JP2006062903A

JP2006062903A - ガラス溶融炉

Info

Publication number: JP2006062903A
Application number: JP2004246300A
Authority: JP
Inventors: Takakimi Akimoto; 隆公秋元; Tetsuji Toyoda; 哲司豊田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】簡単な構造で、炉底に堆積する異質ガラスを効率よく排出することができる異質ガラス排出部を具備するガラス溶融炉を提供する。
【解決手段】本発明のガラス溶融炉の異質ガラス排出部は、炉底に堆積した異質ガラス７を、炉底床面１に垂直に穿設された排出口２から流下させて炉外に排出するようにしたものであって、排出口２の上方に炉底床面１から離間させて排出口２の口径よりも大きい寸法の整流板３を炉底床面１に対して略平行に設置した構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス溶融炉に関し、特に、ガラス溶融炉内で溶融生成する溶融ガラスのうち、所望の溶融ガラスよりも比重が大きい異質な溶融ガラスを排出する異質ガラス排出部の構造に関する。

ガラス溶融炉においては、溶融炉を構成する耐火物が高温の溶融ガラスと接触反応して、所望のガラス（以降、所望ガラスという）と組成が異なるガラス（以降、異質ガラスという）が生成する場合がある。例えば、炉の内壁面が溶融ジルコニア系の耐火物からなるガラス溶融炉でガラスを溶融した場合、ガラスと耐火物との接触反応によってその界面に異質ガラスが生成する。このような異質ガラスはＺｒＯ₂の含有率が高いため、所望ガラスに比べて比重が大きく、溶融ガラス中を降下して炉底に堆積する。このような異質ガラスが炉底から離脱して所望ガラスに混入し、ガラス製品中に出現すると品質欠陥となるため、溶融炉の段階で除去する必要がある。

上記ガラス溶融炉の炉底に堆積する異質ガラスは、従来、耐火物からなる炉底床面に小径の貫通孔を穿設して排出口とし、炉底に堆積した異質ガラスを排出口から抜き出して除去することが行われてきた。例えば、特許文献１には、図２（Ａ）に示すように、炉底に設けられたドレン孔１０２から異質の溶融ガラス１０３を抜く場合のドレン孔１０２を通過するガラスの流れ状態が開示されている。

比重が大きい異質の溶融ガラス１０３を炉底床面のドレン孔１０２から抜き出すのは合理的であるが、実際には、良質の溶融ガラスＧより粘性が高く、炉底床面に薄い層をなしてこびりつくように堆積しているためドレン孔１０２から抜き出すのは容易ではない。このような異質の溶融ガラス１０３を除去するには、炉底床面から異質の溶融ガラス１０３を剥離するように作用させる必要があり、そのためには、異質の溶融ガラス１０３の堆積領域のガラスの流速を速くすることが必要になる。
実開昭６３−２４２３４号公報

しかしながら、異質の溶融ガラス１０３の堆積領域のガラスの流速を速くするには、ドレン孔１０２からのガラスの流出量を増加させる必要があるが、ガラスの流出量を増やしても、粘性が高い異質の溶融ガラス１０３は炉底床面から容易に離れず、図２（Ｂ）に示すように、却って粘性が低い良質の溶融ガラスＧがドレン孔１０２から多量に排出されてしまうといった意図しない逆の作用を生じることになる。

また、特許文献１には、炉底に溜まった異質の溶融ガラス１０３の排出構造として、図３（Ｃ）に示すように、異質の溶融ガラス１０３が溜まりやすい炉底面と炉後壁とのコーナー部に、ガラスの進行方向に沿って下方に傾斜するドレン孔１０４を形成し、このドレン孔１０４から異質の溶融ガラス１０３を排出するといったドレンアウト構造が開示されている。しかし、このような異質の溶融ガラス１０３の排出構造を採用するにはガラス溶融炉の設計に大幅な変更を加えることになり、炉底面に排出口を有する既設のガラス溶融炉に採用することは難しい。また、既設のガラス溶融炉では、その構造上、排出口は炉底面のいずれの領域にも形成可能であるが、上記特許文献１に記載された異質の溶融ガラス１０３の排出構造では、ドレン孔１０４の形成位置が限定され、溶融炉を設計するうえで自由度が失われる。

