JP6462688B2 - サブマージ燃焼溶解装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ、ガラス質またはガラス化可能材料を溶解するためのサブマージ燃焼溶解装置と、サブマージ燃焼溶解装置を使用するプロセスとに関する。

ガラス質材料は、概して、例えば、ケイ酸塩、玄武岩、石灰岩、ソーダ灰、および他の微量成分等の原材料の混合物から製造され、これらは、溶解装置の中に導入され、約１２５０〜１５００℃の温度で粘稠液状態に溶解され、溶解物は、次いで、形成プロセスに供給される。例えば、板ガラス、中空ガラス、強化目的のための連続繊維、または絶縁目的のための繊維の製造のため等、溶解物の意図される使用に応じて、適切なさらなる溶解物の精錬ステップが、形成プロセスの上流で要求され得る。溶解物の化学組成およびその物理特性が、意図される使用および形成プロセスに応じて選択される。

従来のガラス溶解装置は、ガラス溶解物表面上方からの、例えば、ガラス溶解物表面と溶解装置の被冠部との間の空間内に火炎を生成するバーナからのエネルギー供給を備え、それによって、熱が、火炎自体によって、および被冠部材料からの放熱によって、ガラス溶解物に伝達される。溶解されるべきバッチ原材料が、溶解装置内のガラス溶解物の上部に装填され、熱が、溶解物から、溶解物中に組み込まれるバッチ材料に伝達される。

いくつかのガラス溶解装置では、エネルギーは、溶解物の表面下方に配列された電気加熱電極によって供給され、そのような電極は、唯一の熱源を提供するか、またはバーナとの組み合わせにおいて使用され得る。

さらなる種類のガラス溶解装置は、バーナの火炎および燃焼生成物が溶解物を通過するように、溶解物の表面下方に配列された、１つ以上のバーナノズルを有する。本配列は、サブマージ燃焼と称される。

ストーンウール絶縁体を製造するために使用されるガラス溶解装置は、伝統的に溶銑炉である。

その側面の１つによると、本発明は、請求項１に定義されるように、サブマージ燃焼溶解装置を提供する。他の独立請求項は、本発明の他の側面を定義する。従属請求項は、好ましいおよび／または代替実施形態を定義する。

サブマージ燃焼溶解および／または溶解装置にも関する、以下の特許出願に説明される１つ以上の側面が、本特許出願の発明に対して使用され得、以下の特許出願のそれぞれは、参照することにより本明細書に組み込まれる。

本明細書に使用されるように、「垂直中心溶解チャンバ軸」という用語は、溶解チャンバの垂直または実質的に垂直な対象軸を意味する。溶解チャンバは、円形の水平横断面を有し得、これは、円筒形であり得る。代替として、溶解チャンバは、とりわけ、正多角形の形態において、多角形の水平横断面を有し得、多角形は、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれを上回る辺を有し得る。これらの形状のそれぞれは、画定された中心対象軸を有する。溶解チャンバの水平横断面は、楕円形または長円形であり得、この場合および類似の場合では、垂直中心溶解チャンバ軸は、関連がある水平横断面の形状が内接される円の中心を通過する軸である。

サブマージ燃焼バーナのノズル出口は、溶解チャンバ内の同じ垂直高さ、すなわち、同じ水平面に配列され得る。代替として、それらは、異なる垂直高さに配列され得る。バーナ位置決め面は、したがって、「ノズル出口のそれぞれに対する加重平均距離」に配列されるように画定される。それは、平均距離がバーナの数にわたって加重されることを意味する。

「溶解装置内の加重バーナ軸−周辺部間の距離」という用語は、画定されるような中心バーナ軸と、溶解チャンバの内周との間の加重距離を意味すると理解されたい。バーナ軸と、溶解チャンバの周辺壁とが平行である場合では、これは、単純に、バーナ軸と周辺壁との間の距離である。他の場合では、「溶解装置内の加重バーナ軸−周辺部間の距離」は、バーナ軸と、周辺壁のその最も近い部分との間の溶解チャンバの高さにわたる算術平均距離である。

