JP2006104035A - Method for removing oxygen in float bath atmosphere - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フロートバス雰囲気中において、酸素を除去する方法に関する。より具体的には、酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いて、フロートバス雰囲気中の酸素または水蒸気を接触還元させることにより、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去する方法に関する。
また、本発明は、上記した方法を用いて、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させる方法に関する。
また、本発明は、上記した方法を用いて、溶融スズ中の酸素濃度を減少させる方法に関する。
また、本発明は、上記した方法を用いて、フロートバス雰囲気に供給される水素の量を減少させる方法に関する。
The present invention relates to a method for removing oxygen in a float bath atmosphere. More specifically, the oxygen or water vapor in the float bath atmosphere is removed by catalytic reduction using a solid electrolyte having oxygen ion conductivity to remove oxygen or oxygen present in the float bath atmosphere. On how to do.
The present invention also relates to a method for reducing the oxygen concentration in a float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor using the above-described method.
The present invention also relates to a method for reducing the oxygen concentration in molten tin using the above-described method.
The present invention also relates to a method for reducing the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere using the method described above.
フロート法は、溶融スズを収容したフロートバス内に、溶融ガラスを制御された流量で連続的に流し入れることにより、平坦性の高いガラスを連続的に、かつ大量に生産することができる極めて優れた方法である。
スズを溶融状態に維持するために、フロートバス内は高温、具体的には、600℃以上に保つことが必要である。このような高温のフロートバス雰囲気中に酸素が存在すると、酸素が溶融スズ中に溶解してスズ酸化物を生じさせる。このスズ酸化物がフロートバス内を流れる溶融ガラス(ガラスリボン)に付着すると、いわゆるスズ欠点となりフロート法で製造されるガラスの歩留まりが低下する。
The float process is extremely excellent in that glass with high flatness can be produced continuously and in large quantities by continuously pouring molten glass at a controlled flow rate into a float bath containing molten tin. Is the method.
In order to maintain tin in a molten state, it is necessary to keep the inside of the float bath at a high temperature, specifically, 600 ° C. or higher. When oxygen is present in such a high-temperature float bath atmosphere, oxygen is dissolved in the molten tin to produce tin oxide. When this tin oxide adheres to the molten glass (glass ribbon) flowing in the float bath, it becomes a so-called tin defect, and the yield of the glass manufactured by the float process decreases.
酸素の侵入を防止するためにはフロートバスを完全な密閉構造とすることが好ましい。しかしながら、フロートバスはその構造上完全な密閉構造とすることは不可能である。このため、フロートバス雰囲気は、窒素および水素を導入することで還元雰囲気に保たれている。ここで、スズ欠点の発生を防止するためには、フロートバス雰囲気の水素濃度を高くすることが好ましい。しかしながら、フロートバス雰囲気への水素供給量の増加はガラスの製造コストの増加につながる。 In order to prevent oxygen from entering, it is preferable that the float bath has a completely sealed structure. However, the float bath cannot be completely sealed because of its structure. For this reason, the float bath atmosphere is kept in a reducing atmosphere by introducing nitrogen and hydrogen. Here, in order to prevent the occurrence of tin defects, it is preferable to increase the hydrogen concentration in the float bath atmosphere. However, an increase in the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere leads to an increase in glass manufacturing costs.
フロートガラスの製造時における、酸化錫欠点など、金属酸化物に由来する欠点を低減させるために、溶融金属浴(フロートバス)内の溶融金属の一部を溶融金属浴から抜き出し、酸素を除去してから溶融金属浴に戻すことにより、溶融金属中の酸素濃度を飽和溶解度未満にコントロールする方法が特許文献1に記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法は、溶融金属浴の外部で溶融金属を循環させる循環系を設けることが必要であり、また、溶融金属中の酸素を除去するために、溶融金属を溶融金属浴内における最低温度以下の温度に冷却し、溶融金属浴に戻す前に溶融金属を再度加熱することが必要である。
また、還元雰囲気によりフロートバス内の機器が劣化するのを防止するために、溶融金属浴面のうち帯状ガラス流(ガラスリボン)で覆われた領域の上部空間のガス組成と、帯状ガラス流で覆われていない領域のガス組成を異ならせる方法が特許文献2に記載されている。しかしながら、溶融金属浴の上部空間の前記2つの領域を仕切る隔壁を設けることが必要であるため、既存のフロートバスに適用するには設備の大幅な改造が必要となり、既存の設備を休止することなく改造することは現実的には不可能である。
In order to reduce defects derived from metal oxides such as tin oxide defects during float glass production, a part of the molten metal in the molten metal bath (float bath) is extracted from the molten metal bath to remove oxygen.
Moreover, in order to prevent the equipment in the float bath from deteriorating due to the reducing atmosphere, the gas composition in the upper space of the molten metal bath surface covered with the strip glass flow (glass ribbon) and the strip glass flow Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes a method for making the gas composition of the uncovered region different. However, since it is necessary to provide a partition that separates the two areas in the upper space of the molten metal bath, it is necessary to significantly modify the equipment in order to apply it to the existing float bath, and the existing equipment is suspended. It is practically impossible to remodel without it.
