JP7459624B2 - ガラス溶解炉、ガラス製造装置及びガラス製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス溶解炉、ガラス製造装置及びガラス製造方法に関する。
ガラス溶解炉は、ガラスを溶解させるため炉内が非常に高温になり、その炉壁、天井等は、内面側に炉内温度に耐性を有する耐火レンガにより構成し、さらに、その外側に耐熱ブロックを設けることで炉内の熱を外部に放出しないようにしている。
そして、溶融するガラスの特殊化により、炉内温度が１６５０℃前後もの高温となる場合、耐火ブロックとして電鋳レンガブロックを使用した、ヴォールト形状のアーチを有する大迫天井構造が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１によれば、ガラス由来の揮発ガス（炉内ガス）が耐火ブロック間の目地を通って炉外へ漏出することで、耐火ブロックの上層に配置された耐熱ブロックが侵食され、ひいては大迫天井構造からの放熱量が増えることが問題となる。そこで、耐火ブロック間の目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物を有する、ガスリークを遮断する構造（ガスリーク遮断層）が提案されている。
特許文献１によれば、ガラス由来の揮発ガス（炉内ガス）が耐火ブロック間の目地を通って炉外へ漏出することで、耐火ブロックの上層に配置された耐熱ブロックが侵食され、ひいては大迫天井構造からの放熱量が増えることが問題となる。そこで、耐火ブロック間の目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物を有する、ガスリークを遮断する構造（ガスリーク遮断層）が提案されている。
しかし、上記の緻密質不定形耐火物は、耐火ブロック間の目地から漏出する揮発ガスと反応することに加え、耐火ブロックから滲み出たガラス質と反応することにより、耐火ブロックと緻密質不定形耐火物とが固着する。そのため、耐火ブロック間の目地及びその周囲において、緻密質不定形耐火物及び耐熱ブロックが侵食されても、これらを交換できないことがあった。
緻密質不定形耐火物及び耐熱ブロックを配置しなければ、大迫天井構造からの放熱量が多くなり、エネルギー損失の増大が生じることになる。
また、大迫天井構造を構成する耐火ブロックは、ガラスの製造を開始する前段階の熱上げ時に膨張する。ガラス溶解炉の長手方向に関しては、ブロックセグメント同士の間に予め設けた隙間部によって、耐火ブロックの膨張を逃がしている。しかし、隙間部は、耐火ブロック間の目地よりも隙間が大きいため、放熱量が大きい。そこで、隙間部を覆うように緻密質不定形耐火物等を配置すると、上記した固着が顕著に生じてしまうため、緻密質不定形耐火物等が侵食されても、これらを交換できないことがあった。
緻密質不定形耐火物及び耐熱ブロックを配置しなければ、大迫天井構造からの放熱量が多くなり、エネルギー損失の増大が生じることになる。
また、大迫天井構造を構成する耐火ブロックは、ガラスの製造を開始する前段階の熱上げ時に膨張する。ガラス溶解炉の長手方向に関しては、ブロックセグメント同士の間に予め設けた隙間部によって、耐火ブロックの膨張を逃がしている。しかし、隙間部は、耐火ブロック間の目地よりも隙間が大きいため、放熱量が大きい。そこで、隙間部を覆うように緻密質不定形耐火物等を配置すると、上記した固着が顕著に生じてしまうため、緻密質不定形耐火物等が侵食されても、これらを交換できないことがあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、上記の目地や隙間部及びその周囲において、緻密質不定形耐火物等で形成されている遮熱部材、及び耐熱ブロック等を交換可能に配置でき、大迫天井構造からの放熱量を減少させることができるガラス溶解炉、ガラス製造装置及びガラス製造方法を提供することを目的とする。
本発明は下記構成からなる。
（１） 複数の耐火ブロックがアーチ状に配置されたブロック列を有する耐火層と、前記耐火層の上方に配置され、前記耐火ブロックよりも気孔率が大きい耐熱ブロックを有する耐熱層と、を備える大迫天井構造のガラス溶解炉であって、
前記耐火層は、複数の前記ブロック列が前記ガラス溶解炉の長手方向に沿って連なる複数のブロックセグメントと、複数の前記ブロックセグメント同士の間に前記耐火ブロックの前記長手方向への熱膨張を吸収する隙間部とを有し、
前記大迫天井構造は、前記隙間部の上部開口を囲んで内側に第１の空間を画成する第１の遮熱部材を備え、
前記第１の遮熱部材は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることを特徴とするガラス溶解炉。
（２） 溶解炉、成形炉及び徐冷炉を備えるガラス製造装置であって、
前記溶解炉は、（１）に記載のガラス溶解炉である、ガラス製造装置。
（３） 溶解工程、成形工程及び徐冷工程をこの順に含むガラス製造方法であって、
前記溶解工程において、（１）に記載のガラス溶解炉を用いる、ガラス製造方法。
（１） 複数の耐火ブロックがアーチ状に配置されたブロック列を有する耐火層と、前記耐火層の上方に配置され、前記耐火ブロックよりも気孔率が大きい耐熱ブロックを有する耐熱層と、を備える大迫天井構造のガラス溶解炉であって、
前記耐火層は、複数の前記ブロック列が前記ガラス溶解炉の長手方向に沿って連なる複数のブロックセグメントと、複数の前記ブロックセグメント同士の間に前記耐火ブロックの前記長手方向への熱膨張を吸収する隙間部とを有し、
前記大迫天井構造は、前記隙間部の上部開口を囲んで内側に第１の空間を画成する第１の遮熱部材を備え、
