JP2010126433A - ガラスを製造するための装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 多区画ガラス溶解炉を利用したガラスの製造方法および装置を提供する。
【解決手段】 ガラスメルト１８を第１の溶融炉１２に提供する。ガラスメルト１８を、接続管２０を通して、第１の溶融炉１２から第２の溶融炉１４に流す。接続管２０の第１の領域内３０のガラスメルト１８を、第１の加熱装置により加熱する。接続管２０の第２の領域４０内のガラスメルト１８を、第２の加熱装置により加熱する。第１の溶融炉１２と、第２の溶融炉１４と、第１および第２の溶融炉を接続する接続管２０とを備えた、ガラスを製造する装置１０も提供される。接続管２０の第１の領域内のガラスメルト１８を加熱するよう構成された第１の加熱装置と、接続管２０の第２の領域内のガラスメルト１８を加熱するよう構成された第２の加熱装置とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガラスの製造装置および方法、特に、多区画ガラス溶解炉を利用する装置および方法に関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、照明用外部光源に依存するパッシブ型のフラットパネルディスプレイである。アルカリを含まないアルミノケイ酸塩ガラスが、ＬＣＤシートガラス用に一般的に用いられている。この系列のガラスは、バッチ（ガラス供給）材料が充填される位置で、溶融炉（溶解炉）の表面に、安定した発泡層を形成する傾向がある。発泡層は、仕上がりガラスにおいて、ガラスが分配システムに入る前に除去されないと、固体の「石」か、明らかな「固まり（ｋｎｏｔ）」欠陥となる可能性のある固体シリカ内包物を含有している。この発泡層は、溶解炉の前壁に達すると、溶解炉出口を介して、ガラス分配システムへ固体およびガス状内包物を分配する可能性があることが示されている。これらの固体内包物は、仕上がりガラスにおいて固体欠陥となり得る。発泡層はまた、ガラスメルトの自由表面の上の燃焼バーナーにより供給される熱からガラスメルトを絶縁する。バーナーの結果として生じる効率の悪さとは、メルトを形成するのに必要なエネルギーの大半が、メルトの自由表面より下に沈んだ電極からのジュール熱により提供されるということである。得られる比較的高レベルの電力によって、電極の寿命が短くなり、溶解炉の頻繁な修理が必要になる。
２つ以上の区画を備えた単一溶解炉は、発泡層にあるシリカ内包物が、ガラス分配システムに入るのを防ぐことができる。第１の区画と第２の区画を分離する壁が、第１の区画の発泡層が、第２の区画に入るのを防ぐ。これまで、溶解炉を多区画へ分割するのは、１つ以上のスロット形のスロート（１つの大きなガラスバッチを２つの小さな区画に分割する）を備えた内部冷却隔壁か、トンネル形のスロートにより接続された２つの別のチャンバによりなされてきた。
隔壁の場合には、隔壁の両側が熱く、通常、ガラスによる壁の腐食が比較的早い。すなわち、プロセス寿命が短い。隔壁の上部が破損したり、内部冷却に失敗したりすると、溶融有効性が失われ、冷却水がガラスメルトへと直接（かつ爆発的に）放出される。さらに、隔壁が溶融耐火性ジルコニアから構成されている場合には、隔壁の電気抵抗が低くなり、両面が熱くなる。ガラス浴を加熱するのに用いる電流の一部が、隔壁を通り、独立してそれを加熱し、潜在的に、壁を破損させたり、メルト中にジルコニア内包物を形成したりする。通常、隔壁の有効性は時間的に限られており、ガラス溶融プロセスの寿命を限定する要素となる。
これらの問題に取り組む従来のやり方は、溶解炉を拡大することである。泡のない表面を得るためには、現在の溶融表面積を少なくとも倍にする必要があると予測される。さらに、固体およびガス状内包物を所望のレベルまで減少させるには、さらに倍にする必要があり、合計の拡大溶解炉のサイズは、現在の表面積の３倍となる。溶融炉の寸法をこのように増やすと、資本および操業経費が増大し、電極（典型的に酸化スズ）の数がどうしても増えるため、メルトのスズ石失透が生じるレベルまで、ガラス中の酸化スズの量も増えることとなる。
溶解炉は、共通の壁を共有しない区画へと分割することもできる。この場合、第１および第２の区画は、トンネル形スロートにより接続された自壁を有していてもよい。これによって、壁は外側冷却されるが、第１の区画から第２の区画へと通過する際にガラスが温度を失う著しい非加熱領域が溶解炉内に形成される。固体内包物を溶融、またはガス状内包物を清澄する第２の区画の有効性は、ガラスが、第１の区画から出るときよりも冷たい第２の区画に入るときに減少する。また、耐火性スロートカバーは、ガラスレベルを磨滅させ、最終的に、発泡層が、第１から第２の区画へ通過できてしまう。スロートからの漏れによって、プロセスが完全に停止される恐れがある。
発泡層に混入した固体およびガス状内包物が分配システムに入らないようにするのに効果的な２区画溶解炉については、第１と第２の区画間の分離が、その完全性を保持しなければならない。そうでなければ、溶解炉は１つの大きな容器となって、発泡層が前壁へと前方へ移動し、固体内包物が発泡層からガラス分配システムへ分配されてしまう。
２つ以上の区画から構成される溶融プロセスが有効であるとき、発泡層は、第２の区画において形成されず、固体内包物を溶融またはそれに入るガス状内包物を清澄するための追加の時間および温度を第２の区画において利用できる。
一例の態様において、ガラスを製造する方法が提供される。本方法には、ガラスメルトを第１の溶融炉に提供する工程と、ガラスメルトを、接続管を通して、第１の溶融炉から第２の溶融炉へ流す工程とが含まれる。ガラスメルトは、第２の溶融炉の上流に位置する接続管の第１の領域および第１の領域の下流に位置する接続管の第２の領域を流れる。本方法には、第１の領域内のガラスメルトを、第１の加熱装置により加熱する工程と、第２の領域内のガラスメルトを、第２の加熱装置により加熱する工程とをさらに含む。
