JP5717844B2 - 投入用突出拡張部を備えるガラス溶融槽及びこの種のガラス溶融槽内で装填物を加熱する方法 - Google Patents

Description

本発明は、装填物の供給のための少なくとも１つの投入用突出拡張部と、少なくとも１つの装填装置と、を備えるガラス溶融槽に関する。

Ｕ字炎槽（Ｕ−Ｆｌａｍｍｅｎｗａｎｎｅ）における装填物の投入が、横方向バーナ槽（Ｑｕｅｒｂｒｅｎｎｅｒｗａｎｎｅ）と比較して、著しく困難であり、かつあまり満足のいくものではないことが判っている。Ｕ字炎槽においては、槽長手方向軸線の片側又は両側に、投入用突出拡張部（Ｖｅｒｂａｕｔｅｎ）、いわゆる「ドッグハウス」あるいは「投入口」が設けられている。投入用突出拡張部には、装填物が上方から投入され、溶融槽に向かって押し込まれる。その際、投入用突出拡張部は、予焼結ゾーンとして機能する。投入用突出拡張部が著しく小型に形成されると、表面において、まだ予溶融されていない混合物は、高速でその上を流動する火炎に曝される。このことは、溶融槽における強いダスト発生に至らしめる。ダストは、側壁や槽カバーに積もり、耐火材料とともに低融点の化合物を形成する。このことは、耐火材料の腐食との関連で知られている。さらに、ダストの一部は、再生チャンバに持ち込まれる。ダストは、再生チャンバにおいても耐火材料と反応し、腐食に至らしめる。さらにダストは、再生チャンバ内の格子（Ｇｉｔｔｅｒｕｎｇ）を塞ぎ、空気予熱の効率を下げてしまう場合もある。特に予熱される混合物を使用した場合、この種のダスト汚染はさらに強まり、上述の結果を伴う。
Ｐｒｏｆ．Ｄｒ．Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｔｒｉｅｒは、彼の著書「Ｇｌａｓｓｃｈｍｅｌｚｏｅｆｅｎ，Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ ｕｎｄ Ｂｅｔｒｉｅｂｓｖｅｒｈａｌｔｅｎ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ｔｏｋｙｏ １９８４年）」の第１５４頁においてこの問題について記載しており、特に、投入用突出拡張部を相応に拡大することを提案している。
上述の有害なダスト発生とは無関係に、短く形成された投入用突出拡張部の場合、装填物は雰囲気中に、溶融プロセスのために失われる熱エネルギも失う。

それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた形態のガラス溶融槽における装填技術を改良して、雰囲気への熱損失及び溶融槽の上炉へのダスト搬送が減じられ、それにもかかわらず装填物の加熱が強化されるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明では、
投入用突出拡張部内の装填物の搬送経路は、装填物が投入用突出拡張部内で少なくとも部分的に溶融するまで加熱されるような長さに形成されており、
突出拡張部は、
溶融槽に向かって少なくとも２，２５０ｍｍの内法の長さ「ＬＶ」を有し、かつ
少なくとも１，２００ｍｍの長さ「ＬＧ」の絶縁性のルーフを有し、
ルーフは、装填装置に向かって端壁を有し、端壁は、ルーフとともに、溶融槽に向かって開いたガス室を囲繞し、かつ
投入用突出拡張部を通る装填物のスループット（Ｐ：トン／時）と、投入用突出拡張部の内側の表面積（Ｆ：ｍ ^２ ）とが、所定の搬送経路において、特性値「Ｋ」として知られている比Ｐ／Ｆを形成し、比は、投入用突出拡張部の寸法「ＬＶ」及び「ＬＧ」において３．５０より小さな値を有しているようにした。

投入用突出拡張部の上部構造の本発明による変更との関連での投入用突出拡張部の拡大により、十分な放射熱が投入用突出拡張部内に存在することが達成される。放射熱は、混合物が予熱され焼結され、突出拡張部の領域内での「溶融物の固化」の危険が生じないように働く。この理由は、投入用突出拡張部の拡大が、溶融槽の中央（高温のガラス）からこの投入用突出拡張部への還流の強化につながるからである。このことは、混合物の下方からの溶融を加速させるために役立つ熱の搬送を伴う。投入用突出拡張部の領域におけるガラス流は、熱対流により規定される。
本発明の上述の構成の別の利点は、本来の溶融槽の領域では、溶融が時間的かつ空間的に短縮される。このことは、設備の性能向上につながる。

