JPH0248492B2 - Egarasunoyojuhoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はアルカリ金属酸化物の含有量が抵い硼
珪酸塩ガラスに属する所謂Ｅガラスを直接通電型
のガラス溶融炉により溶融する方法に関する。 直接通電型のガラス溶融炉は炉周壁から炉芯部
に向つて挿入された電極組を有し、炉内の溶融ガ
ラスを通して電極間に電流を流し溶融ガラスを抵
抗発熱体として直接加熱するものであるが溶融ガ
ラスを通して流れる電流のパターンの関係で各電
極の先端部で囲まれる中央区域のガラスがより多
く加熱される傾向がある。そして一般に溶融ガラ
スは温度が高くなる程電気低抗が減少する特性を
もつているがこの特性はＥガラスにおいて特に顕
著であるため、Ｅガラスを直接通電型の溶融炉で
溶融する場合にはより多く加熱される中央区域の
Ｅガラスの電気抵抗が著しく減少する結果、この
部分に電流が集中的に流れ炉内全体のＥガラスを
均一に加熱することが困難となる。このように中
心の高温部と周辺の低温部が共存する状態の溶融
Ｅガラス液面に原料を平均に投入すると投入され
た場所によつて溶融状態に著しい差が生じ、高温
部に投入された原料バツチは急速にガラス化し、
粘稠なカルメラ状の泡ガラスが液面から盛上つて
来、ときには炉蓋から溢れ出すことすらある。こ
のように局所的に高温部の現れる現象は上述のＥ
ガラスの特性により高温になつた個所のＥガラス
には益々電流が通り易くなつてさらにその個所だ
け温度が益々上昇することに起因する。 このようなＥガラスの溶融を行う従来の直接通
電型のガラス溶融炉の例として特公昭45−28908
号公報および特開昭51−37110号公報に示された
ものを挙げることができる。これ等の溶融炉は前
述の理由で電極組の各電極先端で囲まれた中央区
域のＥガラスのみが集中的に高温（1900℃程度）
になるにまかされているため電極の消耗が甚だし
く、そして高温になつた溶融Ｅガラスをそのまま
溶融ガラス取出通路から排出するようしているた
め取出通路に特別な酸化防止策を講ずる必要があ
つた。例えば特公昭45−28908号のものはモリブ
デン製の取出通路の外壁を水素等の還元性雰囲気
で包むように構成され、また特開昭51−37110号
ではモリブデン製の取出通路の外壁を白金で覆う
ような煩雑な対策が講じられているが、それでも
なお取出通路の構成部材の消耗をまぬがれること
ができない。 それに加えて上記従来公知の溶融炉は炉体を非
常な高温から保護する目的と、耐火物炉壁材の電
気抵抗を高く維持する目的で、炉体を外側から水
冷する必要があるため熱効率の悪い炉になつてい
た。 本発明はＥガラスを直接通電型のガラス溶融炉
で溶融する場合に炉芯部の溶融Ｅガラスに起る集
中的温度上昇が抑止され従来の溶融炉に付髄する
上述の欠陥が回避されると共に安定した溶融を行
うことのできる溶融方法を提供することを目的と
するものである。 上述の目的を達成するために本発明はＥガラス
を直接通電型ガラス溶融炉で溶融するに当りＥガ
ラスの上述の特性を有利に利用する方法を提供す
るものであり、その方法は溶融炉内の電極組の各
電極先端部で囲まれる中央区域の溶融Ｅガラスの
温度の過度の上昇を抑止し中央区域の電気抵抗を
周辺部より高めることを特徴としている。このた
め電極間を流れる電流の経路は中央区域から周辺
部に迂回されＥガラスの中央区域における集中的
温度上昇が避けられ中央区域を取巻く環状の比較
的広い帯域が昇温されることになる。電極組のレ
ベルにおいて昇温された上記環状帯域の溶融Ｅガ
ラスは対流によつて液面に上昇し液面にまで及ぶ
環状の高温帯域が形成されることになるが、これ
は肉眼で観察することができる。 上記中央区域の溶融Ｅガラスの温度上昇を抑止
する方法の一つは、炉内溶融Ｅガラスの液面上中
心部に投入され液面上に浮遊する逆スリバチ状の
原料バツチの山の底面が常に上記環状の比較的広
い高温帯域の内側にあるようにバツチの供給量に
対応して電極挿入深さと供給電力を調節すること
である。 上記方法の他の一つは電極組の各電極の先端部
で囲まれた中央区域に耐火物製または耐熱金属製
の筒状の冷却器を挿入し中央区域のＥガラスの温
