CN102482132A - 玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法 - Google Patents

玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够抑制因废气引起的熔融玻璃的品质下降的玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法。熔融槽(12)中，玻璃原料粒子加热组合件(18)的前端设置在熔融玻璃(G)的流淌方向上的上游侧，在比由玻璃原料粒子加热组合件(18)形成的高温气相部更靠玻璃融液流淌方向上游侧的位置设置有烟道(28)。从玻璃原料粒子加热组合件(18)的氧燃烧器(20)将玻璃原料粒子投下，并且利用氧燃烧器(20)的火焰(F)对该投下过程中的玻璃原料粒子进行加热，使其熔融而成为液态玻璃粒子(26、26……)。在这样的空中熔化时，熔融槽(12)可以使从氧燃烧器(20)的火焰(F)散逸而浮游的玻璃微粒随废气一起从烟道(28)被高效地吸引并排至外部进行除去，而不会飞向熔融槽(12)的炉壁。

Description

玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法
技术领域
本发明涉及在高温气相气氛中将玻璃原料粒子形成为液态的玻璃粒子来制造熔融玻璃的玻璃熔融炉、利用该玻璃熔融炉的熔融玻璃的制造方法、具备该玻璃熔融炉的玻璃制品的制造装置以及使用该熔融玻璃的制造方法的玻璃制品的制造方法。
背景技术
专利文献1、2中揭示了一种玻璃熔融炉，该玻璃熔融炉作为在高温的气相气氛中将玻璃原料粒子熔融、聚积来制造熔融玻璃的玻璃熔融炉，在玻璃熔融炉的顶部具备玻璃原料粒子投入部和用于形成将玻璃原料粒子熔融的高温气相气氛的加热单元。
该玻璃熔融炉为以下装置：将从玻璃原料粒子投入部投入炉内的玻璃原料粒子在利用加热单元加热的高温气相气氛中熔融以形成液态玻璃粒子，再使液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉底部以形成玻璃融液，然后将玻璃融液暂时积存在玻璃熔融炉底部后将其排出。此外，这样的熔融玻璃的制法作为玻璃的空中熔化法(日语：気中溶融法(In-flight melting))被知晓。与现有的利用西门子窑(日语：シ一メンス窯)的熔融法相比，通过该空中熔化法，能够将玻璃熔融工序的能源消耗降低至1/3左右并且能在短时间内熔融，从而被认为能够实现熔融炉的小型化、蓄热室的省略、品质的提高、CO2的削减、玻璃品种的变更时间变短。这样的玻璃的空中熔化法作为节能技术受到关注。
可是，从玻璃原料粒子投入部投入的玻璃原料粒子一般使用制粒成粒径1mm以下的粒子。投入到玻璃熔融炉中的玻璃原料粒子在高温的气相气氛中下降(飞翔)期间一粒一粒熔融而成为液态玻璃粒子，液态玻璃粒子向下方落下而聚积在玻璃熔融炉底部，从而形成玻璃融液。由该玻璃原料粒子生成的液态玻璃粒子也表现为玻璃液滴。为了在高温的气相气氛中在短时间内由玻璃原料粒子生成液态玻璃粒子，玻璃原料粒子的粒径须为如上所述的很小的粒径。此外，一般的情况下，由每个玻璃原料粒子生成的每个液态玻璃粒子须为具有大致相同玻璃组成的粒子。
由于玻璃原料粒子和液态玻璃粒子都是很小的粒子，因此在玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子时所产生的分解气体成分不会被封闭在生成的液态玻璃粒子的内部而是几乎全部都被排放到液态玻璃粒子外部。因此，在液态玻璃粒子聚积而成的玻璃融液中产生气泡的可能性很小。
另一方面，各玻璃原料粒子为构成原料成分大致均一的粒子，由此产生的各液态玻璃粒子的玻璃组成也彼此均一。由于液态玻璃粒子间的玻璃组成的差异较小，因此在大量的液态玻璃粒子聚积而形成的玻璃融液内产生玻璃组成不同的部分的可能性较小。因此，现有的玻璃熔融炉所必需的用于使玻璃融液的玻璃组成变得均质的均质化技术在空中熔化法中根本不需要。即使出现少数的液态玻璃粒子与其它大部分的液态玻璃粒子在玻璃组成上不同的情况，由于液态玻璃粒子为粒径很小的粒子，因此由玻璃组成不同的少数液态玻璃粒子产生的在玻璃融液中的玻璃组成的异质区域也很小，因而该异质区域容易在短时间内变得均质而消失。这样，空中熔化法能够减少玻璃融液的均质化所需要的热能，缩短均质化所需的时间。
作为形成高温气相气氛的加热单元，专利文献1的玻璃熔融炉具备多根电弧电极(日语：ア一ク電極)、氧燃烧喷嘴，通过多根电弧电极形成的热等离子体电弧、使用氧燃烧喷嘴的氧燃烧火焰(Flame)在炉内形成约1600℃以上的高温气相气氛。通过向该高温气相气氛中投入玻璃原料粒子，使玻璃原料粒子在高温气相气氛内变化为液态玻璃粒子。此外，作为专利文献1中使用的玻璃原料粒子，从能够在短时间内变化为液态玻璃粒子、产生气体的排放容易的角度考虑，使用粒径为0.5mm(加权平均)以下的粒子。而且，从因玻璃原料粒子的微粉化而引起的成本上升以及生成的液态玻璃粒子间的玻璃组成变化减小的角度考虑，使用粒径为0.01mm(加权平均)以上的粒子。