本発明の好ましい一態様において、端壁は下縁を有し、下縁は、上側の槽縁部が配置されている平面「Ｅ−Ｅ」より上に位置し、装填間隙を画成している。
本発明の別の態様において、装填装置は、装填物の所定の分量を、装填間隙を通して投入用突出拡張部内に、溶融物上へと調量して装入可能な、周期的に運動可能な投入薄板を有する。
本発明の別の態様において、装填装置は、装填物を投入用突出拡張部内に、溶融物上へと調量して装入可能なスクリューコンベヤを有する。スクリューコンベヤは、本発明の一態様では、シールされた状態で投入用突出拡張部の端壁に挿入されているハウジングを有する。
本発明の別の態様において、投入用突出拡張部のルーフは、投入用突出拡張部の長手方向で上向きに湾曲して形成されている。投入用突出拡張部のルーフは、好ましくは、溶融槽に向かって上り勾配をなして形成されている。
本発明の別の態様において、ガス室は、槽縁部の平面Ｅ−Ｅの上に少なくとも６００ｍｍの高さ「Ｈ」を有する。
本発明の別の態様において、投入用突出拡張部は、溶融槽に向かって開いた、０〜４５°の角度、好ましくは５〜３０°の角度「α」を互いに形成する側壁を有する。
本発明の別の態様において、投入用突出拡張部は、溶融槽への入口に、少なくとも１，０００ｍｍの幅「ＢＶ」を有する。これにより、溶融槽への装填物の確実な移行が保証されている。
ガラス溶融槽における投入用突出拡張部の任意のスループット（装填量）のために、Ｋに関して、投入用突出拡張部のルーフの長さ「ＬＧ」が、投入用突出拡張部の長さ「ＬＶ」の少なくとも７０％であることが生じる。

本発明は、装填物の供給のための装填装置を備える少なくとも１つの投入用突出拡張部を備えるガラス溶融槽で装填物を加熱する方法にも関する。

同一課題を解決する本発明に係る方法は、
装填物を投入用突出拡張部内で上方から、槽空間から投入用突出拡張部への熱放射の進入により加熱して焼結し、
装填物を投入用突出拡張部内で下方からガラス溶融物の流動及び進入により、少なくとも部分的に溶融するまで加熱して焼結し、
装填物を少なくとも部分的に溶融した状態でガラス溶融物の表面上を、溶融槽内へと移動させ、かつ
投入用突出拡張部を通る装填物のスループット（Ｐ：トン／時）と、投入用突出拡張部の内側の表面積（Ｆ：ｍ ^２ ）との間の比を形成する特性値（Ｋ）が、投入用突出拡張部の寸法（ＬＶ）及び（ＬＧ）に応じた投入用突出拡張部を通る搬送経路において、３．５０ｔ／ｈ・ｍ ^２ の値を超過しないようにする、
ことを特徴とする。
このような方法では、装填物が、投入用突出拡張部からガラス溶融物の表面上に移動する際、十分に焼結されていることが保証されている。

投入用突出拡張部内の装填物の搬送経路を２．２５〜５ｍに選択する；かつ／又は投入用突出拡張部内の装填物の搬送経路の、溶融槽への入口における幅「ＢＶ」を少なくとも１．０ｍに選択すると、有利であることが判っている。
投入用突出拡張部内のガス室とガラス溶融物上のガス室との間の特に良好な熱交換は、投入用突出拡張部内のガス室内の溶融物液面の位置を、ルーフの最高位の箇所に対して６００ｍｍの最低間隔が残されているように選択すると達成される。

本発明の構成に基づいて、投入用突出拡張部の領域に、言及に値するほどのガス流動が形成されないので、ダスト搬送の危険は、著しく軽減される。槽カバーの下では、燃焼領域のコア流（Ｋｅｒｎｓｔｒｏｍ）内に１０〜１５ｍ／秒の平均流速が測定される一方、投入用突出拡張部内の平均流速は、１ｍ／秒より下にすぎない。しかし、１，３００℃を超えるまでの温度が測定される。このことは、約５０ｋＷ／ｍ^２の高いエネルギ伝達に至る。

