CN102648163B - 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

本发明为在将玻璃原料粒子熔融来制造熔融玻璃的玻璃熔炉及其方法中，提供能够制造优质的熔融玻璃的玻璃熔融炉、玻璃的熔融方法、玻璃制品的制造装置及玻璃制品的制造方法。在从氧燃烧器(24)投入玻璃原料粒子的同时，利用氧燃烧器(24)的火焰(F)及热等离子体(P)加热该玻璃原料粒子而使其熔融。熔融后的液态玻璃粒子(30)朝熔融槽(12)的下方落下，落在熔融槽(12)内的玻璃融液(G)的融液面上。然后利用设置于熔融槽(12)的加热装置(38)的电极(40、40)对玻璃融液(G)的融液上层(G1)进行加热。藉此，从落在玻璃融液(G)的融液面上的液态玻璃粒子(30)及玻璃融液(G)产生的空气及溶存气体变成气泡上浮而被顺畅地释放出来。

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、具备该熔融炉的玻璃制品的制造装置以及使用上述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气相气氛中将玻璃原料粒子熔融、聚积来制造玻璃溶液的玻璃熔融炉，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，这种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-flightmelting))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。这种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由玻璃原料的混合物聚集而成的粒子构成、且制粒成粒径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可表现为玻璃液滴。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、2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。
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、熔融成形机、轧制成形机、吹塑成形机、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制品。然后，利用退火单元将成形的玻璃制品冷却至大致室温，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2006-199549号公报
专利文献2：日本专利特开2007-297239号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1、2中公开的玻璃熔融炉中，落在玻璃融液面上的液态玻璃粒子混入先熔融的玻璃融液，通过进一步进行熔融来制造无未熔融物的熔融玻璃。
但是，如果液态玻璃粒子连续落在玻璃融液面上的同一位置，则有可能存在于玻璃熔融炉内的空气等气体混入液态玻璃粒子或玻璃融液而生成气泡。液态玻璃粒子落在液面上时生成的气泡是指，在液态玻璃粒子相互间或液态玻璃粒子与玻璃融液之间混入空气或燃烧气体等气体而生成的气泡。例如，接触玻璃融液表面的大致球状的液态玻璃粒子在与玻璃融液成为一体而变平坦之前，另外的液态玻璃粒子落在该变平坦前的液态玻璃粒子之上而与之接触，在两液态玻璃粒子之间或两液态玻璃粒子与玻璃融液面之间等，存在混入空气等气体的情况。
另外，虽然液态玻璃粒子接触玻璃融液表面时生成气泡的发生概率低，但在高温气相气氛中刚熔融的液态玻璃粒子自身有残存的溶存气体等的情况下，还存在以下情况：含有该溶存气体等的液态玻璃粒子在接触玻璃融液并将要与玻璃融液成为一体之前或刚刚成为一体后，在该液态玻璃粒子部分上堆积其它液态玻璃粒子，液态玻璃粒子中所含的溶存气体等被封闭而成为气泡。
如上所述，专利文献1、2的玻璃熔融炉中存在有时无法制造气泡少的优质熔融玻璃的缺陷。
此外，专利文献2中虽然公开了为使落在玻璃溶液面上的液态玻璃粒子扩散而定期地对熔融玻璃的液面进行搅拌的技术，但在搅拌液面时，混入玻璃融液的空气及溶存气体会扩散，反而会进入熔融玻璃中，因此存在脱泡效率下降、无法制造优质的熔融玻璃的问题。
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制造优质的熔融玻璃的熔融玻璃的制造方法、玻璃熔融炉、玻璃制品的制造方法以及玻璃制品的制造装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明人以上述技术问题为目的进行了认真研究，结果获得下述发现。
