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KR900005198B1 - 유리질재료의 진공정제를 위한 기포조절방법 - Google Patents

유리질재료의 진공정제를 위한 기포조절방법 Download PDF

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KR900005198B1
KR900005198B1 KR1019870007216A KR870007216A KR900005198B1 KR 900005198 B1 KR900005198 B1 KR 900005198B1 KR 1019870007216 A KR1019870007216 A KR 1019870007216A KR 870007216 A KR870007216 A KR 870007216A KR 900005198 B1 KR900005198 B1 KR 900005198B1
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bubble
vacuum
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vessel
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KR1019870007216A
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몬트거머리 웰턴 라이트
Original Assignee
피이피이지이 인더스트리이즈 인코포레이팃드
헬렌 에이 패브릭
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Abstract

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Description

유리질재료의 진공정제를 위한 기포조절방법
제1도는 이 발명의 바람직한 실시예에 따른 액화단계, 용해단계 및 진공정제단계를 포함하는 용융작업의 세단계를 통한 수직단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 액화단계 11 : 용해단계
12 : 정제단계 15 : 드럼
17,18 : 휘일 20 : 뚜껑
22,53 : 버어너 24 : 배치 슈우트
27 : 부싱 32 : 전극
35 : 플런저 36,55 : 배출관
37 : 샤프트 40 : 라이닝(lining)
41 : 측벽 부재 42,43 : 냉각기
44 : 오리피스 52 : 도관
57 : 수냉각기 58 : 드로틀 부재
59 : 스템
이 발명은 용융 유리등의 정제를 촉진하기 위해 아(亞)대기압을 이용하는 것에 관한 것으로서, 특히, 그러한 정제기술에서 발포량을 조절하는 장치에 관한 것이다.
유리의 용융에 있어서, 기체의 실질적 양은 배치 재료(batch material)의 분해의 결과로 산출된다. 다른 기체들은 배치 재료들에 의해 물리적으로 혼입되거나 연소열원으로부터 용융 유리로 도입된다. 대부분의 기체는 초기 용융단계중에 빠져나가지만 얼마만큼은 그 용융체에 갇히게 된다. 갇힌 기체의 어느정도는 유리속에서 용해되지만, 다른 부분들은 유리제품안에 과도하게 높은 농도로 남겨놓으면 곤란한 거품 또는 "기포"로 알려진 독립한 함유기체들을 형성한다. 이 함유기체들은 "정제" 또는 "청징(淸澄)"으로 알려진 용융작업의 단계에서 충분한 시간이 주어진다면 표면으로 상승하여 용융체로부터 탈출한다. 용융체의 점성을 감소시키고 기포직경을 확대시키므로써 함유기체의 상승과 탈출을 촉진하기 위해 종래에는 정제영역에 고온이 제공되었다. 정제단계에서 이용되는 고온에 필요한 에너지와 함유가스가 용융체로부터 탈출하는데 충분한 잔류시간을 제공하는데 필요한 대형용융용기가 유리제조작업에 있어서 비용이 드는 요인들이다. 따라서, 정제공정을 보조하여 이들 비용을 줄이는 것이 바람직하다.
감소된 압력이, 포함된 기체종류의 분압을 감소시키고, 용융체내의 기포체적을 증가시켜 기포가 표면으로 상승하는 속도를 높여서 정제공정을 보조할 수 있다는 것이 알려져 있다. 기밀용기를 그속에 진공을 이루도록 종래의 정제실 규모로 제공하는 것의 비실제성 때문에 미합중국 특허 제1,564,235호, 제2,781,411호, 제2,877,280호, 제3,338,694호, 및 제3,442,622호에 설명된 것과 같은 비교적 작은 규모의 배치 작업에 진공 정제법을 이용하는 것이 제한되어 왔다.
연속진공정에 방법들이 제안되었으나 여러 단점들 때문에 대규모의 연속적인 유리제조에는 적합한 것으로 밝혀진바 없다.
