CN103534214B - 熔融玻璃的制造方法、玻璃熔融炉、玻璃物品的制造方法及玻璃物品的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能够制造气泡少、泡品质高的熔融玻璃的熔融玻璃的制造方法及玻璃熔融炉等。本发明的熔融玻璃的制造方法是，通过形成沿上下方向排列的两个以上的加热气相气氛(K1、K2)，并从其最上方的加热气相气氛(K1、K2)的上方供给玻璃原料粒子(GM)，使玻璃原料粒子(GM)通过两个以上的加热气相气氛(K1、K2)，从而制成熔融玻璃粒子(U2)。

Description

熔融玻璃的制造方法、玻璃熔融炉、玻璃物品的制造方法及 玻璃物品的制造装置
技术领域
本发明涉及熔融玻璃的制造方法、玻璃熔融炉、玻璃物品的制造方法及玻璃物品的制造装置。
背景技术
现在，以平板玻璃、瓶玻璃、纤维玻璃为代表，到显示装置用玻璃，量产规模的玻璃大部分是基于用玻璃熔融炉(以下也简称为熔融炉)将玻璃原料熔融的西门子型熔融炉(Siemens type furnace)而生产的。采用西门子型熔融炉的熔融法中，将粉末状玻璃原料的混合物投入到用熔融炉预先熔融了的玻璃熔液面上，将该成为堆(以下也称为批料)的混合物用燃烧器等加热，使其从表面开始熔解，逐渐制成玻璃熔液。此时，熔液上的批料中由于容易反应或熔融的物质依次溶出，所以在玻璃原料层内容易形成难熔融性物质。此外，由于同样的理由，在熔液形成的初期状态下，对局部进行观察时，发现产生与批料组成不同的玻璃熔液，容易发生熔液的不均匀化。还有，西门子型熔融炉需要大量的能源，所以期望降低熔融炉的能源消耗。最近，作为显示装置用途的玻璃板，高品质、高附加值的玻璃物品的需求增加，能源消耗也增大，所以玻璃物品的制造中的节能技术的开发成为重要且紧急的课题。
从该背景出发，作为节能型的玻璃制造技术的一例，提出了如下玻璃物品的制造方法：将由玻璃原料的混合物构成的微细粒子(即、玻璃原料粒子)在高温的气相气氛中加热、熔化而制成熔融玻璃粒子，接着熔融玻璃粒子聚积而形成液体相(即、玻璃熔液)(例如、参照专利文献1、2)。另外，下面将该熔融玻璃的制造方法称为空中熔融法(in-flight glass melting method)。与现有的利用西门子型熔融炉的熔融法相比，通过该空中熔融法，可以说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，作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、缩短玻璃品种的变更时间的技术而受到瞩目。
图5是示出专利文献1中记载的熔融炉的剖面示意图。专利文献1的熔融炉100作为用于形成高温的气相气氛K100的加热单元，具备多根电弧电极102和氧燃焼喷嘴103。通过由该多根电弧电极102形成的热等离子体电弧和/或氧燃焼喷嘴103产生的氧燃烧火焰(火舌)F100，在炉体101内形成约1600℃以上的高温的气相气氛K100。通过在该高温的气相气氛K100中投入玻璃原料粒子R100，在高温的气相气氛K100内能使玻璃原料粒子R100变成液状玻璃粒子U100。液状玻璃粒子U100落下并积存在炉体101的炉底部101A，形成玻璃熔液G100。
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2008-290921号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述，空中熔融法具有通过使玻璃原料粒子通过高温的气相气氛，能够在高温下加热熔融而在短时间内制造出熔融玻璃的优点。
但是，本发明人在研究后发现，如果以短时间内的急速熔融为目标，将玻璃原料粒子在所需温度以上的高温下过度加热，则玻璃原料粒子中所含的澄清剂有时会由于过剩的热量而消失。贮留澄清剂消失后的状态的液状玻璃粒子而成的玻璃熔液不会显示出由玻璃熔液中的澄清剂产生的脱泡效果，混入大量气泡的情况下，后续工序中的脱泡处理将耗费时间。此外，如果为了防止澄清剂消失而过度降低气相气氛的温度，则有时会由于加热不足而导致液状玻璃粒子不能充分熔融，而且不能促进玻璃熔液中的澄清，依然会成为混入了大量气泡的状态。
基于上述背景，本发明的目的是提供一种能够制造气泡少、泡品质高的熔融玻璃的熔融玻璃的制造方法及玻璃熔融炉。
此外，本发明的目的是提供一种使用上述的熔融玻璃的制造方法的玻璃物品的制造方法。
还有，本发明的目的是提供一种具备上述的玻璃熔融炉的玻璃物品的制造装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明人对可制造出气泡少且泡品质高的熔融玻璃的、能以适当的温度履历对玻璃原料粒子加热的方法进行了认真研究，从而完成了本发明。
