JP2021195290A - ガラス溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な耐火材のみを容易に交換可能として、これによりガラス溶融炉の長寿命化を図ることを、解決すべき技術課題とする。【解決手段】ガラス溶融炉１は、複数の側壁２〜４と、複数の側壁２〜４で区画形成された空間５とを具備し、複数の側壁２〜４のうち一つの側壁２は、ガラス原料Ｍを空間５に投入するための投入口６を有し、投入口６を通じて空間５に投入されたガラス原料Ｍを溶融して溶融ガラスを生成可能に構成されている。ここで、投入口６は、第一耐火材１２で区画形成されると共に、第一耐火材１２とその上方で隣接する第二耐火材１３が支持部１６により支持されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス物品を成形するための材料となる溶融ガラスを生成するためのガラス溶融炉の構造に関する。

例えば板ガラスや管ガラスをはじめとするガラス物品の製造ラインにおいては、最も上流側に溶融ガラスを生成するガラス溶融炉が配設され、この溶融炉で生成された溶融ガラスを所定の形状に成形するのが一般的である。

また、上述したガラス溶融炉の側壁には、粉状をなすガラス原料を溶融炉内に投入するための投入口が設けられ、この投入口からガラス原料を例えば連続的に投入することにより、ガラス溶融炉内でガラス原料を溶融し、溶融ガラスを連続的に生成することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。また、ガラス溶融炉内には電極が配設され、この電極により溶融ガラスを通電加熱している（例えば、特許文献２を参照）。

ここで、上述したガラス溶融炉としては、耐火煉瓦などの耐火材を積み上げていくことによって構築されるものが一般的である（例えば、特許文献３を参照）。そのため、通常、投入口を区画形成する部分を含めたガラス溶融炉の側壁は、複数の耐火材で構成される。

特開２０１０−２２２２１７号公報 特開２０１５−５１８９４号公報 特開２００８−１５３８号公報

ところで、最近では、溶融ガラスを通電加熱するための電極として、従来のスズを材料とする電極からモリブデンを材料とする電極への置き換えが進められている。この置き換えに伴って、加熱用電極の寿命が著しく向上した結果、ガラス溶融炉の寿命を決定付ける要因が、加熱用電極から側壁の投入口及びその周辺部へと変化している。すなわち、投入口及びその周辺部はガラス原料からの浸食を絶えず受ける結果、加熱用電極よりも先に投入口を区画形成する耐火材を交換する必要性が高まっている。

しかしながら、上述したように、ガラス溶融炉の側壁は複数の耐火材を積層して構成されるのが一般的であるから、投入口を区画形成する耐火材は、その上方に位置する耐火材の自重を受ける。よって、側壁を構成する複数の耐火材のうち投入口を区画形成する耐火材のみを取り外して交換しようとすると、その上方に位置する耐火材は支持を失って崩落するおそれがある。そのため、投入口を区画形成する耐火材の交換作業を行う場合には、上方に位置する耐火性部材を先に取り外す必要があり、非常に手間が掛かるといった問題がある。

以上の事情に鑑み、必要な耐火材のみを容易に交換可能として、これによりガラス溶融炉の長寿命化を図ることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るガラス溶融炉により達成される。すなわち、この溶融炉は、複数の側壁と、複数の側壁で区画形成された空間とを具備し、複数の側壁のうち一つの側壁は、ガラス原料を空間に投入するための投入口を有し、投入口を通じて空間に投入されたガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成可能なガラス溶融炉において、投入口は、第一耐火材で区画形成されると共に、第一耐火材とその上方で隣接する第二耐火材が支持部により支持されている点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係るガラス溶融炉では、ガラス溶融炉内の空間を区画形成する一つの側壁に設けられるガラス原料の投入口を第一耐火材で区画形成すると共に、この第一耐火材とその上方で隣接する第二耐火材を支持部により支持するようにした。これにより、従来、第一耐火材で受けていた第二耐火材の自重を、第一耐火材に代えて支持部により受けることができる。そのため、第一耐火材の直上に位置する第二耐火材を取り除かなくても、投入口を区画形成する耐火材（第一耐火材）を取り外して、当該耐火材を容易に交換することが可能となる。また、この際、第二耐火材は常に支持部により支持された状態にあるので、交換作業以外の追加の作業を行うことなく、必要な耐火材を迅速に交換することが可能となる。

