JP2004315350A - 直接通電方式深底型硝子溶融炉、及び硝子の清澄・供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱効率が高くしかも高品質の溶融硝子を効率良く大量にも産出できる、直接通電方式深底型硝子溶融炉、及び硝子の清澄・供給方法を提供する。
【解決手段】 当該溶融炉２０は、炉底２の周囲に多数の耐火煉瓦３を鉛直に積み上げて周壁４を形成し、周壁４の高さＨを炉底２の内径Ｄの２倍以上に設定する深い炉であることを特徴とする。炉を深くすることによって厚いバッチ層と、硝子を高温で溶融する空間が得られ、また溶融硝子６の清澄に必要な冷却領域も得られる。以上の方法で、硝子の原料が溶融する時に発生する泡の脱泡と、微小な泡が炉底２へ降下する際の溶融硝子の圧力と冷却の効果で、これらを溶融硝子６に吸収させられる。以上の点から、炉を深くすることにより、泡の少ない高品質の硝子を大量又は少量に熱効率良く生産することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、硝子の製造に用いる直接通電方式深底型硝子溶融炉、及び硝子の清澄・供給方法に関する。

従来、硝子の溶融炉を構築するには、耐火煉瓦を敷き詰めて炉底を形成し、その周囲に耐火煉瓦を積み上げて周壁を立ち上げるようにしている。このような溶融炉の内部に硝子の原料を投入しつつ、この硝子の原料を、溶融炉に内装した重油又はガスバーナや、電極等の熱源により所定温度に加熱し溶融する平炉型のサイドポート式タンク窯等が周知である。

また、従来の電気溶融方式では、炉の深さが浅い又は考慮されていないため、例えば、生産量（流量）が増加すると泡が増加する欠点があった。

例えば、板硝子のような透明な製品を連続成形するには、上記の炉底に設けた開口を経て溶融硝子を流出させ、清澄室等を通って、この溶融硝子を成形機等へ供給する。一方、溶融炉内の溶融硝子の容積を所定量に保てるように、上記の開口から流出した溶融硝子の容積に相当する量の硝子の原料を溶融炉の上部から投入し続ける。溶融炉に投入された原料は、既に溶融している溶融硝子の表面に積層し、直ちに溶融せずにバッチ山（層）を形成する。平炉型の溶融炉において、バッチ山は、その上方からの重油又はガスの燃焼による強い熱輻射を受けるため、溶融硝子の表面全域を覆うのではなく、溶融硝子の表面は広く露出する。この露出した部分をミラーと称する。

上記の所定量の溶融硝子で満たされた溶融炉は、原料の上方にバーナが設置され、また補助的に溶融炉の周壁又は底面に熱源として設置された複数対の加熱電極が、溶融硝子の表面のレベルより低くなるように設定されている。原料を溶融するエネルギーは、原料の上方からの重油又はガスバーナによる主たる加熱、及び上記の加熱電極から供給される補助的な加熱により供給される。従って、重油又はガスバーナに着火すると共に加熱電極の間に通電すると、原料がその上部及び下部から加熱される。このような加熱によって起こる対流の一例は、次の通りである。即ち、加熱電極の近傍の溶融硝子が真っ先に加熱されて上昇し、バッチ山の直下に至ったところで、ある程度水平に流れてから炉底に向かう下降流となる。このような加熱電極とバッチ山との間の対流層にバッチ山が触れることにより、バッチ山は加熱され徐々に溶融することになる。

上記のように、原料が溶融し対流して成る溶融硝子は、溶融炉の炉底に設けたスロート（開口）から流出する溶融硝子に誘引されて、加熱電極よりも更に低い炉底へ向かって温度を下げながら流動する。溶融炉の中で特にバッチ山に近接する部分を泡層と称し、このような溶融した直後の溶融硝子には、二酸化炭素を主成分とする気泡が含まれているが、スロートへ向けて流れる過程、又は清澄室において気泡は排除される。ここで「排除」とは、泡が溶融硝子を上昇してその表面から放出されることに加え、泡が降温する過程で溶融硝子に吸収される脱泡（即ち清澄）を含む。かかる技術は下記の特許文献に開示されている。
特開昭５４−２２４２４号公報 特開昭５８−３２０３０号公報