另一方面，作为加热单元，专利文献2的玻璃熔融炉具备朝下安装在玻璃熔融炉的顶壁上的氧燃烧器。该氧燃烧器与气体供应系统及原料供应系统连接以供应氧浓度90容量％以上的助燃气体和玻璃原料粒子。因此，通过该玻璃熔融炉，可在使氧燃烧器燃烧而向下形成火焰的同时，从氧燃烧器将玻璃原料粒子向下供应到其火焰中，在火焰中生成液态玻璃粒子，将生成的液态玻璃粒子聚积在火焰正下方的炉底部，从而形成玻璃融液。该氧燃烧器以贯穿玻璃熔融炉的顶壁的上游侧壁面的方式进行配置。此外，专利文献2的玻璃熔融炉中，设置有将在玻璃原料粒子熔融时产生的废气排放到炉外的烟道(排气口)。该烟道设置在玻璃熔融炉的顶壁的下游侧壁面并且与抽风机连接，通过驱动抽风机，将玻璃熔融炉内的废气吸引至烟道而排出。
专利文献2那样的氧燃烧器在玻璃熔融炉中设置于熔融玻璃的流淌方向上的上游侧，以使在氧燃烧器的作用下熔解的熔融玻璃在玻璃熔融炉的下游侧均质化。此外，烟道设置于熔融玻璃的流淌方向上的下游侧，以将从氧燃烧器排出的高温废气有效利用于熔融玻璃的加热。
利用专利文献1、2的玻璃熔融炉制造出的约1600℃的熔融玻璃从玻璃熔融炉供应至温度调整槽或者澄清槽中，在这里冷却至可成形的温度(钠钙玻璃为约1000℃左右)。然后，该熔融玻璃可供应至浮法锡槽、熔融成型机、轧制成型机、吹塑成型机、压模机等玻璃制品的成形单元，在这里成形为各种形状的玻璃成形体。然后，利用退火单元将玻璃成形体冷却至大致室温，其后，在经过根据需要而进行的利用切割单元的切割工序和/或其它后续工序后，制成所需的玻璃制品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-297239号公报
专利文献2：日本专利特开2008-120609号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
可是，专利文献1、2公开的空中熔化设备中，玻璃原料粒子、熔融玻璃粒子的一部分变成雾状而浮游，乘着废气气流上浮而没有到达炉底的玻璃融液，然后吸引至烟道而排出到外部。此时，在炉内浮游的粒子并不是全部都被吸引至烟道而除去，其中一部分粒子会附着在炉壁上。附着于炉壁的粒子会侵蚀炉壁的炉材，或者该粒子与炉材的反应产物会从炉壁上剥离而落在玻璃融液面上，从而发生使熔融玻璃的品质降低之类的问题。特别是专利文献2的设备中，从氧燃烧器的高温气相部到烟道为止的距离较长，因此很有可能经常发生上述问题。
从玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子而聚积于炉底的路径偏离而达到浮游状态的上述粒子可能由下述粒子构成：未熔融的玻璃原料粒子、熔融的液态玻璃粒子和其固化后的粒子、玻璃原料粒子变为液态玻璃粒子的过程中的粒子(例如玻璃原料粒子中的原料的一部分(碳酸盐等)发生分解的粒子、表面熔融的粒子和其固化后的粒子等)、由这些粒子的破碎物形成的粒子等。此外，如果除玻璃原料粒子以外还并用玻璃碎片的粒子来制造熔融玻璃，则投入到熔融炉中的玻璃碎片粒子的一部分也会有未到达玻璃融液面而成为浮游的粒子的情况。例如，微小的玻璃碎片粒子、玻璃碎片粒子熔融后的粒子、已熔融的玻璃碎片粒子再度固化的粒子、由这些粒子的破碎物形成的粒子等可能会成为浮游的粒子。而且，还可能会有落下的玻璃碎片粒子等碰撞到玻璃融液的表面时所产生的液态玻璃的飞沫或其固化物成为浮游的粒子的情况。
以下，将来源于这些玻璃原料粒子或玻璃碎片粒子等且没有到达炉底的玻璃熔融液面的粒子称为浮游粒子。
还有，专利文献2的设备中，废气在熔融玻璃的上方从上游侧向下游侧流过，该废气的温度朝向下游侧逐渐变低。由于该温度下降的现象，废气中所含的挥发成分液化乃至固化而成为浮游粒子，落在位于下游侧的玻璃融液面，存在污染均质的熔融玻璃之类的问题。此外，专利文献2的设备中，除挥发成分以外，废气中的浮游粒子也落在熔融玻璃的液面。即使该浮游粒子为液态玻璃粒子或其固化后的玻璃粒子，由于温度历史或玻璃组成与落点位置的熔融玻璃不同，因此也成为导致熔融玻璃的不均质的原因。例如，如果是含挥发性成分(例如氧化硼)的玻璃，则挥发成分从浮游粒子挥发的程度与挥发成分从玻璃融液挥发的程度不同，因此，即使是由相同玻璃原料粒子形成的玻璃，在玻璃融液流的下游区域也会存在浮游粒子的玻璃组成与玻璃融液的玻璃组成不同的情况。因此，如果在玻璃融液流的下游区域玻璃组成不同的浮游粒子混入玻璃融液，则玻璃融液的均一性有可能降低。
本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供能够抑制因废气而引起的熔融玻璃的品质下降的玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种玻璃熔融炉，其为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液、然后将该玻璃融液排出的玻璃熔融炉，其具备：朝下设置在上述玻璃熔融炉内的上部炉壁部的玻璃原料粒子投入部，用于在上述玻璃熔融炉内的玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部的加热单元，比上述气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧且设置在上述玻璃融液面的上方空间高度的1/2以下的范围内的烟道的入口，聚积上述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部，以及将上述玻璃融液排出的排出部。另外，“比气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧”中的“气相部”是利用加热单元形成的高温的气氛区域，是指由与玻璃熔融炉内的除其以外的气氛的交界面规定的气氛区域。