即，获得以下发现：使上述的空中熔化法中假想的气泡在作为气泡发生场所的玻璃融液的融液面处消失是很有效的。
另外，将较低温的未熔融的粉体状原料投入到玻璃融液面上、于熔融玻璃中设置电极、将玻璃原料熔融的所谓的冷炉顶型电熔融炉中，在熔融玻璃和玻璃原料的层之间的界面会生成半熔融状态的玻璃层。该玻璃层被称为所谓的硬壳层(日文：クラスト)。该硬壳层包含由于与作为本发明的问题的落在液面上时产生的气泡相同的机理而产生的气泡。如果为减少该硬壳层而对玻璃融液上层进行加热以减少未熔融玻璃，则存在以下2个问题。第一，由于根据该玻璃溶液的对流的特性而在从玻璃融液面起算朝下30cm以上的玻璃融液的中层的位置设置电极，因此玻璃融液的深度方向的温度分布从中层到下层逐渐变高，即使在上层设置补充的电极，也会因为电流线的关系而难以充分加热上层。第二，如果将电极配置于玻璃融液的上层，则会因电极附近的温度上升而形成被局部加热的区域，导致在硬壳层下气体积存在局部，使硬壳层变为气球状。其结果为，作为硬壳层和硬壳层之上的绝热层而发挥作用的玻璃原料层会产生龟裂，产生裸露出玻璃融液的部分，使从硬壳层下的玻璃融液释放的放热量增加。由于以上的问题，会对稳定的生产带来障碍。其中，第二个问题在现有的西门子窑的电助熔中也会发生。
出于以上的理由，在现有的玻璃熔融炉中没有采用以使气泡消失为目的等对玻璃融液的上层、特别是玻璃融液面附近积极地加热的方法。
与此相对，由于空中熔化法的特征，即使对玻璃融液的上层、特别是融液面附近积极地加热，由于液态玻璃粒子比较均匀地层叠在通过在高温气相气氛中的熔融而积存的融液上层，因此也不会产生硬壳层自身。
此外，根据本发明人的研究，发现与电熔融炉的对流相比，空中熔化法中直到玻璃融液的较为上层对流都稳定。此外，与电熔融炉不同，空中熔化法的熔融炉中的玻璃融液的上层的温度本来就高。因此，本发明人还发现在空中熔化法中，也不易发生由于对玻璃融液的上层加热而引起的对流的紊乱。
即，可知虽然现有的熔融炉难以积极地实施对玻璃融液面附近的加热，但为空中熔化法时能够积极地实施对玻璃融液面附近的加热。如上所述，在对空中熔化法的特征进行认真研究后才发现，能够顺畅地促进作为本发明的课题的落在融液面上的液态玻璃粒子及玻璃融液的脱泡。
如上想到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，其特征是，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第一加热单元，对上述玻璃融液的上层进行加热的第二加热单元，聚积上述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部，和将上述玻璃融液排出的排出部。
上述记载中，“使液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液”还包括使液态玻璃粒子落在聚积于玻璃熔融炉底部的玻璃融液的表面上以形成玻璃融液的含义，“将玻璃融液排出”还包括将聚积的玻璃融液连续排出的含义。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部位于从上述玻璃融液的假想的融液面起算朝下20cm以内、特别是朝下15cm以内的位置的方式进行设置。这里，上述玻璃融液的假想的融液面表示在稳定地运行玻璃熔融炉的状态下的融液面。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部或者前端部的至少一部分位于从上述玻璃融液的假想的融液面起算朝下20cm以内、特别是15cm以内的位置的方式进行设置。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述第二加热单元以该加热单元的加热部的下端部位于从上述玻璃融液的假想的融液面起算朝下不到50cm的位置的方式进行设置。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述第二加热单元为具有向上述玻璃融液通电的电极的通电加热单元或发热体。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述发热体具有通过传热对上述玻璃融液进行加热的发热单元。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述发热体为板状体，且该板状体的发热面沿水平方向进行配置。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述发热体为燃气管，且该燃烧管的轴沿水平方向进行配置。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是上述第一加热单元具备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。
