CN117794869A - 加热炉以及玻璃制品的制造方法 - Google Patents
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Abstract
延长发热体的寿命。本发明的加热炉(11)具有：发热体(21)，通过通电而发热；以及供排气系统(30)，调节加热炉(11)内的环境气体。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉以及玻璃制品的制造方法。
背景技术
在玻璃制品的制造工序中，为了使玻璃材料熔融或为了保持玻璃材料的熔融状态而使用加热炉。为了使该加热炉内的温度上升或保持，可以进行使用电发热体的加热。
作为该电发热体，例如使用专利文献1所示那样的发热体，该发热体具备：基材，其具有发热部和端子部，含有70wt％以上的MoSi2；以及氧化物层，其形成于端子部的表面，且含有结晶。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-115620号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，设置于加热炉内的因通电而发热的发热体有时由于发热体的一部分变质或损伤而需要更换。即使如专利文献1所记载的发热体那样使用具有氧化物层的发热体，也不容易抑制变质或损伤。
本发明的一个方式的目的在于延长发热体的寿命。
解决问题的技术手段
本发明的一个方式的加热炉具有：发热体，通过通电而发热；以及供排气系统，调节所述加热炉内的环境气体。
根据上述结构，由于利用供排气来调节加热炉内的环境气体，因此能够降低该环境气体内的可能对发热体造成不良影响的物质的浓度。由此，能够延长发热体的寿命。
在本发明的一个方式的加热炉中，所述发热体由含有硅的材料构成。根据该结构，能够延长由含有硅的材料构成的发热体的寿命。
在本发明的一个方式的加热炉中，所述发热体由含有二硅化钼或碳化硅的材料构成。根据该结构，能够延长由含有二硅化钼或碳化硅的材料构成的发热体的寿命。
本发明的一个方式的加热炉是对玻璃材料进行加热的加热炉。根据该结构，能够降低玻璃材料中含有的可能对发热体造成不良影响的物质在加热炉内的环境气体中的浓度。
在本发明的一个方式的加热炉中，所述供排气系统具有：供气装置和/或排气装置，对所述加热炉内的环境气体进行供排气；测定装置，测定所述加热炉内的环境气体中的氟和/或硼的浓度；以及控制装置，基于所述测定装置的测定结果，控制所述供气装置和/或所述排气装置。
根据上述结构，能够基于加热炉内的氟和/或硼浓度的测定结果来控制供气装置和/或排气装置，调节加热炉内的环境气体。由此，能够降低加热炉内的环境气体中的氟和/或硼浓度，延长发热体的寿命。
本发明的一个方式的玻璃制品的制造方法包括：在具备通过通电而发热的发热体的加热炉内，对玻璃材料进行加热的工序；以及对所述加热炉内的环境气体进行供排气的工序。
根据该方法，由于利用供排气来调节加热炉内的环境气体，因此能够降低玻璃材料中含有的可能对发热体造成不良影响的物质的环境气体中浓度。由此，能够延长发热体的寿命。
在本发明的一个方式的玻璃制品的制造方法中，所述玻璃原料含有氟或硼。通过该构成，能够降低加热炉内的环境气体中的氟或硼的浓度。由此，能够延长发热体的寿命。
在本发明的一个方式的玻璃制品的制造方法中，所述发热体由含有二硅化钼的材料构成，通过对所述加热炉内的环境气体进行供排气的工序，在所述加热炉内满足70mg/m3以下的氟浓度条件和/或200mg/m3以下的硼浓度条件。
由含有二硅化钼的材料构成的发热体可能因氟或硼而劣化。根据上述结构，通过加热炉的供排气，能够将炉内的环境气体中的氟浓度和/或硼浓度保持在上述浓度以下，延长发热体的寿命。
在本发明的一个方式的玻璃制品的制造方法中，所述发热体由含有硅的材料构成。根据该结构，能够延长由含有硅的材料构成的发热体的寿命。
发明效果
根据本发明，能够延长发热体的寿命。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的熔融炉的结构的概略图。
图2是表示本发明实施方式的示例性的控制装置的处理的流程图。
图3是表示本发明实施方式的示例性的控制装置的处理的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。
〔实施方式〕
<熔融炉11(加热炉)的结构>