根据本发明，来源于从高温气相部散逸而浮游的玻璃原料粒子等的没有到达炉底部的玻璃融液面的粒子(浮游粒子)可被高效地吸引至烟道、排到外部进行除去，而不会飞向玻璃熔融炉的炉壁。由此，浮游粒子在炉壁上的附着量剧减，并且朝下游侧去的浮游粒子的量也剧减，因此能够防止炉壁的损伤和熔融玻璃的品质下降。
另外，玻璃融液面是指设计玻璃熔融炉时所设想的熔融玻璃液面的高度。例如，是从设计时设想与玻璃融液接触的炉材的上端部开始到下方50～100mm的位置。通常的玻璃熔融炉的情况下的熔融玻璃液面为1～1.5m，但空中熔化的情况下的玻璃融液面有时也会是比其更低的高度。此外，在使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子时，使用玻璃原料粒子投入部和形成高温气相部的加热单元。液态玻璃粒子下落到玻璃融液面，成为熔融玻璃后暂时积存，再供应至下游侧。这里所说的玻璃熔融炉的上部炉壁部是指玻璃熔融炉的顶部以及离顶部的内壁为1m以内的侧壁的范围。
该浮游粒子为优质的情况下，可将捕捉其的玻璃融液制成制品。
本发明的玻璃熔融炉中，上述烟道的入口配置成使该入口的上端部位于上述玻璃融液面上方的、从该玻璃融液面到上述玻璃熔融炉的顶部内壁面为止的距离的1/4～1/3的位置。
根据该优选形态，与形成从加热单元向玻璃融液面喷出的气相部同时发生的废气不会在炉内吹起，而会被更高效地从配置于玻璃熔融炉下方的烟道的入口吸引到烟道后排出。因此，能够更有效地防止废气中所含的浮游粒子在炉内的扩散。
本发明的玻璃熔融炉中，上述加热单元较好是配置成使上述气相部形成为在上述玻璃融液的流淌方向上朝下方倾斜。
根据该优选形态，与形成利用加热单元的气相部同时产生的废气(包括原料搬运用的气体)在从加热单元喷射时向斜下前方喷射。然后，废气流向设有烟道的后方。因此，与将加热单元沿铅垂方向或水平方向设置时相比，废气中所含的浮游粒子更容易与玻璃融液面接触，因此容易被玻璃融液捕捉。由此，废气中的浮游粒子的量减少，因此能够更有效地将玻璃原料粒子玻璃化。
本发明的玻璃熔融炉中，也可具备形成于上述烟道下方的排液部、以及将上述玻璃融液和该排液部的玻璃融液隔开的堰。
穿过烟道的废气中的浮游粒子会附着于烟道，就像其会附着于炉壁一样，所以烟道的炉材会被侵蚀，并且侵蚀时的反应生成物会落下。因此，本发明中较好是在烟道下方形成排液部，并具备将占玻璃熔融炉的大部分的熔融玻璃和存在于该排液部的熔融玻璃隔开的堰。根据该优选形态，落下的反应生成物不会落在成为制品的熔融玻璃中，而是落在存在于排液部的熔融玻璃的融液面上并被排至外部。因此，对占玻璃熔融炉的大部分的熔融玻璃的品质没有影响。即，非制品用熔融玻璃积存于排液部，上述反应生成物会被该非制品用熔融玻璃捕捉。
本发明的玻璃熔融炉中，上述烟道也可以沿铅垂方向设置，在该烟道的上部设有用于投入玻璃碎片的玻璃碎片投入部。
根据该形态，如果从玻璃碎片投入部投入玻璃碎片，则可利用在烟道内流动的高温的废气对玻璃碎片加热，使其落在下方的玻璃融液中。由此，玻璃碎片会被废气预先加热后再被玻璃融液捕捉，所以与将玻璃碎片直接投入玻璃融液的形态相比，能够高效地将玻璃碎片熔融。此外，废气中的浮游粒子附着于投下过程中的玻璃碎片的表面后，再被位于其下方的玻璃融液捕捉。由此，浮游粒子在烟道上的附着量剧减，能够防止因浮游粒子附着于烟道而引起的熔融玻璃的品质下降。
本发明的玻璃熔融炉中，也可设置用于对上述玻璃碎片投入部下方的玻璃融液进行加热的加热单元。
本发明的玻璃熔融炉中，用于形成上述气相部的加热单元较好是可产生氧燃烧火焰的氧燃烧器和由可产生热等离子体的一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置中的至少一种。
根据本发明，在由氧燃烧器产生的氧燃烧火焰的情况下能够形成约2000℃的高温气氛，在热等离子体的情况下能够形成5000～20000℃的高温气氛。因此，能够在短时间内将下降的玻璃原料粒子熔融。另外，氧燃烧器及多相电弧等离子体发生装置可以单独设置，也可以两者并用。此外，作为用作加热单元的氧燃烧器，可使用一体形成有玻璃原料粒子投入部的燃烧器。
为了达到上述目的，本发明还提供一种熔融玻璃的制造方法，其使用上述的任一发明中记载的玻璃熔融炉来制造熔融玻璃。
本发明的熔融玻璃的制造方法为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液的方法，其中，从上述玻璃熔融炉内的上部炉壁部向下供应上述玻璃原料粒子，使上述玻璃原料粒子穿过利用加热单元形成的气相部而成为液态玻璃粒子，从比上述气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧且设置在上述玻璃融液面的上方空间高度的1/2以下的范围内的烟道的入口，吸引由用于形成上述气相部的加热单元产生的废气并将该废气排出，使上述液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是从上述烟道的入口吸引并排气，从穿过上述烟道的上述废气中含有的玻璃原料粒子产生的未到达炉底部的玻璃融液面的浮游粒子用位于上述烟道正下方的玻璃融液进行捕捉。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，上述烟道的入口配置成使该入口的上端部位于上述玻璃融液面上方的、从该玻璃融液面到上述玻璃熔融炉的顶部内壁面为止的距离的1/4～1/3的位置。
