JPH0137334B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラス原料を連続的に溶融し清澄する
ガラス溶融方法及びそのための溶融炉に関する。

［従来の技術］ 今日工業的に使用されているガラス溶融炉は溶
融と清澄を単一炉内で行なうもので、その炉内で
は溶融ガラスの対流即ち、炉の敷に沿つて流れる
いわゆる還流と、浴面近傍を流れるより高温の表
面流とを生じる。還流は炉の比較的低温の領域か
らその最高温の点（ホツトスポツトという）に向
かつて流れるが、これに対して表面流はホツトス
ポツトから流れ出るものである。この対流は炉の
熱エネルギーの消費量を顕著に増加させる。その
理由は、ガラスが側壁で冷却され、ホツトスポツ
トで再加熱されるからである。すなわちガラスが
熱エネルギーの担体として働き、炉の側壁を通し
て熱が失われる。

ガラスメーカーはこれらの対流の強さと分布を
変えることを意図したいくつかのものを採用して
いる。例えば、流れの循環をガイドするために、
これらの流れの経路中にブリツジあるいはフロー
ターなどの障害物を置くことが提案された。ま
た、これらの流れにブレーキをかけたり絞つたり
するネツク（あい路）を設けるために炉の平面す
なわち水平断面を変えることも提案された。

一方では、慣用のタンク炉とまるで異なるデザ
インを有する炉の提案もある。例をあげると、垂
直カラムを用いてガラス化すべき原料を降下さ
せ、カラムの底部で発生した排気焔の上昇流と向
流接触させて溶融する。こうして溶融したガラス
を次にその目的に特別につくつたタンク中で清澄
することの可能性が研究された。実際には、この
ようなものは溶融カラムの底部に見逃しえない制
御不能の腐食を生じるので、結局は工業的に採用
されるに至つていない。その他、理論的には低い
燃料消費でガラスをつくれる提案がいくつかある
が、工業的に難点があり実用化されていない。

長い間、タンク炉の燃料効率の低さが問題にな
つていたが、1970年代初期の石油危機以来この問
題はとくにその重要性を増してきた。しかし、そ
の研究においては炉そのものよりも炉周辺の装置
にもつぱら努力が集中された。輻射能に優れた焔
を発生させる装置とか、熱回収を向上させるため
にたとえば、煙道ガスを使つてガラス原料を予熱
するとか、炉の断熱性を増加させるとかする試み
が行なわれた。しかし、これらのものは熱エネル
ギー消費に関しては役立つが、対流に起因する溶
融ガラスからの熱損失を基本的に解決しようとす
るものではない。

［従来の技術の問題点］ 従来のガラス溶融法においては、溶融と清澄を
単一の炉で行なつており、溶融ガラスはほゞ中央
でその最高温度になるように加熱される。通常そ
の部位にホツトスポツト、即ち、溶融ガラスの上
昇流が生じる。この上昇流は次いで表面流とな
り、その一部が炉の作業端方向への流となり、ま
た別の一部が原料供給端方向への流となる。後者
の表面流は浮遊している原料と、ガラス化反応に
よつて生じる気泡とを後方（上流側）にとじ込め
るように作用する。これらの表面流はそれぞれ原
料供給端及び作業端で放熱しホツトスポツトへ還
流してくる。

しかしながら、未溶融のガラス原料や泡が作業
端へ向う表面同伴にするのを防ぐためには強い対
流を形成する必要があり、炉の最高温度を極めて
高いものにせざるを得なかつた。これは熱損失の
増大を招く。