图1是表示作为本实施方式的示例性的加热炉的熔融炉11的结构的概略图。熔融炉11是用于对玻璃材料进行加热而使其熔融的加热炉。即，熔融炉11可以用作用于制造玻璃制品的加热炉。作为该玻璃制品，例如可举出平板玻璃、玻璃纤维等。
如图1所示，熔融炉11具备熔融槽20、通过通电而发热的发热体21、以及调节所述熔融槽20内的环境气体的供排气系统30。熔融槽20是对玻璃材料M进行加热而成为熔融玻璃G的槽，发热体21设置于熔融槽20内。供排气系统30是调节熔融槽20内的环境气体的系统，具备供气装置31、排气装置32、测定装置33以及控制装置34。发热体21可以根据需要在熔融槽20内具备复数个。
即，熔融炉11是用于实施玻璃制品的制造方法的设备，该玻璃制品的制造方法包括：在具备通过通电而发热的发热体21的熔融槽20内对玻璃原料进行加热的工序、和对熔融槽20内的环境气体进行供排气的工序。
发热体21例如是通电产生焦耳热而发热的电阻发热体。发热体21从熔融槽20的顶部悬吊，对熔融槽20内的环境气体进行加热。作为发热体21的种类，除了二硅化钼发热体、镍-铬系发热体、碳化硅发热体、石墨发热体以外，还可以举出铁-铬-铝系发热体、钼发热体、钨发热体、铂发热体、氧化锆发热体、铬酸镧发热体等。发热体21也可以由含有硅的材料构成。特别是，发热体21也可以由含有二硅化钼或碳化硅的材料构成。
通常，利用电发热体进行加热的加热炉为了保持炉内的温度，不具备供排气系统。本发明的一个方式的熔融炉11通过在具备发热体的加热炉中具备供排气系统，能够调节(降低)炉内的环境气体中的可能对发热体的寿命造成不良影响的成分的浓度。由于通过供排气来调节熔融槽20内的环境气体，因此能够降低该环境气体内的可能对发热体造成不良影响的物质的浓度。
以上示例的各种发热体中，由含有硅的材料构成的发热体在操作温度下围绕发热体形成玻璃质致密的保护层，显示出高温下的高抗氧化性。然而，对熔融槽20内的环境气体进行加热的发热体21在比设想的寿命短的使用时间内存在一部分变质或损伤的事例。具体而言，由含有硅的材料构成的发热体是由含有二硅化钼或碳化硅的材料构成的发热体。
本发明人进行了深入研究，结果得到如下见解：该现象有可能因从玻璃熔液中挥发到环境气体中的氟和/或硼对这样的保护层造成不良影响而引起的。
本实施方式的熔融炉11通过供排气来调节熔融槽20内的环境气体，因此能够调节熔融炉11的环境气体内的氟和/或硼的浓度。由此，能够延长由含有硅的材料构成的发热体21的寿命。
熔融槽20具有使玻璃材料熔融的内部空间，在其内部空间生成熔融玻璃。熔融槽20的壁部例如由耐火物构成。为了防止成为高温的内部的腐蚀，熔融槽20的内壁也可以衬有铂或铂合金。在熔融槽20设置有投入玻璃材料M的投入口22。在投入口22设置有作为搬运单元的带式输送机50等，从作为原料供给单元的料斗51供给的玻璃材料M利用带式输送机50被投入到熔融槽20。除了带式输送机50以外，搬运单元也可以使用螺杆。作为成分，玻璃材料M例如可含有SiO2、Al2O3、B2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、F2。作为玻璃材料M，也可以使用再生玻璃。
投入到熔融槽20的玻璃材料M通常被来自发热体21的辐射热或气体燃烧器(未图示)加热到1000℃以上，成为发生玻璃化反应而能够流动的熔融玻璃G。熔融玻璃G被输送至与熔融槽20的侧方连接的前舱60。输送至前舱60的熔融玻璃G之后经由给料机(未图示)等被送至成形工序。然后，被成形装置等加工成规定的制品形状，之后，冷却而成为各种玻璃制品。
供气装置31是向熔融槽20供给气体的装置。该气体可以包含高温空气和可燃气体。作为可燃气体，例如能够使用城市气体或者天然气。从供气装置31供给的气体经由供气流路41和设置于熔融槽20的上壁或侧壁的供气口23供给到熔融槽20的内部空间内。为了保持熔融槽20内的温度，从供气装置31供给的气体的温度优选为1000℃以上。
排气装置32能够设置在用于将熔融槽20内的环境气体向外部排出的排气流路42。作为排气装置32，例如能够使用公知的风扇。作为排气装置32的其他实施方式，也能够通过利用烟囱的通风效果来排出环境气体。即，供气装置31和/或排气装置32对熔融槽20内的环境气体进行供排气。
测定装置33是测定熔融槽20内的环境气体中的氟浓度和/或硼浓度的装置。氟浓度例如可以从排气流路42采集样品，并使用镧-茜素络合酮吸光光度法(JISK0105(2012))进行测定。硼浓度例如可以从排气流路42采集样品，使用ICP发光分光分析法(JISK0081(2012))进行测定。或者，也可以使用排气流路42所具备的氟浓度测定器和/或硼浓度测定器连续地进行测定。
