JP2020189769A - 溶融ガラス搬送装置、ガラス製造装置及びガラス製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、容器の非ガラス接触表面の周囲に供給される水蒸気等のガスは、その温度がせいぜい120〜150℃程度である。そのため、溶融ガラスが満たされている白金又は白金合金からなる導管(1300〜1500℃程度)は、当該ガスに触れることでその外表面が冷却され、導管内の溶融ガラスに温度差が生じる。これにより、導管内の溶融ガラスの飽和酸素溶解度に差が生じ、そこに電気回路が形成されると、一方では酸素が溶解し、他方では酸素の気泡が発生するという酸化還元が生じる。この酸素の気泡によるガラスの品質低下が懸念される。
図1は、本発明の一実施形態に係る溶融ガラス搬送装置を示す断面図である。図2は、図1に示す溶融ガラス搬送装置のうち、溶融ガラス用導管構造体のI−I断面部分におけるガス供給システムを説明するための概略図である。
また、水平方向に中心軸がある導管を主管とした構成でもよい。この場合、溶融ガラス用導管構造体は、後述する図9の第1供給管251、第2供給管252、第3供給管253や、図10の第1搬送管111、第2搬送管112等に用いることができる。なお、該導管は、水平方向に延伸せず傾斜してもよいし、直管に限らず曲がり管であってもよい。
第1のセラミックス構造体10の通気率が1.0×10−13m2以上だと、第3のセラミックス構造体30におけるガス流路を流れるガスが第1のセラミックス構造体10を透過し、溶融ガラス用導管構造体40にガスを行き渡らせることができる。さらに、第1のセラミックス構造体10の通気率が第2のセラミックス構造体20の通気率よりも高いことにより、ガスが第2のセラミックス構造体20を透過するのを抑制できるため、ガス供給量を削減できる。特に、第1のセラミックス構造体10の通気率が1.0×10−11m2以上だと、第2のセラミックス構造体20に好ましく用いられる断熱煉瓦(例えば、後述するSP15、RB180、いずれも商品名、日の丸窯業株式会社製)の通気率よりも高いため、溶融ガラス用導管構造体40に、第3のセラミックス構造体30のガス流路からのガスを効率良く行き渡らせることができる。
該平均開気孔率が20%以上だと、第1のセラミックス構造体10の耐熱衝撃性が低下することを防止できる。また、該平均開気孔率が60%以下だと、溶融ガラスGに対する耐食性が低下することを防止できる。
第3のセラミックス構造体30が、第1のセラミックス構造体10及び第2のセラミックス構造体20の少なくとも一部の領域で接触することにより、溶融ガラスGから加わる膨張圧力による導管の変形を抑制できる。
図3(B)に示す第3のセラミックス構造体30Bは、第2のセラミックス構造体20の一部と非接触であり、前記非接触の領域にガス流路32Bを有する。また、第3のセラミックス構造体は、第1のセラミックス構造体10の一部と非接触であり、前記非接触の領域にガス流路を有してもよい。
ガス流路が第3のセラミックス構造体30の表面に形成される場合、ガス流路は溝状となる。ガス流路の形状は特に限定されず、溝深さが一定である平面溝や、溝深さが一定でない溝でもよい。溝深さが一定でない溝とは、例えば、溝側方に対して溝中央部が深くなっている三角溝や円筒溝の他、溝側方に対して溝中央部が浅くなっている形状でもよい。溝の幅は3〜20mmが好ましく、溝の深さは3〜20mmが好ましい。
ガス流路の端から隣接するガス流路の端までの距離は10mm〜100mmが好ましい。
例えば、図4に示すように、ガス流路32C、32Dは、導管の軸方向に沿って形成されている。当該ガス流路は2以上形成され、かつ、導管の周方向に間隔を空けて設けられていることが好ましい。なお、ガス流路32Cは、第3のセラミックス構造体30において、第2のセラミックス構造体20と非接触である領域に形成されたものである。ガス流路32Dは、第3のセラミックス構造体30において、第1のセラミックス構造体10と非接触である領域に形成されたものである。
また、ガス流路32Eは、導管の周方向に沿って形成されている。当該ガス流路は2以上形成され、かつ、導管の軸方向に間隔を空けて設けられていることが好ましい。なお、ガス流路32Eは、第3のセラミックス構造体30において、第2のセラミックス構造体20と非接触である領域に形成されたものである。すなわち、ガス流路32Eは、第3のセラミックス構造体30の外側表面(第2のセラミックス構造体20との境界)に形成されたものである。
さらに、第3のセラミックス構造体30のガス流路は、導管の周方向に沿って形成されたガス流路32Eと、導管の軸方向に沿って形成されたガス流路32C、32Dとを共に有している。
図5では、導管の軸方向に沿って形成されたガス流路32Cと、導管の周方向に沿って形成されたガス流路32Eとが、それぞれ2本ずつ形成されている。これらガス流路32C、32Eはいずれも連通しているが、連通せずに各々独立し、ガス流路ごとに供給管と接続してガスが供給されてもよい。また、連通しているガス流路と、独立しているガス流路が併存していてもよい。
また、ガス流路は導管の表面にらせん状に形成されていてもよい。
部材60は、溶融ガラス搬送装置1で使用した際、高温下で溶融、気化するような部材であってもよい。また、高温下でも溶融、気化せずに残存するような部材であってもよく、この場合、セラミックス膜や耐熱性繊維体を好ましく用いることができる。ここで耐熱性とは、ガラス繊維の場合は、ガラス繊維が使用温度よりも高い軟化点を有することを意味し、セラミックス繊維の場合は、セラミックス繊維が使用温度よりも高い融点を有することを意味する。