他の例の態様において、ガラスを製造する装置が提供される。本装置は、第１の溶融炉と、第２の溶融炉と、第１の溶融炉から第２の溶融炉までガラスメルトを移動させるための、第１および第２の溶融炉を接続する接続管とを含む。接続管は、第１の領域を画成する第１の部分と、第２の領域を画成する第２の部分とを含む。第１の領域は、第２の溶融炉の上流に位置し、第２の領域は、第１の領域の下流に位置する。本装置は、接続管の第１の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第１の加熱装置と、接続管の第２の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第２の加熱装置とをさらに含む。
このように、本発明は、これに限られるものではないが、以下の態様および／または実施形態を含む。
Ｃ１．
ガラスメルトを第１の溶融炉に提供する工程と、
ガラスメルトを、接続管を通して、第１の溶融炉から第２の溶融炉まで流す工程であって、ガラスメルトが、第２の溶融炉の上流に位置する接続管の第１の領域および第１の領域の下流に位置する接続管の第２の領域に流れる工程と、
第１の領域内のガラスメルトを、第１の加熱装置により加熱する工程と、
第２の領域内のガラスメルトを、第２の加熱装置により加熱する工程と
を含むガラスを製造する方法。
Ｃ２．Ｃ１の方法において、第１の加熱装置は、第２の加熱装置から独立して操作される。
Ｃ３．Ｃ１またはＣ２の方法において、第１の加熱装置は、接続管の第１の部分に電流を流すことにより、接続管の第１の領域内のガラスメルトを加熱し、第２の加熱装置は、接続管の第２の部分に電流を流すことにより、接続管の前記第２の領域内のガラスメルトを加熱する。
Ｃ４．Ｃ３の方法において、接続管の第２の部分は、第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置された下流折返し端部構造を含み、電流は、下流折返し端部構造を流れる。
Ｃ５．Ｃ１〜Ｃ４のいずれかの方法において、第１の加熱装置および第２の加熱装置の少なくとも１つにより加えられた熱を、測定した温度に基づいて、自動的に調整する工程をさらに含む。
Ｃ６．Ｃ１〜Ｃ５のいずれかの方法において、接続管の第１の領域の上流に位置する接続管の第３の領域内のガラスメルトを加熱する工程を含み、第３の加熱装置は、接続管の第３の領域内のガラスメルトを加熱する。
Ｃ７．Ｃ１〜Ｃ６のいずれかの方法において、第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置された下流折返し端部構造を加熱する工程をさらに含む。
Ｃ８．Ｃ１〜Ｃ７のいずれかの方法において、第１の溶融炉の前壁内に少なくとも部分的に配置された上流折返し端部構造を加熱する工程をさらに含む。
Ｃ９．Ｃ１〜Ｃ８のいずれかの方法において、ガラスメルトが、接続管の第１の領域および第２の領域を通過する際、ガラスメルトの温度を、約１５７０℃〜約１６２０℃の範囲内に維持する。
Ｃ１０．
第１の溶融炉と、
第２の溶融炉と、
第１の溶融炉から第２の溶融炉までガラスメルトを移動させるための、第１および第２の溶融炉を接続する接続管であって、第２の溶融炉の上流に位置する第１の領域を画成する第１の部分と、第１の領域の下流に位置する第２の領域を画成する第２の部分とを含む接続管と、
接続管の第１の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第１の加熱装置と、
接続管の第２の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第２の加熱装置と
を含むガラスを製造するための装置。
Ｃ１１．Ｃ１０の装置において、接続管は、下流折返し端部構造を有する。
Ｃ１２．Ｃ１１の装置において、下流折返し端部構造は、第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置されている。
Ｃ１３．Ｃ１２の装置において、下流折返し端部構造は、後壁を通して延在しており、下流折返し端部構造の端部は、後壁の内部表面から、第２の溶融炉の内部領域へ突出している。
Ｃ１４．Ｃ１１〜Ｃ１３のいずれかの装置において、接続管は、第１の溶融炉の前壁内に少なくとも部分的に配置された上流折返し端部構造をさらに含む。
Ｃ１５．Ｃ１１〜Ｃ１４のいずれかの装置において、下流折返し端部構造は、間隙を画成しており、耐火性材料が、間隙内に少なくとも部分的に配置されている。
Ｃ１６．Ｃ１１〜Ｃ１５のいずれかの装置において、下流折返し端部構造は、第２の部分に対して同心の第１の部分を含む。
Ｃ１７．Ｃ１０〜Ｃ１６のいずれかの装置において、接続管は、上流折返し端部構造を含む。
Ｃ１８．Ｃ１０〜Ｃ１７のいずれかの装置において、第１の部分は、前記第２の部分から電気的に絶縁されており、第１の加熱装置は、電流を第１の部分に流して、接続管の第１の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成されており、第２の加熱装置は、電流を第２の部分に流して、接続管の第２の領域内のガラスメルトを加熱するように構成されている。
Ｃ１９．Ｃ１０〜Ｃ１８のいずれかの装置において、接続管の第１の領域の上流に位置する接続管の第３の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第３の加熱装置をさらに含む。
Ｃ２０．Ｃ１０〜Ｃ１９のいずれかの装置において、第１の加熱装置および第２の加熱装置の少なくとも１つにより加えられた熱を、測定した温度に基づいて、自動的に調整するよう構成された制御装置をさらに含む。