미합중국 특허 제805,139호, 제1,598,308호 및 제3,519,412호에 나타난 연속진공정제장치들에서 주요 단점은 압력차로 불가피하게되는, 진공지역의 안팎으로 이어지는 비교적 좁은 수직통로들의 필요성이다. 이들 통로는, 특히 기밀벽들이 필요하다는 관점에서 볼때 이러한 용기의 구조를 복잡하게 하고, 처리량의 오염시키는 난용성 접촉에의 노출을 증가시켜, 처리량의 유동에 상당한 점성지연을 준다. 약 4.5미터의 유리기둥이 0.5기압의 진공을 균형잡는데 필요하다는 것이 중요하다. 이러한 시스템의 산출량을 변하는 것도 특히 점성지연 인자의 관점에서 볼때 문제이다. 가변성은, 제조되고 있는 제품의 변화와 소망 생산율에 영향을 주는 경제적요인들 때문에 연속적인 상업적 가동에 있어서 중요하다. 위에 지적된 세 특허의 각각에서는 진공섹션의 통로들을 통한 유동속도를 증가시키는 구동력이 단지 진공섹션 상류의 용융체의 길이를 진공섹션 하류의 용융체의 깊이에 대해 증가시키는 것뿐으로 제공될 수 있다. 이 수준차의 크기는 이들 시스템에 고유한 점성지연에 의해 심해진다. 용융체 표면의 상승시에 측벽들의 부식이 가속되어 나타나기 때문에 그 수준을 유의적으로 변화시키는 것은 부식을 심하게 하고 차례로 이부식이 유리제품의 질을 저하시킨다.
보다 간단한 구조가 나타나 있는 미합중국 특허 제3,429,684호에는 배치 재료들이 진공로크(lock)를 통해 공급되고 수직으로 기다란 진공실의 상부에서 용융된다. 그 장치에서 처리량을 변화시키는 것은 진공실에 부과되는 진공의 양을 변화시킬 것을 필요로 할것으로 생각되는데, 이는 성취되는 정제의 정도를 불리하게 변화시킨다. 그 진공실안에서 원료를 용융시키는 것은 세가지 이유로 그 장치의 또다른 단점이다. 첫째, 진공하에 원료의 초기분해를 실시함에 따라서 큰 용적이 기포가 발생될 것이고 이는 그 기포를 담을 만큼 큰 용기를 필요로 할것이다. 둘째, 원료가 산출스트림으로 이어지는 짧은 순환경로를 따라 감으로써 적절한 용융과 정제를 피할 위험이 있다. 셋째, 진공용기내에서 용융체를 용융시키고 정제온도로 가열시키는 초기단계들을 실시하는데에는 대량의 열이 용기내에서 용융체로 공급될 필요가 있다. 이러한 용기로의 주요 열 입력은 본래 벽들이 부식을 증가시키는 용융체내의 대류를 야기하고 이 부식은 결국 정제된 산출스트림의 오염을 일으킨다.
미합중국 특허 제4,195,982호에는 처음에 상승된 입력하에서 유리를 용융시키고 다음에 별도의 체임버에서 유리를 낮은 압력에서 정제하는 방법이 설명되어 있다. 양 체임버들은 가열된다.
규모가 어떠하든지 연속방식이든 1회분씩이든간에 진공정제가 부딪히는 문제는 때때로, 특히 낮은 압력에서 발생되는 큰 용적이 기포이다. 이 기포를 수용하기 위해 그 액체용기위에 큰 공간이 마련되어야 한다.
이 해드공간 역시 기밀로 유지되어야 하기 때문에 그 구조는 특히 대규모 공정에서 상당한 경제적 단점이 될 수 있다. 결과적으로 기포는 이용될 수 있는 진공의 정도에 제한인자로 작용한다. 큰 자본지출이 없이 진공정제공정에서의 이런 구속을 경감시키는 것이 바람직하다.
미합중국 특허 제3,350,185호에는 유리 용융공정에서의 기포를 대기압에서 붕괴하는 기술이 설명되어 있는데, 여기서는 연소의 산화 또는 환원 상태에서의 갑작스러운 변화로 기포가 붕괴된다는 것이 밝혀졌다.