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、簡単な構造で、所望ガラスの排出を抑制しつつ、ガラス溶融炉の炉底に堆積する異質ガラスを効率よく排出することができる異質ガラス排出部を有するガラス溶融炉を提供することを課題とする。

本発明に係るガラス溶融炉は、炉底に堆積した異質ガラスを、炉底床面に垂直に穿設された排出口から流下させて炉外に排出するようにした異質ガラス排出部を有するガラス溶融炉において、異質ガラス排出部は、排出口の上方に炉底床面から離間させて排出口の口径より大きい寸法の板状部材を炉底床面に対して略平行に設置した構造であることを特徴とする。

本発明のガラス溶融炉に設けられる異質ガラス排出部は、排出口の上方に炉底床面から離間させて排出口の口径より大きい寸法の板状部材を炉底床面に対して略平行に設置した構造であるので、炉底床面と板状部材とによって形成された間隙を通過して排出口に向かうガラスの流速が加速され、間隙内のガラスの流動によって炉底床面に堆積している異質ガラスが剥離されて排出口から炉外に排出される。この異質ガラス排出部では、ガラスの流速が変化する領域は、炉底床面と板状部材とによって形成される間隙部分に限定されるので、ガラス溶融炉内の他の領域にある所望ガラスには影響が及ばない。

また、上記の異質ガラス排出部は、既設のガラス溶融炉の排出口の上方に、板状部材を炉底床面に対して略平行に設置するだけで容易に実現可能であるので、複雑な築炉作業を必要としない。

また、本発明のガラス溶融炉は、異質ガラス排出部を構成する板状部材が、排出口の面積に対して２５倍以上の面積を有することを特徴とし、１００倍以下の面積を有するものであることが好ましい。

板状部材は、異質ガラスの堆積領域を覆って加速するに足りる面積を有するものが好ましい。炉底床面に堆積し、板状部材によって上方を覆われた異質ガラスは、炉底床面と板状部材との間隙を、加速されたガラスが通過することよって炉底床面から剥離される。通常、ガラス溶融炉においては安定運転の面から溶融条件をできるだけ変えないことが望ましく、排出口からのガラスの排出についても常時一定量の排出とするのが好ましい。排出口からのガラスの排出を常時一定量とした場合、間隙を通過するガラスの流速は、排出口近傍が最速で、排出口の中心から遠くなるに従って遅くなる。板状部材の寸法が小さいと、炉底床面と板状部材との間隙のほぼ全域にわたって通過するガラスの流速が速く、その分、板状部材で上方を覆われた異質ガラスの剥離効果は大きいが、小さ過ぎると、異質ガラスの堆積領域を十分に覆うことができず、板状部材からはみ出た領域に堆積した異質ガラスには剥離効果が及ばなくなる。反対に、板状部材の寸法が大きいと、異質ガラスの堆積領域は十分に覆われるが、大き過ぎると、排出口から最も遠い板状部材の外周端近傍のガラスの流速が遅くなり、炉下流に向かって板状部材の上方を通過するガラスの流速が、炉底床面と板状部材との間隙に潜り込むガラスの流速を上回ることになるので、炉底床面に堆積した異質ガラスの剥離効果が得られない。

また、本発明のガラス溶融炉は、異質ガラス排出部を構成する板状部材が、排出口の上方に、排出口の口径の５分の１以上２分の１以下の範囲の高さで炉底床面から離間していることが好ましい。

板状部材は、炉底床面と板状部材とによって形成される間隙を通過するガラスの流速が所望の速さになるように炉底床面からの高さを調整して設置することが好ましい。炉底床面と板状部材との間隙は小さいほど、間隙を通過するガラスの流速が速くなり異質ガラスの剥離効果は大きいが、間隙が小さ過ぎると、ガラスの流速が速くなり過ぎて炉底床面および板状部材のそれぞれとガラスとの摩擦抵抗が大きくなり、排出口からのガラスの排出が抑制されるので、炉底床面に堆積している異質ガラスの剥離効果が減殺される。また、間隙を通過するガラスの流速が速くなり過ぎると、ガラスとの衝突により炉底床面および板状部材の損耗が激しくなり、炉底床面と板状部材がともに痩せてしまう。一方、炉底床面と板状部材との間隙が大きくなると、間隙を通過するガラスの流速が遅くなり、炉底床面に堆積した異質ガラスの剥離効果が小さくなる。この結果、排出口から排出されるガラス中の所望ガラスの割合が相対的に高くなり、溶融ガラスに無駄が生じる。