固体電解質セラミックを使用した乾式電気分解により、気体中に存在する水分を除去する装置が特許文献3に開示されている。しかしながら、特許文献3に開示の水分除去装置は、特許文献3において従来技術として記載されている気体中の水分を乾燥剤に吸着させて除去する吸着装置、液体窒素等を冷媒とするコールドトラップによる水分吸着装置、ゲッター方式の装置等と同じく、空気中の水分を除去して乾燥空気を得ることを目的とするものである。このため、特許文献3に記載の水分除去装置では、発明が解決すべき課題が水分除去装置の小型化であるとされている。また、特許文献3に記載の水分除去装置は、円筒形をした電解質隔壁の内周側に形成された一次流路に水分を除去しようとするプロセスガスを導入するものである。したがって、極めて限定された空間内で気体中の水分を局所的に除去することを目的とする。
すなわち、フロートバスにおけるスズ欠点の発生を防止するためには、フロートバス雰囲気中に水素を導入して、該フロートバス雰囲気を還元雰囲気とすることが必要だと考えられていた。他の方法として、特許文献1または2に記載の方法が提案されているが、既存のフロートバスでこれらの方法を実施するには、設備を改造することが必要となる。
一方、固体電界質セラミックを使用した乾式電気分解により、気体中の水分を除去する装置が特許文献3に開示されているが、該装置は極めて限定された空間内で気体中の水分を局所的に除去することを目的とするものであり、該装置をフロートバス雰囲気のような大規模領域に適用して、該雰囲気中の酸素を除去することは実施されておらず、検討もされていなかった。
That is, in order to prevent the occurrence of tin defects in the float bath, it has been considered necessary to introduce hydrogen into the float bath atmosphere to make the float bath atmosphere a reducing atmosphere. As another method, a method described in
On the other hand,
したがって、本発明は、フロートバスにおけるスズ欠点の発生を防止するための新規の方法を提供することを本質的な課題とする。
この課題を解決するために、本発明は、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、この課題を解決するために、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させる方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、この課題を解決するために、溶融スズ中の酸素濃度を減少させる方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、還元雰囲気に保つためフロートバス雰囲気に供給される水素の量を減少させる方法を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a novel method for preventing the occurrence of tin defects in a float bath.
In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide a method for removing oxygen present in the state of oxygen or water vapor in a float bath atmosphere.
Another object of the present invention is to provide a method for reducing the oxygen concentration in a float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor in order to solve this problem.
Another object of the present invention is to provide a method for reducing the oxygen concentration in molten tin in order to solve this problem.
It is a further object of the present invention to provide a method for reducing the amount of hydrogen supplied to a float bath atmosphere to maintain a reducing atmosphere.
上記の目的を達成するため、本発明は、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去する方法であって、
第1の薄層電極、酸素イオン伝導性を有する固体電解質セラミックからなる薄層構造の基体および第2の薄層電極がこの順に積層された酸素除去手段を、前記第1の薄層電極がフロートバス雰囲気に接し、前記第2の電極がフロートバス外の雰囲気に接するように配置し、前記第1の薄層電極に負電荷、前記第2の薄層電極に正電荷を印加して、フロートバス雰囲気中に存在する酸素または水蒸気を前記第1の薄層電極で接触還元させて、前記酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を前記第2の薄層電極を介してフロートバス外の雰囲気に放出させることにより、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去する方法(以下、単に「本発明の酸素除去方法」という場合もある。)を提供する。
To achieve the above object, the present invention is a method for removing oxygen present in the state of oxygen or water vapor in a float bath atmosphere,
A first thin layer electrode, an oxygen removing means in which a substrate having a thin layer structure made of a solid electrolyte ceramic having oxygen ion conductivity and a second thin layer electrode are laminated in this order, the first thin layer electrode being floated Arranged in contact with the bath atmosphere, the second electrode in contact with the atmosphere outside the float bath, and applying a negative charge to the first thin layer electrode and a positive charge to the second thin layer electrode to float Oxygen or water vapor present in the bath atmosphere is contact-reduced by the first thin layer electrode, and oxygen present in the state of oxygen or water vapor is transferred to the atmosphere outside the float bath via the second thin layer electrode. By releasing, there is provided a method for removing oxygen existing in the state of oxygen or water vapor in a float bath atmosphere (hereinafter sometimes simply referred to as “oxygen removal method of the present invention”).
前記酸素除去手段において、前記基体は、一端が開口した有底筒形状であり、前記第1の薄層電極は有底筒形状をした前記基体の外面に形成され、前記第2の薄層電極は有底筒形状をした前記基体の内面に形成されていることが好ましい。
ここで、前記酸素除去手段の前記有底筒形状をした基体内部にガスを流通させることにより、前記第2の薄層電極を介して前記基体内部に移動した酸素をフロートバス外の雰囲気に放出させることが好ましい。
In the oxygen removing means, the base has a bottomed cylindrical shape with one end opened, and the first thin layer electrode is formed on an outer surface of the bottomed cylindrical shape, and the second thin layer electrode Is preferably formed on the inner surface of the base having a bottomed cylindrical shape.
Here, by allowing gas to flow inside the bottomed cylindrical base of the oxygen removing means, oxygen that has moved inside the base is released to the atmosphere outside the float bath via the second thin layer electrode. It is preferable to make it.
本発明の酸素除去方法において、前記固体電解質セラミックは、安定化ジルコニアからなることが好ましい。
本発明の酸素除去方法において、前記第1および第2の薄層電極は、各々白金、チタンカーバイド、チタンナイトライド、グラファイト、グラッシーカーボンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
In the oxygen removal method of the present invention, the solid electrolyte ceramic is preferably made of stabilized zirconia.
In the oxygen removal method of the present invention, the first and second thin layer electrodes are preferably at least one selected from the group consisting of platinum, titanium carbide, titanium nitride, graphite, and glassy carbon.
また、本発明は、上記した本発明の酸素除去方法を用いて、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させる方法(以下、単に「本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法」という場合もある。)を提供する。 The present invention also provides a method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration existing in the state of water vapor (hereinafter simply referred to as “in the float bath atmosphere of the present invention”) using the above-described oxygen removal method of the present invention. It is also sometimes referred to as a “method of reducing the oxygen concentration of”.
