JP2013193908A - ガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、およびガラス製品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】気中溶融法を用いたガラス溶融炉、前記ガラス溶融炉を用いた溶融ガラスの製造方法、前記ガラス溶融炉を備えたガラス製品の製造装置、および前記ガラス製品の製造装置を用いたガラス製品の製造方法において、炉内に発生したガラス原料粒子の微粉を捕集可能とする。
【解決手段】略円筒状の内壁面2a,2bを有する炉体1と、炉体1内にガラス原料粒子GMを溶融する気相雰囲気Kを形成する燃焼バーナー3と、気相雰囲気K中にガラス原料粒子GMを投入する原料粒子投入装置4と、炉体1内のガラス原料粒子GMを所定箇所(下部内壁面2a)に集合させるべく炉体1内の雰囲気を内壁面2a,2bに沿って旋回させる旋回流形成装置5とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】略円筒状の内壁面2a,2bを有する炉体1と、炉体1内にガラス原料粒子GMを溶融する気相雰囲気Kを形成する燃焼バーナー3と、気相雰囲気K中にガラス原料粒子GMを投入する原料粒子投入装置4と、炉体1内のガラス原料粒子GMを所定箇所(下部内壁面2a)に集合させるべく炉体1内の雰囲気を内壁面2a,2bに沿って旋回させる旋回流形成装置5とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、炉内の高温雰囲気中でガラス原料を溶融し集積して溶融ガラスとするガラス溶融炉、前記ガラス溶融炉を用いた溶融ガラスの製造方法、前記ガラス溶融炉を備えたガラス製品の製造装置、および前記ガラス製品の製造装置を用いたガラス製品の製造方法に関する。
下記特許文献1には、炉内の高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融して溶融ガラス粒子とし、前記溶融ガラス粒子を集積して溶融ガラスとする、いわゆる気中溶融法(In-Flight glass melting method)を用いたガラス溶融炉が開示されている。炉体の上壁部には、下向きのガラス原料粒子投入部と、そのガラス原料粒子投入部の下方にガラス原料粒子を溶融して溶融ガラス粒子とする気相雰囲気を形成するための加熱手段(燃焼バーナー)が設置される。
前記気中溶融法によれば、従来のシーメンス型の溶融炉(Siemens type furnace)による溶融法と比較して、ガラス溶融工程の消費エネルギーを1/3程度まで低減できると言われており、短時間で溶融が可能になり、溶融炉の小型化、蓄熱室の省略、品質の向上、CO2の削減、ガラス品種の変更時間の短縮化を図ることができる技術として注目されている。
前記気中溶融法によれば、従来のシーメンス型の溶融炉(Siemens type furnace)による溶融法と比較して、ガラス溶融工程の消費エネルギーを1/3程度まで低減できると言われており、短時間で溶融が可能になり、溶融炉の小型化、蓄熱室の省略、品質の向上、CO2の削減、ガラス品種の変更時間の短縮化を図ることができる技術として注目されている。
ところで、気中溶融法において、ガラス原料粒子である造粒体をガラス原料粒子投入部から燃焼バーナーの火炎中に投入すると、火炎噴射流の勢いや原料の急速な熱分解によるガス放出により造粒体が崩れ、ガラス製品の均質化および微粉の低減に影響を与えるという問題がある。特に、炉体の内壁面における耐火レンガの素地が露出する部位は、微粉が素地に付着することによって侵食が進み易くなり、設備のランニングコストにも影響を与える。しかし、気中溶融法では、ガラス原料粒子の微粉の発生を無くすことは難しい。
そこで本発明は、気中溶融法を用いたガラス溶融炉、前記ガラス溶融炉を用いた溶融ガラスの製造方法、前記ガラス溶融炉を備えたガラス製品の製造装置、および前記ガラス製品の製造装置を用いたガラス製品の製造方法において、炉内に発生したガラス原料粒子の微粉を捕集可能とすることを目的とする。
上記課題の解決手段として、本発明は、炉内の高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融し集積して溶融ガラスとするガラス溶融炉において、略円筒状の内壁面を有する炉体と、前記炉体内に前記気相雰囲気を形成する燃焼バーナーと、前記気相雰囲気中に前記ガラス原料粒子を投入する原料粒子投入装置と、前記炉体内の雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させる旋回流形成装置と、を備えるガラス溶融炉を提供する。
本発明は、前記炉体が、前記気相雰囲気を収める溶融室と、該溶融室の下方に連設されて前記気相雰囲気中で溶融した溶融ガラス粒子を集積する貯留部と、を有し、前記燃焼バーナーが、前記炉体内の上方かつ火炎の噴射により前記雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させる位置に配置され、前記旋回流形成装置を兼ねる構成でもよい。
また、本発明は、前記燃焼バーナーが、前記内壁面の斜め下方の接線方向に前記火炎を噴射するように配置される構成でもよい。
また、本発明は、前記炉体が、該炉体の上壁部の中央を貫通する円筒状の排気管を備え、前記溶融室の上方に連設されて上側ほど広い水平断面を形成すると共に、前記排気管の下部を前記炉体内側に突出させた上方旋回室を有し、前記溶融室と前記上方旋回室との接続部に前記燃焼バーナーの火炎噴射口が配置される構成でもよい。
また、本発明は、前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する構成でもよい。
また、本発明は、前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である構成でもよい。
また、本発明は、前記燃焼バーナーが、前記内壁面の斜め下方の接線方向に前記火炎を噴射するように配置される構成でもよい。
また、本発明は、前記炉体が、該炉体の上壁部の中央を貫通する円筒状の排気管を備え、前記溶融室の上方に連設されて上側ほど広い水平断面を形成すると共に、前記排気管の下部を前記炉体内側に突出させた上方旋回室を有し、前記溶融室と前記上方旋回室との接続部に前記燃焼バーナーの火炎噴射口が配置される構成でもよい。
また、本発明は、前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する構成でもよい。
また、本発明は、前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である構成でもよい。
本発明は、前記燃焼バーナーが、前記炉体上部の前記内壁面中央で火炎を下向きに噴射する火炎噴射口を有し、前記原料粒子投入装置が、前記燃焼バーナーの火炎噴射口と近接配置されて前記燃焼バーナーの前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有し、前記旋回流形成装置が、前記火炎噴射口及び前記原料投入口とは別に、前記炉体内の上部から前記内壁面に沿って旋回誘導ガスを導入するガス導入口を有する構成でもよい。