本発明の目的は対流による熱損失を防ぎ、極め
て低い燃料消費で品質に優れたガラスを得ること
のできる溶融法とそのための溶融炉を提供するこ
とである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はガラス原料を連続的に粗融槽へ供給し
て粗溶融し粗融槽下方の粗融ガラスをダムウオー
ル上方より清澄槽へ供給して清澄するガラスの溶
融方法であつて、清澄槽のガラスが粗融槽へ還流
するのを防ぐと共に清澄槽のガラスの温度を粗融
槽のガラスの温度及びダムウオール上方のガラス
の温度より高くし、対流させつつ清澄することを
特徴とするガラスの溶融方法及び粗融槽と清澄槽
とを分離し、粗融槽の下流端壁に設けた通路及び
該通路の下流に設けられその上端が該通路より高
いレベルにあるダムウオールの上方を介して両槽
を連通し、該ダムウオールの下流端上方には清澄
槽の上部構造の上流端壁を設け清澄槽からの熱を
しや断してダムウオールの過熱を防ぎ、ガラス原
料を連続的に該粗融槽に供給して粗融し、粗融ガ
ラスを該通路及び該ダムウオール上方を介して該
清澄槽へ供給し粗融槽より高温度に加熱すると共
に清澄槽のガラスが粗融槽へ還流するのを防ぎつ
つ溶融するガラス溶融炉である。

本発明の最も好ましい実施態様では、清澄槽の
ガラスの最高温度は粗融槽のガラスの最高温度よ
り少なくとも100℃高い値に維持される。これは
ガラスの清澄を促進する。清澄速度は清澄槽の温
度を上げることによつて増加するので、清澄の面
からは炉の堪えうる最高温度で操業した方がよい
ことになる。しかし、熱損失を考慮すると、かか
る温度差は300℃を越えない方が望ましい。所定
の品質および組成のガラスをつくる場合、このよ
うな温度差の維持が燃料経済上最も有利であるこ
とが明らかになつた。

本発明は各種のタイプのガラスの製造に適用可
能である。粗融槽と清澄槽の最適温度はガラスの
組成に依存することは理解されよう。たとえば、
ホウケイ酸ガラスは、所定の品質達成のためには
ソーダライムガラスより一般に高温を要する。本
発明においてはポアーズで表したガラスの粘度の
常用対数値をLOGηと表示するものとする。清澄
槽内のガラスの最高温度はLOGηが2.18と1.95の
範囲に相当する温度に維持されるのが望ましい。
この温度はソーダライムガラスの場合1425〜1500
℃である。一方粗融槽内のガラスの最高温度は
LOGηが2.88と2.40との範囲に相当する温度に維
持されるのが望ましい。この温度はソーダ・ライ
ムガラスの場合1225〜1350℃である。清澄槽内の
最高温度は、主として製造されるガラス品質によ
つて支配され、一方粗融槽内の最高温度はガラス
品質と、原料中に硫酸ナトリウムなどの溶融促進
剤を含有しているか否かによつて支配される。た
とえば、フロートガラス生産用ガラスを溶融する
場合、上記温度範囲の上限近傍で操業するのが望
ましく、一方たとえばびんガラスの溶融には、上
記温度範囲の下限近傍で操業すれば充分であり、
溶融促進剤を添加した場合にはとくにそうであ
る。比較のために、フロートガラス生産用ガラス
を単一炉内で溶融清澄する場合のガラスの最高温
度を示すと、特定のバツチ組成に対して、LOGη
が1.85と1.75の範囲に相当する温度である。これ
はソーダライムガラスでは1525〜1550℃である。
本発明は同じ原料から同じ品質のフロートガラス
をつくるのに、上述の温度範囲で作業できるので
ある。

本発明の好ましい実施態様においては、粗融槽
の浴面はほゞ全表面が、未溶融又は部分的に溶融
したガラス原料で覆われる。これによつて、熱が
溶融さるべきガラス原料へ集中し、熱効率が向上
する。なぜなら溶融したガラスのきれいな浴面が
露出すると炉の上部構造等からの熱が直接敷に放
射され、その炉材を過熱する原因となる。この過
熱は粗融槽の敷からの熱損失を増加させ、さらに
敷の炉材の耐用寿命を縮めることにもなる。

本発明の好ましい実施態様において、粗融槽の
敷近傍の粗融ガラスが清澄槽へ供給される。かゝ
る構成により未溶融のガラス原料が清澄槽へ供給
される可能性を大幅に減少することができる。