本发明提供一种熔融玻璃的制造方法，通过形成沿上下方向排列的两个以上的加热气相气氛，并向最上方的加热气相气氛中供给玻璃原料粒子，使该玻璃原料粒子通过上述两个以上的加热气相气氛，从而制成熔融玻璃粒子。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是在上述两个以上的加热气相气氛中的最上段形成最初的加热气相气氛，在上述两个以上的加热气相气氛中的最下段形成最后的加热气相气氛，向上述最初的加热气相气氛中供给上述玻璃原料粒子，使该玻璃原料粒子依次从上述最初的加热气相气氛通过到上述最后的加热气相气氛，从而制成上述熔融玻璃粒子。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，上述玻璃原料粒子较好是含有澄清剂成分。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，上述最初的加热气相气氛的温度较好是上述玻璃原料粒子的玻璃化开始温度以上、1500℃以下。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，上述最后的加热气相气氛的温度较好是上述玻璃原料粒子中的澄清剂成分的清澄开始温度以上、20000℃以下。
本发明的熔融玻璃的制造方法中，较好是当将形成上述最初的加热气相气氛的加热单元的热源发生部的前端与上述熔融玻璃粒子贮留而制成熔融玻璃后的该熔融玻璃的液面的铅垂距离设为H时，在距上述熔融玻璃的液面靠上方0.5H以内形成上述最后的加热气相气氛。
本发明提供一种玻璃熔融炉，其包括：炉体，该炉体收纳熔融玻璃；玻璃原料粒子投入部，该玻璃原料粒子投入部配置在上述炉体的上部且将玻璃原料粒子投入至上述炉体的内侧；以及加热单元，该加热单元将用于在上述玻璃原料粒子投入部的下方将上述玻璃原料粒子加热熔融而制成熔融玻璃粒子的加热气相气氛以沿上下方向排列的方式形成两个以上。
本发明的玻璃熔融炉中，上述加热单元较好是包括：最初的加热单元，该最初的加热单元形成上述两个以上的加热气相气氛中的用于在最上段将玻璃原料粒子最初熔融的加热气相气氛；以及最后的加热单元，该最后的加热单元形成上述两个以上的加热气相气氛中的用于在最下段将玻璃原料粒子最后熔融的加热气相气氛。
本发明的玻璃熔融炉中，上述最初的加热单元可以是燃烧器。
本发明的玻璃熔融炉中，上述最后的加热单元是燃烧器和/或由多个电极构成的多相电弧等离子体发生装置。
本发明的玻璃熔融炉中，上述最初的加热单元可以朝下配置在上述炉体的上部。
本发明的玻璃熔融炉中，较好是当将上述最初的加热单元的热源发生部的前端与上述炉体内的上述熔融玻璃粒子贮留而制成熔融玻璃后的该熔融玻璃的液面的铅垂距离设为H时，上述最后的加热单元以上述最后的加热气相气氛距上述熔融玻璃的液面靠上方0.5H以内的方式配置。
本发明还提供一种玻璃物品的制造方法，其包括：使用上述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；以及对成形后的玻璃进行退火的工序。
本发明还提供一种玻璃物品的制造装置，其具备上述任一项所述的玻璃熔融炉；对利用该玻璃熔融炉制造出的熔融玻璃进行成形的成形单元；以及对成形后的玻璃进行退火的退火单元。
发明的效果
本发明的熔融玻璃的制造方法及玻璃熔融炉的结构使玻璃原料粒子通过两个以上的加热气相气氛从而制成熔融玻璃粒子。所以，可以调整各个加热气相气氛的温度，将上方的加热气相气氛设定为玻璃原料粒子中的澄清剂不会消失的温度，将下方的加热气相气氛设定为熔融玻璃粒子落到贮留的熔融玻璃后立即能很好地表现出澄清剂的澄清效果的温度。藉此，熔融玻璃粒子的脱泡得到促进，可制造气泡少、泡品质高的熔融玻璃。
此外，由于可以使玻璃原料粒子依次通过两个以上的加热气相气氛，所以在上方的加热气相气氛中将玻璃原料粒子熔融后，在下方的加热气相气氛中进一步促进熔融，可以消除熔融不足、制成比重较高的熔融玻璃粒子。因而，本发明的熔融玻璃的制造方法中，熔融玻璃粒子的飞散减少，玻璃化率提高。除此以外，本发明的熔融玻璃的制造方法可以减少在下方飞舞飘散而附着于炉体的壁部的熔融玻璃粒子，所以可减少炉材的损伤。
此外，本发明的玻璃物品的制造方法通过采用上述的熔融玻璃的制造方法，可提供高品质的玻璃物品。
还有，本发明的玻璃物品的制造装置通过具备上述的玻璃熔融炉，可制造高品质的玻璃物品。
附图说明
图1是示意地表示本发明的玻璃熔融炉的实施方式1的剖视图。
图2是示意地表示本发明的玻璃熔融炉的实施方式2的剖视图。
图3是示意地表示本发明的玻璃熔融炉的实施方式3的剖视图。