従来の溶融炉では、以下の理由によって熱効率の向上が妨げられている。このため、二酸化炭素の排出問題、又は将来において化石燃料の枯渇が深刻化した場合に、熱源に供給する電力又は燃料等のエネルギー消費量が著しく多いことが問題視されている。

即ち、溶融炉の一般的な形態としては、その胴部を箱型のような形態としているので、溶融炉の容量を稼ぐために内寸を大きく設定すると、溶融炉の上方へ逃げる熱が著しく増大するので、上記の熱源を通じて不要な熱を炉内へ供給しなければならない。

また、溶融炉の内寸を大きくした場合、バッチ山が薄くなり、溶融硝子の表面が冷え過ぎる原因となる。この結果、泡を多く含む溶融硝子が下降流となる傾向が強くなって、清澄室に気泡が混入することが経験上認められる。これは、溶融硝子の表面において溶融硝子が急冷されると下降流の流速が増すために、気泡を完全に排除する時間的余裕が少なくなり、僅かではあるが泡を含んだ溶融硝子が炉底まで到達するためと考えられる。

また、バッチ山自体は、溶融硝子の表面からの放熱を抑える断熱材として作用するので、バッチ山を厚くすることで、清澄室への気泡の混入をある程度は防止できるが、時間の経過に伴って徐々に溶融するバッチ山の厚みを一定に保つことは技術的に難しく、特に溶融炉の内寸が大きい場合には、炉内で完全にバッチ山を溶融し、泡の少ないミラー部を広範囲で作る必要がある。

そこで、特許文献１に開示されているように、電気溶融方式を用い胴部に段又は絞り部を形成することにより炉底の内寸よりも頭部の開口径を狭めることが試みられている。これによって炉内の上方へ逃げる熱量は低減できるが、上記の段又は絞り部を形成した分、溶融炉の表面積が増大するため、必ずしも所望の熱効率を達成することはできない。また、胴部に段又は絞り部を形成すると、この部分の煉瓦が、高温に曝されることにより微細に砕けて石粒（ストーン）となり、溶融硝子に混入するとういう問題が生ずる。

また、溶融炉の全体を小型化すれば表面積を低減することはできるが、その分、清澄域の容積が小さくなるため、一度に得られる高品質の溶融硝子の量が低減するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、熱効率が高くしかも高品質の溶融硝子を効率良く大量に生産できる、直接通電方式深底型硝子溶融炉、及び硝子の清澄・供給方法を提供することにある。

本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉は、炉底の周囲に耐火煉瓦を積み上げて周壁を形成したものであって、前記周壁の高さを、炉底の内寸の２倍以上に設定し、前記周壁内を満たす溶融硝子に通電する加熱電極（又は、後述の電極群）が、前記周壁の内面から突出する炉底からの高さを、前記炉底の内寸の１倍以上に設定したものである。

炉底の「内寸」とは、炉底又はその近傍の断面形状が、円形の場合はその内径を意味し、四角形又はその他の多角形であれば、これらの断面積に等しい面積を有する円の直径（換算値）を意味する。

更に、本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉は、前記周壁が、前記炉底の周囲から内向きに傾斜して立ち上がった側面視台形であっても良い。或いは、前記周壁が、前記炉底の周囲から直立した側面視矩形であっても良い。

更に、前記加熱電極の下方に、前記加熱電極より少ない熱量で前記溶融硝子を加熱する補助電極を各々配置しても良い。更に、前記加熱電極が、互いに高さを違えた複数の電極群から成るものであっても良い。

更に、炉の深さによっては、前記溶融硝子を前記炉底から流出させるフィーダーを、前記溶融硝子の表面のレベルより低く設置しても良い。

本発明に係る硝子の清澄・供給方法は、硝子原料を、周壁の高さが炉底の内寸の２倍以上に設定された炉内に投入し熱溶融するステップと、前記硝子原料を熱溶融して得た溶融硝子を、前記周壁から互いに高さを違えて突出する複数の電極群から成る加熱電極により加熱して温度上昇させるステップと、前記炉内に更なる硝子原料を投入して、前記溶融硝子の表面のレベルを、前記複数の電極群の中の最も低い位置にある電極を基準として、前記加熱電極の高さの２倍以上に到達させるステップと、前記溶融硝子を前記加熱電極により加熱しつつ、前記溶融硝子を前記加熱電極の上方で対流させるステップと、前記溶融硝子を炉底から流出させるステップと、を含むものである。