また、本発明は、上記した本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法を用いて、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることにより、該酸素濃度と平衡状態にある溶融スズ中の酸素濃度を減少させる方法を提供する。 In addition, the present invention uses the above-described method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere to reduce the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor, thereby reducing the oxygen concentration. A method is provided for reducing the oxygen concentration in molten tin that is in equilibrium with the concentration.
また、本発明は、上記した本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法を用いて、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることにより、フロートバス雰囲気に供給される水素の量を減少させる方法を提供する。 The present invention also provides a float bath by reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor using the above-described method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere. A method is provided for reducing the amount of hydrogen supplied to an atmosphere.
本発明の酸素除去方法は、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去することにより、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることができる。
本発明の酸素除去方法は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質セラミック製の基体の内表面および外表面に薄層電極を形成した構成であり、一端が開口した有底筒形状をした酸素除去手段をフロートバスの側壁部から挿入することで実施できる。このため、フロートバス外に溶融金属が循環する循環系を設けたり、溶融金属浴の上部空間に隔壁を設けることが必要な従来の方法に比べて、既存のフロートバスで実施する場合に、設備に要する改造が少なくてすむ。
The oxygen removal method of the present invention can reduce the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the water vapor state by removing oxygen present in the state of oxygen or water vapor in the float bath atmosphere. it can.
The oxygen removing method of the present invention has a structure in which thin layer electrodes are formed on the inner surface and the outer surface of a solid electrolyte ceramic substrate having oxygen ion conductivity, and has a bottomed cylindrical shape with one end opened. Can be implemented by inserting from the side wall of the float bath. For this reason, compared with the conventional method that requires a circulation system for circulating molten metal outside the float bath or a partition wall in the upper space of the molten metal bath, the equipment is used when the existing float bath is used. Less remodeling is required.
本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法は、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることにより、フロートガラス製造時におけるスズ欠点の発生が防止され、フロートガラスの歩留まりが向上する。
本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法によれば、フロートバス中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることで、溶融スズ中の酸素濃度を減少させることができる。そして、溶融スズ中の酸素濃度が減少されることにより、該溶融スズ中でのスズ酸化物の生成が効果的に防止される。溶融スズ中の酸素濃度を減少させることで、溶融スズの温度が低いフロートバス下流側であっても、溶融スズ中の酸素濃度が飽和溶解度未満に保つことができる。これは、溶融スズ中でのスズ酸化物の生成を防止するのに特に有効である。
In the method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere of the present invention, the occurrence of tin defects during the production of float glass is prevented by reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor. The yield of float glass is improved.
According to the method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere of the present invention, the oxygen concentration in the molten tin can be reduced by reducing the oxygen concentration in the float bath or the oxygen concentration present in the state of water vapor. it can. And the production | generation of the tin oxide in this molten tin is effectively prevented by reducing the oxygen concentration in molten tin. By reducing the oxygen concentration in the molten tin, the oxygen concentration in the molten tin can be kept below the saturation solubility even on the downstream side of the float bath where the temperature of the molten tin is low. This is particularly effective in preventing the formation of tin oxide in the molten tin.
本発明の方法によれば、フロートバス雰囲気の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることにより、還元雰囲気にすることを目的に、フロートバス雰囲気に供給される水素の量を削減することができる。これにより、フロートガラスの製造コストを削減することができる。 According to the method of the present invention, by reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere or the oxygen concentration present in the state of water vapor, the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere is reduced for the purpose of reducing the atmosphere. can do. Thereby, the manufacturing cost of float glass can be reduced.
以下、図面を参照して本発明についてさらに説明する。
図1(a)は、本発明の酸素除去方法に使用する酸素除去手段の側面図であり、図1(b)は該酸素除去手段の側部断面図である。図1(a)、(b)に示す酸素除去手段1は、一端が開口した有底筒形状した基体2と、該基体2の開口端に取り付けられたキャップ6とで構成される。有底筒形状をした基体2は、酸素イオン(O2-)伝導性を有する固体電解質セラミック製である。基体2の外面および内面には、各々薄層電極3,4が形成されている。すなわち、基体2外面側から見た場合に、酸素除去手段1は、薄層電極3、基体2および薄層電極4がこの順に積層された構造を有する。
The present invention will be further described below with reference to the drawings.