本发明提供一种熔融玻璃的制造方法，其特征是，使用上述的玻璃熔融炉将玻璃原料粒子制成液态玻璃粒子。
本发明提供一种熔融玻璃的制造方法，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的熔融玻璃的制造方法，其特征是，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第一加热单元形成的气相部而成为液态玻璃粒子，聚积上述液态玻璃粒子以形成玻璃融液，再利用第二加热单元对上述玻璃融液上层进行加热。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是在加热部的上端位于从上述玻璃融液的融液面起算朝下20cm以内、特别是朝下15cm以内的位置进行上述玻璃融液上层的加热。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是在加热部的下端位于从上述玻璃融液的融液面起算朝下不到50cm的位置进行上述玻璃融液上层的加热。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是上述玻璃融液上层被加热至该玻璃融液上层的粘度达到30Pa·s以下的温度。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是在上述熔融玻璃为钠钙玻璃时，该玻璃融液上层被加热至1450℃以上。
本发明还提供一种玻璃制品的制造装置，其具备上述的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的上述排出部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。
本发明还提供一种玻璃制品的制造方法，其特征是，包括利用上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。
发明的效果
根据如上说明的本发明的玻璃熔融炉及熔融玻璃的制造方法，能够顺畅地促进落在玻璃融液的表面上的液态玻璃粒子及玻璃融液的脱泡，因此能够制造优质的熔融玻璃。
此外，根据本发明的玻璃制品的制造装置及玻璃制品的制造方法，能够利用本发明的玻璃熔融炉及熔融玻璃的制造方法来大量制造优质的熔融玻璃，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为图1所示的实施方式1的加热装置的结构图。
图3为实施方式2的加热装置的结构图。
图4为实施方式3的加热装置的结构图。
图5为实施方式4的加热装置的结构图。
图6为实施方式5的加热装置的结构图。
图7是图6所示的加热装置的立体图。
图8为实施方式6的加热装置的结构图。
图9是图8所示的加热装置的俯视图。
图10是表示实施方式的玻璃制品的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的熔融玻璃的制造方法、玻璃熔融炉、玻璃制品的制造方法及玻璃制品的制造装置的优选实施方式进行说明。
在图示的玻璃熔融炉中，用于形成高温气相部的第一加热单元由氧燃烧器构成。气相部、即气相气氛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。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是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，图2是玻璃熔融炉10的纵向剖视图。
如图1所示的玻璃熔融炉10具备熔融槽12和玻璃融液G的排出口14，熔融槽12、排出口由周知的耐火砖构成。此外，熔融槽12在作为其上部炉壁部的顶壁18配置1台玻璃原料粒子加热组合件20，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。
由此，玻璃原料粒子加热组合件20设置于熔融槽12中的玻璃融液G的流淌方向的上游侧。在玻璃原料粒子加热组合件20的下方位置通过液态玻璃粒子的聚积而生成的玻璃融液G随着流向下游侧，均质度逐渐增加。还有，熔融玻璃被冷却至规定的温度之后，被供应至玻璃制品的成形装置。这些熔融槽12、排出口14及脱泡槽16由周知的耐火砖构成。此外，玻璃原料粒子加热组合件20朝下贯穿顶壁18而被设置在熔融槽12的平面状的顶壁18。对于该玻璃原料粒子加热组合件20在后面进行说明。
另外，熔融槽12的形状并不限定于长方体形，也可以是构造成圆筒状的熔融槽。此外，玻璃原料粒子加热组合件20沿铅垂方向朝下设置，但并不限定于此，只要朝下也可以进行倾斜地配置。还有，将熔融槽12的顶壁18制成为平面形状，但并不限定于此，也可以是拱形、穹顶形等形状。