好ましくは、粗融ガラスを清澄槽へ供給するに
当り清澄槽の浴深さをで表わした場合、浴面と
浴面より1/3との範囲に粗融ガラスが供給され
る。この方法と、前述の粗融槽の敷近傍の粗融ガ
ラスを清澄槽へ供給する方法とを併用すると粗融
槽と清澄槽の通路内の温度こう配が好ましいもの
となり、粗融槽から清澄槽へのガラスの長れの状
態がとくに好ましくなり、逆方向への流れを防ぐ
ことができる。

更に、清澄槽に供給する粗融ガラスは清澄槽の
上流に存在する粗融ガラスより低い温度であるこ
とが好ましい。この方法を採用すると清澄槽に供
給された粗融ガラスは沈降流を形成する。そのた
めに清澄に十分な時間をかけガラスが作業端へ供
給される。粗融ガラスは、浴面がほとんど気泡で
覆われているところから清澄槽に供給されるよう
にするのが好ましい。これにより清澄槽へ供給さ
れる粗融ガラスの加熱が防止され、該粗融ガラス
が沈降流を形成する傾向を助長する。

本発明の好ましい実施態様においては、粗融槽
は450mmから1000mmの範囲の浴深さになる。これ
は今日工業的に実用化されているものとはへだた
りがあり、常用の溶融タンクはもつと深く、1200
mmから1500mmの範囲にある。本発明のこの好まし
い方法を採用すると、いくつかの利点がえられ
る。粗融槽が450mm未満の浴深さでは、供給され
る原料の溶融を促進するに充分な熱容量を確保で
きないために好ましくない。一方浴深さが1000mm
を越えると、対流が大きくなりすぎ、熱容量が不
必要に大きくなりすぎ、その結果炉からの熱損失
が増加し、燃料効率が低下するので好ましくな
い。粗融槽の浴深さは上記範囲巾550〜900mmの範
囲がより望ましい。

また清澄槽は700mmと1100mmとの間の浴深さに
維持されることはとくに好ましい。かかる浴深さ
において、対流が促進し、それによつて清澄プロ
セスもより効率化する。700mm未満の浴深さでは
対流が促進しないと共に清澄槽の敷が過熱され熱
損失の増大を招きかつ炉の寿命を縮めるので好ま
しくない。一方1100mmを越える浴深さは炉の表面
積が増加し熱損失が大きくなるので好ましくな
い。清澄槽の浴深さは上記範囲中800〜950mmの範
囲が特に望ましい。

最良の結果をうるためには、清澄槽の浴深さ
を、粗融槽のそれより大きく保つことが好まし
く、より好ましくは、清澄槽の浴深さを粗融槽の
それより少なくとも100mm大きくする。

清澄槽の幅を粗融槽のそれより大きくすること
はとくに好ましい。この方法を採用すると、清澄
槽に供給される粗融ガラスの流れが遅くなる。そ
の結果として、同伴する気泡は表面に浮上し易く
なり、清澄が効率的に行なえることから、燃料効
率も向上する。この方法の採用はまた粗融槽と清
澄槽の間に浴面が比較的よどんだ状態になるよど
み部をつくる。清澄槽の対流による上流方向への
表面流が未溶融原料のような不溶分をこのような
よどみ部分に戻し、そのためこのような不溶分を
含むガラスはさらに長時間そこにとどまつて、そ
の間に清澄が行なわれることになる。また、溶融
ガラス中にシリカ分の多い部分ができることがあ
るが、それは浴面に浮遊しやすく、通常の溶融ガ
ラスと均一に混ざるのが一般には非常に難しい。
このようなシリカ分の多い部分もまたよどみ域に
戻して、長時間とどまり暫時通常の溶融ガラスと
混合される。清澄槽の幅を粗融槽の幅より少なく
とも50％大きくするのが上述の効果を得るために
特に好ましい。

以下図面に基づいて説明する。第１図は本発明
による溶融炉の縦断面図であり第２図は第１図の
AA断面図である。また第３図は本発明による別
の溶融炉の縦断面図であり、第４図は第３図の
BB断面図である。