溶解装置は、原材料を焼結および／または溶解するように適合および／または構成され得る。これは、「ガラス溶解装置」、すなわち、ガラス、ガラス質材料、石、および岩から選択された材料を含む、ガラス状材料を溶解するように適合および／または構成された溶解装置であり得る。ガラス溶解装置は、板ガラス、中空ガラス、ガラス繊維、強化目的のための連続繊維、絶縁目的のための鉱物繊維、ミネラルウール、ストーンウール、またはグラスウールを製造するために使用され得る。溶解装置は、ガラス原料、セメントクリンカ、とりわけ、アルミナセメントクリンカ、または研磨剤、とりわけ、溶解によって生成される研磨剤を製造するために、原材料を変換するために使用され得る。溶解装置は、例えば、医療廃棄物のガラス化、とりわけ、焼却炉からの灰のガラス化、例えば、鋳鉄または他の金属の鋳造からのごみ等の粉末のガラス化、ガルバニックスラッジ、皮なめしスラッジ、または鉱業廃棄物のガラス化、とりわけ、ガラス化による、例えば、汚染された土壌、重金属またはタールによって汚染された土壌、泥濾過物、スラッジ、活性炭、放射性廃棄物、鉛または亜鉛を含有する鉱滓、耐火物、とりわけ、クロムを含有する耐火物の廃棄物処理等、とりわけ、ガラス化によって、原材料を変換するために使用され得る。特に、ガラス溶解装置の場合では、原材料は、ケイ酸塩、玄武岩、石灰岩、ソーダ灰、ゼオライト触媒、使用済み触媒、使用済みポットライナ、耐火物材料、アルミニウムドロス、アルミニウム溶解スカム、砂ベースの消火器廃棄物、スラッジ、ガルバニックスラッジ、クリンカ、廃棄材料、灰、およびそれらの組み合わせを備え得る。

動作中の溶解装置内の溶解物は、とりわけ、これが溶解装置から除去される温度である、少なくとも１１００℃、少なくとも１２００℃、または少なくとも１２５０℃の温度に到達し得、これは、１６５０℃未満、１６００℃未満、１５００℃未満、または１４５０℃未満になり得る。

ガラス溶解物の場合では、生成される溶解物の組成は、以下の１つ以上を備え得る。

Ｂ２Ｏ３として表される、生成されるガラスのホウ素含有率は、≧１ｗ％、≧２ｗ％、≧３ｗ％、≧５ｗ％および／または≦２０％、≦１８％、≦１５％または≦１０ｗ％であり得る。

溶解装置は、材料、とりわけ、ガラス化可能材料を、低エネルギー消費および低資本コストで溶解するための効率的な形態を提供し、温度分布および溶解物の組成の観点からの均質性を含む、望ましい溶解物特性を提供し、改善された最終製品の品質につながる。それらはまた、多種多様な材料、とりわけ、原材料（ガラス形成に関して、これらは、例えば、ケイ酸塩、玄武岩、石灰岩、ソータ灰、および他の微量成分であり得る）および廃棄材料または灰を含む、ガラス化可能材料の溶解も可能にし、プロセスパラメータを制御する際に高い柔軟性を提供する。

好ましい形態では、そのような溶解装置は、とりわけ、溶解物の上部に添加されたとき、溶解物内の未加工の原材料の吸収と、未加工の原材料への熱の伝導の効率性を改良する一方、溶解装置を通しての原材料の任意の迂回は大幅に回避される、または少なくともさらに減少される。これは、とりわけ、ガラス化可能材料の効果的な溶解と、したがって、所与の出力フローに対してより小さい溶解装置の組み合わせを提供する一方、温度プロファイルおよび組成の観点からの溶解物均質性も改良する。

溶解装置内の溶解プールの高さは、特に、溶解チャンバが実質的に円筒形であり、好ましくは、１．５ｍ〜３ｍ、より好ましくは、１．７５〜２．５ｍの溶解チャンバの内径を伴うとき、以下であり得る。
≧約０．７５ｍ、≧約０．８ｍ、≧約０．８５ｍまたは≧約０．９ｍおよび／または
≦約２．２ｍ、≦約２ｍ、≦約１．８ｍ、または≦約１．６ｍ

好ましくは、溶解物の混合の大部分は、実質的に円筒形であり得、少なくとも２５ｃｍ、少なくとも３０ｃｍ、少なくとも４０ｃｍ、少なくとも５０ｃｍ、少なくとも６０ｃｍまたは少なくとも７０ｃｍおよび／または２００ｃｍ未満、１８０ｃｍ未満、または１６０ｃｍ未満である直径を有し得る、中心溶解区域内で発生する。

溶解装置または少なくとも溶解チャンバは、液冷され得る。例えば、これは、冷却流体、とりわけ、水が通って通過し得る流路をともに画定する、溶解チャンバの周辺部を形成する内壁と、離間された外壁とを備える、二重壁構造を備え得る。好ましくは、溶解チャンバおよび／または溶解チャンバの周辺部は、耐火物材料を備えない。

好ましい実施形態では、溶解装置の構成は、原則として中心溶解区域を有する実質的に円筒形の空間内で、溶解物が、関連がある中心バーナ軸の付近で上昇し、溶解物表面で垂直溶解装置軸に向かって内向きに収束し、該垂直溶解装置軸の付近で下向きに収束する、トロイダル溶解フローパターンの生成を可能にする。

サブマージ燃焼溶解装置は、５〜１０個のサブマージ燃焼バーナを、より好ましくは、６〜８個のバーナを、溶解装置の寸法、バーナの寸法、動作圧、および他の設計パラメータに応じて具備し得る。とりわけ、ガラス繊維、グラスウール、またはストーンウールの生産に関する溶解物を提供する場合では、溶解チャンバは、円筒形であり得、１．５〜３ｍ、好ましくは、１．７５〜２．５メートルの内径を有し得る。

