JP5947880B2 - 特に透明ガラス又は超透明ガラスのための、側面二次再循環を備えたガラス炉 - Google Patents

Description

本発明は、素材を加熱し、溶融し、清澄化してガラス状にするための２つの再循環流を備えたガラス炉に関し、この炉は、原料を入れるための入口と、加熱手段を備える上部構造と、溶融ガラスの溶融物を内包するタンクであって、その上を原料のブランケットが前記入口から前記炉の中に一定の距離まで流れるタンクと、溶融ガラスが除去される出口を含むタイプのものである。より詳しくは、本発明は、限定するものではないが、透明ガラス又は超透明ガラスのための炉に関する。

添付した図１の概略図には、原料のための入口Ｅ、バーナーＧを備えた上部構造Ｒ、底部Ｓが溶融ガラスの溶融物Ｎを支持し、原料のブランケットＴが前記入口から上を流れるタンクＭ、及び出口Ｙを備えた従来のフロートガラス炉が記載されている。該炉の上には、上部構造Ｒの加熱面の一番高い所の温度Ｔ_crownの変化が、該炉の長さに沿って、図１のｙ軸上にプロットされており、曲線１で表されている。曲線１の最大値は、前記タンクの中央区域Ｉに位置している。

ガラスのプールにある２つの再循環ループＢ１、Ｂ２は、該炉のより高温の中央区域Ｉと、より低温の入口Ｅ及び出口Ｙそれぞれとの間において、溶融物で形成される。図１中、一次ループＢ１の再循環は、反時計方向で生じている。表面にあるガラスは中央区域Ｉから入口Ｅに向かって流れ、底部に向かって下降し、表面に上昇する前に、該溶融物の底部に戻り中央区域Ｉに向かう。二次ループＢ２の再循環は、反対方向、すなわち、時計方向に生じる。これら２つの再循環ループは、炉から引き出されるガラスの主要な流れ（principal flow）に影響を及ぼす。それらのループは、それらの強度に応じて、主要な流れの形、及び移動の継続時間を変える。

主要な流れがとることができる最短経路（最短の滞留時間に対応する）は、炉から抽出されるガラスの品質にとって重要であり、概略的に点線２で示している。それによれば、入口付近のガラスは、底部Ｓ付近に移動し、次いで、２つの再循環ループの間にある比較的曲がりくねった経路３に沿って上昇し、そして溶融物の最上位近くにある曲線４に沿って移動し、出口Ｙに向かって移動する。上向きの経路３は、２つの再循環ループＢ１、Ｂ２と、それらのスプリング区域Ｒ１、Ｒ２との間にある中央スプリング区域ＲＣに対応する。溶融物の表面におけるガラスの流れの方向転換の地点は、表面におけるスプリング区域Ｒ１とＲＣの分岐点となる。炉の入口とこの方向転換の地点との間の距離は、図１中の長さＣで規定される。この長さは、ループＢ１の範囲を表す。それは実験的に、又は数値計算によって決定しうる。ガラスの清澄の質は、曲線４の最初の部分によって決定する。この最初の部分においては、ガラスは、清澄温度（ソーダ石灰ガラスは約１４５０℃）より高い温度に、ある程度の時間にわたって保持される。したがって、曲線４の最初の部分の滞留時間は製造されるガラスの質を決定する。この滞留時間は、ソーダ石灰ガラスに対しては、約１４５０℃より高い温度にある区域の長さＬ、及びガラスの流速によって付与される。このガラスの流速は、炉の出口で得られるプル・レート（pull rate）及び再循環Ｂ２の強度に関係する。

したがって、ガラスの質を向上させるため、又は特定の質に対して、炉のプル・レートを上昇させるために、“清澄”滞留時間を最大化することが目的である。滞留時間は、前記二次再循環の速度を遅くし、それにより、炉の消費を減少させることによって増大させることができる。狭窄部５ａと称する、炉の幅の絞り部が、数年間、フロートガラス炉に付け加えられてきた。そのうえ、この狭窄部５ａにおいて、水冷バリア５ｂを使用することができ、それにより、再循環の速度をさらに遅くできる。さらに、この再循環ループは、一次ループとの相互作用の基に、タンクの中央にスプリング区域を形成するのに不可欠である。狭窄部及び作業端部で冷却すると、ガラス温度が低下することにより、二次ループの作動が確実となる。