また、本発明に係るガラス溶融炉において、第一耐火材と第二耐火材との間にスペーサが設けられてもよい。

このようにスペーサを介在させることで、第一耐火材と第二耐火材とを非接触の状態にすることができるので、第一耐火材の交換作業の際、例えば第一耐火材と第二耐火材との擦れによる不具合の発生を防いで、より確実に投入口を区画形成する耐火材を交換することができる。

また、本発明に係るガラス溶融炉において、第二耐火材は、支持部としてのスペーサにより支持されてもよい。

例えば支持部として、第二耐火材を水平方向に挟持する構造をとることも考えられる。しかしながら、第二耐火材は、多数個を積み上げることで第一耐火材と共に側壁を構成することから、全体として巨大な重量物となる。そのため、挟持力のみで多数の第二耐火材を安定的に支持することは難しい。これに対して、支持部としてのスペーサで第二耐火材を支持するようにすれば、第二耐火材を直接的に下方から支持することができるので、積み上げられた多数個の第二耐火材を安定的に支持することができる。

また、本発明に係るガラス溶融炉は、側壁を構成する耐火材の位置を規制可能な規制部と、規制部が連結される支柱部とをさらに具備するものであってもよい。また、この場合、支持部としてのスペーサは、支柱部に固定されてもよい。

このように支持部としてのスペーサを支柱部に固定する構造をとることによって、スペーサを介して第二耐火材の自重の一部又は全部が支柱部に負荷される。このため、第一耐火材をさらに容易に交換することが可能となる。また、スペーサの位置ずれを防止することもできる。さらに、従来から支柱部は溶融炉に設けられているので、設備コストの増大を抑制することも可能となる。

また、本発明に係るガラス溶融炉において、第一耐火材は、第二耐火材よりもガラス原料に対する耐食性に優れていてもよい。

ガラス溶融炉の稼働時、側壁のうち投入口を区画形成する第一耐火材はガラス原料と常に接するのに対し、第一耐火材よりも上方に位置する第二耐火材とガラス原料とが接触する可能性は低い。よって、第一耐火材が第二耐火材よりもガラス原料に対する耐食性に優れることにより、投入口及びその周辺部でガラス原料による浸食を低減でき、第一耐火材の交換頻度を少なくできる。

また、本発明に係るガラス溶融炉において、第一耐火材は、電鋳煉瓦であってもよい。また、この場合、電鋳煉瓦は、ジルコニア系の電鋳煉瓦であってもよい。

このように、側壁を構成する耐火材のうち特に溶融ガラスとの接触を考慮すべき耐火材である第一耐火材に電鋳煉瓦を適用することで、投入口及びその周辺部に良好な耐食性を付与することが可能となる。また、この際、ジルコニア系の電鋳煉瓦とすることによって、さらに優れた耐食性を付与することが可能となる。

また、本発明に係るガラス溶融炉において、第二耐火材は、焼成煉瓦であってもよい。また、この場合、焼成煉瓦は、アルミナ系の焼成煉瓦又はアルミナ・ジルコン系の焼成煉瓦であってもよい。

第二耐火材は、投入口を区画形成する第一耐火材よりも上方に位置するため、第一耐火材ほど良好な耐熱性及び耐食性を必要としない。そのため、第二耐火材を相対的に廉価な焼成煉瓦とすることによって、必要な物理的及び化学的特性を付与しつつも、製作コストを低く抑えることが可能となる。