前記第１の遮熱部材は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることを特徴とするガラス溶解炉。
（２） 溶解炉、成形炉及び徐冷炉を備えるガラス製造装置であって、
前記溶解炉は、（１）に記載のガラス溶解炉である、ガラス製造装置。
（３） 溶解工程、成形工程及び徐冷工程をこの順に含むガラス製造方法であって、
前記溶解工程において、（１）に記載のガラス溶解炉を用いる、ガラス製造方法。
本発明によれば、目地や隙間部及びその周囲において、遮熱部材及び耐熱ブロック等を交換可能に配置でき、大迫天井構造からの放熱量を減少させることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜ガラス溶解炉の構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス溶解炉の概略断面図である。図２は、図１に示すガラス溶解炉を側方から見た概略断面図である。図２は、図１のII－II線断面図に相当する。また、図１は、図２のＩ－Ｉ線断面図に相当する。
＜ガラス溶解炉の構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス溶解炉の概略断面図である。図２は、図１に示すガラス溶解炉を側方から見た概略断面図である。図２は、図１のII－II線断面図に相当する。また、図１は、図２のＩ－Ｉ線断面図に相当する。
図１に示すように、本実施形態のガラス溶解炉１００は、内部にガラス原料が供給される溶解槽１１と、溶解槽１１の上方を覆う上部構造物１３と、を備える。また、図示はしないが、上部構造物１３には加熱用のバーナーが設けられ、溶解槽１１には通電電極が設けられる。この溶解槽１１は、その外部に設けられた適宜な支持構造体によって支持されているが、支持形態はこれに限らない。
溶解槽１１及び上部構造物１３は、Ｘ方向に延びる形状を有する。図１はＸ方向に垂直な面の断面図を示し、Ｘ方向は溶解槽１１の長手方向、Ｙ方向は溶解槽１１の短手方向に対応する。図１のＺ方向は、ガラス溶解炉１００の上下方向に対応する。
ガラス溶解炉１００は、上部構造物１３のバーナー（不図示）の燃焼、及び溶解槽１１の通電電極（不図示）への電圧の印加によって、溶解槽１１内部に供給されたガラス原料を溶解する。溶解槽１１は、底部１５と側壁部１７とを備え、溶解して得られた溶融ガラスＧを保持する。また、図２に示すように、ガラス溶解炉１００のＸ方向下流側には、溶解槽１１の内部に保持された溶融ガラスＧを排出するガラス排出路３５が設けられる。
上部構造物１３は、溶解槽１１の側壁部１７より上方に立ち上がる横壁部材１９と、横壁部材１９の上方に配置された天井部材２１とを備える。図１に示すように、横壁部材１９は上下に延びており、天井部材２１はヴォールト形状のアーチを有している。ここで、ヴォールト形状とは、中央部が上方向に凸となるアーチ形状を水平方向（Ｘ方向）に延ばして形成した形状である。本明細書では、このヴォールト形状における、アーチ（円弧）を形成している方向を周方向、アーチ形状を水平方向に延ばした方向を長手方向（Ｘ方向）ともいう。
天井部材２１（大迫天井構造）は、複数の耐火ブロック２３がアーチ状に配置されたブロック列を有する耐火層２５と、耐火層２５の上方に配置され、耐火ブロック２３よりも気孔率が大きい耐熱ブロック２７を有する耐熱層２９と、を備える。
図２に示すように、耐火層２５は、複数のブロック列がガラス溶解炉１００の長手方向（Ｘ方向）に沿って連なる複数のブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４と、複数のブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４同士の間に耐火ブロック２３の長手方向（Ｘ方向）への熱膨張を吸収する隙間部Ｓとを有する。
大迫天井構造は、隙間部Ｓの上部開口４１（図４参照）を囲んで内側に第１の空間４５を画成する第１の遮熱部材５１を備える。第１の遮熱部材５１は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されている。
大迫天井構造は、耐火層２５と耐熱層２９との間に、耐火ブロック２３間の目地を覆って設けられている目地用遮熱部材５９を備え、目地用遮熱部材５９は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることが好ましい。これにより、耐火ブロック２３間の目地５７からの揮発ガスのリークを防止するとともに、断熱効果が高められるので、大迫天井構造からの放熱量が減少するという効果を奏する。
また、大迫天井構造は、耐火層２５と耐熱層２９との間に、耐火ブロック２３間の目地５７の上部を囲んで内側に第２の空間６１（図５参照）を画成する第２の遮熱部材６２を備えてもよい。第２の遮熱部材６２は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることが好ましい。これにより、上記の効果に加え、目地５７からの熱が拡散されて、遮熱層３１が局所的に強く加熱されることを抑制できる。
耐熱層２９の上面は、保温部材３３によって覆われている。
耐火層２５は、ヴォールト形状であるため、重力により自立して一体的に構成され、複数の耐火ブロック２３が周方向に沿ってアーチ状に配置されたブロック列を、長手方向に沿って複数列有している。ブロック列は、所定の列数ごとに１つのブロックセグメントとして纏められる。