이 발명에서는 진공정제실에 누적되는 기포의 용적이, 기포의 상태들을 분열시켜 기포들의 합체 및/또는 기포막의 표면장력 차단을 일으켜서 기포들이 파열되게 하는 작용물을 기포에 가하므로써 조절된다. 유리기포에 유효한 것으로 밝혀진 일단의 작용물은 수산화나트륨이나 탄산나트륨과 같은 알칼리금속 화합물들이다. 진공실내의 기포의 부분들은 알칼리 함유량이 약간 소모되는 것이 밝혀졌는데, 이는 추측상 감소된 압력 환경에서의 알칼리의 상대적 휘발성에 기인한다. 결과적으로, 기포의 점도는 용융 유리 자체의 점도보다 높고, 따라서 기포는 붕괴하기가 더 어렵다고 믿어진다. 기포에 알칼리를 가함으로써 그 점도는 떨어지고 기포의 폭발이 더 쉽게 된다. 기포에 점도 변경제를 첨가하고 또한 기포막을 휘저어 기포를 파열시킨다. 직접충돌효과에 기인한 폭발도 어느정도 포함될 수 있다. 알칼리는 목표한 제품조성을 유지하도록 바람직하게 소모된 종류의 양은 물론 유형에 대응하여 첨가된다. 소다석회 실리카 유리에서 가장 중요한 소모는 나트륨의 소모이므로, 파포제는 바람직하게 나트륨 화합물이다. 알칼리금속 화합물은 고체나 용액상태로 연속적으로 아니면 단속적으로 진공실내의 기포위로 첨가될 수 있다.
이 발명의 바람직한 파포제는 물이다. 알칼리로 한것과 마찬가지로 물은 방울 충격 아니면 점도변경에 의해 기포 방울들의 막을 분열시킬 수가 있다. 다른 이론은 기포 위로 물을 뿌리는 것이 기포의 상부를 냉각시키면서 기포내에 대류 순환을 일으킨다는 것이다. 순환때문에 증가된 운동이 기포들을 더욱 쉽게 터지는 더큰 기포로 합체시키는 것을 가속화한다고 믿어진다. 또한 이 효과는, 알칼리용액들을 사용할때, 또 건성 알칼리화합물이 기포위로 침전될때조차 나타날 것으로 믿어진다. 물을 사용하는 것이 유리한 이유는 물은 유리제품의 특성들에 영향을 거의 주지않고 용융 유리에 쉽게 용해되기 때문이고 정제실내의 수증기의 분압이 증가하는 것이 비교적 불용해성의 기체들 용융체로부터 제거하는 결과를 가져오지는 않기 때문이다.
또한 물은 처리하기 쉽고 쉽게 조정되는 속도로 기포위로 연속적 또는 단속적으로 뿌려질 수 있다는 것도 장점이다.
알코올이나 연료유와 같은 가연성액체도 파포제로 이용될 수 있다. 그 경우에는 그 액체의 연소가 부가적인 이득으로서 시스템에 열에너지를 부가한다.
이제 나올 상세한 설명은 용융 유리 및 유사한 유리질재료들에 관련된 것이지만 이 발명은 물론 다른 재료의 처리에도 마찬가지로 응용될 수 있다.
그에 제한되지는 않지만, 이 발명은 이와 함께 공동계류중인 진공정제시스템과 함께 유리하게 이용된다.
그 출원에 설명된 장치에 따르면, 진공정제법이 종래기술의 단점들을 유리하게 또한 경제적으로 극복하는 방식으로 상업적 규모의 연속유리용융공정에 채용될 수 있다. 용융 유리는 용융에 필요한 열에너지의 대부분이 용융체에 전달된 후에만 진공정제실에 공급되게 되어 있으므로 진공실에 들어 있는 용융재료에는 열에너지가 거의 또는 전혀 공급될 필요가 없다.
바람직하게는, 진공단계에서 부가되는 열이 용기벽을 통한 열손실을 보상하는데 필요한 열보다 더많지 않다. 충분히 높은 처리량 속도에서는 진공실이 전혀 가열되지 않아도 된다. 바람직한 실시예들에서 배치 재료는 처음에 프로세스의 액화단계에 특히 적합한 단계(stsge)에서 액화되고, 액화된 재료는 제2단계로 이송되어 고체입자들의 용해가 필수적으로 완료되고 재료의 온도는 정제에 알맞은 온도로 상승될 수 있다. 사실상, 용융된 재료는 진공실로 넘겨진다. 결과적으로, 용융의 기체부산물들의 대부분은 재료가 진공상태에 놓이기전에 멀리 날려가고, 최대 기체방출의 지역이 경제지역으로부터 분리됨으로써 용융의 초기단계들에 들어가 있는 재료가 정제작업에 들어가 있는 용융체 부분과 혼합될 수 없다. 용융에 대한 열의 필요조건 대부분 또는 전부는 재료가 진공정제단계에 들어가기 전에 만족되었고, 그에 따라 정제단계의 가열은 실질적으로 취소될 수 있기 때문에 용융체가 정제지역에서 과도하게 대류하는 것은 피할 수 있다. 결과적으로, 용기부식이 감소되고, 용융체의 불완전하게 정제된 부분들이 더욱 정제된 부분들과 혼합될 가능성이 줄어든다.