控制装置34是控制供气装置31和排气装置32的装置。控制装置34通过控制供气装置31，能够控制向熔融槽20内的供气量。另外，控制装置34通过控制排气装置32，能够控制来自熔融槽20内的排气量。更具体而言，控制装置34能够基于测定装置33测定出的氟浓度和/或硼浓度的测定结果来控制供气装置31和排气装置32。
此外，图1所示的供排气系统30具备供气装置31、排气装置32、测定装置33以及控制装置34，但也可以至少仅具备供气装置31以及排气装置32中的一方。
在本实施方式中，示出了本申请发明的加热炉为加热玻璃材料的玻璃熔融炉的例子，但本申请发明的加热炉并不限定于玻璃熔融炉。例如，也可以是对玻璃以外的原料进行加热和/或熔融的加热炉。
发热体21不仅可以设置在熔融槽20中，还可以设置在前舱60、给料机或其他加热炉内。在该情况下，这些加热炉也可以分别具备与上述的供排气系统30同样的供排气系统。
<控制例1>
以下，使用图2对控制装置34的处理(熔融槽20内的环境气体的调节方法)的一例进行说明。图2是表示示例性的控制装置34的处理的流程图。当对发热体21开始通电而开始熔融炉11内的玻璃材料的加热时，通过控制装置34执行图2所示的流程图的一系列处理。
如图2所示，当在熔融炉11中开始玻璃材料的加热时，控制装置34控制供气装置31和排气装置32而开始供排气(步骤S11)。在步骤S11中，控制装置34也可以仅控制供气装置31而开始供气。在该情况下，排气也可以经由排气流路42自然地进行。
当在步骤S11中开始供排气时，控制装置34控制测定装置33，基于测定时间表测定对象物浓度(步骤S12)。该对象物为氟和/或硼。测定的对象物可以通过玻璃材料中所含的成分等设定为仅氟、氟和硼、或者仅硼中的任一种。关于测定时间表，测定与测定的间隔可以任意设定为1秒、10秒、1分钟、10分钟、1小时、24小时、10天、1个月等。
当利用测定装置33测定对象物的浓度时，控制装置34判定对象物浓度是否超过阈值(步骤S13)。在步骤S13中，氟浓度的阈值(上限值)例如可以设定为70mg/m3。硼浓度的阈值(上限值)可以设定为200mg/m3。
在对象物浓度超过阈值的情况下(S13：“是”)，控制装置34控制供气装置31和排气装置32来提高供排气量(步骤S14)。由此，能够将熔融槽20内的环境气体中的氟浓度和硼浓度保持在上述阈值以下。此外，在步骤S14中，控制装置34也可以仅控制供气装置31，通过提高供气量来提高供排气量。在该情况下，排气能够经由排气流路42自然地进行。
在发热体21为二硅化钼发热体或碳化硅发热体的情况下，若氟浓度超过70mg/m3，则该氟有可能使在操作温度下形成于发热体周围的保护层的粘度降低。通过将氟浓度保持在70mg/m3以下，能够降低氟对发热体的保护层造成的影响。由此，能够延长发热体的寿命。另外，氟浓度越低，氟对发热体的保护层的影响越小，因此通过将氟浓度保持在50mg/m3以下，能够进一步延长发热体的寿命。
若发热体21的温度下降，则硼能够在发热体表面作为硼酸而凝聚。硼酸能够使发热体21的表面劣化。通过将硼浓度保持在200mg/m3以下，能够降低如上述那样使发热体21的表面劣化的可能性。由此，能够延长发热体21的寿命。另外，硼浓度越低，越能够抑制硼作为硼酸而凝聚，因此通过将硼浓度保持在150mg/m3以下，能够进一步延长发热体的寿命。
此外，在测定氟浓度及硼浓度双方的情况下，控制装置34也可以在任一方浓度超过阈值的情况下，执行步骤S14。在该情况下，控制装置34以哪个阈值为基准进行提高供排气量的控制，能够根据玻璃材料所含的各成分的浓度等任意决定。或者，控制装置34也可以在氟浓度以及硼浓度双方超过阈值的情况下执行步骤S14。
接着，控制装置34判定熔融槽20内的玻璃材料的加热处理是否结束(步骤S15)。在加热处理结束的情况下(S15：“是”)，控制装置34完成熔融槽20内的环境气体的调整处理。在加热处理未结束的情况下(S15：“否”)，控制装置34返回S12的处理。
另外，在步骤S13中，在对象物浓度未超过阈值的情况下(S13：“否”)，控制装置34判定供排气量是否超过基准值(S16)。该基准值可以设定为更换熔融槽20内的环境气体所需的标准值。
在供排气量超过基准值的情况下(S16：“是”)，控制装置34控制供气装置31和排气装置32来降低供排气量(步骤S17)。由此，能够抑制进行过剩的供排气，提高节能效果。之后，控制装置34进入S15的处理。
