이 채택될 수 있지만, 공정중 이 단계를 격리시키고 경제적으로 수행하는데 아주 효과적인 배열이 미합중국 특허 4,381,934에 개시되었는데, 그것은 바람직한 액화단계 실시예의 상세한 점들을 참고로 해서 여기에 구체화된다. 액화용기의 기본 구조물은, 강으로 만들어지고 일반적인 원통형 측벽 부분, 일반적인 개방형 상부, 및 배출구만 제외하고는 패쇄 되어있는 바닥 부분을 가질 수 있는 드럼(15)이다. 그 드럼(15)은, 예를들어 다수의 지지휘일(17)에 회전 가능하게 지지되고 다수의 조심(調心)휘일(18)에 의해 제 위치에 파지되는 원주 지지링(16)에 의해 대략 수직축선을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된다. 실질적인 패쇄공동이, 예를들어 주변 프레임(21)으로 고정 지지되는 뚜껑 구조물(20)에 의해 드럼(15)내부에 형성된다. 그 뚜껑(20)은 내화 세라믹 재질로 건조될 수도 있고 내화로 건조 기술에 숙련된 사람들에게 알려져 있는 여러 형태를 택할 수도 있다. 도면에 묘사된 배열은 다수의 내화 벽돌로 제조된 상향 도움형, 비탄성 아치 구조물이다. 일체식이나 평평한 현수식 고안품들도 뚜껑으로 채택될 수 있다는 것을 알아야 한다.According to FIG. 1, the whole melting process of the present field name is preferably composed of three steps: a
배치 재료를 액화시키는 열은 뚜껑(20)을 관통해 있는 1개 이상의 버어너(22)들에 의해 제공될 수 있다.Heat to liquefy the batch material may be provided by one or more burners 22 penetrating the lid 20.
버어너의 불꽃이 드럼내의 재료의 광범위한 영역으로 향하게 하기 위해서는 여러개의 버어너들이 뚜껑 둘레에 배치되는 것이 바람직하다. 용기내의 조악한 환경에서 버어너들을 보호하기 위해 그 버어너들은 물로 냉각되는 것이 바람직하다. 배기 기체들은 뚜껑이 있는 개구부(23)를 통해 액화 용기 내부로 부터 빠져나갈 수 있다. 배기 기체들에 있는 폐열은 미합중국 특허 4,519,814에 개시된 것과같은 예열 단계(도시안됨)에서 배치 재료를 예열시키는데 유익하게 이용될 수 있다.Several burners are preferably arranged around the lid in order to direct the burner's flame to a wide range of materials in the drum. The burners are preferably cooled with water to protect the burners in the harsh environment in the container. The exhaust gases can exit from inside the liquefaction vessel through the lidded opening 23. Waste heat in the exhaust gases can be advantageously used to preheat the batch material in a preheating step (not shown) as disclosed in US Pat. No. 4,519,814.
