JPH01164735A - ガラスの溶融方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラスの溶融方法に係り、特に竪型電気溶融炉
を用いて、高品質のガラスを効率的に安定生産すること
がで診るガラスの溶融方法に関する。

［従来の技術］ 従来、カラスの竪型電気溶融炉としては、第３図に示す
ように、炉の最上部に原料投入口１を有し、炉内の溶融
ガラス４に浸漬した電極５よりガラスに直接通電し、発
生するジュール熱によってガラスを加熱して、ガラス素
地表面に供給したガラス原料３を溶融、清澄した後、炉
の底部に設けたガラス出口２よりガラスを作業部に搬送
する構造のものが一般的である。

このような電気溶融炉では、熱エネルギーの有効利用の
ために、溶融カラス４の表面をガラス原料（ハツチ）３
の層で覆う。（即ち、「コールトトップ」を形成する。

）この種の溶解炉では、カラスの溶融、清澄は炉の深さ
方向に進行する。

このような電気溶融炉により高品質のガラスを得るには
、炉の底部の出口を通って作業部に供給されるガラスが
十分な熱履歴をもった、泡や未溶融物のない素地となる
ようにする必要がある。出口に到達するガラスの熱履歴
は、炉内のガラスの温度とガラス素地の流れによって決
まるが、炉内のガラス素地の流れは主として炉内のガラ
スの温度分布に起因する熱対流に支配されるので、品質
の優れたガラスを製造するためには炉内を常に安定した
熱平衡下に置くことが操炉の最大のポイントとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の竪型電気溶融炉においては、炉を
安定した熱平衡下に保つことは極めて困難である。その
原因は、ガラスの溶解量の変更に基づくバッチ層の厚さ
及び炉内温度の変動並びにそれらに伴うガラスの熱対流
の変動にある。

即ち、炉内溶融ガラス表面のバッチ層の厚さは、ガラス
の溶解量の多少と、それに伴う通電量との関係によって
決まり、一般に溶解量が増えれば厚くなり、減少すれば
薄くなる。溶解量が少くバッチ層か薄くなると、ガラス
表面からの放熱が増加して炉内温度が低下する。この場
合には、通電量を増やして炉温の回復を図るが、炉温か
上昇すると、ますますバッチ層が薄くなり遂にはコール
ドトップが維持できなくなり、放熱量か通電容量を上回
り炉温の回復が困難となる。

一方、溶解量を増大する場合は、バッチの投入量及びガ
ラスの引き出し量を増やし、通電量を多くする。ところ
が棒状電極を用いた溶融炉では、特に炉の平面内の温度
を均一にすることは困難で、局所加熱となる。この局所
加熱は、通電量が多い程助長されることとなる。局所加
熱は、炉内のガラス素地の熱対流を強め、その結果、炉
内滞留時間の短い未清澄及び未溶解物を含んだガラスが
出口に到達するという問題を引きおこすとともに、ガラ
ス表面のバッチ層の溶解速度にムラを生しさせる。この
ため、バッチ層の厚さは場所によりて異なるものとなり
、これが炉温の変動をひきおこす。

また、従来の竪型電気溶融炉のもう１つの問題点として
、竪型炉では、平炉と異なり溶融ガラスの表面からの脱
泡は十分に行なえないことから、半溶融の泡を含んだガ
ラスが溶融ガラス内深さ方向に穆動し、これが製品欠陥
の原因となることが挙げられる。

この点について、第３図に示す竪型電気溶融炉の■部の
拡大図であってバッチ層の溶解状態を模式的に示した第
４図を参照して説明する。

バッチ（原料）３は溶融ガラス４の表面にて溶融ガラス
４から受ける熱で溶解する。バッチの最下層３ｃは、ガ
ラス化反応が進み全体としては流動性を有する液体状態
であるが、内部に多数の未溶解物を含み、これがガスを
放出して発泡しつつ溶解している層である。３ｂは、バ
ッチのガラス化反応が始まり、原料粒子が焼結又は粘着
した状態を呈する層、いわゆる粘結層である。３ａは、
ガラス原料が投入前の粉体の状態を保った層である。

