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E-glass(알칼리 없는 유리섬유)탱크로 생산은 복잡한 고온 용융 공정입니다. 용융 온도 프로파일은 유리 품질, 용융 효율, 에너지 소비량, 노 수명 및 최종 섬유 성능에 직접적인 영향을 미치는 중요한 공정 제어 요소입니다. 이 온도 프로파일은 주로 화염 특성 조정 및 전기 부스팅을 통해 달성됩니다.

I. E-Glass의 용융 온도

1. 용융 온도 범위:

E-유리의 완전한 용융, 정화 및 균질화에는 일반적으로 매우 높은 온도가 필요합니다. 일반적인 용융 영역(핫스팟) 온도는 일반적으로 1500°C에서 1600°C 사이입니다.

구체적인 목표 온도는 다음에 따라 달라집니다.

* 배치 구성: 특정 제형(예: 불소 존재, 붕소 함량 높음/낮음, 티타늄 존재)은 용융 특성에 영향을 미칩니다.

* 용광로 설계: 용광로 유형, 크기, 단열 효율성 및 버너 배열.

* 생산 목표: 원하는 용융 속도 및 유리 품질 요구 사항.

* 내화재료: 고온에서 내화재료의 부식 속도는 상한 온도를 제한합니다.

미세화 구역 온도는 일반적으로 핫스팟 온도보다 약간 낮습니다(약 20~50°C 낮음). 이는 거품 제거와 유리 균질화를 용이하게 하기 위함입니다.

작업 끝(전로) 온도가 상당히 낮아(일반적으로 1200°C~1350°C) 유리 용융물이 인발에 적합한 점도와 안정성을 갖게 됩니다.

2. 온도 조절의 중요성:

* 용융 효율: 배치 재료(석영모래, 납석, 붕산/콜레마나이트, 석회석 등)의 완전한 반응, 모래 입자의 완전한 용해, 그리고 완벽한 가스 방출을 위해서는 충분히 높은 온도가 필수적입니다. 온도가 부족하면 "원료" 잔류물(용융되지 않은 석영 입자), 돌, 그리고 기포 증가가 발생할 수 있습니다.

* 유리 품질: 고온은 유리 용융물의 투명화 및 균질화를 촉진하여 코드, 기포, 돌과 같은 결함을 줄입니다. 이러한 결함은 섬유 강도, 파손율 및 연속성에 심각한 영향을 미칩니다.

* 점도: 온도는 유리 용융물의 점도에 직접적인 영향을 미칩니다. 섬유 연신을 위해서는 유리 용융물이 특정 점도 범위 내에 있어야 합니다.

* 내화재 부식: 지나치게 높은 온도는 용광로 내화재(특히 전기용융 AZS 벽돌)의 부식을 급격히 가속화하여 용광로 수명을 단축시키고 내화석이 발생할 가능성이 있습니다.

* 에너지 소비: 탱크로에서 고온을 유지하는 것이 주요 에너지 소비원입니다(일반적으로 총 생산 에너지 소비량의 60% 이상을 차지합니다). 과도한 온도를 방지하기 위한 정밀한 온도 제어는 에너지 절약의 핵심입니다.

II. 화염 조절

화염 조절은 용융 온도 분포를 제어하고, 효율적인 용융을 달성하며, 용광로 구조(특히 크라운)를 보호하는 핵심 수단입니다. 화염 조절의 주요 목표는 이상적인 온도장과 분위기를 조성하는 것입니다.

1. 주요 규제 매개변수:

* 연료 대 공기 비율(화학양론적 비율) / 산소 대 연료 비율(산소 연료 시스템의 경우):

* 목표: 완전 연소 달성. 불완전 연소는 연료를 낭비하고, 화염 온도를 낮추며, 유리 용융물을 오염시키는 검은 연기(그을음)를 발생시키고, 축열기/열교환기를 막히게 합니다. 과도한 공기는 상당한 열을 빼앗아 열 효율을 저하시키고, 크라운 산화 부식을 심화시킬 수 있습니다.

* 조정: 배기가스 분석(O₂, CO 함량)을 기반으로 공연비를 정밀하게 제어합니다.전자 유리탱크로는 일반적으로 연소가스 O₂ 함량을 약 1~3%로 유지합니다(약간 양압 연소).

* 분위기 영향: 공연비는 용광로 분위기(산화 또는 환원)에도 영향을 미치며, 이는 특정 배치 구성 요소(예: 철)의 거동 및 유리 색상에 미묘한 영향을 미칩니다. 그러나 무색 투명도가 요구되는 E-유리의 경우 이러한 영향은 비교적 미미합니다.

