JP4038057B2 - Fore Haas and method for manufacturing glass product using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、ガラス容器等のガラス製品を製造するに際して、溶融ガラスの温度を低下させるとともに、溶融ガラスを一定量に分配するために使用されるフォアハースおよびそれを用いたガラス製品の製造方法に関し、特に、均一な温度分布を有する溶融ガラスを、一定量で正確に分配するためのフォアハースおよびそれを用いたガラス製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォアハースは、溶融窯で溶融されて、液状化した溶融ガラスを複数列に分配する機能と、溶融ガラスの温度調整（冷却）機能とを有する樋状部材である。したがって、溶融ガラスは、溶融窯から作業室および複数の中間流路を経て、フォアハースに導入され、そこで温度調整が行われた後、スパウトからゴブとしてガラス製品の成形機に供給されていた。
しかしながら、かかるフォアハースを用いたガラス製品の製造方法は、フォアハースに関して、以下のような問題点を有していた。
▲１▼複数のフォアハースの流出口において、それぞれ流入口からの距離が異なるため、流出する溶融ガラスの温度が大きく異なっていた。
▲２▼フォアハースにおける加熱手段としては、火炎噴射装置が主として用いられており、フォアハースの流出口において、溶融ガラスの温度調整を、独立して、しかも所望の温度範囲に正確に制御することができなかった。
【０００３】
そこで、特開平２０００−３１３６２３号公報には、図１０に示すように、溶融窯（図示せず。）で溶融したガラスを分配し、複数列のフォアハース１０９に流し込み、かつ、ガラスの温度調整を行うためのガラス供給装置１２０が開示されている。すなわち、かかるガラス供給装置１２０は、溶融ガラスの温度調整については行わない分配室１００と、ガラス温度調整機構１０６を有し、分配室の流出口に接続されてガラスをフォアハース１０９に導くための複数の調整室１０２とを、それぞれ設けたことを特徴としていた。
【０００４】
一方、特開２００１−２６４２８号公報、特開２００１−２１６８５号公報、特開平１１−３１０４１７号公報、特開平１１−９４２３２号公報、特開平１０−１８２１６９号公報、特開平１０−１７７０９２号公報、および特開平５−１７１６２号公報には、図１１に典型例を示すように、ガラス溶融炉２０１における滴下ノズル２０８の周囲に通電可能なコイル２０９を設けて、高周波を通電することにより生じた発熱によって、放射線廃棄物処理用の溶融ガラス２１１の滴下量を調節する方式のガラス溶融炉２０１が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２０００−３１３６２３号公報に開示されたフォアハースであっても、大量の溶融ガラスを流動処理する場合や、滞留現象が生じやすいフォアハースの先端部に設けたスパウトの入口においては、例えば、溶融ガラスの表面（上部流）と、底面（底部流）とでは、大きな温度分布、例えば３０℃以上の温度差が存在していた。
また、図９に示すように、溶融ガラスの平面的な位置の相違に起因して、大きな温度分布が存在していた。すなわち、図９に示すスパウト１４では、攪拌を目的として、半時計方向に回転チューブ１６が回転しているため、図面上、スパウト１４の入口Ｄの上方において停滞素地８０が発生し、さらにその温度が容易に低下していた。そのため、ゴブカット後のガラス量がばらついたり、スパウトの入口におけるフォアハースの底面と、側壁とからなる角部等に、失透した結晶ガラス（例えば、ウオラストナイト等）が堆積したりするなどの問題が見られた。また、特開２００１−１６３６２４号公報等に開示された、誘導加熱コイルは、いずれもガラス溶融炉の滴下ノズルを介して、放射線廃棄物処理用の溶融ガラスの温度や粘度を間接的に調節するものであって、マイクロ波を発生させることができなかった。そのため、このような誘導加熱コイル方式を備えたフォアハースを仮に構成した場合であっても、溶融ガラスの上部流については加熱することができても、溶融ガラスの底部流まで加熱することは、事実上不可能であった。さらに、誘導加熱コイル方式を用いても、溶融ガラスの平面方向の温度分布を均一化することは、事実上、困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、溶融ガラスを移送するためのフォアハースにおいて、高周波電源から高周波を印加することによりマイクロ波を発振させて、溶融ガラスを加熱するためのマイクロ波発信装置が設けてあるフォアハースが提供され、上述した問題を解決することができる。
すなわち、このように構成することにより、マイクロ波発信装置から溶融ガラスに向かって発振されたマイクロ波が、その特性にしたがって、フォアハース内の溶融ガラス、特に底部流まで優先的に到達するため、溶融ガラスの上部流のみならず、温度が比較的低い底部流についても効果的に加熱することができる。また、発振されたマイクロ波は、フォアハース内で適当に反射されるため、溶融ガラスの平面方向の温度分布についても均一化することができる。
したがって、このように構成することにより、フォアハース内の位置の相違による溶融ガラスの温度差が著しく小さくなって、ゴブカット後のガラス量がばらついたり、フォアハース内に結晶ガラス（例えば、ウオラストナイト等）が堆積したりすることを、効果的に防止することができる。
【０００７】
また、本発明のフォアハースを構成するにあたり、マイクロ波発信装置が、冷却装置付きのマグネトロン、クライストロン、またはジャイラトロンを含むことが好ましい。
このように構成することにより、フォアハースのように周囲温度が数百度以上の高温であっても、マイクロ波発信装置であるマグネトロンやクライストロン等が、安定した出力でもって、マイクロ波を発振することができる。
【０００８】
また、本発明のフォアハースを構成するにあたり、フォアハースの先端部にスパウトが設けてあり、少なくとも当該スパウトの入口に、マイクロ波発信装置が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、温度分布に起因したゴブ量の変化に影響しやすいスパウトにおける問題が少なくなり、また、ガラス製品等の品質に影響しやすいスパウトの入口付近での失透が少なくなるので、製品としてのガラス製品の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
また、本発明のフォアハースを構成するにあたり、フォアハースの側面に、火炎放射装置が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、マイクロ波による加熱と相俟って、溶融ガラスの温度分布をさらに小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明のフォアハースを構成するにあたり、フォアハースにおける溶融ガラスの液面との対向面に、突起が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、かかる突起を介して、溶融ガラスの上部流からの放熱効果が向上し、溶融ガラスの温度分布をより小さくすることができる。また、フォアハースの側方から火炎放射した場合には、放射された火炎がかかる突起に衝突し、溶融ガラス自体に向かって火炎の方向が変わるため、溶融ガラスの内部まで、より効率的に加熱することができる。
【００１１】
また、本発明のフォアハースを構成するにあたり、流動させる溶融ガラスが、０．１以上の誘電損失（測定温度：１,２００℃、測定周波数：２．４５ＧＨｚ）を有することが好ましい。
このように構成することにより、室温付近では、通常、誘電損失が０付近の非誘電体であるガラスについても、マイクロ波によって、効果的に加熱することができる。
なお、流動させる溶融ガラスの誘電損失を所定値以上とするためには、後述するように、例えば、溶融ガラスに含まれるアルカリ成分量を増加させたり、溶融ガラスの温度を高めたりすることによって、容易に達成することができる。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、フォアハースにおいて、溶融ガラスを移送しながら、マイクロ波発信装置から発振したマイクロ波によって加熱する工程と、当該溶融ガラスからガラス製品を成形する工程と、を含むことを特徴とするガラス製品の製造方法である。
すなわち、このように実施することにより、マイクロ波発信装置から溶融ガラスに向けて発振されたマイクロ波が、その特性にしたがって、フォアハース内の溶融ガラス、特に底部流まで優先的に到達して、温度が比較的低い底部流についても効果的に加熱することができる。
したがって、ガラス製品の製造に際して、フォアハース内の位置の相違による溶融ガラスの温度差が著しく小さくなり、ゴブカット後のガラス量がばらついたり、フォアハース内に、結晶化ガラスが堆積したりすることを、効果的に防止することができる。
【００１３】
また、本発明のガラス製品の製造方法を実施するにあたり、溶融ガラスの温度をモニターし、当該溶融ガラスの温度に関して得られた情報を、マイクロ波発信装置に対してフィードバックまたはフィードフォワードし、当該マイクロ波発信装置における高周波の印加時間を調節して、マイクロ波を発振させることが好ましい。
このように実施することにより、溶融ガラスがより適切に加熱されるため、フォアハース内の位置の相違における溶融ガラスの温度分布をさらに小さくすることができる。また、このように実施することにより、ガラス製品を製造するにあたって、長さや形状等が異なる複数のフォアハースを使用する場合であっても、それぞれにおいて個別に溶融ガラスを加熱することが容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフォアハースおよびそれを利用したガラス製品の製造方法に関する実施形態を、適宜図面に基づいてそれぞれ具体的に説明する。
ただし、参照する図面は、本発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。したがって、言うまでもなく本発明は図示例にのみ限定されるものではない。
【００１５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、溶融ガラスを移送するためのフォアハースであって、高周波電源から高周波を印加することによりマイクロ波を発振させて、溶融ガラスの底部流を加熱するためのマイクロ波発信装置が設けてあるフォアハースである。
【００１６】
１．フォアハース
（１）形態
溶融ガラスを移送するためのフォアハースの形態は特に制限されるものでは無いが、例えば、図１（Ａ）にその平面を、図１（Ｂ）にその断面を示すように、周囲を被覆した樋状であって、清澄室２４等に連なる複数のクーリングゾーン１８、２０、２２と、一定量の溶融ガラスをゴブとして取り出すための部材であるスパウト１４と、からなる組み合わせ構造であることが好ましい。
また、ガラス製品等の成形機（図示せず。）の配置を考慮して、図１に示すように、途中、例えば、隣接するクーリングゾーン２２と、クーリングゾーン２０との間に、屈曲部を設けることが好ましい。ただし、かかる屈曲部を設けると、溶融ガラスの温度分布が大きくなる原因の一つとなるので、屈曲部においても、できる限り曲がり角度を鋭角とせず、実質的に直線状や曲線状とすることが好ましい。
