JP2006199549A - ガラス原料の溶解方法および溶解装置、ならびにガラス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間の溶解で未溶解珪砂および不均質組成などの欠陥の極めて少ない高品質のガラスを得ることができ、かつ、消費エネルギーの削減と製造設備の小型化を実現することができる。
【解決手段】 炭酸塩を含むガラス原料の溶解方法であって、前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して混合ガラス原料を調製する工程と、前記混合ガラス原料を、加熱気相雰囲気中を通過させることによって前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱する工程と、加熱された混合ガラス原料をガラス融液上に降下させて溶解させる工程と、を含むことを特徴とするガラス原料の溶解方法および溶解装置、ならびにガラス製造装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、板ガラス、びんガラス、繊維ガラス、電気ガラス等のガラス製品を、工業的に製造するためのガラス原料の溶解方法および溶解装置、ならびにガラス製造装置に関する。

従来、ガラス原料を溶解するガラス溶解窯（以下、「シーメンス窯」という）は、１００年以上前にＦ．シーメンスにより発明され、基本的設計思想は現在でも踏襲され使用されている（例えば、非特許文献１参照）。現行の一部のシーメンス窯には、蓄熱室または換熱室と呼ばれる熱交換装置が設けられ、燃焼用空気の予熱に使用される。そして、加熱用エネルギー源としては、主として重油または天然ガスなどの化石燃料が使用されている。化石燃料は、予熱された燃焼用空気とともに、シーメンス窯内に滞留しているガラス融液の上部空間で燃焼させられ、その輻射熱によってガラス原料やガラス融液が加熱される。ガラス融液は、最高１６００℃程度まで加熱される。

所定の組成を有するガラス製品を得るため、粉末状ガラス原料の混合物（以下、「バッチ」と呼ぶ）がシーメンス窯に供給され、バッチはガラス融液上に堆積して厚い原料層を形成し、長時間を掛けて少しずつ溶解される。このとき、融液上のバッチは、反応あるいは溶融し易い物質から順次溶出するため、融点あるいは粘性の高い珪砂あるいは珪砂分を多く含む粒子が取り残され、また、それらが相互に結合するなどして原料層内に難溶融性物質が形成され易い。さらに、同様の理由で、融液形成の初期状態においては、局所的に見るとバッチと組成が異なったガラス融液が生じ、融液の不均質化が生じ易い。

このような難溶融性物質の形成や融液の不均質化は、得られるガラス製品に未溶解欠点（ブツなど）、不均質欠点（ムラ、スジなど）などの欠陥をもたらす原因となる。さらに、このような欠陥を低減させるために、従来は、例えば、板ガラス等の製造においては３〜５日間に及ぶ極めて長期間にわたる溶融状態の保持を必要とし、窯の大規模化と膨大なエネルギー消費が避けられない。また、従来は、ガラス原料の溶解と気泡の除去（清澄と云う）は同一窯内で行うように設計されているため、清澄過程を経た融液と未清澄の融液とが窯の内部で混ざり合うなど、効率的な清澄が行われないおそれがある。さらに、シーメンス窯は熱容量が大きいため、一定の品種のガラス製品を大量に生産する大規模大量生産には向いているが、少量多品種製品の機動的な生産には対応できない問題がある。

そこで、化石燃料を燃焼させてガラス原料を加熱するのではなく、熱プラズマを利用してガラス原料を溶解する技術が開発されている。具体的には、移送式プラズマ溶融によって石英ガラスを製造しようとするものである。逆の極性をもった一対の電極（アノードとカソード）が形成するプラズマアークの間に生ずる熱プラズマにより原料を加熱して溶融する方法である（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法は、電極が熱蒸発して、溶融した石英に電極を構成する物質が混入し、汚染が生じるという問題がある。この問題を解決するために、高周波電場による誘導結合熱プラズマを利用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）が、熱効率および生産性の点で問題がある。
特開２００２−３５６３３７号公報（請求項１、図１および図５） 特開２０００−１６９１６２号公報（請求項１、図１） 山根正之ほか編「ガラス工学ハンドブック」朝倉書店(1999) 第３０３頁〜第３０８頁