また、本発明は、前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する構成でもよい。
また、本発明は、前記燃焼バーナーに、前記原料粒子投入装置が一体に設けられている構成でもよい。
また、本発明は、前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する構成でもよい。
また、本発明は、前記燃焼バーナーに、前記原料粒子投入装置が一体に設けられている構成でもよい。
本発明は、炉内の高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融し集積して溶融ガラスとするガラス溶融炉を用いた溶融ガラスの製造方法において、前記ガラス溶融炉における略円筒状の内壁面を有する炉体内に前記気相雰囲気を形成するステップと、前記気相雰囲気中に前記ガラス原料粒子を投入するステップと、前記投入後のガラス原料粒子を所定箇所に集合させるように前記炉体内の雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させて旋回流を形成するステップと、を含む溶融ガラスの製造方法を提供する。
本発明は、前記炉体内の雰囲気と共に旋回する前記投入後のガラス原料粒子を前記内壁面に衝突させて捕集するステップと、該捕集後のガラス原料粒子を前記内壁面の下方の貯留部に流下させるステップとを含む構成でもよい。
また、本発明は、前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である構成でもよい。
また、本発明は、前記気相雰囲気が、燃焼バーナーによって形成される構成でもよい。
また、本発明は、前記旋回流が、燃焼バーナーによって形成される構成でもよい。
本発明は、前記炉体内の雰囲気と共に旋回する前記投入後のガラス原料粒子を前記内壁面に衝突させて捕集するステップと、該捕集後のガラス原料粒子を前記内壁面の下方の貯留部に流下させるステップとを含む構成でもよい。
また、本発明は、前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である構成でもよい。
また、本発明は、前記気相雰囲気が、燃焼バーナーによって形成される構成でもよい。
また、本発明は、前記旋回流が、燃焼バーナーによって形成される構成でもよい。
本発明は、前記ガラス溶融炉と、前記ガラス溶融炉により製造された溶融ガラスを成形する成形手段と、前記成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えるガラス製品の製造装置を提供する。
また、本発明は、前記溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、前記溶融ガラスを成形する工程と、前記成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス製品の製造方法を提供する。
また、本発明は、前記溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、前記溶融ガラスを成形する工程と、前記成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス製品の製造方法を提供する。
本発明によれば、燃焼バーナーが形成した気相雰囲気によって、原料粒子投入装置から投入されたガラス原料粒子を溶融する一方、旋回流形成装置が形成した旋回流によって、炉内に発生したガラス原料粒子の微粉を捕集可能となる。これにより、炉内に発生したガラス原料粒子の微粉によるガラス製品の均質化および煤塵の低減への影響を抑制できると共に、炉体にガラス原料粒子が衝突することによる内壁面の侵食を抑えてランニングコストへの影響を抑制できる。
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示す本実施形態のガラス溶融炉10は、いわゆる気中溶融法により溶融ガラスGを製造するものである。ガラス溶融炉10は、例えば目的とするガラスの組成に合わせて、ガラスの各成分の原料粉末を混合して集合させたガラス原料粒子(造粒体)GMを、炉体1内に形成した気相雰囲気K中に投入し、このガラス原料粒子GMを溶融させて溶融ガラス粒子Uとする。溶融ガラス粒子Uは、炉体1の底部に集積されて液相の溶融ガラスGを形成する。ガラス溶融炉10は、成形装置20(成形手段)を含むガラス製品の製造装置30の一部を構成する。
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示す本実施形態のガラス溶融炉10は、いわゆる気中溶融法により溶融ガラスGを製造するものである。ガラス溶融炉10は、例えば目的とするガラスの組成に合わせて、ガラスの各成分の原料粉末を混合して集合させたガラス原料粒子(造粒体)GMを、炉体1内に形成した気相雰囲気K中に投入し、このガラス原料粒子GMを溶融させて溶融ガラス粒子Uとする。溶融ガラス粒子Uは、炉体1の底部に集積されて液相の溶融ガラスGを形成する。ガラス溶融炉10は、成形装置20(成形手段)を含むガラス製品の製造装置30の一部を構成する。
前記「気相雰囲気」とは、気中溶融法において燃焼バーナーによって炉内に形成される高温の気相雰囲気であって、炉内のその他の領域の雰囲気とは区別されるものである。このため、「気相雰囲気」というときには、単に「雰囲気」というときと区別をしている。気相雰囲気は、燃焼バーナーの火炎を含む高温の領域をいう。なお、気中溶融法では、燃焼バーナーの補助加熱装置として、熱プラズマを用いてもよい。この場合には、プラズマが発生している高温の領域も気相雰囲気に含む。
ガラス溶融炉10は、略円筒状の内壁面2a,2bを形成する炉体1と、炉体1の周壁部1eに設置された複数(図1では一対)の燃焼バーナー3とを備える。燃焼バーナー3は、いわゆる粉体バーナーであり、既存の酸素燃焼バーナーとしての機能と、噴射した火炎(以下、燃焼炎Fという。)中にガラス原料粒子GMを投入する原料粒子投入装置4としての機能とを有する。
ガラス溶融炉10は、固体粒子と気体との混相流から固体粒子を分離するいわゆるサイクロン式の分離器としても機能する(図2,3参照)。ガラス溶融炉10は、炉内で溶融したガラス原料粒子GM(溶融ガラス粒子U)を分離、捕集すると共に、炉内に発生したガラス原料粒子GMの微粉を捕集可能とする。
炉体1は、燃焼バーナー3による気相雰囲気Kを収める溶融室1aと、溶融室1aの上方に連設される上方旋回室1bと、溶融室1aの下方に連設される貯留部1cとを有する。
溶融室1aは、炉体1の水平断面形状の略中心を通る鉛直方向に沿う軸線(以下、単に軸線という。)C1を有する略円筒状の下部内壁面2aを形成する。下部内壁面2aは、下側ほど広がるテーパ状に形成される。溶融室1aの内部空間は、下側ほど広い水平断面を有する円錐台形状とされる。