更に、前記溶融硝子が深い炉を降下する過程で、前記溶融硝子を、前記炉底から前記溶融硝子の表面のレベルより低く設置したフィーダーを通して流出させても良い。

本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉及び硝子の清澄・供給方法によれば、周壁の高さを炉底の内寸の２倍以上に設定しているので、炉内の溶融硝子の容量を減少させることなく、周壁の上部の開口を自由に設定できる。これにより、炉内の熱の上方への放出を効果的に抑制できる。また、周壁が内向きに傾斜して側面視台形となるよう立ち上がるように構成した場合、周壁の上部の開口を一層狭くできることに加え、従来のような炉の胴部に段又は絞り部等を形成した場合に比較して、周壁の表面積を最小限に抑えられるので、高い熱効率を達成できる。

従って、サイドポート式タンク窯等の平炉の二酸化炭素の排出量に比べて大幅にこれを減少することができ、しかも、将来において化石燃料の枯渇が深刻化した場合でも、電力を有効利用して良質な硝子製品の製造が行える。

更に、本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉及び硝子の清澄・供給方法によれば、加熱電極を炉底の内寸以上の高さで周壁の内面から突出しているので、加熱電極で加熱されて上昇する溶融硝子の対流は、バッチ層の直下で水平方向へ流れを転じてから更に炉内を下降する。これに伴って、バッチ層から融け出した新たな溶融硝子が、加熱電極の高さまで炉内を降下する過程で、溶融硝子に含まれている二酸化炭素を主成分とする比較的大きな気泡は完全に排除され、炉内における加熱電極より下方の領域で清澄域となる。清澄域においても圧力の効果により平炉に比べて一層ガス等の吸収がなされる。特に、加熱電極を互いに高さを違えた電極群から構成すれば、炉内の温度分布を所望（上部が高温、下部が低温、水平方向に均一）に調整できるという顕著な効果も得られる。

従って、良質の硝子原料の容積を飛躍的に増大し、硝子製品の量産に貢献できる。また、周壁の高さを炉底の内寸の２倍以上に設定したことで、バッチ層の表面の面積を従来の技術に比較して大幅に減少させ、バッチ層に触れる溶融硝子の表面の温度分布を均一化するのに有利な条件が得られる。このため、バッチ層から融け出す溶融硝子の様態に差が生じないので、気泡の排除が不十分な溶融硝子が、炉内を下降する対流に混じって清澄域に達しても、このような気泡が温度降下、加圧、更に溶融硝子に吸収されるので、小さな泡も無くなり、硝子製品の品質を高い水準で安定させられる。

本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉及び硝子の清澄・供給方法によれば、加熱電極の下方に、加熱電極より少ない熱量で溶融硝子を加熱する補助電極を各々配置し、必要に応じて使用（通電）するので、炉内の温度分布を良好に保つことができる。従って、清澄域を拡大するために周壁の高さを炉底の内寸の２倍以上に設定していながらも、深い清澄域となることで、バッチ層とスロート間の距離が長くなり、スロートへ至るまでに高品質な溶融硝子を多量に清澄・供給できるという利点がある。

また、上記に例示したような深い炉においては、フィーダーを溶融硝子の表面より低い位置に設置すれば、フィーダー内の溶融硝子が、炉内の溶融硝子の圧力に押され、流動が促されることになる。これにより、溶融硝子がフィーダー内で僅かに温度降下して硬化する傾向を阻止し、フィーダー内における溶融硝子の良好な流れを保てるという利点がある。

本発明の基本は炉の深さにある。炉を深くすることによって清澄、大量生産を可能とする。炉の形状は平面的に正方形、長方形、多角形でも良い。多角形は、煉瓦が炉内へ倒れ難く安全である。

図１に示すように、本実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉１は、炉底２の周囲に多数の耐火煉瓦３を積み上げて周壁４を形成したものであって、周壁４の高さＨを炉底２の内寸Ｄの２倍以上（Ｈ≧２Ｄ）に設定したものである。周壁４が炉底２の周囲から内向きに傾斜して立ち上がり、当該直接通電方式深底型硝子溶融炉１を側面視すると略台形であるが、図２に例示するように、周壁４を鉛直方向に真っ直ぐ立ち上げた形態、即ち、それを側面から見た形状が、長方形のような矩形であっても良い。