图4是表示使用本发明的熔融玻璃的制造方法来制造玻璃物品的方法的一例的流程图。
图5是示出专利文献1中记载的玻璃熔融炉的剖面示意图。
具体实施方式
下面，对本发明的玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃物品的制造方法和玻璃物品的制造装置的一种实施方式进行说明，但本发明并不局限于以下的实施方式。
图示的玻璃熔融炉中，形成最初的加热气相气氛(以下称为“第一加热气相气氛”)的最初的加热单元(以下称为“第一加热单元”)由燃烧器、具体而言为氧燃烧器构成。第一加热气相气氛由氧燃烧器的氧燃烧火焰中及氧燃烧火焰附近的高温气氛形成。
用于向炉体内的加热气相气氛供给玻璃原料粒子的玻璃原料粒子投入部与作为第一加热单元的氧燃烧器形成一体，在氧燃烧器出口附近供给燃烧气体的管、供给氧的管和供给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。
形成最下段的加热气相气氛的最后的加热单元(即、熔融玻璃侧的最下侧的加热单元)由燃烧器(更具体而言为氧燃烧器)和/或能产生热等离子体的由多个电极构成的多相电弧等离子体发生装置构成。最后的加热单元是氧燃烧器的情况下，最后的加热气相气氛由氧燃烧器的氧燃烧火焰中及氧燃烧火焰附近的高温气氛形成。此外，最后的加热单元是热等离子体发生装置的情况下，最后的加热气相气氛由热等离子体及热等离子体附近的高温气氛形成。
本发明中，如果是氧燃烧器，则将加热气相气氛称为气体的燃烧区域，如果是热等离子体，则将加热气相气氛称为等离子体发生区域。如果采用其他的加热单元，则加热气相气氛是与该单元的周边的气氛相比，达到足以将玻璃原料粒子熔融、或将熔融未完成的熔融玻璃粒子进一步熔融的温度的区域。
图1是示意地表示本发明的玻璃熔融炉的实施方式1的剖视图。图1示出的玻璃熔融炉被用于本发明的熔融玻璃的制造方法及玻璃物品的制造方法。
图1示出的玻璃熔融炉30具备：中空箱形状的炉体1；玻璃原料粒子加热组合件10，该玻璃原料粒子加热组合件10为在喷出玻璃原料粒子GM的同时喷出氧燃烧火焰F1以形成第一加热气相气氛K1，以贯穿炉体1的上部的炉壁部1A并朝向下方的方式配置；氧燃烧器20，该氧燃烧器20为了喷出氧燃烧火焰F2以在第一加热气相气氛K1的下方形成第二加热气相气氛K2，以贯穿炉体1的侧壁1C并朝向斜下方的方式配置；以及熔融玻璃G的贮留部1B，该贮留部1B形成于炉体1的底部。
玻璃原料粒子加热组合件10形成为能在其燃烧火焰的喷射方向前端侧(图1中的下方侧)形成第一加热气相气氛K1。作为第二加热单元的氧燃烧器20，以能在第一加热气相气氛K1的下方形成第二加热气相气氛K2的方式贯穿侧壁1C的高度方向中央部且朝向斜下方设置。
图1示出的玻璃熔融炉30中，作为第二加热单元的氧燃烧器20是最后的加热单元，第二加热气相气氛K2是最后的加热气相气氛。对于玻璃原料粒子加热组合件10在后面进行说明。
本发明中，炉体1的上部表示包括炉体1的炉壁部1A及侧壁1C的上部的范围。
另外，炉体1的形状并不局限于图1示出的箱形状的长方体形状，也可以是构造成圆筒状的形状。此外，图1中玻璃原料粒子加热组合件10沿铅垂方向朝下设置，但并不限定于此，只要朝下则也可以倾斜地配置。还有，图1中将炉体1的炉壁部1A制成为平面形状，但并不局限于此，也可以是拱形、穹顶形等形状。此外，将氧燃烧器20倾斜地朝下设置，但并不局限于此，只要能在第一加热气相气氛K1的下方形成第二加热气相气氛K2，则也可以倾斜地朝上或水平横向设置。
炉体1的底部侧被用作熔融玻璃G的贮留部1B，且构造成通过在炉体1的侧壁1C的底部侧所形成的熔融玻璃排出口4能够将熔融玻璃G从炉体1排出至外部。
另外，具备本实施方式的玻璃熔融炉30的玻璃物品的制造装置采用如下结构：在将熔融玻璃G从炉体1排出的方向的下游侧，作为一例，连接有具备成形单元的成形装置50等，通过成形装置50能将熔融玻璃G成形为目标形状，从而获得玻璃物品。另外，根据泡品质，也可以在成形装置50之前设置减压脱泡装置。此外，玻璃物品的制造装置具有对成形后的玻璃进行退火的退火单元。另外，本发明的玻璃物品的制造装置除了利用上述本发明的玻璃熔融炉外，也可以采用公知的成形单元及退火单元、或其他公知的附加单元。
炉体1采用由耐火砖等耐火材料构成、且能贮留高温的熔融玻璃G的结构。对于炉体1的贮留部1B，虽未图示但设置有加热器，并采用下述结构：可根据需要将贮留在贮留部1B的熔融玻璃G以熔融状态保持在目标温度(例如1400℃左右)。在贮留部1B的侧壁部通过排气口2及排气管2a连接有废气处理装置3。
作为玻璃原料粒子加热组合件10，使用的是在其前端部12一体形成有玻璃原料粒子投入部的氧燃烧器11。
