JPH0235695B2 - - Google Patents

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JPH0235695B2
JPH0235695B2 JP60159218A JP15921885A JPH0235695B2 JP H0235695 B2 JPH0235695 B2 JP H0235695B2 JP 60159218 A JP60159218 A JP 60159218A JP 15921885 A JP15921885 A JP 15921885A JP H0235695 B2 JPH0235695 B2 JP H0235695B2
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melt
oxygen
hydrogen
combustion
gas
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Jongu Uon Kuwangu
Ansonii Pekoraro Jooji
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PPG Industries Inc
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PPG Industries Inc
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Publication date
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Publication of JPH0235695B2 publication Critical patent/JPH0235695B2/ja
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2356—Submerged heating, e.g. by using heat pipes, hot gas or submerged combustion burners

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はガラスなどの溶融に関し、特にその容
融工程に液中燃焼を使用する改良に関する。
ガラスを溶融するために液中燃焼を使用するこ
とは、米国特許第3170781号、第3224855号、第
3237929号、第3260587号、第3606825号、第
3627504号、第3738792号および第3764287号を含
む数号の特許において提案された。液中燃焼にお
いては、燃焼ガスが溶融プールの表面の下に噴射
されて、溶融物を通して上の方に浸透させられ
る。このような方法の利点は、熱せられる材料が
燃焼ガスおよびそれから放出される熱エネルギー
と密接に接触し、それによつて非常に有利な熱交
換率をもたらすことである。他の１つの利点は、
溶融物中へのガスの噴射は高度の撹拌効果を生
み、これは若干の溶融工程において有益である。
しかし、液中燃焼の重大な欠点は、大量のガス
を溶融物の中へ噴射することは、ある場合には元
に戻すことが難しいことである。換言すれば、溶
融物、特にガラス、は時によると泡立ち状態に転
化されることがあり、そしてその後に泡を消すこ
とは困難である。この溶融物のガス含量を増加さ
せる液中燃焼の傾向は液中燃焼がガラス製造工業
に採用されることを妨げていた。それはガラス溶
融工程の１つの目的が、泡およびその他のガス包
含物を溶融ガラスから出来る限り除去することに
あるからである。液中燃焼を溶融ガラスに使用す
る提案は一般に、溶融および精製工程の後の段階
の間にガス包含物の増加を避けるために液中燃焼
の応用を溶融工程の初期に限定していた。
発明の要約 本発明において、液中燃焼は水素を燃料とし
て、そして酸素を酸化剤として使用することによ
り溶融物中に過剰のガス相をつくり出さずにガラ
スなどの溶融のために使用される。空気よりむし
ろ酸素を使用することにより、溶融物中への窒素
の注入が避けられ、従つて実質的に溶融物中に導
入されるガスの体積を実質的に減少させる。溶融
物中への窒素の導入を避けることはまた窒素が溶
融ガラス中に溶解し難いことからも有利である。
燃料として炭化水素よりむしろ水素を使用するこ
とにより、やはり溶融ガラス中に溶解し難い二酸
化炭素の溶解物への導入が避けられる。他方で、
酸素−水素燃焼の生成物は、溶融物に非常に溶解
し易い水蒸気である。従つて本発明は液中燃焼に
より生成するガスの体積を減少させ、そして溶融
物中に導入されるガスは容易に液相に吸収される
ものである。さらに有利な点は、酸素−水素燃焼
が比較的高い温度を生成し、それが溶融物への熱
伝達の速度を向上させることである。
好ましい態様において、液中燃焼は最初のガラ
スバツチ液化段階の後に続くガラス溶融の第２段
階に使用される。原バツチ材料を精製された溶融
