JP4663264B2

JP4663264B2 - ガラス回収方法、ガラス回収装置、およびガラス製造炉

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Publication number: JP4663264B2
Application number: JP2004205030A
Authority: JP
Inventors: 康之山本; 公夫飯野; 博司平; 智洋岡田
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP2006027918A

Description

本発明は、ガラス繊維廃材の粉砕物からガラスを回収する方法、ガラス回収装置、およびガラス製造炉に関するものである。

近年、ガラス繊維廃材からガラスを回収し、再利用することが行われている。このガラス繊維廃材とは、通信などで使用されるガラス繊維を、フェノール樹脂などの有機物により被覆した製品の、使用済みの回収物である。従って、ガラス繊維廃材からガラスを回収する際には、この有機物を除去する必要がある。

有機物の除去は、従来、ガラス繊維廃材の粉砕物を空気中で燃焼させ、有機物を気化・燃焼して除去するとともに、燃焼しないガラス繊維を溶融固化して回収している。しかしながら、粉砕物を燃焼する際の温度が十分に高温でないと、有機物の気化・燃焼とガラス繊維の溶融とが同時に進行し、溶融したガラス内に有機物が取り込まれる。有機物が取り込まれたガラスは、原料として再溶融する際、周囲の酸化性ガラスと反応して多量の気泡を発生させ、ガラス品質の低下およびガラス製造炉の操業の不安定化を引き起こす。

このような問題を解決する手段として、図６に示すガラス回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このガラス回収装置は、酸素、酸素富化空気を用いて高温の火炎を形成できる処理バーナ１０と、この処理バーナ１０を上部に備えた処理炉２０と、この処理炉２０の側面に設けられた煙道３０とから構成されている。

処理バーナ１０は、内管１１、中管１２、外管１３、最外管１４、水冷ジャケット１５からなる多重管構造を有するもので、内管１１は燃料の流路である。この燃料としては、メタンやプロパンのような気体燃料、灯油や重油などの液体燃料などが用いられる。
内管１１と、この内管１１の外側に設けられる中管１２とで形成される空間は支燃性ガス（一次支燃性ガス）の流路で、一次支燃性ガス導入管１６を介して支燃性ガスが導入される。支燃性ガスとしては、酸素、酸素富化空気などが用いられる。

中管１２と、この中管１２の外側に設けられる外管１３とで形成される空間はガラス繊維廃材の粉砕物の流路で、粉砕物導入管１７を介してガラス繊維廃材の粉砕物が導入される。
外管１３と、この外管１３の外側に設けられる最外管１４とで形成される空間は支燃性ガス（二次支燃性ガス）の流路で、二次支燃性ガス導入管１８を介して支燃性ガスが導入される。

最外管１４の外側には水冷ジャケット１５が設けられ、この水冷ジャケット１５は、冷却用水導入管１９ａおよび冷却用水排出管１９ｂに連通して内部を冷却水が循環するようになっており、処理バーナ１０を冷却し、高温の環境に対する耐熱性を高めている。

前記構成を有する処理バーナ１０は、処理炉２０内に、高温の火炎およびガラス繊維廃材の粉砕物を重力方向下向きに放射するもので、これにより、ガラス繊維廃材は、高温の火炎内に分散され、ガラス繊維を被覆する有機物は、短時間で気化・燃焼し、火炎の形成に伴って生じた二酸化炭素、水蒸気とともに、燃焼ガスとして処理炉２０の側面に設けられた煙道３０を介して外部に排出される。

一方、ガラス繊維廃材中のガラス繊維は火炎により溶融して粉状のガラスとなり、粉状の溶融ガラスの大部分は燃焼ガスとともに煙道３０を介して外部に排出された後、サイクロンなどの捕集手段により回収され、残部は処理炉２０のホッパー状の底部に落下・堆積する。ホッパー状の底部に堆積したガラスは、ロータリーバルブ２１のような掻き出し装置により適宜掻き出されてガラス原料として再利用される。

このように、図６のガラス回収装置によれば、ガラス繊維を被覆している有機物を短時間で気化・燃焼でき、有機物の含有量が極めて少ない、高純度のガラスを回収することができる。
特開２００２−３２３７号公報