隣接するバーナ間の間隔は、バーナの設計、動作圧、および他のパラメータに応じて選択されるべきである。過度に狭いバーナ間の距離は、回避されるべき現象である、個々のバーナからの火炎の結合につながり得る。好ましくは、隣接するバーナの間隔は、約１．５〜２．５、より好ましくは、約１．７５〜２．２５、最も好ましくは、バーナ軸−周辺部間の距離の約２倍である。

有利には、隣接するバーナは、それらの間の、約２５０〜１２００ｍｍ、好ましくは、約５００〜９００ｍｍ、より好ましくは、約６００〜８００ｍｍ、さらにより好ましくは、約６５０〜７５０ｍｍの間隔で配列される。

好ましい実施形態によると、バーナは、前述の関連があるフローに有利であり、溶解装置側壁への火炎の引きつけを回避する、好適なバーナ軸−周辺部間の距離に配列される。有利には、バーナ軸−周辺部間の距離は、約２５０〜７５０ｍｍである。過度に狭いバーナと側壁との間の距離は、側壁を損傷し、および／またはこれに不必要に応力を与え、および／または溶解物への熱伝達に対して非効率的であり得る。バーナと溶解チャンバの周辺部との間のある溶解フローは、有害であり得ず、いくつかの場合では、望ましい。それにもかかわらず、バーナと溶解チャンバの周辺部との間の過度に広い距離は、望ましくない溶解フローを生成する傾向があり、溶解装置の中心において、より少ない溶解物を混合する無炎領域をもたらし得、これは、溶解物の低減された均質性につながり得る。好ましくは、各バーナと溶解チャンバの周辺部との間の距離は、溶解物の層、例えば、約２ｍｍ〜２０ｍｍの厚さを有する層が、周辺部において実質的に定常境界の層として積み上げられるように配列される。そのような境界層は、溶解チャンバの周辺部に保護層を提供し、とりわけ、溶解装置チャンバの周辺部が液冷されるとき、耐火物のライニングなしでの動作を促進する。

特に、ガラス溶解装置の場合では、各バーナは、好ましくは、とりわけ、炭化水素を備える可燃性ガス、例えば、天然ガスと、酸素含有ガス、とりわけ、酸素、工業級酸素（例えば、少なくとも重量比９５％の酸素含有量を有するガス）、または酸素富化空気とを供給される。好ましくは、可燃性ガスおよび酸素含有ガスは、別個にバーナに供給され、バーナおよび／またはバーナのノズルにおいて組み合わせられる。代替として、他の燃料の種類、例えば、液体燃料または固体微粉燃料が、とりわけ、廃棄物のガラス化のために使用され得る。

好ましい実施形態では、溶解物内のトロイダル溶解フローパターンが、溶解チャンバ内で生成される。「トロイダルフローパターン」という用語は、移動する流体材料の速度ベクトルが循環パターンを形成し、それらが、実質的にその回転中心軸として垂直中心溶解チャンバ軸と、およそその外径として中心バーナ軸によって画定される円周とを有する、本質的に水平なトロイドの断面を、外側から溶解物表面における中心溶解装置軸に向かって流れる材料で満たすことを意味する。そのようなトロイダルフローは、原材料を急速かつ容易に溶解し、さらには、溶解物の均質性を向上させるために、未加工の原材料を、原則として中心溶解区域を有する、実質的に円筒形の空間内の中心溶解装置軸の付近においてガラス溶解装置の中に、中心深くに取り込み、未加工の原材料に熱を伝導する際の効率性を改良する。好ましくは、溶解装置内の溶解物は、単一のそのようなトロイダルフローパターンを備える。

少なくとも溶解装置の一部において、とりわけ、中心溶解区域において、溶解装置内の溶解物および／または原材料は、≧０．１ｍ／秒、≧０．２ｍ／秒、≧０．３ｍ／秒、または≧０．５ｍ／秒および／または≦２．５ｍ／秒、≦２ｍ／秒、≦１．８ｍ／秒、または≦１．５ｍ／秒である速度に到達し得る。

溶解されるべき原材料は、有利には、溶解物表面またはその上方に導入され得る。溶解装置のフローパターンは、原材料の溶解物中への効率的な吸収を、したがって、溶解物中に組み込まれる未加工の原材料への効率的な熱伝達を可能にする。

各バーナまたはバーナの群、例えば、対向バーナは、個別に制御可能であり得る。結果として、原材料の放出に近い１つ以上のバーナは、隣接するバーナと異なる、好ましくは、より高いガス速度および／または圧力で制御可能であり、したがって、溶解装置中に装填されている未加工の原材料への改良された熱伝達を可能にし得る。より高いガス速度は、一時的にのみ、すなわち、未加工の原材料のバッチ式装填の場合に、本発明の溶解装置内に含有される溶解物の中への関連がある装填物の吸収に要求される時間周期中にのみ要求され得る。また、溶解物の出口を制御するために、溶解物出口の近くに位置するバーナを、より低いガス速度／圧力で制御することも望ましくあり得る。