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様および利点は、本発明の以下の詳細な説明を、添付の図面を参照して読むとより良く理解される。
本発明の一実施形態による装置の概略断面側面図である。 第１および第２の溶融炉を接続する接続管の一例を示す図１の装置の拡大図である。 第１および第２の溶融炉を接続する接続管の他の例を含む装置の他の例の実施形態の拡大図である。
例示が目的であり限定のためではない以下の詳細な説明において、具体的な詳細を開示する実施形態を、本発明を完全に理解をするために規定する。しかしながら、本開示内容の利点を受ける当業者には、本発明は、本明細書に開示された具体的な詳細から離れた他の実施形態において実施できることは明白であろう。さらに、周知の装置、方法および材料の記載は、本発明の記載を不明瞭にしないよう省いてある。最後に、適用可能であれば、同じ参照番号は同じ構成要素を参照している。
様々な多区画溶融装置が、本発明の１つ以上の態様を含むことができる。例えば、本発明の態様を、その全内容が参考文献として本明細書に援用される２００５年１２月２９日出願の米国特許出願公開第２００７／０１５１２９７号明細書に開示された多区画溶融装置に従って用いてよい。
図１に示すとおり、ガラスを製造するための一例の装置１０は、互いに分離された第１の溶融炉１２と第２の溶融炉１４のような２つ以上の溶融炉を含むことができる。例えば、第１の溶融炉１２および第２の溶融炉１４は、各炉に含まれるガラスメルトの２つの容積間に共通壁を共有せずに構成してよい。一例において、第１の溶融炉１２は、前壁１２ａを含み、第２の溶融炉１４は後壁１４ａを含む。前壁１２ａは、第２の溶融炉１４へ移動するときに、ガラスメルトが出る壁と考えることができる。後壁１４ａは、前壁１２ａを出た後に、ガラスメルトが入る壁と考えることができる。図示するとおり、前壁１２ａは、後壁１４ａから間隔をあけることができ、後壁１４ａに面することもできる。ただし、さらなる実施形態において、壁は互いに外方に向いている。前壁１２ａはまた、後壁１４ａに対して実質的に平行に示されているが、前壁は、さらなる実施例においては、後壁に対して角度を成す、または別の配向とすることができる。第１の溶融炉および第２の溶融炉は、ガラスメルトプロセス条件に耐え得る様々な材料から構築することができる。例えば、炉は、焼成フリントクレイ、シリマナイト、ジルコンまたはその他耐火性材料で構成された非金属耐火性ブロックから構築することができる。
例示の実施形態において、第２の溶融炉１４は、第１の溶融炉１２より溶融速度が遅い。例えば、第１の溶融炉１２の溶融速度は、供給材料を溶液に入れるのに必要な最小溶融速度に等しいか、それより早いものを選択することができる。第２の溶融炉１４は、第１の溶融炉１２の溶融速度の約５０％〜９０％の溶融速度とすることができる。本明細書で用いる溶融速度は、炉からのガラスの流量で除算した表面積の単位、例えば、１日当たりのトン数で除算した平方メートル（ｍ２／トン／日）で表わすことができる。このように与えられた流量について、必要な炉の寸法は容易に計算できる。一例を挙げると、第２の溶融炉１４の長さＬ２は、第１の溶融炉１２の長さＬ１の約３０％〜５０％の間とすることができる。第２の溶融炉１４内のガラスメルトの操作深さｄ２は、溶融温度と、炉内のメルトの滞留時間の両方を最大にするものを選択することができ、第１の溶融炉１２内のガラスメルトの深さｄ１の約６５％〜１１０％の間とすることができる。
図１および２にさらに示すとおり、装置１０はまた、第１の溶融炉１２から第２の溶融炉１４までガラスメルト１８を移動させるための、第１の溶融炉１２および第２の溶融炉１４を接続する接続管２０も含むことができる。接続管２０は、接続管の長手方向軸に実質的に垂直な面に沿って円形断面を有する円筒管を含む。さらなる実施例において、接続管は、楕円、曲線、多角形またはその他の断面形状を有する。
接続管２０は、ガラスの温度および化学的性質と適合性のある様々な材料を含むことができる。例えば、接続管２０は、ガラスメルトの汚染を最少にしながら、約１６５０℃という高温でその構造的完全性を維持するように設計することができる。接続管２０はまた、接続管２０を流れる溶融ガラスの温度を増大または維持するために、比較的容易に加熱されるように設計されていてもよい。例えば、接続管２０は、白金族またはその合金から選択される耐火性金属を含むことができる。白金族金属−ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金−は、耐化学攻撃性、優れた高温特性および安定した電気的特性という特徴を有している。その他の例示の耐火性金属としては、モリブデンおよびタングステンの合金を挙げることができる。
接続管２０は、様々な構成を有することができる。例えば、図２に示すとおり、接続管２０は、第１の領域３２を画成する第１の部分３０と、第２の領域４２を画成する第２の部分４０とを有することができる。図示するとおり、第１の領域３２は、第２の溶融炉１４の上流に位置し、第２の領域４２は、第１の領域３２の下流に位置させることができる。第１の部分３０および第２の部分４０は、互いに一体化または分離することができる。さらに、図示するとおり、第１の部分３０は、第２の部分４０から電気的に絶縁させることができる。ただし、さらなる例においては、第１および第２の部分は電気通信していてもよい。第１の部分３０は、様々なやり方で、第２の部分４０から電気的に絶縁できる。図示するとおり、第１の部分３０を、第２の部分４０から分離および間隔をあけて、電気的絶縁を与えることができる。ガラスメルトの部分が、第１の部分３０と第２の部分４０との間の領域に溶け出し、各電気接点間でガラス栓１７として適所で凝固する。凝固したガラス栓１７は、第１の部分３０と第２の部分４０との間の電気的絶縁を維持しながら、第１と第２の部分の間の間隙を充填して、接続管内にガラスメルトを含ませる役割を果たす。