板状部材の面積および設置位置は、実際のガラス溶融炉を縮尺した模擬装置で所望ガラスおよび異質ガラスのそれぞれと比重および粘性が近似した物質を用いて、これらの物質が排出口から排出される際の流動状態を観察し、この実験結果を実際のガラス溶融炉に当てはめて最適な条件を決定するのが実用的である。このような実験結果から、板状部材の面積は、既設のガラス溶融炉の一般的な排出口を基準にした場合、排出口の面積の２５倍以上で、好ましくは１００倍以下とするのが異質ガラスの剥離効果を満足する実用的な範囲と考えられる。また、板状部材は、既設のガラス溶融炉の一般的な排出口を基準にした場合、排出口の口径の５分の１以上２分の１以下の範囲の高さに炉底床面に対して略平行に設置するのが異質ガラスの剥離効果を満足する実用的な範囲と考えられる。

本発明のガラス溶融炉によれば、炉底床面と板状部材とによって形成される間隙を通過するガラスが加速され、異質ガラス排出部を、排出口の上方に炉底床面から離間させて、排出口の口径よりも大きい寸法の板状部材を炉底床面に対して略平行に設置した構造としたので、排出口から異質ガラスを効率よく排出することができ、異質ガラスが所望ガラスに混入し製品に出現して引き起こされる品質欠陥を防止することができる。また、異質ガラスを連続して排出することができるため、ガラス溶融炉の運転を停止する必要がなく長期連続運転が可能になる。

また、本発明のガラス溶融炉は、異質ガラス排出部が、既設のガラス溶融炉の排出口の上方に、板状部材を炉底床面に対して略平行に設置するだけで容易に実現可能であるので、複雑な築炉作業を必要としない。

以下に、本発明のガラス溶融炉の実施形態を説明する。

図１は、本発明に係るガラス溶融炉の異質ガラス排出部の要部概略図であり、１は炉底床面、２は排出口、３は整流板、４は間隙、５は支持脚、６は所望ガラス、７は異質ガラスである。

図１に示すように、ガラス溶融炉の炉底床面１に垂直に穿設された排出口２の上方に、炉底床面１から離間させて板状部材として整流板３を炉底床面１に略平行に設置する。

整流板３は、溶融生成した溶融ガラス中に浸漬されるので、高温下においても物理的、化学的に安定した特性を示す材料により構成するのが好ましい。

整流板３は、異質ガラス７の堆積領域を覆うに足りる面積を有するものが好ましい。整流板３の面積は、排出口２の面積の２５倍以上で１００倍以下とするのが異質ガラス７の剥離効果を満足する実用的な範囲であり、一般のガラス溶融炉に設けられる排出口の口径２０ｍｍを基準にした場合、整流板３は円板状のものを仮定すると、直径で１００ｍｍ以上から２００ｍｍ以下の範囲にあるものであることが好ましい。なお、整流板３の形状は円板状に限らず、多角形状のものでもよい。

整流板３の設置位置は、炉底床面１と整流板３とによって形成される間隙４を通過するガラスの流速が所望の速さになるように炉底床面１からの高さを調整することが好ましい。整流板３は、排出口２の口径の５分の１以上から２分の１以下の高さに炉底床面１に対して略平行に設置するのが異質ガラス７の剥離効果を満足する実用的な範囲であり、一般のガラス溶融炉に設けられる排出口の口径２０ｍｍを基準にした場合、整流板３は炉底床面１から４ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にある高さに炉底床面１に対して平行に設置するのが好ましい。

支持脚５は、整流板３を炉底床面１に対して略平行に設置する手段であって、炉底床面１からの高さが略一定になるように整流板３を保持することができ、しかも間隙４を通過するガラスの流動を妨げないものであることが好ましい。

以下に、本発明のガラス溶融炉を構成する異質ガラス排出部の実施例について詳細に説明する。ここでは、炉底床面１に口径２０ｍｍの排出口２を有するガラス溶融炉を例にあげて説明する。

ガラス溶融炉は、一般に、高温のガラスと接触する炉側壁面（図示省略）や炉底床面１は溶融ジルコニア系の耐火物で構成される。

排出口２は、炉底床面１に口径が２０ｍｍの小孔を垂直に穿設してなる貫通孔である。排出口２からのガラスの排出量を調整するために排出口２の炉外部位に加熱装置（図示省略）が付設されている。