さらに、図１に示すフォアハース１０の数や長さについても特に制限されるものでなく、ガラス製品等の成形機の数や配置に対応させ、一例として、フォアハースの数については、２〜６本とすることが好ましく、フォアハースの長さについては、５〜１０ｍとすることが好ましい。
【００１７】
（２）攪拌装置
また、図２に示すように、フォアハース１０の長さ方向における１箇所以上において、溶融ガラスのための攪拌装置２５、例えば、プロペラ式攪拌機を設けることが好ましい。
このように構成することにより、フォアハース内での溶融ガラスの滞留を防止することができるとともに、フォアハースの途中で、ガラス添加剤等を導入した場合であっても、溶融ガラス全体を容易に均一化することができる。
【００１８】
（３）突起
また、図３（Ｂ）のフォアハース１０の断面図が示すように、フォアハース１０の上方面、すなわち、溶融ガラスの液面と対向する面に、突起４２が設けてあることが好ましい。
このように下方に突き出た突起、例えば、三角状突起、あるいは矩形状突起等を設けることにより、溶融ガラスの上部流からの放熱効果（冷却効果）が向上し、結果として、比較的温度の低い底部流との温度差が小さくなり、溶融ガラス全体としての温度分布を小さくすることができる。
なお、フォアハースの上方面にこのような突起を設ける場合、その数は必ずしも一つである必要はなく、放熱効果を考慮して、二つ以上の突起を設けることも好ましい。
【００１９】
（４）窓部および導波管の挿入口
図示はしないが、フォアハースの上方面や側面に、マイクロ波が効率的に透過できるように、非誘電体からなる窓部や、後述する導波管の挿入口が設けてあることが好ましい。
すなわち、このように窓部や導波管の挿入口を設けることにより、マイクロ波発信装置、例えばマグネトロンやクライストロンを、高温雰囲気のフォアハースの外に配置することができる。したがって、マグネトロン等の周囲温度を所定温度に制御しやすくなるため、出力低下を十分に防止することができ、また、マグネトロン等の保守、点検も極めて容易になる。
【００２０】
（５）反射構造
また、フォアハースをマイクロ波についての反射構造とすることが好ましい。すなわち、フォアハースの下面や側面、あるいは上方面に対して、マイクロ波の反射部材が積層してあるか、あるいは、これらの面の一部あるいは全部を、マイクロ波についての反射部材、例えば、鏡面仕上げ部材から構成してあることが好ましい。
このように構成することにより、マグネトロン等から発振されたマイクロ波が、フォアハースの内部で適度に反射して、効率的かつ均一に溶融ガラスを加熱することが可能となる。
【００２１】
２．マイクロ波発信装置
（１）構成
マイクロ波発信装置の構成は、高周波電源から高周波を印加した場合に、溶融ガラスを加熱するためのマイクロ波を出射できるものであれば特に制限されるものでは無いが、例えば、図４に示すように、冷却装置６９付きのマグネトロン１２を含む構成であることが好ましい。
すなわち、通常、図４に示すように、マグネトロン１２は、熱電子を放出するためのフィラメント５３と、放射状に配置されるベイン５２と、当該フィラメント５３を内径、ベイン先端を外径とする作用空間の上下に配置されて対向するポールピース６２と、を備えるとともに、当該マグネトロン１２を冷却するための冷却装置６９と、を備えた構成であることが好ましい。
この理由は、高温雰囲気ではマグネトロンの出力が低下する場合があるが、このように構成することにより、マイクロ波を安定に出射することができるためである。より具体的には、ファンや冷却素子、あるいは冷媒管等の冷却装置を設けることによって、マグネトロンの温度が適度に保持されるため、かかるマグネトロンの出力低下を有効に防止することができるためである。
なお、溶融ガラスや周囲の熱や機械的衝撃から保護するために、マグネトロンの周囲を覆うための保護カバーを設けることが好ましい。
【００２２】
（２）配置
また、マグネトロン自体の冷却効果を向上させるために、当該マグネトロンはフォアハースの外部に配置することが好ましいが、さらに取り扱いや管理が容易なように、フォアハースの上部や側面にマグネトロンを配置することがより好ましい。
例えば、図１に示すフォアハース１０の場合には、フォアハースの屈曲部や、スパウト１４の入り口付近に相当する位置であって、フォアハース１０の上部や側面に、マイクロ波発信装置としてのマグネトロン１２が設けてある。すなわち、このように配置することにより、マグネトロンが直接的に溶融ガラスと接触することがなくなり、マグネトロン自体が、溶融ガラスの有する熱によって熱劣化するのを有効に防止することができる。また、このように配置すると、マグネトロンが直接的に溶融ガラスと接触しないため、マグネトロンに対し、溶融ガラスや不純物が付着して、ショートが発生するケースについても、有効に防止することができる。さらに、このようにマグネトロンを配置しても、マイクロ波の性質上、溶融ガラスの底部流まで十分に到達できるため、比較的温度の低い底部流であっても、容易に加熱することができる。
【００２３】
また、マグネトロン自体は、フォアハースの長さや形状等を考慮して、外部の任意位置に、例えば、３個／１０ｍ程度の割合で配置することが好ましい。
さらに、マグネトロンを配置するにあたり、当該マグネトロンと、フォアハースの溶融ガラスとの間に、導波管を設けて、マグネトロンで発振されたマイクロ波を、溶融ガラスまで導入させることも好ましい。このように導波管を介することにより、マグネトロン自体の熱劣化を有効に防止することができる。
【００２４】
（３）制御
また、マイクロ波発信装置、例えばマグネトロンの制御に関し、溶融ガラスの情報に関するフィードバック機構やフィードフォワード機構を利用することが好ましい。
すなわち、溶融ガラスの温度、誘電損失、粘度、流速等の少なくとも一つ、より好ましくは溶融ガラスの温度等をリアルタイムでモニターし、当該溶融ガラスの情報をマイクロ波発信装置に対してフィードバックまたはフィードフォワードし、それらの情報をもとに、当該マイクロ波発信装置における高周波数の印加時間を調節して、マグネトロン等においてマイクロ波を発振させることが好ましい。したがって、このようにフィードバック機構やフィードフォワード機構を利用して加熱を実施することにより、溶融ガラスが所望温度にさらに近い値になるようにきめ細かく加熱されるため、フォアハース内の位置の相違における溶融ガラスの温度分布をさらに小さくすることができる。
また、このようにフィードバック機構やフィードフォワード機構を利用することにより、ガラス製品を製造するにあたって、長さや形状等が異なる複数のフォアハースを使用する場合であっても、それぞれにおいて個別に溶融ガラスを加熱することが容易となる。例えば、フォアハースの長さに対応して、スパウトの入口や出口における温度が変化するが、その温度をリアルタイムでモニターし、その情報をもとに、複数のフォアハースにおいて、個別に加熱することが好ましい。
なお、フィードバックまたはフィードフォワードされた溶融ガラスの温度等の情報を迅速かつ大量に処理するために、マグネトロンやクライストロン等のマイクロ波発信装置の制御に関して、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を設けることが好ましい。
【００２５】
３．溶融ガラス
（１）誘電損失（ｔａｎδ）
流動させる溶融ガラスの種類は、誘電加熱が可能なガラスであれば特に制限されるものでは無いが、例えば、測定温度：１，２００℃、測定周波数：２．４５ＧＭＨｚの条件で測定される溶融ガラスの誘電損失（ｔａｎδ）を０．１以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、室温では、通常、誘電損失が０付近の非誘電体であるガラスについても、マイクロ波によって、効果的に加熱することができるためである。ただし、溶融ガラスの誘電損失の値が過度に大きくなると、溶融ガラスの加熱温度や加熱時間の調節が困難となる場合がある。
したがって、流動させる溶融ガラスの誘電損失を０．５〜１０の範囲内の値とすることがより好ましく、１〜５の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２６】
また、溶融ガラスの誘電損失の調整は、後述するように、溶融ガラスに含まれるアルカリ成分量を調節したり、ボロン系シリケートガラスを使用したり、あるいは、溶融ガラスの温度を高めたりすることによって、容易に達成することができる。
例えば、図５に、３種類の溶融ガラス（ラインＡ：アルカリ含有アルミノシリケートガラス、ラインＢ：ボロン含有シリケートガラス、ラインＣ：非アルカリ含有シリケートガラス）の測定温度と、誘電損失の対数値との関係を示す。かかる図５に示す変化曲線から容易に理解できるように、溶融ガラスの温度が高い程、誘電損失の対数値が直線的に大きくなる傾向があり、例えば、ラインＡのアルカリ含有アルミノシリケートガラスの場合、６００℃以上の温度であれば、０．１以上の対数値が得られることが理解される。
また、アルカリ成分を所定量含む溶融ガラスの方が、誘電損失の対数値が大きい傾向が見られており、例えばラインＣで表されるアルミノシリケートガラスの場合、逆にアルカリ成分を含有していないために、１２００℃以上の温度でなければ、０．１以上の値が得られないことが理解される。
よって、溶融ガラスの温度や、溶融ガラスに含まれるアルカリ成分量等を適宜調節することにより、溶融ガラスの誘電損失の値を所定範囲に制限することが可能である。
【００２７】
（２）平均温度および温度差
また、流動させる溶融ガラスの温度は、ガラスの種類にもよるが、例えば、典型的なソーダ石灰ガラスの場合、スパウトの入口における平均温度を１，０００〜１，６００℃の範囲内の温度とするとともに、その最高温度と、最低温度の温度差を１５℃以下の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる平均温度が１，０００℃未満となったり、かかる温度差が１５℃以上となると、溶融ガラスの流動性が著しく低下したり、滞留しやすいスパウトの入口において、溶融ガラスが失透して、堆積物が生じやすくなったりする場合があるためである。一方、かかる平均温度が１，６００℃を超えると、温度分布の制御が困難となり、ガラス製品等の製造時の歩留まりが逆に低下する場合があるためである。
したがって、流動させる溶融ガラスのスパウトの入口における平均温度を、１，１００〜１，５００℃の範囲内の温度にするとともに、その最高温度と、最低温度との差を、１０℃以下の値とすることがより好ましく、１，２００〜１，４００℃の範囲内の温度とするとともに、その最高温度と、最低温度との差（最大差）を、５℃以下の値とすることがさらに好ましい。
【００２８】
（３）粘度差
また、フォアハース内を流動させる位置の相違による溶融ガラスの粘度差を可及的に小さくすることが好ましいが、例えば、典型的なソーダ石灰ガラスの場合、スパウトの入口の溶融ガラスにおける最大粘度と最小粘度との差を１０Ｐａ・ｓ未満の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる粘度差が１０Ｐａ・ｓ以上の値となると、溶融ガラスの流動性が著しく低下したり、滞留しやすいスパウトの入口において、溶融ガラスが失透して、堆積物が生じやすくなったりする場合があるためである。ただし、過度に粘度差を小さくすると、溶融ガラスの種類が過度に制限されたり、高価な製造プロセスが必要となったりして、経済的に不利となる場合がある。