図１，図２は説明の便宜により直接通電方式深底型硝子溶融炉１をアウトスケールで表したものである。実際に断面を正方形とした場合の炉底２の内寸Ｄと周壁４の高さＨとの比例関係は、図３に示す通りである。図３（ａ）乃至（ｆ）は、それぞれＨ／Ｄの値（深度）が、略（２），（３），（５），（３），（４．５），（５）となるような炉の形態例を表している。

周壁４を上記のように傾斜させる場合には、その傾斜角度θを任意に設定しても良いが、材質や生産性を考慮して５度以内であることが望ましい。これは、周壁４を特に大きく傾斜させなくても所望の熱効率が達成できるからである。例えば、周壁４の高さＨ＝７．０ｍ、炉底２の内寸Ｄ＝２．５ｍのとき、周壁４の傾斜角度θを３．５度に設定すれば、周壁４の頭部の開口径ｄ≒１．６ｍとなる。このように周壁４を僅かに傾斜させるだけで開口径ｄを有効に狭められ、炉内５の熱の上方への放出を抑制できる。しかも、開口径ｄを狭めたことに伴う周壁４の表面積の増大を最小限に抑えられるので、従来のような炉の胴部に段又は絞り部等を形成した場合に比較して、高い熱効率を達成できる。

また、耐火煉瓦３のバインダーとして一般に使用されるモルタルは、微細な破片となって炉内５を満たす溶融硝子６に混入する可能性があるので、溶融硝子６に直接触れる耐火煉瓦３（硝子コンタクトブロック）の接合に使用するのは好ましくない。従って、上記のような５度以内の緩い傾斜角度であれば、モルタルを使用することなく、耐火煉瓦３同士を相互に支持させることに加え、炉の外周をフラットバー又はアングル等によって強固に締め付けている。

周壁４の断面形状は、円形、長円、又は楕円等でも良いが、図１のＸ−Ｘ断面を図４（ａ）乃至（ｄ）に示すように、六角形、長方形、正方形、その他の四角形、又は深さが深く（高さが高く）５ｍ程度より深くなる場合、３相交流を使うため３倍数となる多角形とすることが望ましい。これは、定型の耐火煉瓦３は、個々の形状が角塊であるものが最も安価にしかも容易に入手できるが、このような直方体の耐火煉瓦３を多数積み重ねて周壁４を円筒状に構築するよりも、多角形とした方が製造が容易なためである。

溶融硝子６は、これに通電する加熱電極７によって溶融温度以上に常時加熱される。加熱電極７は、図４（ａ）乃至（ｄ）に示すように周壁４の内面から複数突出し、且つ、これらが図１及び図２に示すように互いに高さを違えた電極群、好ましくは、電流の相互作用が少なくなるような距離にて配置、例えば、互いに上下に１ｍ以上高さを違えて配置した電極群である。その最下段に位置する加熱電極７の炉底２からの高さｈ２は、炉底２の内寸Ｄの１倍以上（ｈ２≧Ｄ）の高さに設定されている。

これは、炉底２の内寸Ｄに対して最下段の加熱電極７から溶融硝子６の表面８までの距離を長くすることにより、従来の平炉において加熱電極の真上が特に温度上昇するという温度分布の偏りを解消することを企図している。また、最下段の加熱電極７から炉底２までの距離も長くなるので、最下段の加熱電極７から炉底２の間で下降する溶融硝子６から泡を清澄するのに要する、時間的余裕を増すことにもなる。

このように、加熱電極７から炉底２の間で下降する溶融硝子６は、後述の「対流」に対して「降温・静的降下」である。これは、加熱電極７から炉底２の間では対流が起こり難く、加熱電極７から炉底２の間にある溶融硝子６が全体として下降する（ピストンフロー）という意味である。

更に、複数の加熱電極７を互いに高さを違えて多段階に配列することで、バッチ層αの厚さと溶融温度を調整できる。また、最下段に位置する加熱電極７によって加熱された溶融硝子６が上昇（対流）する過程で、この溶融硝子６を加熱し続けることができる。

加熱電極７の段数は、硝子製品の生産量や硝子の材質等に応じて、２〜５段の範囲で設定するのが好ましいが、６段以上としても良い。また、最下段に位置する加熱電極７の更に下方、言い換えれば、後述する清澄層βの領域に別の加熱電極７を１又は２段以上増設しても良い。このような電極群の配置、個数、又は段数は、炉内５全体の温度分布、硝子製品の生産量、硝子の材質、又は炉の深さ等を勘案して決定される。