在步骤S16中供排气量未超过基准值的情况下(S16：“否”)，控制装置34返回S12的处理。
通过控制装置34进行控制例1那样的处理，能够调节熔融槽20内的环境气体，以使熔融槽20内的氟浓度和/或硼浓度不超过上限值。由此，能够延长发热体21的寿命。
<控制例2>
以下，使用图3对控制装置34的处理(熔融槽20内的环境气体的调节方法)的另一例进行说明。图3是表示示例性的控制装置34的处理的流程图。当对发热体21开始通电而开始熔融炉11内的玻璃材料的加热时，利用控制装置34执行图3所示的流程图的一系列处理。
如图3所示，当在熔融炉11中开始玻璃材料的加热时，控制装置34控制测定装置33，开始氟浓度和/或硼浓度的监测(步骤S21)。需要说明的是，该监控包括10分钟、1小时、24小时、1天、1个月等任意设定的每个期间的监测或持续监测。
控制装置34判定对象物浓度是否超过上限值(步骤S22)。在步骤S22中，氟浓度的上限值例如可以设定为70mg/m3。硼浓度的上限值可以设定为200mg/m3。
在步骤S22中对象物浓度超过上限值的情况下(S22：“是”)，控制装置34控制供气装置31和排气装置32而开始供排气(步骤S23)。在测定氟浓度和硼浓度双方的情况下，控制装置34可以在任一方浓度超过阈值的情况下执行步骤S23。在该情况下，控制装置34以哪个阈值为基准进行提高供排气量的控制，能够根据玻璃材料所含的各成分的浓度等任意决定。或者，控制装置34也可以在氟浓度以及硼浓度双方超过阈值的情况下执行步骤S23。
接着，控制装置34判定对象物浓度是否超过下限值(是否小于下限值)(步骤S24)。在对象物浓度小于下限值的情况下(S24：“是”)，控制装置34控制供气装置31和排气装置32而停止供排气。
接着，控制装置34判定熔融槽20内的玻璃材料的加热处理是否结束(步骤S26)。在加热处理结束的情况下(S26：“是”)，控制装置34完成熔融槽20内的环境气体的调节处理。在加热处理未结束的情况下(S26：“否”)，控制装置34返回S22的处理。
在步骤S22中，在对象物浓度未超过上限值的情况下(S22：“否”)，控制装置34进入步骤S24的处理。
在步骤S24中，在对象物浓度不小于下限值的情况下(S24：“否”)，控制装置34进入步骤S26的处理。
通过控制装置34进行控制例2那样的处理，能够仅在需要供排气时进行供排气，节能效果提高。由此，能够有助于实现可持续的发展目标(SDGs)。
本发明并不限定于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。
附图标记说明
11熔融炉(加热炉)
20熔融槽
21发热体
30供排气系统
31供气装置
32排气装置
33测量装置
34控制装置。
Claims (9)
1.一种加热炉，其中，
具有：
发热体，通过通电而发热；以及
供排气系统，调节所述加热炉内的环境气体。
2.根据权利要求1所述的加热炉，其中，
所述发热体由含有硅的材料构成。
3.根据权利要求2所述的加热炉，其中，
所述发热体由含有二硅化钼或碳化硅的材料构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的加热炉，其中，
所述加热炉是对玻璃材料进行加热的加热炉。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的加热炉，其中，
所述供排气系统具有：
供气装置和/或排气装置，对所述加热炉内的环境气体进行供排气；
测定装置，测定所述加热炉内的环境气体中的氟和/或硼的浓度；以及
控制装置，基于所述测定装置的测定结果，控制所述供气装置和/或所述排气装置。
6.一种玻璃制品的制造方法，其中，包括：
在具备通过通电而发热的发热体的加热炉内，对玻璃材料进行加热的工序；以及
对所述加热炉内的环境气体进行供排气的工序。
7.根据权利要求6所述的玻璃制品的制造方法，其中，
所述玻璃材料含有氟或硼。
8.根据权利要求7所述的玻璃制品的制造方法，其中，
所述发热体由含有二硅化钼的材料构成，通过对所述加热炉内的环境气体进行供排气的工序，在所述加热炉内满足70mg/m3以下的氟浓度条件和/或200mg/m3以下的硼浓度条件。
9.根据权利要求6或7所述的玻璃制品的制造方法，其中，
所述发热体由含有硅的材料构成。
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