바람직하게는 분말 상태인 배치 재료는 슈우트(24)에 의해 액화 용기의 공동으로 공급되는데, 본 실시예에서 그 슈우트(24)는 배기 개구부(23)를 관통해 있다. 공급 슈우트의 상세한 점은 미합중국 특허 4,529,428에서 볼 수 있다. 배치 슈우트(24)는 드럼(10)의 측벽 바로 옆에서 끝나서, 배치 재료가 드럼의 내측벽 부분 위로 가라앉는다. 배치 재료의 층(25)은 드럼의 회전에 의한 도움을 받아 드럼(10)내측 벽에 보지되고 절연 라이닝 역할을 한다. 라이닝(25)표면의 배치 재료는 공동의 열에 노출되기 때문에, 용기 바닥에 있는 중앙 배출 개구부까지 경사 라이닝을 따라 흘러내리는 액화 층(26)을 형성한다. 배출구는 세라믹 내화 부싱(27)으로 설비될 수 있다. 액화 재료(28)의 호름은 액화 용기로 부터 제2단계(11)로 인도하는 개구부(29)를 통해 자유 낙하한다.The batch material, which is preferably in powder form, is supplied to the cavity of the liquefaction vessel by means of the chute 24, which in this embodiment passes through the exhaust opening 23. Details of the supply chutes can be found in US Pat. No. 4,529,428. The batch chute 24 ends right next to the side wall of the
제2단계는 용해 단계라고 할 수 있는데, 이는 그 기능들 중 하나가 액화 용기(10)를 떠나는 액화 흐름(28)에 남아있는 아무리 극소량의 용융되지 않은 배치 재료라도 완전히 용해시키는 것이기 때문이다. 거기서의 액화 재료는 통상적으로 용융되지 않은 모래알들을 포함해서 일부만 용융되고 실질적으로 기체상이다.The second step may be referred to as the dissolution step, because one of its functions is to completely dissolve even the smallest amount of unmelted batch material remaining in the liquefaction stream 28 leaving the
탄산염 배치 재료와 정제 촉진물로서 황산염을 사용하는 통상적인 소오다-석회-실리카 용융 공정에서, 기체상은 주로 탄소 산화물 및 황산화물로 구성된다. 질소가 혼입된 공기로 부터 나타날수도 있다.In a typical soda-lime-silica melting process using sulphate as a carbonate batch material and a purification promoter, the gas phase consists mainly of carbon oxides and sulfur oxides. Nitrogen may also come from entrained air.
용해용기(11)는 제1단계로 부터 오는 액화재료에 있는 비용융된 입자들을 하류 정제단계와 분리된 위치에서 머물게 해서 완전히 용해시키는 기능을 한다. 소오다-석회-실리카 유리는 통상적으로 약 2100℉(l150℃)-2200℉(1200℃)에서 액화되고 약 2100℉(1200℃)-2400℉(1320℃)에서 용해 용기로 들어가는데, 그 온도에서 잔류 비용융 입자들은 충분한 체류시간이 제공되면 일반적으로 용해된다. 도시된 용해 용기(11)는 적절한 잔류 시간을 확보하기 위해 양단부에 입구와 출구를 갖고 내화 지붕(31)을 갖는 수평의 기다란 내화 도가니(30) 형태이다. 용해 용기에 있는 용융 재료의 깊이는 재료의 재순환을 방지하기 위해 비교적 얕다.The dissolution vessel 11 functions to completely dissolve the unmelted particles in the liquefied material coming from the first stage by remaining in a position separated from the downstream purification stage. Soda-lime-silica glass is typically liquefied at about 2100 ° F. (1150 ° C.)-2200 ° F. (1200 ° C.) and enters the dissolution vessel at about 2100 ° F. (1200 ° C.)-2400 ° F. (1320 ° C.) at that temperature. Residual non-melting particles generally dissolve given sufficient residence time. The illustrated dissolution vessel 11 is in the form of a horizontal elongated
용해 단계를 수행하는데 열 에너지를 실질적으로 더 가할 필요는 없지만, 가열작용은 공정을 촉진하여 용해용기(11)의 크기를 줄일 수 있다. 그러나, 더욱 중요하게는, 다음 정제단계를 대비해서 온도를 상숭시키기 위해 용해용기에서 재료를 가열하는 것이 바람직하다. 정제 온도를 최대화하는 것은 유리 점도를 감소시키고 내포한 기체의 증기압을 증가시키는데 유리하다. 통상적으로 소오다-석회-실리카 유리를 정제하는데는 약 2800℉(1540℃)의 온도가 적당하다고 여겨지지만, 정제작용을 보조하기 위해 진공 상태를 사용하면, 더 낮은 피이크(peak) 정제온도라도 제품 품질을 희생하지 않고 이용될 수 있다. 온도가 감소될 수 있는 양은 진공의 정도에 좌우된다. 그러므로, 본 발명에 따른 진공상태에서 정제작용이 수행되면, 유리 온도가 정제되기 전에 단지 2700℉(1480℃), 예를들면, 바람직하게는 단지 2600℉(1430℃) 그리고 적당하게는 단지 2500℉(1370℃)까지 상승될 필요가 있다. 이 순서대로 피이크 온도가 감소되면, 내화 용기의 수명을 상당히 연장시킬 뿐 아니라 에너지도 절약하게 된다. 용해용기로 들어가는 액화 재료는 용융 재료가 정제될 준비를 하기 위해 단지 적당히 가열될 필요만 있다. 연소열원은 용해용기(11)에 사용될 수도 있지만, 이 단계가 그 자체를 전기 가열을 위한 공동으로 제공해서, 도면에서 보듯이 측벽을 통해 수평으로 뻗는 다수의 전극(32)들이 제공될 수 있다. 전기적으로 용융 유리에 통상적으로 이용되는 기술로 된 전극들 사이를 지나가는 전류에 용융물 자체의 저항으로 인해 열이 발생된다. 전극(32)은 당해 기술의 기술자들에게 잘 알려져 있는 탄소나 몰리브덴 형태일 수 있다. 