ガラスに転化するために必要な熱投入量の大部分
は段１段階において、特にその液化工程に適した
手段により与えられる（例えば、米国特許第
4381934号に開始された型の方法）。液化している
が、ただ部分的に溶融した材料は次に第２段階へ
送られ、そこで液中燃焼により加熱される。この
第２段階では、必要な熱投入量はただ材料の温度
をその液化温度から上げて、溶融工程を完全にし
てガラスを精製するため、すなわちガス包含物を
追い出すために適当な温度にするだけのものであ
る。第１段階における温度上昇は代表的には2000
〓（1093℃）の程度であるが、第２段階では通常
僅かに数百度程度の温度上昇を要するに過ぎな
い。第２段階の熱要求量が余り大きくないので、
液中燃焼は最小量の燃焼ガスが溶融物中に噴射さ
れることを要する。それにより泡立ち作用を最小
にしながらその段階の工程目的を効率よく達成す
る。同時に、液中燃焼による溶融物の撹拌はガラ
スの均一性を向上させ且つ砂粒の溶解を助けるこ
とによつて全体の工程に利する。液中酸素−水素
燃焼を最初の液化段階の後の第２段階の加熱方法
として使用することにより、液中燃焼によるガス
相の増加は、完全に溶融され、精製されたガラス
を製造する目的と両立する実際的な水準に限られ
る。
詳細な説明 第１図は本発明の好ましい態様の例であり、そ
こでは液中燃焼室１０がバツチ液化段階１１の下
流にある。図に示されている液化段階の好ましい
型は米国特許第4381934号および米国特許出願番
号第481970号（1983年４月４日出願）にクンクル
ら（Kunkle、et al.）によつて開示されている。
これらの開示は引用によつてここに組入れられ
る。この型の液化法はバツチ材料の傾斜層に放射
熱伝達を特徴とし、液化した材料を速やかに流出
させる。ここに示される特別の例は保持輪１３と
ローラー１４によつて垂直軸の周りに回転するよ
うに取付けられたドラム１２を含む。固定蓋１５
は、少なくとも１個の燃焼バーナー１６の挿入用
および容器の中へバツチ材料を入れまた、ダクト
１７を通して容器から廃ガスを放出するための穴
を備えている。回転ドラム１２に供給されたバツ
チ材料は内壁上で放物面ライニングの形状をと
り、ドラムの底に開いている中央の排出口（図に
示されていない）に向つて傾斜している。この型
の液化装置はソーダ石灰−シリカガラスの液化に
有利であることが発見されたが、本発明の目的の
ために当技術において既知の他の液化装置が使用
されてもよいことは理解されるべきである。例え
ば、短縮された平炉型または電気抵抗型のガラス
溶融室が第１段階として使用されることもある。
他の種類のガラス、または他の材料、例えばセラ
ミツク、フリツトまたは鉱石など、の加工には特
にその材料に適当な液化段階を使用することがで
きる。
液化したガラスバツチは第１段階の液化槽から
排出されたとき、通常バツチ材料の未溶融粒子を
含む泡立ち状態にある。第１図に示される態様に
おいて、液化した材料は円筒形カラー２０を通つ
て受槽２１の中に落下し、そこで泡のある材料２
２の本体が集積される。液化した材料は液化段階
１１から直接液中燃焼室１０の中へ供給されても
よいが、変動調整容量のために中間槽２１を設
け、そして液化槽１１の下側への接近性を改良す
ることがより望ましい。中間槽は本質的に図に示
されるように液中燃焼室へ導く傾斜路であり得る
し、あるいは中間槽は材料にさらに滞留時間を追
加するためのより有意な容積を与えられ、そして
材料を加熱しまたはその他の処理を施すための手
段を与えられることもある。
液中燃焼室１０は本質的に、かなりの深さの溶
融した材料のプール２５を保つに適当な耐火性の
箱である。第１図に示す例において、液中燃焼室
は２個の液中バーナー２６を備えているが、バー
ナーの数は特定の用途の加熱の要求度に応じて増
減することができる。バーナー２６は燃焼室の床
をつき抜けているが、側壁に取付けることも可能
である。またバーナーを燃焼室の壁に対して斜め
に向けることもできる。
本発明にとつて特定のバーナー構造は決定的に
重要ではないが、本発明に使用するに適当なバー
ナー構造の１例を第２図および第３図に見ること
ができる。バーナーの上端はキヤツプ２７から成
り、このキヤツプは好ましくは複数の開孔２９に
よつて取巻かれた中央孔２８を有する開孔配置を
与えられる。一般に、酸化性のガスが中央孔２８
を通して、そして燃料ガスが周囲の孔２９を通し
て送られるが、その反対の配置も可能である。酸
素−水素燃焼を使用する好ましい方法では、酸素
は孔２８を通じて、そして水素は孔２９を通して
供給される。特に第３図を参照すると、中央孔２
８は中央導管３０から供給されている。それより
大きな導管３１が中央導管３０を取り囲んでその
間に環状の空間を作り出しており、それを通して
孔２９がガスを供給されるようになつている。上
記両導管をさらに冷却用ジヤケツト３２が取り囲
み、導管３１とジヤケツト３２の間に環状空間を
作り、それを通して例えば水のような冷却媒体が
循環されることにより高温の環境においてバーナ