바람직한 진공정제장치의 다른 측면에는 처리량조절의 장점이 있다. 액화된 재료는 밸브수단을 통해 진공실의 상단으로 일정량씩 공급되고 정제된 재료는 다른 밸브장치를 통해 진공실의 하단에서 빠져나온다. 진공실내에 유지되는 액체의 높이는 바람직하게는 적어도 진공을 평행시키는데 필요한 높이보다 약간 더 크다. 따라서, 처리량 속도는 진공실내의 진공압력을 변경시키지 않고 또한 진공실내의 액위를 변화시키지 않고 밸브들에 의해 조절될 수 있다. 역으로, 처리량속도를 변화시키지 않고 일정범위의 진공압력이 채용될 수 있다. 밸브들은 차치하고, 이 시스템에는 그를 통한 용융재료의 흐름에 비교적 낮은 저항이 제공된다.
바람직한 형태의 진공정제실은 가장 편리하게는 직립실린더의 모양으로 된 수직으로 기다란 용기이다. 이 장치는, 기체가 들어 있고 또 대개 거품이 이는 도입재료를 압력은 최하이고 기체가 쉽게 상승하여 액상으로부터 탈출할 수 있는 상부로 배치 시킨다. 용융된 재료가 바닥부의 출구를 향해 아래로 진행함에 따라, 용기내의 용융체의 길이 때문에 증가하는 압력이 잔류가스들을 액상으로 남아있게 유도하고 잔류 가능성이 있는 어떠한 작은 기포라도 그 용적을 감소시킨다. 용해는 재료가 정제용기를 지나 진행할때 온도가 떨어지게 함으로써도 보조를 받는다.
통상이 유리 용융에 있어서, 황산나트륨 또는 황산칼슘 또는 다른 황화합물들이 용융 및 정제공정을 돕기위해 배치 재료안에 포함된다. 큰 용적의 기포들이 생겨나서 진공정제 용기의 세라믹 내화성(耐火性) 벽들상에 붙기 때문에, 황 화합물들이 용융체에 있는 것은 진공정제시 문제가 되어 왔다. 그러나 지금까지, 유리의 효과적인 용융 및 정제가 황 화합물들 없이는 달성되기 어려웠다. 그러나, 유리가 황을 조금만 사용하거나 전혀 사용하지 않고도 높은 수준의 품질로 용융되고 정제될 수 있는 바람직한 진공 청징 장치의 유익한 다른 형태가 있다. 용융 및 정제단계들의 별계단계(stage)들에서 실시되고, 따라서 각 단계가 정제 보조재들의 사용을 최소화 하거나 회피하기에 적합한 공정에 의해 실시될 수 있기 때문에, 이것은 이 발명에서 실현 가능하다.
도면을 참조하면, 이 발명의 전체 용융 공정은 액화단계(10), 용해단계(11)와 진공 정제단계(12)의 3단계들로 이루어진다. 다양한 장치들의 액화단계(10)에서 용융을 시작하는데 사용될 수 있으나, 공정에서 이 단계를 분리시켜 경제적으로 실행하는 아주 효과적인 장치는 바람직한 액화단계 실시예의 세부사항을 위해 참조될 수 있는 미합중국 특허 제4,381,934호에 기재되어 있는 장치이다. 액화 용기의 기본적인 구조물은 드럼(15)인데, 그 드럼은 스틸로 제작되며, 대략 원통형 측벽부위, 일반적으로 개방 상부와 배출구 이외에는 폐쇄되어 있는 바닥부위로 되어 있다. 드럼(15)은 예를 들어, 다수의 지지휘일들(17)상에 회전가능하게 지탱되고 다수의 조심(調心) 휘일들(18)에 의해 제 위치에 고정된 원주 지지링(16)에 의해 거의 수직 축선을 중심으로 회전하게끔 장착된다. 거의 밀폐된 공동(cavity)이 예를 들어 주변 프레임(21)에 의해 고정 지지부에 제공된 뚜껑 구조물(20)에 의해 드럼(15)안에 형성된다. 뚜껑(20)은 내화성 세라믹 물질로 제작될 수 있고, 내화성 화로 제작분야에 익숙한 당 업자들에게 알려진 바와 같은 다양한 형태일 수도 있다. 도면에 도시된 장치는 다수의 내화성 브럭들로 제작된 상향 도움(dome)식 탄성 아치(sprung aroh)구조물이다. 일체석이나 편평한 현수식 고안품들이 뚜껑용으로 사용될 수 있는 것이 이해될 것이다.