作为该氧燃烧器11，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、燃料气体、燃烧气体供给喷嘴的氧燃烧器。氧燃烧器11构造成直管状，在其前端部12，从中心部向外周部以同心圆状配置有燃料供给喷嘴、一次燃烧气体供给喷嘴、作为玻璃原料粒子投入部的玻璃原料粒子供给喷嘴及二次燃烧气体供给喷嘴。另外，氧燃烧器11不局限于各供给喷嘴以同心圆状进行配置的结构，也可以是各供给喷嘴被简单地捆束而成的结构。
氧燃烧器11的上部侧通过供给管9与由收纳玻璃原料粒子GM的料斗构成的原料供给器8连接。供给管9与供给载气的载气供给源(未图示)连接，该载气用于将玻璃原料粒子GM搬运至氧燃烧器11的玻璃原料粒子供给喷嘴。此外，氧燃烧器11的燃料气体供给喷嘴、一次燃烧气体供给喷嘴及二次燃烧气体供给喷嘴分别通过气体供给管7a、7b、7c与气体供给装置6连接。
作为第二加热单元的氧燃烧器20，是作为氧燃烧器而公知的、适当地配置了燃料、氧供给喷嘴的氧燃烧器。氧燃烧器20与将燃料供给至燃料供给喷嘴的燃料供给装置(未图示)、将含氧的燃烧气体供给至燃烧气体供给喷嘴的气体供给装置(未图示)连接。
图1示出的例子中，2台氧燃烧器20、20以贯穿炉体1的相对的侧壁1C、1C的大致同等高度位置、且朝斜下方喷出氧燃烧火焰F2、F2的方式配置。但是，并不局限于此，氧燃烧器20较好是以在第一加热气相气氛K1的下方能形成对称性高的第二加热气相气氛K2的方式呈环状地配置多个。该情况下，可以将3个以上的氧燃烧器呈环状地以等间隔进行配置，或者采用环状燃烧器，该环状燃烧器中的喷出氧燃烧火焰的多个喷嘴以环状配置，且能够从这些喷嘴朝内周侧喷出氧燃烧火焰。
本发明的玻璃熔融炉中，作为形成第二加热气相气氛K2的最后的加热单元的第二加热单元，除图1示出的氧燃烧器20外，也可以是图2示出的玻璃熔融炉30B那样的形态，即、能产生热等离子体P且由多个电极21、21构成的多相电弧等离子体发生装置22以贯穿炉体1的侧壁1C、1C并倾斜地朝下的方式设置的形态。该情况下，第二加热气相气氛K2由电弧等离子体发生区域及其附近的高温气氛构成。此外，作为第二加热单元，也可以使用氧燃烧器20和/或多相电弧等离子体发生装置22。另外，在示出本发明的实施方式2的玻璃熔融炉的图2中，对于与图1示出的玻璃熔融炉30相同的结构要素标以相同的符号，并省略对相同要素的说明。
从氧燃烧器11的前端部12朝下方喷射氧燃烧火焰F1，由该氧燃烧火焰F1形成第一加热气相气氛K1；从氧燃烧器20喷射氧燃烧火焰F2，在第一加热气相气氛K1的下方形成第二加热气相气氛K2。接着，从玻璃原料粒子供给喷嘴供给玻璃原料粒子GM。藉此，被投入到炉体1内的玻璃原料粒子GM在通过第一加热气相气氛K1的期间，其一粒一粒被熔融而成为第一熔融玻璃粒子U1。还有，该第一熔融玻璃粒子U1在落向下方而通过第二加热气相气氛K2期间被加热而成为第二熔融玻璃粒子U2，该第二熔融玻璃粒子U2落向下方并积存于炉体1的底部，形成熔融玻璃G。
这里，第一熔融玻璃粒子U1是指，玻璃原料粒子GM在第一加热气相气氛K1中被加热，通过被称为玻璃化反应的形成玻璃的成分的反应和熔解等化学反应，而形成变为液态玻璃粒子过程中的粒子及液态玻璃粒子的玻璃粒子。此外，第二熔融玻璃粒子U2是指，第一熔融玻璃粒子U1在第二加热气相气氛K2中被进一步加热，通过玻璃原料的热分解(例如、从金属碳酸盐到金属氧化物的热分解等)、玻璃原料粒子GM中所含的澄清剂的热分解、被称为玻璃化反应的形成玻璃的成分的反应和熔解等化学反应，而形成液态玻璃粒子的玻璃粒子。另外，第二熔融玻璃粒子U2中的一部分也可以是熔融未完成的熔融玻璃粒子。这是因为大部分的熔融玻璃粒子完成了熔融，所以除此以外的熔融玻璃粒子也会在贮留的熔融玻璃G中迅速熔融。此外，第二熔融玻璃粒子U2中的澄清剂的热分解止于在作为熔融玻璃粒子下落到贮留的熔融玻璃G上后立即更能显现作为澄清剂的效果的程度。这可以通过调节第二加热气相气氛K2的温度来实现。
本发明中，加热气相气氛的温度是指加热气相气氛的中央部附近的温度，即该区域中的最高温度。第一加热气相气氛K1的温度较好是玻璃原料粒子GM的玻璃化开始温度以上、1500℃以下。通过将第一加热气相气氛K1的温度设定在上述范围内，可将玻璃原料粒子GM玻璃化而制成熔融玻璃粒子U1，并能抑制玻璃原料粒子GM中所含的SO3等澄清剂由于分解或气化等而消失。另外，如前所述，通过第一加热气相气氛K1的熔融玻璃粒子U1也可以不完全玻璃化，只要在第二加热气相气氛K2中玻璃化得到促进而能够形成熔融玻璃粒子U2即可。
