JPH0297434A - バッチ材料を予め反応させるガラス製造方法 - 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〕 本発明はガラスの製造方法に関し、特にバッチ材料を予
めか焼及び珪酸塩反応にがけな後、溶融してガラスを製
造する方法に関する。

〔従来の技術〕

慣用的ガラス製造方法では、原料バッチ材料を混合し、
次に高温にかけて化学反応及び溶解を行なわせ、それに
よってバッチ混合物を溶融ガラスへ転化する。主たる溶
融過程を開始させる前に、バッチ成分の間に幾らかの反
応を別個に行なわせることか従来提案されてきた。これ
らの提案は、理論的なエネルギー節約を示しているが、
余分な処理を行なうコストのため、実際に行なった場合
の経済性を一般に好ましくないものにしている。

米国特許第３，０８２，１０２号明細書〔コウル（Ｃｏ
ｌｅ）その他〕には、バッチ混合物を、メタ珪酸ナトリ
ウムを生成するシリカとソーダー灰との反応を行わせる
ため、溶融前に、加熱することが記載されている。温度
は、ソーダ・石灰・シリカガラスに対しては、予備加熱
装置を詰まらせることがある溶融相を生じないように８
２０　’Ｃに限定されている。

米国特許第３，６８２，６６６号明細書〔ラカレッジ（
Ｌ　ａｃｏｕｒｒｅｌ？ｅ）　）には、全バッチ混合物
を、溶融前に珪酸塩を生じるように反応させる同様な方
法が記載されており、その場合６００″Ｃ〜７８７°Ｃ
の低い反応温度が、少量のハロゲン化物を含有させるこ
とにより可能にされている。

米国特許第３，８１７，７７６号明細書〔ブリングラス
（Ｇ　ｒｉｎｇｒａｓ）　）には、予熱した砂粒子を溶
融苛性ソーダと接触させることにより珪酸塩ナトリウム
へ部分的に反応させることが記載されている。バッチ成
分の残りは後で添加される。この方法は、ガラス製造の
ためのナトリウム源としてソーダー灰よりも値段の高い
苛性ソーダを使用しなければならない欠点を有する。ま
た、固体と溶融材料とを接触させる方法は、固相反応よ
りも制御しにくく、詰まりを起こし易い。

バッチ成分の他の有用な前処理は、石灰石及び（又は）
ドロマイトをか焼して炭酸塩を酸化物へ分解し、それに
よって二酸化炭素を遊雛させることである。溶融が始ま
る前に二酸化炭素を除去することは、ガラス中にガス状
含有物を収り込まないようにするために有利である。か
焼面処理の例は、米国特許第４，５３９，０３０号明細
書（ドマレスト）に記載されている。か焼は８７０℃（
１６００°Ｆ）を越える温度を必要とし、そのことは全
バッチ混合物の処理を妨げる。何故なら、そのような温
度はバッチの他の成分、特にソーダー灰又は他のソーダ
ー源の溶融を起こすからである。

要するに従来の予熱方式は、−ａにバッチの一部分だけ
を含むか、又は達することができる温度に関して限定さ
れている。他の方式は、好ましくない処理特徴をもつか
、又は値段の高い原料を含んでいる。ガラス溶融過程か
らの廃熱の回収を最大にし、バッチの全ての部分を予熱
し、予め反応させろことが望ましいであろう。

〔発明の要約〕

本発明ではバッチの全ての部分が予熱され、溶融を開始
する前に最適状態へ予め反応させる。バッチは二つの別
々の部分として前処理される。第一の部分は、ソーダー
源材料（例えばソーダー灰）の大部分を含むことを特徴
とし、第二の部分はカルシウム及び（又は）マグネシウ
ム源（例えば石灰石及び（又は）ドロマイト）の大部分
を含むことを特徴とする。カルシウム及びマグネシウム
の炭酸塩は８７０℃（１６００°Ｆ）より高い温度でか
焼される。シリカ源材料（例えば砂）の大部分は、が焼
中にカルシウム及びマグネシウムの炭酸塩を伴い、予熱
される。存在する砂と共に、か焼工程はバッチのその部
分を１１００℃（２０００’Ｆ）より高い温度へ予熱す
るのに用いることができる。ソーダー源をシリカ源の少
量部分と混合し、上昇させた温度で固体状態で反応させ
、珪酸ナトリウム、主にメタ珪酸ナトリウムを生成させ
る。バッチの別々に前処理した二つの部分を液化器の容
器中で一緒にし、そこで溶融を開始する。