整流板３は、高温下において優れた耐食性を示すモリブデン（元素記号：Ｍｏ）からなる直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状部材であり、整流板３の下面に同じＭｏからなる支持脚５を４本等間隔に接合して一体化し、炉底床面１に固定した支持脚５を介して排出口２の上方に炉底床面１から４ｍｍの高さに整流板３を炉底床面１に対して略平行になるように設置し、間隙４を形成する。

整流板３及び支持脚５の材料としてＭｏを選択したのは、高温下で耐食性に優れるという理由からであるが、Ｍｏに限らず、タングステン（元素記号：Ｗ）、白金（元素記号：Ｐｔ）などが適用可能である。

図１では、炉底床面１は水平面としたが、排出口２に向かって下方に向かう傾斜面とすれば、異質ガラス７を排出口２の周辺に集積させて異質ガラス７の堆積領域を狭くすることができ、整流板３の面積を小さくしても異質ガラス７を排出口２から効率よく排出することができる。

異質ガラス７は、所望ガラス６よりもＺｒＯ₂の含有率が高いので、排出口２から排出されたガラス中のＺｒＯ₂の含有率を蛍光Ｘ線分析装置で測定し、測定値の大きさによって異質ガラス７の排出の有無及びその程度を確認することができる。すなわち、排出口２から排出されたガラスのＺｒＯ₂の含有率が、所望ガラス６のＺｒＯ₂の含有率である０．３６ｗｔ％を大きく上回る数値を示す場合、排出口２から異質ガラス７が排出されたものと認められる。

この蛍光Ｘ線分析装置を用いて、従来のガラス溶融炉の異質ガラス排出部と、本発明のガラス溶融炉の異質ガラス排出部のそれぞれの排出口２から排出されるガラスを一定時間毎に試料採取し、試料中のＺｒＯ₂の含有率を測定して比較した。

この結果、従来のガラス溶融炉の異質ガラス排出部の排出口２から排出される試料のＺｒＯ₂の平均含有率は２．３ｗｔ％であった。一方、本発明のガラス溶融炉の異質ガラス排出部の排出口２から排出される試料のＺｒＯ₂の平均含有率は５．４ｗｔ％であった。それぞれの異質ガラス排出部から排出されるＺｒＯ₂の含有率の差から、本発明のガラス溶融炉は高度に均質性を要求されるガラス製品の製造に寄与するものであると認められる。

また、整流板３を、直径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのＭｏの円板状材料で作製し、支持脚５を介して炉底床面１から１０ｍｍの高さに炉底床面１に対して略平行になるように設置し、上記と同じ方法で試料採取を行ったところ、排出口２から排出される試料のＺｒＯ₂の平均含有率は５．２ｗｔ％であり、上記口径１００ｍｍの整流板３を炉底床面１から４ｍｍの高さに設置した実施例１の場合と近似の結果が得られた。

本発明のガラス溶融炉の異質ガラス排出部は、ガラス溶融炉はもちろん、容器内に貯留された液状物質中から、比重が大きく、粘性が高い液状物質を連続的に排出する目的のものであれば利用可能である。

本発明のガラス溶融炉における異質ガラス排出部の要部概要図。従来のガラス溶融炉における異質ガラス排出部の要部概要図であって、（Ａ）はガラス溶融炉の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図、（Ｃ）は他のガラス溶融炉の縦断面図。

符号の説明

１炉底床面
２排出口
３整流板
４間隙
５支持脚
６所望ガラス
７異質ガラス

Claims

炉底に堆積した異質ガラスを、炉底床面に垂直に穿設された排出口から流下させて炉外に排出するようにした異質ガラス排出部を有するガラス溶融炉において、
前記異質ガラス排出部は、前記排出口の上方に炉底床面から離間させて前記排出口の口径より大きい寸法の板状部材を炉底床面に対して略平行に設置した構造であることを特徴とするガラス溶融炉。
板状部材が、排出口の面積に対して２５倍以上の面積を有することを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融炉。
板状部材が、排出口の上方に、排出口の口径の５分の１以上２分の１以下の範囲の高さで炉底床面から離間していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス溶融炉。