어떤 부유 물질도 출구단부로 접근하지 못하게 스키밍 부재(33)가 용해용기에 제공될 수 있다.There is no need to add substantially more thermal energy to perform the dissolution step, but the heating action may facilitate the process to reduce the size of the dissolution vessel 11. More importantly, however, it is desirable to heat the material in the dissolution vessel to raise the temperature in preparation for the next purification step. Maximizing the purification temperature is advantageous for reducing the glass viscosity and increasing the vapor pressure of the gas contained. Typically, a temperature of about 2800 ° F. (1540 ° C.) is deemed suitable for refining soda-lime-silica glass, but if vacuum is used to aid purification, a lower peak refining temperature may be used. It can be used without sacrificing quality. The amount by which the temperature can be reduced depends on the degree of vacuum. Therefore, if the purification is carried out in a vacuum according to the invention, only 2700 ° F. (1480 ° C.), preferably only 2600 ° F. (1430 ° C.) and suitably only 2500 ° F., before the glass temperature is purified. It needs to be raised to (1370 ° C.). Reducing the peak temperatures in this order not only significantly extends the life of the refractory vessel but also saves energy. The liquefied material entering the melting vessel only needs to be adequately heated to prepare the molten material for purification. A combustion heat source may be used for the dissolution vessel 11, but this step provides itself as a cavity for electrical heating, so that a plurality of electrodes 32 extending horizontally through the sidewalls as shown in the figure can be provided. Heat is generated due to the resistance of the melt itself to the current passing between the electrodes, which is a technique commonly used in electrically molten glass. Electrode 32 may be in the form of carbon or molybdenum, well known to those skilled in the art. A skimming member 33 can be provided in the dissolution vessel to prevent any suspended material from reaching the outlet end.
용해단계(11)로 부터 정제단계(12)까지의 물질의 유동을 제어하는 밸브는 배출관(36)과 축선 정렬하는 플런저(35)로 구성된다. 플런저(35)와 관(36)의 간극에 걸쳐 제어함으로써 정제단계 안으로의 물질의 유동율을 조절하기 위해 플런저의 축(37)은 용해용기의 지붕(31)을 관통해 있다. 밸브관(36)은 백금 같은 내화 금속으로 제조될 수 있고 정제용기의 상단부에서 오리피스(44)안으로 밀봉삽입된다. 비록 그 밸브 배열이 바람직하지만, 당해 기술에 공지되어 있듯이 정제용기 까지의 용융 재료의 유동율을 제어하기 위해 다른 수단이 제공될 수 있다. 일례로 통과하는 용융물질의 점도를 조절해서 유동율을 조절하도록 배출관과 관련된 가열 및/또는 냉각 수단이 사용될 수 있다.The valve for controlling the flow of material from the dissolution step 11 to the purification step 12 consists of a plunger 35 axially aligned with the discharge tube 36. The shaft 37 of the plunger penetrates the roof 31 of the melting vessel to control the flow rate of the material into the purification stage by controlling over the gap between the plunger 35 and the tube 36. The valve tube 36 may be made of refractory metal such as platinum and is sealed into the orifice 44 at the top of the tablet vessel. Although the valve arrangement is preferred, other means may be provided to control the flow rate of the molten material to the purification vessel, as is known in the art. In one example, heating and / or cooling means associated with the discharge line can be used to control the flow rate by adjusting the viscosity of the molten material passing therethrough.