FIG. 1A is a side view of oxygen removing means used in the oxygen removing method of the present invention, and FIG. 1B is a side sectional view of the oxygen removing means. The oxygen removing means 1 shown in FIGS. 1A and 1B includes a
基体2の内面に積層された薄層電極4の一部は、基体2の開口端部で折り返されて基体2の外面上に引き出されている。すなわち、基体2の外面上には、薄層電極3と、薄層電極4の一部が存在している。このような構成であることにより、酸素除去手段1は、外部電源から容易に直流電圧を印加することができる。なお、薄層電極4の基体2の外面に位置する部分と薄層電極3との間で短絡が生じないように、両薄層電極3,4の間に相当する部分に基体2材料である固体電界質セラミックを露出させた部位(絶縁部)9を設けることで、両電極3,4間が絶縁されている。
A part of the
基体2の開口端部に取り付けられたキャップ6には、各々気体が流通可能な中空管である、ガス供給管7および排出管8が取り付けられている。詳しくは後で述べるが、本発明の方法を実施する際には、ガス供給管7から窒素または乾燥空気のようなガスが基体2内部に供給される。そして基体2内部に供給されたガスは排出管8から放出される。すなわち、ガス供給管7、基体2内部および排出管8の順番でガスが流通する流路が形成される。このような構成を有することにより、薄層電極3での接触還元によってフロートバス雰囲気から基体2内部へと移動した酸素は、ガスの流れによって基体2内部から除去される。
A gas supply pipe 7 and a
基体2を構成する材料は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質セラミックから広く選択することができる。基体2材料として使用可能な固体電解質セラミックとしては、具体的には、イットリア、マグネシア、カルシア、セリア、スカンジア、アルミナ等で安定化された安定化ジルコニアが挙げられる。これらの中でも、高温下で特性が安定であり、かつ酸素イオン伝導性に優れることから、イットリア、マグネシア、カルシア、セリアまたはスカンジアで安定化された安定化ジルコニアが好ましい。このような安定化ジルコニアの具体例としては、(Sc2O3)0.1(ZrO2)0.9で表されるスカンジアで安定化された安定化ジルコニアが好適なものとして挙げられる。また、イットリアで安定化された安定化ジルコニアの具体例としては、市販品として、株式会社ニッカトーのZR−6Y(Y2O36mol%ドープ)、ZR−8Y(Y2O38mol%ドープ)が存在する。また、マグネシアで安定化された安定化ジルコニアの具体例として、市販品として、株式会社ニッカトーのZR−9M(9mol%マグネシアドープ)、ZR−15M(15mol%マグネシアドープ)が存在する。また、カルシアで安定化された安定化ジルコニアの具体例として、市販品として、株式会社ニッカトーのZR−11(11mol%カルシアドープ)、ZR−15(15mol%カルシアドープ)が存在する。これらの中でも、(Sc2O3)0.1(ZrO2)0.9およびZR−8Yが特に好ましい。
The material which comprises the base |
薄層電極3,4の材料は、酸素イオン伝導性を有し、比抵抗値が小さく、フロートバス雰囲気、すなわち600〜1200℃の高温で、かつガス組成が窒素および水素からなる還元雰囲気に耐えられることが必要となる。さらに、基体2内部は、フロートバス雰囲気と接触する薄層電極3で接触還元された酸素が移動してくるため酸素リッチになる。このため、基体2の内面に形成される薄層電極4は、耐酸化性に優れることも要求される。これらを満たす電極材料としては、白金、チタンカーバイド、チタンナイトライド、グラファイト、グラッシーカーボン等が挙げられる。これらの中でも酸素イオン伝導性に優れ、比抵抗値が小さく、耐還元性および耐酸化性のいずれにも優れることから白金が特に好ましい。
The material of the
薄層電極3,4の厚さは、酸素イオン伝導性が損なわれない限り特に限定されない。例えば、薄層電極材料に白金を使用する場合、基体2外面の絶縁部9に相当する部位にマスクをした状態で、基体2の内面および外面に厚さ30μm程度になるように白金を無電解メッキすればよい。この場合、絶縁部9は薄層電極3,4間に設けられた高さ30μm程度の凹部である。
The thickness of the
キャップ6、ガス供給管7および排気管8は、使用時にフロートバス外の雰囲気中に存在するため、基体2および薄層電極3,4に比べて材料に関する制約が少ない。具体的には、これらは、加工性、機械的強度、耐候性、基体2との接合しやすさといった観点で材料を選択すればよい。後述する実施例では、キャップ6、ガス供給管7および排気管8として、それぞれステンレス鋼製のものを使用した。但し、キャップ6、ガス供給管7および排気管8の材料はこれに限定されず、通常の鋼材やステンレス鋼以外の合金鋼、またはアルミニウムのような他の金属材料であってもよく、またはアルミナ、ムライト等のセラミック材料であってもよい。なお、基体2とキャップ6との接合、およびキャップ6とガス供給管7または排気管8との接合は、公知の接合手段、具体的には例えば、有機系または無機系の接着剤を用いてもよく、金属ハンダまたはガラスハンダを用いてもよい。後述する実施例では、キャップ6と、ガス供給管7および排気管8との接合は金属ハンダを用いて実施した。上記したように、キャップ6は主として導電性の材料で作製されるため、基体2とキャップ6との結合には、絶縁目的を兼ねてジルコニア系の接着剤を使用した。
Since the
図2は、本発明の酸素除去方法を説明するための図であり、フロートバスが模式的に示されている。図2において、フロートバス10は、溶融スズ20を収容するバス部11と、バス11の上方に位置し、フロートバス雰囲気を外部から隔離する天井部12および側壁部121とから構成される。
溶融スズ20上には、リボン状の溶融ガラス(ガラスリボン)30が浮かんでおり、フロートバス10中を下流方向へと移動する。図2においては、紙面手前側または奥側がガラスリボン30の移動方向である。
FIG. 2 is a view for explaining the oxygen removing method of the present invention, and schematically shows a float bath. In FIG. 2, the
A ribbon-like molten glass (glass ribbon) 30 floats on the
本明細書において、フロートバス雰囲気とは、バス部11と、天井部12および側壁部121とで囲まれた空間の雰囲気を指す。フロートバス雰囲気の温度は、フロートバス10の仕様および、フロートバス10内における位置にもよるが、600〜1200℃の範囲である。また、フロートバス雰囲気のガス組成は、窒素と水素との混合ガス(水素含有量4〜10vol%)からなる。一例を挙げると、水素10vol%、窒素90vol%の混合ガスである。
In this specification, the float bath atmosphere refers to an atmosphere of a space surrounded by the
スズ欠点を防止するためには、フロートバス雰囲気は外部から完全に隔離されて、実質的に無酸素状態であることが望ましい。しかしながら、フロートバス10の構造上、フロートバス雰囲気への酸素の侵入を完全に防止することは不可能である。高温かつ還元雰囲気のフロートバス雰囲気に侵入した酸素は、フロートバス雰囲気中の水素と反応して水蒸気の状態で通常は存在している。
In order to prevent tin defects, it is desirable that the float bath atmosphere be completely isolated from the outside and be substantially oxygen-free. However, due to the structure of the
本発明の酸素除去方法は、主としてフロートバス雰囲気中に水蒸気の状態で存在する酸素を除去することを目的とし、結果的にフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させることを目的とする。
本発明の酸素除去方法を実施する場合、図2に示すように、図1に示した酸素除去手段1をフロートバス10の側壁部121からフロートバス雰囲気内に挿入する。ここで重要な点としては、酸素除去手段1はフロートバス雰囲気中に完全には挿入されない。具体的には、有底筒形状をした酸素除去手段1の底部側はフロートバス雰囲気中に配置され、開口端、すなわちキャップ6が取り付けられた側は、フロートバス外の雰囲気中に配置されるようにする。この条件を満たす限り、酸素除去手段1はその大部分がフロートバス雰囲気中に配置されることが好ましい。これにより、フロートバス雰囲気中で酸素または水蒸気の接触還元に使用される薄層電極3の有効面積が増加する。但し、外部電源50から直流電圧を印加する都合上、薄層電極3の少なくとも一部と、薄層電極4の基体2の外面上に引き出された部分は、フロートバス外の雰囲気に配置されることが好ましい。
The oxygen removal method of the present invention is mainly intended to remove oxygen present in the state of water vapor in the float bath atmosphere, and as a result, to reduce the oxygen concentration in the float bath atmosphere.