为了达到上述目的，本发明提供一种玻璃制品的制造装置，其具备上述任一发明中记载的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的下游侧的对熔融玻璃进行成形的成形单元、对成形后的玻璃进行退火的退火单元。
为了达到上述目的，本发明提供一种玻璃制品的制造方法，其包括利用上述任一发明中记载的熔融玻璃的制造方法来制造熔融玻璃的工序、对该熔融玻璃进行成形的工序和对成形后的玻璃进行退火的工序。
发明的效果
如上所述，根据本发明的玻璃熔融炉以及熔融玻璃的制造方法，能够抑制因废气而引起的炉壁的损伤和熔融玻璃的品质下降，从而能够长期制造品质良好的熔融玻璃。
此外，根据本发明的玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法，由于可以利用本发明的玻璃熔融炉及制造方法来制造品质良好的熔融玻璃，因此能够长期生产品质良好的玻璃制品。
附图的简单说明
图1为构成本发明的玻璃制品的制造装置的实施方式1的玻璃熔融炉的纵向剖视图。
图2是实施方式2的玻璃熔融炉的纵向剖视图。
图3是沿图2所示的熔融槽的A-A线的剖视图。
图4是表示图1所示的玻璃熔融炉的玻璃微粒流的说明图。
图5是实施方式3玻璃熔融炉的纵向剖视图。
图6是表示实施方式的玻璃制品的制造方法的流程图。
实施发明的方式
下面，按照附图对本发明的玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法的优选实施方式进行说明。
在图示的玻璃熔融炉中，用于形成气相部的加热单元由氧燃烧器构成。气相部由氧燃烧器的火焰中及火焰附近的高温部构成。
用于向气相部供应玻璃原料粒子的玻璃原料粒子投入部与氧燃烧器形成一体，在氧燃烧器出口附近供应燃烧气体的管和供应氧气的管以及供应玻璃原料粒子的管同轴构成。
在以后的说明中，将该玻璃原料粒子投入部与氧燃烧器的组合称为玻璃原料粒子加热组合件。
图1为构成本发明的玻璃制品的制造装置的实施方式1的玻璃熔融炉10的纵向剖视图。
玻璃熔融炉10具备熔融槽12和作为玻璃融液G的排出部的出口14，熔融槽12、出口14由周知的耐火砖构成。熔融槽12在作为其上部炉壁部的顶壁16配置1台玻璃原料粒子加热组合件18，由此形成在炉内气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的高温气相部。熔融槽12的底部构造成使玻璃融液G积存于炉底部17、出口14，并通过出口14使在熔融槽12中制造出的玻璃融液G流向下游。炉底部17由周知的耐火砖构成。另外，玻璃原料粒子加热组合件18的配置方向并不限定于沿铅垂方向朝下，只要朝下，则也可以是沿倾斜的方向。此外，熔融槽12的顶壁16并不限定于平面状，也可以是拱形、穹顶状等。
还有，玻璃原料粒子加热组合件18不在顶壁16而在熔融槽12的上部的侧壁时，也属于本发明的范围。在侧壁设置玻璃原料粒子加热组合件18时，可设在熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁16的内壁1m的高度内。这是因为，玻璃原料粒子加热组合件18设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁16的内壁超过1m处时，玻璃原料粒子加热组合件18与玻璃融液面的铅垂距离变得过小，因此与水平方向所成的角度变小，导致将玻璃粒子喷射到对面的壁面上，结果发生炉壁侵蚀和与之相伴的玻璃污染。玻璃原料粒子加热组合件18较好是设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁16的内壁80cm的高度内，更好是设于距离顶壁16的内壁60cm的高度内。
构造成使玻璃融液G积存于熔融槽12和出口14，并通过出口14使在熔融槽12中制造出的熔融玻璃流向下游。
作为玻璃原料粒子加热组合件18，如上所述，使用一体形成有玻璃原料粒子投入部和加热单元的氧燃烧器20。
该氧燃烧器20为作为无机粉体加热用燃烧器而公知的适当地配置了原料、燃料、助燃气体供应喷嘴的氧燃烧器。氧燃烧器20前端部的喷嘴22从中心部向外周部按照燃料供应喷嘴、一次燃烧用助燃气体供应喷嘴、玻璃原料供应喷嘴和二次燃烧用助燃气体供应喷嘴的顺序整体以同心圆状进行排列。从喷嘴22向下喷射火焰F，通过气体搬运或者机械搬运将玻璃原料粒子26从玻璃原料粒子供应喷嘴供应至该火焰F(即气相部)中。由此，能够可靠地在短时间内使玻璃原料粒子26变成液态玻璃粒子。另外，虽未图示，但在该氧燃烧器20上还连接有向玻璃原料粒子供应喷嘴供应玻璃原料粒子的玻璃原料粒子供应系统、向燃料供应喷嘴供应燃料的燃料供应系统以及向一次燃烧用助燃气体供应喷嘴和二次燃烧用助燃气体供应喷嘴供应助燃气体的气体供应系统。