図２に示すとおり、第１の溶融炉１２からのガラスメルトは、第１の溶融炉１２においてガラスメルト１８の表面より下に沈んだ第１の溶融炉１２の前壁１２ａの開口部から出るように設計することができる。同様に、第１の溶融炉１２からのガラスメルトは、第２の溶融炉１４のガラスメルト１８の表面より下に沈んだ第２の溶融炉１４の後壁１４ａの同様の開口部から入る。図２に示すとおり、接続管２０は、第１の端部２２と、第１の端部２２の反対の第２の端部２４とを含む。各端部２２、２４に近接する接続管２０の一部は、各溶融炉の耐火性壁に近接またはその中に配置できる。例えば、接続管２０の一部は、第１の溶融炉１２の前壁１２ａに近接またはその中に配置することができ、接続管２０の一部は、第２の溶融炉１４の後壁１４ａに近接またはその中に配置することができる。各端部２２、２４は、各炉壁の幅を超えて中点近くに配置でき、各炉の下部近傍にさらに配置することができる。
一例において、第１の端部２２は、第１の溶融炉１２の前壁１２ａ内に少なくとも部分的に配置することができる。例えば、図２に示すとおり、第１の端部２２は、前壁１２ａを通して延在しており、第１の端部２２は、前壁１２ａの内部表面から「Ｐ１」の距離だけ、第１の溶融炉１２の内部領域へ突出している。突出距離「Ｐ１」によって、ガラスメルトが、接続管２０の第１の端部２２へ引かれる際、前壁１２ａの内部表面に沿ったガラスメルトの流れが減少する。前壁１２ａの内部表面に沿ったガラスメルトの流れが減少すると、前壁１２ａの加速のついた腐食およびガラスメルトにおける耐火性石またはコードの増大を防ぐ補助となる。同様に、第２の端部２４は、第２の溶融炉１４の後壁１４ａ内に少なくとも部分的に配置させることができる。例えば、図２に示すとおり、第２の端部２４は、後壁１４ａを通して延在しており、第２の端部２４は、後壁１４ａの内部表面から「Ｐ２」の距離だけ、第２の溶融炉１４の内部領域へ突出している。突出距離「Ｐ２」によって、ガラスメルトが、第２の端部２４を出て、第２の溶融炉１４内のガラスメルトの表面まで上がり始める際、後壁１４ａの内部表面に沿ったガラスメルトの流れが減少する。後壁１４ａの内部表面に沿ったガラスメルトの流れが減少すると、後壁１４ａの加速のついた腐食およびガラスメルトにおける耐火性石またはコードの増大を防ぐ補助となる。突出距離「Ｐ１」および「Ｐ２」は、それぞれ、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）〜約１インチ（２．５４ｃｍ）とすることができるが、その他の突出距離もさらなる例においては可能である。
ガラスメルト１８は、炉内で加熱することができるが、炉の耐火性壁自体は、直接加熱されない。実際、炉の壁は、ガラスメルトが、第１の溶融炉１２の前壁１２ａから第２の溶融炉１４の後壁１４ａへ通過する際、ガラスメルトに対してヒートシンクとして作用する。さらに、ガラスメルトが、第１の溶融炉１２の前壁１２ａおよび第２の溶融炉１４の後壁１４ａから接続管２０を通過する際、対流および放射が大幅な熱損失の原因となる。壁開口部および炉間の非加熱接続管を通過する溶融ガラスは、１００℃、恐らくそれ以上の温度を失う。第２の溶融炉１４に入るメルトの温度が、第２の炉内のメルトの温度より大幅に冷たい場合、潜在的な欠点となり得る。例えば、第２の溶融炉１４に入るガラスメルトが、大幅に冷たいと（例えば、１００℃）、第２の溶融炉１４に入る冷たいガラスは、第２の溶融炉１４の下部に沈んで、炉出口へ直接流れる傾向がある。第２の溶融炉１４の下部へのこの短絡によって、第２の溶融炉１４内のガラスメルトの対流時間が減少する恐れがある。従って、望ましくない石および固まりが、第２の溶融炉１４に残り、ガラスメルト内で完全な溶解がなされず、別の面では対流時間が長くなる。
本発明の態様は、ガラスメルトが第１の溶融炉１２から第２の溶融炉１４へ通過する際の熱損失を補うための２つ以上の加熱装置を含むことができる。さらに、２つ以上の加熱装置は、ガラスメルトの有利な温度制御を提供しながら、接続管２０の過熱を防ぐ補助をする。図２に示すとおり、一例において、装置１０は、接続管２０の第１の領域３２内のガラスメルトを加熱するよう構成された第１の加熱装置と、接続管２０の第２の領域４２内のガラスメルトを加熱するよう構成された第２の加熱装置とを含む。別個の加熱装置を提供することにより、ある装置構成において、単一の加熱機構で生じる可能性のある接続管の部分の過熱を防ぐ補助となり得る。例えば、第２の溶融炉１４に入るガラスメルトの温度を上げようとすると、単一の加熱装置だと、接続管２０の中間部分を過熱する必要がある。少なくとも２つの加熱装置を提供することにより、ガラスメルトが第１の溶融炉１２から第２の溶融炉１４まで移動する際、熱がガラスメルトに連続的に、増加しながら加わる。
第１の加熱装置および第２の加熱装置は、ガラスメルトを様々なやり方で加熱する。例えば、接続管は、誘導、放射ヒーター、伝導ヒーター、対流ヒーターまたはその他加熱構成または加熱構成の組み合わせにより加熱される。示したとおり、第１の加熱装置および第２の加熱装置は、両方共、抵抗加熱構成を含むが、一方または両方の加熱装置が他の加熱構成を含んでいてもよい。抵抗加熱構成は、電流、例えば、交流を、接続管２０の部分に流すことにより、接続管２０の部分を加熱するように設計することができる。実際、図示するとおり、第１の加熱装置は、それぞれ、接続管２０の第１の部分３０と電気通信するよう配置された第１の電気接点６０ａと第２の電気接点６０ｂを含むことができる。本明細書全体に記載した様々な電気接点は様々な構造を含むことができる。図２の第１の電気接点６０ａで記載したとおり、各電気接点は、接続管に付加した白金ディスク７０を含むことができる。ニッケルリング７２を、白金ディスク７０に溶接することができ、環形流路７４で、ニッケルリング７２と白金ディスク７０間を画成する。冷却流体を、環形流路７４に循環させて、接点を冷却し、接続管と電気通信する電線路を提供することができる。