溶融室1aは、炉体1の水平断面形状の略中心を通る鉛直方向に沿う軸線(以下、単に軸線という。)C1を有する略円筒状の下部内壁面2aを形成する。下部内壁面2aは、下側ほど広がるテーパ状に形成される。溶融室1aの内部空間は、下側ほど広い水平断面を有する円錐台形状とされる。
上方旋回室1bは、下部内壁面2aと軸線C1を共有する略円筒状の上部内壁面2bを形成する。上部内壁面2bは、上側ほど広がるテーパ状に形成される。上方旋回室1bの内部空間は、上側ほど広い水平断面を有する逆円錐台形状とされる。上方旋回室1bの軸方向高さは、例えば溶融室1aの軸方向高さの0.1〜0.5倍程度とされる。溶融室1aの軸方向高さとは、貯留部1cの溶融ガラスGの液面から後述の絞り部2cまでの高さH(図2参照)に相当する。
貯留部1cは、溶融したガラス原料粒子GM(溶融ガラス粒子U)を集積して液相の溶融ガラスGとするもので、例えば不図示の加熱ヒータを備え、貯留した溶融ガラスGを所定温度(例えば1400℃程度)の溶融状態に保持する。
燃焼バーナー3は、燃料ガスおよび燃焼ガスを噴射する火炎噴射ノズルを有すると共に、生成する燃焼炎F中にガラス原料粒子GMを投入する原料粒子投入装置4の原料供給ノズルを有する。原料供給ノズルには、供給管4bを介して原料供給器4cが接続される。原料供給器4cは、ガラス原料粒子GMを収容したホッパを有する。火炎燃焼ノズルには、ガス管を介してガス供給装置が接続される。
燃焼バーナー3は、軸線C1に関して180°の回転対称で一対配置される(図3参照)。燃焼バーナー3は筒状をなし、その先端に位置する火炎噴射口3a及び原料投入口4aを、内壁面2a,2b間の稜線部(以下、絞り部2cという。)にて炉内に開口させる。火炎噴射口3a及び原料投入口4aの開口中心は絞り部2cを横断する面上に位置する。火炎噴射ノズルの火炎噴射口3aと原料供給ノズルの原料投入口4aとは互いに近接しかつ同軸に配置される。
燃焼バーナー3は、軸線C1と直交する水平断面視で、内壁面2a,2bの断面形状における円周の径方向に対して中心軸線(以下、単に軸線という。)C3を傾斜させるように配置される。換言すれば、燃焼バーナー3は、内壁面2a,2bの断面形状における円周の接線方向に軸線C3を沿わせるように配置される。さらに換言すれば、燃焼バーナー3は、内壁面2a,2bの断面形状における円周の接線方向に燃焼炎F及びガラス原料粒子GMの噴射方向を沿わせるように配置される。
一対の燃焼バーナー3が内壁面2a,2bの水平断面の接線方向に沿って燃焼炎Fを噴射することで、絞り部2c近傍で燃焼炎Fが軸線C1を中心に旋回してなる初期火炎旋回流FRが円滑かつ強力に形成されると共に、この初期火炎旋回流FRにより炉体1内の全体の雰囲気(気相雰囲気K含む。)が軸線C1を中心に旋回して旋回流Rを形成する。
燃焼バーナー3は、軸線C1と直交する方向から見た側面視(図1参照)で、先端側ほど下側となるように水平方向に対して傾斜する。
燃焼バーナー3が斜め下向きに火炎噴射口3a及び原料投入口4aを開口させることで、ガラス原料粒子GMが燃焼炎Fの大きな流速を利用して溶融室1a内に導入されると共に、ガラス原料粒子GMによる火炎噴射口3a及び原料投入口4aの閉塞が抑止される。
燃焼バーナー3の軸線C3の水平方向に対する傾斜角度θは、5°<θ<45°が好ましく、より好ましくは15°<θ<30°である(図2参照)。
燃焼バーナー3が斜め下向きに火炎噴射口3a及び原料投入口4aを開口させることで、ガラス原料粒子GMが燃焼炎Fの大きな流速を利用して溶融室1a内に導入されると共に、ガラス原料粒子GMによる火炎噴射口3a及び原料投入口4aの閉塞が抑止される。
燃焼バーナー3の軸線C3の水平方向に対する傾斜角度θは、5°<θ<45°が好ましく、より好ましくは15°<θ<30°である(図2参照)。
なお、燃焼バーナー3の設置数は二基に限定されず、三基以上であることが、強い旋回力を得る意味で好ましい。燃焼バーナー3は、気相雰囲気Kの温度の対称性及び均一性を向上させると共に旋回流Rを円滑に形成するという観点から、軸線C1を中心とした回転方向で等間隔に、かつ回転対称に複数配置することが好ましい。図4に示す例では、燃焼バーナー3は軸線C1に関して90°の回転対称で四基配置される。本発明を北半球で実施する場合、燃焼バーナー3は、火炎噴射により炉内に形成する軸線C1中心の旋回流Rがコリオリの力を受けるように、軸線C1に沿う方向から見た上面視で旋回流Rが半時計回りとなるように配置される。
燃焼バーナー3の火炎噴射口3a及び原料投入口4aは、軸線C3に沿って溶融室1a内に燃焼炎F及びガラス原料粒子GMをそれぞれ噴射する。原料投入口4aから噴射されたガラス原料粒子GMは、燃焼バーナー3の燃焼炎Fおよび燃焼炎F近傍の高温部からなる気相雰囲気Kで速やかに溶融して溶融ガラス粒子Uとなる。溶融ガラス粒子Uは、燃焼バーナー3の火炎噴射により形成された旋回流Rに乗って炉内を旋回し、遠心力によって下部内壁面2a側へ沈降する。下部内壁面2aに付着した溶融ガラス粒子Uは、下部内壁面2aに沿って適宜流下し、炉体1の貯留部1cに集積されて溶融ガラスGを形成する。
燃焼バーナー3は、内壁面2a,2b間の絞り部2cにおける軸線C1と直交する水平断面視(図3参照)で、絞り部2cの断面形状よりも小さい旋回半径の初期火炎旋回流FRを形成する。初期火炎旋回流FRの半径は、上方旋回室1b内に突出する排気管8の下部の外周面の半径D1以下とされる(図2参照)。
図1,2に示すように、排気管8は、炉体1の上壁部1dの中央を軸線C1と同軸に貫通する円筒状のもので、その下部の一部を上方旋回室1b内に入り込ませる。排気管8は炉外に延びて排ガス処理装置9に接続される。
排気管8の下部が上方旋回室1b内に突出することで、上方旋回室1b内での旋回流Rの発生が助長される。上方旋回室1bの上部内壁面2bの水平断面が下側ほど狭まることで、上方旋回室1b内で発生した旋回流Rが燃焼バーナー3の火炎噴射位置で排気管8と同等の半径に絞られ、初期火炎旋回流FRに合流し易くなる。
燃焼バーナー3は、噴射した燃焼炎F中にこれに沿うようにガラス原料粒子GMを投入し、燃焼炎F中にて溶融ガラス粒子Uを生成する。生成された溶融ガラス粒子Uは、火炎噴射による旋回流Rに乗って溶融室1a内を旋回し、その遠心力によって下部内壁面2a側への沈降速度を増加させる。この溶融ガラス粒子Uが下部内壁面2aに衝突して付着し、旋回流Rから分離すると共に下部内壁面2aに捕集される。なお、下部内壁面2a側へ沈降する溶融ガラス粒子Uの中には、ガラス原料粒子GMから発生した微粉が溶融したものの一部も含む。下部内壁面2aに付着した溶融ガラス粒子Uは、下部内壁面2aに沿って適宜流下し、炉体1下部の貯留部1cに集積されて溶融ガラスGを形成する。
本実施形態で燃焼バーナー3は、炉体1内のガラス原料粒子GMを所定箇所(本実施形態では下部内壁面2a)に集合させるべく、炉体1内の全体の雰囲気を内壁面2a,2bの軸線C1を中心に旋回させる旋回流形成装置5としても機能する。旋回流形成装置5は、燃焼バーナー3の燃焼炎Fの大きな流速を利用して旋回流Rを発生させることで、炉内において強力な集塵機能(遠心分離機能)を発揮させる。