図において１は粗融槽、２は清澄槽であり、粗
融槽は下部構造３と上部構造４とからなり、該上
部構造は、側壁５、下流端壁７及び迫８を有す
る。清澄槽は、下部構造９と上部構造１０とを有
し、該上部構造は側壁１１、上流端壁１２、下流
端壁１３、及び迫１４を有する。粗融槽の下流端
壁７は迫８から敷２５の近傍まで設けてあり、下
流端壁の下端と敷の間に通路１５が形成してあ
る。この通路の下流には、その上端が通路１５よ
り高いレベルにダムウオール１７が設けられ、通
路１５及びダムウオールの上方を介して上記粗融
槽と清澄槽とが連通している。

下流端壁７と清澄槽の上流端壁１２との間に
は、清澄槽の迫１４より低いレベルに迫１６が設
けてある。

かゝる通路の構造は未溶融の原料が清澄槽へ流
入するのを防ぐと共に上記ダムウオールの構造と
組合せることによつて清澄槽のガラスが粗融槽へ
還流するのを防ぐことができる。

またダムウオールの幅は清澄槽のそれとほゞ同
じにし、通路１５でのガラスの流速をダムウオー
ル上方でのそれより速くなるようにすると、ガラ
スがダムウオール上方を通過する際ガラス中の気
泡が浴面へ浮上し易くなり清澄が促進されるので
特に好ましい。

ダムウオールは上流端壁１２の内面より清澄槽
側へ突出しないように設けてあるので、清澄槽の
迫１４等からの熱が上流端壁１２によつてしや断
されダムウオールの過熱を防ぐことができる。第
１図の炉では、上流端壁１２の下端は迫１６の下
面とほゞ同じレベルであるが、第３図の炉では迫
１６の下面のレベルより下方に突出したシヤドー
スクリーン１８が設けてある。このようにすると
ダムウオールの過熱防止効果は更に向上すること
ができる。このシヤドースクリーンは、その耐用
寿命を延ばすために中空にして冷却系を組み込ん
でもよい。上流端壁７も同様で、中空にして冷却
してもよい。

１９は換熱器等により予熱された燃焼用空気を
同伴できるバーナーであり、第１図の炉では粗融
槽、清澄槽ともそれぞれこの種のバーナーを２個
ずつ備えている。第３図の炉では、粗融槽にはこ
の種のバーナー２個が付いているが、清澄槽２に
は３個のバーナーが付いており、清澄槽の加熱能
力をより大きくしている。

２０，２１，２２は補助加熱用の電極であり、
電極２０は粗融槽の浴深さの下半分のところでさ
らに原料供給端壁２３の近くにおかれている。電
極２１も浴深さの下半分のところにおかれている
が、原料供給端壁２３からは粗融槽の長さの少な
くとも1/3はなれた位置に設けられる。清澄槽に
は複数個の電極２２が図示のように垂直に一直線
となるように配置されている。

本発明におけるガラス溶融炉の生産能力は、粗
融槽と清澄槽の容積に依存する。しかし、広範囲
の生産能力にわたつて、これらの最適浴深さはそ
れほど変わらない。実際には、これらの最適浴深
さは、つくるべきガラスの組成によつてより大き
く左右される。生産能力はこれらの平面積を変え
ることによつて変えることができる。たとえば、
約６トン／日を生産するパイロツト炉で、ソーダ
ライムガラス製造場合の最適浴深さは約600mmで
あるとすると、この浴深さは４トン／日の範囲の
ものに対しても適用できる。その範囲内の生産能
力をもつ溶融炉では、粗融槽の最適浴深さは550
mmから900mmの範囲にある。もしこの範囲の下限
近くの浴深さでつくられているとすれば、電極２
０および２１のような補助電熱器を使うのが一般
には望ましいが、逆にこの範囲の上限近くの浴深
さがある場合は、電熱を使用しない方がよい。

清澄槽の敷２４は粗融槽の敷２５より低いレベ
ルにある。かゝる炉では、清澄槽のガラスが粗融
槽へ還流するのを防止するためにはダムウオール
１７が極めて有効である。生産能力４ないし700
トン／日を有する炉の清澄槽の浴深さの最適値は
800mmないし950mmの範囲にある。