本発明の形態、利点及び利用可能性は、２つの実施の形態についての以下の説明及び図面から看取可能であり、図４及び７は、従来技術との比較を示している。

２つの投入用突出拡張部の垂直縦断面図と関連付けた本発明に係るガラス溶融槽の垂直横断面図である。 寸法表示を伴う図１の部分拡大図である。 槽角隅部及び隣接する投入用突出拡張部の水平断面図の一部拡大図である。 一般的な投入用突出拡張部を備える従来技術におけるガラス溶融槽の、図１に相当する図である。 装填装置としての投入薄板が運転状態にある、図１の左半分の拡大図である。 装填装置としてのスクリューコンベヤが運転状態にある、図１の左半分の拡大図である。 運転状態における、焼結されていない装填物からなるマット状物を備えるガラス溶融槽の平面図である（従来技術）。 図７と類似の、ただし焼結された装填物からなるマット状物を備える本発明に係るガラス溶融槽の内容物の平面図である。

図１及び図２には、ガラス溶融槽１が示されている。ガラス溶融槽１の内容物、すなわちガラス溶融物２は、バーナバッテリ（Ｂｒｅｎｎｅｒｂａｔｔｅｒｉｅ）３により加熱される。バーナバッテリ３は、溶融槽１の端壁１ａ内に、燃焼空気のための各１つのシャフト４の開口部の下に配置されている。これらのシャフト４は、熱交換器、例えば再生器の群よりなる熱交換器と連通している。バーナバッテリ３及びシャフト４は、公知の形式で、例えば１５乃至３０分サイクルで交互に運転される。すなわち、一方のバーナバッテリ３が運転される間、排ガスは他方のシャフト４を介して排出され、他方のバーナバッテリ３が運転される間、排ガスは一方のシャフト４を介して排出される。

溶融槽１の両側には、鏡面対称の配置で、上向きに湾曲していてよい各１つのルーフ７と、ルーフ７とともにガス室９を包囲する端壁８とを備える投入用突出拡張部６（短く「突出拡張部（Ｖｏｒｂａｕｔｅｎ）」６とも云う）が存在する。投入用突出拡張部６は、溶融槽１内のガラス溶融物２上のガス室１０と連通している。溶融槽１及び投入用突出拡張部６は、上方に向かって、１つの共通の水平の平面Ｅ−Ｅ内で終わっている。

端壁８は、下方に向かって下縁１１で終わっている。下縁１１は、平面Ｅ−Ｅ上に、装填物を調量して装入するための、可及的狭隘に画成された装填間隙１１ａを開放している。ルーフ７下のガス室９の長さ「ＬＧ」は、最小で投入用突出拡張部６の内法の長さ「ＬＶ」の約７０％であり、具体的には、端壁８と、溶融槽１及び投入用突出拡張部６の隣接する縁部との間に、ガラス溶融物２上に装填物１４を載置するための面がなおも開放されているようにしている。

図２及び図３から看取可能であるように、上述の平面Ｅ−Ｅ上のガス室９の高さ「Ｈ」は、放射及び／又は火炎ガスによるエネルギの入力を促進するために最低でも６００ｍｍであることが望ましい。しかし、９００ｍｍまで及び９００ｍｍを超える値も可能である。ルーフ７が外方に下り勾配をなして延在している場合、寸法「Ｈ」は、溶融槽１のガス室１０内への突出拡張部６の入口における高さに該当する。

図３からは、投入用突出拡張部６が、溶融槽１に結合されている２つの側壁６ａ，６ｂを備え、側壁６ａと側壁６ｂとの間に角度「α」が形成されていることが看取可能である。角度「α」は、溶融槽１に向かって開いており、０°〜４５°、好ましくは５°〜３０°であってよい。この角度「α」と、少なくとも１，０００ｍｍ、好ましくは少なくとも１，５００ｍｍの、移行箇所における幅「ＢＶ」とは、ガラス溶融物の流動経路が、投入用突出拡張部６の内部にも延びて、かなりの規模で熱交換に寄与することを可能にする。

