JP6477288B2 - ガラス溶融炉、及びガラス溶融炉の保温方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラスを生成するガラス溶融炉、及び、ガラス溶融炉を保温するための方法に関する。

周知のように、溶融ガラスは、珪砂、石灰石、ソーダ灰、カレット等を調合、混合したガラス原料を溶融させることによって生成される。溶融温度はガラスの組成（品種）等によって異なるが、例えば、約１５００℃と極めて高温である。この溶融ガラスを生成するための設備としては、特許文献１に開示されているようなガラス溶融炉が広く採用されるに至っている。

ガラス溶融炉は、複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室を備えており、この溶融室内でガラス原料から溶融ガラスが生成されると共に、生成後の溶融ガラスが加熱される。なお、耐火煉瓦で構成される壁部のうち、溶融室の側方に位置する側壁部には、生成された溶融ガラスを火炎の熱で加熱するためのバーナーや、溶融ガラスを通電による熱で加熱するための電極等が設置される。

特開２０１４−１１１５１１号公報

ところで、省エネルギー化や低コスト化の観点からガラス溶融炉には保温性に優れることが要求される。すなわち、バーナーの燃料コスト等を削減するべく、熱の溶融室外への放熱を可及的に防止することが求められる。しかしながら、従来のガラス溶融炉では、壁部を構成する耐火煉瓦の相互間に形成された隙間から熱が溶融室外へと放熱される等の問題が生じていたため、更なる保温性の向上が期待されているのが現状であった。

上記の事情に鑑みなされた本発明は、熱の溶融室外への放熱を防止することにより、ガラス溶融炉の保温性を向上させることを技術的な課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉であって、壁部の外側壁面の少なくとも一部の領域が、無機繊維からなるブランケットで覆われていることに特徴付けられる。

このような構成によれば、壁部の外側壁面のうち、ブランケットによって覆われた領域では、当該ブランケットで覆われたことにより、壁部を構成する耐火煉瓦の相互間に形成された隙間から、溶融室外へと熱が放熱されることを防止できる。その結果、ガラス溶融炉の保温性を向上させることが可能となる。

上記の構成において、壁部が、溶融室の上方に位置する天井壁部を含み、天井壁部の外側壁面が、ブランケットで覆われていることが好ましい。

壁部のうち、溶融室の上方に位置する天井壁部には、溶融室の側方に位置する側壁部とは異なり、溶融室内の溶融ガラスを加熱するためのバーナー等を設置しないことが通常である。そのため、天井壁部の外側壁面では、側壁部の外側壁面と比較してブランケットを設置するための制約が少ない状態となっている。従って、天井壁部の外側壁面をブランケットで覆えば、壁部の外側壁面の全面積のうち、ブランケットで覆われた領域の面積を大きくとりやすくなり、放熱を防止する効果を効率的に得ることができる。

上記の構成において、ブランケットが、天井壁部の外側壁面に固定されることなく外側壁面上に敷かれていることが好ましい。

天井壁部の外側壁面におけるブランケットで覆われた領域では、ブランケットに覆われたことで放熱が生じにくいため、溶融室の温度が高い程、ブランケット下の耐火煉瓦が熱で変形する等の不具合が発生するおそれが高まる。しかしながら、ブランケットを天井壁部の外側壁面に固定することなく、当該外側壁面上に敷いておけば、耐火煉瓦が変形した場合であっても、ブランケットを捲るだけで変形した耐火煉瓦の補修を実行することが可能となる。

上記の構成において、天井壁部の外側壁面上に、複数のブランケットが並列に並べられた状態で敷かれていると共に、隣り合うブランケットの端部同士がブランケットの厚み方向に重ねられていることが好ましい。

このようにすれば、天井壁部の外側壁面が複数のブランケットによって覆われていることから、変形した耐火煉瓦の補修を行うような場合に、補修の対象となる耐火煉瓦上のブランケットのみを捲るだけで補修を実行することができる。その結果、耐火煉瓦の補修を迅速に行うことが可能である。また、隣り合うブランケットの端部同士がブランケットの厚み方向に重ねられているため、隣り合うブランケットの相互間に隙間が形成され、この隙間から熱が放熱されるような事態の発生も回避することができる。

上記の構成において、ブランケットの表面に、表面硬化剤が塗布されていることが好ましい。

このようにすれば、ブランケットの表面に塗布された表面硬化剤により、熱に起因してブランケットを構成する無機繊維が肌蹴る等、ブランケットが損壊することを好適に防止することが可能である。そのため、放熱を防止する効果を長期に亘って持続させることができる。