배치 재료를 액화하는 열은 뚜껑(20)을 통하여 뻗어 있는 하나 또는 그 이상의 버어너들(22)에 의해 공급될 수 있다. 바람직하게는 다수의 버어너들은 그들의 화염들을 드럼안에서 넓은 지역의 재료쪽으로 향하게 하도록 뚜껑 주변둘레에 배열된다. 바람직하게, 버어너들은 그들을 용기내의 거친 환경에서 보호하게끔 수냉된다. 배기 가스들은 뚜껑의 구멍(23)을 통하여 액화 용기 내부로부터 배기될 수 있다. 유익하게, 배기가스들의 폐열은 미합중국 특허 제4,519,814호에 개시된 바와 같은 예열단계(도시안됨)에서 배치 재료를 예열하는데 사용될 수 있다.
바람직하게, 가루 상태의 재료들은 슈우트(24)에 의해 액화 용기의 공동안으로 공급될 수 있으며, 도시된 실시예에서, 그 슈우트(24)는 배기 구멍(23)을 통하여 뻗어 있다. 공급 슈우트 장치의 세부 사항은 미합중국 특허 제4,529,428호에서 볼 수 있다. 배치 슈우트(24)는 드럼(15)의 측벽들과 인접하여 종결되며, 따라서 배치 재료가 드럼의 내부 측벽부위들 위에서 침전된다. 드럼의 회전에 의해 조성된 배치 재료층은 드럼(15)의 내벽들상에 보유되고, 절연 라이닝(25) 역할을 한다. 라이닝(25) 표면상의 배치 재료는 공동내의 열에 노출되며, 그 배치 재료는 경사 라이닝을 용기 바닥의 중앙배출 구멍으로 흐르게 하는 액화층(26)을 형성한다. 출구는 세라믹 내화성 부싱(27)에 끼워질 수 있다. 액화 재료(28)의 스트림이 제2단계(11)로 안내하는 구멍(29)을 통하여 액화 용기로부터 자유롭게 떨어진다.
2단계 기능들중의 한 기능이 액화 용기(10)를 떠나는 액화 재료(28)의 스트림에 남아 있는 배치 재료중 약간이라도 용융되지 않은 알갱이들을 완전히 용해시키는 것이기 때문에 용해용기라고 칭할 수 있다. 그때의 액화 재료는 통상적으로 부분적으로만 용융되어 있어, 용융안된 모래 알갱이들과 실제의 기체상(相)을 포함하고 있다.
용해용기(11)는, 1단계에서 온 액화재료의 용융안된 입자들을 하류 정제 단계와 격리된 위치에 머무르게 하므로써 완전히 용해시키는 기능을 한다. 통상적으로 소다 석회 실리카 유리 배치는 약 2100℉(1150℃) 내지 2200℉(1200℃)의 온도에서 액화되고, 약 2100℉(1200℃) 내지 약 2400℉(1320℃)의 온도에서 용해용기(11)로 들어가며, 그 온도에서, 보통 용융안된 잔류입자들은 충분한 체류 시간이 주어진 때 용해된다. 도시된 용해용기(11)는 내화성 지붕(31)과, 적당한 체류 시간을 보장하도록 그의 대향 단부들에 입구와 출구가 있는 수평의 기다란 내화성 도가니(30) 형태이다. 용해용기안의 용융재료의 깊이는 재료의 재순환을 억제하기 위해 비교적 얕을 수 있다.