정제단계(12)는 일반적으로 원통형인 똑바로 곧추선 용기로 구성되는 것이 바람직하고, 기체-밀봉 수냉식 케이싱(casing)으로 보호된 내측 세라믹 내화 라이닝(40)을 갖는다. 내화재는 당기술에 잘 알러져 있는 알루미나-산화지르콘-실리카일 수도 있다. 케이싱은 환형 수로와 원형 단부 냉각기들(42), (43)을 갖는 이중벽, 원통형 측벽 재킷(41)으로 이루어질 수 있다. 모든 적절한 냉각 배열이 이용될 수 있다. (도시되지 않은) 절연층이 라이닝(40)과 재킷(41)사이에 제공될 수 있다.The refining stage 12 preferably consists of a straight cylindrical vessel which is generally cylindrical and has an inner ceramic refractory lining 40 which is protected by a gas-sealed water cooled casing. The refractory material may be alumina-zircon oxide-silica, which is well known in the art. The casing may consist of a double wall, cylindrical sidewall jacket 41 having an annular channel and
용융재료가 관(36)을 통과하고 정제용기 내에서 감압되기 때문에, 용융물에 포함된 기체가 부피 팽창하고 액체(51)의 몸체 위에 놓이는 거품층(50)을 생성한다. 거품은 파괴되면서 액체 몸체(51)와 섞인다. 용기 상부부분은 관통해 있는 진공도관(52)을 통해 정제 용기내에 아대기압이 형성될 수 있다.As the molten material passes through the tube 36 and is depressurized in the refining vessel, the gas contained in the melt creates a foam layer 50 which expands in volume and overlies the body of the liquid 51. The foam breaks and mixes with the liquid body 51. The upper portion of the vessel may create subatmospheric pressure in the purification vessel through the vacuum conduit 52 through which the vessel is directed.
거품을 더 깨뜨릴 필요가 있는 경우 거품 파괴제를 용기내에 첨가시키기 위해서 도관(54)이 정제용기 상부 부분 안으로 뻗을 수 있다. 바람직한 거품 과괴제는 연속적으로 또는 단속적으로 거품위로 환무될 수 있는 물이 다.If further foaming is needed, conduit 54 may extend into the upper portion of the tablet vessel to add foam breaker into the container. Preferred foam blockers are water which can be brought over the foam continuously or intermittently.
정제된 용융 물질은 백금같은 내화 금속으로된 배출관(55)을 거쳐 정제용기(12)의 바닥에서 배출된다. 배출관(55)은, 출력흐름으로 어떤 파편도 들어가지 않도록, 내장된 내화 바닥 구간(56)표면 위로 튀어나와 있는 것이 바람직하다. 관(55)에 절연 효과를 감소시켜서 관의 온도가 상숭되어 관 내부 물질이 동결되지 않도록 관(55)과 인접한 바닥구간(56)의 두께가 감소될 수 있다. 바닥구간(56) 밑의 수 냉각기(57)에 의해 관(55) 둘레의 누설이 방지된다. 배출관(55)로 부터의 용융물질 유량은 스템(59)의 말단에 위치하는 원추형의 드로틀 부재(58)에 의해 조절된다. 스템(59)은, 드로틀 부재(58)와 관(55)사이의 유동율을 제어하기 위해서 드로틀 부재(58)의 상승 작용을 조절하여 그 사이의 간극을 조절하는 기계적 수단(도시안됨)과 관련되어 있다. 정제된 물질의 용융흐름(60)은 정제용기의 바닥으로 부터 자유 낙하하고 원하는 제품으로 성형할 수 있는 성형 단계(도시 안됨)까지 흐르게 된다. 예를들면, 정제된 유리는 판 유리를 만들기 위해 용융 유리가 용융금속 푸울에 떠있는 부유 유리 성형실까지 흐를 수 있다.The purified molten material is discharged from the bottom of the refining vessel 12 via an outlet tube 55 made of refractory metal such as platinum. The discharge pipe 55 preferably protrudes above the surface of the built-in refractory bottom section 56 so that no debris enters the output flow. By reducing the insulation effect on the tube 55, the thickness of the bottom section 56 adjacent to the tube 55 can be reduced so that the temperature of the tube is elevated and the material inside the tube does not freeze. The water cooler 57 under the bottom section 56 prevents leakage around the pipe 55. The melt flow rate from the discharge pipe 55 is controlled by a conical throttle member 58 located at the distal end of the stem 59. The stem 59 is associated with a mechanical means (not shown) that adjusts the synergism of the throttle member 58 to control the gap therebetween in order to control the flow rate between the throttle member 58 and the tube 55. have. The melt flow 60 of the refined material flows freely from the bottom of the tablet vessel to a forming step (not shown) which can be molded into the desired product. For example, the refined glass may flow to a floating glass forming chamber in which molten glass floats in molten metal pools to make plate glass.