しかしながら、図６の装置によるガラス回収方法（特許文献１）では、粉状の溶融ガラスを回収するので、回収後のガラスは粉状に固化し、これを再生原料としてガラス製造炉（この分野では、一般に「ガラス溶解炉」と呼ばれるが、本発明では、ガラス回収装置におけるガラスの溶解と区別するため「ガラス製造炉」と呼ぶ。）に投入すると、粉状のガラスが、ガラス製造炉内を飛散して操業しにくくなるだけでなく、ガラス製造炉に設けた煙道を介して一部が排出され、煙道に接続された蓄熱器などの付属装置に入り込んで、付属装置の性能を低下させたり、場合によっては破損させるという問題があった。
また、ガラス回収装置自体でも、ロータリーバルブ２１で掻き出されずに処理炉２０の底部に堆積したガラスが煙道３０の一部を塞ぎ、ガラス回収装置の運転を妨げるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ガラス製造炉の原料として好適なガラスを回収でき、また、ガラス回収装置の運転を容易にするガラス回収方法、ガラス回収装置、およびガラス製造炉を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、
ガラス繊維を有機物で被覆してなるガラス繊維廃材の粉砕物からのガラス回収方法であって、前記ガラス繊維廃材の粉砕物を、ガラス回収装置の処理炉内で１４００〜２５００℃の範囲の火炎中で燃焼させて前記ガラス繊維を溶融して前記処理炉の内壁の付着部に付着させ、前記付着部の温度をガラスの軟化点以上の温度に保持し、該付着部に付着したガラスを溶融状態のまま流下もしくは滴下させて回収することを特徴とするガラス回収方法である。

請求項２にかかる発明は、
１４００〜２５００℃の範囲の火炎およびガラス繊維廃材の粉砕物を重力方向下向きに放射する処理バーナと、該処理バーナを上部に備えた処理炉とからなるガラス回収装置であって、
前記処理炉は、前記粉砕物が燃焼して発生する溶融ガラスが付着する内壁の一部である付着部と、溶融したガラスが滴下するために該付着部の下端に形成された滴下部と、滴下するガラスを回収するために前記処理炉の炉底に設けられた回収部とを有し、
前記付着部は、処理バーナによる火炎の輻射熱及び燃焼ガスの顕熱により、ガラスの軟化点以上の温度に保持されていることを特徴とするガラス回収装置である。

請求項３にかかる発明は、
前記付着部が絞り部の処理バーナ側の面に形成されていることを特徴とする請求項２記載のガラス回収装置である。

請求項４にかかる発明は、
前記回収部が貯水槽であることを特徴とする請求項２または３記載のガラス回収装置である。

請求項５にかかる発明は、
請求項２記載のガラス回収装置を上部に連設してなることを特徴とするガラス製造炉である。

本発明のガラス回収方法・回収装置によれば、燃焼により生じた溶融状態のガラスが処理炉内壁の付着部に付着し、この付着部は、燃焼火炎による輻射熱及び燃焼ガスの顕熱によりガラスの軟化点以上の温度に保持されるので、付着部に付着したガラスは、付着部を溶融状態を維持したまま流下もしくは滴下して回収される。従って、回収されるガラスは粒状または小片状であって粉状ではないので、ガラス再生原料としてガラス製造炉に投入した場合、従来のような不都合が生じない。また、ガラス回収装置自体も、溶融したガラスが処理炉底部に堆積・固化することがなく、従来に比べ、ガラス回収装置を安定して運転することができる。

また、本発明のガラス製造炉によれば、ガラス回収装置で回収された溶融状態の高温のガラスを直接にガラス製造炉に供給できるので、回収ガラスが有する熱を有効に利用することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガラス回収装置の一例で、図６の従来装置と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１のガラス回収装置が従来装置と異なるのは、処理炉２０内の中段付近に絞り部２２を設けた点、絞り部２２の下端に滴下部４０を設けた点、この滴下部４０の側面に、燃焼ガスを排出するための煙道３０を設けた点、さらに、処理炉２０の炉底に、滴下したガラスを回収するための回収部５０を設けた点である。

絞り部２２は、処理炉２０の中段付近の内壁の一部に設けられた、下方に向けて徐々に炉の中心部に向けて膨出していく突出部で、絞り部２２の処理バーナ１０側の面は付着部２２ａとされる。また、絞り部２２下端の開口部２２ｂは、当然ながら、処理炉２０の本来の開口部より狭くなる。このように、処理炉２０は、絞り部２２により、長手方向の一部が絞られた形状になる。
上記のように、絞り部２２の開口部２２ｂの面積は処理炉２０本来の面積より小さいので、処理バーナ１０の火炎によって溶融したガラスは開口部２２ｂから排出されにくく、大部分が絞り部２２の付着部２２ａに付着し、また、処理バーナ１０により形成される火炎および高温の燃焼ガスは開口部２２ｂから排出されにくく、付着部２２ａより上方の炉内を高温に維持する。これによって、付着部２２ａは、処理バーナ１０による火炎の輻射熱及び燃焼ガスの顕熱により、ガラスの軟化点以上の温度に保持され、付着部２２ａに付着した溶融ガラスは、溶融状態のまま流下する。