図２に示すように、耐火層２５は、複数のブロック列がガラス溶解炉１００の長手方向（Ｘ方向）に沿って連なる複数のブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４と、複数のブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４同士の間に耐火ブロック２３の長手方向（Ｘ方向）への熱膨張を吸収する隙間部Ｓとを有する。
大迫天井構造は、隙間部Ｓの上部開口４１（図４参照）を囲んで内側に第１の空間４５を画成する第１の遮熱部材５１を備える。第１の遮熱部材５１は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されている。
大迫天井構造は、耐火層２５と耐熱層２９との間に、耐火ブロック２３間の目地を覆って設けられている目地用遮熱部材５９を備え、目地用遮熱部材５９は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることが好ましい。これにより、耐火ブロック２３間の目地５７からの揮発ガスのリークを防止するとともに、断熱効果が高められるので、大迫天井構造からの放熱量が減少するという効果を奏する。
また、大迫天井構造は、耐火層２５と耐熱層２９との間に、耐火ブロック２３間の目地５７の上部を囲んで内側に第２の空間６１（図５参照）を画成する第２の遮熱部材６２を備えてもよい。第２の遮熱部材６２は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されていることが好ましい。これにより、上記の効果に加え、目地５７からの熱が拡散されて、遮熱層３１が局所的に強く加熱されることを抑制できる。
耐熱層２９の上面は、保温部材３３によって覆われている。
耐火層２５は、ヴォールト形状であるため、重力により自立して一体的に構成され、複数の耐火ブロック２３が周方向に沿ってアーチ状に配置されたブロック列を、長手方向に沿って複数列有している。ブロック列は、所定の列数ごとに１つのブロックセグメントとして纏められる。
＜耐火層＞
図３は、耐火層２５を上方から見た模式的な概略上視図である。
図３においては、周方向に１２個の耐火ブロック２３が配置されたブロック列を長手方向に３列連ねた４つのブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４が示されている。
図３は、耐火層２５を上方から見た模式的な概略上視図である。
図３においては、周方向に１２個の耐火ブロック２３が配置されたブロック列を長手方向に３列連ねた４つのブロックセグメントＳＥＧ１、ＳＥＧ２、ＳＥＧ３、ＳＥＧ４が示されている。
ブロックセグメント内の各耐火ブロック２３は、互いに隙間無く詰めた状態で配置される。つまり、耐火ブロック２３は、ブロック間の隙間が大きく開かないようにブロック同士の接触部分は滑らかに、そして、隣接したブロック同士が対応した形状に形成される。長手方向に沿ったブロックセグメント同士の間には、間隔ΔＬの隙間部Ｓが設けられている。
ブロックセグメント間の隙間部Ｓは、ガラスの製造を開始する前段階の熱上げ時に、耐火ブロック２３の長手方向への熱膨張を吸収するための集中膨張部として機能する。具体的には、隙間部Ｓは、ガラス溶解炉１００の熱上げ開始前に所定の間隔が空けられ、熱上げ時に耐火ブロック２３の熱膨張によって狭くなるが、熱上げ終了後に隙間部Ｓが完全に塞がれることはなく、その間隔はΔＬとなる。隙間部Ｓの間隔は、例えば、熱上げ開始前が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、熱上げ終了後が０ｍｍを超え２０ｍｍ以下である。
耐火ブロック２３は、耐火性及びガラス蒸気（揮発ガス）に対する耐食性を有する。耐火ブロック２３は、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質及びアルミナ・ジルコニア・シリカ質からなる群から選ばれる１以上である耐火物の電鋳レンガブロックであることが好ましい。シリカ質、ムライト質などの耐火物の耐火ブロックが用いられてもよい。なお、本明細書では、シリカ質とはＳｉＯ２を主成分とする意味で使用し、ムライト質等も同様の意味で使用する。ここで、主成分とは成分含有量（アルミナ・ジルコニア・シリカ質のような場合にはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＳｉＯ２の合計）が５０質量％以上のものをいう。
ここで用いる耐火ブロック２３は、ガラス溶解炉１００の操業条件に応じて適宜選択できる。例えば、バーナーの支燃性ガスとして酸素ガス又は酸素濃度を高めたガスを用いる酸素燃焼方式のガラス溶解炉の場合には、耐火温度、耐食性の高い電鋳レンガブロックが好ましく、特に、アルミナ・ジルコニア質の電鋳レンガブロックが好ましい。
電鋳レンガブロックは、焼成レンガブロックに比べて、高温で溶解した溶融ガラスＧに対して高い耐食性を有しており、溶融ガラスＧを汚染しにくい、という優れた特性を有する。また、電鋳レンガブロックは、焼成レンガブロックに比べて比抵抗が低いという特性も有する。
電鋳レンガブロックとしては、ＡＺＳ系電鋳レンガ、ジルコニア系電鋳レンガ、又はアルミナ系電鋳レンガが挙げられる。
＜遮熱層＞
図１及び図２に示すように、耐火層２５と耐熱層２９との間に、第１の遮熱部材５１（図２参照）を含む遮熱層３１が形成されていることが好ましい。遮熱層３１は、更に遮熱ブロック３０、６０と、目地用遮熱部材５９とを有する。