ガラスの溶解にあたり、バッチ３内のガラス化反応によ
って層３ｂ及び３ｃから発生するガスが、容易に炉の上
部空間に抜ければ、溶融ガラス　　　　４は泡の少い高
品質のガラスとなる。ここで、層３ａは粉体状態の層で
あるので、気体はその中を容易に通過することができる
が、層３ｂは気孔率が小さい粘結層であるので、層３Ｃ
で発生したガスが層３ｂを通って上方に抜けるのは非常
に困難である。このことが、竪型溶融炉におけるガラス
の脱泡を阻害する原因となっている。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は上記
従来の竪型溶融炉の問題点を解決するガラスの溶融方法
を提供するものであって、最上部に原料投入部を有し、
最下部にガラス出口を備えた竪型のガラス溶融炉を用い
てガラスを溶融するにあたり、前記原料投入部に冷却装
置を設はガラス原料を冷却することにより、ガラス原料
層の深さ方向の温度を制御することを特徴とする特 即ち、本発明の方法においては、竪型溶融炉のバッチ層
を冷却装置で冷却して、バッチ層の深さ方向の温度を任
意に制御することにより、バッチ層の厚さを溶解量の多
少にかかわらずほぼ一定に保ち、かつバッチ層からのガ
スの逸散を容易にし、泡のない高品質のカラスを得るも
のである。

ガラス溶融炉に要求される最も重要な機能は、自由度が
高く、安定した操炉ができることである。自由度がより
高い運転とは、ガラスの品質とその経済性を一定に保っ
て、ガラスの溶解量をその時々の必要量に応じて増減で
きるということであるが、前述のように、従来の竪型溶
融炉では、溶解量の多少によってバッチ層の厚さが変化
してこれが炉の熱バランス及びそれに伴う熱対流を変動
させるので溶解量の変更の許容範囲が極めて狭い。

本発明の方法においては、冷却手段を設けて、好ましく
はバッチ層のほぼ全面に亘りてバッチ層を冷却すること
により、バッチ層の厚さを人為的に任意にコントロール
して、炉の熱バランスを安定させることができる。これ
によりガラスの溶解量が少い場合に生じるバッチ層の減
少やコールドトップの破壊及び溶解量が多い場合、に生
じる局所的なバッチ層の厚みムラを防止し、安定した操
炉が可能となる。

一方、ガラスの脱泡促進作用については次に説明する通
りである。

即ち、前述のように竪型溶融炉でガラスを溶解する場合
に脱泡を阻害するのは第４図の３ｂで示した半溶融バッ
チの粘結層である。ガスの逸散性は粘結層３ｂの厚さと
透気性に支配され、層３ｂの厚さが薄いほど、また透気
性が高いほど、つまり層３ｂの構造が粗であるほどガス
は通り易くなり、下層３ｃから発生ずるガスの逸散性は
高くなる。ところで、粘結層の厚さや構造は、ガラスの
組成と原料の粒度によって異なるが、これらの条件が一
定の場合には、炉内バッチ層の温度によって支配される
。

第４図における粘結層３ｂの上縁の位置は、バッチがガ
ラス化反応を開始して、液相ができ始める温度となる位
置であるので、ここを冷却すれば粘結層３ｂの厚さを薄
くすることかてきる。そこで、本発明においては、冷却
手段を好ましくはバッチ層の中に埋設し、その埋設深さ
を調節することによって、粘結層３ｂを薄くし、発生す
るカスを逃げ易くする。

粘結層３ｂの厚さは薄ければ薄いほどカス逸散効率の面
からは好ましいが、過度に薄くなるとバッチの最下層３
ｃの温度が低下し、かえってガラスの脱泡効率が悪くな
り、また熱ロスも増えることとなる。通常の場合、粘結
層３ｂの厚さは１０ｍｍ以下となるように、溶融の規模
、ガラスの種類等に応じてその冷却の程度を適宜決定・
する。

本発明において、原料投入部に設ける冷却装置は、ハツ
チ層を均一に冷却することができるように、炉の上部か
ら投入されるバッチがカラス表面に落下できるだけの開
口部を残して、ハツチ層のほぼ全面にわたって設置する
のが好ましい。

冷却は、例えば、冷却水を通した金属製のバイブよりな
る冷却装置を設置することにより行なうことができる。

また、多数の孔を有する金属製のパイプに気体を通じ、
バッチに気体を吹きつけることによって行うこともでき
る。この場合、用いる気体としては空気が一般的である
が、ヘリウムを用いた場合にはガラスに残る泡が著しく
減少するという効果が得られる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の実施に好適な竪型電気溶融炉の縦断面
図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線に沿う断面図であ
る。第１図及び第２図に示す如く、煉瓦よりなる炉１０
は、平面視で四角形をなし、上部に原料投入部１、底部
にガラス出口２が設けられ、内部には溶融したガラス素
地４が保持されている。このカラス素地４の表面にはガ
ラス原料（バッチ）３が均等に供給されている。しかし
て、炉１０の側壁を貫通して電極棒５かガラス素地に浸
漬され、電極棒５の炉１０外の端部は電源（図示せず）
に接続されている。

本実施例においては、ステンレス製バイブロよりなる冷
却器２０か、バッチ層３の全面に亘って、バッチ層３の
中に埋設されている。冷却器２０は隣接するパイプ間に
開ロアを有し、炉の上部の原料投入口１より投入される
ハツチは、開ロアを通ってガラス素地の表面に達する。