処理炉２０の本来の内径を炉内径と呼ぶ。この炉内径に対する絞り部２２の開口部２２ｂの内径の割合（以下、「内径比」という。）は、４０〜７５％の範囲であることが好ましい。内径比が４０％以下になると、付着部２２ａより上側が熱くなり過ぎて溶損を起こす危険性があり、内径比が７５％を超えると付着部２２ａへのガラス付着量が著しく減少してくる。よって、内径比を前記範囲にしたとき、処理炉２０内のガラスを効率よく回収するとともに、こもった熱による処理炉２０の溶損を防止することができる。

滴下部４０は、絞り部２２の下端に設けられ、処理炉２０を流下するガラスと、処理バーナ１０の火炎によって有機物を気化・燃焼して発生する燃焼ガスとが通る空間を有するものである。滴下部４０は円筒形の形状を有し、その上端の内径は、処理炉２０の絞り部２２による内径よりも大きい。従って、絞り部２２に付着して流下するガラスは、この滴下部４０において滴に変化して滴下する。また、滴下部４０の側面には煙道３０が設けられており、燃焼ガスが排出されるようになっている。従って、この滴下部４０において、ガラスと燃焼ガスとが分離される。

回収部５０は、処理炉２０の炉底に設けた器状のもので、付着部２２ａの下端から滴下するガラスを回収し得る任意のもので良く、例えば、図１に示すような貯水槽が用いられる。

以下、上記ガラス回収装置を用いたガラス回収方法の一実施形態について説明する。

先ず、燃料、支燃性ガス、ガラス繊維廃材の粉砕物を、従来と同様に処理バーナ１０から放射する。外管１３から放射されたガラス繊維廃材の粉砕物は、同じく放射された支燃性ガスに囲まれているため、上記火炎中に分散される。結果、ガラス繊維廃材の粉砕物中の有機物は気化・燃焼し、ガラスは溶融する。

火炎の温度は１４００〜２５００℃の範囲が好適であり、この温度範囲内であるとき、有機物を極めて短時間で気化・燃焼することができ、溶融するガラス内に有機物が混入することを防止することができる。上記温度範囲未満では、有機物が気化・燃焼する前にガラスの溶融が始まり、有機物がガラス内に混入する。また、この温度範囲以上では、処理炉２０の溶損を引き起こすとともに、エネルギー的に不経済である。

なお、処理炉２０内の空間容積に対する導入熱量は、酸素濃度が８０〜１００％の支燃性ガスを用いた場合は、１４００〜１１０００ＭＪ／（ｍ^３・ｈ）の範囲、酸素濃度が４０〜８０％の支燃性ガスを用いた場合は、７００〜６０００ＭＪ／（ｍ^３・ｈ）の範囲であることが好ましい。
導入熱量が上記範囲内であるとき、付着部２２ａ２０の内壁の温度をガラスの軟化点以上にすることができるとともに、ガラス繊維を被覆している有機物を十分に燃焼気化することができる。また処理炉２０の溶損を防止することができる。

処理炉２０中におけるガラス繊維廃材の滞留時間は、０．２秒以上であることが好ましく、滞留時間が０．２秒以上である時は、ガラス繊維を被覆している有機物を十分に気化・燃焼することができ、溶融するガラス内に有機物が混入することを防止することができる。滞留時間が０．２秒以下である時は、有機物が十分に気化・燃焼されずに、溶融ガラス内に残存する。

このようなガラス回収方法およびガラス回収装置を用いることにより、ガラスは溶融状態を維持したまま流下もしくは滴下して回収されるので、回収後のガラスは粒状または小片状となり、粉状となることはないので、再生原料としてガラス製造炉に供給しても従来のような不都合は生じない。また、回収部５０として貯水槽を用いた場合、貯水槽５０内に滴下したガラスは急冷されて水砕ガラスとなり、大きさが揃ったガラスとなるので、その後の取り扱いが容易となる。

図１は絞り部２２を有するガラス回収装置の例であったが、絞り部２２を有しない図２のガラス回収装置とすることもでき、この場合には、処理バーナ１０の火炎の下方に付着部２２ａが形成される。絞り部２２を有しないガラス回収装置の場合、絞り部２２を有する装置に比べ、付着部２２ａにおけるガラス付着量は減少するが、ガラスを液状で回収できる点は同様である。
また、煙道３０の位置は、絞り部２２の下側（図１参照）でも、上側（図３参照）でも良く、図３のように、煙道３０を絞り部２２の上側としたときは、絞り部２２を処理バーナの火炎に近づけて加熱し易くする。なお、図３における矢印は、燃焼ガスが絞り部２２の付着部２２ａに向けて進行し、付着部を加熱した後、煙道３０から排出される様子を示す。
図１〜図３のいずれの形態においても、付着部２２ａの温度を、ガラスの軟化点以上の温度に保持することが必要である。