各中心バーナ軸は、垂直面からわずかに、例えば、≧１°、≧２°、≧３°、または≧５および／または≦３０°、好ましくは≦１５°、より好ましくは、≦１０°である角度だけ、とりわけ、溶解装置の中心に向かって傾斜され得る。そのような配列は、フローを改良し、溶解フローを出口開口部から離れさせ、溶解装置の中心に向かわせ、および／またはトロイダルフローパターンに有利であり得る。好ましくは、１つ以上のバーナに関して、バーナ位置決め面と溶解装置の上部との間のバーナ軸−周辺部間の距離において、少なくとも１％の増加が存在する。

有利には、１つ以上のバーナに関して、中心バーナ軸は、バーナ位置決め面に垂直であり、垂直中心溶解チャンバ軸を通過し、バーナ位置を通過する面に対して、少なくとも１°の旋回角を形成する。旋回角は、≧１°、≧２°、≧３°、≧５°および／または≦３０°、≦２０°、≦１５°、または≦１０°であり得る。好ましくは、各バーナの旋回角は、ほぼ同じである。バーナの本配列は、正接速度成分を燃焼ガスに付与するために使用され、したがって、旋回移動を溶解フローに付与し、さらには、原材料の混合および溶解物の均質性を改良し得る。

溶解装置は、好ましくは、実質的に円筒形の周辺部を有するが、他の形状、例えば、楕円形の断面、または４つを上回る辺、好ましくは、５つを上回る辺を示す多角形の断面も示し得、本質は、好ましい実施形態では、前述のように配列がトロイダル溶解フローを生成することである。バーナと側壁との間の距離がより均一になるほど、トロイダル溶解フローはより均一になるであろうことが理解されるであろう。

未加工の原材料は、供給装置を用いて装填され得る。有利には、原材料は、開口部を通して、溶解物表面上方に位置付けられる溶解チャンバの中に装填される。原材料は、バッチ式で装填され得る。原材料のバッチは、２０〜５０ｋｇで構成され得る。およそ７００００ｋｇ／日の生産率を示す溶解装置の場合では、バッチ装填頻度は、２０〜５０ｋｇ／分で変動し得る。しかしながら、原材料を実質的に連続的に、または連続に近い様式で供給することが好ましい。溶解物の温度およびフロー制御ならびに均質性を含む、プロセス制御の理由から、大量のバッチを低頻度でではなく、少量のバッチを高頻度で供給することが好ましい。該開口部は、好ましくは、例えば、ピストンまたはアクチュエータによって閉鎖可能であり、これは、供給装置を通しての熱損失および／または蒸気の逃散を最小限にするために使用され得る。原材料は、得られるべき関連がある溶解物に対して適切であるように調製され、中間傾斜台の中に装填され得る。溶解チャンバの中への開口部が開放されているとき、原材料は、溶解装置の中に、とりわけ、逃散している蒸気の反対方向に導入され、したがって、これが溶解物表面上に落下するにつれて、部分的に予熱され得る。好ましくは、供給開口部は、原材料が溶解装置周辺部からある距離を置いた装填区域内の溶解物表面上に落下するように、溶解物表面上方の溶解装置周辺部に提供される陥凹内に配列される。

溶解物は、連続的に、またはバッチ式で、溶解装置から、例えば、溶解装置底部またはそれに向かう位置から、引き出され得る。原材料が溶解装置壁の近くに装填される場合では、溶解物出口は、好ましくは、原材料入口と反対の溶解装置周辺部に配列される。溶解物の非連続的放出の場合では、放出孔は、好ましくは、例えば、セラミックのピストンを使用して制御される。

バーナのうちの１つ以上は、同心円チューブバーナとしても知られるチューブバーナ内のチューブであり得る。サブマージ燃焼バーナのうちの１つ以上の中心バーナ軸は、有利には、チューブインチューブバーナの同心円チューブの中心軸を備える。サブマージ燃焼バーナは、溶解物の圧力を克服し、火炎および燃焼生成物の押進された上向き進行を生成するのに十分である、燃焼生成物の高圧ジェットを溶解物中に注入する。燃焼および／または可燃性ガスの速度は、とりわけ、バーナノズルからの出口において、≧６０ｍ／秒、≧１００ｍ／秒、または≧１２０ｍ／秒および／または≦３５０ｍ／秒、≦３３０ｍ／秒、≦３００、または≦２００ｍ／秒であり得る。好ましくは、燃焼ガスの速度は、約６０〜３００ｍ／秒、好ましくは、約１００〜２００ｍ／秒、より好ましくは、１１０〜１６０ｍ／秒の範囲内である。