したがって、スパウトの入口の溶融ガラスにおける最大粘度と最小粘度との差（最大差）を、０．０１〜５Ｐａ・ｓの範囲内の値とすることがより好ましく、０．１〜３Ｐａ・ｓの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２９】
なお、図６に、溶融ガラスの温度と、粘度との関係の一例を示す。すなわち、溶融ガラスとして、代表的なソーダ石灰ガラスを用い、横軸に溶融ガラスの温度（℃）を採って示してあり、縦軸に、溶融ガラスの粘度の対数値（Ｐａ・ｓ）を採って示してある。
この粘度特性曲線から、ソーダ石灰ガラスの溶融温度が１，０００から１，６００℃の範囲であれば、ほぼ直線的に粘度の対数値は、温度の関数として逆比例して低下し、そのため、二地点間の粘度差を小さくするには、二地点間の温度差についても、小さくすることが有効であることが理解できる。
したがって、スパウトの入口における溶融ガラスを適宜加熱して、例えば、溶融ガラスの温度を１，０００〜１，６００℃の範囲内の値とすることにより、溶融ガラスの粘度の対数値を近接した値とすることが可能である。
【００３０】
（４）アルカリ成分含有量
また、流動させる溶融ガラスは、効果的に加熱するために、そのアルカリ成分含有量を１〜２０重量％の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるアルカリ成分含有量が１重量％未満となると、溶融ガラスの誘電損失が著しく低下し、加熱することが困難となる場合があるためである。一方、かかるアルカリ成分含有量が２０重量％を超えると、得られるガラスの機械的強度が低下したり、あるいは過度に加熱されるため、温度分布が大きくなって、ガラス製品等の製造時の歩留まりが逆に低下する場合があるためである。
したがって、流動させる溶融ガラスにおけるアルカリ成分含有量を、１〜１８重量％の範囲内の値とすることがより好ましく、５〜１５重量％の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、溶融ガラスに含まれるアルカリ成分としては、溶融ガラスの粘度調整が容易となることから、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ等のガラス原料に起因した成分であることが好ましい。
【００３１】
（５）溶融ガラスの流動速度
さらに、溶融ガラスの流動速度を、効果的に加熱するために、３〜３００ｍｍ／分の範囲内の値とすることが好ましい。
すなわち、溶融ガラスの流動速度が３ｍｍ／分未満になると、溶融ガラスの誘電損失が著しく低下する場合があるためである。一方、かかる溶融ガラスの流動速度が３００ｍｍ／分を超えると、温度分布が大きくなり、ガラス製品等の製造時の歩留まりが逆に低下する場合があるためである。
したがって、溶融ガラスの流動速度を、５〜２００ｍｍ／分の範囲内の値とすることがより好ましく、７〜１５０ｍｍ／分の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００３２】
４．その他
また、図３（Ａ）に示すように、フォアハース１０の側面に、複数の火炎放射装置４０が設けてあることが好ましい。例えば、天然ガス等を燃料源とし、その燃料源を、図中に示す矢印方向から導入する方式の燃焼バーナーが設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、火炎放射装置により、大面積の溶融ガラスを上部から間接的に加熱することができる。したがって、マグネトロン等のマイクロ波発信装置で発振されたマイクロ波による溶融ガラスの直接的な加熱と相俟って、火炎放射装置により、フォアハース内の溶融ガラスの温度分布をさらに小さくすることができる。
【００３３】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、以下の工程を含むガラス製品の製造方法である。
（１）溶融窯による溶融ガラスの作成工程（以下、溶融工程と称する。）
（２）フォアハースにおいて、溶融ガラスを移送しながら、マイクロ波発信装置から発振させたマイクロ波により加熱する工程（以下、加熱工程と称する。）
（３）溶融ガラスをゴブカットして、ガラス製品を成形する工程（以下、成形工程と称する。）
【００３４】
１．溶融工程
溶融工程は、溶融窯によってガラス原料を所定温度に加熱し、所定粘度の溶融ガラスを作成する工程である。例えば、溶融窯によって、ガラス原料を１，４００〜１，６００℃に加熱し、粘度が１００〜５０，０００Ｐａ・ｓの溶融ガラスを作成する工程である。
ここで、ガラス原料としては、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、リン酸ガラス等に適したガラス材料、例えば、シリケート（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ほう酸（Ｂ2Ｏ3）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）等が代表例として挙げられる。
また、これらのガラス原料として、無色透明ガラスが得られる材料を用いることも好ましいが、着色透明ガラスや着色半透明ガラスが得られる材料を用いることも好ましい。
さらに、マイクロ波発信装置から発振されたマイクロ波によって、効率的に加熱が可能なように、ガラス原料中に、磁性材料、例えばニッケル合金等を０．０１〜１０重量％の範囲で添加しておくことも好ましい。
【００３５】
２．加熱工程
加熱工程は、フォアハースにおいて、溶融ガラスを移送しながら、加熱する工程である。かかる加熱工程において、例えば、実施形態１で説明したマイクロ波発信装置を用いるとともに、以下の加熱条件でもって、溶融ガラスをマイクロ波により加熱することが好ましい。
【００３６】
（１）マイクロ波
使用するマイクロ波の周波数は、加熱効率や装置規模等を考慮して定めることが好ましいが、例えば、当該周波数を３００ＭＨｚ〜５０ＧＨｚの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるマイクロ波の周波数が、３００ＭＨｚ未満の値となると、溶融ガラスを所定温度に加熱するまでの時間が過度に長くなる場合があるためであり、一方、かかるマイクロ波の周波数が、５０ＧＨｚを超えた値となると、発振装置としてのマグネトロンの規模や数が過大となる場合があるためである。
したがって、より好適な加熱効率や装置規模を考慮して、マイクロ波の周波数を３００ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲内の値とすることがより好ましく、５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、使用するマイクロ波発信装置の種類によって、使用するマイクロ波の周波数が決定されることが多く、例えば、マグネトロンの場合、周波数を０．９１５ＧＨｚや２．４５ＧＨｚとすることが好ましく、クライストロンの場合、周波数を６ＧＨｚとすることが好ましく、さらにジャイラトロンの場合、周波数を２８ＧＨｚとすることが好ましい。
【００３７】
（２）照射時間
また、マイクロ波の照射時間は、加熱効率や装置規模、あるいは溶融ガラスの流速等を考慮して定めることが好ましいが、例えば、溶融ガラスの単位体積あたりの照射時間を１０秒〜１，０００秒の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるマイクロ波の照射時間が１０秒未満の値となると、溶融ガラスの温度上昇が不十分となる場合があるためである。一方、かかるマイクロ波の照射時間が１，０００秒を超えた値となると、発振装置としてのマグネトロンの出力が一定しなかったり、経済的に不利となったりする場合があるためである。
したがって、より好適な加熱効率や装置規模あるいは溶融ガラスの流速等を考慮して、溶融ガラスの単位体積あたりの照射時間を２０秒〜５００秒の範囲内の値とすることがより好ましく、６０秒〜３００秒の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００３８】
（３）消費電力
また、加熱工程における消費電力は、加熱効率や装置規模（溶融ガラス量）等を考慮して定めることが好ましいが、例えば、当該消費電力を２ＫＷ／ｔｏｎ〜１００ＫＷ／ｔｏｎの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる消費電力が、２ＫＷ／ｔｏｎ未満の値となると、溶融ガラスを所定温度に加熱するまでの時間が過度に長くなる場合があるためであり、一方、かかる消費電力が、１００ＫＷ／ｔｏｎを超えた値となると、局部加熱が生じたり、発振装置としてのマグネトロンの規模や数が過大となる場合があるためである。
したがって、より好適な加熱効率や装置規模を考慮して、加熱工程における消費電力を３ＫＷ／ｔｏｎ〜８０ＫＷ／ｔｏｎの範囲内の値とすることがより好ましく、５ＫＷ／ｔｏｎ〜６０ＫＷ／ｔｏｎの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００３９】
３．成形工程
成形工程は、フォアハースのスパウトから取り出した一定量の溶融ガラスをゴブカットし、次いで、得られたゴブから金型やプレス装置等を用いて、化粧ビンや薬ビン等に適したガラス製品（ガラス容器）を成形する工程である。
したがって、成形工程においては、ガラス製品を成形する上で、通常の成形機や成形条件を採用することができる。
【００４０】
【実施例】
［実施例１］
１．ガラス製品の作成
溶融窯によって、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＡｌ2Ｏ3からなるソーダ石灰ガラス原料を１，５００℃に加熱して溶融させ、ソーダ石灰ガラスからなる粘度１０，０００Ｐａ・ｓの溶融ガラスを作成した。
次いで、得られた溶融ガラスを、清澄室を介して、マイクロ波発信装置を備えたフォアハースに導入した。すなわち、得られた溶融ガラスを、高周波電源に高周波を印加することにより、マイクロ波を発振するマグネトロンからなるマイクロ波発信装置を、スパウトの入口付近であって、フォアハースの上方面および両側面に備えたフォアハース（長さ８ｍ）中に導入した。
次いで、溶融ガラスを、約３５ｍｍ／分の流速で移送するとともに、冷却装置付きのマグネトロンに対して、高周波電源から高周波を連続的に印加した。それにより、４ＫＷの電力でもって、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、フォアハース内の溶融ガラスに対して照射した。また、フォアハースの側方に設けた火炎放射装置である複数のバーナーから、溶融ガラスの表面に対して火炎を噴射して、溶融ガラスを加熱した。
次いで、フォアハースにおけるスパウトの出口から所定量の溶融ガラスをゴブカットして、取り出し、それから製ビン装置を用いて、ガラス製品としてのガラス容器を連続的に作成した。
【００４１】
２．溶融ガラスの温度分布測定
（１）温度分布測定
▲１▼モデル
また、円筒形の断熱容器をフォアハースのモデルとして、その中に７０ｋｇの上述した溶融窯で溶解させた溶融ガラスを収容した後、冷却装置付きのマグネトロンによって、電力が４ＫＷ、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させた。その状態で発振を続け、断熱容器内の中央部の上、中、下点および、断熱容器の周辺部の上、中、下点の合計６点における溶融ガラスの温度測定を行った。その結果、図８に示すように、加熱時間４００分で、４００℃以上の温度上昇が可能であることを確認するとともに、温度上昇過程においても、測定点における温度差は、最大でも５０℃程度であることを確認した。