玻璃原料粒子的平均粒径(加权平均)较好为30～1000μm。更好为使用平均粒子(加权平均)在50～500μm的范围内的玻璃原料粒子，非常好为70～300μm的范围内的玻璃原料粒子。玻璃原料粒子熔融而成的液态玻璃粒子(a)的平均粒径(加权平均)通常大多变为玻璃原料粒子的平均粒径的80％左右。
如上所述，在使用玻璃原料粒子投入部和加热单元一体形成的氧燃烧器20时，由于氧燃烧器20兼用作玻璃原料粒子投入部，因此不需要另外设置玻璃原料粒子投入部。然而，也可以与氧燃烧器20相邻地另外设置向氧燃烧器20的火焰F中投入玻璃原料粒子26的玻璃原料粒子投入部。
另外，作为形成气相部的加热单元，并不限定于氧燃烧器20，也可以在熔融槽12的顶壁16设置可产生热等离子体的由一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置，或者在熔融槽12同时设置氧燃烧器20和上述多相电弧等离子体发生装置。还有，为了使玻璃原料粒子中所含的分解性化合物(碳酸盐等)迅速分解并使产生的气体迅速气散(以下称为气化气散)，促进与其它玻璃原料一起进行玻璃化反应，氧燃烧器20的火焰F、热等离子体的温度较好是设定在硅砂的熔融温度以上、即1600℃以上。由此，投入炉内的玻璃原料粒子可通过火焰F和/或热等离子体而迅速地气化、散逸，并且通过高温下的加热而成为液态玻璃粒子，然后落在熔融槽12的底部区域而成为玻璃融液。此外，由于液态玻璃粒子聚积形成的玻璃融液G被火焰F和/或热等离子体继续加热，因此可保持在玻璃化的形态。另外，为火焰F的情况下，在氧气燃烧时其中心温度约为2000℃；为热等离子体的情况下，其中心温度为5000～20000℃。
图中，在火焰F的内部及其下方绘出的粒子26表示玻璃原料粒子变为液态玻璃粒子过程中的粒子及液态玻璃粒子。由于玻璃原料粒子会在火焰F中迅速变为液态玻璃粒子，因此以下也将该粒子称为液态玻璃粒子26。
实施方式的熔融槽12中，玻璃原料粒子加热组合件18设置于玻璃融液G的流淌方向上的上游侧。此外，烟道28设置得比由玻璃原料粒子加热组合件18形成的气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧。烟道28沿铅垂方向设置，并且通过在熔融槽12的上游侧壁面15的玻璃融液G液面附近开口的入口30与熔融槽12内的气氛连通。还有，该烟道28通过未图示的冷却装置、集尘装置与抽风机连接，通过驱动抽风机，熔融槽12内的高温废气通过入口30被吸引至烟道28。被吸引至烟道28的废气用上述冷却装置冷却至规定温度后，用上述集尘装置将废气中的尘埃除去，然后用上述抽风机将废气排到外部。
另一方面，熔融槽12中，在烟道28的下方形成有具备排出孔31的排液部32，并且从炉底17设有将存在于该排液部32的非制品用玻璃融液G1和熔融槽12内的主要的玻璃融液G隔开的堰34。该堰34相对于熔融槽12的上游侧壁面15形成于熔融槽12的内侧。因此，从烟道28的壁面落下的反应生成物全部落到排液部32，并从排出孔31排到炉外，所以不存在落入成为制品的玻璃融液G的情况。
接着，对如上所述构成的玻璃熔融炉的作用进行说明。
上述玻璃熔融炉中，从氧燃烧器20将玻璃原料粒子投下，并且利用氧燃烧器20的火焰F对该投下过程中的玻璃原料粒子进行加热、使其熔融而成为液态玻璃粒子26、26……。液态玻璃粒子26、26……朝下方落下，落在玻璃融液G的表面。
在这样的空中熔化时，实施方式的熔融槽12中，玻璃原料粒子加热组合件18设置在玻璃融液G的流淌方向上的上游侧，并且烟道28设置得比由玻璃原料粒子加热组合件18形成的气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧，因此从氧燃烧器20的火焰F散逸而浮游的玻璃微粒、即上述的浮游粒子不会飞向玻璃熔融炉的炉壁，而是与废气一起从入口30被高效地吸引至烟道28并排到外部而除去。
图示的粒子27表示从朝向下方的液态玻璃粒子26、26……的主流脱离的粒子。该粒子27从朝向下方的火焰F中途散逸，有可能加热变得不充分而不能成为液态玻璃粒子。该粒子27中，有的粒子最终会落在玻璃融液表面，但有的粒子会不落在玻璃融液表面而成为浮游粒子。本发明中，将这样的粒子27从入口30吸引至烟道28，使浮游粒子的量减少。但是，浮游粒子并不是仅由这样的粒子27引起的。此外，粒子27并不是全部都成为浮游粒子，粒子27的一部分也会落在火焰F正下方附近的玻璃融液表面而与玻璃融液成为一体。
由此，熔融槽12中，浮游粒子在炉壁上的附着量剧减，并且朝下游侧浮游的浮游粒子的量也剧减，因此能够防止炉壁的损伤和熔融玻璃的品质下降。因此，根据实施方式的玻璃熔融炉，能够制造优质的熔融玻璃。
此外，根据该熔融槽12，穿过烟道28的废气中的浮游粒子会附着于烟道，就像其会附着于炉壁一样，所以烟道的炉材会被侵蚀，并且侵蚀时的反应生成物会落下。因此，熔融槽12中，在烟道28的下方形成排液部32，并且用堰34将该排液部32的非制品用玻璃融液G1和玻璃融液G隔开。因此，从烟道28落下的反应生成物会落入排液部32的非制品用玻璃融液G1并从排出孔31排到炉外，从而可在不混入成为制品的玻璃融液G的情况下从排液部32排到外部。因此，从烟道28落下的反应生成物对成为制品的熔融玻璃的品质没有影响。