好ましい実施形態によると、溶解チャンバの周辺壁は、循環冷却液、とりわけ、水によって分離される二重の鋼壁から成る。特に、円筒形溶解チャンバの場合では、そのようなアセンブリは、溶解チャンバの構造ならびに高い機械的な力および応力に対する抵抗を促進する。溶解装置の円筒形の形状は、外壁に対する応力の平衡の最適化を可能にする。好ましくは、壁が冷却される、とりわけ、水冷されるにつれて、溶解物は、凝固し、溶解装置壁の内側に保護層を形成する。好ましい実施形態では、溶解チャンバは、内側の耐火物ライニングを要求せず、したがって、関連付けられたコストおよび保守の必要性を回避する。加えて、そのような場合では、溶解物は、内側の耐火物ライニングから浸食される耐火物材料の望ましくない成分によって汚染されない。溶解装置壁の内面は、有利には、溶解装置の内側に向かって突出するタブ、パスティル、または他の小さな要素を具備し得る。これらは、溶解装置の二重壁において、熱抵抗を生成し、冷却液への熱の伝達を低減する、ライニングの役割を果たす、凝固した溶解物の層を内側の溶解装置壁に構成および固定することに役立ち得る。

本発明のサブマージ燃焼溶解装置は、熱回収機器を具備し得る。例えば、溶解チャンバから排気される高温の蒸気は、原材料を予熱するために使用され得、および／またはそれらの熱エネルギーの一部は、熱交換器を使用して回収され得、および／またはそれらの熱エネルギーは、生産ライン、例えば、絶縁性繊維製品のための生産ラインの上流または下流の機器において、他の目的のために使用され得る。同様に、溶解チャンバの中空壁間を循環する任意の冷却液からの熱エネルギーが、加熱または他の目的のために回収され得る。

開示される方法および溶解装置は、特に、全ての種類のガラス化可能材料を、効率的な方法で、低減されたエネルギー消費および削減された保守コストで溶解することに好適である。本発明による溶解装置は、したがって、特に、鉱物繊維製品、例えば、ガラス繊維、グラスウール、およびストーンウールの製造のための生産ラインにおける使用に対して魅力的である。特に、ミネラルウール繊維生産の場合では、生産品は、好ましくは、精錬ステップなしで、直接繊維化される。