第１の部分３０は、第１の電気接点６０ａと第２の電気接点６０ｂとの間の電気路を画成する。第１の電気接点６０ａは、継電器８０と通信する第１の電線路６１ａを含むことができる。同様に、第２の電気接点６０ｂは、継電器８０と通信する第２の電線路６１ｂを含むことができる。継電器８０は、電源８２を含む第１の回路を選択的に開閉することができる。第１の回路を閉じると、電源８２は電気を流して、電気接点６０ａ、６０ｂ間に延在する接続管２０の第１の部分３０を加熱する。このように、第１の回路を閉じると、第１の加熱装置は、接続管２０の第１の領域３２内のガラスメルトを加熱することができる。あるいは、継電器８０が第１の回路を開くと、接続管２０の第１の部分３０の加熱を防ぐ。
第１の加熱装置と同様に、第２の加熱装置は、それぞれ、接続管２０の第２の部分４０と電気通信するよう配置された第３の電気接点６２ａと第４の電気接点６２ｂを含むことができる。第２の部分４０は、第３の電気接点６２ａと第４の電気接点６２ｂとの間の電気路を画成する。第３の電気接点６２ａは、継電器８０と通信する第３の電線路６３ａを含むことができる。同様に、第４の電気接点６２ｂは、継電器８０と通信する第４の電線路６３ｂを含むことができる。継電器８０は、電源８２を含む第２の回路を選択的に開閉することができる。第２の回路を閉じると、電源８２は電気を流して、電気接点６２ａ、６２ｂ間に延在する接続管２０の第２の部分４０を加熱する。このように、第２の回路を閉じると、第２の加熱装置は、接続管２０の第２の領域４２内のガラスメルトを加熱することができる。あるいは、継電器８０が第２の回路を開くと、接続管２０の第２の部分４０の加熱を防ぐ。
一例において、制御装置を提供すると、加熱装置の少なくとも１つにより加えられた熱を自動的に調整することができる。例えば、制御装置は、信号を継電器８０に送って、第１の回路を開閉して、第１の加熱装置による加熱を制御するように構成されたコンピュータ８４を含むことができる。加えて、または、この代わりに、コンピュータ８４は、信号を継電器８０に送って、第２の回路を開閉して、第２の加熱装置による加熱を制御するように構成することができる。一例において、制御装置は、測定された温度に基づいて、加熱装置の少なくとも１つにより加えられた熱を自動的に調整することができる。例えば、第１の加熱装置に、第１の温度ゲージ３１を提供する、および／または第２の加熱装置に、第２の温度ゲージ４１を提供することができる。一例において、コンピュータ８４は、第１の温度ゲージ３１からの温度フィードバックに基づいて、第１の回路を自動的に開閉することができる。同様に、コンピュータ８４は、第２の温度ゲージ４１からの温度フィードバックに基づいて、第２の回路を自動的に開閉することができる。従って、制御装置は、測定した温度に基づいて、第１および／または第２の加熱装置を自動的に始動または停止することができる。上述したとおり、継電器８０は、第１および第２の回路を開閉することにより機能する。さらなる例において、制御装置は、電気接点間に印加された電圧を修正することにより機能する。このように、制御装置は、対応の測定された温度に基づいて、ヒーターにより加えられた熱を連続的に修正することができる。
図２に示すとおり、接続管２０の第１の端部２２は、第１の溶融炉１２の前壁１２ａの開口部内に位置する実質的に折返されていない端部構造を含むことができる。ただし、さらなる例において、第１の端部２２は開口部に近接および開口部外に位置していてもよい。接続管２０の第２の端部２４は、第１の端部２２に関して記載したのと同様の構造を有することができる。例えば、第２の端部２４は、第２の溶融炉１４の後壁１４ａ内に挿入された直線管を含むことができる。しかしながら、直線管として第１または第２の溶融炉へと通過する電流により直接加熱される接続管２０を単に挿入しても、通路は十分に加熱されない。実際、電流は、炉外に位置する２つの接続部間の直線管を流れる。しかしながら、接触点間の管の部分のみが加熱される。このように、電流は、炉の壁内の管の部分に流れず、管のその部分の加熱はなされない。本発明の態様によれば、前壁１２ａおよび／または後壁１４ａ内の管の部分を加熱してもよい。例えば、後述するとおり、接続管２０の第１の端部２２に、上流折返し端部構造を与え、および／または接続管２０の第２の端部２４に、下流折返し端部構造を与えることができる。
図２に、任意の下流折返し端部構造４４を含む接続管２０の第２の端部２４を示す。一例において、下流折返し端部構造４４は、第２の溶融炉１４の後壁１４ａ内に少なくとも部分的に配置することができる。例えば、下流折返し端部構造は、後壁１４ａを通して延在しており、下流折返し端部構造４４の端部は、後壁１４ａの内部表面から「Ｐ２」の距離だけ、第２の溶融炉１４の内部領域へ突出している。折返し端部構造を与えることにより、第２の溶融炉１４の後壁１４ａ内に配置された折返し端部構造の部分を尚加熱しながら、第２の溶融炉１４の外側に電気接点を配置することができる。実際、図示するとおり、第３の電気接点６２ａを、折返し端部構造４４の第１の部分４６の端部に配置し、第４の電気接点６２ｂを、折返し端部構造４４の第２の部分４７の端部に配置することができる。第１の部分４６と第２の部分４７は、端部４８により結合することができる。電流は、第３の電気接点６２ａから、第１の部分４６を通って、第２の溶融炉１４の後壁１４ａへと通る。電流は、端部４８を通って、後壁１４ａから戻って第２の部分４７を通ることにより方向を変える。このように、接続管２０の第２の領域４２は、後壁１４ａ内で少なくとも部分的に加熱でき、第３および第４の電気接点６２ａ、６２ｂは、後壁１４ａの外側に配置される。