还有，根据该熔融槽12，烟道28的入口30配置在玻璃融液G的液面附近。因此，从氧燃烧器20向玻璃融液G的液面喷出的废气不会在炉内吹起，而会被高效地从入口30吸引到烟道28后排出。因此，能够可靠地防止废气中所含的浮游粒子在炉内扩散。另外，烟道28的入口30设置于玻璃融液G的液面的上方空间高度的1/2以下的范围内。换言之，烟道28的入口30的上端部以位于所述玻璃融液面上方的、从其液面到炉壁的顶壁16的内壁为止的距离的1/2以下的位置的方式进行配置。从废气的排气效率的角度考虑，较好是以入口30的上端部位于玻璃融液G的液面上方的、从其液面到炉壁16的内壁为止的距离的1/4～1/3的位置的方式进行配置。如果烟道28的入口30设置于玻璃融液G的液面的上方空间高度的1/2处或其上方，则会有浮游粒子不能从入口30被顺利地吸引，而在熔融槽12内扩散的可能性。对于烟道28的入口30的尺寸，由于高度方向如上所述那样被规定，因此最好考虑烟道28中的废气的流动容易度、废气的种类、废气的温度、废气的量，即考虑玻璃熔融炉的尺寸等条件来确定宽度方向的大小，以使排气效率变高。
此外，烟道28的入口30只要设置在比加热玻璃原料粒子的高温气相部的位置更靠上游侧且在玻璃融液G的液面的上方空间高度的1/2以下的范围内即可，因此烟道28的入口30的位置不仅可以是在该范围内的熔融槽12的上游的背面，也可以是熔融槽12的侧壁面。此外，烟道28的入口30的数量可以是多个。例如，可以在熔融槽12的背面设置一个、在侧壁面设置两个，或者仅在熔融槽12的侧壁面设置多个。
图2为实施方式2的玻璃熔融炉40的纵向剖视图，对于与图1中所示的玻璃熔融炉10相同或者类似的构件标以相同的符号进行说明。
图2的玻璃熔融炉40的熔融槽12中，玻璃原料粒子加热组合件18的氧燃烧器20以朝玻璃融液G的流淌方向、向下方倾斜的方式进行配置。
图3是沿图2所示的熔融槽12的A-A线的剖视图。
如该图所述，烟道28构造成曲柄形，以避开在熔融槽12的壁面开口的氧燃烧器20的插入孔19。从提高玻璃融液G的均质性的方面以及顺利地将浮游粒子排出的方面考虑，氧燃烧器20及烟道28的入口30较好是配置在熔融槽12的宽度方向上的其大致中央部，但是，如果此时烟道28构造成直管状，则会变成氧燃烧器20贯穿烟道28的配置，因此不优选。因此，为了消除这样的不良情况，烟道28构造成如图3所示的曲柄状。
如果这样倾斜配置氧燃烧器20，则来自氧燃烧器20的废气(包括玻璃原料粒子搬运用的气体)喷射向斜下前方。然后，废气朝设置了烟道28的上游侧壁面15流动。因此，与如图1所示的沿铅垂方向或水平方向设置氧燃烧器20的情况相比，从火焰F中途散逸的粒子27、27……更容易接触玻璃融液G的液面，因此容易被玻璃融液G捕捉。由此，废气中的浮游粒子的量减少，因此能够更有效地将玻璃原料粒子玻璃化。
图4中，示意地示出了从图1所示的氧燃烧器20的火焰F中途散逸的粒子的飞散状况。如果这样沿铅垂方向配置氧燃烧器20，则废气周边所含的从火焰F中途散逸的粒子27、27……会被废气煽起，并且与被吸引至烟道28相互结合而使其不易接触玻璃融液G，存在在炉内扩散的情况。与此相对，如果如图2所示以朝下方倾斜的方式配置氧燃烧器20，则废气周边所含的粒子27、27……也变得容易与玻璃融液G接触，因此容易被玻璃融液G捕捉，由此，可防止粒子27、27……在炉内扩散，减少变为浮游粒子的情况，并且高效地将玻璃原料粒子玻璃化。
为了使废气中的粒子27、27……有效地接触玻璃融液G，氧燃烧器20的倾斜角度较好是设定为相对于铅垂方向为15度～75度，更好为30度～60度。另外，氧燃烧器的角度采用沿玻璃融液的流淌方向的上述形态只是优选的实施方式，氧燃烧器采用朝铅垂正下方的方向或朝玻璃融液流淌方向的反方向的实施方式也属于本发明的范围，可发挥抑制因废气引起的炉壁的损伤及熔融玻璃的品质下降的效果。
图5为实施方式3的玻璃熔融炉50的纵向剖视图，对于与图1中所示的玻璃熔融炉10相同或者类似的构件标以相同的符号进行说明。
在玻璃熔融炉50的烟道28的上部设有投入玻璃碎片52、52……的玻璃碎片投入筒54(玻璃碎片投入部)。
如果从玻璃碎片投入筒54向下方投入玻璃碎片52、52……，则可利用在烟道28内流动的高温的废气对玻璃碎片52、52……的表面加热，使其落在下方的玻璃融液G中。另外，该熔融槽12的烟道28的壁面用铂60等进行涂布，保护烟道28的炉材免受废气中的浮游粒子的损坏。此外，该熔融槽12没有设置堰(图1、图2、图4中所示的堰34)，因此，将位于烟道28正下方的玻璃融液G也用作制品用的玻璃融液G。
因此，根据该熔融槽12，可用废气对玻璃碎片52、52……进行预备加热，使其落在其下方的玻璃融液G中，所以，与将玻璃碎片52、52……直接投入玻璃融液G的形态相比，能够高效地将玻璃碎片52熔融。此外，吸引至烟道28的废气中的浮游粒子会附着在投下过程中的玻璃碎片52、52……的表面，落在位于其下方的玻璃融液G中，因此能够有效利用废气中的浮游粒子。
另外，为了加速落在玻璃融液G中的玻璃碎片52、52……的熔融，设置有对落点位置的玻璃融液G进行加热的加热器56(对玻璃融液加热的加热单元)。还有，在落点位置的炉底部17设有贯穿炉底部17的排液管58，从排液管58可以将沉降于落点位置的炉底部17的、浓缩的异质熔融玻璃排出。