遮熱ブロック３０は、耐火層２５の上に配置される。目地用遮熱部材５９は、耐火層２５の外表面に設けられ、耐火ブロック２３間の目地５７を覆って、目地５７からの揮発ガスのリークを防止する。遮熱ブロック６０は、目地用遮熱部材５９の上に配置される。遮熱ブロック３０、６０は、断熱不定形耐火物で形成されていることが好ましい。また、目地用遮熱部材５９は、緻密質不定形耐火物で形成されていることが好ましい。
なお、遮熱層３１は、耐火ブロック２３と第１の遮熱部材５１の外側面を覆うように、緻密質不定形耐火物や断熱不定形耐火物を塗布して形成してもよい。
いずれの場合にも、遮熱層３１は、耐火層２５の外表面に一体的に、且つ、気密に形成される。これにより、耐火ブロック２３の膨張による上方への盛り上がりが生じても、耐火ブロック２３間の隙間が大きく空いてしまうことがない。このように、遮熱層３１は、ガスリークを有効に防止して、炉内の熱や、揮発ガスが外部に漏出するのを防止する。
図１及び図２に示すように、耐火層２５と耐熱層２９との間に、第１の遮熱部材５１（図２参照）を含む遮熱層３１が形成されていることが好ましい。遮熱層３１は、更に遮熱ブロック３０、６０と、目地用遮熱部材５９とを有する。
遮熱ブロック３０は、耐火層２５の上に配置される。目地用遮熱部材５９は、耐火層２５の外表面に設けられ、耐火ブロック２３間の目地５７を覆って、目地５７からの揮発ガスのリークを防止する。遮熱ブロック６０は、目地用遮熱部材５９の上に配置される。遮熱ブロック３０、６０は、断熱不定形耐火物で形成されていることが好ましい。また、目地用遮熱部材５９は、緻密質不定形耐火物で形成されていることが好ましい。
なお、遮熱層３１は、耐火ブロック２３と第１の遮熱部材５１の外側面を覆うように、緻密質不定形耐火物や断熱不定形耐火物を塗布して形成してもよい。
いずれの場合にも、遮熱層３１は、耐火層２５の外表面に一体的に、且つ、気密に形成される。これにより、耐火ブロック２３の膨張による上方への盛り上がりが生じても、耐火ブロック２３間の隙間が大きく空いてしまうことがない。このように、遮熱層３１は、ガスリークを有効に防止して、炉内の熱や、揮発ガスが外部に漏出するのを防止する。
緻密質不定形耐火物で形成されている目地用遮熱部材５９は、耐火ブロック２３上で緻密な組織を構築してガスリークを確実に防止する。緻密質不定形耐火物は、その嵩比重が１１０℃で３．０以上であると好ましく、３．１以上がより好ましい。
緻密質不定形耐火物としては、揮発ガスとの反応にも強い成分が好ましく、その場合には、アルミナ質とし、Ａｌ２Ｏ３を、耐火物中に８５質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含有する耐火物とする。緻密質不定形耐火物としては、例えば、ＡＧＣセラミックス株式会社製の高アルミナ質セルフフローキャスタブル材（型番 ＲＦ－ＳＲＣ１）等が挙げられる。
断熱不定形耐火物は、１１０℃における嵩比重が１．２以下であると好ましく、１．１以下がより好ましい。また、断熱不定形耐火物は、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であると好ましく、０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましい。
断熱不定形耐火物としては、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質などが使用できるが、耐熱性と、ガラスへの耐食性の点で、アルミナ・ジルコニア質が好ましい。アルミナ・ジルコニア質としては、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２を合わせた含有量が８０質量％以上であると好ましく、８５質量％以上がより好ましい。断熱不定形耐火物としては、例えば、サーモテクトウォール（登録商標）（ＡＧＣセラミックス株式会社製 型番 ＴＭＴ１６００）等が挙げられる。
断熱不定形耐火物は、１１０℃における嵩比重が１．２以下であると好ましく、１．１以下がより好ましい。また、断熱不定形耐火物は、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であると好ましく、０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましい。
断熱不定形耐火物としては、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質などが使用できるが、耐熱性と、ガラスへの耐食性の点で、アルミナ・ジルコニア質が好ましい。アルミナ・ジルコニア質としては、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２を合わせた含有量が８０質量％以上であると好ましく、８５質量％以上がより好ましい。断熱不定形耐火物としては、例えば、サーモテクトウォール（登録商標）（ＡＧＣセラミックス株式会社製 型番 ＴＭＴ１６００）等が挙げられる。
＜耐熱層＞
耐熱層２９は、複数の耐熱ブロック２７、２８を有して構成され、第１の遮熱部材５１の一部（遮熱板４９）を含む。耐熱ブロック２７は、遮熱層３１の上に配置される。耐熱ブロック２８は、第１の遮熱部材５１の上に配置される。なお、耐熱層２９は、第１の遮熱部材５１の一部（遮熱板４９）を含まなくてもよい。この場合、遮熱板４９は、遮熱層３１に含まれることになる。
耐熱ブロック２７、２８は、大迫天井構造の断熱効果を高めて、炉内の熱を外部に逃がしにくくしている。耐熱ブロック２７、２８は、アルミナ・ジルコニア質の耐火物で形成されていることが好ましい。この耐火物は、耐火ブロック２３の耐火物よりも軽量で、嵩比重が小さく、熱伝導率が低い素材である。これにより、天井部材２１自体の重量の増加を抑えつつ、断熱効果を向上できる。