ーを保護することができる。好ましくは、冷却媒
体用の環状空間に仕切り（図に示されていない）
を設けて冷却媒体の流路を、冷却媒体が入口３３
から末端キヤツプ２７の近くへ行き、そして出口
３４の方へ戻るように作る。若干の液中燃焼配置
においては、燃焼はバーナー内部で行なわれ、そ
の排気が溶融物中に噴射されるが、本発明の好ま
しい技法は、図示の型のバーナーを使用して、燃
料と酸化剤を共に溶融物中に噴射して、燃焼を溶
融物内部で起させることである。この方法では、
燃焼によつて放出されるエネルギーは直接に溶融
される材料に伝えられる。その上、バーナーの外
側で燃焼を行なうので、バーナーが受ける条件は
比較的厳しくないので、従つて耐久性の要求を減
ずることになる。
排出カナール４０が液中燃焼室１０からガラス
成形作業場へと導いている。好ましくは、カナー
ル４０中で一般に静止の状態が与えられて、溶融
物から泡を逃げさせ、そして溶融物を成形作業に
適当な温度まで冷却させる。液中燃焼室１０の中
の溶融物２５の表面上に浮遊する泡がカナール
（canal）４０に入ることを防ぐために、カナール
４０の入口に表面障壁４１を設けることが望まし
い。
液中燃焼バーナー２６に供給される燃料と酸化
剤は、もち論、その上にかかる溶融物２５の静水
頭を克服するに十分な圧をかけられていなければ
ならない。特定の場合に必要な圧は溶融物の密度
並びに深さに関係するであろうが、説明のため、
泡のある溶融ソーダ灰−シリカガラスの２フイー
ト（0.6ｍ）の深さは５ポンド／平方インチ
（34500Pa）の程度のガス圧を必要とするこが判
つている。バーナーに供給される燃料の量は特定
の用途の熱の必要条件、使用される燃料の熱含
量、および溶融材料への熱伝達の効率に依存する
であろう。ソーダ灰−シリカガラスを約2300〓
（1260℃）から約2800〓（1540℃）まで加熱する
際、約70％の熱伝達効率が達成されるべきである
ことが判つた。水素は約275BTU／立方フイート
（10.4ジユール／cm3）または気化熱を含めて
325BTU／立方フイート（12.2ジユール／cm3）の
熱含量を有する。
板ガラスの材料には、通常若干酸化した状態が
望まれるので、燃焼に要求される以上の過剰の酸
素がバーナーに供給されるのが好ましい。その
上、液中燃焼室によつて完全な撹拌と密接な気／
液接触が達成されると、溶融物の酸化状態または
その他の化学的性質を調整するために非常に都合
よくなる。例えば、液化段階を還元性の条件の下
に作業してから、その溶融ガラスを液中燃焼室で
酸化することもできる。反対に、液中燃焼室中で
酸素不足状態を作つて、溶融物により還元された
条件を与えることもできる。溶融ガラスの酸化状
態を調整できることはそのガラスの色および光透
過性を安定させるために有用である。このシステ
ムはまた液中燃焼室において着色剤の添加または
その他の補助成分の添加を助ける。液中燃焼室
は、その中に複数の別々の成分が集められる適当
な混合および／または反応用の容器である。これ
に関して、複数の液化槽１１が液中燃焼室に供給
することもあり得る。
燃焼の生成物が本質的に水蒸気から成る、水素
と酸素の燃焼を使用する利益は、文献に報告され
ているように溶融ガラス中のガスの飽和溶解度に
ついての次の比較に見ることができる。
ガス 溶解度（1400℃における） N2 0.56×10-6ｇ／c.c. CO2 80×10-6 H2O 2700×10-6 空気の主要成分である窒素および炭化水素の燃
焼の主生成物である二酸化炭素の溶融ガラス中の
溶解度は水のそれよりも大分少ない。従つて、空
気と炭化水素燃料の使用を避けることにより、若
干の溶解し難い物質を溶融物中のガス相に入れな
いで、本質的に溶解度の高い水蒸気だけを残して
溶融物に吸収させることができる。また、空気の
代りに酸素を使用することにより、溶融物中に噴
射される酸化剤ガスの体積を約５分の１に減少さ
せることができる。
酸素−水素液中燃焼は好ましい２段階配置のほ
かでも利点がある。それ故、本発明のさらに広い
態様は原バツチ材料を、酸素水素燃焼により加熱
される液中燃焼室１０に直接供給することを包含
する。
本発明に使用し得る他の１つの低ガス量の高温
加熱源はプラズマトーチである。プラズマトーチ
は担体ガスの流れを使用して電気アークによつて
生成される高温プラズマをトーチのオリフイスの
向うに発射する。担体ガスは可燃性ガスであつて
もよいし、あるいは非反応性または不活性ガスで
あつてさえよい。例えば、担体ガスは水蒸気であ
ると都合よい。酸素−水素燃焼はプラズマトーチ
によつて、例えば、水素をプラズマ発生機を通し
てから、次に溶融物に送り込み、一方別に酸素を
直接その溶融物中に噴射することにより実施する
ことができる。酸素はその溶融ガラス中の溶解度
が水のそれと殆ど同じ位に高いので、酸素もまた
担体ガスとして適当である。ヘリウムもその比較
的低い溶解度にもかかわらず、溶融ガラス中の非
常に高い拡散率を有するので、適当である。これ
らの例は夫々都合よく溶融物に窒素または二酸化
