초음파를 이용한 용융 유리 정제 공정은 표준 공정보다 훨씬 낮은 온도에서, 그리고 무엇보다도 공정 시간을 늘릴 필요 없이 용융 유리 내의 기포를 제거하는 데 활용될 수 있습니다. 용융 유리 정제 공정은 에너지 집약도가 매우 높기 때문에, 정제 온도를 낮추면 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 본 연구에서는 초음파 유리 정제 공정이 총 에너지 비용을 최대 20%까지 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.

유리 용해 및 유리 정제

유리 제조는 용융과 정제 과정을 모두 포함하는 에너지 집약도가 매우 높은 공정입니다. 용융이란 원료로부터 유리가 형성되는 과정에서 일어나는 화학 반응을 제어하는 것을 말하며, 정제란 형성된 용융 유리에서 기포를 제거하는 과정을 말합니다.

소다-라임 유리의 용융은 약 1,300 °C의 온도에서 이루어지는 반면, 정제 과정에는 약 1,450 °C라는 훨씬 더 높은 온도가 필요합니다. 이 높은 온도에서는 용융 유리의 점도가 충분히 낮아져 유리 내부의 기포가 표면으로 떠오를 수 있습니다.

온도를 1,300 °C에서 정제 온도인 1,450 °C까지 올리는 데는 전체 용융 및 유리 정제 공정에 사용되는 총 에너지의 약 40%가 소모됩니다. 일반적으로 용융 및 정제 공정을 합쳐 약 24시간이 소요되므로 상당한 양의 에너지가 소비됩니다.

기포의 크기, 유리 정제 온도, 그리고 시간 사이에는 강한 상관관계가 있습니다. 간단히 말해, 큰 기포는 작은 기포보다 더 빨리 떠오르며, 정제 온도가 높을수록 용융 유리의 점도가 낮아지고, 점도가 낮을수록 기포가 더 빨리 떠오릅니다. 따라서 정제 공정의 효율을 높이기 위해서는 기포의 직경을 늘리거나 용융 유리의 점도를 낮추는 것이 바람직합니다. 후술하겠지만, 초음파 정제 공정을 이용하면 용융 유리의 온도를 높일 필요 없이 기포 크기를 늘리고 기포를 효율적으로 제거할 수 있습니다.