【００４２】
▲２▼フォアハース
図７に示すように、フォアハースの末端であって、スパウトの入口付近の、断面方向に９点（Ａ〜Ｉ）の温度を、熱電対を用いて測定した。得られた測定結果を、表１に示す。
この測定結果から理解されるように、最も温度が高いＡ点と、最も温度が低いＩ点とにおける温度差は１０℃以下であって、溶融ガラスが、均一な温度分布を有していることが確認された。
【００４３】
（２）熱効率
また、得られた温度分布の測定結果をもとに、いわゆる９点法熱効率計算法に準拠して、下記定義内容および下式から熱効率（％）を算出した。
熱効率（％）＝100-（▲１▼〜▲９▼の合計）×100/（Ｄ、Ｅ、Ｆの最高温度）
▲１▼Ａ、Ｂ、Ｃの最高温度と最低温度の差
▲２▼Ｄ、Ｅ、Ｆの最高温度と最低温度の差
▲３▼Ｇ、Ｈ、Ｉの最高温度と最低温度の差
▲４▼ＡとＤの温度差
▲５▼ＢとＥの温度差
▲６▼ＣとＦの温度差
▲７▼ＤとＧの温度差
▲８▼ＥとＨの温度差
▲９▼ＦとＩの温度差
なお、かかる熱効率が、９６％以上の値であることが、製造効率上好ましく、９７％以上の値であることがより好ましく、９９％以上の値であることがさらに好ましい。
【００４４】
（３）溶融粘度
図７に示すように、フォアハースの末端であって、スパウトの入口付近の、断面方向に９点（Ａ〜Ｉ）の溶融ガラスの温度を上述したように測定し、その温度をもとに、下記Ｆｕｌｃｈｅｒの粘度式から溶融ガラスの粘度（η）を算出した。得られた結果を、表１に示す。
ｌｏｇη＝Ａ＋Ｂ／（Ｔｅｍｐ−Ｃ）
Ａ、ＢおよびＣ：それぞれガラスの種類によって定まる定数
Ａ＝−１．５４１、Ｂ＝４２７３．１、Ｃ＝２５３．２
Ｔｅｍｐ ：測定温度（℃）
この測定結果から理解されるように、最も粘度が低いＡ点と、最も粘度が高いＩ点とにおける粘度差は７Ｐａ・ｓであって、スパウトの入口付近の溶融ガラスは、均一な粘度分布を有していることが確認された。
【００４５】
３．ガラス製品の評価
（１）重量測定
得られたガラス製品（１，０００個、以下同様である。）における重量の変化幅を測定した。その結果、ガラス製品の平均重量が１８ｇであって、その重量の変化幅は、平均重量に対して±１．７％（±０．３ｇ）であることが確認された。
【００４６】
（２）外観検査
得られたガラス製品における外観を光学顕微鏡により観察した。その結果、得られたガラス製品の全てにおいて、失透して生成した結晶化ガラス等の不純物は特に観察されなかった。
【００４７】
［実施例２］
実施例１において、フォアハースの上方に図１に示す突起を設けたほかは、実施例１と同様にガラス製品を作成し、評価した。
その結果、得られたガラス製品１個あたりの平均重量は１８ｇであって、その重量の変化幅は、平均重量に対して±１．１％（±０．２ｇ）であることが確認された。
また、得られたガラス製品の全てにおいて、失透した結晶化ガラス等の不純物は全く観察されなかった。
よって、マイクロ波により加熱するほかに、フォアハースの上方に突起を設けて、溶融ガラスの表面温度を徐冷することにより、さらにガラス製品の重量の変化幅が小さくなるとともに、外観性に優れたガラス製品が得られることが確認された。
【００４８】
［比較例１］
実施例１において、マイクロ波発信装置を動作させなかったほかは、実施例１と同様にガラス製品を作成して、評価した。
その結果、得られたガラス製品１個あたりの平均重量は１８ｇであって、その重量の変化幅は、平均重量に対して±２２．２％（±０．４ｇ）と大きいことが確認された。
また、得られたガラス製品（１，０００個）の４個程度において、失透して生成した結晶化ガラス等の不純物が観察された。
【００４９】
表１
【発明の効果】
本発明のフォアハースによれば、スパウト等に、高周波電源から高周波を印加することによりマイクロ波を発振させ、少なくとも溶融ガラスの底部流を加熱するためのマイクロ波発信装置が設けてあることから、均一な温度分布を有する溶融ガラスを提供することが可能となった。
したがって、得られる溶融ガラスを分配する際の、重量のバラツキが少なくなるとともに、泡や失透物の生成を減少させることができるようになった。また、溶融ガラスが均一な温度分布を有することから、酸化・還元反応（レドックス反応）が安定し、着色ガラスの場合であっても、その色調を安定化させることができるようになった。
【００５１】
また、本発明のフォアハースを用いたガラス製品の製造方法によれば、高周波電源から高周波を印加することによりマイクロ波を発振させ、少なくとも溶融ガラスの底部流を加熱する工程を含んでいることから、均一な温度分布を有する溶融ガラスを用いて、ガラス製品を製造することが可能となった。
したがって、ガラス製品を製造する際の、重量のバラツキが少なくなるとともに、泡や失透物の生成を減少させることができ、歩留まり良く、ガラス製品を製造することが可能となった。
さらに、このようにガラス製品を製造することにより、火炎噴射装置等の加熱装置への負荷が少なくなり、以下のような効果も得られるようになった。
▲１▼全体としての消エネルギー化が図られる。
▲２▼二酸化炭素の発生が抑制されて、環境にやさしい。
▲３▼フォアハース（フィーダー）の寿命が長くなる。
【００５２】
なお、本発明のフォアハースおよび、そのフォアハースを用いたガラス製品の製造方法に用いたマイクロ波発信装置は、フォアハースのみならず、ガラス溶融炉あるいはその周辺機器の加熱にも使用することができる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のフォアハースの平面図および側面図である。
【図２】 本発明の別の態様のフォアハースの側面図である。
【図３】 本発明のさらに別の態様のフォアハースの平面図および側面図である。
【図４】 マグネトロンの一例を示す断面図である。
【図５】 溶融ガラスにおける温度と、誘電損失（ｔａｎδ）との関係を示す相関図である。
【図６】 溶融ガラスにおける温度と、粘度との関係を示す相関図である。
【図７】 ９点法熱効率計算に使用する測定点を示す図である。
【図８】 モデル実験における温度測定結果を示す図である。
【図９】 従来のフォアハースにおける溶融ガラスの流れを説明するために供する図である。
【図１０】 従来のフォアハースにおける平面図である。
【図１１】 放射線廃棄物処理用のガラス溶融炉における滴下ノズルの加熱方式を説明するために供する図である。
【００５４】
【符号の説明】
１０：フォアハース
１１：溶融ガラス
１２：マイクロ波発信装置（マグネトロン）
１４：スパウト
１６：回転チューブ
１８、２０、２２：クーリングゾーン
２４：清澄室
２５：攪拌装置
４０：火炎噴射装置
４２：突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly provides forehearth used for lowering the temperature of molten glass and distributing molten glass in a certain amount when producing glass products such as glass containers, and a method for producing glass products using the same. In particular, the present invention relates to Forhers for accurately dispensing a molten glass having a uniform temperature distribution in a constant amount and a method for producing a glass product using the same.
[0002]
[Prior art]
A conventional forehearth is a bowl-shaped member having a function of distributing molten glass that has been melted and liquefied in a melting furnace into a plurality of rows, and a temperature adjusting (cooling) function of the molten glass. Accordingly, the molten glass is introduced from the melting furnace through the working chamber and a plurality of intermediate flow paths into the forehouse, where the temperature is adjusted, and then the spout is supplied as a gob to a glass product molding machine.
However, the manufacturing method of the glass product using this forehearth had the following problems regarding forehearth.
(1) The temperature of the molten glass flowing out was greatly different because the distance from the inlet was different at each of the outlets of a plurality of forehearths.
(2) A flame injection device is mainly used as a heating means in Fore Haas, and the temperature adjustment of the molten glass can be controlled independently and accurately within a desired temperature range at the Fore Haas outlet. There wasn't.
[0003]
Accordingly, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-313623, as shown in FIG. 10, glass melted in a melting furnace (not shown) is distributed, poured into a plurality of rows of
[0004]