When carrying out the oxygen removing method of the present invention, the oxygen removing means 1 shown in FIG. 1 is inserted into the float bath atmosphere from the
上記したように、薄層電極3および4は、白金等の酸素イオン導電性の材料からなる厚さ30μm程度の薄膜である。したがって、一般に耐火レンガ製である側壁部121から酸素除去手段1を挿入する際に薄層電極3および4が損傷するおそれがある。このため、図2では、薄層電極3および4の損傷を防止するために、酸素除去手段1の外周上の側壁部121と当接する部位に保護管100が取り付けられている。保護管100は、フロートバス雰囲気の高温および還元雰囲気に耐えることができ、かつ十分な機械的強度を有する材料製である。このような材料としては、アルミナ、ムライト等のセラミックを用いることができる。
As described above, the
酸素除去手段手段1の寸法は、特に限定されず、種々の条件、具体的にはたとえば、側壁部121の厚さを含めたフロートバス10の寸法、要求される酸素の除去レベル、使用する酸素除去手段1の本数等に応じて適宜選択することができる。但し、酸素除去手段1は、図2に示すように、フロートバス雰囲気内に挿入された部分の長さが溶融スズ20のガラスリボン30で覆われていない部分の幅と実質的に同程度またはそれ以上であることが好ましい。
溶融スズ20のガラスリボン30で覆われていない部分では、以下の理由によりスズ酸化物が生成しやすいことが知られている。第1に、フロートバス雰囲気中の酸素または水蒸気の状態で存在する酸素が溶融スズ20中に直接溶解することができる。この結果として、スズ酸化物が生成する。第2に、溶融スズが気化することにより、フロートバス雰囲気中の酸素または水蒸気の状態で存在する酸素と反応することでスズ酸化物が生成する。
したがって、フロートバス雰囲気のうち、溶融スズ20のガラスリボン30で覆われていない部分で、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去し、フロートバス雰囲気中の酸素濃度または水蒸気の状態で存在する酸素濃度を減少させることは、フロートバスでのスズ酸化物の発生、およびそれによるスズ欠点の発生を防止するうえで好ましい。
The dimensions of the
It is known that tin oxide is likely to be generated in the portion of the
Therefore, in the float bath atmosphere, the oxygen that is present in the state of oxygen or water vapor is removed at the portion not covered with the
本発明の方法を実施する場合、キャップ6に取り付けられたガス供給管7から酸素除去手段1(基体2)内部に窒素または乾燥空気等のガスを供給して、ガス供給管7、酸素除去手段1内部および排気管8の順でガスが流通する経路を形成する。
続いて、酸素除去手段1(基体2)外面に設けられた薄層電極3に負電荷、内面に設けられた薄層電極4に正電荷が印加されるように、外部電源50から直流電圧を印加する。別の言い方をすると、フロートバス雰囲気と接触する薄層電極3を外部電源50の陰極に接続し、フロートバス外の雰囲気と接触する薄層電極4を外部電源50の陽極と接続する。
When carrying out the method of the present invention, a gas such as nitrogen or dry air is supplied from the gas supply pipe 7 attached to the
Subsequently, a DC voltage is applied from the
正電荷が印加された薄層電極3では、フロートバス雰囲気中の酸素または水蒸気が接触還元される。酸素(O2)の場合には、酸素イオン(O2-)に還元される。酸素イオンは基体2を構成する固体電解質を通過して薄層電極4へと移動する。酸素イオンは、正電荷が印加された薄層電極4で酸化されて酸素(O2)に戻され酸素除去手段1の内部に放出される。水蒸気の場合は、水素および酸素に電気分解される。酸素は上記と同様に酸素除去手段1内部に放出される。一方、水素は、薄層電極3が接触するフロートバス雰囲気中に放出される。上記したように、酸素除去手段1内部にはガスが供給されているので、酸素除去手段1内部に放出された酸素はこのガスによって外部へと除去される。
In the
このようにして、フロートバス雰囲気から酸素が除去されて、フロートバス雰囲気中の酸素濃度が減少される。なお、本発明の根本的な目的は、フロート法でガラスを製造する際のスズ欠点の防止であるので、フロートバス雰囲気全体として酸素濃度が減少されることは必ずしも必要ではなく、フロートバス雰囲気中の特定の部分で酸素濃度が減少することにより、スズ欠点の発生が防止されればよい。したがって、フロートバス雰囲気全体として見た場合に、酸素濃度が減少することは必ずしも必要ではなく、スズ欠点の原因となるスズ酸化物が主として発生する部分、すなわち、フロートバス雰囲気のうち、溶融スズ20のガラスリボン30で覆われていない部分に相当する部分で酸素濃度が減少されることが好ましい。
In this way, oxygen is removed from the float bath atmosphere, and the oxygen concentration in the float bath atmosphere is reduced. In addition, since the fundamental object of the present invention is to prevent tin defects when producing glass by the float process, it is not always necessary to reduce the oxygen concentration in the entire float bath atmosphere. It is only necessary to prevent the occurrence of tin defects by reducing the oxygen concentration at a specific portion of the above. Therefore, when viewed as the entire float bath atmosphere, it is not always necessary to reduce the oxygen concentration. In the float bath atmosphere,
フロートバス雰囲気の温度は、フロートバス10内で一様ではなく、フロートバス10の上流側が高く、下流に行くに従って低くなる。本発明の方法を実施する場合、酸素除去手段1は、フロートバス雰囲気の温度が高い、フロートバス10の上流側に設置することが好ましい。この理由として、基体2を構成する固体電解質は、一般に温度が上昇するほど電気伝導度が増加する。基体2材料として好適な固体電解質である安定化ジルコニアについても同様である。電気伝導度が増加すると、媒体である酸素イオンの輸送率も増加するので、酸素除去手段1内部に放出される酸素の量が増加する。
The temperature of the float bath atmosphere is not uniform in the
また、酸素除去手段1内部に放出される酸素の量は、原理的には薄層電極3、4に印加される直流電流の大きさにしたがって増加する。但し、後で実施例に示すように、酸素除去手段1内部に放出される酸素の量は、薄層電極3、4における変換効率(薄層電極3では酸素から酸素イオンへの変換効率、薄層電極4では酸素イオンから酸素への変換効率)により、ある段階で飽和に達する。したがって、薄層電極3、4に印加する直流電流の大きさは、使用する酸素除去手段1、具体的には薄層電極3、4の材質、表面積または厚さ、基体2を構成する固体電解質の種類または厚さ、フロートバス雰囲気の温度またはガス組成等の種々の条件に応じて適宜選択すればよい。例えば、後に示す実施例では、0.1A〜0.3Aの直流電流を印加した。