下流端壁７の下方の通路１５の最適高さおよ
び、粗融槽の敷２５からダムウオール１７の上端
までの高さは浴深さによつて支配される。一般
に、通路１５については、粗融槽の浴深さの約1/
３に等しい高さが好ましく、一方ダムウオール１
７はその浴深さの2/3にほぼ等しい高さをもつの
がよい、下流端壁７とダムウオール１７との間の
距離は粗融槽の浴深さの1/3よりいく分大きくと
るのが好ましい。通路１５は第２図に示すように
粗融槽の幅いつぱいまで広げてもよく、あるいは
第４図に示すように、その幅の中央部の一部に絞
つてもよい。

第２図の炉では、清澄槽は粗融槽より広い幅を
もつており、清澄槽は長さより幅の方が大きい。
好ましくは清澄槽の幅は長さより50％大きくす
る。高度に清澄されたガラスは清澄槽の中心部に
集まる傾向があり、一方清澄の不充分なガラスは
側壁の方は押しやられる。この側壁の方に押しや
られたガラスはより長時間清澄槽にとどまること
になるので充分に清澄される。

一般に、清澄性、溶融性を考慮すると清澄槽の
浴面の面積が粗融槽のそれより約15％大きいのが
好ましい。

ある炉では、粗融槽が幅６単位、長さ10単位、
清澄槽が幅12単位、長さ６単位であつた。従つ
て、清澄槽の方が粗融槽より大きい平面積をもつ
ていたことになる。

第４図の炉では両槽の幅が同じであるが、長さ
の比が10：11というのがあつた。

［実施例］ 第１図、第２図に示す炉を使用してソーダ・ラ
イムガラスを溶融した。ガラス原料を粗融槽に連
続的に供給し、その浴面がガラス原料でほゞ全面
に覆われるようにした。粗融ガラスが失透を生成
しないでかつ流動性を保つ範囲でできるだけ低い
温度に加熱した。このとき、通路１５内のガラス
の温度は1250〜1300℃の範囲にあり、清澄槽の中
央部で敷近傍のガラスの温度は1320〜1370℃の範
囲にあつた。また、清澄槽の浴面近傍で下流端に
近いガラスは1450〜1480℃の範囲にあり、ダムウ
オール上のガラスは1370〜1420℃の範囲であつ
た。尚、ダムウオールから下流端壁７にかけた浴
面は気泡２７によつて覆われていた。

このとき、清澄槽内の溶融ガラス対流パターン
は、第１図に矢印で示したようになつているもの
と思われる。

即ち、清澄槽に供給されるガラスは清澄槽の上
流のガラスより低温だから清澄槽の上流端壁で沈
降流２９となり、次いで敷２４に沿つて、最も高
温にある中央部への前進還流３０となる。流れ３
０は中央部で上昇流３１となり、これは上流に向
う表面流３２となつて清澄槽の入口の方へ流れて
沈降流２９と一緒になる。表面流３２は浮遊する
不溶物を同伴して、これらの不溶物を清澄槽の上
流端付近に集めてしまう作用をする。清澄槽とダ
ムウオールとの幅は粗融槽のそれより広いと、こ
れらの不溶物はコーナー部３３に運ばれ、ここに
とどまることになり、ここで粗融槽からのガラス
に合体すると思われる。清澄槽の下流にも、３４
で示す上昇流があり、これは表面流３５となり、
その一部は出口流３６として清澄槽から出口３７
へ向かい、一部は沈降流３８となり、さらに還流
３９となつてから上昇流３４に合流する。かゝる
対流により清澄槽へ供給されるガラスの流２８は
直接出口３７に行くことが妨げられる。このこと
は未清澄のガラスがそのまま出てくることがない
ということを確実にする点で極めて好ましい。電
極２２の使用はこれらの対流を安定して形成する
のに特に好ましい。

最適に断熱設計された炉を用いて、この方法で
操業することにより、同じ組成と品質のガラスを
同じ速度で生産する同じ能力の常用タンク炉と比
較して全エネルギー消費の15ないし20％の節減が
できることが分かつた。