燃焼バーナー3の各ノズルを構成する材料は、JIS規格のSUS430等のフェライト系ステンレス鋼、SUS308、SUS309S、SUS309Cb、SUS310、SUS310S、SUS310Cb、SUS310Mo等の耐熱性オーステナイト系ステンレス鋼、Fe基耐熱合金、Co基耐熱合金、Ni基耐熱合金等の超耐熱合金、Cr、Nb、MoまたはWとの高融点金属との合金であることが好ましい。
燃料ガスとして、メタン、プロパン、ブタン、LPG(液化石油ガス)などのアルカンCnC2n+2(nは1以上の整数を表す。)を使用することができる。
燃焼ガスとして、酸素や酸素富化ガスなど、あるいは、酸素を含有するガスであればいかなるガスも使用することができ、空気を用いることもできる。
燃焼ガスとして、酸素や酸素富化ガスなど、あるいは、酸素を含有するガスであればいかなるガスも使用することができ、空気を用いることもできる。
燃焼バーナー3から炉内に噴射されたガス(ガラス原料粒子GMのキャリアガス含む。)は、溶融室1a内を螺旋状に旋回しつつ下降した後、溶融ガラスGの液面近傍で折り返し、旋回流Rの中心を通過して上昇する。
炉体1は、耐火レンガ等の耐火材で壁部を形成するもので、内部に気相雰囲気Kを収容すると共に、底部内に高温の溶融ガラスGを貯留する。炉体1における気相雰囲気Kおよび溶融ガラスGと接触する部位は、耐熱性および溶融ガラスGに対する耐食性に優れた電鋳レンガ等で形成される。
炉体1を形成する耐火レンガは、溶融ガラスGに対する耐食性を得るべく緻密性を高めるために、ジルコニアを主体とする電鋳レンガ、またはジルコンを主成分とする焼結レンガが用いられる。電鋳レンガは、ジルコニア、アルミナ、珪酸アルミナ、ジルコン−ムライト、シリカ又はチタニア等を構成成分とし、原料をアーク炉で溶解して鋳造するレンガである。
下部内壁面2aには、旋回流Rに乗ったガラス原料粒子GM及びその微粉、並びに溶融ガラス粒子Uの衝突による腐食を抑えるべく、金属製の被膜6が設けられる。
被膜6は、この実施形態では下部内壁面2aを形成する耐火レンガBを包み込むライニング6Aで形成される(図5参照)。ライニング6A(被膜6)に用いる金属は、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる。
被膜6は、この実施形態では下部内壁面2aを形成する耐火レンガBを包み込むライニング6Aで形成される(図5参照)。ライニング6A(被膜6)に用いる金属は、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる。
白金族金属としては、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)が挙げられる。白金族金属を主成分とする合金としては、例えば、Pt−5%Au合金、Pt−10%Ir合金、Pt−10%Rh合金等の白金合金が挙げられる。本実施形態のライニング6Aに用いる金属はPt−10%Rh合金とした。
ライニング6Aは、座屈等の熱変形を吸収するために、例えば蛇腹(bellows)状をなす等の変形吸収構造を有する。これにより、ライニング6Aの熱応力による破損が抑制されると共に、下部内壁面2aに付着した溶融ガラス粒子Uを保持するアンカー効果も期待でき、かつこの溶融ガラス粒子Uが固化した際の溶融物の剥離も防止される。なお、下部内壁面2aを被覆するにあたり、ライニング6Aの装着に代わり、耐火レンガBの表面に金属の溶射膜を形成する等の手法を用いてもよい。
溶融室1aの周壁には、水冷等の冷却構造が設けられる。これにより、下部内壁面2aの被膜6に直に付着した溶融ガラス粒子Uが固化し、被膜6の表面にさらに溶融ガラス粒子Uによるコーティングがなされる。すなわち、下部内壁面2aには、被膜6に付着した溶融ガラス粒子Uによるセルフライニングが形成される。このライニング上にさらに溶融ガラス粒子Uが付着した場合、溶融ガラス粒子Uにおける炉内に近い側の層は融液のままとなり、ライニング上を流れ落ちて貯留部1cに集積される。
下部内壁面2aに付着した溶融ガラス粒子Uのライニングには、炉内を飛散するガラス原料粒子GMの微粉が捕集される。炉内のガラス原料粒子GMの微粉を捕集することで、ガラス原料粒子GMが煤塵として排出され難くなり、原料の回収率が高まる。
燃焼バーナー3の燃焼炎Fの温度は、ガラス原料粒子GMに含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させてガラス化反応を進行させるために、珪砂の溶融温度以上である1600℃以上に設定することが好ましい。
燃焼バーナー3から噴射される燃焼炎Fが形成する気相雰囲気Kの中心部の温度は、燃焼炎Fが例えば水素と酸素が反応して形成される火炎の場合、約2000〜3000℃である。
燃焼バーナー3から噴射される燃焼炎Fが形成する気相雰囲気Kの中心部の温度は、燃焼炎Fが例えば水素と酸素が反応して形成される火炎の場合、約2000〜3000℃である。
炉体1の貯留部1cの一側部には、導出口22及び導出路22aを介して成形装置20が接続される(図1参照)。
貯留部1c内の溶融ガラスGは、導出口22から炉外に導出され、導出路22aを経て成形装置20に送られる。ガラス製品の製造装置30および製造方法については後述する。
貯留部1c内の溶融ガラスGは、導出口22から炉外に導出され、導出路22aを経て成形装置20に送られる。ガラス製品の製造装置30および製造方法については後述する。
本実施形態のガラス溶融炉10を用いて製造する溶融ガラスGは、気中溶融法により製造されるガラスである限り、組成的には特に制限されない。
建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:65〜75%、Al2O3:0〜3%、CaO:5〜15%、MgO:0〜15%、Na2O:10〜20%、K2O:0〜3%、Li2O:0〜5%、Fe2O3:0〜3%、TiO2:0〜5%、CeO2:0〜3%、BaO:0〜5%、SrO:0〜5%、B2O3:0〜5%、ZnO:0〜5%、ZrO2:0〜5%、SnO2:0〜3%、SO3:0〜0.5%、という組成を有することが好ましい。
液晶ディスプレイ用または有機ELディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:39〜75%、Al2O3:3〜27%、B2O3:0〜20%、MgO:0〜13%、CaO:0〜17%、SrO:0〜20%、BaO:0〜30%、という組成を有することが好ましい。
プラズマディスプレイ用の基板に使用される混合アルカリ系ガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:50〜75%、Al2O3:0〜15%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO:6〜24%、Na2O+K2O:6〜24%、という組成を有することが好ましい。
その他の用途として、耐熱容器または理化学用器具等に使用されるホウケイ酸ガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:60〜85%、Al2O3:0〜5%、B2O3:5〜20%、Na2O+K2O:2〜10%、という組成を有することが好ましい。