本发明中，“玻璃化开始温度”表示通过加热使得玻璃原料粒子GM开始收缩的温度。玻璃化开始温度虽然因玻璃原料粒子GM的组成而不同，但可利用温度梯度炉进行估算。作为一例，玻璃化开始温度在通常的钠钙玻璃组成的情况下是1040℃左右，在无碱玻璃组成的情况下是1150℃左右。温度梯度炉在例如日本专利特开2003-40641号公报中有记载。
第二加热气相气氛K2的温度较好是玻璃原料粒子GM及熔融玻璃粒子U1中所含的澄清剂的分解开始温度、即澄清开始温度以上的温度。澄清开始温度因玻璃原料粒子GM及熔融玻璃粒子U1中所含的澄清剂的种类而不同，例如，澄清剂是SO3时，在钠钙玻璃的情况下为1450℃，在无碱玻璃的情况下为1250℃；澄清剂是Cl时，在钠钙玻璃的情况下为1410℃，在无碱玻璃的情况下为1450℃；澄清剂是SnO2时，在无碱玻璃的情况下为1500℃。澄清开始温度是在SO3、Cl、F等中，认为通过升温使得玻璃中的澄清气体的分压显著上升的温度(例如As2O5、Sb2O5等中，高化合价的氧化物分解、开始产生氧气的温度)，根据玻璃组成采用不同的值。即、第二加热气相气氛K2的温度是比第一加热气相气氛K1的温度显著较高的温度。
第二加热气相气氛K2的温度的上限没有特别限定，采用如上所述的在下落到贮留的熔融玻璃上后立即进一步表现出澄清剂的效果的温度。第二加热气相气氛K2由图1示出的氧燃烧器20的氧燃烧火焰F2形成的情况下，其温度的上限为2800℃左右。此外，第二加热气相气氛K2由图2示出的多相电弧等离子体发生装置22的热等离子体P形成的情况下，其温度的上限为20000℃左右。
通过将第一加热气相气氛K1及第二加热气相气氛K2设定为如上所述的温度范围，被投入到炉体1内的玻璃原料粒子GM在第一加热气相气氛K1中以澄清剂不消失而残留的状态变成第一熔融玻璃粒子U1。接着，该第一熔融玻璃粒子U1在第二加热气相气氛K2中被加热至澄清开始温度以上而变成第二熔融玻璃粒子U2。被加热至表现出澄清剂的澄清效果的温度的第二熔融玻璃粒子U2落在熔融玻璃G的液面上，从而促进了第二熔融玻璃粒子U2及熔融玻璃G的脱泡，形成气泡少、泡品质高的熔融玻璃。
从促进熔融玻璃粒子U2及熔融玻璃G的脱泡的观点考虑，被加热至澄清开始温度以上的第二熔融玻璃粒子U2较好是在其温度降低至澄清开始温度以下之前到达熔融玻璃G的液面。因此，第二加热气相气氛K2较好是形成于熔融玻璃G的液面附近。这里，熔融玻璃G的液面附近是指自熔融玻璃G的液面到炉体1的上壁的炉壁部1A的内表面为止的距离的一半以下的范围。
本实施方式的玻璃熔融炉30可使玻璃原料粒子GM依次通过第一加热气相气氛K1及第二加热气相气氛K2。因此，在利用第一加热气相气氛K1制成含澄清剂成分状态的第一熔融玻璃粒子U1之后，通过第二加热气相气氛K2中的加热，可进一步促进第一熔融玻璃粒子U1的熔融，从而形成比重较高的熔融玻璃粒子U2。因此，生成比重低的熔融玻璃粒子U2的概率低，可减少由于比重低而无法到达熔融玻璃G的液面上并飞散至炉体1的侧壁1C、炉壁部1A等的熔融玻璃粒子。藉此，能降低对构成炉体1的炉材的损伤，玻璃化率也增加。
如图5示出的现有的玻璃熔融炉100中，来自朝下喷射氧燃烧火焰F100的氧燃烧器103的气流在熔融玻璃G100的液面附近有时会从朝下变为朝横向，因此，熔融玻璃粒子U100有时会飞散至侧壁侧而不能落到熔融玻璃G100中。
与此相对，本实施方式的玻璃熔融炉30中，由于通过朝向斜下方的氧燃烧器20的氧燃烧火焰F2对熔融玻璃粒子U1、U2施加朝下方的力，所以能使熔融玻璃粒子U1、U2不飞散而落到熔融玻璃G中。从更高效地使熔融玻璃粒子U2落到熔融玻璃G中的观点考虑，较好是当将熔融玻璃G的液面与氧燃烧器11的热源发生部的前端之间的铅垂距离设为H时，第二加热气相气氛K2形成在距熔融玻璃G的液面靠上方0.5H以内。从更高效地使熔融玻璃粒子U2落到熔融玻璃G中的观点考虑，第二加热气相气氛K2更好是形成在距熔融玻璃G的液面靠上方0.3H以内。从进一步高效地使熔融玻璃粒子U2落到熔融玻璃G中的观点考虑，第二加热气相气氛K2进一步更好是形成在距熔融玻璃G的液面靠上方0.15H以内。这里，氧燃烧器11的热源发生部的前端表示氧燃烧器7的前端部12。即使是在热源发生部不是氧燃烧器的情况下，在计算H时也以热源发生部的前端为基准。
将利用本实施方式的玻璃熔融炉30及熔融玻璃的制造方法制造出的熔融玻璃G以规定的速度从熔融玻璃排出口4排出，根据需要导入减压脱泡装置，在减压状态下进一步强制脱泡后，移送至成形装置50成形为目标形状，从而制造出玻璃物品。
如上所制造出的玻璃物品是由如上所述的气泡少、泡品质高的熔融玻璃G形成的，所以可获得高品质的玻璃物品。
本发明的玻璃熔融炉中，除上述的第一加热单元、第二加热单元外，还可以具备第三加热单元作为最后的加热单元。图3是表示本发明的玻璃熔融炉的实施方式3的示意图。图3中对于与图1示出的玻璃熔融炉30相同的结构要素标以相同的符号，并省略对相同要素的说明。