本発明の目的は、前記ガラス製品に未溶解欠点、不均質欠点などの欠陥をもたらす、従来のガラス原料の溶解方法および溶解装置における問題を解消することにある。

また、本発明の目的は、窯の大規模化と膨大なエネルギー消費を大幅に抑制し、小規模かつ小さいエネルギー消費量で効率的にガラス原料を溶解させることができるガラス原料の溶解方法および溶解装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、ガラス融液の効率的な清澄が可能なガラス製造装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、少量多品種製品の機動的な生産に対応できるガラス製造装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、炭酸塩を含むガラス原料の溶解方法であって、前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して混合ガラス原料を調製する工程と、前記混合ガラス原料を、加熱気相雰囲気中を通過させることによって前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱する工程と、加熱された混合ガラス原料をガラス融液上に降下させて溶解させる工程と、を含むことを特徴とするガラス原料の溶解方法を提供する。

このガラス原料の溶解方法では、炭酸塩を含むガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して調製される混合ガラス原料が、加熱気相雰囲気中を通過して前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱され、ガラス融液上に降下して溶解することによって、未溶解欠点の発生や融液の不均質化が抑制される。

また、本発明は、炭酸塩を含むガラス原料を溶解する装置であって、前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して調整された混合ガラス原料が通過して前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱される加熱気相雰囲気を形成する原料加熱部と、加熱されたガラス原料が、上部に供給されるガラス融液を貯留するガラス融液部と、を含むことを特徴とするガラス原料の溶解装置を提供する。

このガラス原料の溶解装置では、原料加熱部に形成された加熱気相雰囲気中を、炭酸塩を含むガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して調製される混合ガラス原料が通過しながら前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱され、加熱された混合ガラス原料が、ガラス融液部に貯留されたガラス融液の上部に供給されて溶解することによって、未溶解欠点の発生や融液の不均質化が抑制されるとともに、比較的小規模かつ少ないエネルギー消費量で従来の大規模なガラス溶解窯と同等のガラス溶解能力を発揮することができる。

さらに、本発明は、前記のガラス原料の溶解装置と、当該ガラス原料の溶解装置のガラス融液排出口に連設された気泡除去槽とを備えるガラス製造装置を提供する。

このガラス製造装置では、前記のガラス原料の溶解装置に気泡除去槽を組みあわせることにより、得られるガラス製品の高品質化と、省エネルギー化を得ることができる。

本発明のガラス原料の溶解方法およびガラス製造装置では、粒子状の小さい単位でガラス原料が溶解されるために、未溶解欠点の発生やガラス融液の不均質性が抑制され、それにより、ガラス原料の溶解の飛躍的な時間短縮が可能となり、大幅なエネルギー消費量の低減が図られる。

また、本発明は、ガラス原料溶解の飛躍的な時間短縮と、ガラス製造装置の大幅な小型化が可能になるため、建設費の削減と、ガラス製造装置が寿命を迎えたときの廃棄物の低減が可能となる。

また、本発明では、未溶解欠点の発生や融液の不均質化が抑制されるため、ガラス製造歩留まりの向上、ガラス製品品質の向上、さらに、ガラス製造コストの低減が可能となる。

また、本発明は、ガラス製造装置の大幅な小型化が可能になるために、ガラス製品の少量多品種化において、組成変更に伴う原料と消費エネルギーの無駄が大幅に低減できる。

以下、本発明のガラス原料の溶解方法および溶解装置、ならびにガラス製造装置について詳細に説明する。

本発明のガラス原料の溶解方法は、炭酸塩を含むガラス原料を溶解してガラス融液を製造する方法である。用いられるガラス原料としては、珪砂、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、生石灰、酸化アルミニウム、硫酸ナトリウム、硼砂、長石などの微粉原料、およびガラスカレットなどを含む混合ガラス原料が使用される。混合ガラス原料の成分組成は、ガラス製品に求められる熱膨張係数、成形温度、化学的耐久性等の特性に応じて、適宜決定される。例えば、板ガラスを製造するためのガラス原料の混合組成は、重量比で珪砂６５〜６７％、炭酸ナトリウム２１〜２２％、ドロマイト（炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの複合化合物）２１〜２３％、生石灰０．５〜１％、長石８〜１０％、ボウ硝０．５〜１％である。混合ガラス原料の成分として用いられる微粉原料の粒径は、粒子状のガラス原料混合物に形成したときに、形成される粒子毎の組成の変動を少なくし、均一な組成の粒子で構成される粒子状のガラス原料混合物が得られることから、０．２ｍｍ以下であることが好ましく、特に、粒子状のガラス原料混合物の粒径が小さいほど短時間で加熱でき発生ガスの放散が容易であることから、１μｍ〜０．１ｍｍの範囲である。
また、これらのガラス原料混合物は、必要に応じて、清澄剤、着色剤等を含むことができる。