添付した図２の概略図は、図１に示した従来の炉の概略平面図である。

図２において、表面でのガラスの流れは、平行な水平矢印６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆで示されており、実線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆまで伸びている。矢印６ａ―６ｆの長さは流速を表す。実線１０ａ―１０ｆの位置は、ガラスの流れの方向を表す。ガラスは、実線１０ａ―１０ｆに接していない矢印６ａ―６ｆの末端から、実線１０ａ―１０ｆに接する他端に向かって流れる。ループＢ２に対し、溶融タンク９．１の底部の近隣のガラスの流れは、矢印７ａ、７ｂで示している。ガラスを冷却するのに使用される従来の区域である、狭窄部の８ａ、８ｂ及び作業端部９．２の８ｃについても本図に示している。

矢印６ａは、炉の入口に向かう、表面におけるガラスの流れを示している。この流れは、一次再循環流に関係している。矢印６ｂは、炉の出口に向かう、表面におけるガラスの流れを示している。この流れは、二次再循環流に関係している。スプリング区域ＲＣはこの２つの間に位置している。

矢印６ｂが示すように、炉の中央部においてガラスが表面において移動する速度はより高く、炉の端に向かって次第に減少する。

矢印６ｃが示すように、この作用は、狭窄部５ａが近づくにつれて次第に増加する。このように、溶融タンクが狭くなることによって、該タンクの中央部の狭窄部に入る前に、二次ループの表面の流れの集中をもたらす。この区域での上昇した速度は清澄時間を減少させる。

矢印７ａ、７ｂが示すように、溶融タンクの底部に沿ったガラスのリターンフローは、溶融タンクの幅に対して同一ではない。したがって、狭窄部の近隣、タンクの角には、ガラスの流れが非常に制限される２つの“デッド（dead）”区域１１が存在する。

本発明の目的は、とりわけ、上述した欠点をもたない、又はより少ない２つの再循環ループをもつガラス炉を提供することであり、特に、超透明ガラスだけでなく、透明な通常のガラスに対して、高い清澄性が得られるガラス炉を提供することである。

本発明は、 素材を加熱し、溶融してガラス状にするためのガラス炉であって、特に、
原料を入れるための入口Ｅと、
加熱手段Ｇを備える上部構造Ｒと、
溶融ガラスの溶融物を内包するタンクＭであって、その上を原料のブランケットＴが前記入口から前記炉の中に一定の距離まで流れるタンクＭと、
溶融ガラスが除去される出口Ｙと、
前記炉の高温の中央区域Ｉと、前記中央区域Ｉより低温である前記入口及び前記出口とのそれぞれの間で、前記溶融物Ｎ中に形成される２つの溶融ガラス再循環ループＢ１、Ｂ２と、
を非限定的に備え、
前記ガラス炉は前記ガラスを冷却するための手段を備え、前記手段は、例えば、狭窄部、チャネル、又はオーバーフロー（overflow）のような絞り部の両側かつ上流で、前記炉の側面の近隣に位置し、それにより、ガラスの側面二次再循環流が生じるかまたは増加することによって、中央の二次ループの強度が減少することを特徴とする、ガラス炉である。

本発明によれば、ガラスの側面冷却が局在化していることにより、ガラスの温度低下をもたらし、それにより、その密度の増大をもたらす。重いガラスは底部に下降し、次いで、炉の高温の中央区域Ｉに向かって流れる。

ガラスを冷却するための前記手段は、前記狭窄部の前記入口の近隣に、具体的には前記タンクの角に位置することが好ましい。

ガラスを冷却するための前記手段は、前記溶融物の表面の近くに位置することが好ましい。それは、特にはガラス溶融物の上部に配置されるオーバーヘッド冷却装置、又は前記ガラス溶融物内に埋没する冷却装置であり、該冷却装置は特に水で冷却される。