In principle, the amount of oxygen released into the oxygen removing means 1 increases according to the magnitude of the direct current applied to the
また、本発明は、本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法を用いて、溶融スズ中の酸素濃度を減少させる方法を提供する。
フロートバス雰囲気中の酸素分圧P(O2)および溶融スズ中の酸素活量a(O)は下記式で表される関係を有する。
a(O)={(P(O2))×exp(−ΔG/RT)}1/2
ここで、a(O):酸素活量
P(O2):酸素分圧
ΔG=−88.816+0.02234×T
R=1.98648
上式の関係によれば、フロートバス雰囲気中の酸素分圧を下げれば、溶融スズ中の酸素活量、別の言い方をすると、溶融スズ中の酸素濃度を下げることができることになる。そして、フロートバス中の酸素分圧は、フロートバス雰囲気中の酸素濃度と直接関連する。したがって、本発明の方法を用いてフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させることで、溶融スズ中の酸素濃度を減少させることができる。溶融スズ中の酸素濃度が減少することで、溶融スズ中でのスズ酸化物の生成を防止することができ、それによるスズ欠点の発生を防止することができる。
The present invention also provides a method for reducing the oxygen concentration in molten tin using the method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere of the present invention.
The oxygen partial pressure P (O 2 ) in the float bath atmosphere and the oxygen activity a (O) in the molten tin have a relationship represented by the following formula.
a (O) = {(P (O 2 )) × exp (−ΔG / RT)} 1/2
Here, a (O): oxygen activity P (O 2 ): oxygen partial pressure ΔG = −88.816 + 0.02234 × T
R = 1.98648
According to the above equation, if the oxygen partial pressure in the float bath atmosphere is lowered, the oxygen activity in the molten tin, in other words, the oxygen concentration in the molten tin can be lowered. The oxygen partial pressure in the float bath is directly related to the oxygen concentration in the float bath atmosphere. Therefore, the oxygen concentration in molten tin can be reduced by reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere using the method of the present invention. By reducing the oxygen concentration in the molten tin, it is possible to prevent the formation of tin oxide in the molten tin, thereby preventing the occurrence of tin defects.
図3は、溶融スズの温度(T(℃))と、溶融スズ中の酸素活量(a(O)(ppm))の関係を示したグラフであり、H2=8%、露点=−30℃での関係を示している。図3から明らかなように、溶融スズ中の酸素活量は、溶融スズの温度の低下に従って減少する。このため、温度が低いフロートバスの下流側では、溶融スズ中の酸素濃度が酸素活量を超えた状態、すなわち過飽和になっている場合もある。溶融スズ中に酸素が過飽和している状態では、スズ酸化物が特に生成しやすくなることが知られている。そのため、スズ欠点を防止するためには、溶融スズ中の酸素濃度を常に酸素活量未満に保持することが重要である。本発明によれば、溶融スズ中の酸素濃度を減少させることにより、温度の低いフロートバスの下流側であっても、溶融スズ中の酸素濃度を酸素活量未満に保持することができる。
したがって、酸素除去手段は、溶融スズの温度が高く、該溶融スズ中の酸素活量が高いフロートバスの上流側に設置することが好ましい。酸素除去手段を溶融スズ中の酸素活量の高いフロートバスの上流側に設置して、溶融スズ中の酸素濃度を予め減少させておけば、溶融スズがフロートバスの下流側に到達して、溶融スズの温度が下がり、該溶融スズ中の酸素活量が下がっても、溶融スズ中の酸素濃度を酸素活量未満に保持することができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of molten tin (T (° C.)) and the oxygen activity in molten tin (a (O) (ppm)), H 2 = 8%, dew point = −. The relationship at 30 ° C. is shown. As is apparent from FIG. 3, the oxygen activity in the molten tin decreases as the temperature of the molten tin decreases. For this reason, on the downstream side of the float bath where the temperature is low, the oxygen concentration in the molten tin may exceed the oxygen activity, that is, it may be supersaturated. It is known that tin oxide is particularly easily generated when oxygen is supersaturated in molten tin. Therefore, in order to prevent tin defects, it is important to always keep the oxygen concentration in the molten tin below the oxygen activity. According to the present invention, by reducing the oxygen concentration in the molten tin, the oxygen concentration in the molten tin can be kept below the oxygen activity even on the downstream side of the low temperature float bath.