図４は、本発明のガラス回収装置を上部に連設したガラス製造炉６０の例で、ガラス製造炉６０は、ガラス原料を溶融状態にするものである。ガラス溶解炉６０には、原料ホッパー７０が設けられていて、この原料ホッパー７０内には、ガラス原料７１が貯蔵されている。
このガラス製造炉６０によれば、ガラス繊維廃材から回収された溶融状態のガラスを直接にガラス製造炉６０に供給してガラス製造用の再生原料とするので、高温の回収ガラスが有する熱を有効に利用できる。

以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。本発明は、下記実施例に何ら制限されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、本発明のガラス回収装置を用いたガラスの回収における、絞り部２２の効果を調べた。以下に、その実施手順を説明する。

図１の、絞り部２２を有するガラス回収装置３基と、図２の、絞り部２２を有しないガラス回収装置を１基用意した。処理炉２０は、いずれも円筒形で、炉内径は０．４ｍ、高さは１ｍである。絞り部２２を有する３基の開口部２２ｂの内径は、順に、０．２ｍ，０．３ｍ，０．３５ｍで、内径比は、順に、０．５、０．７５、０．８７５となる。図２のガラス回収装置では、付着部２２ａの内径は炉内径と一致するので、内径比は１．０である。このように４基のガラス回収装置を用いてガラスの回収を行った。

ガラス繊維廃材としては、直径が６〜１０μｍのガラス繊維であって、軟化点が比較的に低いものを粉砕処理したものを用いた。このガラス繊維を被覆している有機物は、フェノールの含有率が７％のフェノール樹脂である。このガラス繊維廃材の粉砕物を、空気輸送により２５０ｋｇ／ｈの速度で処理バーナに供給した。また、燃料としてはＡ重油を、支燃性ガスとしては酸素を、それぞれ１８ｌ／ｈ，５１Ｎｍ^３／ｈの速度で処理バーナに供給した。回収部５０として貯水槽を用い、滴下するガラスを水砕ガラスとして回収した。

ガラスの回収結果を図５に示す。図の横軸は内径比を、縦軸は貯水槽におけるガラス回収率を示す。図５から明らかなように、内径比が１のとき（図２の装置のとき）、ガラス回収率は４０％である。残りの６０％は、燃焼ガスに同伴され、煙道３０を介して外部で回収される。内径比が１より小さくなるほど（図１の装置のとき）、ガラス回収率は上昇し、内径比が０．７５以下になるとガラス回収率が９０％以上になることが判明した。このことから、処理炉２０の溶損を防止できる範囲で、絞り部２２の開口部２２ｂを小さくするほど、ガラスを高収率で回収できることが明らかとなった。

本発明の実施形態にかかるガラス回収装置の一例を示す断面図である。本発明の実施形態にかかるガラス回収装置であって、絞り部がない例を示す断面図である。本発明の実施形態にかかるガラス回収装置であって、処理炉に煙道が設けられた例を示す断面図である。本発明の実施形態にかかるガラス製造炉の一例を示す断面図である。実施例１における、内径比と貯水槽におけるガラス回収率との関係を示すグラフである。従来のガラス回収装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・処理バーナ、２０・・・処理炉、２２・・・絞り部、２２ａ・・・絞り部の付着部、２２ｂ・・・絞り部の開口部、３０・・・煙道、４０・・・滴下部、５０・・・回収部、６０・・・ガラス製造炉

Claims

ガラス繊維を有機物で被覆してなるガラス繊維廃材の粉砕物からのガラス回収方法であって、
前記ガラス繊維廃材の粉砕物を、ガラス回収装置の処理炉内で１４００〜２５００℃の範囲の火炎中で燃焼させて前記ガラス繊維を溶融して前記処理炉の内壁の付着部に付着させ、前記付着部の温度をガラスの軟化点以上の温度に保持し、該付着部に付着したガラスを溶融状態のまま流下もしくは滴下させて回収することを特徴とするガラス回収方法。
１４００〜２５００℃の範囲の火炎およびガラス繊維廃材の粉砕物を重力方向下向きに放射する処理バーナと、該処理バーナを上部に備えた処理炉とからなるガラス回収装置であって、
前記処理炉は、前記粉砕物が燃焼して発生する溶融ガラスが付着する内壁の一部である付着部と、溶融したガラスが滴下するために該付着部の下端に形成された滴下部と、滴下するガラスを回収するために前記処理炉の炉底に設けられた回収部とを有し、
前記付着部は、処理バーナによる火炎の輻射熱及び燃焼ガスの顕熱により、ガラスの軟化点以上の温度に保持されていることを特徴とするガラス回収装置。
前記付着部が絞り部の処理バーナ側の面に形成されていることを特徴とする請求項２記載のガラス回収装置。
前記回収部が貯水槽であることを特徴とする請求項２または３記載のガラス回収装置。
請求項２記載のガラス回収装置を上部に連設してなることを特徴とするガラス製造炉。