另一方面，在玻璃原料粒子加热组合件20的侧方设有烟道22。该烟道22介以未图示的冷却装置、集尘装置与抽风机连接，通过驱动抽风机，可以通过烟道22吸引熔融槽12内的高温废气。废气被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。
此外，玻璃原料粒子加热组合件20不设在顶壁18而设在熔融槽12上部的侧壁的情况也属于本发明的实施方式的1例。玻璃原料粒子加热组合件20设于侧壁时，设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁18的内壁为1m的高度内的侧壁。玻璃原料粒子加热组合件20设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁18的内壁超过1m处时，玻璃原料粒子加热组合件20与玻璃融液面的铅垂距离会变得过小。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等问题。为了避免发生这种问题，较好是将玻璃原料粒子加热组合件20设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁18的内壁为1m的高度内的侧壁。玻璃原料粒子加热组合件20较好是设于熔融槽12的在铅垂方向上距离顶壁18的内壁90cm的高度内，更好是设于距离顶壁18的内壁50cm的高度内。
玻璃融液G积存于熔融槽12、排出口14及脱泡槽16的各槽内，在熔融槽12制造的玻璃融液G通过排出口14流入脱泡槽16，在此处被澄清并被冷却至规定的温度后，供应至玻璃制品的成形装置。
作为玻璃原料粒子加热组合件20，使用的是玻璃原料粒子投入部和原料粒子加热部一体形成的氧燃烧器24。
作为该氧燃烧器24，可使用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。该氧燃烧器24构造成直棒状，对于其前端部的喷嘴26，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、玻璃原料粒子供应喷嘴和二次燃烧用助燃气体供应喷嘴的顺序，这些喷嘴作为整体以同心圆状进行排列。从喷嘴26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从上述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变成液态玻璃粒子。另外，虽未图示，但在该氧燃烧器24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。
如上所述，在使用玻璃原料粒子投入部和原料粒子加热部一体形成的氧燃烧器24时，由于氧燃烧器24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24相邻地另外设置向氧燃烧器24的火焰F中投入玻璃原料粒子的玻璃原料粒子投入部。
本发明的玻璃熔融炉中，作为用于形成高温气相部的第一加热单元，除氧燃烧器24以外，也可以是以贯穿熔融槽12的顶壁18的方式设置由一对以上的能产生热等离子体P的电极34、34构成的多相电弧等离子体发生装置36的形态。该多相电弧等离子体发生装置36中，气相部由电弧等离子体发生区域及其附近的高温部构成。此外，作为第一加热单元，也可以在熔融槽12上同时设置氧燃烧器24和多相电弧等离子体发生装置两者。此外，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，火焰F及热等离子体P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及热等离子体P被迅速地气化、散逸，并且通过高温下的加热而熔融成为液态玻璃粒子，然后落在熔融槽12内的玻璃融液G上。接着，液态玻璃粒子聚积而形成的玻璃融液G利用来自火焰F、热等离子体P及炉壁的辐射热对其上层持续加热。图中，在火焰F的内部及其下方绘出的粒子30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30。
还有，落在熔融槽12内的玻璃融液G面上的液态玻璃粒子30还利用设置于熔融槽12的加热装置(第二加热单元)38进行进一步加热。藉此，可促进落在玻璃融液G的玻璃融液面上的液态玻璃粒子30及玻璃融液G的脱泡。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P的情况下，其中心温度为5000～20000℃。
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。