실제로 열 에너지의 추가는 용해단계를 수행하는데 필요하지 않지만, 가열은 공정을 촉진시키고 용해단계(11) 용기의 크기를 감소시킨다. 그러나 더욱 유의미하게, 다음의 정제단계를 대비하여 용해단계에서 재료를 가열시켜 그 온도를 상승시키는 것이 바람직하다. 정제온도의 최대화는 유리 점성을 감소시키고 포함된 기체들의 증기압을 증가시키기 위해 유익하다. 통상적으로, 약 2800℉(1540℃)의 온도가 소다석회 실리카 유리를 정제하는데 바람직한 것으로 생각되지만, 진공이 정제를 돕기위해 이용될때, 하부 피크(peak) 정제 온도들도 생산품 품질을 저하시키지 않고 사용될 수 있다. 온도가 감소될 수 있는 양은 진공도에 달려 있다. 그러므로, 정제가 이 발명에 따라 진공하에서 실행되는 때, 유리온도는 정제전에 단지 2700℉(1480℃), 예를 들어 바람직하게는 단지 2600℉(1430℃), 그리고 최적으로 단지 2500℉(1370℃)이하로 상승될 필요가 있다. 중요하게도, 이러한 순서상의 피크 온도 감소는 에너지 절약 뿐만 아니라 내화성 용기들을 위해 보다 긴 수명을 가져다 준다.
이와 같이, 용해용기로 들어가는 액화 재료는 용융재료를 정제를 위한 용융물질을 제조하기 위해 단지 적절하게 가열될 필요가 있다. 연소열원들이 용해단계(11)에 사용될 수 있으나, 이 단계는 전기 가열에 아주 적합하며, 따라서 측벽들을 통하여 수평하게 뻗어있는 다수의 전극들(32)이 도면에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 통상적으로 유리를 전기 용융하는데 이용된 기술에 있어서, 열은 전극들 사이를 지나가는 전기전류에 대한 용융체 자체의 저항에 의해 발생된다. 전극들(32)은 이 기술에 능숙한 업자들에게 잘 알려진 형태의 탄소 또는 몰리브덴 일수 있다.
재료의 유동을 용해단계(11)로부터 정제단계9(12)까지 제어하는 밸브는 배출관(36)과 축선방향으로 일렬로 된 플런저(35)로 구성된다. 플런저의 샤프트(37)는 용해용기의 지붕(31)을 통하여 뻗어있어 플런저(35)와 배출관(36)의 간격에 대해 제어하여서 정제단계로의 재료의 유동비율을 조절한다. 배출관(36)은 백금과 같은 내화성 금속으로 제작될 수 있고, 정제 용기의 상단부에서 오리피스(44)안으로 밀봉식으로 끼워진다.
바람직하게, 정제단계(12)는 수직 직립 용기로 구성되며, 그 용기는 형태가 대략 원통형이고, 기체 기밀, 수냉 케이싱에 싸여진 내부 세라믹 내화성 라이닝(40)을 가진다. 케이싱은 이중벽, 원통형 측벽부재(41)로 되어 있고, 그 측벽부재에는 그 사이의 환형 물 통로와 순환 단부 냉각기들(42, 43)이 1 있다. 임의의 적당한 냉각장치가 사용될 수도 있다. 절연층(도시안됨)을 라이닝(40)과 재킷(41)사이에 제공될 수 있다.
용융재료가 배출관(36)을 통과하여 정제 용기내의 낮은 압력과 마주침에 따라, 용융제안에 포함된 기체들이 용적이 팽창하여 기포층(50)을 발생시켜 액체 몸체(51)위에 얹혀 있게 된다. 기포가 찌부러들면서 액체 몸체(51)안으로 흡수된다. 아(亞)대기압이 용기의 윗부분을 통하여 뻗어 있는 진공 도관(52)을 통하여 정제용기내에 형성될 수 있다. 선택적으로, 버어너(53)가 용기 내부의 윗 부분을 가열하기 위해 제공될 수 있다.
정제된 용융재료는 백금과 같은 내화성 금속으로 된 배출관(55)에 의해 정제 용기(12)의 바닥으로부터 배출된다.