さらに示すとおり、下流折返し端部構造４４は間隙を画成することができる。間隙は、折返し端部構造４４の第１の部分４６と後壁１４ａとの間に絶縁バリアを提供する。従って、示すとおり、第１の部分４６を、第２の部分４７から間隔をあけて、その間に間隙を画成することができる。図示するとおり、耐火性材料４５を、間隙内に少なくとも部分的に配置することができる。耐火性材料４５は、さらに絶縁を与え、スペーサとしても機能して、第１の部分４６と第２の部分４７との間に相対的なサポートを与える。図示するとおり、例示の下流折返し端部構造は、管の端部を含むことができ、これを裏返して、自身に折返し、第１の部分４６が、第２の部分４７に対して同心となるようにする。
第２の溶融炉１４に入る溶融ガラスの温度は、第１の溶融炉１２を出るガラスメルトの温度より大いに影響がある。従って、図２に示すとおり、構成には、折返し端部構造を含む第２の端部２４のみを提供することができる。あるいは、図３に示すとおり、接続管１２０の第１の端部１２２および第２の端部１２４の両方共、折返し端部構造を有している。実際、第１の端部１２２は、前壁１２ａ内に少なくとも部分的に配置された上流折返し端部構造５４を含み、第２の端部１２４は、後壁１４ａ内に少なくとも部分的に配置された下流折返し端部構造４４を含む。例えば、上流折返し端部構造５４は、前壁１２ａを通して延在し、上流折返し端部構造５４は、前壁１２ａの内部表面から「Ｐ１」の距離だけ、第１の溶融炉１２の内部領域へ突出している。加えて、または、この代わりに、下流折返し端部構造４４は、後壁１４ａを通して延在し、下流折返し端部構造の端部は、後壁１４ａの内部表面から「Ｐ２」の距離だけ、第２の溶融炉１４の内部領域へ突出している。上述したとおり、突出距離「Ｐ１」および「Ｐ２」によって、前壁１２ａおよび後壁１４ａの内部表面にそれぞれ沿ったガラスメルトの流れが減少する。内部表面に沿ったガラスメルトの流れが減少すると、各壁の加速のついた腐食およびガラスメルトにおける耐火性石またはコードの増大を防ぐ補助となる。突出距離「Ｐ１」および「Ｐ２」は、それぞれ、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）〜約１インチ（２．５４ｃｍ）とすることができるが、その他の突出距離もさらなる例においては可能である。
上流折返し端部構造５４は、接続管１２０の第１の部分３０の一部とすることができる。あるいは、図示するとおり、接続管１２０は、上流折返し端部構造５４を含む、第３の領域５２を画成する第３の部分５０を含むことができる。第３の部分５０および第１の部分３０は、互いに一体化または分離することができる。さらに、図示するとおり、第３の部分５０は、第１の部分３０から電気的に絶縁させることができる。ただし、さらなる例においては、第３および第１の部分は電気通信していてもよい。第３の部分５０は、様々なやり方で、第１の部分３０から電気的に絶縁できる。図示するとおり、第３の部分５０を、第１の部分３０から分離および間隔をあけて、電気的絶縁を与えることができる。ガラスメルトの部分が、第３の部分５０と第１の部分３０との間の領域に溶け出し、第３の部分５０と第１の部分３０との間の電気的絶縁を維持しながら、各電気接点間の適所で凝固して、接続管内にガラスメルトを含ませる。
上流折返し端部構造５４は、提供される場合、下流折返し端部構造４４の実質的な鏡像となり、同様のやり方で動作する。このように、図３に図示するとおり、装置１１０は、接続管１２０の第１の領域３２の上流に位置する接続管１２０の第３の領域５２内のガラスメルトを加熱するよう構成された第３の加熱装置を含むことができる。第３の加熱装置は、それぞれ、接続管１２０の第３の部分５０と電気通信するよう配置された第５の電気接点６４ａおよび第６の電気接点６４ｂを含むことができる。第３の部分５０は、第５の電気接点６４ａと第６の電気接点６４ｂとの間の電気路を画成する。第５の電気接点６４ａは、継電器８０と通信する第５の電線路６５ａを含むことができる。同様に、第６の電気接点６４ｂは、継電器８０と通信する第６の電線路６５ｂを含むことができる。継電器８０は、電源８２を含む第３の回路を選択的に開閉することができる。第３の回路を閉じると、電源８２は電気を流して、電気接点６４ａ、６４ｂ間に延在する接続管１２０の第３の部分５０を加熱する。このように、第３の回路を閉じると、第３の加熱装置は、接続管１２０の第３の領域５２内のガラスメルトを加熱することができる。あるいは、継電器８０が第１の回路を開くと、接続管１２０の第３の部分５０の加熱を防ぐ。
一例において、制御装置を提供すると、第１、第２および第３の加熱装置により加えられた熱を自動的に調整することができる。例えば、制御装置は、図２に示した装置１０に関して記載したとおり、第１および第２の加熱装置を自動的に調整することができる。同様に、制御装置は、図３に示す第３の加熱装置により加えられた熱を自動的に調整することができる。例えば、コンピュータ８４が、信号を継電器８０に送って、第３の回路を開閉して、第３の加熱装置による加熱を制御することができる。一例において、第３の加熱装置に、第３の温度ゲージ５１を提供すると、コンピュータ８４は、第３の温度ゲージ５１からの温度フィードバックに基づいて、第３の回路を自動的に開閉することができる。継電器８０は、従って、第３の回路を開閉することにより機能する。さらなる例において、制御装置は、電気接点間に印加された電圧を修正することにより機能する。このように、制御装置は、対応の測定された温度に基づいて、ヒーターにより加えられた熱を連続的に修正することができる。