本発明の実施形態は、一例としてのみ、以下の付随の図面を参照して、以下により詳細に説明される。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
周辺部（１２）、基盤（１３）、垂直中心溶解チャンバ軸（７）、およびバーナ位置決
め面（１４）を有する、溶解チャンバ（１１）を備えるサブマージ燃焼溶解装置（１０）
であって、
上記溶解装置は、
原材料供給装置（１５）と、
溶解物出口（１６）と、
少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）であって、
上記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）のそれぞ
れは、それぞれの中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）と、１つ以上のノズル
出口（４１、４２、４３、４４、４５）とを有する、少なくとも５つのサブマージ燃焼バ
ーナ（２１、２２、２３、２４、２５）と
を具備し、
上記バーナ位置決め面は、中心溶解装置軸（７）に垂直であり、上記ノズル出口（４１
、４２、４３、４４、４５）のそれぞれに対して加重平均距離に配列され、
上記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）のそれ
ぞれは、その中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）の突起と、上記位置決め面
（１４）との間の交差点によって画定される、それぞれのバーナ位置（５１、５２、５３
、５４、５５）から突出するように配列され、
各バーナ位置（５１、５２、５３、５４、５５）は、その２つの最も近い隣接するバー
ナ位置（５１、５２、５３、５４、５５）のそれぞれに対して、それぞれの隣接するバー
ナ間隔（５１２、５２３、５３４、５４５、５５１）において配列され、上記各隣接する
バーナ間隔と上記隣接するバーナ間隔の平均値との間の差異は、上記隣接するバーナ間隔
の平均値の２０％未満またはそれに等しく、
各中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）は、上記中心バーナ軸（３１、３２
、３３、３４、３５）の周囲に投影するそれぞれのバーナ軸円（７１、７２、７３、７４
、７５）を有し、上記溶解装置内のその加重バーナ軸−周辺部間の距離に等しい半径（ｒ
１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５）を有し、
上記各バーナ軸円（７１、７２、７３、７４、７５）の半径と、上記バーナ軸円（７１
、７２、７３、７４、７５）の平均半径との間の差異は、上記バーナ軸円の平均半径の２
０％未満またはそれに等しく、
上記溶解装置は、上記位置決め面（１４）における上記バーナ軸円（７１、７２、７３
、７４、７５）の間に画定された中心区域（７０）を上記位置決め面（１４）に有し、前
記中心溶解区域（７０）は、少なくとも２５０ｍｍの直径を有する、
ことを特徴とする、溶解装置。
（項目２）
上記溶解装置は、５〜１０個のサブマージ燃焼バーナを具備する、項目１に記載の溶
解装置。
（項目３）
各中心バーナ軸は、垂直面から１５°未満の角度において配列される、先行項目のい
ずれかに記載の溶解装置。
（項目４）
１つ以上のバーナに関して、上記中心バーナ軸は、バーナ位置決め面に垂直であり、垂
直中心溶解チャンバ軸を通過し、バーナ位置を通過する面に対して、少なくとも１°の角
度を形成する、先行項目のいずれかに記載の溶解装置。
（項目６）
上記サブマージ燃焼バーナのうちの１つ以上の中心バーナ軸は、チューブバーナ内にチ
ューブの同心円チューブの中心軸を備える、先行項目のいずれかに記載の溶解装置。
（項目７）
上記溶解チャンバは、実質的に円筒形である、先行項目のいずれかに記載の溶解装置
。
（項目８）
上記溶解チャンバは、実質的に円筒形であり、１．５ｍ〜３．５ｍの直径を有する周辺
部を有する、先行項目のいずれかに記載の溶解装置。
（項目９）
上記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナのそれぞれに関する、上記加重バーナ軸−
周辺部間の距離は、５ｃｍ〜８０ｃｍである、先行項目のいずれかに記載の溶解装置。
（項目１０）
上記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナのそれぞれに対する、上記隣接するバーナ
間隔は、２５ｃｍ〜１２０ｃｍである、先行項目のいずれかに記載の溶解装置。
（項目１１）
上記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナのそれぞれに関する、各バーナ位置と上記
中心溶解装置軸との間の距離は、５０ｃｍ〜１５０ｃｍである、先行項目のいずれかに
記載の溶解装置。
（項目１２）
ガラス繊維、グラスウール、およびストーンウールから成る群から選択されるガラス製
品のための生産ラインであって、上記生産ラインは、
先行項目のいずれかに記載の溶解装置と、
上記溶解装置からの溶解物を繊維に変換するように配列されたファイバライザと
を備える、生産ライン。
（項目１３）
溶融ガラス化可能材料を提供する方法であって、上記方法は、
固体バッチ材料を溶解装置の中に導入するステップと、
上記溶解装置内に上記溶融ガラス化可能材料を提供するために、上記溶解装置内の上記
固体バッチ材料を、サブマージ燃焼によって溶解するステップと
を備え、
上記溶解するステップ中、本質的にトロイダルである溶解フローパターンが、上記ガラ
ス化可能材料の溶解物中に生成され、溶解物表面において、大規模な中心に内向きに収束
するフローを備え、上記トロイダルフローの回転中心軸は、本質的に垂直であり、上記ト
ロイダル溶解フローは、上記溶解物表面において、大規模な中心に内向きに収束するフロ
ーを備える、方法。
（項目１４）
上記溶解物は、上記回転軸に近接する中心において下向きに移動し、上記溶解物表面に
戻る上昇移動において再循環され、したがって、本質的にトロイダルであるフローパター
ンを画定する、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
上記溶解装置は、項目１〜１２のいずれかに記載の溶解装置である、項目１３また
は項目１４に記載の方法。

図１は、溶解装置の水平断面平面図である。 図２は、図１の溶解装置を通しての垂直断面を示す。 図３は、バーナ配置の略図である。 図４は、好ましいトロイダルフローパターンの略図である。

図１、２、および３に例証されるガラス溶解装置１０は、溶解チャンバ１１、すなわち、例えば、ストーンウールまたはグラスウール繊維を製造するための組成の、加熱された溶解物１７を保持および溶解するように適合された溶解装置１０の一部と、上側チャンバ９０とを備える。

例証される溶解チャンバ１１は、円筒形であり、垂直溶解チャンバ軸７と、約２ｍの直径を有するその内周によって画定される周辺部１２と、円筒の下側端を形成する基盤１３と、上側チャンバ９０と連通する、円筒の上側端における開口端とを有する。

上側チャンバ９０は、以下を提供される。
・溶解チャンバ１１からのガスの排出のための排気筒９１
・溶解物１４の表面から跳ね上げられ得る任意の溶解物の突出へのアクセスを遮断するバッフル９２、９３
・未加工の原材料を、溶解装置１０の中に、溶解物の表面１８の上方かつ溶解装置の周辺側壁１２の近くに位置するバッチ導入位置１０１において装填するために、上側チャンバ９０のレベルに配列される、原材料供給装置１５

供給装置１５は、原材料の混合物を、ピストンによって開放および閉鎖され得るホッパに運ぶ、スクリュまたは他の水平な供給装置を備える。

溶解装置は、溶解物の一部が境界層を形成するために内部周辺壁上で凝固または部分的に凝固し得るように、溶解装置および冷却液の望ましい温度を維持し、内部周辺壁１２からエネルギーを引き出すために十分である流量でその内部を通して循環する、冷却液、好ましくは、水を有する二重の鋼周辺壁１９を有する。