上記の構成において、ブランケットの表面のうち、壁部の外側壁面に対向する面の裏側面のみに表面硬化剤が塗布されていることが好ましい。

ブランケットの表面のうち、壁部の外側壁面に対向する面（以下、対向面と表記）の裏側面のみに表面硬化剤が塗布されているため、裏側面以外にも表面硬化剤が塗布されている場合と比較して、コストを可及的に削減することが可能である。ここで、ブランケットの表面のうち、対向面においては、熱に起因してブランケットを構成する無機繊維が肌蹴る等した場合であっても、肌蹴た無機繊維が引き続きブランケットと外側壁面との相互間に介在した状態となることから、放熱を防止する効果が失われることを可及的に回避できる。以上のことから、ブランケットの表面のうち、対向面の裏側面のみに表面硬化剤を塗布すれば、コストを可及的に削減しつつ、放熱を防止する効果を得ることが可能である。

上記の構成において、無機繊維が、その組成として、重量％でＡｌ_２Ｏ_３を２０％〜６０％、ＳｉＯ_２を４０％〜８０％含有することが好ましい。

このようにすれば、上記の組成を有する無機繊維の熱伝導率が低く、断熱性に優れることから、放熱を防止する効果を更に好適に得ることができる。

また、上記の課題を解決するために創案された本発明は、複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉を保温する方法であって、壁部の外側壁面の少なくとも一部領域を、無機繊維からなるブランケットで覆うことに特徴付けられる。

このような方法によれば、上記のガラス溶融炉に係る説明で、これに対応する構成について既に述べた事項と同一の作用・効果を得ることが可能である。

本発明に係るガラス溶融炉、及び、ガラス溶融炉の保温方法によれば、熱の溶融室外への放熱を防止することができるため、ガラス溶融炉の保温性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るガラス溶融炉の概略を示す縦断正面図である。 図１におけるＡ部を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るガラス溶融炉、及びガラス溶融炉の保温方法について添付の図面を参照して説明する。はじめに、本発明の実施形態に係るガラス溶融炉の構成について説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るガラス溶融炉１は、複数の耐火煉瓦で構成される壁部２の内側壁面２ａに囲われた溶融室３を備えている。このガラス溶融炉１は、溶融室３に投入されたガラス原料（例えば、珪砂、石灰石、ソーダ灰、カレットを調合、混合したもの）から溶融ガラス４を生成すると共に、生成後の溶融ガラス４を加熱するように構成されている。

耐火煉瓦で構成される壁部２は、溶融室３の上方に位置する天井壁部５と、この天井壁部５に連なり、且つ溶融室３の側方に位置する側壁部６とを有している。

壁部２のうち、天井壁部５は、その外側壁面２ｂが凸に湾曲するようにアーチ状に形成されている。側壁部６には、溶融室３内の溶融ガラス４を加熱するためのバーナー７が設置されている。このバーナー７は、気体燃料（例えば、天然ガス等）と支燃性ガス（例えば、酸素等）とから火炎７ａを生成し、溶融ガラス４の液面４ａの上方に噴射することにより、火炎７ａの熱で溶融ガラス４を加熱するように構成されている。

ここで、本実施形態においては、天井壁部５がアーチ状に形成されているが、これに限定されるものではなく、天井壁部５は、例えば、平坦に形成されていてもよい。また、本実施形態では、溶融室３内の溶融ガラス４をバーナー７によって加熱する構成となっているが、この限りではない。例えば、側壁部６にヒーターを設置し、ヒーターからの熱で溶融ガラス４を加熱する構成としてもよい。また、側壁部６に電極を設置し、通電による加熱で溶融ガラス４を加熱する構成としてもよい。

図２（図１におけるＡ部を拡大して示す図）に示すように、天井壁部５は、その厚み方向に沿って、最下層となる第一層５ａから最上層となる第五層５ｅまでの五層が積層されてなる構造を有している。第一層５ａから第五層５ｅの各々には、複数の耐火煉瓦が並べられており、同一の層に並べられた耐火煉瓦は、同一の種類の耐火煉瓦となっている。そして、内側壁面２ａに近い層（下側の層）ほど耐火性に優れた耐火煉瓦（耐用温度の高い煉瓦）が並べられると共に、外側壁面２ｂに近い層（上側の層）ほど断熱性に優れた耐火煉瓦（熱伝導率の低い煉瓦）が並べられている。