本発明の態様に従って、ガラスを製造する例示の方法を説明する。ガラスを製造する方法は、ガラスメルト１８を第１の溶融炉１２に提供する工程を含む。図１に示すとおり、ガラス供給材料は、矢印１５で示されるように、第１の溶融炉１２に供給される。供給材料は、第１の溶融炉１２へ、ガラス形成成分を一緒に混合し、別個の処理量として、第１の溶融炉１２へ導入されるバッチプロセスにより導入されるか、または供給材料は、連続的に混合されて、第１のガラス溶解炉へ導入される。矢印１５で示されるように、供給材料は、炉構造の開口部またはポートを通して、バッチプロセスの場合には、プッシュバーまたはスクープを用いることにより、導入され、連続供給溶解炉の場合には、スクリューまたはオーガ装置を用いる。供給材料成分の量および種類は、ガラス「レシピ」を含む。バッチプロセスは、少量のガラスに用いることができ、約数トンのガラスまでの容量を有する炉に用いることができ、大規模業務用連続供給炉は、１，５００トンを超えるガラスに適用でき、１日に数百トンのガラスを分配することができる。
供給材料は、第１の溶融炉１２において、供給材料の上の１つ以上のバーナーから出る燃料空気（または燃料酸素）火炎により、内部溶解炉壁に典型的に装着された電極間を通る電流により、またはその両方により、加熱される。同じく耐火性ブロックからできた壁上のクラウン構造は、溶融炉をカバーし、燃焼加熱炉において、燃料の燃焼のための隙間を与える。
あるプロセスにおいて、供給材料は、まず、燃料空気火炎により加熱する。すると、供給材料が溶融し始め、供給材料の抵抗性が減少する。電流は、その後、供給材料／溶融混合物を通って、加熱および溶融プロセスが完了する。加熱中、供給材料の反応によって、様々なガスが放出され、一般的に、ブリスターまたはシードと呼ばれる内包物が、ガラスメルト内に形成される。シードはまた、供給材料の粒子間の隙間内に捕捉された空気の結果として、そして耐火性ブロック自体のメルトへの溶解からも形成される。シードを構成するガスは、例えば、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＳＯ２、Ａｒ、Ｎ２およびＮＯのいずれか１つまたは混合物を含む。除去されないと、シードは、ガラス製造プロセスを通過して、最終的なガラス製品までいき望ましくない。ガス状内包物の除去は、清澄とも呼ばれる。固体内包物はまた、溶融および溶解が不完全な場合、例えば、メルトが溶融中、適切な温度で滞留時間が不十分な場合、最終製品に侵入する可能性もある。メルトを含む固体内包物は、完全に溶融しておらず、メルトの残りと均一になっていない未溶融供給材料（石）およびガラスメルトの小さな領域（固まり）であり、バルクメルトとは異なる屈折率を有している。
溶融中、発泡層１６が、メルトの表面に形成される。これは、アルカリを含まないアルミノケイ酸塩ガラスに特に当てはまる。理論に拘束されることは望むところではないが、泡沫塊は、アルミナおよびシリカ層化の程度によると考えられ、より粘性であるが、あまり緻密でないシリカを多く含むガラスは、あまり粘性でないが、より重いアルミナを多く含むガラスの上に浮く。メルトを通して上方へ上がるシードは、粘性のシリカを多く含むガラスに捕捉されて、メルトの上に発泡層を形成する。この泡沫塊にはまた、原材料と、溶融プロセスの副生成物も含まれる。
図２を参照すると、本発明の方法には、ガラスメルト１８を、接続管２０を通して、第１の溶融炉１２から第２の溶融炉１４まで流す工程もさらに含まれる。図示するとおり、ガラスメルトは、第１の経路１８ａに沿って、第２の溶融炉１４の上流に位置する接続管２０の第１の領域３２を通って流れる。ガラスメルトは、第１の経路１８ａに沿って、第１の領域３２の下流に位置する接続管２０の第２の領域４２を通って流れ続ける。本方法には、第１の領域３２内のガラスメルトを第１の加熱装置により加熱する工程がさらに含まれる。一例において、第１の加熱装置は、ガラスメルトが第１の溶融炉１２で維持されるのと実質的に同じ温度にガラスメルトを維持する機能を果たす。例えば、第１の加熱装置は、約１５７０℃〜約１６２０℃、例えば、約１６００℃〜約１６２０℃の温度範囲内に、第１の領域３２においてガラスメルトを維持するよう構成することができる。
本方法には、ガラスメルトを、第２の領域４２内で、第２の加熱装置により加熱する工程がさらに含まれる。一例において、第２の加熱装置はまた、ガラスメルトを、第１の溶融炉で維持したのと実質的に同じ温度でガラスメルトを維持する機能も果たす。例えば、第２の加熱装置は、約１５７０℃〜約１６２０℃、例えば、約１６００℃〜約１６２０℃の温度範囲内に、第２の領域４２においてガラスメルトを維持するよう構成することができる。第２の加熱装置は、ガラスメルトを、第２の溶融炉１４に、第２の溶融炉１４内のガラスメルトの平均温度より約２０℃高い温度で導入できるように設計することができる。第２の溶融炉１４に入るガラスメルトの比較的高温によって、回転パターン１９が生じる。実際、第２の溶融炉１４に入るガラスメルトは、ガラスメルトの表面が持ち上がる傾向があり、ガラス泡１３がガラスメルト１８の表面で放出されるにつれて、清澄がより容易に生じる。ガラスメルトが冷却されるにつれて、下に流れ、ガラスメルトの一部が、回転パターン１９を移動する際、後壁１４ａに向かって戻って、第２の溶融炉１４に再び再生される。このように、第２の溶融炉１４に入る比較的熱いガラスメルトによって、ガラスメルト１８の循環が補助されて、第２の溶融炉１４内での残りの時間が増え、また、ガラスメルトが流れる際の、ガラスメルト表面による清澄プロセスも補助する。
第１の溶融炉１２と第２の溶融炉１４との間の接続管２０周囲の雰囲気を制御して、雰囲気内の所定の水素部圧を与えることができ有利である。２００５年４月２７日出願の米国特許出願公開第２００６／０２４２９９６号明細書に開示されているとおり、接続管２０外および接続管２０と接触する水素分圧を用いて、耐火性金属容器内の溶融ガラス中のガス状内包物の除去を制御することができる。かかる制御は、容器を囲む筺体で容器を囲むことにより促進され、容器を囲む筺体は、耐火性金属容器と接触する雰囲気も囲む。第１の溶融炉１２の前壁１２ａを通って出る際、ガラスの冷却を用いて、１種類または複数種類の多価清澄剤を、酸素と共に、ガラス内に再充填することができる。溶融炉の壁外の接続管２０と接触する雰囲気の水素分圧を後に下げることにより、接続管２０を流れ、かつ接続管２０から出るガラスメルトからの水素浸透を促進して、酸素を放出し、接続管を通過する溶融ガラス内で活発に発泡させることができる。この酸素の大量放出によって、メルト内のシードの凝固を補助することができる。清澄剤の再充填を用いると、第２の溶融炉１４内での初期の清澄および後の清澄工程、例えば、第２の溶融炉１４の下流かつ流体連通している清澄容器１１内において、改善することができる。接続管２０と接触する雰囲気の水素分圧は、例えば、接続管２０と接触する雰囲気の有効露点を制御することにより制御される。