如图2所示，作为第二加热单元的加热装置38由以贯穿熔融槽12的侧壁的方式配置的多对电极40、40构成。这些电极40、40构造成棒状，并且在熔融槽12中沿大致水平的方向设置在同一高度位置，并对积存于熔融槽12内的玻璃融液G的融液上层G1进行加热。即，通过对电极40、40施加电压，向融液上层G1通电来加热融液上层G1。作为电极40，可例示钼制、塑料制、氧化锡制等耐热制电极。另外，上述玻璃融液G的融液上层G1在本说明书中是表示位于融液的从炉底部起算的高度(或融液的深度)的1/3以内的位置的层。
接着，对如上构成的玻璃熔融炉的作用进行说明。
在从氧燃烧器24投入玻璃原料粒子的同时，利用氧燃烧器24的火焰F及热等离子体P对该玻璃原料粒子进行加热而使其熔融。熔融后的液态玻璃粒子30、30……朝熔融槽12的下方飞翔，落在熔融槽12内的玻璃融液G的融液面上。
而且，利用设置于熔融槽12的加热装置38的电极40、40对玻璃融液上层G1进行加热。加热装置38的位置设置在对融液面的上层进行加热的位置。藉此，在落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30、30……中(玻璃融液G的上层)及玻璃融液G中产生的空气以及溶存气体的气泡化在其产生位置得以促进，该气泡被顺畅地从熔融的液态玻璃粒子30、30……及玻璃融液G释放出来。
如上所述，利用本发明的实施方式的玻璃熔融炉，能够顺畅地促进落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30及玻璃融液G的脱泡，因此能够制造优质的熔融玻璃。此外，即使投入大量的玻璃原料粒子，由于加热装置38的高温，未熔融的玻璃原料粒子也不会进一步层叠，因此适合适于进行数十吨/天以上及数百吨/天以上的玻璃制品生产的大规模熔融炉。
另外，本发明的实施方式的玻璃熔融炉10中，促进了落在熔融槽12内的玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30及玻璃融液G的脱泡，因此可以省去脱泡槽16。该情况下，将玻璃融液G从熔融槽12通过用于温度调整的温度调整槽或狭槽(slot)等输送路径直接供应至成形装置即可。
对于加热装置38，设定对玻璃融液G加热的施加电压等，以使得熔融槽12的玻璃融液G的融液面的粘度达到30Pa·s以下。如果粘度为30Pa·s以下，则具有促进液态玻璃粒子30、30……的脱泡的效果，因而优选。这是因为，通过使粘度达到30Pa·s以下，气泡容易从玻璃融液的上层上浮，并且气泡不易残留于液态玻璃粒子间。具体而言，在空中熔化法中，假设液态玻璃粒子以1～3mm/分钟的速度堆积。与之相对，为使气泡等从玻璃融液G上浮，理想的是设定以该液态玻璃粒子的堆积速度以上的速度上浮的粘度。另外，空中熔化法中，上浮的气泡因液态玻璃粒子的下落而容易破裂，与此对应，可将粘度设定为稍大于根据堆积速度计算出的值。如果考虑到这一点，则对于0.3mm左右的直径的气泡的上浮，只要以粘度达到30Pa·s以下的方式进行加热即可，可以充分减少气泡。因此，更好是以粘度达到10Pa·s以下的方式进行加热。此外，进一步更好是以粘度达到3Pa·s以下的方式进行加热。
粘度随玻璃的组成而不同，因此，在例如钠钙玻璃类的玻璃的情况下，较好是利用加热装置38将熔融玻璃加热至1450℃左右。更好是利用加热装置38将熔融玻璃加热至1500℃左右。进一步更好是利用加热装置38将熔融玻璃加热至1550℃。
此外，加热装置38的加热部，即电极40、40以使其上端部位于玻璃融液G的融液面下方20cm以内的位置的方式进行设置。如果设置位置在20cm以内，则电极40、40不会过度远离玻璃融液G的融液面，能够对落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30、30……(玻璃融液G的上层)进行充分加热，能够顺畅地促进脱泡，因而优选。如果设置位置超过融液面下20cm，则气泡会被卷入在玻璃融液G中发生的朝向下方的对流中，有可能无法上浮。如果设置位置在15cm以内，则由于更接近玻璃融液G的融液面，因此能够对落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30、30……直接加热，可进一步顺畅地促进脱泡，因而更为优选。如果设置位置在10cm以内，则由于进一步接近玻璃融液G的融液面，因此能够进一步对落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30、30……直接加热，可更进一步顺畅地促进落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30及玻璃融液G的脱泡，因此更加优选。如果设置位置在5cm以内，则由于进一步接近玻璃融液G的融液面，因此能够进一步对落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30、30……直接加热，可更进一步顺畅地促进落在玻璃融液G的融液面上的液态玻璃粒子30及玻璃融液G的脱泡，因此也更加优选。如果是通电加热的电极，则上述的加热部的上端部是指实际上发生加热的部分的上端部的上端面，如果是后述的使用网板的发热体，则上述的加热部的上端部是指网板的上表面，此外，如果是后述的使用燃烧管的发热体，则上述的加热部的上端部是指燃烧管的上表面。