* 화염 길이 및 모양:

* 목표: 용융물 표면을 덮고, 일정한 강성을 가지며, 퍼짐성이 좋은 화염을 형성합니다.

* 긴 화염 vs. 짧은 화염:

* 장화염: 넓은 면적을 커버하고, 온도 분포가 비교적 균일하며, 크라운에 열충격을 덜 발생시킵니다. 그러나 국소적인 온도 피크가 충분히 높지 않을 수 있으며, 배치 "시추" 구역으로의 침투가 불충분할 수 있습니다.

* 단염(Short Flame): 강성이 강하고, 국소 온도가 높으며, 배치층(batch layer)으로 침투력이 강해 "원재료"의 빠른 용융에 유리합니다. 그러나 피복이 고르지 않아 국부적인 과열(더욱 두드러지는 핫스팟)이 발생하기 쉽고, 크라운과 브레스트 벽에 심각한 열충격을 유발합니다.

* 조정: 버너 건 각도, 연료/공기 배출 속도(운동량 비율), 그리고 소용돌이 강도를 조정하여 이루어집니다. 현대식 탱크 퍼니스는 종종 다단계 조절식 버너를 사용합니다.

* 화염 방향(각도):

* 목표: 크라운이나 브레스트 벽에 직접적인 화염이 닿지 않도록 배치와 유리 용융 표면에 열을 효과적으로 전달합니다.

* 조정: 버너 건의 피치(수직) 및 요(수평) 각도를 조정합니다.

* 피치 각도: 화염이 배치 파일과 상호작용하는 정도("배치를 핥는")와 용융물 표면의 피복에 영향을 미칩니다. 너무 낮은 각도(화염이 너무 아래쪽으로 향하는 경우)는 용융물 표면이나 배치 파일을 긁어내어 브레스트 벽을 부식시키는 캐리오버를 유발할 수 있습니다. 너무 높은 각도(화염이 너무 위쪽으로 향하는 경우)는 열 효율이 낮고 크라운이 과도하게 가열되는 결과를 초래합니다.

* 요 각도: 화염이 퍼니스 너비와 핫스팟 위치에 분포하는 데 영향을 미칩니다.

2. 화염 조절의 목표:

* 합리적인 핫스팟 형성: 용융 탱크 후면(일반적으로 도그하우스 뒤)에 가장 높은 온도 영역(핫스팟)을 형성합니다. 이 영역은 유리 정제 및 균질화에 중요한 영역이며, 유리 용융 흐름(핫스팟에서 배치 충전기 및 작업 측으로)을 제어하는 "엔진" 역할을 합니다.

* 균일한 용융 표면 가열: 국부적인 과열이나 냉각 부족을 방지하여 온도 구배로 인한 불균일한 대류와 "사각 지대"를 줄입니다.

* 용광로 구조 보호: 화염이 용광로의 크라운과 브레스트 벽에 닿는 것을 방지하여, 내화 부식을 가속화하는 국부 과열을 방지합니다.

* 효율적인 열전달: 화염으로부터 배치 및 유리 용융 표면으로의 복사 및 대류 열전달 효율을 극대화합니다.

* 안정적인 온도 영역: 온도 변동을 줄여 안정적인 유리 품질을 보장합니다.

III. 용융 온도 및 화염 조절의 통합 제어

1. 온도가 목표이고 화염은 수단입니다. 화염 조절은 용광로 내부의 온도 분포, 특히 핫스팟 위치와 온도를 제어하는 주요 방법입니다.

2. 온도 측정 및 피드백: 열전대, 적외선 고온계 및 기타 계측기를 사용하여 용광로의 주요 위치(배치 충진기, 용융 구역, 핫스팟, 청징 구역, 전로)에 설치하여 연속적인 온도 모니터링을 수행합니다. 이러한 측정값은 화염 조절의 기준이 됩니다.

3. 자동 제어 시스템: 현대식 대형 탱크로는 DCS/PLC 시스템을 널리 사용합니다. 이 시스템은 사전 설정된 온도 곡선과 실시간 측정값을 기반으로 연료 유량, 연소 공기 유량, 버너 각도/댐퍼 등의 매개변수를 조정하여 화염과 온도를 자동으로 제어합니다.

4. 공정 균형: 유리 품질(고온 용융, 양호한 투명화 및 균질화)을 보장하고, 에너지 소비를 줄이면서 용광로를 보호(과도한 온도, 화염 충돌 방지)하는 데 최적의 균형을 찾는 것이 중요합니다.