図４は、従来技術を相応に示しており、対応する部材の理解を助けるために、上で用いた符号を一貫して維持している。溶融槽１の側壁１ｃには、著しく短い投入用突出拡張部６の上方に開口が配置されている。開口の上流には、遮断スライダ１ｄが配置されている。これにより画成される空間は、ごく小さく、火炎ガスも、火炎ガスの放射も、上方からの装填物１４への入熱に関して、言及に値すべき程の影響を有しない。下方からのガラス溶融物２を通した入熱（太字の矢印）も、極めて限定的であるので、装填物１４は、焼結されず（ｕｎｇｅｓｉｎｔｅｒｔ）に溶融槽１内へと移動する。効果については、図７との関連で詳細に説明する。

図５は、本発明に係る相応の一実施の形態を示している。本実施の形態では、投入用突出拡張部６及びルーフ７に装填装置１２が配設されている。装填装置１２は、装填物１４のための制御可能な底部出口１３ａを有する貯蔵容器１３を含む。貯蔵容器１３の下には、傾斜して位置する投入薄板１５が配置されている。投入薄板１５は、図５では概略的にのみ示した駆動装置１６によって、低い振動数での周期的な振動に曝される。これにより、装填物１４は、装填間隙１１ａに向かって所定の分量毎にガラス溶融物２の表面上に送給され、枕状物（Ｋｉｓｓｅｎ）１７の形態でガス室９を通して溶融槽１に向かって移動する。溶融槽１内において装填物１４は、溶融物出口に向かって変向される。

図６は、別の実施の形態を示している。ルーフ７の内法の長さは、本実施の形態では、図２及び図３に示した投入用突出拡張部６の内法の長さ「ＬＶ」に等しい。投入用突出拡張部６の外側には、装填装置２０が配置されている。装填装置２０は、装填物１４のための制御可能な底部出口を有する貯蔵容器１３を含む。貯蔵容器１３の下には、水平のスクリューコンベヤ２１が配置されている。スクリューコンベヤ２１は、モータＭにより駆動される。スクリューコンベヤ２１は、柱状あるいは円柱状のハウジング２１ａを備える。ハウジング２１ａは、シールされた状態で端壁８を貫いて案内されている。これにより、装填物１４は、投入用突出拡張部６内でガラス溶融物２の表面上に送給され、枕状物１７の形態でガス室９を通して溶融槽１に向かって移動する。溶融槽１内において装填物１４は、図６には示さない溶融物出口に向かって変向される。

容積の空間的な形成及び投入用突出拡張部６内での温度操作は、ガラス溶融物２内に、矢印で示すような流動プロフィールが生じるように選択されている。熱速度論的（ｔｈｅｒｍｏｋｉｎｅｔｉｓｃｈ）な効果により、装填物１４の下には、投入用突出拡張部６の内側の端部に向かう流動が生じる。これにより、ガラス溶融物２は、その熱容量の一部を装填物１４に放出する。冷却により、ガラス溶融物２は、投入用突出拡張部６及び溶融槽１の底に向かって沈み、槽１内に戻る。上方からは、装填物１４は、ガス室９内に入射する熱放射によって加熱される。この組み合わせ効果により、装填物１４は、粒子の部分的な溶融を促す高い温度に加熱される。このプロセスは、焼結という概念でも称呼可能であり、ダスト発生を大幅に防止する。

図７は、従来技術において生じる焼結されていない装填物１４の分布を溶融槽の垂直平面図で示す。比較的大きな割合の溶融物表面が被覆され、溶融物２への入熱は、比較的小さい。

図８は、本発明において生じる焼結された装填物１４の分布を溶融槽の垂直平面図で示す。明らかに大きな割合の溶融物表面が露出される。それゆえ、溶融物２への入熱は、相応に比較的大きい。