本発明において、混合ガラス原料は、一部または全部が粒子状、好ましくは粒径が３ｍｍ以内に成形されたものが使用され、短時間で加熱でき発生ガスの放散が容易であるという点から、粒径が１ｍｍ以内のできる限り小径のものを使用することが好ましいが、原料の微粉化によるコスト上昇と、粒子間の組成変動の低減の点から、粒径が０．１ｍｍ以上のものが好ましい。

前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して混合ガラス原料を調製する方法としては、スプレードライ法、ペレット加工などの方法が使用でき、ガラス原料を分散溶解させた水溶液を高温雰囲気中に噴霧させて瞬間的に固化させる方法、あるいは、少量のポリビニルアルコール、水溶性苛性ソーダ、液状燐酸塩などをガラス原料に添加することにより微粉原料を所定の粒径の粒子状に結合させる方法が好ましい。また、この成形体は最終ガラス製品の成分組成に対応する混合比の原料のみで構成してもよいが、その混合体に更にガラスカレット微粉を混合して、これをガラス原料として用いることが好ましい。また、各成分の混合方法は、１段階ではなく、例えば、珪砂と炭酸ナトリウム等との混合物と、珪砂と炭酸カルシウム等との混合物とを作り、次に両者を更に混合することによりガラス原料とする方法も、手数はかかるが溶融温度の低減につながるため好ましい。

また、本発明において、前記混合ガラス原料は、加熱気相雰囲気中を通過させることによって前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱される。混合ガラス原料を加熱するための加熱気相雰囲気としては、移送式直流プラズマ、非移送式直流プラズマ、多相プラズマ、高周波誘導プラズマ等の熱プラズマアーク、酸水素炎、天然ガス−酸素燃焼炎等の酸素燃焼炎などが使用できる。これらの中でも、効率が高く、大出力が得やすく、設備費が比較的安価で、大気圧下での加熱が行え、技術的に確立されていて、長時間安定的に使用できるという理由で、特に、多相プラズマ、酸水素炎あるいは天然ガス−酸素燃焼炎を使用することが好ましい。また、熱プラズマアークとして、３相以上の多相交流電場の放電により発生させる多相プラズマが、高温領域が広く、プラズマの流速が小さいので、処理物質の制御が容易であるという観点から、好ましい。

本発明で使用される熱プラズマの作動ガスとしては、アルゴン、酸素、空気、水蒸気などを単独あるいは混合して使用することが好ましい。

本発明で使用される加熱気相雰囲気への混合ガラス原料の供給方法は、熱プラズマノズルまたは燃焼バーナーノズルの周囲から中心に向けて混合ガラス原料を供給する方法が好ましい。また、加熱気相雰囲気として酸素燃焼炎を用いる場合には、その中央部が最も温度が高いので、酸素燃焼炎を形成する燃焼炎ノズルの中央部に前記混合ガラス原料を供給する。また、加熱気相雰囲気中への混合ガラス原料の供給速度は、通常、１〜２００ｋｇ／分程度であり、多品種少量生産用の小規模の溶解装置の場合には、０．１〜５ｋｇ／分が好ましい。

また、加熱気相雰囲気の温度は、原料中に含まれる水分、結晶水、炭酸塩（炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等）などの形で含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させ、ガラス化反応を相当程度進行させるために、炭酸塩の分解反応温度以上に設定することが好ましく、通常、１６００℃以上に設定される。

本発明において、加熱気相雰囲気を通過して加熱された混合ガラス原料は、ガラス融液上に降下して引き続き溶解される。混合ガラス原料のガラス融液上への到達位置は、ガラス溶解槽の一定位置であってもよく、また、混合ガラス原料を加熱気相雰囲気に供給する原料供給ノズルの揺動により一カ所に定まらないように分散させてもよい。また、一定位置に到達した混合ガラス原料を拡散させるために、定期的にガラス融液の表面を撹拌してもよい。また、ガラス融液全体を撹拌するためのスターラー、バブラーなどの撹拌装置を当該溶解装置内に設け、ガラス化したガラス融液の均質化を促進させることもできる。