ガラス原料粒子GMが造粒体である場合で、その一例として無アルカリガラスを適用する場合には、珪砂、アルミナ(Al2O3)、ホウ酸(H3BO3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、炭酸バリウム(BaCO3)などの原料粉末粒子を目的のガラスの組成に合致するように調合し、例えばスプレードライ造粒法により集合することにより30〜1000μm程度の造粒体として、ガラス原料粒子GMを得る。
ガラス原料粉末から造粒体としてのガラス原料粒子GMを調製する方法としては、スプレードライ造粒法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乾燥固化させる造粒法が好ましい。また、この造粒体は目的とするガラス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、その造粒体に更に同一組成のガラスカレット微粉を混合して、これをガラス原料粒子GMとして用いることもできる。
スプレードライ造粒によりガラス原料粒子GMを得るための一例方法として、上述の各成分のガラス原料粉末粒子として2〜500μmの範囲のガラス原料粉末粒子と蒸留水などの溶媒とをボールミルなどの攪拌装置で所定時間攪拌し、混合し、粉砕してスラリーにしたのちにスプレードライ造粒することで、上述の各成分のガラス原料粉末粒子がほぼ均一に分散されたガラス原料粒子GMが得られる。
なお、前述のスラリーを攪拌装置で攪拌する際、原料粉末粒子の均一分散の目的で2−アミノエタノールなどの分散剤を、造粒原料の強度を向上させる目的で、PVA(ポリビニルアルコール)などのバインダーを混合してから攪拌してもよい。
本実施形態において用いるガラス原料粒子GMは、上述のスプレードライ造粒法の他に、転動造粒法、攪拌造粒法などの乾式造粒法により形成することもできる。
本実施形態において用いるガラス原料粒子GMは、上述のスプレードライ造粒法の他に、転動造粒法、攪拌造粒法などの乾式造粒法により形成することもできる。
ガラス原料粒子GMの平均粒径(重量平均)は、30〜1000μmの範囲が好ましい。より好ましくは、平均粒径(重量平均)が50〜500μmの範囲内のガラス原料粒子GMが使用され、さらに70〜300μmの範囲内のガラス原料粒子GMが好ましい。このガラス原料粒子GMの一例を拡大して図1に示すが、1つのガラス原料粒子GMにおいて最終目的とするガラスの組成にほぼ合致するか近似した組成となっていることが好ましい。
ガラス原料粒子GMが溶融した溶融ガラス粒子Uの平均粒径(重量平均)は、通常ガラス原料粒子GMの平均粒径の80%程度となることが多い。ガラス原料粒子GMの粒径は、短時間で加熱でき、発生ガスの放散が容易である点、および粒子間の組成変動の低減の点から、前述の範囲を選択することが好ましい。
また、これらのガラス原料粒子GMは、必要に応じて、副原料として清澄剤、着色剤、溶融助剤、乳白剤等を含むことができる。また、これらのガラス原料粒子GM中のホウ酸などは、高温時の蒸気圧が比較的高いため加熱により蒸発しやすいことから、最終製品であるガラスの組成よりも余分に混合しておくことができる。
本実施形態において、副原料として清澄剤を含有する場合、塩素(Cl)、硫黄(S)、フッ素(F)の中から1種または2種以上の元素を選択して含む清澄剤を必要量添加することができる。その他の清澄剤として、酸化スズ(SnO2)を用いることができる。
また、従来から用いられているSb、As酸化物などの清澄剤は、泡削減効果が生じたとしても、これら清澄剤の元素は環境負荷低減の面で望ましくない元素であり、それらの利用は環境負荷低減の方向性から見て削減することが好ましい。
また、従来から用いられているSb、As酸化物などの清澄剤は、泡削減効果が生じたとしても、これら清澄剤の元素は環境負荷低減の面で望ましくない元素であり、それらの利用は環境負荷低減の方向性から見て削減することが好ましい。
ここで、ガラス原料粒子GMが造粒体からなる場合、その一粒一粒が溶融して溶融ガラス粒子Uとなるが、燃焼バーナー3の燃焼炎F(フレーム)中に造粒体が直接投入されると、火炎噴射流の勢いで溶融ガラス粒子Uになる前に造粒体が崩壊することがある。造粒体の崩壊は、ガラス製品の均質化ならびに微粉および煤塵の低減に影響を及ぼす。ガラス原料粒子GMの微粉が多いと、この微粉が煤塵となって排ガスと共に排出され易く、原料の回収率も低くなる。また、ガラス原料粒子GMの微粉が炉体1の耐火レンガの素地に直接衝突すると、炉体1の侵食も目立つようになる。
そこで本実施形態では、ガラス溶融炉10をサイクロン式の分離器として機能させることで、炉体1の下部内壁面2aにガラス原料粒子GMの微粉及び溶融ガラス粒子Uを敢えて衝突させ、溶融ガラス粒子Uを捕集可能とすると共に、ガラス原料粒子GMの微粉を煤塵化させずに回収可能とする。溶融部の下部内壁面2aは、耐火レンガに白金コーティングを施すことで高温耐腐食性を向上させ、ガラスによる浸食、減耗を抑えている。
遠心力衝突集塵の分離限界粒子径は、下記数1で求められる。下記数1で求められる分離限界粒子径よりも小径の微粉であれば、本実施形態のガラス溶融炉10では下部内壁面2aに衝突せずに旋回し、円筒状の排気管8から排出されてしまう。ガラス溶融炉10の内部形状は、造粒体の粒径及び初期火炎旋回流FRの径によって決定される。なお、下記数1の素地面径D2は貯留部1cの内径である。
炉体1内の全体の雰囲気は、図2に矢印で示す螺旋状の旋回流Rを形成し、この旋回流Rの遠心力で粒子とガスとが分離される。前記数1で求められる径よりも大きい径のものは、遠心力で下部内壁面2aに衝突し自重で落下して貯留部1cに集積される。ゆえに、前記数1で設定される分離限界粒子径が、造粒に用いられるガラス1次原料の最小粒子径(例えば、1μm)以下になるように装置設計することが望ましい。
炉体1の水平断面において、軸線C3を接線とする円周の径すなわち初期火炎旋回流FRの径は、炉体1の絞り部2cすなわち火炎噴射部の円周の径よりも小さく、燃焼炎Fが炉体1の下部内壁面2aを、特に被膜6を炙ることはない(図3参照)。すなわち、火炎噴射流速を50〜100m/s程とし、火炎長さを1m程とすれば、燃焼炎Fが作る旋回流Rの半径は1m以下となり、このとき炉体1の絞り部2cの半径を1m以上とすれば、燃焼炎Fが炉体1の下部内壁面2aを炙ることはない。
炉内の溶融ガラス粒子Uは、熱泳動現象によっても下部内壁面2a(ライニング)に引き寄せられる。
熱泳動現象とは、一つの粒子の一側に温度の高い気体分子が存在し、他側に温度の低い分子が存在する場合、粒子が低温側に泳動する現象として知られる。この現象は、高温側の気体分子と低温側の気体分子とから粒子が受ける運動量に差異が生じる結果、粒子に対し温度の高い気体分子側から温度の低い気体分子側に移動しようとする駆動力が発生することによって生じる。
熱泳動現象とは、一つの粒子の一側に温度の高い気体分子が存在し、他側に温度の低い分子が存在する場合、粒子が低温側に泳動する現象として知られる。この現象は、高温側の気体分子と低温側の気体分子とから粒子が受ける運動量に差異が生じる結果、粒子に対し温度の高い気体分子側から温度の低い気体分子側に移動しようとする駆動力が発生することによって生じる。