炉の中央部にスプリング区域を形成するため、２つの再循環ループは、同等の駆動力を有する必要がある。この駆動力は、一方では、バッチブランケットの下部によるエネルギー消費によってもたらされる。他方では、狭窄部及び作業端部での冷却により、二次ループの駆動力がもたらされる。本発明においては、ガラスの側面二次再循環流は、二次ループの駆動力に対して寄与する。

本発明においては、従来の冷却は、狭窄部の入口の前で、部分的又は完全に側面冷却に置換する。従来の冷却を側面冷却に完全に置換することは、冷却ガラスのリターン７ｂが弱い又はない、狭窄部又はオーバーフロータイプの炉にとって特に好ましい。２つの側面ループＢ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂはこのようにして作られる。これらのループは二次再循環流Ｂ２の駆動力を補強する。この補強により、中央部のループＢ２Ｃの強度を減少させることができ、それにより、狭窄部の前において、中央部の表面流速を減少させることができる。これにより、清澄区域においてガラスの滞留時間が長くなり、したがって、ガラスの清澄性が向上する結果となる。

この解決法により、同等のガラスの清澄性にとって、作業端部９．２のサイズを減少させることが可能となる。この減少は、作業端部で必要とされる冷却の減少に関係することになる。又は、炉からのプル・レートの上昇に関係することになる。

また、本発明は、ガラスの流速を狭窄部の入口の角で減少させることができ、それにより、それらの角が腐食されるリスクを防ぐ。

従来のフロートガラス炉の概略縦断面図である。 図１のフロートガラス炉の概略平面図である。 本発明に係るフロートガラス炉の概略平面図である。

本発明は、上述した構成とは別に、添付図面を参照して説明される完全に非限定的な他の構成からなる実施例によって以下において明確に述べられる。

図１は、従来のフロートガラス炉の概略縦断面図である。

図２は、図１のフロートガラス炉の概略平面図である。

図３は、本発明に係るフロートガラス炉についての図２と同様の概略平面図である。

図３に示すように、本発明は、中央の二次再循環Ｂ２Ｃの減少にもかかわらず、スプリング区域の位置を維持することを可能にする。これは、狭窄部前のガラスの流速の分布を良好にさせる結果となる。

図３の矢印７ａ、７ｂが示すように、側面ループＢ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂの存在は、タンクの幅に対して、具体的には炉の縁１１に向かって、底部に沿って均一なガラスの流れをもたらす結果となる。

顕著な側面冷却効果を得るためには、側面の冷却装置によって排除される熱流束は、前記原料のブランケットを溶融するために消費される前記流束の少なくとも５％であることを要する。ブランケットを溶融するために必要なエネルギーは、一部は、燃焼チャンバーからの放射によってブランケットの上面に送られ、一部は、再循環ループＢ１から対流によってブランケットの底面に送られる。これらブランケットを溶融するための２つのエネルギー供給の各寄与は、炉の設計に応じて変化する。典型的には５０／５０％である。顕著な側面冷却効果を得るためには、この側面の冷却によって排除されるエネルギー流束は、ブランケットの底面への流束の少なくとも１０％であることを要する。

一般にはフロート炉と言われるフロートガラス炉の操作は、炉の出口が一定温度、通常は１１００℃に維持されることを要する。狭窄部及び作業端部での冷却は、この温度を維持するために調節される。ループＢ２Ｃの中央再循環と組み合わせたガラスの引き出しは、作業端部への熱供給を構成する。

図３に示すように、狭窄部の両側かつ上流で、炉の側面１３ａ、１３ｂの近くに位置する側面冷却手段１２ａ、１２ｂを付け加えることによって、狭窄部、とりわけ作業端部９．２で必要とされる冷却を低減させることができる。側面冷却手段１２ａ、１２ｂは、好ましくは狭窄部の入口の近隣、特にタンクの角に配置する。側面冷却手段１２ａ、１２ｂは、側面再循環流又はループＢ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂを形成又は強化することを可能にする。側面再循環流又はループＢ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂにおいては、溶融ガラスの再循環が中央二次ループＢ２Ｃと同じ方向に生じる。本発明を実施することにより、例えば、バリア５ｂの深さ又は狭窄部の断面を変更することにより、ループＢ２の中央再循環の強度を低減することができる。炉の出口におけるガラスの温度は、このようにして維持される。このように、狭窄部及び作業端部での冷却の低減と、中央二次再循環Ｂ２Ｃの減速は２つの関連した作用である。それらは特に清澄化、再清澄化、残留バブルの再吸収のためにガラスの滞留時間を増大させることができる。