以上より、本発明によれば、必要な耐火材のみを容易に交換可能として、これによりガラス溶融炉の長寿命化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の要部を示すＡ−Ａ縦断面図である。 図１に示すガラス溶融炉のＢ−Ｂ横断面図である。 図１に示すガラス溶融炉を矢印Ｃの向きから見た図である。 図３に示すガラス溶融炉のＤ−Ｄ縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス溶融炉１要部の縦断面図、図２はガラス溶融炉１要部の横断面図をそれぞれ示している。図１及び図２に示すように、このガラス溶融炉１は、複数の側壁２〜４と、これら複数の側壁２〜４で区画形成される空間５と、空間５にガラス原料Ｍを投入するための投入口６と、複数の側壁２〜４と共に空間５を区画形成する底壁７と、底壁７に設けられ、空間５内の溶融ガラスＧｍを加熱する電極８とを具備する。また、本実施形態では、ガラス溶融炉１は、側壁２〜４の位置を規制する規制部としての規制部材９と、規制部材９を固定する支柱部１０とをさらに具備する。

ここで、空間５に投入されるガラス原料Ｍとしては、最終的に製造すべきガラス（ガラス物品）に要求される各種特性に応じて配合すべき原料の種類、配合比などが適宜設定される。ここで製造可能なガラスの一例として、無アルカリガラスを挙げることができる。この無アルカリガラスは、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しない、言い換えると、ガラス組成中のアルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の含有量が１０００ｐｐｍ（質量）以下である。よって、この場合、最終的に製造されるガラス（ガラス物品）が無アルカリガラスとなるように、ガラス原料Ｍが調合、準備される。また、製造されるガラス物品の一例として、オーバーフローダウンドロー法やフロート法によって形成されたガラス板を挙げることができる。このガラス板は、ディスプレイのガラス基板やカバーガラスに好適である。

また、電極８としては、例えばスズ、モリブデンなど公知の電極用材料で形成したものを採用することができ、その中でも特にモリブデンなどを材料とする電極が耐熱性ひいては長寿命化の観点から好適に採用される。なお、ガラス溶融炉１は、溶融ガラスＧｍの加熱を補助する目的や、立ち上げ時にガラス溶融炉１を昇温する目的等で、バーナーを備えてもよい。

ここで、支柱部１０は、図２に示すように、各側壁２〜４を介して水平方向で対向する位置に配設される。最も上流端側の側壁２（以後、単に側壁２と称する。）について言えば、この側壁２を水平方向で挟むように一対の支柱部１０，１０が配設される。そして、各支柱部１０と側壁２との間に規制部材９が配設され、これら規制部材９により各支柱部１０と側壁２とが相互に連結される。同様に、他の側壁３，４についても（さらには、図示しない下流端側の側壁についても）各支柱部１０との間に規制部材９が配設され、この規制部材９により各支柱部１０と側壁３，４とが相互に連結されている。

投入口６には、ガラス原料Ｍを空間５内に投入するためのフィーダ１１が配設される。フィーダ１１としては、スイング式、コンベア式、柄杓式、スクリュー式など種々の原料供給機構が適用可能であり、本実施形態では、スクリュー式のフィーダ１１が適用されている。具体的には、図１等に示すように、フィーダ１１の先端１１ａがガラス溶融炉１の空間５にまで到達しない位置に、言い換えると、フィーダ１１の先端１１ａが投入口６内に位置するように、フィーダ１１が投入口６内の所定位置に配設されている。これにより、フィーダ１１から供給されたガラス原料Ｍが空間５内に投入されるようになっている。

また、本実施形態では、投入口６が側壁２の三箇所に設けられている（図２を参照）。そして、各々の投入口６内にフィーダ１１が配設されており、これにより複数箇所（ここでは三箇所）からの空間５へのガラス原料Ｍの同時投入を可能としている。