図1に示すように、本実施形態のガラス溶融炉10を備えたガラス製品の製造装置30は、ガラス溶融炉10で製造した溶融ガラスGを所定の速度で導出口22から導出し、必要に応じ不図示の脱泡装置に導入してさらに脱泡した後、成形装置20に移送して目的の形状に成形する。成形後のワーク(成形品)は、冷却後に切断等の機械加工を経て、所定のガラス製品となる。このガラス製品は、ガラス溶融炉10で製造した高品質の溶融ガラスGにより形成されるため、均質で高い品質が得られる。
図6は、本実施形態の溶融ガラスGの製造方法を用いたガラス製品の製造方法の一実施形態を示すフロー図である。
本実施形態のガラス製品の製造方法は、ガラス溶融炉10を用いた溶融ガラスGの製造方法によるガラス溶融工程S1を経た後、ガラス溶融工程S1で得た溶融ガラスGを成形装置20に送って目的の形状に成形する成形工程S2を実施する。成形工程S2で得た成形品は、例えば空冷の徐冷装置21(徐冷手段)による徐冷工程S3で冷却した後、切断工程S4で必要な長さに切断することで、所定のガラス製品G5となる。
本実施形態のガラス製品の製造方法は、ガラス溶融炉10を用いた溶融ガラスGの製造方法によるガラス溶融工程S1を経た後、ガラス溶融工程S1で得た溶融ガラスGを成形装置20に送って目的の形状に成形する成形工程S2を実施する。成形工程S2で得た成形品は、例えば空冷の徐冷装置21(徐冷手段)による徐冷工程S3で冷却した後、切断工程S4で必要な長さに切断することで、所定のガラス製品G5となる。
なお、前述したガラス製品G5の製造方法、およびガラス製品G5の製造装置30は、必要に応じて、成形工程S2で得た成形品を研磨する研磨工程、および研磨装置を有してもよい。また、ガラス製品G5の泡品質に応じて、例えば導出路22aで溶融ガラスGの減圧脱泡を行う脱泡工程、および脱泡装置を有してもよい。
以上説明した本実施形態によれば、炉内に発生したガラス原料粒子GMの微粉によるガラス製品の均質化および煤塵の低減への影響を抑制できると共に、炉体1にガラス原料粒子GMが衝突することによる下部内壁面2aの侵食を抑えてランニングコストへの影響を抑制できる。
また、上記ガラス溶融炉10は、下部内壁面2aに、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜6が設けられることで、ガラス原料粒子GMが衝突する下部内壁面2aの侵食を白金被覆によって抑制できると共に、この白金被覆を溶融ガラス粒子Uでさらにコーティングすることでも下部内壁面2aの侵食を抑制できる。
また、上記ガラス溶融炉10は、燃焼バーナー3が、火炎噴射により炉体1内の雰囲気を内壁面2a,2bに沿って旋回させる旋回流形成装置5を兼ねることで、専用の旋回流形成装置を設ける場合と比べて設備を簡素化できる。
また、本実施形態によれば、溶融室1a上方の上方旋回室1bで排気管8を中心に生じた旋回流Rを、その旋回半径を絞りつつ燃焼バーナー3の火炎噴射位置(初期火炎旋回流FR)に合流できると共に、溶融室1a内には燃焼バーナー3の火炎噴射による強い旋回流Rを生じさせ、ガラス原料粒子GMの微粉を良好に捕集できる。
また、上記ガラス溶融炉10は、原料粒子投入装置4が、燃焼バーナー3の火炎噴射口3aと近接し同軸配置されて燃焼バーナー3の燃焼炎Fに沿ってガラス原料粒子GMを投入する原料投入口4aを有することで、原料粒子投入装置4が投入するガラス原料粒子GMを、燃焼バーナー3の燃焼炎F及びその周辺の高温部からなる気相雰囲気Kで効率よく溶融できる。
なお、上記ガラス溶融炉10の変形例として、例えば図7に示すガラス溶融炉10’のように、水平断面が上下に渡って一定な下部内壁面2a’を有する溶融室1aを備えてもよく、かつ図8に示すガラス溶融炉10”のように、水平断面が上側ほど広がるように形成されたテーパ状の下部内壁面2a”を有する溶融室1aを備えてもよい。各ガラス溶融炉10,10’,10”の何れを用いるかは、ガラス原料粒子GM(造粒体)の粒径及び初期火炎旋回流FRの半径等によって適宜選択可能である。
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態について、図9〜11を参照して説明する。
第二実施形態は、第一実施形態に対して異なるガラス溶融炉110を備えるもので、その他の第一実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。
次に、本発明の第二実施形態について、図9〜11を参照して説明する。
第二実施形態は、第一実施形態に対して異なるガラス溶融炉110を備えるもので、その他の第一実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。
図9に示す本実施形態のガラス溶融炉110も、第一実施形態のガラス溶融炉10と同様、気中溶融法により溶融ガラスGを製造するもので、略円筒状の内壁面12a,12bを形成する炉体11と、炉体11の上壁部11dに設置された一基の燃焼バーナー3とを備え、サイクロン式の集塵器としても機能する。ガラス溶融炉110は、成形装置20を含むガラス製品の製造装置130の一部を構成する。
炉体11は、燃焼バーナー3による気相雰囲気Kを収める溶融室11aと、溶融室11aの上方に連設される上方旋回室11bと、溶融室11aの下方に連設される貯留部11cとを有する。
溶融室11aは、鉛直方向に沿う中心軸線(以下、単に軸線という。)C11を有する略円筒状の下部内壁面12aを形成する。下部内壁面12aは、下側ほど狭まるテーパ状に形成される。
溶融室11aは、鉛直方向に沿う中心軸線(以下、単に軸線という。)C11を有する略円筒状の下部内壁面12aを形成する。下部内壁面12aは、下側ほど狭まるテーパ状に形成される。
上方旋回室11bは、下部内壁面12aと軸線C11を共有する略円筒状の上部内壁面12bを形成する。上部内壁面12bは、水平断面を一定にして形成される。上方旋回室11bの軸方向高さは、溶融室11aの軸方向高さに対して0.1〜0.5倍程度とされる。
貯留部11cは、溶融したガラス原料粒子GM(溶融ガラス粒子U)を貯留して液相の溶融ガラスGを形成する。貯留部11cは、溶融室11aの直下位置から水平方向で一側方に延出する延長部12cを形成する。延長部12cの延出端には導出口22が設けられ、延長部12cの上端には排気口12dが設けられる。排気口12dには排気管9aを介して排ガス処理装置9が接続される。
燃焼バーナー3は、炉体11の上壁部11dの中央を貫通する。燃焼バーナー3によって生成される火炎は上方旋回室11bの中央を貫通し、溶融室11aの上方で火炎噴射口3a及び原料投入口4aを鉛直下向きに開口させる。燃焼バーナー3は筒状をなし、炉体11の軸線C11と同軸に配置される。原料投入口4aから噴射されたガラス原料粒子GMは、燃焼バーナー3の燃焼炎Fおよび燃焼炎F近傍の高温部からなる気相雰囲気Kで速やかに溶融して溶融ガラス粒子Uとなり、貯留部11cに集積されて溶融ガラスGを形成する。
炉体11の上部には、上方旋回室11bにガス導入口13aを開口させるガス導入装置13が設置される。