なお、ガス加熱装置は図示されていないが、生成されたガスはガス加熱装置により加熱され、供給管54A〜54Dを通ってガス流路に導入される。ガス加熱装置では、ガス流路に供給されるガスが200℃以上となるように加熱する。
図1において、供給管54A、54Bは、鉛直方向の位置が主管41の軸方向中央部である。供給管54C、54Dは、鉛直方向の位置が主管41の軸方向下部である。供給管54A、54Cは、水平方向の位置が溶融ガラスGの流れ方向上流側である。供給管54B、54Dは、水平方向の位置が溶融ガラスGの流れ方向下流側である。ただし、供給管の配置は、ガス流路によって適宜変更されるものであり、上記形態に限定されるものではない。
また、ガスの温度は、ステンレススチール(SUS)等の汎用的な金属で配管を構成する観点から600℃以下が好ましく、550℃以下がより好ましい。
図1において、排気管56A、56Bの位置は、鉛直方向の位置が主管41の軸方向上部である。排気管56Aは、水平方向の位置が溶融ガラスGの流れ方向上流側である。排気管56Bは、水平方向の位置が溶融ガラスGの流れ方向下流側である。ただし、排気管の配置は、ガス流路によって適宜変更されるものであり、上記形態に限定されるものではない。
(第一実施形態)
図8は、本発明の第一実施形態に係るガラス製造装置を示す図である。図8を用いて、本発明の第一実施形態に係るガラス製造装置及びガラス製造方法を説明する。なお、図8は、溶融ガラス搬送装置1、1A、上昇管202及び下降管203の周囲に配設され、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材を省略している。
図9は、本発明の第二実施形態に係るガラス製造装置を示す図である。図9を用いて、本発明の第二実施形態に係るガラス製造装置及びガラス製造方法を説明する。ここで、溶解装置100、成形装置300及び溶融ガラス搬送装置1Aは、第一実施形態の記載と重複する部分について説明を省略する。なお、図9は、清澄装置250、溶融ガラス搬送装置1A、第1供給管251、第2供給管252及び第3供給管253の周囲に配設され、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材を省略している。
ガラス製造方法としては、溶解工程、清澄工程及び成形工程をこの順に含み、溶解工程及び清澄工程との間、並びに、清澄工程及び成形工程との間の少なくともいずれか一方に、溶融ガラス搬送工程をさらに含む。溶融ガラス搬送工程において、溶融ガラス搬送装置1Aを用い、溶融ガラス搬送装置1Aにおける第3のセラミックス構造体のガス流路に200℃以上のガスを供給する。
第1供給管251は、溶解装置100と清澄装置250とを接続する。溶融ガラス搬送装置1Aは、清澄装置250と成形装置300との間に設けられる。第2供給管252は、清澄装置250と溶融ガラス搬送装置1Aとを接続する。第3供給管253は、溶融ガラス搬送装置1Aと成形装置300とを接続する。
図10は、本発明の第三実施形態に係るガラス製造装置を示す図である。図10を用いて、本発明の第三実施形態に係るガラス製造装置及びガラス製造方法を説明する。ここで、溶解装置100、成形装置300及び溶融ガラス搬送装置1Aは、第一実施形態の記載と重複する部分について説明を省略する。なお、図10は、溶融ガラス搬送装置1A、第1搬送管111及び第2搬送管112の周囲に配設され、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材を省略している。
上記溶融ガラス搬送装置を備えたガラス製造装置により製造されるガラスは、必要に応じて切断、加工され、例えばガラス板の製品となる。製品としてのガラス板は、各種ディスプレイ用ガラス基板に用いられる場合、無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラスとは、Na2O、K2O等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスをいう。実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が0.1質量%以下であることを指す。
SiO2:54〜66%
Al2O3:10〜23%
B2O3:0〜12%
MgO:0〜12%
CaO:0〜15%
SrO:0〜16%
BaO:0〜15%
MgO+CaO+SrO+BaO:8〜26%
を含有する無アルカリガラスで構成されることが好ましい。
ガラスのβ−OH値が0.15〜0.5mm−1だと、減圧脱泡装置や清澄装置内の溶融ガラスに含まれる気泡が成長しやすくなり、脱泡処理や清澄処理が促進される。また、該β−OH値が0.35mm−1以上だと、バーナ燃焼の酸素燃焼比率を高くすることができ、排ガスの生成が抑制されるため、ガラス製造の運転費用を低減できる。
X:ガラス板厚(mm)
T1:参照波数4000cm−1における透過率(%)
T2:水酸基吸収波数3570cm−1付近における最小透過率(%)
図8に示すガラス製造装置500を用いて、溶融ガラス中の水分量を多くした際に発生する気泡について、第3のセラミックス構造体のガス流路に供給するガスの温度ごとに評価を行った。なお、当該気泡は、導管である白金材料に溶融ガラスが接触して発生するものである。
なお、ガス流路は、一本あたり2mm程度の幅の平面溝とした。溝の深さは2mm程度である。
また得られたガラス板のβ−OH値を、先述した方法により求めた。結果を表1に示す。
当該泡欠陥の形成を抑制できることにより、得られるガラス製品の品質低下を効果的に抑制できることが判った。