本発明の１態様においては、１日あたりのソーダ石灰ガラスが２００トンの小容量であって、バッチを溶融するために５ＭＷのエネルギーを必要とするカレットを２０％含有するものを原料とするフロートガラス炉に対し、側面冷却は２×１３０ｋＷのエネルギーを排除する。中央再循環ループＢ２Ｃの減少は清澄滞留時間の２０％増加につながる。同等の清澄時間に対し、本発明に係る側面冷却を実施することにより、炉からのガラスのプル・レートを上昇させることができる。

フロートガラス炉に対し、側面再循環流ループＢ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂによって、狭窄部及び作業端部の二次再循環の一部を除外することを見込むことができる。それにもかかわらず、狭窄部及び作業端部の完全な抑制再循環は、壁で汚染されたガラスが炉の清澄部に戻ることを防止する。必要とされるガラスの質及び使用される難処理性材料に応じて、狭窄部及び作業端部の残留再循環を維持することが好ましい。深さを変更できるバリア装置５ｂによって、この再循環を容易に調節することができる。

標準的なフロートガラス炉において、溶融タンクの端部での燃焼の欠如、及び壁による損失は、狭窄部の前の溶融タンクの端部においてガラスの側面冷却を形成することになるが、このようにして排除されるエネルギーは実質的に原料のブランケットを溶融するのに消費される流束の５％より低い。ガラスによるタンクの壁への損失を増大させると、改善を得られることにはなるが、側面二次再循環流を活性化又は増強するために、タンクの壁だけによる十分な損失を得ることは非常に困難である。

本発明の１態様においては、側面二次再循環流をもたらすことを可能にする冷却装置１２ａ、１２ｂは、オーバーヘッド冷却装置である。この冷却装置は、容易に導入することができ、また、炉から容易に除去することができる。

溶融物の表面は、オーバーヘッド冷却装置によって、溶融物の高温表面と該冷却装置の低温表面の間の輻射熱交換を介して冷却される。例えば、該冷却装置が溶融物の標的区域に空気を噴出する場合には、対流によっても冷却される。噴出する空気の温度と流速は、失透のリスクを避けるために選択される。

本発明の他の態様においては、側面二次再循環流Ｂ２Ｌａ、Ｂ２Ｌｂをもたらすことを可能とする冷却装置１２ａ、１２ｂは、ガラス溶融物の表面近くに埋没される冷却装置である。

上記冷却装置は、特に水で冷却される。

該冷却装置は、側壁に沿って配置することができ、好ましくは、末端壁、又は両方に配置する。

本発明においては、できだけ長くガラス表面を高温に保つために、該冷却装置は、できる限り末端壁に近づけて配置することが好ましい。

該冷却装置は、狭窄部、チャネル、又はオーバーフローであれ、ガラスの出口幅を除き、末端壁の幅全部をカバーすることが好ましい。

該冷却装置は、ガラスが通って出る該装置の入口の角を保護するため、ガラスの出口幅を部分的にカバーすることが好ましい。

必要とされる冷却能力に応じて、多数の冷却装置を設けることができる。複数のタイプの冷却装置、例えば、オーバーヘッド冷却装置及び埋没される冷却装置、を組み合わせることもできる。

前記冷却装置は、ガラス流れラインの高さで、ガラス側に配置される水冷式冷却装置からなることもできる。

Claims (8)