本発明によれば、第１の溶融炉１２のメルトの表面とは異なり、第２の溶融炉１４内のガラスメルトの表面には、泡、微粒子および本明細書に記載したようなその他汚染物が実質的にない。第２の溶融炉１４におけるメルトの泡のない表面は、メルトの表面上に位置する燃料バーナー（図示せず）の熱効率を上げることができる。第１の溶融炉１２において存在する発泡層１６は、燃焼バーナーにより生成される熱からガラスメルトの表面を断熱する役割を果たす。従って、第１の溶融炉１２における溶融で生成された熱の約７５％は、電流のジュール熱により生じ、約２５％は、ガラスメルト１８上の燃料−酸素バーナーによるものである。電気溶融は、エネルギー効率が良いが、電極近くの側壁の局部温度は、非常に高く、電気溶融だと、主に燃料溶融よりも、耐火物寿命が通常短い。一方、第２の溶融炉１４におけるガラスメルト１８の実質的に泡のない表面によって、電気ジュール加熱よりも、燃料−酸素バーナーにより、大量の熱がメルトに寄与する。
本発明の上述した実施形態、特に、「好ましい」実施形態は、実施の単なる可能な例であり、本発明の原理を明確に理解するために単に規定されたものであることを強調しておかなければならない。多くの変形および修正を、本発明の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の上述した実施形態で行える。かかる変形および修正は全て、本開示内容および本発明の範囲内に含まれ、特許請求の範囲により保護されるものとする。

Claims (10)

  1. ガラスメルトを第１の溶融炉に提供する工程と、
    前記ガラスメルトを、接続管を通して、前記第１の溶融炉から第２の溶融炉まで流す工程であって、前記ガラスメルトが、前記第２の溶融炉の上流に位置する前記接続管の第１の領域および前記第１の領域の下流に位置する前記接続管の第２の領域に流れる工程と、
    前記第１の領域内の前記ガラスメルトを、第１の加熱装置により加熱する工程と、
    前記第２の領域内の前記ガラスメルトを、第２の加熱装置により加熱する工程と
    を含むことを特徴とする、ガラスを製造する方法。
  2. 前記第１の加熱装置は、前記接続管の第１の部分に電流を流すことにより、前記接続管の前記第１の領域内の前記ガラスメルトを加熱し、前記第２の加熱装置は、前記接続管の第２の部分に電流を流すことにより、前記接続管の前記第２の領域内の前記ガラスメルトを加熱することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記接続管の前記第２の部分は、前記第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置された下流折返し端部構造を含み、前記電流は、前記下流折返し端部構造を流れることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置された下流折返し端部構造を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第１の溶融炉の前壁内に少なくとも部分的に配置された上流折返し端部構造を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 第１の溶融炉と、
    第２の溶融炉と、
    前記第１の溶融炉から前記第２の溶融炉までガラスメルトを移動させるための、前記第１および第２の溶融炉を接続する接続管であって、前記第２の溶融炉の上流に位置する第１の領域を画成する第１の部分と、前記第１の領域の下流に位置する第２の領域を画成する第２の部分とを含む接続管と、
    前記接続管の前記第１の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第１の加熱装置と、
    前記接続管の前記第２の領域内のガラスメルトを加熱するよう構成された第２の加熱装置と
    を含むことを特徴とする、ガラスを製造するための装置。
  7. 前記接続管は、下流折返し端部構造を有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
  8. 前記下流折返し端部構造は、前記第２の溶融炉の後壁内に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
  9. 前記下流折返し端部構造は、前記後壁を通して延在しており、前記下流折返し端部構造の端部は、前記後壁の内部表面から、前記第２の溶融炉の内部領域へ突出していることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
  10. 前記第１の部分は、前記第２の部分から電気的に絶縁されており、前記第１の加熱装置は、電流を前記第１の部分に流して、前記接続管の前記第１の領域内の前記ガラスメルトを加熱するよう構成されており、前記第２の加熱装置は、電流を前記第２の部分に流して、前記接続管の前記第２の領域内の前記ガラスメルトを加熱するように構成されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
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