図４乃至８から看取可能であるように、本発明に係るガラス溶融槽では、以下の組み合わせ効果が生じる。容積の空間的な形成及び溶融槽１内での温度操作は、ガラス溶融物２内に、図４乃至６に矢印で示すような流動プロフィールが生じるように選択されている。上述の熱速度論的な効果により、装填物１４の下には、端壁１ａ及びバーナバッテリ３に向かう流動と、投入用突出拡張部６内への流動とが生じる。これにより、ガラス溶融物２は、ここでもその熱容量の一部を上方に、装填物１４へと放出する。冷却により、ガラス溶融物２は、溶融槽１の底に向かって下降し、溶融槽の溶融物出口に向かって流動する。これにより、装填物１４は、完全な溶融に至るまで上下から加熱される。

図８は、装填物１４が、それぞれの投入用突出拡張部６から、図５及び図６に示す表面流動により、焼結によって固化されて、一種の「マット状物（Ｔｅｐｐｉｃｈ）」を形成し、これが溶融物表面の著しく大きな部分を露出させることを示している。このことは、放射による入熱を促進する。特に、これにより、溶融物出口への装填物の搬送も防止される。

投入用突出拡張部の設計に際し、「特性値（Ｋｅｎｎｚａｈｌ「Ｋ」）」は、重要な役割を果たす。Ｋは、投入用突出拡張部を通る装填物のスループット（Ｐ：トン／時）と、投入用突出拡張部の内側の表面積（Ｆ：ｍ^２）の比である。特性値Ｋは、投入用突出拡張部の寸法ＬＶ及びＬＧに応じた投入用突出拡張部を通る搬送経路において、３．５０ｔ／ｈ・ｍ ^２ の値を超過すべきではない。

最終的に重要なのは、十分な量の装填物を、部分的に焼結された状態で、投入用突出拡張部を介して溶融槽に投入し、かつその際に、焼結生成物の浮動性を維持する、温度的かつ機械的な前提が形成されているように、投入用突出拡張部を形成することである。

このことは方法にとっては、装填物の加熱が装置のコンポーネントの影響下で実施されることを意味している。その際、とりわけＫ値は、３．５０ｔ／ｈ・ｍ ^２ の値を超過すべきではない。

ＢＶ 幅
Ｅ−Ｅ 平面
Ｆ 表面積
Ｈ 高さ
Ｋ 特性値
ＬＧ 長さ
ＬＶ 長さ
Ｍ モータ
Ｐ スループット
α 角度
１ ガラス溶融槽
１ａ 端壁
１ｂ 槽縁部
１ｃ 側壁
１ｄ 遮断スライダ
２ ガラス溶融物
３ バーナバッテリ
４ シャフト
５ 槽カバー
６ 投入用突出拡張部
６ａ 側壁
６ｂ 側壁
７ ルーフ
８ 端壁
９ ガス室
１０ ガス室
１１ 下縁
１１ａ 装填間隙
１２ 装填装置
１３ 貯蔵容器
１３ａ 底部出口
１４ 装填物
１５ 投入薄板
１６ 駆動装置
１７ 分量
２０ 装填装置
２１ スクリューコンベヤ
２１ａ ハウジング

Claims (15)