对于从玻璃碎片投入筒54投入的玻璃碎片52，考虑到玻璃碎片自身飞散的情况较少这一点以及在工序内或者从市场回收、储藏玻璃碎片并将玻璃碎片搬运到玻璃碎片投入口的操作上的效率，并且为了将玻璃碎片投入熔融槽12，对其粒径进行了规定。即，较好是将玻璃碎片的短径(a)控制为0.1mm＜a＜50mm。通过改变网眼的筛孔径(开孔)的尺寸，使具有短径(a)的玻璃碎片留在筛中，或者使其通过筛子来进行筛选。即，本发明的玻璃碎片较好为留在网眼的筛孔径(开孔)的尺寸为0.1mm的筛中、并且通过网眼的筛孔径(开孔)的尺寸为50mm的筛的玻璃碎片。从对玻璃碎片进行上述操作的角度考虑，短径(a)更好为0.5mm＜a＜30mm。从对玻璃碎片进行上述操作的角度考虑，短径(a)非常好为5mm＜a＜20mm。可是，即使短径(a)大于50mm，使玻璃微粒附着在投下过程中的玻璃碎片52的表面并将其捕集的效果也没有变化。
另外，本发明中的“玻璃碎片”是指与本发明中作为最终目的物的玻璃制品的玻璃具有的组成大致相同的玻璃组成所构成的玻璃碎片。该玻璃碎片通常是在本发明中由在炉底部形成的玻璃融液制造作为最终目的物的玻璃制品的工序中产生的。但是，并不限定于此，也可以是产生自与作为本发明的最终目的物的玻璃制品的玻璃具有的组成大致相同的玻璃组成所构成的其它的玻璃制品的制造工序的玻璃碎片，或者产生自使用由本发明制得的最终目的物的玻璃制品的工序的玻璃碎片等。上述其它的玻璃制品的制造工序中的玻璃熔融炉不限定于使用了空中熔化法的玻璃熔融炉。
由于玻璃碎片的玻璃组成与由玻璃原料粒子形成的玻璃的玻璃组成大致相同，因此玻璃碎片熔解形成的液态玻璃和由玻璃原料粒子形成的液态玻璃混合形成的玻璃融液的玻璃组成变得均一，并且均质化所需的热能少，所需的时间也短。玻璃碎片的玻璃组成较好是与由玻璃原料粒子形成的液态玻璃粒子的玻璃组成相同，但若在形成于炉底部的玻璃融液成为玻璃制品的期间玻璃组成仅发生微小变化(例如氧化硼等挥发性气体成分的气散等)，则这样的玻璃组成的微小差别是允许的。
另外，由于玻璃碎片由已成为玻璃的物质构成，因此被加热的玻璃碎片只通过熔解即成为液态的玻璃粒子。另一方面，玻璃原料粒子通过玻璃原料的热分解(例如由金属碳酸盐热分解为金属氧化物的热分解等)、被称为玻璃化反应的玻璃形成成分的反应及熔融等化学反应而成为液态的玻璃粒子。虽然固体粒子成为液态的玻璃粒子的机理对于玻璃原料粒子和玻璃碎片是不同的，但生成的液态的玻璃粒子为玻璃组成大致相同的液态的玻璃粒子。
图6为表示实施方式的玻璃制品的制造方法的实施方式的流程图。图6中，除了作为玻璃制品的制造方法的构成要素的熔融玻璃制造工序(S1)、利用成形单元的成形工序(S2)和利用退火单元的退火工序(S3)之外，还示出了根据需要使用的切割工序及其它后续工序(S4)。
在图1～图5的熔融槽12中熔融的熔融玻璃G经过出口及未图示的导管结构被送至成形单元进行成形(成形工序)。成形后的玻璃通过退火单元进行退火而使成形后固化的玻璃的内部不残存残留应力(退火工序)，再根据需要进行切割(切割工序)，并经过其它后续工序而成为玻璃制品。另外，对于成形工序(S2)、退火工序(S3)、切割工序、其它后续工序(S4)，只要在能够达到其目的的范围内，则可采用任何工序。例如平板玻璃的情况下，通过成形单元将熔融玻璃G成形为玻璃带，将其通过退火单元退火后，切割成所需的大小，根据需要进行研磨玻璃端部等后续加工，从而获得平板玻璃。
通过本发明的熔融玻璃制造方法制造的熔融玻璃只要是通过空中加热熔化法制造的熔融玻璃，在组成方面都没有限制。所以，也可以是钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃。此外，所制造的玻璃制品的用途不局限于建筑用和车辆用，可以例举平板显示器用及其它各种用途。
建筑用或车辆用的平板玻璃所用的钠钙玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成：SiO2：65～75％、Al2O3：0～3％、CaO：5～15％、MgO：0～15％、Na2O：10～20％、K2O：0～3％、Li2O：0～5％、Fe2O3：0～3％、TiO2：0～5％、CeO2：0～3％、BaO：0～5％、SrO：0～5％、B2O3：0～5％、ZnO：0～5％、ZrO2：0～5％、SnO2：0～3％、SO3：0～0.5％。
液晶显示器用或者有机EL显示器用的基板所用的无碱玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成：SiO2：39～70％、Al2O3：3～25％、B2O3：1～20％、MgO：0～10％、CaO：0～17％、SrO：0～20％、BaO：0～30％。
等离子体显示器用的基板所用的混合含碱玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成：SiO2：50～75％、Al2O3：0～15％、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO：6～24％、Na2O+K2O：6～24％。
作为其它用途，耐热容器或者物理化学用器具等所用的硼硅酸盐玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成：SiO2：60～85％、Al2O3：0～5％、B2O3：5～20％、Na2O+K2O：2～10％。
产业上利用的可能性
利用本发明制造的熔融玻璃可使用浮法锡槽、熔融成型机、轧制成型机、吹塑成型机、压模机等成形装置成形为各种形状的玻璃制品。