望ましい場合、溶解装置は、振動を吸収するためにダンパ上に搭載され得る。

中心垂直溶解チャンバ軸７と同心円であり、およそ１．４ｍの直径を有する、実質的に円形のバーナライン２７の周囲に等しく離間される、６つのサブマージバーナ２１、２２、２３、２４、２５、２６が配列される。各サブマージ燃焼バーナは、それぞれの中心バーナ軸３１、３２、３３、３４、３５、３６と、火炎および／または燃焼性流体がそれから溶解装置１７の中に発射される、１つ以上の出口ノズル４１、４２、４３、４４、４５、４６とを有する。各バーナは、その２つの最も近い隣接するバーナ位置のそれぞれに対して、実質的に同一の隣接するバーナ間隔５１２、５２３、５３４、５４５、５５６、５６１において位置付けられる。例証される実施形態におけるバーナノズル４１、４２、４３、４４、４５、４６は、溶解チャンバの基盤１３の上方にわずかに突出するように、それぞれ、バーナ位置決め面１４と同じ垂直高さにおいて配列される。

各中心バーナ軸３１、３２、３３、３４、３５、３６は、中心バーナ軸の周囲に延在し、中心バーナ軸と溶解チャンバの周辺壁１２との間の距離に実質的に等しい半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６を有する、それぞれのバーナ軸円７１、７２、７３、７４、７５、７６を有する。これらのバーナ軸円は、少なくとも２５０ｍｍの直径を有する位置決め面１４において、中心区域７０を画定する。

溶解物１７は、溶解チャンバから、原材料供給装置１５と実質的に反対の、溶解装置底部１３と近い、溶解装置チャンバ周辺側壁１２に位置する、制御可能な出口開口部１６を通して引き出され得る。

サブマージバーナ２１、２２、２３、２４、２５、２６は、チューブバーナ内のチューブであり、時として、同心円パイプバーナと称され、１００〜２００ｍ／秒、好ましくは、１１０〜１６０ｍ／秒の溶解物におけるガスフローまたは速度において動作される。バーナは、燃料ガスならびに空気および／または溶解物内の酸素の燃焼を生成する。燃焼および燃焼ガスは、それらが溶解物から上側チャンバ９０の中に逃散し、排気筒９１を通して排気される前に、溶解物内に高度の混合および高速の熱伝達を生成する。これらの高温ガスは、原材料および／または燃料ガスおよび／またはバーナにおいて使用される酸化剤（空気および／または酸素）を予熱するために使用され得る。排蒸気は、環境への放出に先立って、好ましくは、例えば、周囲空気を用いて希釈することによって冷却され、および／または濾過される。

配列が、図４に例証されるように、トロイダル溶解フローを生成し、溶解物が、中心溶解区域７０から垂直中心溶解チャンバ軸７に沿って突出する、溶解チャンバの実質的に円筒形の部分において、各サブマージバーナの中心バーナ軸の近くの上昇方向に辿り、溶解物表面１８において垂直中心溶解チャンバ軸７に向かって内向きに流れ、次いで、下向きに流れることが好ましい。そのようなトロイダルフローは、溶解物内に高度の混合を生成し、良好な溶解物の攪拌および原材料の吸収を確実にし、溶解装置内の材料の適切な滞留時間を可能にし、それによって、原材料が不十分に溶解または混合された場合の早期流出を回避する。

バーナは、それらの付近における溶解物の上昇移動と、溶解物内の循環とを生成する。一好ましい実施形態では、各バーナ軸は、前述のようなトロイダルフローの生成に有利にするために、垂直に配向され、有利には、溶解装置の中心に向かって、垂直面から１５°未満の角度に傾斜される。

溶解物の均質性をさらに改良するために、１つ以上のバーナは、正接速度成分をその燃焼ガスに付与し、したがって、前述のトロイダルフローパターンに加えて、旋回移動を溶解フローに付与し得る。その目的のために、１つ以上のバーナの中心バーナ軸は、バーナ位置決め面１４に垂直であり、垂直中心溶解チャンバ軸７およびバーナ位置を通過する面に対して、少なくとも１°の旋回角を形成し得る。

溶解装置は、とりわけ、例えば、起動するとき、前述のサブマージバーナのうちの１つが故障した場合または付加的な熱が一時的に要求される他の場合に、溶解装置を予熱するための一時的な使用のために、補助バーナ（図示せず）を具備し得る。補助バーナは、有利には、これが溶解装置周辺壁１２において提供される開口部の中に誘導され得るように、レール上に搭載され、開口部は、補助バーナを使用していないとき、閉鎖される。

内部溶解装置壁１２は、有利には、溶解装置チャンバ１１の内側に突出する多数のタブまたはパスティル（図示せず）を備える。これらの突出は、絶縁性層を構成する、冷却された壁１２に凝固した溶解物の層の形成および固定に有利であると考えられる。例えば、ガラス溶解物の場合では、ガラスは、冷却された壁に凝固し、絶縁性境界層を形成する。ガラスは、したがって、ガラス内で溶解され、溶解物は、任意の耐火物材料の浸食残留物によって汚染されない。