ガス導入装置13は、例えば水平方向に沿って延びて周壁部11eを貫通する単一のガス導入口13aを有する(図10参照)。ガス導入口13aは、軸線C11と直交する水平断面視で、上部内壁面12bの断面形状における円周の径方向に対して中心軸線(以下、単に軸線という。)C13を傾斜させるように配置される。換言すれば、ガス導入口13aは、上部内壁面12bの断面形状における円周の接線方向に軸線C13を沿わせるように配置される。ガス導入口13aの炉外側には、ガス管13bを介してガス供給器13cが接続される。
ガス導入装置13は、例えば水平方向に沿って延びて周壁部11eを貫通する単一のガス導入口13aを有する(図10参照)。ガス導入口13aは、軸線C11と直交する水平断面視で、上部内壁面12bの断面形状における円周の径方向に対して中心軸線(以下、単に軸線という。)C13を傾斜させるように配置される。換言すれば、ガス導入口13aは、上部内壁面12bの断面形状における円周の接線方向に軸線C13を沿わせるように配置される。ガス導入口13aの炉外側には、ガス管13bを介してガス供給器13cが接続される。
このガス導入口13aから上部内壁面12bの水平断面の接線方向に沿って旋回誘導ガス、例えば、窒素、アルゴン、燃焼排ガス等を導入(噴射)することで、旋回誘導ガスが軸線C11を中心に旋回してなる初期ガス旋回流FR2が形成されると共に、この初期ガス旋回流FR2により炉体11内の全体の雰囲気(気相雰囲気K含む。)が軸線C11を中心に旋回して旋回流R2を形成する。燃焼バーナー3によって形成される火炎が上方旋回室11b内に突出することで、上方旋回室11b内での旋回流R2の発生が助長される。なお、第一実施形態と異なり、前記接線方向の噴射は単なるガスなので、上部内壁面12bや燃焼バーナー3に接触しても問題ない。
なお、ガス導入口13aは単一に限らず、第一実施形態の燃焼バーナー3と同様、二つ以上のガス導入口13aを設けてもよい。例えば図11に示す例では、一対のガス導入口13aが軸線C11に関して180°の回転対称をなして配置される。ガス導入口13aは、軸線C11を中心とした回転方向で等間隔に、かつ回転対称に複数配置することが好ましい。ガス導入口13aは、ガス噴射により炉内に形成する軸線C11中心の旋回流R2がコリオリの力を受けるように配置することが好ましい。
ガラス原料粒子GMから分離して飛散した微粉は、ガス導入装置13のガス導入により形成された旋回流R2に乗って炉内を旋回し、溶融室11aの下端部で火炎と合流した後、排気口12d側へ移動することなく貯留部11cに落下する。これは、旋回流R2によって火炎に微粉を取り込み、この微粉を大きな火炎の流速を利用して落下させることにより可能となる。ガス導入装置13から炉内に導入された旋回誘導ガスは、溶融室11a内を螺旋状に旋回しつつ下降した後、貯留部11cの延長部12cを通過して排気口12dへ至る。
ガス導入装置13は、炉体11内のガラス原料粒子GMから発生する微粉を所定箇所(この実施形態では溶融室11aの下端部)に集合させる旋回流形成装置として機能する。ガス導入装置13のガス噴射は上部内壁面12bに至ってもよく、単一のガス導入口13aから強いガス噴射を行ってもよく、緩やかなガスの導入でもよい。
第二実施形態において、ガス導入装置13のガス噴射により炉内に発生する旋回流R2は、ガラス原料粒子GMの微粉を内壁面12a,12bに衝突させない程度の低流速とされ、この旋回流R2が燃焼バーナー3の燃焼炎Fの周囲を旋回する。ガラス原料粒子GMが内壁面12a,12bに衝突しないことから、内壁面12a,12bの白金被覆も不要となる。ガス噴射による旋回流R2は、燃焼バーナー3の燃焼炎Fの脈動を抑制し、溶融室11aの下端部で火炎と合流させることが主目的となる。この旋回流R2により、燃焼炎Fが旋回流R2の外方に至らず、燃焼炎Fによる中心下降流の安定化が図られる。
以上説明した本実施形態によれば、炉内に発生したガラス原料粒子GMの微粉によるガラス製品の均質化および煤塵の低減への影響を抑制できると共に、炉体11にガラス原料粒子GMが衝突することによる内壁面12a,12bの侵食を抑えてランニングコストへの影響を抑制できる。
また、本実施形態によれば、燃焼バーナー3が投入するガラス原料粒子GMを燃焼バーナー3の燃焼炎F及びその周辺の高温部からなる気相雰囲気Kで効率よく溶融できる。このとき、燃焼バーナー3の燃焼炎Fを強めても、その周囲を旋回する旋回流R2により燃焼炎Fの脈動が抑制され、燃焼炎Fの安定化が図られて、ガラス原料粒子GMをより効率よく溶融できる。また、燃焼炎F(気相雰囲気K)から外れたガラス原料粒子GMの微粉の大半は、旋回流R2に乗せて溶融室11a下部で集合させ、火炎に乗せて捕集できる。
なお、本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、例えば第一実施形態において、燃焼バーナー3は火炎と原料粒子とを噴射する粉体バーナーとしたが、火炎のみを噴射する燃焼バーナーと原料粒子を噴射する原料粒子投入装置とを別個に設けてもよい。同様に、燃焼バーナー、原料粒子投入装置及び炉内に旋回流を形成する旋回流形成装置をそれぞれ別個に設けてもよい。
本発明に用いるガラス原料粒子GMは、前記造粒体の他に、造粒されていないガラスの原料粉末そのもの、あるいはガラス原料粉末と造粒体とを混合したもの、さらにはガラスカレット片を含むものであってもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本発明に用いるガラス原料粒子GMは、前記造粒体の他に、造粒されていないガラスの原料粉末そのもの、あるいはガラス原料粉末と造粒体とを混合したもの、さらにはガラスカレット片を含むものであってもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本発明の技術は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、ガラスビーズ、その他一般のガラス製品の製造に広く適用できる。
1,11 炉体
1a,11a 溶融室
1b,11b 上方旋回室
1c,11c 貯留部
1d 上壁部
2a,2a’,2a”,12a 下部内壁面(内壁面)
2b,12b 上部内壁面(内壁面)
2c 絞り部(接続部)
3 燃焼バーナー
4 原料粒子投入装置
5 旋回流形成装置
3a 火炎噴射口
4a 原料投入口
6 被膜
8,9a 排気管
9 排ガス処理装置
10,10’,10”,110 ガラス溶融炉
13 ガス導入装置(旋回流形成装置)
13a ガス導入口
20 成形装置(成形手段)
21 徐冷装置(徐冷手段)
30,130 ガラス製品の製造装置
GM ガラス原料粒子
G 溶融ガラス
U 溶融ガラス粒子
G5 ガラス製品
K 気相雰囲気
F 燃焼炎(火炎)
C1 軸線
S1 ガラス溶融工程
S2 成形工程
S3 徐冷工程
1a,11a 溶融室
1b,11b 上方旋回室
1c,11c 貯留部
1d 上壁部
2a,2a’,2a”,12a 下部内壁面(内壁面)
2b,12b 上部内壁面(内壁面)
2c 絞り部(接続部)