次に、側壁２の詳細な構造を、投入口６周辺を中心に説明する。

図３は、側壁２を正面から見た図（図１でいえば側壁２を矢印Ｃの向きから見た図）である。図３に示すように、側壁２は、複数の耐火材１２〜１５で構成されている。一方、この側壁２には投入口６が設けられている。そのため、この投入口６は、側壁２を構成する耐火材１２〜１５のうち投入口６の周辺に配置される第一耐火材１２で区画形成されている。本実施形態では、第一耐火材１２は貫通孔１２ａを有しており、この第一耐火材１２を他の耐火材１３〜１５と共に積み上げて側壁２を構成した状態で、第一耐火材１２の貫通孔１２ａが投入口６を区画形成するようになっている。すなわち、一個の第一耐火材１２で投入口６が区画形成されている。そのため、図２に示すように、三つの投入口６が水平方向に並んで設けられる場合、貫通孔１２ａを有する三個の第一耐火材１２が水平方向に隣接して配設される。図３では、三個の第一耐火材１２が水平方向で互いに接触した状態で側壁２の同一高さ位置に配設されている。なお、図３では、第一耐火材１２は全体として箱状をなしているが、他の耐火材１３〜１５と共に積み上げることにより側壁２を構成可能な限りにおいて、箱状以外の形状をなしてもよい。また、貫通孔１２ａの形状は、フィーダ１１を投入口６に導入して空間５にガラス原料Ｍを供給可能な限りにおいて任意である。

第一耐火材１２の上方には、多数の耐火材が積み上げられた状態で第一耐火材１２と共に側壁２を構成している。このうち、第一耐火材１２とその上方で隣接する第二耐火材１３は支持部１６により支持された状態にある。本実施形態では、第一耐火材１２と第二耐火材１３との間にスペーサ１７が配設されている。このスペーサ１７は、投入口６を区画形成する三つの第一耐火材１２の水平方向両端１２ｂを越えて延びている。そして、このスペーサ１７の水平方向両端には、図４に示すように、ガラス溶融炉１の外側に位置するフランジ部１７ａが設けられており、このフランジ部１７ａが、側壁３，４を水平方向で挟むように配設される支柱部１０に固定（例えば溶接やボルト締結）されている。このようにフランジ部１７ａを介してスペーサ１７を支柱部１０に固定することで、スペーサ１７が第二耐火材１３の支持部１６としてより効果的に機能する。なお、スペーサ１７は、側壁２を水平方向で挟むように配設される支柱部１０に固定されてもよい。これにより、スペーサ１７をさらに強固に固定することができる。また、本実施形態のフランジ部１７ａは、スペーサ１７の長手方向のうちで支柱部１０に対応する部分に設けられているが、スペーサ１７の長手方向の全域にわたって設けてもよい。これにより、スペーサ１７の強度が向上するので、スペーサ１７の撓み変形を低減できる。

なお、第一耐火材１２は、溶融ガラスＧｍとの接触（ひいては漏れ出し）を考慮して、モルタル等の接合剤により隣接する耐火材、例えば水平方向で隣接する第一耐火材１２や第三耐火材１４、あるいは下方で隣接する第四耐火材１５と互いに接合されていることが好ましい。互いに隣接する第四耐火材１５同士についても、同様の考えに基づいた場合、互いに接合されていることが好ましい。一方、第二耐火材１３は投入口６よりも上方に位置するため、溶融ガラスＧｍの漏れ出し防止の観点からは、必ずしも第二耐火材１３同士が互いに接合されていなくてもよい。一方で、膨張時に隣接する第二耐火材１３間にすき間が生じる事態を考慮した場合、第二耐火材１３同士は互いに接合されていることが好ましい。

一方で、スペーサ１７が、支持部１６として第二耐火材１３を下方から支持する場合、スペーサ１７には、耐熱性だけでなく高い強度並びに剛性が要求される。このため、スペーサ１７は、金属材で形成することが好ましく、鋼材で形成することがより好ましく、ステンレス鋼材で形成することがさらに好ましい。この場合、スペーサ１７と各耐火材１２〜１４との線膨張係数の違いを考慮して、スペーサ１７と各耐火材１２〜１４とは互いに接合されていないことが好ましい。