바람직하게, 배출관(55)은 이물질이 배출 스트림에 들어가지 않도록 내화성 바닥 구간(56)내에 장착되고 그 바닥 구간의 표면위로 뻗는다. 배출관(55)과 인접한 바닥 구간(56)의 두께가 감소되어 배출관상에서 절연 효과를 감소시켜서 재료가 배출관내에서 냉각되지 않게끔 배출관의 온도를 상승시킨다. 배출관 둘레의 누출은 바닥 구간(56)아래의 수냉각기(57)에 의해 방지된다. 배출관(55)으로부터의 용융 재료의 유동 비율은 스템(59)의 단부에 지탱된 원추형 드로틀 부재(58)로 제어된다. 스템(59)이 기계적 수단(도시안됨)과 관련되어 드로틀 부재(58)의 상승을 조절하고, 따라서 도로틀 부재와 배출관(55)사이의 간격을 조절하여서 배출관으로부터의 유동비율을 제어한다. 정제재료의 용융 스트림(60)은 정제 용기의 바닥에서 자유낙하하며, 소망 생산품으로 성형될 수 있는 성형부로 간다. 예를 들어, 정제 유리는, 용융 유리가 용융금속 저장소 위에 편평한 판유리를 성형하는 부양 유리 성형실로 갈 수 있다.
다양한 형태들이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정제 용기의 형상은 원통형이다. 원통형태는 기체 기밀용기를 제작하는데 유익하다. 용적에 대한 내면 접촉 면적의 비도 또한 원형 단면으로 최소이다. 통상의 개심(開心)형 재순환 정제기와 비교해 보면, 단지 내화성 접촉면적의 일부만이 이 발명의 원통형 진공 정제기에 필요로 한다.
정제단계(12)안에 담긴 액체 몸체(51)의 높이는 체임버에 가해진 진공 수준으로 설명된다. 액체 높이에 의한 압력수두는 출구의 대기압이나 같거나 더 큰 압력을 형성하여 재료를 용기로부터 자유롭게 배출시키기에 충분해야 한다. 높이는 용융재료의 비중량에 좌우되며, 관련된 온도에서 소다 석회 실리카 유리의 비중량은 약 2.3이다. 진공을 메우는데 필요한 최소한의 최과 높이는 대기압의 변동들을 설명하고, 진공의 변화를 허용하여 출구를 통한 정상 유동을 보장하는데 바람직할 수 있다. 이 발명의 바람직한 실시예들에서, 실제의 초과 높이는 배출 유동 비율이 진공압력보다는 기계적 밸브 수단에 의해 결정되도록 제공된다. 그러한 구성으로 인해 처리량 비율과 진공 압력이 서로 독립적으로 변화될 수 있다. 선택적으로, 출구에 압력차를 극복하는 펌프 수단이 제공되면, 출구의 압력은 대기압 이하 일수 있다. 용융 유리에 사용할 수 있게 된 펌프의 일예가 미합중국 특허 제4,083,711호에 개시되어 있다.
정제공정상의 진공의 잇점들은 차차로 얻어진다. 즉 압력이 낮을 수록 잇점이 더 많아진다. 대기압 이하에서의 작은 압력 감소들은 적당한 개량점들을 가져올 수도 있으나, 경제적으로 진공체임버가 구실을 하기 위해서는 실제로 감소된 압력들의 사용이 바람직하다. 이와 같이, 대기압의 1/2이하의 압력이 소다석회 실리카 판유리에 주어진 평가할 만한 정제계량점들을 위해 바람직하다. 더 좋은 결과들은 대기압의 1/3 또는 그 이하에서 얻어진다. 100 토르(torr)(예를 들어 20-50 토르)이하의 절대 압력이 약 1000-10,000㎤당 1개의 기포를 갖는 품질의 상업용 부유 유리를 생산하는데 바람직하다. 직경이 0.01㎜이하의 기포들은 미세한 것으로 간주되고 기포계수에 포함되지 않는다.
이 발명의 기포 붕괴제가 예를 들어 진공 헤드 공간의 윗부위로 뻗어있는 관(54)에 의해 도면에 도시된 바와 같이 상부 냉각기(42)를 통하여 정제 용기 안으로 주입될 수 있다. 관에는 수명을 연장하기 위해 수냉재킷(도시안됨)이 제공될 수 있다. 물과 같은 액체들은 관(54)에 의해 용기안으로 계속적으로 또는 간혈적으로 뿌려질 수 있다. 일예로, 생산된 유리 1톤(ton)당 약 3갈론(gallon)의 비율로 물을 주입하여 대기압의 1/4압력에서 소다석회 실리카 유리를 정제하면서 기포 수준이 만족스럽게 제어된다. 40 토르의 압력에서 유리 1톤당 1/2갈론의 비율이 만족스럽다. 고체 기포 붕괴 재료들을 정제 용기의 헤드 공간안으로 도입하기 위해서, 공기 로크(lock)가 있는 수냉관이 상부 냉각기(42)를 통하여 제공될 수 있다. 사용될 기포 붕괴 재료이 양은 많은 인자들과 특별한 경우의 상황들에 좌우된다. 기포 발생 비율과 기포를 담는데 이용가능한 헤드 공간 용적은 분명히 고려되어야 할 인자들이다.