另外，在这里引用2009年8月20日提出申请的日本专利申请2009-191204号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。
符号的说明
10…玻璃熔融炉、12…熔融槽、14…出口、15…上游侧壁面、16…顶壁、17…炉底部、18…玻璃原料粒子加热组合件(玻璃原料粒子投入部及用于形成气相部的加热单元)、19…插入孔、20…氧燃烧器、22…喷嘴、F…火焰、26…液态玻璃粒子、27…从火焰散逸的粒子、28…烟道、30…入口、31…排出孔、32…排液部、34…堰、40…玻璃熔融炉、50…玻璃熔融炉、52…玻璃碎片、54…玻璃碎片投入筒、56…加热器、58…排液管、60…铂

Claims (13)

1.一种玻璃熔融炉，为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液、然后将该玻璃融液排出的玻璃熔融炉，其特征在于，具备：朝下设置在所述玻璃熔融炉内的上部炉壁部的玻璃原料粒子投入部，用于在所述玻璃熔融炉内的玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部的加热单元，比所述气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧且设置在所述玻璃融液面的上方空间高度的1/2以下的范围内的烟道的入口，聚积所述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部，以及将所述玻璃融液排出的排出部。
2.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述烟道的入口配置成使该入口的上端部位于所述玻璃融液面上方的、从所述玻璃融液面到该玻璃熔融炉的顶部内壁面为止的距离的1/4～1/3的位置。
3.如权利要求1或2所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述加热单元配置成使所述气相部形成为在所述玻璃融液的流淌方向上朝下方倾斜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述玻璃熔融炉具备形成于所述烟道下方的排液部、以及将所述玻璃融液和该排液部的玻璃融液隔开的堰。
5.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述烟道沿铅垂方向设置，在该烟道的上部设有用于投入玻璃碎片的玻璃碎片投入部。
6.如权利要求5所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述玻璃熔融炉设有用于对所述玻璃碎片投入部下方的玻璃融液进行加热的加热单元。
7.如权利要求1～6中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，用于形成所述气相部的加热单元为可产生氧燃烧火焰的氧燃烧器和由可产生热等离子体的一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置中的至少一种。
8.一种熔融玻璃的制造方法，其特征在于，使用权利要求1～7中任一项所述的玻璃熔融炉制造熔融玻璃。
9.一种熔融玻璃的制造方法，为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，从所述玻璃熔融炉内的上部炉壁部向下供应所述玻璃原料粒子，使所述玻璃原料粒子穿过利用加热单元形成的气相部而成为液态玻璃粒子，从比所述气相部更靠玻璃融液的流淌方向上游侧且设置在所述玻璃融液面的上方空间高度的1/2以下的范围内的烟道的入口，吸引由用于形成所述气相部的加热单元产生的废气并将该废气排出，使所述液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液。
10.如权利要求9所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，从所述烟道的入口吸引并排气，从穿过所述烟道的所述废气中含有的玻璃原料粒子产生的未到达炉底部的玻璃融液面的浮游粒子用位于所述烟道正下方的玻璃融液进行捕捉。
11.如权利要求9或10所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，所述烟道的入口配置成使该入口的上端部位于所述玻璃融液面上方的、从所述玻璃融液面到该玻璃熔融炉的顶部内壁面为止的距离的1/4～1/3的位置。
12.一种玻璃制品的制造装置，其特征在于，具备权利要求1～7中任一项所述的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的下游侧的对熔融玻璃进行成形的成形单元、对成形后的玻璃进行退火的退火单元。
13.一种玻璃制品的制造方法，其特征在于，包括利用权利要求8～11中任一项所述的熔融玻璃的制造方法来制造熔融玻璃的工序、对该熔融玻璃进行成形的工序和对成形后的玻璃进行退火的工序。
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