また、ガラス原料の一部を構成するガラスカレットは、その一部あるいは全部を、前記加熱気相雰囲気中を通過させずに、直接、ガラス融液上に供給してもよい。この場合、ガラスカレットは、他の原料とともに、粒子状に成形してそれを高温の加熱気相雰囲気中に通過させることにより加熱する方法、他の場所で予備的に加熱した後に溶解槽のガラス融液に直接投入することにより加熱する方法などがあるが、微粒のカレットは前者の方法で、粗大なカレットは後者の方法で加熱することが好ましい。

次に、図１（ａ）および図１（ｂ）に基づいて、本発明のガラス原料の溶解装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るガラス原料の溶解装置の基本的構成例を示す模式縦断面図、図１（ｂ）は、その模式横断面図である。

図１（ａ）に構成を示すガラス原料の溶解装置１は、円筒状の炉体１ａを有し、一部または全部が粒子状に成形された混合ガラス原料Ｗを、炉体１ａ内に供給するための原料供給口２と、炉体１ａ内を降下する混合ガラス原料を加熱する原料加熱部３と、ガラス融液が滞留するガラス溶解槽（ガラス融液部）４と、ガラス溶解槽４からガラス融液を排出させるためのガラス融液排出口５とを備える。

原料供給口２は、炉体１ａの上部に配置され、一部または全部が粒子状に成形された混合ガラス原料を、炉外、例えば、スプレードライ法等の方法によって調製された混合ガラス原料を導入して、炉体１ａ内に所定の供給速度で供給する役割を有する。この原料供給口２は、例えば、混合ガラス原料を、原料加熱部３に形成される加熱気相雰囲気に応じて混合ガラス原料の供給位置を調整可能なノズルで構成することができる。例えば、熱プラズマノズルまたは燃焼バーナーノズルの周囲から中心に向けて混合ガラス原料を供給する原料供給ノズル、また、加熱気相雰囲気として酸素燃焼炎を用いる場合には、高温度を得やすい中央部からの供給が可能であることから、酸素燃焼炎を形成する燃焼炎ノズルの中央部に前記混合ガラス原料を供給する原料供給ノズルを配置することが好ましい。さらに、この原料供給ノズルを揺動させることにより、ガラス融液上に降下する混合ガラス原料の位置を一箇所に集中させずに、分散して供給するようにしてもよい。

原料加熱部３は、炉体１ａの側壁を貫通して炉体１ａ内に突設された６本のアーク電極６（６ａ１，６ｂ１、６ａ２，６ｂ２、６ａ３，６ｂ３）を備える。この６本のアーク電極６の放電によって、炉体１ａの中心部に熱プラズマ７（加熱気相雰囲気）が形成される。

アーク電極６（６ａ１，６ｂ１、６ａ２，６ｂ２、６ａ３，６ｂ３）は、図１（ａ）に示すように、各アーク電極６が、鉛直方向に対する角度αが１０〜９０度の方向で下向きに、図１（ｂ）に示すように、各アーク電極が炉体１ａの中心を軸とする軸対称に対向して突設されて構成されている。このアーク電極６は、外部電源（図示せず）から供給される電力によって、炉体１ａの中心部に熱プラズマ７を形成する。この熱プラズマ７は、温度が５，０００〜２０，０００℃である。

ガラス溶解槽４は、炉体１ａの下部に形成され、原料加熱部３の熱プラズマ７を通過して加熱された混合ガラス原料が堆積してガラス融液８が形成される。このガラス溶解槽４には、ガラス溶解槽４に滞留するガラス融液を加熱する補助加熱手段が配設されていてもよい。この補助加熱手段によってガラス融液８の保温を図ることができる。補助加熱手段としては、通電発熱してガラス融液を加熱するためにガラス融液中に挿入された電気抵抗体、ガラス融液中に直接電流を流すことによりガラス融液を加熱する一対の電極などで構成することが好ましい。

このガラス原料の溶解装置１において、原料供給口２から供給される混合ガラス原料は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、原料加熱部３の６本のアーク電極６（６ａ１，６ｂ１、６ａ２，６ｂ２、６ａ３，６ｂ３）によって形成された熱プラズマ７（加熱気相雰囲気）中を通過して加熱され、ガラス溶解槽４に滞留するガラス融液上に降下する。なお、ガラス原料の溶解の開始直後には、ガラス溶解槽４にガラス融液が滞留していないが、このとき、熱プラズマ７を通過して降下する混合ガラス原料は、ガラス溶解の底部に堆積し、熱プラズマ７および必要に応じてガラス溶解槽４に設けられた補助加熱手段によって加熱されて溶融し、ガラス融液を形成する。以後、ガラス融液上に降下する、過熱された混合ガラス原料は、溶融してガラス融液を形成する。そして、所定の速度でガラス融液排出口５から排出し、気泡除去槽等に導入され、所要の成形工程を経てガラス製品が製造される。