Therefore, it is preferable to install the oxygen removing means upstream of the float bath where the temperature of molten tin is high and the oxygen activity in the molten tin is high. If the oxygen removal means is installed upstream of the float bath having a high oxygen activity in the molten tin and the oxygen concentration in the molten tin is reduced in advance, the molten tin reaches the downstream side of the float bath, Even when the temperature of the molten tin decreases and the oxygen activity in the molten tin decreases, the oxygen concentration in the molten tin can be kept below the oxygen activity.
また、本発明によれば、フロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させることにより、還元雰囲気にするために、フロートバス雰囲気に供給される水素量を削減することができる。すなわち、本発明は、上記したフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法を用いることにより、フロートバス雰囲気に供給される水素量を削減する方法を提供する。
後に示す実施例で得られた酸素の除去量(0.58mL/min(直流電流0.2A印加)を基に試算すると、本発明のフロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させる方法を実施しなかった場合と比較すると、フロートバス雰囲気に供給される水素量を40%程度削減することができる。
Further, according to the present invention, the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere can be reduced in order to obtain a reducing atmosphere by reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere. That is, the present invention provides a method for reducing the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere by using the method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere.
When the oxygen removal amount (0.58 mL / min (applied with a direct current of 0.2 A applied)) obtained in the examples described later is calculated, the method for reducing the oxygen concentration in the float bath atmosphere of the present invention is not implemented. As compared with the case of the case, the amount of hydrogen supplied to the float bath atmosphere can be reduced by about 40%.
以上、図面を用いて本発明の方法を説明したが、本発明の方法は図示した形態に限定されない。例えば、図2では、フロートバス10の側壁部121から酸素除去手段1が挿入されているが、実施可能であれば天井部12から酸素除去手段を挿入してもよい。また、酸素除去手段1として、一端が開口した有底筒形状のものが使用されているが、酸素除去手段は、第1の薄層電極、薄層構造の基体および第2の薄層電極がこの順に積層されており、かつ第1の薄層電極がフロートバス雰囲気に接し、第2の電極がフロートバス外の雰囲気に接するものであればよい。したがって、フロートバス10の天井部12または側壁部121の全部または一部を、第1の薄層電極、薄層構造の基体および第2の薄層電極がこの順で積層させた積層体で形成したのでもよい。但し、既存のフロートバスで本発明の方法を実施する場合、フロートバスに要する改造の程度と、得られる酸素濃度の減少効果とのバランスから、図1に示す酸素除去手段1を使用することが好ましい。
また、フロートバス雰囲気中の酸素濃度を減少させて、スズ系欠点の発生を防止することができるのであれば、フロートバスの上流側ではなく、他の部分、例えば下流側で実施してもよい。
As mentioned above, although the method of this invention was demonstrated using drawing, the method of this invention is not limited to the form shown in figure. For example, in FIG. 2, the
Further, as long as the oxygen concentration in the float bath atmosphere can be reduced to prevent the occurrence of tin-based defects, it may be carried out not at the upstream side of the float bath but at other portions, for example, the downstream side. .
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
本実施例では、図1に示す酸素除去手段1を使用した。酸素除去手段1は、有底筒形状(開口端の内径17mm、外径21mm、長さ600mm)をしたイットリア安定化ジルコニア(Y2O3 8mol%ドープ、安定化度100%)製の基体2の内面および外面に白金を無電解メッキすることで薄層電極3、4を形成した。ここで安定化度100%とは、同組成の焼結体を作製、粉砕し、X線回折により結晶性を評価した際に全て立方晶のみで構成されている場合をいう。
基体2外面側にメッキする際には、絶縁部9を形成するために、外面の一部にマスクをした状態でメッキした。また、基体2の開口端にステンレス製のキャップ6を市販のジルコニア系接着剤(Respond(商標名)904、COTRONICS社製)を用いて固定した。なおキャップ6には、内径4mm、外径6mmの2本のステンレス管がガス供給管7および排気管8として取り付けられている。
Hereinafter, the present invention will be further described by examples.