図１に例示したように、加熱電極７を３段に配置した場合、これらの時間当りの発熱量を違えるようにしても良い。例えば、それぞれの発熱量の比率を、最上段のものから順に１：３：２又は１：１：４というように設定しても良い。この出力の調整は、各電極間に印加する電圧を増減させて行っても良い。また、上記の発熱量の比率は、何れの加熱電極７の発熱量を最大にするかを選択し、これに基づき決定しても良い。

図１及び図２に例示した形態は、何れも、最下段の加熱電極７の高さｈ２を炉底２の内寸Ｄの１倍以上（ｈ２≧Ｄ）に相当する高さに設定し、炉内５を溶融硝子６が適切に満たした時点で加熱電極７の高さｈ２が、溶融硝子６の表面８のレベルｈ１の１／２の高さ以上（ｈ２≧ｈ１／２）に相当する状態を表している。このような高さに加熱電極７を配置するのは、加熱電極７と溶融硝子６の表面８との距離を延長するためである。これは次の理由に基づくものである。

即ち、複数段の加熱電極７同士の間に通電すると、既述のように、これらの加熱電極７の近傍の溶融硝子６が真っ先に加熱されて表面８まで上昇する。この上昇する距離をある程度長く設定することで、溶融硝子６の上昇する勢いを緩慢にして、加熱電極７の真上に高温の溶融硝子６が偏るのを抑えられるからである。更には、溶融硝子６の表面８の温度の均一化を図り、溶融硝子６の表面８上に積層したバッチ層αを均一に溶融させられるからである。

一方、複数段の加熱電極７に加熱されて上昇した溶融硝子６は、バッチ層αの直下で水平方向へ流れを転じてから更に炉内５を下降するので、これに伴って、バッチ層αから均一に融け出した新たな溶融硝子６０が、加熱電極７の高さｈ２まで炉内５を降下する。この過程で、溶融硝子６に含まれている二酸化炭素を主成分とする気泡が排除される。

従って、炉内５における炉底２からの高さが十分な高さのｈ２以下の領域が清澄層βとなるので、炉底２に設けたスロート（絞り）部９を経て吸引可能な良質の硝子原料の容積を増大できるという利点が得られる。

また、スロート部９を経て吸引された溶融硝子６は、スロート内部１０ａ及びライザー１０ｂ（登り路）を通過して、表面８のレベルｈ１と略同じ高さに設定され水平に延びるオープンフィーダー１０ｃ（送り路）に至る。このオープンフィーダー１０ｃの前途は図示を省略しているが、溶融硝子６を吸引する吸引機等によって板硝子等を成形するための成形機等へ供給される。

また、オープンフィーダー１０ｃの高さ位置は、通常、溶融硝子６の表面８と略同じ高さに設定されるが、清澄部（清澄層βの領域）が非常に深くなった場合、このようなオープンフィーダー１０ｃに代えて、溶融硝子６の表面８より低い位置にカバードフィーダー１０ｄを設置すれば、炉内５の溶融硝子６の圧力に押されてカバードフィーダー１０ｄ内の溶融硝子６の流動が促されることになる。この場合は、カバードフィーダー１０ｄとなる。これにより、溶融硝子６がカバードフィーダー１０ｄ内で僅かに温度降下して硬化する傾向を阻止し、カバードフィーダー１０ｄ内における溶融硝子６の良好な流れを強制的に保てるという効果が得られる。特に、清澄部の深い炉や硬化し易い硝子、硼珪酸硝子等の揮発性の強い硝子、又は炉内５からの流出過程で硬化傾向が強い色硝子の良好な流れを保つのに有益である。図５（ｃ）のような下部から溶融硝子６を引き出す炉にも本発明を適用する。

また、図５（ａ）に示すように、炉底２の中心部又はその他の適所に、ドレン１１を形成しても良い。更には、溶融硝子６がスロート部９を経て炉内５から流出する過程で、図５（ｂ）に示すように、炉内５におけるスロート部９から最も離れた隅部Ｃに溶融硝子６が滞留し易くなるので、炉底２を擂鉢状に形成し、隅部Ｃからスロート部９へ向かう滑らかな流れを誘発するようにしても良い。また、図５（ｃ）に示すような下部から溶融硝子６を引き出す炉にも本発明を適用する。