On the other hand, JP-A Nos. 2001-26428, 2001-21685, JP-A-11-310417, JP-A-11-94232, JP-A-10-182169, JP-A-10-177092, In JP-A-5-17162, as shown in a typical example of FIG. 11, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even fore Haas disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-313623, when a large amount of molten glass is flow-treated, or at the spout inlet provided at the end of Fore Haas where a stagnation phenomenon easily occurs, for example, There was a large temperature distribution, for example, a temperature difference of 30 ° C. or more between the surface (upper flow) and the bottom surface (bottom flow) of the molten glass.
Further, as shown in FIG. 9, there was a large temperature distribution due to the difference in the planar position of the molten glass. That is, in the
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a forehearth for transferring molten glass is provided with a forehearth provided with a microwave transmission device for heating a molten glass by oscillating microwaves by applying a high frequency from a high frequency power source. Thus, the above-described problem can be solved.
That is, with this configuration, the microwave oscillated from the microwave transmission device toward the molten glass preferentially reaches the molten glass in the forehearth, particularly the bottom flow, according to the characteristics thereof. Not only the glass top stream, but also the bottom stream, which has a relatively low temperature, can be effectively heated. In addition, since the oscillated microwave is appropriately reflected in the forehearth, the temperature distribution in the planar direction of the molten glass can be made uniform.
Therefore, by configuring in this way, the temperature difference of the molten glass due to the difference in position within the forehearth becomes extremely small, the amount of glass after gob cutting varies, or crystal glass (for example, wollastonite, etc.) within the forehearth Can be effectively prevented from being deposited.
[0007]
Further, in configuring the forehearth of the present invention, the microwave transmission device preferably includes a magnetron, a klystron, or a gyratorron with a cooling device.
By configuring in this way, even if the ambient temperature is as high as several hundred degrees or more like Fore Haas, the microwave transmission device such as magnetron or klystron can oscillate microwaves with stable output. it can.
[0008]
In configuring the forehearth of the present invention, it is preferable that a spout is provided at the front end of the forehearth, and a microwave transmission device is provided at least at the entrance of the spout.
With this configuration, there are fewer problems with spouts that are susceptible to changes in the amount of gob due to temperature distribution, and less devitrification near the spout entrance that is likely to affect the quality of glass products and the like. Therefore, the yield of the glass product as a product can be improved.
[0009]
Further, in configuring the forehearth of the present invention, it is preferable that a flame radiating device is provided on the side of the forehearth.
By comprising in this way, the temperature distribution of a molten glass can be made still smaller combined with the heating by a microwave.
[0010]
Further, in configuring the forehearth of the present invention, it is preferable that protrusions are provided on the surface facing the liquid surface of the molten glass in the forehearth.
By comprising in this way, the heat dissipation effect from the upper flow of a molten glass improves through this protrusion, and the temperature distribution of a molten glass can be made smaller. In addition, when a flame is emitted from the side of the forehouse, the emitted flame collides with the protrusions that are applied and the direction of the flame changes toward the molten glass itself, so that the inside of the molten glass is heated more efficiently. be able to.
[0011]
Moreover, in constituting the forehearth of the present invention, the molten glass to be flowed preferably has a dielectric loss of 0.1 or more (measurement temperature: 1,200 ° C., measurement frequency: 2.45 GHz).
With this configuration, glass that is normally a non-dielectric material having a dielectric loss of about 0 can be effectively heated by microwaves near room temperature.
In order to set the dielectric loss of the molten glass to flow to a predetermined value or more, for example, by increasing the amount of alkali component contained in the molten glass or increasing the temperature of the molten glass, as described later, Can be easily achieved.
[0012]
Further, another aspect of the present invention includes a step of heating by a microwave oscillated from a microwave transmission device while transferring the molten glass, and a step of forming a glass product from the molten glass in the forehearth. Is a method for producing a glass product.
That is, by carrying out in this way, the microwave oscillated from the microwave transmission device toward the molten glass preferentially reaches the molten glass in the forehearth, particularly the bottom flow, according to its characteristics, and the temperature Can be effectively heated even at a relatively low bottom stream.