耐熱層２９は、複数の耐熱ブロック２７、２８を有して構成され、第１の遮熱部材５１の一部（遮熱板４９）を含む。耐熱ブロック２７は、遮熱層３１の上に配置される。耐熱ブロック２８は、第１の遮熱部材５１の上に配置される。なお、耐熱層２９は、第１の遮熱部材５１の一部（遮熱板４９）を含まなくてもよい。この場合、遮熱板４９は、遮熱層３１に含まれることになる。
耐熱ブロック２７、２８は、大迫天井構造の断熱効果を高めて、炉内の熱を外部に逃がしにくくしている。耐熱ブロック２７、２８は、アルミナ・ジルコニア質の耐火物で形成されていることが好ましい。この耐火物は、耐火ブロック２３の耐火物よりも軽量で、嵩比重が小さく、熱伝導率が低い素材である。これにより、天井部材２１自体の重量の増加を抑えつつ、断熱効果を向上できる。
耐熱ブロック２７、２８は、１１０℃における嵩比重が１．２以下であり、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。これにより、軽量性、断熱性に優れた大迫天井構造を提供できる。
耐熱ブロック２７、２８は、不定形耐火物により形成されることが好ましく、予めブロック状に成形（プレキャスト）及び乾燥しておき、それを耐火ブロック２３や第１の遮熱部材５１の上に載置、固定してもよい。また、耐火ブロック２３や第１の遮熱部材５１の上に、不定形耐火物などを吹付け、流し込み、小手塗り、スタンピング等で、所望の位置に所望の形状となるように形成してもよい。耐熱ブロック２７、２８は、例えばサーモテクトウォール（登録商標）（ＡＧＣセラミックス株式会社製 型番 ＴＭＴ１６００）により形成できる。なお、遮熱ブロック３０、６０の上に配置される耐熱ブロック２７は、遮熱ブロック３０、６０により大迫天井構造からの放熱量を減少できているので、より安価なＡ類耐火断熱れんが等であってもよい。
＜保温部材＞
保温部材３３は、無機繊維を含有する、繊維織物又は固形ボードであることが好ましい。保温部材３３は、耐熱ブロック２７、２８上に交換可能に配置される。無機繊維は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯを含む人造鉱物繊維、又はセラミックファイバーを含むことが好ましい。保温部材３３を繊維織物で構成することで、保温部材３３の配置自由度、形状自由度を高められる。また、これら無機繊維は、耐熱ブロック２７、２８と接する部分の温度が９００℃～１３００℃の高温に達した場合でも、熱ダメージを殆ど受けることがない優れた耐熱性を有する。保温部材３３の厚さは、１０～１００ｍｍ、好ましくは３０～７０ｍｍ、更に好ましくは４０～６０ｍｍである。
保温部材３３は、無機繊維を含有する、繊維織物又は固形ボードであることが好ましい。保温部材３３は、耐熱ブロック２７、２８上に交換可能に配置される。無機繊維は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯを含む人造鉱物繊維、又はセラミックファイバーを含むことが好ましい。保温部材３３を繊維織物で構成することで、保温部材３３の配置自由度、形状自由度を高められる。また、これら無機繊維は、耐熱ブロック２７、２８と接する部分の温度が９００℃～１３００℃の高温に達した場合でも、熱ダメージを殆ど受けることがない優れた耐熱性を有する。保温部材３３の厚さは、１０～１００ｍｍ、好ましくは３０～７０ｍｍ、更に好ましくは４０～６０ｍｍである。
溶融ガラスＧがアルカリ金属を含有するガラス（例えば、ソーダライムガラス）である場合、炉内からの揮発ガスにＮａ成分が含まれる。また、溶融ガラスＧがアルカリ金属を実質的に含有しない無アルカリガラスであっても、耐火ブロック２３がＮａ成分を含有する耐火物からなる場合、耐火ブロック２３に含まれるＮａ成分が揮発することで、炉内からの揮発ガスにＮａ成分が含まれる。
揮発ガスのＮａ成分が遮熱層３１で結露すると、遮熱層３１とＮａ成分とが反応し、遮熱層３１の融点を低下させる。このため、遮熱層３１は揮発ガスに晒されると溶損することになり、遮熱層３１の交換サイクルを早めてしまう。このことは耐熱ブロック２７、２８についても同様であり、溶損によって耐熱ブロック２７、２８の交換サイクルを早めてしまう。
揮発ガスのＮａ成分が遮熱層３１で結露すると、遮熱層３１とＮａ成分とが反応し、遮熱層３１の融点を低下させる。このため、遮熱層３１は揮発ガスに晒されると溶損することになり、遮熱層３１の交換サイクルを早めてしまう。このことは耐熱ブロック２７、２８についても同様であり、溶損によって耐熱ブロック２７、２８の交換サイクルを早めてしまう。
そこで、保温部材３３は、耐熱ブロック２７、２８と接する部分の温度が９００℃以上であることが好ましい。揮発ガスのＮａ成分が凝集する温度は８００～９５０℃程度であり、９００℃以上の温度では凝集が生じにくくなるからである。なお、耐熱ブロック２７、２８と接する部分の温度は、熱電対を用いて測定した温度である。
そのため、耐熱ブロック２７、２８の上面は、保温部材３３で覆われていることが好ましい。この構成によれば、耐熱ブロック２７、２８に揮発ガスのＮａ成分の凝集が生じにくくなり、耐熱ブロック２７、２８の損傷を抑制できる。
そのため、耐熱ブロック２７、２８の上面は、保温部材３３で覆われていることが好ましい。この構成によれば、耐熱ブロック２７、２８に揮発ガスのＮａ成分の凝集が生じにくくなり、耐熱ブロック２７、２８の損傷を抑制できる。
一方、保温部材３３は、揮発ガスのＮａ成分の凝集が生じるため、凝集状態に応じて、又は定期的に交換することが好ましい。保温部材３３は、天井部材２１の最も外側に配置される部材であるため、その交換作業は炉体の分解作業を伴わず、簡便な作業で済む。