また、各耐火材１２〜１５はともに同一の材料組成をなすものであってもよく、少なくとも一部の耐火材同士、例えば第一耐火材１２と第二耐火材１３とが、互いに異なる材料組成をなしてもよい。第一耐火材１２と第二耐火材１３には、例えばジルコン系やアルミナ・ジルコン系、シリカ系、ムライト系、粘土質系の煉瓦を用いることができる。これらの煉瓦は、電鋳煉瓦であってもよく、焼成煉瓦であってもよい。

第一耐火材１２は、第二耐火材１３よりもガラス原料Ｍに対する耐食性に優れることが好ましい。特に、本実施形態のように、フィーダ１１の先端１１ａが投入口６内に位置する場合には、フィーダ１１の先端１１ａから吐出されたガラス原料Ｍが投入口６を区画形成する第一耐火材１２の内面（ここでは貫通孔１２ａの内面）に絶えず接触した状態で、ガラス原料Ｍの空間５への投入が行われる。以上の理由より、第一耐火材１２は、ジルコニア系の電鋳煉瓦を用いることが好ましい。交換後に第一耐火材１２がサーマルショックで破損することを防止する観点では、第一耐火材１２は耐熱衝撃性を有することが好ましく、例えばアルミナ・ジルコン系の焼成煉瓦を用いることが好ましい。一方、第二耐火材１３は、アルミナ・ジルコン系の焼成煉瓦やアルミナ系の電鋳煉瓦を用いることが好ましい。

以上述べたように、本実施形態に係るガラス溶融炉１では、ガラス溶融炉１内の空間５を区画形成する一つの側壁２に設けられるガラス原料Ｍの投入口６を第一耐火材１２で区画形成すると共に、この第一耐火材１２とその上方で隣接する第二耐火材１３を支持部１６により支持するようにした。これにより、従来、第一耐火材１２で受けていた第二耐火材１３の自重を、第一耐火材１２に代えて支持部１６により受けることができる。そのため、第一耐火材１２の直上に位置する第二耐火材１３を取り除かなくても、投入口６を区画形成する第一耐火材１２を取り外して、第一耐火材１２を容易に交換することが可能となる。また、この際、第二耐火材１３は常に支持部１６により支持された状態にあるので、交換作業以外の追加の作業を行うことなく、必要な耐火材（第一耐火材１２）を迅速に交換することが可能となる。

また、本実施形態では、第一耐火材１２と第二耐火材１３との間に支持部１６としてのスペーサ１７を設けるようにした。これにより、１個の第一耐火材１２を取り外した場合、その上方に配置される第二耐火材１３等の自重が、支持部１６としてのスペーサ１７を介して水平方向に隣接する第一耐火材１２や第三耐火材１４に分散する。このため、取り外した第一耐火材１２の上方に積み上げられた多数個の第二耐火材１３を安定的に支持することができる。

また、本実施形態では、支持部１６としてのスペーサ１７を支柱部１０に固定する構造にした。これにより、スペーサ１７を介して第二耐火材１３の自重の一部又は全部が支柱部１０に負荷される。このため、第一耐火材１２をさらに容易に交換することが可能となる。また、スペーサ１７の位置ずれを防止することもできる。さらに、従来から支柱部１０は溶融炉１に設けられているので、設備コストの増大を抑制できる。第一耐火材１２をさらに容易に交換する観点では、第二耐火材１３の自重の全部が、スペーサ１７を介して支柱部１０や第三耐火材１４等に負荷されることが好ましい。言い換えると、第一耐火材１２とスペーサ１７の間に隙間を設けることが好ましい。なお、操業時は、当該隙間をブランケット等で封止すればよい。