3 燃焼バーナー
4 原料粒子投入装置
5 旋回流形成装置
3a 火炎噴射口
4a 原料投入口
6 被膜
8,9a 排気管
9 排ガス処理装置
10,10’,10”,110 ガラス溶融炉
13 ガス導入装置(旋回流形成装置)
13a ガス導入口
20 成形装置(成形手段)
21 徐冷装置(徐冷手段)
30,130 ガラス製品の製造装置
GM ガラス原料粒子
G 溶融ガラス
U 溶融ガラス粒子
G5 ガラス製品
K 気相雰囲気
F 燃焼炎(火炎)
C1 軸線
S1 ガラス溶融工程
S2 成形工程
S3 徐冷工程
Claims (16)
- 炉内の高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融し集積して溶融ガラスとするガラス溶融炉において、
略円筒状の内壁面を有する炉体と、
前記炉体内に前記気相雰囲気を形成する燃焼バーナーと、
前記気相雰囲気中に前記ガラス原料粒子を投入する原料粒子投入装置と、
前記炉体内の雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させる旋回流形成装置と、
を備えるガラス溶融炉。 - 前記炉体が、前記気相雰囲気を収める溶融室と、該溶融室の下方に連設されて前記気相雰囲気中で溶融した溶融ガラス粒子を集積する貯留部と、を有し、
前記燃焼バーナーが、前記炉体内の上方かつ火炎の噴射により前記雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させる位置に配置され、前記旋回流形成装置を兼ねる請求項1に記載のガラス溶融炉。 - 前記燃焼バーナーが、前記内壁面の斜め下方の接線方向に前記火炎を噴射するように配置される請求項2に記載のガラス溶融炉。
- 前記炉体が、該炉体の上壁部の中央を貫通する円筒状の排気管を備え、前記溶融室の上方に連設されて上側ほど広い水平断面を形成すると共に、前記排気管の下部を前記炉体内側に突出させた上方旋回室を有し、前記溶融室と前記上方旋回室との接続部に前記燃焼バーナーの火炎噴射口が配置される請求項2または3に記載のガラス溶融炉。
- 前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する請求項4に記載のガラス溶融炉。
- 前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である請求項2から5の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
- 前記燃焼バーナーが、前記炉体上部の前記内壁面中央で火炎を下向きに噴射する火炎噴射口を有し、
前記原料粒子投入装置が、前記燃焼バーナーの火炎噴射口と近接配置されて前記燃焼バーナーの前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有し、
前記旋回流形成装置が、前記火炎噴射口及び前記原料投入口とは別に、前記炉体内の上部から前記内壁面に沿って旋回誘導ガスを導入するガス導入口を有する請求項1に記載のガラス溶融炉。 - 前記原料粒子投入装置が、前記火炎噴射口に近接配置されて前記火炎に沿って前記ガラス原料粒子を投入する原料投入口を有する請求項7に記載のガラス溶融炉。
- 前記燃焼バーナーに、前記原料粒子投入装置が一体に設けられている請求項1から8の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
- 炉内の高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融し集積して溶融ガラスとするガラス溶融炉を用いた溶融ガラスの製造方法において、
前記ガラス溶融炉における略円筒状の内壁面を有する炉体内に前記気相雰囲気を形成するステップと、
前記気相雰囲気中に前記ガラス原料粒子を投入するステップと、
前記投入後のガラス原料粒子を所定箇所に集合させるように前記炉体内の雰囲気を前記内壁面に沿って旋回させて旋回流を形成するステップと、
を含む溶融ガラスの製造方法。 - 前記炉体内の雰囲気と共に旋回する前記投入後のガラス原料粒子を前記内壁面に衝突させて捕集するステップと、該捕集後のガラス原料粒子を前記内壁面の下方の貯留部に流下させるステップとを含む請求項10に記載の溶融ガラスの製造方法。
- 前記内壁面が、白金族金属、および白金族金属の1種以上を主成分とする合金からなる群から選ばれる金属の被膜である請求項11に記載の溶融ガラスの製造方法。
- 前記気相雰囲気が、燃焼バーナーによって形成される請求項10から12の何れか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
- 前記旋回流が、燃焼バーナーによって形成される請求項10から13の何れか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
- 請求項1から9の何れか一項に記載のガラス溶融炉と、前記ガラス溶融炉により製造された溶融ガラスを成形する成形手段と、前記成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えるガラス製品の製造装置。
- 請求項10から14の何れか一項に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、前記溶融ガラスを成形する工程と、前記成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス製品の製造方法。
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JP2012062111A JP2013193908A (ja) | 2012-03-19 | 2012-03-19 | ガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、およびガラス製品の製造方法 |
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KR101647710B1 (ko) * | 2016-01-27 | 2016-08-23 | 에스제이홀딩스주식회사 | 유리제품 제조장치 |
JP2017513195A (ja) * | 2014-03-31 | 2017-05-25 | コーニング インコーポレイテッド | デュアルソースサイクロンプラズマ反応器を用いたガラスバッチ処理方法及び装置 |
EP3789355A1 (en) * | 2019-09-04 | 2021-03-10 | Linde GmbH | A method of operating a shaft furnace |
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- 2012-03-19 JP JP2012062111A patent/JP2013193908A/ja active Pending
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