なお、保温部材３３は、上記したように、無機繊維を含有する固形ボードを用いることもできる。固形ボードとしては、ニチアス株式会社製のファインフレックス（登録商標）１３００ハードボード等の板材等が挙げられる。
＜耐火ブロックのブロックセグメント間の遮熱層の具体的構造＞
図４は、図２に示す天井部材２１の隙間部Ｓの配置部分Ｐを拡大した一部拡大断面図である。
耐火層２５においては、ブロックセグメントＳＥＧ１の耐火ブロック２３と、ブロックセグメントＳＥＧ２の耐火ブロック２３との間に隙間部Ｓが設けられている。
図４は、図２に示す天井部材２１の隙間部Ｓの配置部分Ｐを拡大した一部拡大断面図である。
耐火層２５においては、ブロックセグメントＳＥＧ１の耐火ブロック２３と、ブロックセグメントＳＥＧ２の耐火ブロック２３との間に隙間部Ｓが設けられている。
耐火層２５の上層に配置される遮熱層３１では、隙間部Ｓの上部開口４１の位置に、上部開口４１を囲む第１の空間４５が設けられる。第１の空間４５は、Ｘ方向（長手方向）に長さＬ、Ｚ方向に高さＨの矩形断面を有し、Ｙ方向に連続する空間を有する。この第１の空間４５は、上部開口４１から約Ｌ／２だけ離間した位置に配置された一対の遮熱壁４７Ａ、４７Ｂと、上部開口４１に対向する耐熱層２９に設けられた遮熱板４９と、耐火ブロック２３の上面とによって画成される。一対の遮熱壁４７Ａ、４７Ｂと遮熱板４９からなる第１の遮熱部材５１は、隙間部Ｓから放出される炉内の熱や揮発ガスを、第１の空間４５に閉じ込める。
第１の遮熱部材５１は、気孔率が５０％以下の耐火物で形成される。これにより、第１の遮熱部材５１の強度を確保しながら、大迫天井構造の断熱効果を高めることができる。第１の遮熱部材５１の気孔率は、好ましくは４０％以下、更に好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下である。なお、本明細書における気孔率及び嵩比重は、ＪＩＳ Ｒ２２０５の「耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法」に準じて測定した。
第１の遮熱部材５１は、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質及びアルミナ・ジルコニア・シリカ質からなる群から選ばれる１以上の耐火物であることが好ましい。これにより、耐熱性と揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。耐火物としては、例えば、ＡＧＣセラミックス株式会社製の高アルミナ質セルフフローキャスタブル材（型番 ＲＦ－ＳＲＣ１）等が挙げられる。
また、第１の遮熱部材５１は、１１０℃における嵩比重が３．０以上であり、Ａｌ２Ｏ３を８５質量％以上含有するアルミナ質の耐火物であることが好ましい。これにより、緻密な組織を構築してガスリークを確実に防止するとともに、揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。
また、第１の遮熱部材５１は、ジルコン質、アルミナ・ジルコン質、シリマナイト質、スピネル質、ムライト質及びデンシスジルコン質からなる群から選ばれる１以上の耐火物であることが好ましい。これにより、耐熱性と揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。
第１の遮熱部材５１は、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質及びアルミナ・ジルコニア・シリカ質からなる群から選ばれる１以上の耐火物であることが好ましい。これにより、耐熱性と揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。耐火物としては、例えば、ＡＧＣセラミックス株式会社製の高アルミナ質セルフフローキャスタブル材（型番 ＲＦ－ＳＲＣ１）等が挙げられる。
また、第１の遮熱部材５１は、１１０℃における嵩比重が３．０以上であり、Ａｌ２Ｏ３を８５質量％以上含有するアルミナ質の耐火物であることが好ましい。これにより、緻密な組織を構築してガスリークを確実に防止するとともに、揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。
また、第１の遮熱部材５１は、ジルコン質、アルミナ・ジルコン質、シリマナイト質、スピネル質、ムライト質及びデンシスジルコン質からなる群から選ばれる１以上の耐火物であることが好ましい。これにより、耐熱性と揮発ガスに対する耐食性を高めることができる。
第１の遮熱部材５１は、不定形耐火物の吹付け、流し込み、小手塗り、スタンピング等により形成できるが、予めブロック状に成形した部材を、耐熱層２９と遮熱層３１の対応する位置に配置する形態であってもよい。
また、遮熱板４９の形態は、上側が耐熱ブロック２８と同様の耐火物からなり、下側が気孔率５０％以下の耐火物からなる２層ブロックの形態であってもよい。これにより、遮熱板４９の組み付け作業や交換作業が煩雑にならず、製造コスト、メンテナンスコストを低減できる。
第１の空間４５の高さＨは、２０ｍｍ以上であることが好ましい。高さＨは、より好ましくは２５ｍｍ以上、更に好ましくは３０ｍｍ以上である。その場合、隙間部Ｓからの熱が第１の空間４５の中で拡散され、遮熱板４９における隙間部Ｓの直上の位置が集中して加熱されることがない。その結果、遮熱板４９から耐熱層２９の広い範囲に均等に熱伝達され、耐熱層２９の急峻な温度上昇が抑制される。また、第１の空間４５の高さＨが高いほど、第１の空間４５に露出する第１の遮熱部材５１の面積を大きく確保できるため、炉内から隙間部Ｓを通じて入り込む熱が、第１の遮熱部材５１の広い面積で熱交換される。