本発明のガラス原料の溶解装置は、前記の図１（ａ）および図１（ｂ）に示す実施形態に限定されず、各種の変形例が可能である。例えば、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すガラス原料の溶解装置では、原料加熱部３として、熱プラズマを発生する６本のアーク電極を備える例を例示したが、例えば、酸素燃焼炎で加熱気相雰囲気を形成してもよい。

さらに、本発明のガラス製造装置は、図２に示すように、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すガラス原料の溶解装置１のガラス融液排出口５に連設された気泡除去槽（清澄槽）９とを備えるものである。気泡除去槽９で気泡が除去されたガラス融液は、フロートバス、フュージョン成形機、ガラス瓶成形機等の各種成形装置に供給されて所要の形態に成形された後、徐冷炉にて所定温度になるまで徐冷されて、ガラス製品が製造される。

このとき、本発明のガラス製造装置においては、前記ガラス原料の溶解装置１のガラス融液排出口５から、気泡除去が不完全な状態でガラス融液８を排出し、排出されたガラス融液８を気泡除去槽９に導入して気泡除去を行うことによって、初期溶解と気泡除去の２つの機能が分離され、全体として装置の小型化が可能となる利点がある。

本発明で使用される気泡除去槽９としては、深さが従来の溶融槽の半分以下で対流が生じにくく気泡が浮上しやすい浅型の一方向流の槽、減圧清澄槽などを使用することが好ましい。例えば、ジルコニアあるいは白金合金の耐蝕耐熱材料により形成され、ガラス融液の流れ方向に長手方向を有する略直方体の槽であって、前記ガラス融液排出口５に連結されるガラス融液導入口９ａと、このガラス融液導入口に対向する側壁にガラス融液導出口９ｂを有し、ガラス融液がショートパスを形成せず、例えば、１４００℃程度の温度を保って、所定の時間、槽内に滞留してガラス融液内の大小の気泡が放出されるように構成される。そして、ガラス融液中から放出された気泡は、気泡除去槽９の天井部等に設けられたガス抜き口から外部に放出される。

また、気泡除去槽９は、槽内に邪魔板等を設けて、槽内を流通するガラス融液が、ショートパスを形成しないで、ガラス融液導入口からガラス融液導出口まで所定の時間を掛けて流通するように構成されていてもよい。気泡除去槽９で気泡が除去されたガラス融液は、フロートバス、フュージョン成形機、ガラス瓶成形機、プレス成形機、短繊維・長繊維紡糸機等の各種成形装置（図示せず）に供給され、所要のガラス製品が製造される。

さらに、本発明で使用されるガラス溶解槽４と気泡除去槽９との間に、ガラス融液の均質化を向上させる目的で撹拌槽を設けることもでき、カレットがガラス溶解槽４のガラス融液に直接投入される場合は、カレット片間あるいはカレットと粒子状のガラス原料混合物との間における組成の差により均質性が低下する場合が多いことから、撹拌槽を設けることが特に好ましい。

以下、本発明の実施例を挙げて、本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

[例１]
粒径０．１ｍｍ以内の珪砂（ＳｉＯ₂）７２ｍｏｌ％、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）１３．５ｍｏｌ％、炭酸カルシウム（石灰石）１１ｍｏｌ％、アルミナ１．５ｍｏｌ％、炭酸カリウム１．５ｍｏｌ％、および硫酸ナトリウム（芒硝）０．５ｍｏｌ％の割合で合計７００ｋｇ秤量し、さらに粒径０．１ｍｍ以内に粉砕したカレット３００ｋｇを加えて撹拌混合し、さらにポリビニルアルコールを３％含むイソプロピルアルコール液を加えて混合することにより固めの粘土状に加工した。この粘土状の混合物を、末端に直径２ｍｍの複数の開口を有する内径３０ｃｍのシリンダー内に投入して押し出すことにより、直径約１ｍｍの線状の原料成形体を得た。この原料成形体を、２５０℃に昇温した回転キルンに投入して加熱撹拌することにより、粒径１ｍｍの球状の原料粒子からなる混合ガラス原料を得た。