1. 装填物（１４）の供給のための少なくとも１つの投入用突出拡張部（６）と、
   少なくとも１つの装填装置（１２，２０）と、
   を備えるＵ字炎槽として形成されるガラス溶融槽（１）であって、
   前記投入用突出拡張部（６）内の前記装填物（１４）の搬送経路は、前記装填物（１４）が前記投入用突出拡張部（６）内で少なくとも部分的に溶融するまで加熱されるような長さに形成されており、
   前記投入用突出拡張部（６）は、
   前記溶融槽（１）に向かって少なくとも２，２５０ｍｍの内法の長さ（ＬＶ）を有し、かつ
   少なくとも１，２００ｍｍの長さ（ＬＧ）の絶縁性のルーフ（７）を有し、
   該ルーフ（７）は、前記装填装置（１２，２０）に向かって端壁（８）を有し、該端壁（８）は、前記ルーフ（７）とともに、前記溶融槽（１）に向かって開いたガス室（９）を囲繞し、かつ
   前記投入用突出拡張部（６）を通る前記装填物（１４）のスループット（Ｐ：トン／時）と、前記投入用突出拡張部（６）の内側の表面積（Ｆ：ｍ^２）とが、所定の搬送経路において、特性値（Ｋ）として知られている比Ｐ／Ｆを形成し、該比は、前記投入用突出拡張部（６）の前記寸法（ＬＶ）及び（ＬＧ）において３．５０より小さな値を有している、
   ことを特徴とする、ガラス溶融槽。
2. 前記端壁（８）は下縁（１１）を有し、該下縁（１１）は、上側の槽縁部（１ｂ）が配置されている平面（Ｅ−Ｅ）より上に位置し、装填間隙（１１ａ）を画成している、請求項１記載の装置。
3. 前記装填装置（１２）は、前記装填物（１４）の所定の分量（１７）を、前記装填間隙（１１ａ）を通して前記投入用突出拡張部（６）内に、溶融物（２）上へと調量して装入可能な、周期的に運動可能な投入薄板（１５）を有する、請求項２記載の装置。
4. 前記装填装置（２０）は、前記装填物（１４）を前記投入用突出拡張部（６）内に、溶融物（２）上へと調量して装入可能なスクリューコンベヤ（２１）を有する、請求項１記載の装置。
5. 前記スクリューコンベヤ（２１）は、シールされた状態で前記投入用突出拡張部（６）の端壁（８）に挿入されているハウジング（２１ａ）を有する、請求項４記載の装置。
6. 前記ルーフ（７）は、前記投入用突出拡張部（６）の長手方向で上向きに湾曲して形成されている、請求項１記載の装置。
7. 前記投入用突出拡張部（６）のルーフ（７）は、前記溶融槽（１）に向かって上り勾配をなして形成されている、請求項１記載の装置。
8. 前記ガス室（９）は、槽縁部（１ｂ）の平面（Ｅ−Ｅ）の上に少なくとも６００ｍｍの高さ（Ｈ）を有する、請求項１記載の装置。
9. 前記投入用突出拡張部（６）は、前記溶融槽（１）に向かって開いた、０〜４５°の角度（α）を互いに形成する側壁（６ａ，６ｂ）を有する、請求項１記載の装置。
10. 前記投入用突出拡張部（６）は、前記溶融槽（１）への入口に、少なくとも１，０００ｍｍの幅（ＢＶ）を有する、請求項１記載の装置。
11. 前記投入用突出拡張部（６）のルーフ（７）の長さ（ＬＧ）は、前記投入用突出拡張部（６）の内法の長さ（ＬＶ）の少なくとも７０％である、請求項１記載の装置。
12. 装填物（１４）の供給のための装填装置（１２）を備える少なくとも１つの投入用突出拡張部（６）を備えるＵ字炎槽として形成されるガラス溶融槽（１）内で前記装填物（１４）を加熱する方法であって、
    前記装填物（１４）を前記投入用突出拡張部（６）内で上方から、槽空間から前記投入用突出拡張部（６）への熱放射の進入により加熱して焼結し、
    前記装填物（１４）を前記投入用突出拡張部（６）内で下方から前記ガラス溶融物（２）の流動及び進入により、少なくとも部分的に溶融するまで加熱して焼結し、
    前記装填物（１４）を少なくとも部分的に溶融した状態で前記ガラス溶融物（２）の表面上を、前記溶融槽（１）内へと移動させ、かつ
    前記投入用突出拡張部（６）を通る前記装填物（１４）のスループット（Ｐ：トン／時）と、前記投入用突出拡張部（６）の内側の表面積（Ｆ：ｍ^２）との間の比を形成する特性値（Ｋ）が、前記投入用突出拡張部（６）の寸法（ＬＶ及びＬＧ）に応じた前記投入用突出拡張部（６）を通る搬送経路において、３．５０の値を超過しないようにする、
    ことを特徴とする、ガラス溶融槽内で装填物を加熱する方法。
13. 前記投入用突出拡張部（６）内の装填物（１４）の搬送経路を２．２５〜５ｍに選択する、請求項１２記載の方法。
14. 前記投入用突出拡張部（６）内の装填物（１４）の搬送経路の、前記溶融槽（１）への入口における幅（ＢＶ）を少なくとも１．０ｍに選択する、請求項１２記載の方法。
15. ガス室（９）内の溶融物液面の位置を、ルーフ（７）の最高位の箇所に対して６００ｍｍの最低間隔が残されているように選択する、請求項１２記載の方法。

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