图3示出的玻璃熔融炉30C采用下述结构：除图1示出的玻璃熔融炉30的结构要素外，在形成第二加热气相气氛K2的氧燃烧器20的下方设置有作为第三加热单元的氧燃烧器25，该氧燃烧器25以贯穿炉体1的侧壁1C且倾斜地朝下的方式设置。该例的玻璃熔融炉30C采用下述结构：在第一加热气相气氛K1的下方形成第二加热气相气氛K2，并在第二加热气相气氛K2的下方还形成了由氧燃烧器25的氧燃烧火焰F3产生的第三加热气相气氛K3。图3示出的玻璃熔融炉30C中，作为第三加热单元的氧燃烧器25是最后的加热单元，第三加热气相气氛K3是最后的加热气相气氛。
该例的玻璃熔融炉30C中，被投入到炉体1内的玻璃原料粒子GM在通过第一加热气相气氛K1期间，其一粒一粒被熔融而成为第一熔融玻璃粒子U1。接着，该第一熔融玻璃粒子U1落向下方并在通过第二加热气相气氛K2期间被加热而变成第二熔融玻璃粒子U2。然后，该第二熔融玻璃粒子U2落向下方并在通过第三加热气相气氛K3期间被进一步加热而变成第三熔融玻璃粒子U3，积存于炉体1的底部，形成熔融玻璃G。
玻璃熔融炉30C中，最接近熔融玻璃G侧的第三加热气相气氛K3的形成位置较好是设定在与图1示出的玻璃熔融炉30中的第二加热气相气氛K2相同的位置。此外，第三加热气相气氛K3的温度可设定为与第二加热气相气氛K2相同的程度。该图3的结构的情况下，较好是当将熔融玻璃G的液面与氧燃烧器11的热源发生部的前端的铅垂距离设为H时，第三加热气相气氛K3形成在距熔融玻璃G的液面靠上方0.3H以内，从更高效地使熔融玻璃粒子U2落到熔融玻璃G中的观点考虑，第三加热气相气氛K3更好是形成在距熔融玻璃G的液面靠上方0.15H以内。
第三加热单元除使用氧燃烧器25外，也可以使用图2示出的电弧等离子体发生装置22、或者氧燃烧器25和/或电弧等离子体发生装置22。
根据目标玻璃不同，有时在玻璃原料粒子GM中不能含有大量的澄清剂，通过采用本例这样的通过3个以上的加热气相气氛的结构，利用比现有的空中熔融法更低的温度范围使熔融玻璃粒子长时间逗留并逐渐加热，即使澄清剂较少，也能获得带有澄清剂效果的熔融玻璃粒子。
另外，本发明的玻璃熔融炉并不局限于图1～3示出的例子。也可以具备4个以上的加热单元，使得炉体1内的气氛形成沿上下方向排列的4个以上的加热气相气氛的结构。该情况下，于最下段形成的加热气相气氛的温度及位置较好是设定成与图1示出的实施方式1的玻璃熔融炉中所形成的第二加热气相气氛K2相同。
利用本发明制造出的熔融玻璃G只要是通过空中熔融法制造出的玻璃，在组成上就无限制。所以，可以是钠钙玻璃、混合含碱玻璃、硼硅酸盐玻璃或无碱玻璃中的任一种。此外，所制造的玻璃物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他各种用途。
建筑用或车辆用的平板玻璃所使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％。
液晶显示器用或有机EL显示器用的基板所使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：SiO2:39～75％、Al2O3:3～27％、B2O3:0～20％、MgO:0～13％、CaO:0～17％、SrO:0～20％、BaO:0～30％。
等离子体显示器用的基板所使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％。
作为其他用途，耐热容器或者物理化学用器具等所使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％。
此外，除上述的玻璃组成外，较好是含有1％以下的SO3、Cl、F、SnO2、As2O3、Sb2O3、CeO2等一种以上的澄清剂。
此外，也可以根据需要含有着色剂、熔融助剂、乳白剂等作为副原料。
本实施方式中，准备上述任一组成的玻璃的原料，例如将上述各成分的粒子状的原料粉末粒子按照目标玻璃的组成比混合、使其聚集而成的玻璃原料粒子GM。
基本而言，空中熔融法是为了制造由多种(通常为3种成分以上)成分形成的玻璃而将玻璃原料粒子GM熔融来制造玻璃的方法。
此外，例如，作为前述的玻璃原料粒子GM的一例，在使用无碱玻璃的一例的情况下，将硅砂、氧化铝(Al2O3)、硼酸(H3BO3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)等原料粉末粒子按照达到目标玻璃的组成比的方式进行掺合，例如通过喷雾干燥造粒法进行聚集而制成30～1000μm左右的造粒体，从而获得玻璃原料粒子GM。