차례로, 기포 발생 비율은 처리량 비율, 진공 수준, 용융체의 온도와 기체 함유량, 용융체에 있는 기체 발생 정제 보조재들의 양에 의존한다. 기포는 전부가 다 억제될 필요는 없으나, 오히려 인정할 수 없게 많은 양의 기포 누적을 방지하도록 최소량의 기포 붕괴제를 사용하는 것이 바람직하다. 불필요하게 많은 양의 기포 붕괴 재료를 사용하는 것은 용융체상에 삐치는 그의 냉각 효과때문에 바람직하지 않다. 상기 예들의 중대성에 비추어 볼때, 주입된 물의 양은 시스템의 에너지 효율상에 영향을 미치지 않는다고 알려져 있다. 바람직하지 않게 큰 용적의 기포의 일예는 기포가 도면에 도시된 실시예의 진공도관(52)으로 들여보내진 기포일 것이다.
황 또는 불소 화합물과 같은 용융 및 정제 보조재들이 통상 유리 배치 들안에 포함되어 있으며, 유리 용융화로 들에서온 배기 가스에서 실제 일부의 바람직하지 않은 방출물들을 만들어낼 뿐이다. 그 보조재들을 배제하는 것이 바람직하지만, 특히 판유리 표준들에 대한 높은 수준의 품질을 얻기 위해서는, 보조재들의 사용은 필요한 것으로 생각되었다. 더우기 황 화합물들(예를 들어, 황산나트륨, 황산칼슘)은 진공하에서 과도하게 기포를 일으킨다고 알려져 왔다. 통상, 판유리 배치는 실리카 원료 물질(모래)의 1000중량부 당 총 약 5-15중량부의 황산나트륨을 포함하는데, 약 10중량부가 적당한 정제를 보장하는데 바람직한 것으로 간주된다.
그러나, 이 발명에 따른 작동시, 기포의 관리 수준을 유지하기 위해 황산나트륨을 2중량부로 제한하는 것이 바람직한 것으로 알려졌다. 게다가, 정제는 유해하게 영향받지 않는다고 알려졌다. 특히, 황산나트륨은 모래 1000중량부당 1중량부로 이용되는데, 1/2중량부가 특히 유익한 예이다. 이들 중량비들은 다른 황 화합물들의 몰 중량비들로 규정될 수 있는 것이 분명하다. 또한 정제 보조재들을 계획적으로 추가시키지 않은 것도 가능하지만, 때로는 약간의 광물성 배치 재료에 있는 흔적량이 황으로 인해 소량의 황이 나타나게 된다.

Claims (12)

  1. 용융상태에 있는 일정용적의 유리질재료가 용기내에 잔류되고, 상기 재료의 정제를 보조하도록 상기 용기내 상기 용융재료위에 아대기압이 유지됨으로써 상기 용기내 상기 재료위에 기포가 나타나는, 유리질 재료등을 정제하는 방법에 있어서, 기포의 붕괴를 가속화하는 물질을 상기 기포위로 침전시키는 것을 특징으로 하는 유리질재료 정제방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기포 붕괴 물질이 물, 알칼리 금속화합물 또는 알칼리 금속화합물이 용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 알칼리 금속화합물이 나트륨 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기포 붕괴 물질이 수산화나트륨 또는 탄산나트륨인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 기포의 붕괴가 물을 기포에 뿌림으로써 가속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기포 붕괴 물질이 연소성이 있는 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용기내의 압력이 대기압의 절반을 지나지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압력이 100 토르를 지나지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기포 붕괴 물질이 기포위로 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기포 붕괴물질이 기포위로 단속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 재료가 상기 용기로 들어가기에 앞서 액화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 정제되는 상기 재료가 소오다 석회 실리카 유리이고, 상기 유리에는 처음에 정제보조제로서 1000중량부의 실리카 공급물질에 대하여 2중량부의 황산나트륨에 해당하는 양보다 크지 않는 양으로 유황공급원이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
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