정제용기(12)는 여러 형상으로 될 수 있지만, 원통형이 바람직하다. 원통형 형상은 기체-밀봉 용지를 제조하는데 유리하다. 내측면 접촉 면적 대 부피의 비 역시 원형 단면에서 최소화된다. 통상적인 개방로형 재순환 정제기에 비해서, 본 발명의 원통형 진공정제기는 단지 약간의 내화 접촉면적만 있으면 된다.The tablet vessel 12 may be in various shapes, but a cylindrical shape is preferable. The cylindrical shape is advantageous for making gas-sealed paper. The ratio of medial side contact area to volume is also minimized in the circular cross section. Compared to conventional open-loop recirculation purifiers, the cylindrical vacuum purifier of the present invention only needs a small refractory contact area.
정제기(12)에 잔류한 용융 물질(51)의 높이는 체임버내에 부과된 진공정도에 좌우된다. 그 물질이 용기로 부터 자유배출 되기 위해서는 액체의 높이로 인한 압력 수두가 출구의 대기압보다 크거나 같은 압력을 설정할 정도로 충분해야만 한다. 높이는 용융물질의 비중량에 좌우되는데, 소오다-석회-실리카 유리의 비중량은 그 온도에서 약 2.3이다. 진공의 변동을 허용하고 배출구를 통한 유동의 안정성을 도모하기 위해서, 진공상태를 오프셋(offset)하는데 필요한 최소 이상의 높이는 대기압의 변동을 고려하는 것이 바람직하다.The height of the molten material 51 remaining in the refiner 12 depends on the degree of vacuum imposed in the chamber. In order for the material to be freed from the vessel, the pressure head due to the height of the liquid must be sufficient to set a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure at the outlet. The height depends on the specific weight of the molten material, the specific weight of the soda-lime-silica glass is about 2.3 at that temperature. In order to allow for the fluctuation of the vacuum and to ensure the stability of the flow through the outlet, it is desirable to consider the fluctuation of the atmospheric pressure to a height higher than the minimum necessary to offset the vacuum state.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 출력 유동물이 진공 압력에 의해 결정되지 않고 오히려 기계적 밸브 수단에 의해 결정되도록 실질적으로 과잉 높이가 제공된다. 그러한 배열로 인해 생산량과 진공 압력이 서로 독립하여 변할 수 있다. 그와달리, 출구에 압력차를 극복하도록 펌프 수단이 제공되면 출구 압력이 대기압 이하일 수도 있다. 용융 유리에 사용되는 일례의 펌프가 미합중국 특허 4,083,711에 개시되어 있는데, 그것이 참고적으로 여기에 구체화된다.In a preferred embodiment of the present invention, substantially excess height is provided such that the output flow is not determined by vacuum pressure but rather by mechanical valve means. Such an arrangement allows the output and vacuum pressure to change independently of each other. Alternatively, the outlet pressure may be below atmospheric if the pump means is provided to overcome the pressure differential at the outlet. An example pump for use in molten glass is disclosed in US Pat. No. 4,083,711, which is incorporated herein by reference.