Therefore, when manufacturing glass products, the temperature difference of the molten glass due to the difference in position in the fore hearth becomes extremely small, the amount of glass after gob cutting varies, and the crystallized glass accumulates in the fore hearth. Can be prevented.
[0013]
Further, in carrying out the method for producing a glass product of the present invention, the temperature of the molten glass is monitored, and information obtained regarding the temperature of the molten glass is fed back or feed-forwarded to the microwave transmission device. It is preferable to oscillate the microwave by adjusting the high frequency application time in the wave transmission device.
By carrying out in this way, since molten glass is heated more appropriately, the temperature distribution of the molten glass in the difference in position within the forehearth can be further reduced. Moreover, by implementing in this way, even if it is a case where the several forehouss which differ in length, a shape, etc. are used in manufacturing a glass product, it becomes easy to heat a molten glass separately in each.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments relating to the forehearth of the present invention and a method for manufacturing a glass product using the same will be specifically described below based on the drawings as appropriate.
However, the drawings to be referred to merely schematically show the size, shape, and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Accordingly, it goes without saying that the present invention is not limited to the illustrated examples.
[0015]
[First Embodiment]
The first embodiment is a forehearth for transferring molten glass, and a microwave transmission device for oscillating microwaves by applying a high frequency from a high frequency power source to heat a bottom flow of the molten glass is provided. It is fore Haas provided.
[0016]
1. Fore Haas
(1) Form
The form of forehearth for transferring molten glass is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1 (A), the plane is shown in FIG. 1 (B) and the cross section is shown in FIG. 1 (B). It is preferable to have a combined structure comprising a plurality of
Further, in consideration of the arrangement of a molding machine (not shown) such as a glass product, as shown in FIG. 1, a bent portion is provided on the way, for example, between the
Further, the number and the length of the
[0017]
(2) Stirrer
Moreover, as shown in FIG. 2, it is preferable to provide the stirring
By configuring in this way, it is possible to prevent the molten glass from staying in the forehearth, and even when a glass additive is introduced in the middle of the forehearth, the entire molten glass is easily uniformized. can do.
[0018]
(3) Protrusion
Further, as shown in the cross-sectional view of the
By providing protrusions protruding downward in this way, such as triangular protrusions or rectangular protrusions, the heat dissipation effect (cooling effect) from the upper flow of the molten glass is improved, and as a result, the temperature is relatively low. The temperature difference from the bottom flow is reduced, and the temperature distribution of the entire molten glass can be reduced.
In the case where such protrusions are provided on the upper surface of the forehearth, the number is not necessarily one, and it is also preferable to provide two or more protrusions in consideration of the heat dissipation effect.
[0019]
(4) Window and waveguide insertion slot
Although not shown, it is preferable that a window portion made of a non-dielectric material and a waveguide insertion port, which will be described later, be provided on the upper surface and side surfaces of the forehearth so that microwaves can be transmitted efficiently.
That is, by providing the window portion and the waveguide insertion port in this manner, a microwave transmission device, such as a magnetron or a klystron, can be disposed outside the forehearth in a high-temperature atmosphere. Accordingly, since the ambient temperature of the magnetron and the like can be easily controlled to a predetermined temperature, the output can be sufficiently prevented from being reduced, and maintenance and inspection of the magnetron and the like are extremely facilitated.
[0020]
(5) Reflective structure
In addition, it is preferable that the forehearth be a reflection structure for microwaves. That is, a microwave reflecting member is laminated on the lower surface, side surface, or upper surface of the forehearth, or a part or all of these surfaces are reflected on the microwave reflecting member, for example, mirror finish It is preferable to be comprised from the member.
With this configuration, microwaves oscillated from a magnetron or the like are appropriately reflected inside the forehearth, and the molten glass can be efficiently and uniformly heated.
[0021]
2. Microwave transmitter
(1) Configuration
The configuration of the microwave transmission device is not particularly limited as long as it can emit a microwave for heating the molten glass when a high frequency is applied from a high frequency power source. For example, as shown in FIG. In addition, a configuration including the
That is, as shown in FIG. 4, the
The reason for this is that although the output of the magnetron may decrease in a high-temperature atmosphere, microwaves can be emitted stably with this configuration. More specifically, by providing a cooling device such as a fan, a cooling element, or a refrigerant pipe, the temperature of the magnetron is appropriately maintained, so that a decrease in the output of the magnetron can be effectively prevented. .
In addition, in order to protect from molten glass and the surrounding heat and mechanical impact, it is preferable to provide a protective cover for covering the periphery of the magnetron.
[0022]
(2) Arrangement
Further, in order to improve the cooling effect of the magnetron itself, it is preferable to arrange the magnetron outside the forehouse, but it is more preferable to arrange the magnetron on the upper side or the side of the forehouse for easier handling and management. preferable.
For example, in the case of the
[0023]
Further, the magnetron itself is preferably arranged at an external position at a ratio of, for example, about 3/10 m in consideration of the length, shape, etc. of the forehearth.
Furthermore, when arranging the magnetron, it is also preferable to provide a waveguide between the magnetron and the molten glass of Fore Haas and introduce the microwave oscillated by the magnetron into the molten glass. By using the waveguide in this way, it is possible to effectively prevent thermal degradation of the magnetron itself.
[0024]
(3) Control
Further, it is preferable to use a feedback mechanism or a feedforward mechanism related to information on molten glass with respect to control of a microwave transmission device such as a magnetron.
That is, at least one of the temperature, dielectric loss, viscosity, flow rate, etc. of the molten glass, more preferably the temperature of the molten glass is monitored in real time, and information on the molten glass is fed back or fed forward to the microwave transmission device. Then, it is preferable to oscillate the microwave in a magnetron or the like by adjusting the high frequency application time in the microwave transmission device based on the information. Therefore, by performing heating using the feedback mechanism and the feedforward mechanism in this way, the molten glass is finely heated to a value closer to the desired temperature, so the molten glass in the difference in position within the forehearth The temperature distribution can be further reduced.
In addition, by using the feedback mechanism and the feedforward mechanism in this way, even when using multiple forehearths with different lengths and shapes when manufacturing glass products, the molten glass is individually heated in each case. Easy to do. For example, the temperature at the entrance and exit of the spout changes corresponding to the length of the foreground, but it is preferable to monitor the temperature in real time and individually heat the multiple foregrounds based on that information. .
In order to process information such as the temperature of the molten glass fed back or feed forward rapidly and in large quantities, it is preferable to provide a central processing unit (CPU) for controlling microwave transmission devices such as magnetrons and klystrons. .
[0025]
3. Molten glass
(1) Dielectric loss (tan δ)
The type of molten glass to be flowed is not particularly limited as long as it is a glass capable of dielectric heating. For example, molten glass measured under conditions of a measurement temperature: 1,200 ° C. and a measurement frequency: 2.45 GHz. It is preferable to set the dielectric loss (tan δ) to a value of 0.1 or more.
This is because the glass, which is a non-dielectric material having a dielectric loss of nearly 0 at room temperature, can be effectively heated by microwaves at this temperature. However, when the value of the dielectric loss of the molten glass becomes excessively large, it may be difficult to adjust the heating temperature and the heating time of the molten glass.
Therefore, the dielectric loss of the molten glass to be flowed is more preferably set to a value within the range of 0.5 to 10, and more preferably set to a value within the range of 1 to 5.
[0026]
In addition, the adjustment of the dielectric loss of the molten glass can be performed by adjusting the amount of alkali components contained in the molten glass, using boron silicate glass, or increasing the temperature of the molten glass, as will be described later. Can be easily achieved.
For example, FIG. 5 shows the measurement temperatures of three types of molten glass (line A: alkali-containing aluminosilicate glass, line B: boron-containing silicate glass, line C: non-alkali-containing silicate glass) and logarithmic values of dielectric loss. Show the relationship. As can be easily understood from the change curve shown in FIG. 5, the higher the temperature of the molten glass, the higher the logarithmic value of the dielectric loss tends to increase linearly. For example, in the case of the alkali-containing aluminosilicate glass of line A It is understood that a logarithmic value of 0.1 or higher can be obtained at a temperature of 600 ° C. or higher.
In addition, molten glass containing a predetermined amount of alkali component tends to have a larger logarithmic value of dielectric loss. For example, in the case of an aluminosilicate glass represented by line C, it does not contain an alkali component. Therefore, it is understood that a value of 0.1 or higher cannot be obtained unless the temperature is 1200 ° C. or higher.
Therefore, the dielectric loss value of the molten glass can be limited to a predetermined range by appropriately adjusting the temperature of the molten glass, the amount of alkali components contained in the molten glass, and the like.
[0027]
(2) Average temperature and temperature difference
Moreover, although the temperature of the molten glass made to flow also depends on the kind of glass, for example, in the case of typical soda lime glass, the average temperature at the inlet of the spout is a temperature within the range of 1,000 to 1,600 ° C. In addition, the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature is preferably set to a value of 15 ° C. or less.