本発明による溶解装置は、その効率性が低エネルギー消費を提供し、その柔軟性が原材料組成の変更を促進するため、特に、ガラス繊維、グラスウール、またはストーンウールの生産ラインにおいて有利である。溶解装置の保守の容易性および低資本コストもまた、そのような生産ラインを建造する際に大きな利益となる。同じ利益はまた、本発明の溶解装置に、廃棄物および灰のガラス化プロセスにおける溶解物装置の選択肢を与える。

Claims (12)

1. 周辺部（１２）、基盤（１３）、垂直中心溶解チャンバ軸（７）、およびバーナ位置決め面（１４）を有する、溶解チャンバ（１１）を備えるサブマージ燃焼溶解装置（１０）であって、
   前記溶解装置は、
   原材料供給装置（１５）と、
   溶解物出口（１６）と、
   少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）であって、前記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）のそれぞれは、それぞれの中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）と、１つ以上のノズル出口（４１、４２、４３、４４、４５）とを有する、少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）と
   を具備し、
   前記バーナ位置決め面は、中心溶解装置軸（７）に垂直であり、前記ノズル出口（４１、４２、４３、４４、４５）のそれぞれに対して加重平均距離に配列され、
   前記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナ（２１、２２、２３、２４、２５）のそれぞれは、その中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）の突起と、前記位置決め面（１４）との間の交差点によって画定される、それぞれのバーナ位置（５１、５２、５３、５４、５５）から突出するように配列され、
   各バーナ位置（５１、５２、５３、５４、５５）は、その２つの最も近い隣接するバーナ位置（５１、５２、５３、５４、５５）のそれぞれに対して、それぞれの隣接するバーナ間隔（５１２、５２３、５３４、５４５、５５６）をおいて配列され、前記隣接するバーナ間隔は前記溶解装置内のその加重バーナ軸−周辺部間の距離の約１．５〜２．５倍であり、
   各中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）は、前記中心バーナ軸（３１、３２、３３、３４、３５）の周囲に投影するそれぞれのバーナ軸円（７１、７２、７３、７４、７５）を有し、前記溶解装置内のその加重バーナ軸−周辺部間の距離に等しい半径（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５）を有し、
   前記溶解装置は、前記位置決め面（１４）における前記バーナ軸円（７１、７２、７３、７４、７５）の間に画定された中心区域（７０）を前記位置決め面（１４）に有し、前記中心溶解区域（７０）は、少なくとも２５０ｍｍの直径を有する、
   ことを特徴とする、溶解装置。
2. 前記溶解装置は、５〜１０個のサブマージ燃焼バーナを具備する、請求項１に記載の溶解装置。
3. 各中心バーナ軸は、垂直面から１５°未満の角度において配列される、請求項１または２に記載の溶解装置。
4. １つ以上のバーナに関して、前記中心バーナ軸は、面に対して、少なくとも１°の角度を形成し、前記面は、バーナ位置決め面に垂直であり、垂直中心溶解チャンバ軸を通過し、バーナ位置を通過する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶解装置。
5. 前記サブマージ燃焼バーナのうちの１つ以上の中心バーナ軸は、チューブバーナ内にチューブの同心円チューブの中心軸を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶解装置。
6. 前記溶解チャンバは、実質的に円筒形である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶解装置。
7. 前記溶解チャンバは、実質的に円筒形であり、１．５ｍ〜３ｍの直径を有する周辺部を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶解装置。
8. 前記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナのそれぞれに関する、前記加重バーナ軸−周辺部間の距離は、２５ｃｍ〜７５ｃｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶解装置。
9. 前記少なくとも５つのサブマージ燃焼バーナのそれぞれに対する、前記隣接するバーナ間隔は、２５ｃｍ〜１２０ｃｍである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶解装置。
10. ガラス繊維、グラスウール、およびストーンウールから成る群から選択されるガラス製品のための生産ラインであって、前記生産ラインは、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の溶解装置
    を備える、生産ライン。
11. 溶融ガラス化可能材料を提供する方法であって、前記方法は、
    固体バッチ材料を請求項１〜１０のいずれかに記載の溶解装置の中に導入するステップと、
    前記溶解装置内に前記溶融ガラス化可能材料を提供するために、前記溶解装置内の前記固体バッチ材料を、サブマージ燃焼によって溶解するステップと
    を備え、
    前記溶解するステップ中、本質的にトロイダルである溶解フローパターンが、前記ガラス化可能材料の溶解物中に生成され、溶解物表面において、大規模な中心に内向きに収束するフローを備え、前記トロイダルフローの回転中心軸は、本質的に垂直であり、前記トロイダル溶解フローは、前記溶解物表面において、大規模な中心に内向きに収束するフローを備える、方法。
12. 前記溶解物は、前記回転軸に近接する中心において下向きに移動し、前記溶解物表面に戻る上昇移動において再循環され、したがって、本質的にトロイダルであるフローパターンを画定する、請求項１１に記載の方法。