정제공정에서 진공의 잇점은 차차 달성된다. 즉 압력이 낮을 수록 잇점이 커진다. 압력을 대기압 이하로 약간 감소시키면 다소의 개선상태를 가져올 수 있지만, 경제적으로 진공실을 정당화 할려면 실질적으로 감소된 압력을 이용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 소오다-석회-실리카 판 유리에 적절한 정제개선 상태를 가져올려면 단지 1/2대기압이하가 바람직하다. 더욱 좋은 결과가 1/3대기압 이하에서 얻어진다. 표준 투명 소오다-석회-실리카 판 유리 화합물은 100torr의 절대 압력에서 정제되고 100cm3당 1기포를 갖는 제품을 생산 했는데, 이는 많은 유리 제품에 수용될 만한 품질 수준이다. 예를들면, 1,000-10,000m3당 약 1기포 품질의 상용 관 유리를 생산하기 위해서는 100torr이하의 정제 압력인 20-50torr가 적당하다. 직경 1mm이하의 기포들은 눈에 안보인다고 여겨지고 기포수에 포함되지 않는다.The benefits of vacuum in the purification process are achieved gradually. The lower the pressure, the greater the benefit. A slight decrease in pressure below atmospheric pressure can lead to some improvement, but it is desirable to use a substantially reduced pressure to justify the vacuum chamber economically. Therefore, only 1/2 atmosphere or less is desirable to bring proper refinement to soda-lime-silica plate glass. Better results are obtained at less than 1/3 atmospheric pressure. The standard clear soda-lime-silica plate glass compound produced at 100 torr absolute pressure and produced a product with 1 bubble per 100 cm 3 , which is an acceptable level of quality for many glass products. For example, in order to produce commercial tubular glass of about 1 bubble quality per 1,000-10,000 m 3 , a purification pressure of 20-50 torr or less of 100 torr is suitable. Bubbles less than 1mm in diameter are considered invisible and are not included in the bubble count.
제 1도에서 보듯이, 본 발명의 헤드 공간 가열 수단은 상단냉각기(42)를 통해 정제용기(12)안으로 뻗어있는 버어너(53)형태를 취할 수도 있다. 버어너는 그 수평을 연장 시키기 위해 수냉식 재킷을 갖추는 것이 바람직하다. 비록 거품 파괴에 대한 정확한 메카니즘이 완전히 이해되지는 않지만, 버어너로 부터의 열이 거품의 점도를 감소시키고 거품의 부피를 중가시키고, 그들 둘다 거품의 기포들을 터뜨리게 한다고들 한다.As shown in FIG. 1, the head space heating means of the present invention may take the form of a burner 53 which extends into the tablet vessel 12 through the
충분히 높은 불꽃 속도로 각동될 때, 불꽃이 거품에 부딪히면 거품 기포들이 터질 수 있다. 배출관(36)이 백금으로 제조되었을 때, 그 백금을 파손시키지 않도록 산화불꽃이 이용되는 것이 바람직하다. 만약 진공용기의 헤드공간에 백금이 존재하지 않으면, 거품을 파괴하는 경향을 더 크게 하기 위해 불꽃을 줄이는 것이 바람직하다.When agitated at a sufficiently high flame rate, the bubbles can burst if the flame hits the foam. When the discharge pipe 36 is made of platinum, it is preferable to use an oxide flame so as not to damage the platinum. If platinum is not present in the headspace of the vacuum vessel, it is desirable to reduce the flames to increase the tendency to break bubbles.
연소공기로 부터 시스템 안으로 질소가 들어가지 않도록, 버어너(53)는 산소로 점화되는 것이 바람직하다. 유리 안으로 들어갈 수 있는 질소는 용융 유리에서 비교적 낮은 용해성 때문에 유리에 비교적 높은 결함 잠재력을 갖는다. 유리에서 또다른 기포원인 CO2를 피하길 원하면, 연료로 수소를 사용할 수도 있다.The burner 53 is preferably ignited with oxygen so that nitrogen does not enter the system from the combustion air. Nitrogen that can enter the glass has a relatively high defect potential in the glass because of the relatively low solubility in the molten glass. If you want to avoid another cause CO 2 bubbles in the glass, it is also possible to use hydrogen as a fuel.