This is because when the average temperature is less than 1,000 ° C. or the temperature difference is 15 ° C. or more, the fluidity of the molten glass is remarkably lowered or the molten glass is lost at the entrance of the spout that tends to stay. This is because there is a case where deposits are likely to be generated. On the other hand, when the average temperature exceeds 1,600 ° C., it is difficult to control the temperature distribution, and the yield at the time of manufacturing a glass product or the like may be lowered.
Accordingly, the average temperature at the inlet of the spout of the molten glass to be flowed is set to a temperature within the range of 1,100 to 1,500 ° C., and the difference between the maximum temperature and the minimum temperature is a value of 10 ° C. or less. More preferably, the temperature is in the range of 1,200 to 1,400 ° C., and the difference (maximum difference) between the maximum temperature and the minimum temperature is more preferably 5 ° C. or less. .
[0028]
(3) Viscosity difference
In addition, it is preferable to reduce the difference in the viscosity of the molten glass as much as possible due to the difference in the position where it flows in the forehouse. For example, in the case of typical soda-lime glass, the maximum viscosity and the minimum The difference from the viscosity is preferably set to a value less than 10 Pa · s.
This is because when the viscosity difference is 10 Pa · s or more, the fluidity of the molten glass is remarkably reduced or the molten glass is devitrified at the entrance of the spout that tends to stay, and deposits are likely to occur. It is because there is a case where it is. However, if the viscosity difference is excessively reduced, the type of molten glass is excessively limited or an expensive manufacturing process is required, which may be economically disadvantageous.
Therefore, it is more preferable to set the difference (maximum difference) between the maximum viscosity and the minimum viscosity in the molten glass at the entrance of the spout to a value within the range of 0.01 to 5 Pa · s, preferably 0.1 to 3 Pa · s. More preferably, the value is within the range.
[0029]
In addition, in FIG. 6, an example of the relationship between the temperature of a molten glass and a viscosity is shown. That is, typical soda lime glass is used as the molten glass, the temperature of the molten glass (° C.) is taken on the horizontal axis, and the logarithmic value (Pa · s) of the viscosity of the molten glass is taken on the vertical axis. It is shown.
From this viscosity characteristic curve, if the melting temperature of soda-lime glass is in the range of 1,000 to 1,600 ° C., the logarithmic value of the viscosity decreases almost linearly as a function of temperature, and therefore, In order to reduce the viscosity difference between the two points, it can be understood that it is effective to reduce the temperature difference between the two points.
Therefore, by appropriately heating the molten glass at the entrance of the spout, for example, by setting the temperature of the molten glass to a value within the range of 1,000 to 1,600 ° C., the logarithmic value of the viscosity of the molten glass is a close value. Is possible.
[0030]
(4) Alkali component content
Moreover, in order to heat the molten glass to flow effectively, it is preferable to make the alkali component content into a value within the range of 1 to 20% by weight.
The reason for this is that when the alkali component content is less than 1% by weight, the dielectric loss of the molten glass is remarkably lowered and it may be difficult to heat. On the other hand, when the alkali component content exceeds 20% by weight, the mechanical strength of the resulting glass is lowered or excessively heated, so that the temperature distribution becomes large and the yield during the production of glass products and the like is increased. This is because may decrease.
Therefore, the alkali component content in the molten glass to be flowed is more preferably set to a value within the range of 1 to 18% by weight, and further preferably set to a value within the range of 5 to 15% by weight.
In addition, as the alkali component contained in the molten glass, it is easy to adjust the viscosity of the molten glass. 2 O, Na 2 O, K 2 A component derived from a glass material such as O, CaO, MgO, BaO, or SrO is preferable.
[0031]
(5) Flow rate of molten glass
Furthermore, in order to effectively heat the flow rate of the molten glass, it is preferable to set the value within the range of 3 to 300 mm / min.
That is, when the flow rate of the molten glass is less than 3 mm / min, the dielectric loss of the molten glass may be significantly reduced. On the other hand, when the flow rate of the molten glass exceeds 300 mm / min, the temperature distribution becomes large, and the yield at the time of manufacturing a glass product or the like may be lowered.
Therefore, the flow rate of the molten glass is more preferably set to a value within the range of 5 to 200 mm / min, and further preferably set to a value within the range of 7 to 150 mm / min.
[0032]
4). Other
Further, as shown in FIG. 3A, it is preferable that a plurality of
By comprising in this way, a large area molten glass can be indirectly heated from an upper part with a flame radiation apparatus. Therefore, combined with the direct heating of the molten glass by the microwave oscillated by a microwave transmission device such as a magnetron, the temperature distribution of the molten glass in the forehearth can be further reduced by the flame radiating device.
[0033]
[Second Embodiment]
The second embodiment is a glass product manufacturing method including the following steps.
(1) Process for producing molten glass by a melting kiln (hereinafter referred to as a melting process)
(2) A process of heating with microwaves oscillated from a microwave transmission device while transferring molten glass in Fore Haas (hereinafter referred to as a heating process).
(3) A step of gob cutting molten glass to form a glass product (hereinafter referred to as a forming step).
[0034]
1. Melting process
The melting step is a step of heating a glass raw material to a predetermined temperature in a melting kiln to create a molten glass having a predetermined viscosity. For example, the glass raw material is heated to 1,400 to 1,600 ° C. in a melting kiln to create a molten glass having a viscosity of 100 to 50,000 Pa · s.
Here, as a glass raw material, glass materials suitable for soda-lime glass, borosilicate glass, lead glass, aluminosilicate glass, phosphate glass, etc., for example, silicate (SiO 2 ), Alumina (Al 2 O Three ), Boric acid (B 2 O Three ), Sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 Typical examples include O), calcium oxide (CaO), lead oxide (PbO) and the like.
Moreover, although it is preferable to use the material from which colorless transparent glass is obtained as these glass raw materials, it is also preferable to use the material from which colored transparent glass and colored translucent glass are obtained.
Furthermore, a magnetic material such as a nickel alloy is added in the range of 0.01 to 10% by weight in the glass raw material so that it can be efficiently heated by the microwave oscillated from the microwave transmission device. It is also preferable to keep it.
[0035]
2. Heating process
The heating step is a step of heating while transferring the molten glass in the fore-hearth. In this heating step, for example, it is preferable to use the microwave transmission device described in
[0036]
(1) Microwave
The frequency of the microwave to be used is preferably determined in consideration of the heating efficiency, the apparatus scale, and the like. For example, the frequency is preferably set to a value in the range of 300 MHz to 50 GHz.
The reason for this is that when the frequency of the microwave becomes a value less than 300 MHz, the time until the molten glass is heated to a predetermined temperature may be excessively long, while the frequency of the microwave is This is because if the value exceeds 50 GHz, the size and number of magnetrons as the oscillation device may become excessive.
Therefore, in consideration of more suitable heating efficiency and apparatus scale, the microwave frequency is more preferably set to a value within the range of 300 MHz to 20 GHz, and further preferably set to a value within the range of 500 MHz to 5 GHz.
The frequency of the microwave to be used is often determined depending on the type of the microwave transmitter to be used. For example, in the case of a magnetron, the frequency is preferably 0.915 GHz or 2.45 GHz, and in the case of a klystron. The frequency is preferably 6 GHz, and in the case of a gyratortron, the frequency is preferably 28 GHz.
[0037]
(2) Irradiation time
The microwave irradiation time is preferably determined in consideration of the heating efficiency, the scale of the apparatus, the flow rate of the molten glass, etc. For example, the irradiation time per unit volume of the molten glass is 10 seconds to 1,000 seconds. It is preferable to set the value within the range.
This is because when the microwave irradiation time is less than 10 seconds, the temperature rise of the molten glass may be insufficient. On the other hand, if the microwave irradiation time exceeds 1,000 seconds, the output of the magnetron as the oscillation device may not be constant or may be economically disadvantageous.
Therefore, in consideration of more preferable heating efficiency, apparatus scale or molten glass flow rate, the irradiation time per unit volume of the molten glass is more preferably set to a value within the range of 20 seconds to 500 seconds, 60 seconds. More preferably, the value is within a range of ˜300 seconds.
[0038]
(3) Power consumption
The power consumption in the heating process is preferably determined in consideration of the heating efficiency, the apparatus scale (amount of molten glass), and the like. For example, the power consumption is set to a value in the range of 2 KW / ton to 100 KW / ton. It is preferable.
This is because when the power consumption is less than 2 KW / ton, the time until the molten glass is heated to a predetermined temperature may be excessively long. On the other hand, the power consumption is 100 kW / ton. This is because when the value exceeds ton, local heating may occur or the size and number of magnetrons as the oscillation device may become excessive.