作为从上述玻璃原料粉末粒子制备玻璃原料粒子GM的方法，可使用喷雾干燥造粒法等方法，较好是将分散溶解有玻璃原料的水溶液在高温气氛中喷雾、使其干燥固化的造粒法。此外，该玻璃原料粒子可以仅由与目标玻璃的成分组成对应的混合比的原料构成，也可以在该玻璃原料粒子中还混合同一组成的玻璃碎片微粉，将其用作玻璃原料粒子GM。
作为利用喷雾干燥造粒来获得玻璃原料粒子GM的一例，有如下方法：作为上述各成分的玻璃原料粉末粒子，将2～500μm的范围的玻璃原料粉末粒子分散于蒸馏水等溶剂中以构成浆料，对该浆料使用球磨机等搅拌装置以规定时间进行搅拌、混合、粉碎后，进行喷雾干燥造粒，从而可获得上述各成分的玻璃原料粉末粒子大致均匀分散的玻璃原料粒子GM。
另外，对上述的浆料使用搅拌装置进行搅拌时，从提高原料粉末粒子的均匀分散和玻璃原料粒子的强度的目的考虑，较好是将2-氨基乙醇、PVA(聚乙烯醇)等粘合剂混合后进行搅拌。
作为本实施方式中使用的玻璃原料粒子GM，除通过上述的喷雾干燥造粒法形成外，也可以通过滚动造粒法、搅拌造粒法等干式造粒法来形成。
玻璃原料粒子GM的平均粒径(加权平均)较好是在30～1000μm的范围内。更好是使用平均粒径(加权平均)在50～500μm的范围内的玻璃原料粒子GM，进一步更好是使用70～300μm的范围内的玻璃原料粒子GM。将该玻璃原料粒子GM的一例放大示于图1中，较好是在1个玻璃原料粒子GM中形成与最终的目标玻璃的组成比大致相符或近似的组成比。
玻璃原料粒子GM熔融而成的熔融玻璃粒子U1、U2、U3的平均粒径(加权平均)通常大多变为玻璃原料粒子GM的平均粒径的80％左右。从能够在短时间内加热、产生的气体容易扩散方面以及减少粒子间的组成变动方面考虑，玻璃原料粒子GM的粒径较好是选择上述的范围。
图4是表示使用本发明的熔融玻璃的制造方法来制造玻璃物品的方法的一例的流程图。
按照图4示出的方法，在制造玻璃物品时，如果能通过使用上述的玻璃熔融炉30、30B、30C的本发明的熔融玻璃的制造方法中的玻璃熔融工序S1来获得熔融玻璃G，则在经过将熔融玻璃G送至成形装置50而成形为目标形状的成形工序S2后，通过在退火工序S3中进行退火可获得玻璃物品G5。如图4所示，还可以根据需要包括对退火后的玻璃进行切割的切割工序S4、对玻璃物品进行研磨的工序及其他的后续工序。本发明的玻璃物品的制造方法除了利用上述的本发明的熔融玻璃的制造方法中的玻璃熔融工序S1外，也可以采用公知的成形工序及退火工序、或其他公知的附加工序。
另外，作为本发明中的玻璃原料粒子GM，并不排除玻璃原料粒子中不包含一部分玻璃原料的玻璃原料粒子(以下称为“部分造粒体”)。该情况下，玻璃原料中的不包含于部分造粒体的玻璃原料(以下称为“部分玻璃原料”)从与部分造粒体相同的送入口或其他的送入口投入到加热气相气氛中。部分造粒体和部分玻璃原料只要至少落在玻璃熔液上的相同区域内而变为熔融玻璃粒子即可。具体而言，只要使两者共存于玻璃熔液面的10平方厘米内即可。为此，只需通过相对于部分玻璃原料来调整部分造粒体的密度、粒子尺寸或对部分玻璃原料的投入方法进行设计，使部分玻璃原料和部分造粒体的飞行轨迹相接近即可。部分玻璃原料中的难以熔化、容易凝集的成分(硅砂、氧化铝等)较好是与能降低熔点的成分(硼酸(H3BO3)、碱金属等)一起形成部分造粒体。部分玻璃原料中能降低熔点的成分即使与包含难以熔化的硅砂的部分造粒体分别投入，也可与部分造粒体成为一体而容易形成熔融玻璃粒子，例如可以将硼酸、碱金属等(的过剩部分)分别投入。另外，作为部分玻璃原料，也可以当作着色成分。该情况下，较好是对落到玻璃熔液后的熔融玻璃进行搅拌。利用部分造粒体的好处在于，不一定必须将全部的玻璃原料制成造粒体，可减少应准备的造粒体的必需量，所以能实现低成本化等。
另外，本发明中的玻璃原料粒子GM的大半部分供给至最上方的加热气相气氛，但并不排除将其一部分根据需要从最上段以外的加热气相气氛进行供给。该情况下，供给至最上段以外的加热气相气氛的玻璃原料粒子的量应当抑制为可形成熔融玻璃粒子的程度。
产业上利用的可能性
本发明的技术能够广泛应用于建筑用玻璃、车辆用玻璃、光学用玻璃、医疗用玻璃、显示装置用玻璃、其他普通的玻璃物品的制造。
这里引用2011年5月17日提出申请的日本专利申请2011-110428号的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容作为本发明的说明书的揭示。
符号的说明