另外，在设置作为第二加热单元的加热装置时，如果加热装置是容易被氧化的电极，则必须使其上端部不从融液露出。其原因在于，如果电极在炉内的气氛中露出，则会被氧化而寿命缩短。
此外，加热部38的电极40、40的下端部较好是设置在位于从玻璃融液G的融液面起算朝下不到50cm的位置。如果电极40、40的下端部的设置位置从玻璃融液G的融液面起算朝下不到50cm，则电极整体不会过度远离融液上层，可充分加热融液上层。如果电极40、40的下端部的设置位置位于从玻璃融液G的融液面起算朝下30cm以内的位置，则电极整体会更接近融液上层，因此在进一步促进脱泡的方面是优选的。还有，如果电极40、40的下端部的设置位置位于从玻璃融液G的融液面起算朝下20cm以内的位置，则电极整体会更接近融液上层，因此在进一步促进脱泡的方面是优选的。如果是通电加热的电极，则上述的加热部的下端部是指实际上发生加热的部分的下端部的下端面，如果是后述的使用网板的发热体，则上述的加热部的下端部是指网板的下表面，此外，如果是后述的使用燃烧管的发热体，则上述的加热部的下端部是指燃烧管的下表面。
图3是实施方式2的作为第二加热单元的加热装置44的结构图。
该图所示的加热装置44的加热部即电极46、46形成为板状，并且在熔融槽12中沿大致水平的方向设置在同一高度位置。该例中，电极46、46以其上端部的上端面位于玻璃融液G的融液面下15cm以内的位置的方式进行设置。其它的诸元素(加热温度等)与图2所示的加热装置38相同。因此，图3的加热装置44中，也能够获得与图2所示的加热装置38同样的效果。此外，即使在以电极46、46的上端部的上端面位于玻璃融液G的融液面下20cm以内的位置的方式来设置电极46、46的情况下，也可以顺畅地促进玻璃融液G的脱泡。
图4是实施方式3的作为第二加热单元的加热装置48的结构图。
该图所示的加热装置48的电极50、50即加热部形成为棒状，从熔融槽12的炉底部13以向上倾斜的方式贯穿插入，并且其上端部51、51在熔融槽12中沿大致水平的方向设置在同一高度位置。
该例中，电极50、50以下述方式进行设置：实际上对通电加热有贡献的该电极的前端部的前端面位于玻璃融液G的融液面下15cm以内的位置，而且实际上对通电加热有贡献的该前端部的下端部的下端位于从上述玻璃融液的融液面起算朝下不到50cm的位置。其它的诸元素(加热温度等)与图2所示的加热装置38相同。因此，图4的加热装置48中，也能够获得与图2、图3所示的加热装置38、44同样的效果。此外，即使在以电极50、50的上端部的上端面位于玻璃融液G的融液面下20cm以内的位置的方式来设置电极50、50的情况下，也可以顺畅地促进玻璃融液G的脱泡。
图5是实施方式4的作为第二加热单元的加热装置52的结构图。
该图所示的加热装置52的加热部即电极54、54形成为棒状，并且以从熔融槽12的侧壁19朝下倾斜的方式贯穿插入。此外，电极54、54的前端部即下端部55、55浸渍于玻璃融液G，并且在熔融槽12中沿大致水平的方向设置在同一高度位置。如图所示，电极54、54的前端部成为加热部的下端部，该电极的与熔融玻璃接触的上部成为加热部的上端部。该例中，以下述方式进行设置：加热部的上端部位于玻璃融液G的融液面下15cm以内的位置，而且加热部的前端部的下端位于从上述玻璃融液的融液面起算朝下不到50cm的位置。其它的诸元素(加热温度等)与图2所示的加热装置38相同。因此，图5的加热装置52中，也能够获得与图2～图4所示的加热装置38、44、48同样的效果。此外，即使在以电极54、54的上端部的上端面位于玻璃融液G的融液面下20cm以内的位置的方式来设置电极54、54的情况下，也可以顺畅地促进玻璃融液G的脱泡。
以上说明的作为第二加热单元的加热装置38、44、48、52为对玻璃融液G通电来加热玻璃融液G的通电加热单元。
另外，为了保持电极40、46、50、54，需要水冷支架。为钼电极时，由于在600。℃以上会发生升华而产生损耗，因此需要对没有被玻璃密封的部分进行水冷。水冷会伴有热损失，因此电极的根部分的温度下降、玻璃融液G的电导率降低，所以电流在向前端部集中的方向起作用。由于这种理由，作为电极，更好是采用图4所示的实施方式3的电极50的配置。此外，图5所示的实施方式4中，如果使电极54的基部不与玻璃融液G接触，则需要使用材料选择等其它的方法，作为其结果，也可考虑通过不同的方式来支持电极。
以下所述的图6～图9中，示出了作为第二加热单元使用发热体的熔融槽12。
图6是实施方式5的作为第二加热单元的加热装置56的结构图。