수소와 산소의 연소 부산물인 물은 용융 유리에서 비교적 높은 정도의 용해성을 갖는다. 용융물의 CO2농도를 낮추는 것이 정제단계의 일반 목적중의 하나이고 따라서 정제 용기의 헤드 공간에 있는 CO2의 부분압을 가능한한 낮게 유지하는 것이 바람직하기 때문에 CO2는 피하는 것이 또한 바람직하다. 한편, 용융물에서 물을 제거하는 것은 일반적으로 중요하지 않다. 마찬가지로, 증기나 헬륨 같은, 유리에 비교적 용해되기 쉬운 운반 기체와 함께, 플라즈마 토오치(plasma torch)가 버어너(53)대신에 이용될 수 있다. 산소 및/또는 수소 역시 플라즈마 운반 기체로 이용될 수 있다. 당해 기술에 공지된 플라즈마 토오치들 중 일례가 미합중국 특허 4,545,798에 개시되어 있는데, 이것이 여기에 참고적으로 구체화 된다.Water, a combustion byproduct of hydrogen and oxygen, has a relatively high degree of solubility in molten glass. It is also desirable to avoid CO 2 because lowering the CO 2 concentration of the melt is one of the general purposes of the purification step and therefore it is desirable to keep the partial pressure of CO 2 in the head space of the purification vessel as low as possible. On the other hand, removing water from the melt is generally not critical. Similarly, a plasma torch can be used in place of burner 53, along with a carrier gas that is relatively soluble in glass, such as steam or helium. Oxygen and / or hydrogen may also be used as the plasma carrier gas. One example of plasma torches known in the art is disclosed in US Pat. No. 4,545,798, which is incorporated herein by reference.
차례로 더낮은 압력을 얻기 쉽게하는 진공펌프에 의해 조정되어야 하는 기체 부피를 감소시키기 위해, 버어너(53)로 부터의 농축 연소 부산물이 진공실로 부터 도관(52)을 통해 빠져나간 기체로 부터 제거될 수 있다. 배기 기체의 실질적인 부분은 수증기로 구성되어, 버어너(53)가 수소와 산소를 이용할 때, 응축 후에는 남아있는 기체 부피가 아주 작아질 수 있기 때문에 수증기의 응축작용은 특히 유용하다. 통상적인 응축 트랩 배열이 이용될 수 있는데, 그 일례가 제2도에 개략적으로 도시되어 있다. 기체 도관(61)을 통과하는 뜨거운 기체로 부터 그 도관(61)을 보호하기 위해 배기도관(52)에는 물 재킷(67)이 제공된다. 배기 기체를 냉각시키기 위해 통상적인 투관철 열 교환기(62)가 이용된다. 도시된 배열에서, 관을 흐르는 기체를 냉각시키기 위해 냉각수가 셀(shell)을 통과한다. 기체로 부터 수증기를 응축하기 위해 그 기체들은 진공 시스템에 존재하는 압력에서 물의 이슬점까지 냉각된다. 응축된 물과 나머지 잔류 기체는 물 트랩실(63)까지 흐르고, 거기서 기체는 진공펌프(64)로 가고 물은 수집용기(66), 즉 드레인까지 수직으로 뻗어있는 균압기둥(65)으로 배수된다. 만약 열 교환기 표면에 심각한 정도로 까지 고형체가 침전되면, 아래로 흐르는 응축된 물이 열 교환기 입구단부로 부터 침전물을 빼도록 기체가 열 교환기를 통해 위로 호르게 하는 것이 유리하다.In order to reduce the gas volume that must be adjusted by the vacuum pump which in turn makes it easier to obtain a lower pressure, the concentrated combustion by-product from the burner 53 can be removed from the gas exiting the conduit 52 through the conduit 52 from the vacuum chamber. Can be. The substantial part of the exhaust gas consists of water vapor, so that when the burner 53 uses hydrogen and oxygen, the condensation of water vapor is particularly useful because the gas volume remaining after condensation can be quite small. Conventional condensation trap arrangements can be used, one example of which is schematically illustrated in FIG. The exhaust conduit 52 is provided with a water jacket 67 to protect the conduit 61 from hot gas passing through the gas conduit 61. Conventional bush heat exchanger 62 is used to cool the exhaust gas. In the arrangement shown, coolant is passed through a shell to cool the gas flowing through the tube. To condense water vapor from the gas, the gases are cooled down to the dew point of the water at the pressure present in the vacuum system. The condensed water and the remaining residual gas flow to the water trap chamber 63, where the gas is directed to the vacuum pump 64 and the water is drained to the collecting vessel 66, i.e. the equalizing column 65 extending vertically to the drain. . If the solids settle to a significant extent on the surface of the heat exchanger, it is advantageous to let the gas flow upward through the heat exchanger so that the condensed water flowing down drains the precipitate from the heat exchange inlet end.