また、第１の空間４５の高さＨと、第１の空間の長手方向の長さＬとの比Ｈ／Ｌは、０．１～１であることが好ましい。比Ｈ／Ｌは、より好ましくは０．２以上、更に好ましくは０．３以上である。また、比Ｈ／Ｌは、より好ましくは０．９以下、更に好ましくは０．８以下である。
隙間部Ｓの上部開口４１には、長手方向に隙間部Ｓよりも広幅な溝部５３が形成され、溝部５３には、上部開口４１を塞ぐ蓋部材５５が配置されていることが好ましい。蓋部材５５は、炉内からの熱や揮発ガスを遮蔽して、隙間部Ｓを通じて第１の空間４５内に入り込む熱量や揮発ガスの量を低減する。
また、遮熱層３１には、耐火ブロック２３間の目地５７を覆う、第１の遮熱部材５１と同様の材料からなる目地用遮熱部材５９を設けることが好ましい。その場合、目地用遮熱部材５９の上には、遮熱ブロック３０と同様の材料からなる遮熱ブロック６０を配置することが好ましい。目地用遮熱部材５９が目地５７を覆って配置されることで、炉内からの熱や揮発ガスが、目地５７の位置で集中的に遮熱層３１へ入り込むことを抑制できる。なお、目地用遮熱部材５９の形状は、図４に示す板状に限らない。
図５は、第２の遮熱部材の一例を示す目地部分の一部拡大断面図である。図６は、第２の遮熱部材と遮熱板の一例を示す目地部分の一部拡大断面図である。大迫天井構造は、図４の目地用遮熱部材５９の代わりに、図５、図６の第２の遮熱部材６２を備えてもよい。
図５に示すように、第２の遮熱部材６２は、目地５７の上部を断面門型に囲んで配置され、内側に第２の空間６１を画成する構成にしてもよい。この構成によれば、炉内からの熱や揮発ガスが目地５７を通じて第２の空間６１に入り込む。これにより、目地５７からの熱が拡散されて、遮熱層３１が局所的に強く加熱されることを抑制できる。また、目地５７からの揮発ガスの流れの勢いが緩和され、遮熱層３１への流れ込みを抑制できる。
図５に示すように、第２の遮熱部材６２は、目地５７の上部を断面門型に囲んで配置され、内側に第２の空間６１を画成する構成にしてもよい。この構成によれば、炉内からの熱や揮発ガスが目地５７を通じて第２の空間６１に入り込む。これにより、目地５７からの熱が拡散されて、遮熱層３１が局所的に強く加熱されることを抑制できる。また、目地５７からの揮発ガスの流れの勢いが緩和され、遮熱層３１への流れ込みを抑制できる。
また、図６に示すように、上記した第２の遮熱部材６２内の第２の空間６１に、第２の遮熱部材６２と同様の材料からなる遮熱板６３を配置してもよい。遮熱板６３が目地５７の直上を覆うことで、断熱効果と揮発ガスの遮蔽効果をより向上できる。
以上説明したように、本実施形態のガラス溶解炉によれば、耐火ブロック２３の熱膨張を逃がすための隙間部Ｓを設けても、隙間部Ｓからの放熱による耐熱ブロック２７や遮熱層３１の溶損が生じにくくなる。よって、ガラス溶解炉１００は、熱効率を低下させることなく、第１の遮熱部材５１及び耐熱ブロック２７、２８、保温部材３３等を容易に交換でき、メンテナンス性の向上と低コスト化が図れた構成にできる。
＜ガラス製造装置及びガラス製造方法＞
次に、溶解炉として本実施形態のガラス溶解炉を用いたガラス製造装置及びガラス製造方法について説明する。図７は、ガラス製造方法の手順を示すフローチャートである。
次に、溶解炉として本実施形態のガラス溶解炉を用いたガラス製造装置及びガラス製造方法について説明する。図７は、ガラス製造方法の手順を示すフローチャートである。
ガラス原料をガラス溶解炉内に供給し、バーナーの火炎をガラス原料に向かって放射することにより、ガラス原料を加熱して溶解する（溶解工程Ｓ１）。バーナーの火炎によって加熱すると共に、複数の通電電極に電圧を印加することによって通電し、ガラス原料を加熱してもよい。
ガラス原料を溶解して得られた溶融ガラスは、ガラス溶解炉より下流側に設けられた成形炉で成形される（成形工程Ｓ２）。成形されたガラスは、成形炉より下流側に設けられた徐冷炉で徐冷され、ガラス物品となる（徐冷工程Ｓ３）。
ガラス物品としてガラス板を得るには、例えばフロート法が用いられる。フロート法は、フロートバス内に収容される溶融金属（例えば、溶融スズ）上に導入された溶融ガラスを帯板状のガラスリボンとする方法である。ガラスリボンは、溶融金属から引き上げられ、徐冷炉内で搬送されながら徐冷され、板ガラスとなる。板ガラスは、徐冷炉から搬出された後、切断機によって所定の寸法形状に切断され製品であるガラス板となる。
また、ガラス板を得るのに別の成形方法として、フュージョン法を用いてもよい。フュージョン法は、樋状部材の左右両側の上縁から溢れ出した溶融ガラスを、樋状部材の左右両側面に沿って流下させ、左右両側面が交わる下縁で合わせることにより、帯板状のガラスリボンとする方法である。溶融ガラスリボンは、鉛直方向下方に移動しながら徐冷され、板ガラスとなる。板ガラスは、切断機によって所定の寸法形状に切断され、製品であるガラス板となる。
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
１１ 溶解槽
１３ 上部構造物
１５ 底部
１７ 側壁部
１９ 横壁部材
２１ 天井部材
２３ 耐火ブロック
２５ 耐火層
２７、２８ 耐熱ブロック
２９ 耐熱層
３０、６０ 遮熱ブロック
３１ 遮熱層
３３ 保温部材
４１ 上部開口
４５ 第１の空間
４７Ａ、４７Ｂ 遮熱壁
４９ 遮熱板
５１ 第１の遮熱部材
５３ 溝部
５５ 蓋部材
５７ 目地
５９ 目地用遮熱部材
６１ 第２の空間
６２ 第２の遮熱部材
６３ 遮熱板
１００ ガラス溶解炉
１３ 上部構造物
１５ 底部
１７ 側壁部