冷却器２０の、バッチ層３に埋った部分のバイブロの下
面および側面には、多数の孔が設けられており、炉外の
パイプの端部から導入される冷却気体がこれらの孔から
バッチ中に放出され、バッチを冷却する。

冷却器２０のバイブロのバッチ層３中への埋設深さは、
溶解するガラスの種類、ガラスの量等によって異なるの
で、それぞれの処理系に応じて適宜決定する必要がある
。一般には溶融しているガラス素地４表面からの距離（
第１図のｄ）が３０〜８０ｍｍ程度の位置とするのが好
適である。

冷却器２０のバイブロに設ける孔の径や冷却気体の流量
は、孔から流出する冷却気体によってバッチが飛散する
ことなく、また、バイブロ周辺のハツチか粘着性を呈す
る温度を超えない温度範囲内となるように適宜調節する
。　　　　　・また、冷却器２０の開ロアの面積は、上
部から投入されるハツチか、バッチ層３下部のバッチの
溶解の進行に応じて自重で自然落下できる程度の広さと
する。

このような溶融炉によりガラスを溶融する場合、電極棒
５に通電すると、電極棒５間のガラスに電流か流れ、発
生したジュール熱によってガラス素地４が加熱され、こ
の熱によってガラス素地表面のバッチか溶解されるので
あるが、バ・ソチ層３の温度は孔からの冷却気体により
冷却され、冷却器２０のバイブロの位置において、ハツ
チが粘着性を持つ温度を超えることがないように冷却制
御されるので、常にコールドトップの状態を維持するこ
とかできる。そして、ガラスの溶解量を増減させるため
に、通電量とガラスの引き出し量、バッチの投入量を増
減させた場合においても、バッチ層の状態を変らず安定
状態に保つことができる。更に、バッチ層３の中位層の
粘結層の厚さは好ましくは１０ｍｍ以下に調整されるの
で、下層で発生するカスは、この粘結層を容易に通過す
ることができ、泡の少い高品質のガラスを得ることがて
きる。

また、従来の竪型炉では、粘結層の下にガスが溜まり遂
には粘結層か持ち上がって膨れるという現象がしばしば
生起するが、このような現象も防止される。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のガラスの溶融方法は、前
記原料投入部に冷却装置を設けて、ガラス原料を冷却す
ることによりバッチ層の深さ方向の温度を制御するもの
であって、 ■　バッチ層の温度を人為的にコントロールするのて、
ガラス溶解量が変動しても、所望の厚さのハツチ層を形
成することができ、炉の熱バランス、熱対流を好適に維
持することができる。そのため、ガラス溶解量の増減の
自由度か大きい。

■　バッチ層の中に形成されるバッチの粘結層の厚さを
薄くすることかできるので、゛ガラスの脱泡が安易とな
り、泡の少いガラスを熔解することがてきる。

■　また、粘結層下部にガスが溜まり、粘結層が膨れる
現象も防止される。

等の優れた効果を奏する。しかも本発明の実施にあたっ
ては、既存の溶融炉に若干の改良を加えるのみで良く、
コスト的にも有利である。

従って、本発明の方法によれば、高品質のガラスを工業
的有利に製造することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に好適な竪型ガラス溶融炉の縦断
面図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線に沿う断面図、
第３図は従来の竪型カラス溶融炉の縦断面図、第４図は
第３図１ｖ部の拡大図である。 １・・・原料投入口、　　　２・・・ガラス出口、３・
・・バッチ層、　　　　４・・・ガラス素地、５・・・
電極棒、　　　　　　６・・・パイプ、７・・・開口、
　　　　　　１０・・・溶融炉、２０　・・・ン令却器
。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）最上部に原料投入部を有し、最下部にガラス出口
   を備えた竪型のガラス溶融炉を用いてガラスを溶融する
   にあたり、前記原料投入部に冷却装置を設けてガラス原
   料を冷却することにより、ガラス原料層の深さ方向の温
   度を制御することを特徴とするガラスの溶融方法。
2. （２）前記ガラス原料の冷却は、ガラス融液表面のガラ
   ス原料がガラス融液により加熱されて生成するガラス原
   料の粘結層の厚さが１０ｍｍ以下となるように行う特許
   請求の範囲第１項に記載のガラスの溶融方法。
3. （３）前記冷却装置は、内部に冷却媒体を通した中空体
   よりなる特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のガラ
   スの溶融方法。
4. （４）前記冷却装置は、ガラス原料に吹きつける気体を
   噴出させる多数の孔を有するパイプよりなる特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載のガラスの溶融方法。