황이나 불소 화합물 같은 용융 및 청징 보조제는 퉁상 유리 배치물에 포함되어 있지만 유리 용융로로 부터의 배기기체에 실질적으로 바람직하지 못한 방출물 부분을 생산한다. 그것들을 제거하는 것이 바람직하지만, 최고 수준의 품질을 얻기 위해서는, 특히 판유리를 기준으로 해서는, 산의 사용이 필요하다고 인식되어 왔다. 특히, (황산나트륨, 황산칼슘같은) 황원료물은 진공 상태에서 지나친 거품을 일으킨다고 발견되었다.Melting and clarification aids, such as sulfur or fluorine compounds, are included in the rough glass batch but produce substantially undesirable emissions to the exhaust gas from the glass melting furnace. Although it is desirable to remove them, it has been recognized that in order to obtain the highest level of quality, the use of acid is necessary, especially on the basis of panes. In particular, sulfur raw materials (such as sodium sulfate and calcium sulfate) have been found to produce excessive foaming under vacuum.
통상적으로 판유리 배치에는 실리카 원료물질(모래) 1000중량부에 대해 황산 나트륨 5-15중량부의 비율로 포함되어 있는데 그중 10중량부가 적절한 정제에 바람직하다고 여겨진다. 그러나, 본 발명에 따라 작업할때는, 거품을 다루기 쉬운 수준으로 유지하기 위해 2중량부까지 황산 나트륨을 제한하는 것이 바람직하다고 발견되었지만, 정제작용이 심각하게 영향받지 않는다고 발견되었다. 가장 바람직하게는, 모래 l000중량부당 황산나트륨 1중량부가 이용되고, 1/2이 특히 유리한 경우이다. 이 중량비는 황산 나트륨에 대해서 주어졌지만, 분자량 비로 다른 층 원료물에 표준화될 수 있다. 황 원료 물질의 첨가를 아무리 신중하게 생략하려고해도, 통상적인 무기물 원료배치 물질들에 가끔 있는 황화합물의 흔적량으로 인해 일반적으로 황이 용융물로 유입될 수 있다.Typically, the flat glass batch contains a proportion of 5-15 parts by weight sodium sulfate relative to 1000 parts by weight of silica raw material (sand), of which 10 parts are considered to be suitable for proper purification. However, when working in accordance with the present invention, it has been found that it is desirable to limit sodium sulfate to 2 parts by weight in order to keep the foam at a manageable level, but it has been found that refining is not severely affected. Most preferably, 1 part by weight of sodium sulfate per 1 000 parts by weight of sand is used, with 1/2 being particularly advantageous. This weight ratio is given for sodium sulfate, but can be normalized to other layer feedstocks in molecular weight ratio. However careful the omission of the addition of the sulfur raw material, sulfur can generally enter the melt due to traces of sulfur compounds which are sometimes present in conventional inorganic batch materials.
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