ここで、本実施形態においては、天井壁部５が五層からなる構造を有しているが、この限りではなく、四層以下、或いは、六層以上からなる構造を有していてもよい。

側壁部６は、天井壁部５と同様にして、その厚み方向に沿って複数の層が積層されてなる構造を有している。そして、内側壁面２ａに近い層ほど耐火性に優れた耐火煉瓦が並べられると共に、外側壁面２ｂに近い層ほど断熱性に優れた耐火煉瓦が並べられている。側壁部６を構成する層の数は、天井壁部５を構成する層の数に対して多くても、少なくてもよく、また、同数の層で構成されていてもよい。

天井壁部５の外側壁面２ｂは、無機繊維からなるブランケット８の複数枚で、その全面が覆われている。これらのブランケット８は、繊維を堆積しながらニードル加工により製造したものである。複数枚のブランケット８の各々は、平面視で矩形に形成されている。そして、複数枚のブランケット８は、並列に並べられた状態で外側壁面２ｂに固定されることなく当該外側壁面２ｂ上に敷かれている。また、隣り合うブランケット８の端部同士は、これらブランケット８の厚み方向に重ねられている。

なお、隣り合うブランケット８の相互間に隙間が形成され、この隙間からの熱の放熱を防止するため、隣り合うブランケット８の重なり代は、１００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、ブランケット８の耐用温度は、１１００℃以上であることが好ましい。

ブランケット８を構成する無機繊維は、その組成として、重量％でＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を２０％〜６０％、ＳｉＯ_２（シリカ）を４０％〜８０％含有している。

ここで、無機繊維の組成としては、上記の組成に限る必要はない。ただし、ブランケット８の耐用温度を１１００℃以上とすることが可能な組成であることが好ましいため、無機繊維の組成を他の組成とする場合には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２に加えて、ＺｒＯ_２（ジルコニア）を含有する組成や、ＳｉＯ_２のみからなる組成とすることが好ましい。

ブランケット８の表面には、表面硬化剤が塗布されている。この表面硬化剤は、ブランケット８の表面のうち、天井壁部５の外側壁面２ｂに対向する面である下面８ａの裏側面となる上面８ｂのみ（上面８ｂの全面）に塗布されている。なお、この表面硬化剤は、無水ケイ酸質の微粒子を水中に分散させたコロイド溶液（重量％でアモルファスシリカ：３０％〜４０％、水：６０％〜７０％の混合物）である。

ここで、本実施形態においては、ブランケット８の表面のうち、上面８ｂのみに表面硬化剤を塗布しているが、この限りではなく、上面８ｂと下面８ａとの両面（両面の各々における全面）に塗布してもよい。

以下、上記のガラス溶融炉１による主たる作用・効果について説明する。

上記のガラス溶融炉１によれば、天井壁部５の外側壁面２ｂがブランケット８で覆われたことにより、天井壁部５を構成する耐火煉瓦の相互間に形成された隙間から、溶融室３外へと熱が放熱されることを防止できる。その結果、ガラス溶融炉１の保温性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係るガラス溶融炉の保温方法について説明する。なお、このガラス溶融炉の保温方法の説明において、上記のガラス溶融炉に係る説明で既に述べた要素については、同一の符号を付すことで重複する説明を省略している。

本発明の実施形態に係るガラス溶融炉の保温方法では、まず、天井壁部５の外側壁面２ｂを覆うための複数枚のブランケット８を作製する。詳細には、表面硬化剤を未塗布のブランケット８を複数枚準備し、スプレーや刷毛等を用いて常温下で各ブランケット８の片面のみ（片面の全面）に表面硬化剤を塗布した後、表面硬化剤を乾燥させる。なお、表面硬化剤を塗布するにあたり、当該表面硬化剤に着色剤（例えば、墨汁等）を混入させた上で各ブランケット８に塗布してもよい。このようにすれば、表面硬化剤を塗布済の箇所と未塗布の箇所との判別が容易となり、ブランケット８にムラなく表面硬化剤を塗布することができる。

次に、各ブランケット８の表面硬化剤が塗布された片面を上面８ｂとすると共に、隣り合うブランケット８の端部同士が重なるように、作製した複数枚のブランケット８を天井壁部５の外側壁面２ｂ上に並列に敷く。なお、ブランケット８は、バーナー７が噴射した火炎７ａの熱によって溶融室３内の温度が十分に高められた後で、外側壁面２ｂ上に敷くことが好ましい。