In this example, the oxygen removing means 1 shown in FIG. 1 was used. The
When plating on the outer surface side of the
上記に従って作成した酸素除去手段1を図2に示すように、フロートバス10の側壁部121からフロートバス10内部に挿入した。なお、酸素除去手段1は先端部が側壁部121から200mmの位置になるように、溶融スズ20の液面から200mm上方の位置に挿入した。挿入時に薄層電極3、4が損傷するのを防止するために、酸素除去手段1の外面にアルミナ製の保護管100を取り付けた状態で挿入された。酸素除去手段1と保護管100、および保護管100と側壁部121壁面の貫通部とは、水ガラスを用いて接合した。酸素除去手段1は、フロートバスの10の上流側に取り付けられた。
The oxygen removing means 1 prepared according to the above was inserted into the
酸素除去手段1が挿入された部分付近のフロートバス雰囲気は以下の通りであった。
温度:約1100℃
ガス組成:窒素約90vol%、水素約10vol%
The float bath atmosphere near the portion where the
Temperature: about 1100 ° C
Gas composition: nitrogen about 90 vol%, hydrogen about 10 vol%
酸素除去手段1には、ガス供給管7から窒素ガスを30mL/minで供給した。酸素除去手段1に供給された窒素ガスは、排気管8から排出される。排気管8には、酸素濃度計60と接続されており、酸素除去手段1から排出されたガス中の酸素濃度を分析した。
酸素除去手段1(基体2)内部が十分に窒素置換されたことを酸素濃度計60で確認した後、薄層電極3に負電荷、薄層電極4に正電荷が印加されるように、外部電源50から直流電流を印加した。なお、直流電流は、0.1A(4V)、0.2A(6V)、0.25A(7V)または0.3A(8V)印加した。直流電流印加開始後、酸素除去手段1から排出されるガス中の酸素濃度を酸素濃度計60により分析した。直流電流印加開始60分後から65分後までに測定された酸素濃度の平均値を酸素除去量とした。結果を図4に示した。
Nitrogen gas was supplied from the gas supply pipe 7 to the oxygen removing means 1 at 30 mL / min. The nitrogen gas supplied to the
After confirming with the
さらに、フロートバス雰囲気内の露点を測定して、得られた結果に基づいて水蒸気濃度を求めた。具体的には、図2に示す酸素除去手段1と同様に、フロートバス10の側壁部121から露点計測装置(静電容量方式)のステンレス管をその先端がフロートバス10の側壁部121壁面から0mm、100mmおよび200mmの位置になるように挿入して、直流電流(0.1A)印加開始後300分後から30分間かけて露点を測定した。得られた露点の測定値に基づいて、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度を求めた。なお、同様の手順で予め直流電流印加前の露点を測定して、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度を求めておいた。結果を図5に示した。図5は、フロートバス10の側壁部121壁面から露点計測装置のステンレス管の先端までの距離(露点計測位置)と、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度との関係を示したグラフであり、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度は、露点計測位置0mmにおける直流電流印可開始前の水蒸気濃度に対する相対比として示している。図5から明らかなように、直流電流印加前の水蒸気濃度は、露点計測位置が200mmから0mmへと小さくなるにつれて著しく増加する。この部分は、溶融スズ20がガラスリボン30で覆われていない部分に相当すると考えられる。そして、直流電流を印可することにより、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度が著しく減少したことが確認された。よって、フロートバス雰囲気中の水蒸気濃度が減少したことにより、水蒸気の状態で存在する酸素濃度、すなわち、酸素が減少することとなる。
また、これらの露点計測位置は、上記のとおり、溶融スズ20がガラスリボン30で覆われていない部分に相当するため、フロートバス雰囲気のこの部分で酸素濃度が減少することにより、溶融スズ20中の酸素濃度が減少し、溶融スズ20中の酸素濃度を酸素活量未満に保持することができる。この結果、溶融スズ20中のスズ酸化物の生成を防止することができ、スズ欠点の発生を防止することができる。
Furthermore, the dew point in the float bath atmosphere was measured, and the water vapor concentration was determined based on the obtained results. Specifically, similarly to the oxygen removing means 1 shown in FIG. 2, the stainless steel tube of the dew point measuring device (capacitance type) is connected from the
Further, as described above, these dew point measurement positions correspond to the portions where the
1:酸素除去手段
2:基体
3、4:薄層電極
6:キャップ
7:ガス供給管
8:排気管
9:絶縁部
10:フロートバス
11:バス部
12:天井部
121:側壁部
20:溶融スズ
30:ガラスリボン
50:外部電源
60:酸素濃度計
100:保護管
1: Oxygen removing means 2:
Claims (8)
第1の薄層電極、酸素イオン伝導性を有する固体電解質セラミックからなる薄層構造の基体および第2の薄層電極がこの順に積層された酸素除去手段を、前記第1の薄層電極がフロートバス雰囲気に接し、前記第2の電極がフロートバス外の雰囲気に接するように配置し、前記第1の薄層電極に負電荷、前記第2の薄層電極に正電荷を印加して、フロートバス雰囲気中に存在する酸素または水蒸気を前記第1の薄層電極で接触還元させて、前記酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を前記第2の薄層電極を介してフロートバス外の雰囲気に放出させることにより、フロートバス雰囲気中において、酸素または水蒸気の状態で存在する酸素を除去する方法。 A method for removing oxygen present in a state of oxygen or water vapor in a float bath atmosphere,
A first thin layer electrode, an oxygen removing means in which a substrate having a thin layer structure made of a solid electrolyte ceramic having oxygen ion conductivity and a second thin layer electrode are laminated in this order, the first thin layer electrode being floated Arranged in contact with the bath atmosphere, the second electrode in contact with the atmosphere outside the float bath, and applying a negative charge to the first thin layer electrode and a positive charge to the second thin layer electrode to float Oxygen or water vapor present in the bath atmosphere is contact-reduced by the first thin layer electrode, and oxygen present in the state of oxygen or water vapor is transferred to the atmosphere outside the float bath via the second thin layer electrode. A method of removing oxygen present in the state of oxygen or water vapor in a float bath atmosphere by releasing.
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JP2003261341A (en) * | 2002-03-06 | 2003-09-16 | Carl Zeiss:Fa | Method for manufacturing float glass |
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