1…炉体、1A…炉壁部、1B…贮留部、1C…侧壁、2…排气口、2a…排气管、3…废气处理装置、4…熔融玻璃排出口、6…气体供给装置、7a、7b、7c…气体供给管、8…原料供给器、9…供给管、10…玻璃原料粒子加热组合件、11…氧燃烧器(第一加热单元)、12…前端部(热源发生部)、20…氧燃烧器(第二加热单元)、21…电极、22…电弧等离子体发生装置(第二加热单元)、25…氧燃烧器(第三加热单元)、30、30B、30C…玻璃熔融炉、50…成形装置、K1…第一加热气相气氛、K2…第二加热气相气氛、K3…第三加热气相气氛、G…熔融玻璃、GM…玻璃原料粒子、U1…第一熔融玻璃粒子、U2…第二熔融玻璃粒子、U3…第三熔融玻璃粒子、F1、F2、F3…氧燃烧火焰、P…热等离子体。

Claims (10)

1.一种熔融玻璃的制造方法，其特征在于，通过形成沿上下方向排列的两个以上的加热气相气氛，在所述两个以上的加热气相气氛中的最上段形成最初的加热气相气氛，在所述两个以上的加热气相气氛中的最下段形成最后的加热气相气氛，并向最上方的所述最初的加热气相气氛中供给通过喷雾干燥造粒法、滚动造粒法、搅拌造粒法的任一种方法造粒的玻璃原料粒子，
使该玻璃原料粒子依次从所述两个以上的加热气相气氛中的所述最初的加热气相气氛通过到所述最后的加热气相气氛，从而制成熔融玻璃粒子，
使所述最初的加热气相气氛的温度为所述玻璃原料粒子的玻璃化开始温度以上、1500℃以下，
使所述最后的加热气相气氛的温度为所述玻璃原料粒子中的澄清剂成分的清澄开始温度以上、20000℃以下。
2.如权利要求1所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，所述玻璃原料粒子含有澄清剂成分。
3.如权利要求1或2所述的熔融玻璃的制造方法，其特征在于，当将形成所述最初的加热气相气氛的加热单元的热源发生部的前端与所述熔融玻璃粒子贮留而制成熔融玻璃后的该熔融玻璃的液面的铅垂距离设为H时，在距所述熔融玻璃的液面靠上方0.5H以内形成所述最后的加热气相气氛。
4.一种玻璃熔融炉，其特征在于，包括：
炉体，该炉体收纳熔融玻璃；
玻璃原料粒子投入部，该玻璃原料粒子投入部配置在所述炉体的上部且将玻璃原料粒子投入至所述炉体的内侧；以及
加热单元，该加热单元使用于在所述玻璃原料粒子投入部的下方将所述玻璃原料粒子加热熔融而制成熔融玻璃粒子的加热气相气氛以沿上下方向排列的方式形成两个以上；
所述加热单元包括：
最初的加热单元，该最初的加热单元形成所述两个以上的加热气相气氛中的用于在最上段将玻璃原料粒子最初熔融的加热气相气氛，以及
最后的加热单元，该最后的加热单元形成所述两个以上的加热气相气氛中的用于在最下段将玻璃原料粒子最后熔融的加热气相气氛；
通过形成沿上下方向排列的两个以上的加热气相气氛，在所述两个以上的加热气相气氛中的最上段形成最初的加热气相气氛，在所述两个以上的加热气相气氛中的最下段形成最后的加热气相气氛，并向最上方的所述最初的加热气相气氛中供给通过喷雾干燥造粒法、滚动造粒法、搅拌造粒法的任一种方法造粒的玻璃原料粒子，
使该玻璃原料粒子依次从所述两个以上的加热气相气氛中的所述最初的加热气相气氛通过到所述最后的加热气相气氛，从而制成熔融玻璃粒子，
使所述最初的加热气相气氛的温度为所述玻璃原料粒子的玻璃化开始温度以上、1500℃以下，
使所述最后的加热气相气氛的温度为所述玻璃原料粒子中的澄清剂成分的清澄开始温度以上、20000℃以下。
5.如权利要求4所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述最初的加热单元是燃烧器。
6.如权利要求4或5所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述最后的加热单元是燃烧器和/或由多个电极构成的多相电弧等离子体发生装置。
7.如权利要求4所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述最初的加热单元朝下配置在所述炉体的上部。
8.如权利要求4所述的玻璃熔融炉，其特征在于，当将所述最初的加热单元的热源发生部的前端与所述炉体内的所述熔融玻璃粒子贮留而制成熔融玻璃后的该熔融玻璃的液面的铅垂距离设为H时，所述最后的加热单元以所述最后的加热气相气氛距所述熔融玻璃的液面靠上方0.5H以内的方式配置。
9.一种玻璃物品的制造方法，其特征在于，包括：使用权利要求1～3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；以及使成形后的玻璃退火的工序。
10.一种玻璃物品的制造装置，其特征在于，包括：权利要求4～8中任一项所述的玻璃熔融炉；对利用该玻璃熔融炉制造出的熔融玻璃进行成形的成形单元；以及使成形后的玻璃退火的退火单元。
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