该加热装置56如图7所示具备作为发热体的具有很多孔的网板58，即加热部。将该网板58如图6所示那样浸渍于玻璃融液G中，并且通过使形成于网板58两侧的电极板60、60与未图示的电源连接，对网板58通电，从而使网板58自身发热，通过传热对玻璃融液G的融液上层G1加热。该网板58以与玻璃融液G的融液面大致平行的方式进行设置，并且具有与熔融槽12的水平方向截面积大致相同的面积。如上所述，利用该加热装置56，能够将融液上层G1的整个区域加热至大致相同的温度。作为网板58，可例示铂制等耐热板。该例中，网板58以位于玻璃融液G的融液面下15cm以内的位置的方式进行设置。此外，该例中，也可以按位于玻璃融液G的融液面下20cm以内的位置的方式设置网板58。
图8是实施方式6的作为第二加热单元的加热装置62的结构图。
该加热装置62如图9所示具备作为发热体的形成为圆筒状的多根(图9中为5根)燃烧管64、64，即加热部。通过将这些燃烧管64、64以贯穿熔融槽12的侧壁19沿水平方向并且隔着规定的间隔的方式平行地设置来构成加热装置62。利用该加热装置62，向燃烧管64、64供应燃烧气体，使燃烧气体在燃烧管64、64内燃烧，从而使燃烧管64、64发热，利用该燃烧管64、64的热来加热玻璃融液G的融液上层G1。作为燃烧管64，可例示二硅化钼制的燃烧管。该例中，燃烧管64、64以位于玻璃融液G的融液面下15cm以内的位置的方式进行设置。此外，该例中，也可以按位于玻璃融液G的融液面下20cm以内的位置的方式来设置燃烧管64、64。
另外，在本发明的玻璃原料粒子中也可以与现有的玻璃原料同样地投入用于在熔融过程中放出气泡、将小气泡吸收形成大气泡而上升等来进行脱泡(澄清)的澄清剂。但是，本发明的情况下，由于生成液态玻璃粒子的气相气氛的温度高，因此澄清剂有可能挥发。不过，本发明中，由于具有对融液面的上层加热的单元，因此即使为了减少进入玻璃原料粒子的澄清剂在气相气氛中的挥发而在玻璃原料粒子可变成液态玻璃粒子的范围内降低气相气氛的温度，也能够顺畅地促进落在玻璃融液的表面上的液态熔融玻璃粒子原料粒子及熔融玻璃融液的脱泡。此外，通过降低气相气氛的温度，抑制了挥发的澄清剂通过融液面的上层的加热在融液内发挥效果，澄清效果进一步提高。
图10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10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)及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9的熔融槽12中熔融的玻璃融液G经过排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。
例如，平板玻璃的情况下，利用成形单元将玻璃融液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，并根据需要进行研磨玻璃端部等后续加工，从而获得平板玻璃制品。
利用本发明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，则在组成上无限制。因此，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，以下述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，以下述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，以下述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，以下述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
根据本发明的玻璃熔融炉及熔融玻璃的制造方法，能够顺畅地促进落在玻璃融液的表面上的液态玻璃粒子及玻璃融液的脱泡，因此能够制造优质的熔融玻璃。
而且，由于利用本发明的玻璃熔融炉及熔融玻璃的制造方法能够大量制造优质的熔融玻璃，因此能够长期生产品质良好的玻璃制品。
另外，这里引用2009年11月20日提出申请的日本专利申请2009-265122号的说明书、权利要求书、附图以及摘要的全部内容作为本发明的揭示。
符号的说明
10…玻璃熔融炉、12…熔融槽、13…炉底部、14…排出口、16…脱泡槽、18…顶壁、19…侧壁、20…原料粒子空中熔化部、22…烟道、24…氧燃烧器、26…喷嘴、F…火焰、G…玻璃融液、30…液态玻璃粒子、P…热等离子体、34…电极、36…多相电弧等离子体发生装置、38…加热装置、40…电极、44…加热装置、46…电极、48…加热装置、50…电极、51…电极50的上端部、52…加热装置、54…电极、56…加热装置、58…网板、60…电极板、62…加热装置、64…燃烧管。

Claims (18)

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第一加热单元，