尚、炉底２には、図１又は図２に例示したように、最初に投入される硝子原料を加熱するための補助電極７０，７１，７２が複数設けられ、これらの補助電極を必要に応じて使用するようにしている。詳しくは、後述の清澄・供給方法に併せて説明する。また、清澄部が非常に深くなった時、補助電極７１は、溶融硝子６が色硝子や所謂硬質硝子である場合における顕著な硬化傾向によるスロート部９の詰まりを防止するために、スロート部９内の溶融硝子６を加熱するものである。

図２に基づき、本発明の他の実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉２０について詳しく説明する。既述の直接通電方式深底型硝子溶融炉１と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

同図に示すように、補助電極７０，７１，７２は、炉底２及びこの周壁４にスロート部９内に各々配置されている。それぞれの基本的な構成は、加熱電極７と同様のものであるが、溶融硝子を加熱する出力を違えるようにしても良い。この場合、補助電極７０，７１，７２は、加熱電極７より少ない熱量で溶融硝子６を加熱することが好ましい設定である。

直接通電方式深底型硝子溶融炉２０による硝子の清澄・供給方法は、以下の通りである。先ずは、その原理を明らかにする。

例えば、現在主流の直接通電方式深底型硝子溶融炉は、概ね図６（ａ）に示す通りである。このタイプの溶融炉は、硝子の大量生産を考慮すると、尚も解決すべき課題があることが、以下の考察から判る。即ち、図６（ｂ）に示すように、スロートフェーサーに接する原料層（点Ｐ１付近）からスロート部９までの距離が近過ぎる点にある。同図に示す通り、点Ｐ１からスロート部９までの距離と、点Ｐ２からスロート部９までの距離との差が大きいこと言える。

このタイプの炉では、点Ｐ１がスロート部９に比較的接近し、またスロートフェーサーの空気層側（外側）は冷却状態にあるため、溶融硝子６は点Ｐ１からスロート部９へ流れる速度が最も速い。このため、現在良質な硝子を生産できていたとしても、引き上げ量（生産量）が増加したとき、点Ｐ１，点Ｐ２付近の溶融硝子６がスロート部９へ向かう流速は同じように増すのではなく、点Ｐ１付近の溶融硝子６のスロート部９への流れ、つまりスロートフェーサー近傍の下降流が最も増すため、点Ｐ１付近の泡が、点Ｐ１付近からスロート部９への速い流れに伴って最も速くスロート部９に到達することになり、製品の泡が増加し易いという傾向を示す。

従って、図６（ｂ）に示す炉の形態寸法の比率がＤ＞Ｈとなる限り、このタイプの炉を相似的に大型化しても、炉の容量を増加できる割りには、引き上げ量を増加できないことになる。例えば、現在の炉の寸法を２倍にすると、その容量は約８倍になるにも関わらず、引き上げ量は２倍程度にしかならないと考えられる。ここまでの考察から、スロート部９の位置は、炉の底面にあることが望ましいことが判る。

以上に述べた通り、図６（ａ）に示したタイプの炉の引き上げ量と製品に含まれる泡とその安定性は、炉の形態を決定する上記の寸法Ｄ，Ｈの関係と、スロート部９の配置によって規定されていることが判る。この点から、現行の直接通電方式深底型硝子溶融炉は、化石燃料を使用しない長所は有るものの、流量を大幅には増加できない。また、流量の変動に対して泡が変動し易いという欠点が有ることが判る。

従って、本発明の効果を達成するための最良の形態は、図７（ａ）に示す形態に他ならない。同図から明らかなように、点Ｐ１からスロート部９までの距離と、点Ｐ２からスロート部９までの距離とが概ね等しくなる。更に、図７（ｂ）に示す形態では、スロート部９を底面の中央に配置しているので、これらの距離を実質的に等しくできるという利点が得られる。

次に、直接通電方式深底型硝子溶融炉２０による硝子の清澄・供給方法を、そのステップ毎に説明する。以下で、文頭に付した英文字は、当該方法を実行するステップの順番を示す指標である。また、硝子原料については図示を省略する。

Ａ：固体（カレット）又は粉状の硝子原料で補助電極７０を囲繞し、この硝子原料をガスバーナ等で溶融するまで加熱する。硝子原料は、溶融した時点で電気抵抗が減少するので、補助電極７０の間に通電して、溶融硝子を所望の温度に達するまで加熱する。