次に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す構造を有し、内のりで底面８０×８０ｃｍ、高さ２ｍの寸法を有する円筒状の耐火煉瓦製のガラス原料の溶解装置１の上部に設けられた原料供給口２から下方に向けて３．５ｋｇ／分の供給速度で混合ガラス原料を供給した。供給された混合ガラス原料の原料粒子は、鉛直方向に対して下向きに８０度の角度で突設された６本のアーク電極６（六相アーク電極）によってガラス溶解装置１の内部中心空間に形成された熱プラズマの中心に供給され、熱プラズマ内７を通過しながら加熱され、ガラス融液上に降下された。このとき、原料粒子は、ガラス溶解槽４に滞留するガラス融液に達するまでに７００℃以上に加熱され、原料中から水分、ＣＯ₂、有機物等は分離され、放出された。また、六相アークへの供給電力は、６５０ｋＷであり、作動ガスとして空気を５０Ｌ／分の供給速度で、炉体１ａに設けたガス供給口（図示せず）から原料加熱部３に供給した。また、ガラス溶解槽４は、予め六相アークにより１４００℃前後に加熱されているため、最初に、加熱された原料粒子は溶解槽底部に着地後、熱プラズマとガラス溶解槽４によりさらに加熱され相互に溶け合って融液状態で一体化して堆積してガラス融液を形成した。原料供給開始から２時間後に、ガラス溶解槽４の底部付近の側面に設けたガラス融液排出口５から平均約３．１ｋｇ／分の速度でガラス融液を流出させた。

このガラス融液を、約１４００℃に電気的に加熱された幅５０ｃｍ、長さ２ｍ、高さ３０ｃｍの樋状の気泡除去槽９に導き、滞留させた。約３時間後に平均約３．１ｋｇ／分の速度でガラス融液を他端から連続的に流出させてブロック状の型（１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍ）に導き、一旦、２００〜３００℃まで放冷した後、型から固化したガラス成形体を取り出して加熱徐冷処理を行った。このガラス成形体の表面を研磨して欠陥等の検査を行ったところ、すべてのガラスについて、直径０．１ｍｍ以上の未溶解珪砂および気泡は認められず、屈折率の局所的なムラも認められなかった。

[例２]
粒径０．０５ｍｍ以内の珪砂（ＳｉＯ₂）７２ｍｏｌ％、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）１３．５ｍｏｌ％、炭酸カルシウム（石灰石）１１ｍｏｌ％、アルミナ１．５ｍｏｌ％炭酸カリウム１．５ｍｏｌ％、および硫酸ナトリウム（芒硝）０．５ｍｏｌ％の割合で合計７００ｋｇ秤量し、さらに粒径０．０５ｍｍ以内に粉砕したカレット３００ｋｇを加えて撹拌混合し、これにＰＶＡを３％含む水を容量比で１０倍の量供給して微粒子が分散した水溶液にした。得られた液状の混合物を、２００〜３００℃に加熱されたスプレードライ装置内に噴射することにより、直径約０．５ｍｍの顆粒状の原料粒子からなる混合ガラス原料を得た。

次に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す構造を有し、内のりで底面８０×８０ｃｍ、高さ２ｍの寸法を有する耐火煉瓦製のガラス原料の溶解装置１のガラス溶解槽４の上部に下方を向けて対向して取り付けられた二対の酸水素炎ノズルのノズル中心付近より、この混合ガラス原料を合計３ｋｇ／分の供給速度で供給した。混合ガラス原料を構成する原料粒子は、ガラス溶解槽４の底部（またはガラス融液面）に達するまでに７００℃以上に加熱され、原料中の水分、ＣＯ₂、有機物などはほぼ放出された。ガラス溶解槽４は、予め酸水素炎により１４００℃前後に加熱されていたため、加熱された原料粒子はガラス溶解槽４の底部に着地後、酸水素炎とガラス溶解槽４によりさらに加熱され相互に溶け合って融液状態で一体化して堆積してガラス融液を形成し、原料供給開始から２時間後に、ガラス溶解槽４の底部付近の側面に設けられたガラス融液排出口５から平均約２．７ｋｇ／分の速度で流出した。このときの酸水素炎の供給ガス量は、水素６００Ｌ／分、酸素３００Ｌ／分であった。このガラス融液を、例１と同様に、気泡除去、成形して検査を行ったところ、すべてのガラスについて、直径０．１ｍｍ以上の未溶解珪砂および気泡は認められず、屈折率の局所的なムラも認められなかった。