Therefore, it is more preferable to set the power consumption in the heating process to a value within the range of 3 KW / ton to 80 KW / ton in consideration of a more preferable heating efficiency and apparatus scale, and within the range of 5 KW / ton to 60 KW / ton. More preferably, the value of
[0039]
3. Molding process
The molding process involves gob cutting a certain amount of molten glass taken out from the Fore Haas spout, and then using the mold or pressing device from the gob to obtain a glass product (glass container) suitable for cosmetic bottles, medicine bottles, etc. ).
Therefore, in the molding process, a normal molding machine and molding conditions can be employed for molding a glass product.
[0040]
【Example】
[Example 1]
1. Creation of glass products
By melting kiln, SiO 2 , Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO and Al 2 O Three The soda-lime glass raw material consisting of was heated and melted at 1,500 ° C. to prepare a molten glass having a viscosity of 10,000 Pa · s made of soda-lime glass.
Next, the obtained molten glass was introduced into a forehouse equipped with a microwave transmission device through a clarification chamber. That is, the obtained molten glass is provided with a microwave transmission device composed of a magnetron that oscillates microwaves by applying a high frequency to a high frequency power supply, near the entrance of the spout, on the upper surface and both side surfaces of the forehearth. Introduced into Fore Haas (length 8 m).
Next, the molten glass was transferred at a flow rate of about 35 mm / min, and a high frequency was continuously applied from a high frequency power source to the magnetron with a cooling device. As a result, a microwave having a frequency of 2.45 GHz was oscillated with a power of 4 KW and irradiated to the molten glass in the forehearth. Moreover, the flame was injected with respect to the surface of the molten glass from the some burner which is the flame radiation apparatus provided in the side of fore hearth, and the molten glass was heated.
Next, a predetermined amount of molten glass was gob-cut from the spout exit in Fore Haas and taken out, and then a glass container as a glass product was continuously prepared using a bottle making apparatus.
[0041]
2. Temperature distribution measurement of molten glass
(1) Temperature distribution measurement
▲ 1 ▼ model
In addition, using a cylindrical heat insulating container as a model of Fore Haas, after containing 70 kg of molten glass melted in the above-described melting furnace, a magnetron equipped with a cooling device has a power of 4 kW and a frequency of 2.45 GHz. Microwave was oscillated. Oscillation was continued in this state, and the temperature of the molten glass was measured at a total of six points, ie, the upper, middle, and lower points of the central portion in the heat insulating container and the upper, middle, and lower points of the peripheral portion of the heat insulating container. As a result, as shown in FIG. 8, it was confirmed that a temperature increase of 400 ° C. or more was possible in a heating time of 400 minutes, and the temperature difference at the measurement point was about 50 ° C. at the maximum even during the temperature increase process. It was confirmed that.
[0042]
▲ 2 ▼ Fore Haas
As shown in FIG. 7, the temperature at 9 points (A to I) in the cross-sectional direction near the spout inlet at the end of the fore Haas was measured using a thermocouple. The obtained measurement results are shown in Table 1.
As understood from the measurement results, the temperature difference between the point A having the highest temperature and the point I having the lowest temperature is 10 ° C. or less, and the molten glass has a uniform temperature distribution. Was confirmed.
[0043]
(2) Thermal efficiency
Further, based on the measurement result of the obtained temperature distribution, the thermal efficiency (%) was calculated from the following definition and the following formula in accordance with the so-called nine-point method thermal efficiency calculation method.
Thermal efficiency (%) = 100- (total of (1) to (9)) × 100 / (maximum temperature of D, E, F)
(1) Difference between the maximum and minimum temperatures of A, B, and C
(2) Difference between the maximum and minimum temperatures of D, E, and F
(3) Difference between the highest and lowest temperatures of G, H, and I
(4) Temperature difference between A and D
(5) Temperature difference between B and E
(6) Temperature difference between C and F
(7) Temperature difference between D and G
(8) Temperature difference between E and H
(9) Temperature difference between F and I
The thermal efficiency is preferably 96% or more in terms of production efficiency, more preferably 97% or more, and even more preferably 99% or more.
[0044]
(3) Melt viscosity
As shown in FIG. 7, the temperature of the molten glass at 9 points (A to I) in the cross-sectional direction near the entrance of the spout and near the entrance of the spout is measured as described above, and based on the temperature, The viscosity (η) of the molten glass was calculated from the following Fulcher viscosity equation. The obtained results are shown in Table 1.
log η = A + B / (Temp−C)
A, B and C: Constants determined by the type of glass
A = -1.541, B = 4273.1, C = 253.2
Temp: Measurement temperature (° C)
As understood from this measurement result, the difference in viscosity between the point A having the lowest viscosity and the point I having the highest viscosity is 7 Pa · s, and the molten glass near the entrance of the spout has a uniform viscosity distribution. It was confirmed to have.
[0045]
3. Evaluation of glass products
(1) Weight measurement
The range of change in weight of the obtained glass products (1,000 pieces, the same applies hereinafter) was measured. As a result, it was confirmed that the average weight of the glass product was 18 g, and the change width of the weight was ± 1.7% (± 0.3 g) with respect to the average weight.
[0046]
(2) Appearance inspection
The appearance of the obtained glass product was observed with an optical microscope. As a result, in all of the obtained glass products, impurities such as crystallized glass generated by devitrification were not particularly observed.
[0047]
[Example 2]
In Example 1, a glass product was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the protrusion shown in FIG.
As a result, it was confirmed that the average weight per obtained glass product was 18 g, and the variation in the weight was ± 1.1% (± 0.2 g) with respect to the average weight. .
Moreover, in all of the obtained glass products, impurities such as devitrified crystallized glass were not observed at all.
Therefore, in addition to heating with microwaves, by providing a projection above the fore-hearth and gradually cooling the surface temperature of the molten glass, the range of change in the weight of the glass product is further reduced and the glass has excellent appearance. It was confirmed that the product was obtained.
[0048]
[Comparative Example 1]
In Example 1, a glass product was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the microwave transmission device was not operated.
As a result, it was confirmed that the average weight per obtained glass product was 18 g, and the variation in the weight was as large as ± 22.2% (± 0.4 g) with respect to the average weight. .
Moreover, impurities, such as crystallized glass produced | generated by devitrification, were observed in about four of the obtained glass products (1,000 pieces).
[0049]
Table 1
【The invention's effect】
According to the forehearth of the present invention, since a microwave is oscillated by applying a high frequency from a high frequency power source to a spout or the like and at least a bottom flow of the molten glass is heated, a uniform is provided. It has become possible to provide a molten glass having a satisfactory temperature distribution.
Accordingly, when the obtained molten glass is distributed, variation in weight is reduced, and generation of bubbles and devitrified substances can be reduced. Further, since the molten glass has a uniform temperature distribution, the oxidation / reduction reaction (redox reaction) is stable, and even in the case of colored glass, the color tone can be stabilized.
[0051]
In addition, according to the method for manufacturing a glass product using the forehearth of the present invention, it includes a step of oscillating microwaves by applying a high frequency from a high frequency power source and heating at least the bottom flow of the molten glass. It has become possible to produce glass products using molten glass having a uniform temperature distribution.
Therefore, when producing a glass product, variation in weight is reduced, generation of bubbles and devitrified materials can be reduced, and a glass product can be produced with a high yield.
Furthermore, by manufacturing the glass product in this way, the load on the heating device such as the flame injection device is reduced, and the following effects can be obtained.
(1) Energy consumption will be reduced as a whole.
(2) The generation of carbon dioxide is suppressed and it is environmentally friendly.
(3) The life of the fore hearth (feeder) is extended.
[0052]
In addition, the microwave transmission apparatus used for the forehearth of this invention and the manufacturing method of the glass product using the forehearth can be used not only for forehearth but also for heating a glass melting furnace or its peripheral equipment.
[0053]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a side view of a forehearth according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of a forehearth according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a side view of a foreground according to still another embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a magnetron.
FIG. 5 is a correlation diagram showing the relationship between temperature and dielectric loss (tan δ) in molten glass.
FIG. 6 is a correlation diagram showing the relationship between temperature and viscosity in molten glass.
FIG. 7 is a diagram showing measurement points used for 9-point method thermal efficiency calculation.
FIG. 8 is a diagram showing a temperature measurement result in a model experiment.
FIG. 9 is a diagram provided for explaining the flow of molten glass in a conventional forehearth.
FIG. 10 is a plan view of a conventional forehearth.
FIG. 11 is a diagram for explaining a heating method of a dropping nozzle in a glass melting furnace for treating radioactive waste.
[0054]
[Explanation of symbols]
10: Fore Haas
11: Molten glass
12: Microwave transmitter (magnetron)
14: Spout
16: Rotating tube
18, 20, 22: Cooling zone
24: Kiyosumi room
25: Stirrer
40: Flame injection device
42: protrusion
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