Ｂ：更に、固体又は粉状の硝子原料を徐々に追加することにより、炉内５の溶融硝子６の量を増加させる。これを繰り返して得られる溶融硝子６の表面８のレベルが、図示した４段総ての加熱電極７よりも高くなったところで、これら総ての加熱電極７の間に通電する。総ての加熱電極７の発熱量を均一に設定しても良いが、既述の要領で個々の加熱電極７の発熱量を違えても良い。これ以降、溶融硝子６を加熱するには、加熱電極７の間にのみ通電して行っても良いが、加熱電極７と共に補助電極７０を併用して行っても良い。

Ｃ：溶融硝子６の温度を所定の目標値まで上昇させる。つまり、加熱電極７と補助電極７１に又は加熱電極７にのみ通電することにより、上記Ｂのステップで得られた溶融硝子６を加熱し続ける。

Ｄ：炉内５に更なる硝子原料を投入して、溶融硝子６の表面８のレベルを上昇させる。この場合、最下段の加熱電極７の高さの２倍以上に表面８のレベルを到達させた例を図示しているが、ｈ２だけを単独に更に大きく設定しても良い。この途上においては、総ての加熱電極７及び補助電極７０，７１，７２に通電することが望ましい。そして、加熱電極７及び補助電極７０，７１，７２によって溶融する硝子原料の量より過分の硝子原料を炉内５に投入することにより、バッチ層αを形成する。

溶融硝子６の引き上げ量と炉の内径に応じて、上記のバッチ層αの厚さを設定する。例えば、バッチ層αから放熱が発生しない厚さ、好ましくは３０ｃｍ以上、更に好ましくは５０〜７０ｃｍ以上となるように、投入エネルギーと固体（カレット）又は粉状の硝子原料を追加する量、即ち引上げ量を調整する。バッチ層αを３０ｃｍ以上の厚みとれば、溶融硝子６の保温が良好に行われるので、直接通電方式深底型硝子溶融炉２０の熱効率が大幅に向上する。

Ｅ：溶融硝子６を総ての加熱電極７により加熱しつつ、これらの加熱電極７の上方において溶融硝子６を対流させる。当該Ｅを適切な時間持続する。

このとき、加熱電極７の発熱量を上記例示のような比率に設定すれば、一段だけ配置した加熱電極７に依存して溶融硝子６を加熱する場合に比較して、個々の加熱電極７の発熱温度を抑えられるので、加熱電極７近傍における著しい温度上昇が起こらない。これに加え、加熱電極７から溶融硝子６の表面８までの距離（ｈ１−ｈ２）が、平炉に比べ著しく長いので、溶融硝子６の上昇する勢いを緩慢にして、加熱電極７の真上に高温の溶融硝子６が偏るのを抑えられる。

更には、表面８の温度の均一化を図ってバッチ層αを均一に溶融させられるという上記の効果が一層顕著になる。しかも、清澄層βの領域にある溶融硝子６を補助電極７１によって加熱し続けるようにすれば、加熱電極７から溶融硝子６の表面８までの距離（ｈ１−ｈ２）を著しく長くしても、溶融硝子６が保温状態に近い清澄層βを下降する過程で徐々に温度降下するが、溶融硝子６の表面８の温度は適切に保つことができる。

また、補助電極７０によって清澄層βの領域にある溶融硝子６を加熱した場合、この溶融硝子６は、補助電極７０の近傍である程度上昇しようとするが、清澄層βにおける溶融硝子６は全体としてスロート部９へ向かって流れる傾向が強いので、対流を形成するには至らない。

Ｆ：清澄層βにある溶融硝子６は、スロート部９を経て吸引機等によって吸引され、板硝子を成形するための成形機等へ供給される。

Ｇ：炉底２のスロート部９から流出した溶融硝子６の容積に相当する更なる硝子原料を炉内５に投入しつつ、図中総ての加熱電極７及び補助電極７０の総発熱量、又は図中総ての加熱電極７の総発熱量のみを適切に増減して、炉内５を上部から下部へと徐々に降温した熱的平衡状態に保つようにする。そして、上記のＤステップ以降を繰り返すことにより、清澄層βを絶やすことなく生成し、高品質の溶融硝子６を多量にしかも連続して生産することができる。