度を強制的に低く保つことである。 本発明の上記目的、構成、作用効果は以下の図
面を参照する実施例の説明から明かになるであろ
う。 第１図は本発明に使用される直接通電型ガラス
溶融炉の電極配置と炉内溶融Ｅガラスの状態を模
式的に示す斜視図、第２図は同溶融炉の側断面図
である。なお第１図において炉内溶融ガラスを簡
略化して円柱で示しているが、実際に使用される
溶融炉は通常８角形のものである。 第１図および第２図において、溶融炉１は炉周
壁から炉芯に向けて半径方向に水平に挿入された
３本の３組電極を１組とする上下２組の電極組を
有し、各組の電極は120゜の等間隔で夫々同じ長さ
だけ挿入され、即ち上段の組の電極２は長さ
Ma、下段の組の電極は長さMbだけ挿入され、
各組の３本の電極の先端は炉中心に対し点対称を
なす位置に配置される。更に溶融炉の出口に形成
されるスロート６にはスロート電極４，５が配置
される。また溶融炉１には炉蓋の中心に原料ガラ
スのバツチ投入口７、その側方にガス抜孔８、炉
内ガラスの溶融状態を観察するためのノゾキ孔９
が設けられ、炉蓋を通して挿入される熱電対１０
により炉内溶融ガラスの所定深さの温度が測定さ
れる。 以上のように構成された直接通電型のガラス溶
融炉において、炉内の溶融Ｅガラスは上段および
下段の電極組の各電極間を流れる電流により溶融
Ｅガラス自身を抵抗発熱体として加熱される。投
入口７より投入されるＥガラス原料は炉内溶融Ｅ
ガラスの液面中央部に逆スリバチ状のバツチ山ｂ
を形成して浮遊しその底面から溶融Ｅガラスの熱
を受けて溶融される。Ｅガラスの溶融熱は主とし
て上段電極組２によつて与えられ、下段電極組３
は上部溶融区域のガラス循環流が未ガラス化部分
および未脱泡部分を含んだまま炉の下部区域まで
環流することを防止し清澄を行うに適した粘度に
Ｅガラスの温度を維持することを目的とするもの
で上段電極組に比較して供給電力は少くてよい。
こうして溶融清澄されたＥガラスはスロート６を
通して前炉に送られる。スロート電極４，５はス
ロート６を通る溶融Ｅガラスを適度に加熱し流出
を容易にする。 直接通電型ガラス溶融炉は以上のプロセスでガ
ラス原料を直接溶融し、ガラス繊維の製造その他
の目的に供給するものであるが、Ｅガラスは第３
図に示す如く温度上昇に伴う電気抵抗の減少がソ
ーダ石灰ガラスに比べて著しい特性をもつている
ので電極組の各電極の先端で囲まれ電流が最も多
く流れる中央区域ｇのＥガラスが加熱されるとこ
の部分のＥガラスの電気抵抗が減少し益々この部
分に電流が流れ易くなるため中央区域ｇだけが集
中的に加熱され高温となる欠陥が生ずる。本発明
は上記欠陥を防止するために中央区域ｇの局部的
温度上昇を抑えこの区域の電気抵抗を周辺部より
高め電極間の電流経路を中央区域ｇより周辺部に
迂回させ中央区域ｇを取巻く環状の比較的広い帯
域を昇温させるようにしたものである。上段電極
組２のレベルにおいて昇温された環状の帯域は対
流により液面に上昇し第１図にａとしてハツチン
グして示す如く肉眼で観察することができる。 中央区域ｇの局部的温度上昇を抑える最も好ま
しい方法は溶融Ｅガラスの液面中心部に供給され
る逆スリバチ状のバツチ山ｂの底面が中央区域ｇ
の液面内にあるようになしバツチ山ｂによる冷却
作用が環状の高温帯域ａに及ばないようにするこ
とである。このようにバツチ山ｂの底面の広がり
を調節することはバツチの供給量に対応させて電
極挿入深さと供給電力を調節することによつて達
成することができる。バツチ山ｂの底面が中央区
域の範囲を越えて環状の高温帯域ａを覆うように
なるまで広がると、中央区域のみの選択的冷却効
果が失われ中央区域ｇとその周囲の環状高温帯域
ａの温度差がなくなつて中央区域により多く電流
が流れ易くなるため中央区域の方が高温となつて
環状の高温帯域は消減し、更に中央区域ｇのみが
集中的に高温となる欠陥が現れることになる。従
つてバツチ山の底面が常に液面に現れた環状の高
温帯域ａの内側にあるように電極組の置かれた平
面内における各電極の先端間の距離と、電極に供
給する電力とバツチの供給量との間にバランスを
とることが必要である。 以上の本発明の効果は第１図および第２図に示
す直接通電型のガラス溶融炉を使用し本発明の上
述の方法に従つてＥガラスの溶融を行つた次の実