１９ 横壁部材
２１ 天井部材
２３ 耐火ブロック
２５ 耐火層
２７、２８ 耐熱ブロック
２９ 耐熱層
３０、６０ 遮熱ブロック
３１ 遮熱層
３３ 保温部材
４１ 上部開口
４５ 第１の空間
４７Ａ、４７Ｂ 遮熱壁
４９ 遮熱板
５１ 第１の遮熱部材
５３ 溝部
５５ 蓋部材
５７ 目地
５９ 目地用遮熱部材
６１ 第２の空間
６２ 第２の遮熱部材
６３ 遮熱板
１００ ガラス溶解炉
Claims (19)
- 複数の耐火ブロックがアーチ状に配置されたブロック列を有する耐火層と、前記耐火層の上方に配置され、前記耐火ブロックよりも気孔率が大きい耐熱ブロックを有する耐熱層と、を備える大迫天井構造のガラス溶解炉であって、
前記耐火層は、複数の前記ブロック列が前記ガラス溶解炉の長手方向に沿って連なる複数のブロックセグメントと、複数の前記ブロックセグメント同士の間に前記耐火ブロックの前記長手方向への熱膨張を吸収する隙間部とを有し、
前記大迫天井構造は、前記隙間部の上部開口を囲んで内側に第１の空間を画成する第１の遮熱部材を備え、
前記第１の遮熱部材は、気孔率５０％以下の耐火物で形成され、
前記耐熱ブロックが、前記第１の遮熱部材の上に配置されていることを特徴とするガラス溶解炉。 - 前記耐火層と前記耐熱層との間に、前記第１の遮熱部材を含む遮熱層が形成されている、請求項１に記載のガラス溶解炉。
- 前記第１の遮熱部材は、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質及びアルミナ・ジルコニア・シリカ質からなる群から選ばれる１以上の耐火物である、請求項１又は２に記載のガラス溶解炉。
- 前記第１の遮熱部材は、１１０℃における嵩比重が３．０以上であり、Ａｌ２Ｏ３を８５質量％以上含有するアルミナ質の耐火物である、請求項１又は２に記載のガラス溶解炉。
- 前記第１の遮熱部材は、ジルコン質、アルミナ・ジルコン質、シリマナイト質、スピネル質、ムライト質及びデンシスジルコン質からなる群から選ばれる１以上の耐火物である、請求項１又は２に記載のガラス溶解炉。
- 前記第１の空間の高さは２０ｍｍ以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記第１の空間の高さＨと、前記第１の空間の前記長手方向の長さＬとの比Ｈ／Ｌは、０．１～１である、請求項１～６のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記隙間部の上部開口には、前記長手方向に前記隙間部よりも広幅な溝部が形成され、
前記溝部には、前記上部開口を塞ぐ蓋部材が配置されている、請求項１～７のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。 - 前記大迫天井構造は、前記耐火層と前記耐熱層との間に、前記耐火ブロック間の目地を覆って設けられている目地用遮熱部材を備え、
前記目地用遮熱部材は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。 - 前記大迫天井構造は、前記耐火層と前記耐熱層との間に、前記耐火ブロック間の目地の上部を囲んで内側に第２の空間を画成する第２の遮熱部材を備え、
前記第２の遮熱部材は、気孔率５０％以下の耐火物で形成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。 - 前記耐熱ブロックの上面は保温部材で覆われている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記保温部材は、無機繊維を含有する、繊維織物又は固形ボードである、請求項１１に記載のガラス溶解炉。
- 前記無機繊維は、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＣａＯを含む人造鉱物繊維、又はセラミックファイバーを含む、請求項１２に記載のガラス溶解炉。
- 前記保温部材は、前記耐熱ブロックと接する部分の温度が９００℃以上である、請求項１１～１３のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記耐火ブロックは、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質及びアルミナ・ジルコニア・シリカ質からなる群から選ばれる１以上である耐火物の電鋳レンガブロックである、請求項１～１４のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記耐熱ブロックは、アルミナ・ジルコニア質の耐火物で形成されている、請求項１～１５のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
- 前記耐熱ブロックにおいて、１１０℃における嵩比重は１．２以下であり、１０００℃における熱伝導率は０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、請求項１６に記載のガラス溶解炉。
- 溶解炉、成形炉及び徐冷炉を備えるガラス製造装置であって、
前記溶解炉は、請求項１～１７のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である、ガラス製造装置。 - 溶解工程、成形工程及び徐冷工程をこの順に含むガラス製造方法であって、
前記溶解工程において、請求項１～１７のいずれか１項に記載のガラス溶解炉を用いる、ガラス製造方法。
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