尚、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様で実施できるものである。同一の作用又は効果が生じる範囲内で、いずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施できるものである。一体に構成されている発明特定事項を複数の要素から構成した形態でも、複数の要素から構成されている発明特定事項を一体に構成した形態でも実施できるものである。

また、図２に示した直接通電方式深底型硝子溶融炉２０のスロート部９にも、図１に例示した補助電極７２と同様のものを配置しても良い。また、図中に示した寸法線は、炉の寸法例を示す目安である。従って、図中に示した寸法線は、本発明に係る炉を実測する箇所を限定する意図と解してはならない。

本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉、及び硝子の清澄・供給方法は、例えば板硝子のような透明な製品を連続成形するのに適している。

本発明の実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉の概略を表す断面図。 本発明の他の実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉の概略を表す断面図。 （ａ）〜（ｆ）本発明に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉の種々に形態例を表す側面図。 （ａ）は図１又は図２のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）〜（ｄ）はその種々の変形例を表すの断面図。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉の炉底の種々の変形例を表す断面図。 （ａ）は、周知の硝子溶融炉の一例を示す側面図、（ｂ）はそれによる効果を概念的に表した側面図。 （ａ）は、本発明実施の他の実施の形態に係る直接通電方式深底型硝子溶融炉による効果を概念的に表した側面図、（ｂ）はその変形例による効果を概念的に表した側面図。

符号の説明

１，２０：直接通電方式深底型硝子溶融炉
２：炉底
３：耐火煉瓦
４：周壁
５：炉内
６，６０：溶融硝子
７：加熱電極（電極群）
８：表面
９：スロート部
１０ａ：スロート内部
１０ｂ：ライザー
１０ｃ：オープンフィーダー
１０ｄ：カバードフィーダー
７０，７１，７２：補助電極
Ｈ：高さ
Ｄ：炉底内寸（内径）
ｄ：炉頂内寸（内径）
α：バッチ層
β：清澄層

Claims (8)

1. 炉底の周囲に耐火煉瓦を積み上げて周壁を形成した直接通電方式深底型硝子溶融炉であって、
   前記周壁の高さを、炉底の内寸の２倍以上に設定し、前記周壁内を満たす溶融硝子に通電する加熱電極が、前記周壁の内面から突出する炉底からの高さを、前記炉底の内寸の１倍以上に設定したことを特徴とする直接通電方式深底型硝子溶融炉。
2. 前記周壁が、前記炉底の周囲から直立した側面視矩形である請求項１に記載の直接通電方式深底型硝子溶融炉。
3. 前記周壁が、前記炉底の周囲から内向きに傾斜して立ち上がった側面視台形である請求項１に記載の直接通電方式深底型硝子溶融炉。
4. 前記加熱電極の下方に、前記加熱電極より少ない熱量で前記溶融硝子を加熱する補助電極を各々配置した請求項１乃至３に記載の直接通電方式深底型硝子溶融炉。
5. 前記加熱電極が、互いに高さを違えた複数の電極群から成る請求項１乃至４に記載の直接通電方式深底型硝子溶融炉。
6. 前記溶融硝子を前記炉底から流出させるフィーダーを、炉の深さに応じて前記溶融硝子の表面のレベルより低く設置した請求項１乃至５に記載の直接通電方式深底型硝子溶融炉。
7. 硝子原料を、周壁の高さが炉底の内寸の２倍以上に設定された炉内に投入し熱溶融するステップと、
   前記硝子原料を熱溶融して得た溶融硝子を、前記周壁から互いに高さを違えて突出する複数の電極群から成る加熱電極により加熱して温度上昇させるステップと、
   前記炉内に更なる硝子原料を投入して、前記溶融硝子の表面のレベルを、前記複数の電極群の中の最も低い位置を基準として、前記加熱電極の高さの２倍以上に到達させるステップと、
   前記溶融硝子を前記加熱電極により加熱しつつ、前記溶融硝子を前記加熱電極の上方で対流させるステップと、
   前記溶融硝子を炉底から流出させるステップと、を含むことを特徴とする硝子の清澄・供給方法。
8. 前記溶融硝子を、炉の深さに応じて前記炉底から前記溶融硝子の表面のレベルより低く設置したフィーダーを通して流出させる請求項７に記載の硝子の清澄・供給方法。

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