以下、上記のガラス溶融炉の保温方法の具体例を挙げる。

重量％でＡｌ_２Ｏ_３：４８％、ＳｉＯ_２：５２％を含有した無機繊維からなり、且つ、表面硬化剤が未塗布のブランケット８（平面視で矩形に形成され、縦寸法×横寸法×厚み寸法が６００ｍｍ×１２００ｍｍ×５０ｍｍのもの）を複数枚準備し、重量％でアモルファスシリカ：３０％〜４０％、水：６０％〜７０％の混合物である表面硬化剤を各ブランケット８に塗布した。塗布した表面硬化剤は、六時間かけて乾燥させた。その後、隣り合うブランケット８の端部同士が５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内で重なるように複数枚のブランケット８を天井壁部５の外側壁面２ｂ上に敷いた。

上記の具体例の下でガラス溶融炉１を保温したところ、ブランケット８を天井壁部５の外側壁面２ｂ上に敷く前と比較して、溶融室３内の温度を上昇させることができた。さらに、溶融室３内の温度を維持するために必要なバーナー７の気体燃料の量を抑制することが可能となり、燃料コストを削減することができた。さらに、ブランケット８を敷いて七ヶ月が経過した後、壁部２を構成する耐火煉瓦の変形や損傷の有無を確認したところ、変形や損傷は見られなかった。

ここで、本発明に係るガラス溶融炉、ガラス溶融炉の保温方法は、上記の実施形態で説明した構成、態様に限定されるものではない。上記の実施形態では、天井壁部の外側壁面をブランケットで覆っているが、天井壁部に加えて、側壁部の外側壁面もブランケットで覆ってもよいし、天井壁部と側壁部とのうち、側壁部の外側壁面のみをブランケットで覆ってもよい。また、上記の実施形態では、天井壁部の外側壁面の全面をブランケットで覆っているが、一部の領域のみをブランケットで覆うようにしてもよい（側壁部の外側壁面をブランケットで覆う場合も同じ）。

１ ガラス溶融炉
２ 壁部
２ａ 内側壁面
２ｂ 外側壁面
３ 溶融室
４ 溶融ガラス
４ａ 液面
５ 天井壁部
５ａ 第一層
５ｂ 第二層
５ｃ 第三層
５ｄ 第四層
５ｅ 第五層
６ 側壁部
７ バーナー
７ａ 火炎
８ ブランケット
８ａ 下面
８ｂ 上面

Claims (7)

1. 複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉であって、
   前記壁部の外側壁面の少なくとも一部の領域が、無機繊維からなるブランケットで覆われ、
   前記壁部が、前記溶融室の上方に位置する天井壁部を含み、
   該天井壁部の外側壁面が、前記ブランケットで覆われ、
   前記ブランケットが、前記天井壁部の外側壁面に固定されることなく該外側壁面上に敷かれ、
   前記天井壁部の外側壁面上に、複数の前記ブランケットが並列に並べられた状態で敷かれていると共に、隣り合う前記ブランケットの端部同士が該ブランケットの厚み方向に重ねられていることを特徴とするガラス溶融炉。
2. 前記ブランケットの表面に、表面硬化剤が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融炉。
3. 前記ブランケットの表面のうち、前記壁部の外側壁面に対向する面の裏側面のみに前記表面硬化剤が塗布されていることを特徴とする請求項２に記載のガラス溶融炉。
4. 前記ブランケットが、その組成として、重量％でＡｌ_２Ｏ_３を２０％〜６０％、ＳｉＯ_２を４０％〜８０％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス溶融炉。
5. 複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉を保温する方法であって、
   前記壁部の外側壁面の少なくとも一部領域を、無機繊維からなるブランケットで覆い、
   前記壁部が、前記溶融室の上方に位置する天井壁部を含み、
   該天井壁部の外側壁面を、前記ブランケットで覆い、
   前記ブランケットを、前記天井壁部の外側壁面に固定することなく該外側壁面上に敷き、
   前記天井壁部の外側壁面上に、複数の前記ブランケットを並列に並べた状態で敷くと共に、隣り合う前記ブランケットの端部同士を該ブランケットの厚み方向に重ねることを特徴とするガラス溶融炉の保温方法。
6. 複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉であって、
   前記壁部の外側壁面の少なくとも一部の領域が、無機繊維からなるブランケットで覆われ、
   前記ブランケットの表面に、表面硬化剤が塗布されていることを特徴とするガラス溶融炉。
7. 複数の耐火煉瓦で構成される壁部の内側壁面に囲われた溶融室で溶融ガラスを生成するガラス溶融炉を保温する方法であって、
   前記壁部の外側壁面の少なくとも一部領域を、無機繊維からなるブランケットで覆い、
   前記ブランケットの表面に、表面硬化剤が塗布されていることを特徴とするガラス溶融炉の保温方法。

Images