また、本実施形態では、第一耐火材１２に貫通孔１２ａを設けて、この貫通孔１２ａでガラス原料Ｍの投入口６を区画形成するようにした。このように投入口６を形成することによって、交換すべき耐火材（第一耐火材１２）の数をさらに削減することができるので、交換作業の更なる容易化、迅速化が可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係るガラス溶融炉は、上記実施形態には限定されることなく、本発明の範囲内で種々の形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、第一耐火材１２と第二耐火材１３との間にスペーサ１７を配設し、スペーサ１７を第二耐火材１３の支持部１６として用いた場合を例示したが、もちろんこれ以外の形態をとることも可能である。例えば図示は省略するが、第二耐火材１３を水平方向で挟み込むように一対の挟持部材を設けて、この挟持部材により常に第二耐火材１３を挟持することにより、第二耐火材１３の自重を受け得るだけの支持力を第二耐火材１３に付与してもよい。あるいは、図２に示す一対の規制部材９を利用して第二耐火材１３を挟持することによって第二耐火材１３を支持してもよい。なお、この場合、スペーサ１７の有無は問わない。

また、上記実施形態では、スペーサ１７を支柱部１０に固定する場合を例示したが、もちろんこれ以外の形態をとることも可能である。例えば図示は省略するが、スペーサ１７を支柱部１０以外の構造体に固定することによって、支持部１６としてのスペーサ１７の位置ずれを防止してもよい。あるいは、スペーサ１７を支持部１６等に固定することなく、第一耐火材１２と第二耐火材１３との間にスペーサ１７を配設してもよい。

また、上記実施形態では、第一耐火材１２に貫通孔１２ａを設けて、この貫通孔１２ａで投入口６を区画形成する場合を例示したが、もちろんこれ以外の態様により投入口６を区画形成してもよい。例えば図示は省略するが、第一耐火材１２を、分割された複数の耐火材で構成してもよく、より具体的には、矩形状をなす投入口６の内側面を四つの平坦面に分割し、各分割された平坦面を対応する四つの耐火材で区画形成してもよい。

１ ガラス溶融炉
２ 側壁
３，４ 側壁
５ 空間
６ 投入口
７ 底壁
８ 電極
９ 規制部材
１０ 支柱部
１１ フィーダ
１１ａ 先端
１２ 第一耐火材
１２ａ 貫通孔
１３ 第二耐火材
１４ 第三耐火材
１５ 第四耐火材
１６ 支持部
１７ スペーサ
１７ａ フランジ部
Ｇｍ 溶融ガラス
Ｍ ガラス原料

Claims (7)

1. 複数の側壁と、前記複数の側壁で区画形成された空間とを具備し、前記複数の側壁のうち一つの側壁は、ガラス原料を前記空間に投入するための投入口を有し、前記投入口を通じて前記空間に投入されたガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成可能なガラス溶融炉において、
   前記投入口は、第一耐火材で区画形成されると共に、前記第一耐火材とその上方で隣接する第二耐火材が支持部により支持されていることを特徴とするガラス溶融炉。
2. 前記第一耐火材と前記第二耐火材との間にスペーサが設けられている請求項１に記載のガラス溶融炉。
3. 前記第二耐火材は、前記支持部としての前記スペーサにより支持されている請求項２に記載のガラス溶融炉。
4. 前記側壁を構成する耐火材の位置を規制可能な規制部と、前記規制部が連結される支柱部とをさらに具備し、
   前記支持部としての前記スペーサは、前記支柱部に固定される請求項３に記載のガラス溶融炉。
5. 前記第一耐火材は、前記第二耐火材よりもガラス原料に対する耐食性に優れる請求項１〜４の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
6. 前記第一耐火材は、ジルコニア系の電鋳煉瓦である請求項１〜５の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
7. 前記第二耐火材は、アルミナ系の焼成煉瓦又はアルミナ・ジルコン系の焼成煉瓦である請求項１〜６の何れか一項に記載のガラス溶融炉。

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