験結果から実証できる。実験に使用した炉は８角
柱のものでその主要な寸法の諸元は第１表の通り
である。

【表】 の調合バツチを供給量Ｂ＝88.74Kg／hrで供給し
て、引出ガラス量Ｇ＝75Kg／hrでＥガラスを安定
して得たときの条件を第２表に示す。 第２表は上段電極の挿入長さを最小値458mmお
よび最大値499mmとした場合のその他の操作条件
を示す。下段電極電力については、上段電極電力
との比がある一定の範囲内に、即ち0.05〜0.2の
範囲にあることが必要であることを示している。

【表】

【表】 次に上段３相電極挿入長さMaを478mmに固定
してバツチ供給量と各電極に供給する電力を変化
させてＥガラスを安定して得たときの条件を第３
表に示す（Mbは第２表と同じく478mmに固定）。 第３表は供給バツチ量を最小値82.55Kg／hrお
よび最大値96.0Kg／hrとした場合の操作条件を示
し、上段のその他の条件は供給バツチ量の最大
値、最小値のときの夫夫の条件を示す。又、下段
電極の条件については、第２表に示すように上段
電力に対する下段電力の比が0.05〜0.2の範囲に
入つている必要のあること判つたため、その範囲
に入つている条件を上段電極電力の夫々に対して
示したものである。

【表】 第２表および第３表の操作条件のときに第１図
に示す如く溶融Ｅガラス液面上の炉芯部に逆スリ
バチ状のバツチ山ｂが形成されこのバツチ山の底
辺の周囲の溶融Ｅガラス液面に環状の比較的広い
面積の高温帯域ａが生じてＥガラスの安定した溶
融を継続することができた。このとき溶融Ｅガラ
ス液面全体に亘つて粘稠なカルメラ状の盛上りが
生ずるようなトラブルは全く見られなかつた。 このように安定した溶融状態のときに測定した
温度を第４表に示す。

【表】 ガラスの泡切は環状高温帯域ａにおいて行われ
ているのを観察した。 溶融Ｅガラス液面で約1250℃を示す環状の広い
高温帯域ａは深部の1430℃の区域ｈにおける高温
ガラスが対流により上昇するに従つて外周に向つ
て拡がる方向に流動しながら液面に至り形成され
るものと思われる。1430℃の高温ガラスは対流に
より上昇するに従つて温度が低下し液面で1250℃
になるものと思われ、その間にガラス化反応が進
んで脱泡されるものと思われる。 溶融Ｅガラス液面上の炉蓋で囲まれた雰囲気の
温度はガラス液面上の中央にバツチ山ｂを逆スリ
バチ形状に保持するために大きな影響を与える。
即ち炉頂の投入口７から炉芯部に目がけて次々と
投入されるバツチが逆スリバチ状のバツチ山ｂと
なつて溶融Ｅガラス液面の中央に浮んでその底辺
が液面の比較的広い面積を占める環状高温帯域ａ
を覆う程拡がることなく高温帯域ａの内周縁に接
した状態で存在し続けるためには上記雰囲気から
もバツチ山ｂに熱を与える程の温度が必要であ
る。電極組の先端部で囲まれた狭い中央区域ｇを
バツチによつて選択的に冷却するためには所謂コ
ールドトツプの如くバツチが溶融ガラスの液面の
全面を覆つてはならず、そのためには炉蓋によつ
て溶融Ｅガラスの液面上の空間を高温に保持する
ことが必要である。 以上のように本発明は中央区域ｇを取巻く比較
的広い環状の帯域を昇温させるものであるがこの
帯域が電極を取付けた耐火物製の炉壁まで拡がら
ないように留意することが必要である。その理由
は第３図に示す如く溶融Ｅガラスは全体として比
較的高い電気抵抗を示すので例えば通常使用され
るアルミナ・ジルコン系耐火物であるモノフラツ
クスＳを炉材として用いたりすると炉壁を構成す
る耐火物の電気抵抗より高くなる場合があり、そ
の場合には電極に供給される電流の大部分がＥガ
ラスよりも炉壁を通つて流れ専ら耐火物の加熱に
消費されてしまうからである。この問題に対する
解決法の一つとして溶融Ｅガラスの温度において
溶融Ｅガラスより高い電気抵抗をもつ耐火物、例
えば第３図に示すような温度−電気抵抗特性をも
つた稠密ジルコンのような耐火物を使用すること
ができるが、それにしても炉壁に接する溶融Ｅガ
ラスは高温であつてはならない。溶融Ｅガラスが
環状の高温帯域の外縁から炉壁にかけて温度が次
第に低下し炉壁に接する所で所定の温度を得るこ
とは炉芯から電極取付壁までの距離Ｒと上段電極
の挿入長さMaを整合させることにより達成する