[例３]
例１において、ガラス溶解槽４の底部に通電加熱器を挿入し、白金製の攪拌機を備えた撹拌槽を気泡除去槽９との間に設けた装置を用い、ガラス溶解槽４の下部より５０ｃｍ上方の側面に設けられた開口部より、約７００℃に予熱されたカレット粒を毎分２ｋｇの速度で供給するとともに、例１と同じ混合ガラス原料を使用して、六相プラズマノズルの先端付近からの原料粒子供給量を１．５ｋｇ／分に減らして溶解を行った。ここで使用したカレット粒は、予め外径１ｍｍ以内に粉砕し、十分混合してから組成分析し、原料粒子とほぼ同一の組成であることを確認してから使用した。その結果、例１と同様の結果を得ることができた。

本発明は、従来技術における未溶解欠点、不均質欠点などの欠陥の発生を大幅に抑制し、効率的な気泡除去を可能にし、溶融窯の大規模化と膨大なエネルギー消費を回避することができ、少量多品種製品の機動的な生産にも対応できるため、板ガラス、びんガラス、繊維ガラス、電気ガラス等のあらゆるガラス製品の工業的製造に有用である。

（ａ）は、本発明の実施形態に係るガラス原料の溶解装置の模式縦断面図、（ｂ）は、ガラス原料の模式横断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス製造装置の一部構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 溶解装置
２ 原料供給口
３ 原料加熱部
４ ガラス融液部
５ ガラス融液排出口
６ アーク電極
７ 熱プラズマ
８ ガラス融液
９ 気泡除去槽

Claims (13)

1. 炭酸塩を含むガラス原料の溶解方法であって、
   前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して混合ガラス原料を調製する工程と、
   前記混合ガラス原料を、加熱気相雰囲気中を通過させることによって前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱する工程と、
   加熱された混合ガラス原料をガラス融液上に降下させて溶解させる工程と、を含むことを特徴とするガラス原料の溶解方法。
2. 前記加熱気相雰囲気が、熱プラズマアークまたは酸素燃焼炎によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス原料の溶解方法。
3. 前記ガラス融液において、混合ガラス原料が降下する位置およびその近傍を加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス原料の溶解方法。
4. 前記熱プラズマアークを形成するプラズマノズルの周囲から中心に向けて、前記混合ガラス原料を供給することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラス原料の溶解方法。
5. 前記熱プラズマアークを３相以上の多相交流電場の放電により発生させることを特徴とする請求項４に記載のガラス原料の溶解方法。
6. 前記酸素燃焼炎を形成する燃焼炎ノズルの中央部に前記混合ガラス原料を供給することを特徴とする請求項２に記載のガラス原料の溶解方法。
7. 前記加熱気相雰囲気の温度が、１６００℃以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のガラス原料の溶解方法。
8. ガラス原料の一部を構成するガラスカレットの一部あるいは全部を、前記加熱気相雰囲気中を通過させずに、直接、ガラス融液上に供給することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のガラス原料の溶解方法。
9. 炭酸塩を含むガラス原料を溶解する装置であって、
   前記ガラス原料の一部または全部を粒子状に成形して調整された混合ガラス原料が通過して前記炭酸塩の分解反応温度以上に加熱される加熱気相雰囲気を形成する原料加熱部と、
   加熱されたガラス原料が上部に供給されるガラス融液を貯留するガラス融液部と、
   を含むことを特徴とするガラス原料の溶解装置。
10. 前記原料加熱部は、熱プラズマアークまたは酸素燃焼炎によって前記加熱気相雰囲気が形成することを特徴とする請求項９に記載のガラス原料の溶解装置。
11. 前記ガラス融液部は、ガラス融液の補助加熱手段を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のガラス原料の溶解装置。
12. 請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載のガラス原料の溶解装置と、当該ガラス原料の溶解装置のガラス融液排出口に連設された気泡除去槽とを備えることを特徴とするガラス製造装置。
13. 前記ガラス原料の溶解装置のガラス融液排出口から、気泡除去が不完全な状態でガラス融液を排出し、排出されたガラス融液を気泡除去槽に導入するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載のガラス製造装置。

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