炭素の導入を避ける。
要約すると、液中燃焼の熱源はガスから放出さ
れる燃焼熱であつて、そのガスは液中燃焼室内で
燃焼しているか、または液中燃焼室に噴射される
直前に燃焼したものであり得る。あるいはその熱
源は予め電気的に励起されたガスから放出される
熱エネルギーであつてもよい。これらは一般に放
射ガスと呼ぶことができよう。その他の熱源、例
えば頭上燃焼焔または電気抵抗加熱も液中燃焼室
中に使用することができる。
液中燃焼室１０は先ず空の間にバーナー２６を
使用して加熱される。次にその加熱された室を漸
次、液化段階１１からの溶融された材料または原
料ガラスバツチあるいはカレツトで満たす。一度
溶融プール２５が出来上ると、簡単に燃料コツク
をオン−オフに廻すことにより液中燃焼を停止さ
せたりまた再スタートさせることができる。バー
ナーをオフにする場合には、バーナーをガスでパ
ージし続ける（例えば、酸化剤ガスを流し続けて
もよい）ことにより、溶融物がバーナーに入つて
固まることを防ぐことが望ましい。
ここに述べた詳細な説明は本発明の好ましい態
様を開示するための特定の実施態様に関するもの
であつたが、当業者に周知であるような他の修正
と変形が前記の特許請求の範囲に定められた発明
の精神と範囲を逸脱することなく補われ得ること
を理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１段階の液化槽と組合された液中燃
焼式のガラス溶融装置の縦断面図である。第２図
は本発明において使用される型の多孔バーナーの
拡大平面図である。第３図は第２図の３−３線に
沿つて取られた、第２図において描かれたバーナ
ーの拡大縦断面図である。 １０……液中燃焼室、１１……液化槽、１２…
…回転ドラム、１３……保持輪、１４……ローラ
ー、１５……固定蓋、１６……バーナー、１７…
…ダクト、２０……円筒形カラー、２１……中間
受槽、２２……材料、２５……プール、２６……
液中バーナー、２７……キヤツプ、２８……中央
孔、２９……開孔、３０……中央導管、３１……
大径導管、３２……冷却用ジヤケツト、３３……
冷却媒体入口、３４……冷却媒体出口、４０……
カナール、４１……表面障壁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも部分的に溶融されたガラスからな
    る溶融物を維持し、そして(A)酸素及び水素による
    燃焼により生成した熱放出ガス、及び（又は）(B)
    水蒸気、酸素、水素、又は、窒素及び炭素酸化物
    以外の不活性ガスを担体とするプラズマを溶融物
    中に噴射することにより、前記溶融物に熱を与
    え、然も前記燃焼及びプラズマを前記溶融物内部
    で生じさせることを特徴とする、ガラスを溶融す
    る方法。 ２ 水素が溶融物中に噴射された後に酸素と結合
    させられる請求項１に記載の方法。 ３ 水素が溶融物中に噴射される前に酸素と結合
    させられる請求項１に記載の方法。 ４ 熱放出ガスがプラズマ流を含む請求項１に記
    載の方法。 ５ プラズマ流が水蒸気の担体ガスから成る請求
    項４に記載の方法。 ６ 熱放出ガスが本質的に水蒸気から成る請求項
    １に記載の方法。 ７ 材料が部分的に溶融したガラスバツチである
    請求項１に記載の方法。 ８ 酸素が水素の燃焼に必要な量より過剰な量で
    溶融物へ供給される請求項１に記載の方法。 ９ 水素がプラズマトーチを通して溶融物中へ送
    られ、溶融物で酸素と共に燃焼する請求項１に記
    載の方法。
JP15921885A 1984-07-19 1985-07-18 材料の溶融方法 Granted JPS6136124A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/632,506 US4545800A (en) 1984-07-19 1984-07-19 Submerged oxygen-hydrogen combustion melting of glass
US632506 1984-07-19

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Publication Number Publication Date
JPS6136124A JPS6136124A (ja) 1986-02-20
JPH0235695B2 true JPH0235695B2 (ja) 1990-08-13

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EP (1) EP0171637B1 (ja)
JP (1) JPS6136124A (ja)
AT (1) ATE43562T1 (ja)
CA (1) CA1211629A (ja)
DE (1) DE3570640D1 (ja)
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