ことができる。このとき溶融Ｅガラスは液面にお
いて第４表に(a)，(c)，(d)として示す温度分布を示
し安定したＥガラスの溶融を継続することができ
る。 下段電極３は前述の如く主として溶融Ｅガラス
の清澄を行うためのものであるから比較的小電力
で足り、実験の結果によれば上段電極２に加える
電力を１０とした場合下段電極３の電力は0.5〜
２、好ましくは１前後とした場合によい結果が得
られた。もし下段電極３に与える電力が大き過ぎ
ると上部溶融区域のガラス循環流を加勢して上部
溶融区域のガラス循環流が未ガラス化部分、未脱
泡部分を含んだまま炉の下部区域にまで環流し清
澄が果されずにスロート６を通過して前炉に到達
することが起る。このように下段電極の取扱いは
引出されるガラスの品質に大きな影響を与えるも
のであるが、溶融炉と前炉の間に別に清澄炉を設
け溶融炉内で清澄を行う必要のない場合、または
ガラスの品質をそれ程問題にしない場合は下段電
極を省いても本発明は当然実施できるものであ
る。 以上の実施例は上段電極２の置かれた平面内の
３本の電極の先端で囲まれた狭い中央区域ｇの溶
融ガラスを冷却するために前述の表に示す如くバ
ツチ供給量Ｂ〔Kg／hr〕、上段電極挿入深さMa
〔mm〕、および上段電極供給電力Wa〔KW〕を整合
させるようにしたものであが、同様の冷却作用は
中央区域ｇに耐火物製の冷却棒または水冷した耐
熱金属製の筒状の冷却器を挿入することによつて
も達成することができる。 更に溶融能力の大きな炉の場合には上段電極平
面内に３本１組の電極組に限らず複数の電極組を
配置することもあり、また複数の電極組は３相の
電極組に限らず単相の電極組の場合もある。更に
複数の上段電極組は必ずしも一平面内にある必要
はなく上下にずれた異なる平面内にあつてもよ
い。また各電極は必ずしも水平である必要はなく
若干角度をもつていてもよい。以上いずれの場合
にも当然本発明を適用することが可能である。 その他本発明は特許請求の範囲に記載された範
囲内で様々な実施方法が可能であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される直接通電型ガラス
溶融炉の電極配置と炉内溶融ガラスの状態を模式
的に示す斜視図、第２図は同溶融炉の側断面図、
第３図はＥガラスその他の温度と電気抵抗の関係
を示す特性図である。 １……直接通電型ガラス溶融炉、２……上段電
極、３……下端電極、４，５……スロート電極、
６……スロート、７……ガラス原料投入口、ａ…
…環状の比較的広い高温帯域、ｂ……バツチ山。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉周壁から炉芯部に向つて挿入された電極組
   を有する直接通電型のガラス溶融炉によりＥガラ
   スを溶融する方法において、電極組の先端部で囲
   まれる中央区域に冷却物を置き、該区域の溶融Ｅ
   ガラスの温度を比較的低い温度に保つことにより
   溶融Ｅガラスを通して電極間に流れる電流の経路
   を前記中央区域から迂回させ該中央区域を取巻く
   環状の比較的広い帯域を昇温させることを特徴と
   する方法。 ２ 前記中央区域における溶融Ｅガラスの温度を
   選択的に低い温度に保つために溶融Ｅガラスの液
   面中心部に投入され逆スリバチ状をなして液面に
   浮遊するＥガラス原料のバツチの底面が前記中央
   区域の周縁を越えて拡がらないようにバツチ供給
   量、電極挿入長さ、供給電力量を整合させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記中央区域における溶融Ｅガラスの温度を
   選択的に低い温度に保つために前記中央区域に耐
   火物製または耐熱金属製の筒状の冷却器を挿入す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ４ 前記電極組は上下異なるレベルに配置された
   上段電極組と下段電極組とから成り、上段電極組
   の供給する電力と下段電極組に供給する電力との
   比率を約10対0.5〜２にすることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   方法。