［効果］ 本発明によれば、清澄槽のガラスが粗融槽へ還
流することがなく、両槽の雰囲気がしや断されて
いるため、炉の最高温度が従来のものより低くで
き、熱損失が大巾に減少すると共に、それぞれの
槽で独立に温度を制御することができ、温度制御
が極めて容易である。熱損失を減らすべく保温す
ることが望ましいのは明らかであるが、保温の度
合を増すほど炉材が高温になり、侵食され易くな
る難点がある。炉に施すべき保温は、炉壁を通じ
ての熱損失と炉の補修までの耐用寿命との間の妥
協をはかることによつて決めることになる。本発
明の方法で操業される炉は現行の炉より低温で実
施しうるから、炉の修理までの期間を短縮するこ
となく、炉壁の保温をより強化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶融炉の縦断面図であ
る。第２図は第１図のAA断面図である。第３図
は本発明による別の溶融炉の縦断面図である。第
４図は第３図のBB断面図である。 １……粗融槽、２……清澄槽、７……粗融槽の
下流端壁、１２……清澄槽の上流端壁、１５……
通路、１７……ダムウオール、１９……バーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス原料を連続的に粗融槽へ供給して粗溶
   融し粗融槽下方の粗融ガラスをダムウオール上方
   より清澄槽へ供給して清澄するガラスの溶融方法
   であつて、清澄槽のガラスが粗融槽へ還流するの
   を防ぐと共に清澄槽のガラスの温度を粗融槽のガ
   ラスの温度及びダムウオール上方のガラスの温度
   より高くし、対流させつつ清澄することを特徴と
   するガラスの溶融方法。 ２ 前記清澄槽のガラスの最高温度は粗溶槽のガ
   ラスの最高温度より100℃以上高く維持される特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ ポアーズで表したガラスの粘度の常用対数値
   （以下LOGηと表示する。）が2.18〜1.95の範囲に
   相当する温度に前記清澄槽の最高温度が維持され
   る、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 ４ LOGηが2.88〜2.40の範囲に相当する温度に
   前記粗融槽の最高温度が維持される特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の方法。 ５ 前記粗融槽の浴面は、ほゞ全面が未溶融又は
   部分的に溶融したガラス原料で覆われている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ６ 前記粗融槽の敷近傍の粗融ガラスが清澄槽へ
   供給される特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の方法。 ７ 前記粗融ガラスは浴面近傍より清澄槽に供給
   される特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 ８ 前記粗融ガラスは清澄槽に供給されるに当り
   清澄遭の上流に存在するガラスより低い温度であ
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ９ 前記粗融ガラスは浴面が泡で覆われていると
   ころから清澄槽へ供給される特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 １０ 前記粗融槽の浴深さが450〜1000mmの範囲
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 １１ 前記清澄槽の浴深さが700〜1100mmの範囲
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 １２ 前記清澄槽の浴深さは粗融槽のそれより深
   い特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 １３ 前記清澄槽の浴深さは粗融槽のそれより
   100mm以上深い特許請求の範囲第１２項記載の方
   法。 １４ 前記清澄槽の幅は長さより大きい特許請求
   の範囲記載の方法。 １５ 前記清澄槽の幅は長さより50％以上大きい
   特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １６ 粗融槽と清澄槽とを分離し、粗融槽の下流
   端壁に設けた通路及び該通路の下流に設けられそ
   の上端が該通路より高いレベルにあるダムウオー
   ルの上方を介して両槽を連通し、該ダムウオール
   の下流端上方には清澄槽の上部構造の上流端壁を
   設け清澄槽からの熱をしや断してダムウオールの
   過熱を防ぎ、ガラス原料を連続的に該粗融槽に供
   給して粗融し、粗融ガラスを該通路及び該ダムウ
   オール上方を介して該清澄槽へ供給し粗融槽より
   高温度に加熱すると共に清澄槽のガラスが粗融槽
   へ還流するのを防ぎつつ溶融するガラス溶融炉。 １７ 前記清澄槽の上部構造の上流端壁は下方に
   延びシヤドースクリーンを形成している特許請求
   の範囲第１６項記載の炉。 １８ 前記清澄槽の浴面の面積が前記粗融槽のそ
   れより大きい特許請求の範囲第１６項又は第１７
   項記載の炉。 １９ 前記清澄槽の浴面の面積は粗融槽のそれよ
   り15％以上大きい特許請求の範囲第１８項記載の
   炉。