1. 素材を加熱し、溶融してガラス状にするためのガラス炉であって、
   原料を入れるための入口（Ｅ）と、
   加熱手段（Ｇ）を備える上部構造（Ｒ）と、
   溶融ガラスの溶融物を内包し、幅の絞り部を有するタンク（Ｍ）であって、その上を原料のブランケット（Ｔ）が前記入口から前記炉の中に一定の距離まで流れるタンク（Ｍ）と、
   溶融ガラスが除去される、前記幅の絞り部の下流にある出口（Ｙ）と、
   第一及び第二の冷却装置を含む、前記ガラスを冷却するための手段（１２ａ、１２ｂ）と、
   を非限定的に備え、
   前記加熱手段は、原料のブランケットを溶融するために、放射による及び対流による熱流束を供給するように構成されており、
   前記タンクと前記加熱手段は、溶融ガラスが、前記炉の高温の中央区域（Ｉ）と、前記中央区域（Ｉ）より低温である前記入口及び前記出口とのそれぞれの間で、前記溶融物（Ｎ）中に形成される一次再循環ループ（Ｂ１）及び二次再循環ループ（Ｂ２）の形成を引き起こすように構成されており、前記二次再循環ループ（Ｂ２）は、前記幅の絞り部を通して広がる中央二次ループ（Ｂ２Ｃ）を含み、
   前記第一及び第二の冷却装置は、前記幅の絞り部に隣接する壁（１３ａ、１３ｂ）と、より高い温度の中央区域との間に、ガラスの側面二次再循環流（Ｂ２Ｌａ）、（Ｂ２Ｌｂ）が生じるかまたは増加させるために、及び、ガラスの前記二次再循環ループの駆動力を増加させて、前記中央の二次ループ（Ｂ２Ｃ）の強度を減少させるために、前記二次再循環ループの側面から熱流束を排除するように構成されている、ガラス炉。
2. 前記側面の冷却装置によって排除される熱流束は、前記原料のブランケットを溶融するために消費される前記流束の少なくとも５％である、請求項１に記載の炉。
3. 前記ガラスを冷却するための前記手段（１２ａ、１２ｂ）は、前記幅の絞り部の入口の近隣に、具体的には前記タンクの角に位置する、請求項１に記載の炉。
4. 前記ガラスを冷却するための手段（１２ａ、１２ｂ）は、前記溶融物の表面の近くに位置する、請求項１または２のいずれか一項に記載の炉。
5. 前記ガラスを冷却するための手段（１２ａ、１２ｂ）は、前記ガラス溶融物の上部に配置されるオーバーヘッド冷却装置である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の炉。
6. 前記ガラスを冷却するための手段（１２ａ、１２ｂ）は、前記ガラス溶融物内に埋没する冷却装置である、請求項１または２のいずれか一項に記載の炉。
7. 前記埋没する冷却装置は水で冷却される、請求項６に記載の炉。
8. 素材を加熱し、溶融してガラス状にするためのガラス炉の使用であって、
   前記ガラス炉は、
   原料を入れるための入口（Ｅ）と、
   加熱手段（Ｇ）を備える上部構造（Ｒ）と、
   溶融ガラスの溶融物を内包するタンク（Ｍ）であって、その上を原料のブランケット（Ｔ）が前記入口から前記炉の中に一定の距離まで流れるタンク（Ｍ）と、
   溶融ガラスが除去される出口（Ｙ）と、
   前記炉の高温の中央区域（Ｉ）と、前記中央区域（Ｉ）より低温である前記入口及び前記出口とのそれぞれの間で、前記溶融物（Ｎ）中に形成される２つの溶融ガラス再循環ループ（Ｂ１、Ｂ２）と、
   を非限定的に備え、
   前記使用は、冷却手段（１２ａ、１２ｂ）により、前記ガラスを冷却する工程を
   含み、前記手段は前記絞り部（５ａ）の両側かつ上流で、前記炉の側面（１３ａ、１３ｂ）の近隣に位置し、それにより、ガラスの側面二次再循環流（Ｂ２Ｌａ）、（Ｂ２Ｌｂ）が生じるかまたは増加することによって、中央の二次ループ（Ｂ２Ｃ）の強度が減少することを特徴とする、使用。

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