10 第1のセラミックス構造体
20 第2のセラミックス構造体
22 底部煉瓦
30、30A、30B 第3のセラミックス構造体
32A〜32F ガス流路
40 溶融ガラス用導管構造体
41 主管
42、43 分岐管
44 スターラー
50 ガス供給システム
51 ガス生成装置
52 調節弁
54A〜54D 供給管
56A、56B 排気管
60 部材
100 溶解装置
200 減圧脱泡装置
250 清澄装置
300 成形装置
500、600、700 ガラス製造装置
G 溶融ガラス
GL 溶融ガラスレベル
Claims (18)
- 白金又は白金合金からなる導管を少なくとも1本含む溶融ガラス用導管構造体と、
前記導管のうち少なくとも1本の導管の周囲に設けられた第1のセラミックス構造体と、
前記第1のセラミックス構造体の周囲に設けられた第2のセラミックス構造体と、
前記第1のセラミックス構造体と前記第2のセラミックス構造体との間に設けられた第3のセラミックス構造体と、を備え、
前記第3のセラミックス構造体は、ガス流路を有し、前記ガス流路に200℃以上のガスが供給される、溶融ガラス搬送装置。 - 前記ガスが600℃以下である、請求項1に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記ガスが水素原子を含むガスである、請求項1又は2に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記ガスがさらに不活性ガスを含む混合ガスである、請求項3に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記第3のセラミックス構造体は、内部に前記ガス流路を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記第3のセラミックス構造体は、前記第1のセラミックス構造体及び前記第2のセラミックス構造体の少なくともいずれか一方の、少なくとも一部と非接触であり、前記非接触の領域に前記ガス流路を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記ガス流路は、前記導管のうち少なくとも1本の導管の、周方向及び軸方向の少なくともいずれか一方の方向に沿って形成された、請求項1〜6のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記ガス流路は、前記軸方向に沿って2以上形成され、かつ、前記周方向に間隔を空けて形成された、請求項7に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記ガス流路は、前記周方向に沿って2以上形成され、かつ、前記軸方向に間隔を空けて形成された、請求項7又は8に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記第1のセラミックス構造体と前記第3のセラミックス構造体との間の少なくとも一部の領域にさらに部材を備え、
前記部材は、前記第1のセラミックス構造体及び前記第3のセラミックス構造体と接触し、前記ガス流路の少なくとも一部を覆うように設けられている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置。 - 前記部材は、ガラス繊維又はセラミックス繊維を含み、酸化物基準の質量%表示で、SiO2含有量が50%以上である、請求項10に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記部材の厚さは0.5mm以上である、請求項10又は11に記載の溶融ガラス搬送装置。
- さらにガス供給システムを備え、
前記ガス供給システムは、ガスを生成するガス生成装置と、生成された前記ガスを加熱するガス加熱装置と、加熱された前記ガスを前記ガス流路に供給する供給管と、を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置。 - 前記ガス供給システムは、前記ガス流路を通過した前記ガスを排気する排気管をさらに有する、請求項13に記載の溶融ガラス搬送装置。
- 前記溶融ガラス用導管構造体は、前記導管として、鉛直方向に中心軸がある主管と、前記主管と連通し、水平方向に中心軸がある分岐管と、を少なくとも1本ずつ有し、
前記供給管及び前記排気管の少なくともいずれか一方は、前記主管に満たされる溶融ガラスの高さよりも低い位置に設けられた、請求項14に記載の溶融ガラス搬送装置。 - 溶解装置、清澄装置及び成形装置を備えるガラス製造装置であって、
請求項1〜15のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置をさらに備え、
前記溶解装置と前記清澄装置との間、及び、前記清澄装置と前記成形装置との間の少なくともいずれか一方に前記溶融ガラス搬送装置が設けられた、ガラス製造装置。 - 溶解工程、清澄工程及び成形工程をこの順に含むガラス製造方法であって、
前記溶解工程及び前記清澄工程との間、並びに、前記清澄工程及び前記成形工程との間の少なくともいずれか一方に、溶融ガラス搬送工程をさらに含み、
前記溶融ガラス搬送工程において、請求項1〜15のいずれか一項に記載の溶融ガラス搬送装置を用い、前記溶融ガラス搬送装置における第3のセラミックス構造体のガス流路に200℃以上のガスを供給する、ガラス製造方法。 - 得られたガラスのβ−OH値が0.15〜0.5mm−1である、請求項17に記載のガラス製造方法。
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