对所述玻璃融液的上层进行加热的第二加热单元，
聚积所述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部，和
将所述玻璃融液排出的排出部；
所述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部位于从所述玻璃融液的假想的融液面起算朝下20cm以内的位置的方式进行设置。
2.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部位于从所述玻璃融液的假想的融液面起算朝下15cm以内的位置的方式进行设置。
3.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部或者前端部的至少一部分位于所述玻璃融液的假想的融液面起算朝下15cm以内的位置的方式进行设置。
4.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第二加热单元以该加热单元的加热部的上端部或者前端部的至少一部分位于所述玻璃融液的假想的融液面起算朝下20cm以内的位置的方式进行设置。
5.如权利要求1～4中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第二加热单元以该加热单元的加热部的下端部位于所述玻璃融液的假想的融液面起算朝下不到50cm的位置的方式进行设置。
6.如权利要求1～5中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第二加热单元为具有向所述玻璃融液通电的电极的通电加热单元或发热体。
7.如权利要求6所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述发热体具有通过传热对所述玻璃融液进行加热的发热单元。
8.如权利要求6或7所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述发热体为板状体，且该板状体的发热面沿水平方向进行配置。
9.如权利要求6或7所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述发热体为燃气管，且该燃气管的轴沿水平方向进行配置。
10.如权利要求1～9中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述第一加热单元具备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。
11.一种熔融玻璃的制造方法，其特征在于，使用权利要求1～10中任一项所述的玻璃熔融炉将玻璃原料粒子制成液态玻璃粒子。
12.一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第一加热单元形成的气相部而成为液态玻璃粒子，
聚积所述液态玻璃粒子以形成玻璃融液，
利用第二加热单元对所述玻璃融液上层进行加热，
在加热部的上端位于从所述玻璃融液的融液面起算朝下20cm以内的位置进行所述玻璃融液上层的加热。
13.如权利要求12所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，在加热部的上端位于从所述玻璃融液的融液面起算朝下15cm以内的位置进行所述玻璃融液上层的加热。
14.如权利要求12或13所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，在加热部的下端位于从所述玻璃融液的融液面起算朝下不到50cm的位置进行所述玻璃融液上层的加热。
15.如权利要求12～14中任一项所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，所述玻璃融液上层被加热至该玻璃融液上层的粘度达到30Pa·s以下的温度。
16.如权利要求12～15中任一项所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，在所述熔融玻璃为钠钙玻璃时，该玻璃融液上层被加热至1450℃以上。
17.一种玻璃制品的制造装置，其特征在于，具备权利要求1～10中任一项所述的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的所述排出部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。
18.一种玻璃制品的制造方法，其特征在于，包括利用权利要求12～16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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