ン１化器に入るバッチの全ての部分が予熱され、予備的
に吸熱反応が行なわれてしまっているので、ｌ＾化器中
で溶融を開始するために必要な熱は比較的わずかである
。好ましい操作条件下では、主たるエネルギー消費はか
焼段階で行なわれ、そのか焼段階からの排気ガスは珪酸
ナトリウム反応器に必要なエネルギーの実質的部分を与
えるのに充分であろう、従って、かｍ器からの排気ガス
は珪酸塩反応器中ｌ＼送ってもよい。液化器からの排気
ガスも同じくメタ珪酸塩反応器へ送ってもよい。

本発明にとって本質的なことではないが、か焼工程の特
に有利な態様は、米国特許第４，６３４，４６１号明細
書（ドマレストその他）に記載されているように、バッ
チの一部分と混合しながら燃料（例えば石炭）を燃焼す
ることを含んでいる。

本発明の他の目的及び利点は次の好ましい態様について
の詳細な記述及び付図から明らかになるであろう。

〔詳細な記述〕

本発明を一層完全に理解できるように、特定の好ましい
態様を詳細に記述する。その態様は、回転液化器の容器
へ供給物を与えるロータリーキルン前処理容器を有する
。本発明の概念は、記載する特定の装置に限定されるも
のではなく、他の手段を用いることもできることは理解
されるべきで＋Ｐ）ろ。

図に示した態様で、ロータリーキルン（１０）を、カル
シウム及びマグネシウムの炭酸塩を含むバッチ部分をか
焼するのに用いる。殆んどの商業的ソーダー・石灰・シ
リカ平板ガラスは、ドロマイトパンチ材料に起因するか
なりの量のマグネシウムを含有する。しかし、マグネシ
ウムは本発明が関与する種類のガラスに必須のものでは
なく、マグネシウム源の前処理は本発明の任意的事項と
考えてもよい。バッチのカルシウム及びマグネシウムの
炭酸塩の全てがか焼面処理にかけられるならば、本発明
の利点は最大限に生がされるが、一部分だけか煩雑に通
すならば、得られる利点の程度は少なくなるであろう。

か煩雑に供給されたバッチ部分は、カルシウム及び（又
は）マグネシウム源材料の少なくとも大部分を構成する
のが好ましい。バッチのその部分を、ロータリーキルン
の入口端にあるスクリュー供給器（１１）によってが煩
雑へ供給してもよい。

か焼用キルン（１０）を操作する一つの方式として、キ
ルンの内部をか焼温度へ加熱するためバーナー（図示さ
れていない）を具えてもよい。そのようなバーナーは、
スクリュー供給器〈１１）とは反対の端にあり、固体と
ガスが互いに自流状に送られるのが典型的であろう。し
がし、ロータリーキルン（１０）を加熱する好ましい方
法は、米国特許第４．５１９，８１４号明細書くドマレ
ストその他）の教示に従ってバッチ材料と混合した燃料
を燃焼することである。その方法の一つの利点は、石炭
の如き燃料を灰汚染或は変色の問題を起こすことなく用
いることができることである。バッチ成分及び固体又は
液体燃料は、スクリュー供給器（１１）を通過さて せる前に混合し次もよく、或はそれらはロータリーキル
ン（１０）へ別々に供給し、そこでキルンの回転作用に
より混合を行なうようにしてもよい。スクリュー供給器
（１１）のバレル（１２）は、水冷し、燃ｒ１の燃焼を
維持するためロータリーキルン（１０）の内部へ空気又
は酸素を導入するための導管を配備してもよい。酸素を
使用することは、キルン内の温度を一層高く維持し、排
気ガスの体積を最小にし、放出される窒素酸化物の形成
を減少させるために好ましい。

石炭とか焼用ロータリーキルン（１０）で燃料として用
いた場合、必要な石炭の量は望ましい温度及び特定の石
炭の熱含量に依存するであろう。砂、石灰石及びドロマ
イトと、６％〜１０％の石炭との混合物では、酸素を用
いて燃焼した場き、その混合物を１１００℃〜１３００
℃に加熱することが見出だされており、それは炭酸塩を
完全にが焼するのに充分である。本発明の目的にとって
合理的に活性なか焼は約８７０℃（１６００’Ｆ）の温
度で開始されると考えられが、この段階での熱導入量を
最大にするため一層高い温度が好ましい。炭酸塩をか焼
する程度は、８７０℃（１６００°Ｆ）より高い温度で
本質的に完全になる。従って、ロータリーキルン（１０
）から放ることを特徴としていてもよい。後の液化段階
で必要なエネルギーを減少させ、ガスが溶融相中に収り
込まれることがある後の液化工程中でのＣＯ２の生成を
回避するため、か焼は極めて有利である。

か焼にかけられるバッチ部分では、メタ珪酸塩生成に含
まれる部分よりも一層高い温度が得られるので、か焼用
容器を通過するシリカ源材料（砂）部分を最大にし、そ
れに最高の予熱温度を与えるようにすることが好ましい
、どの主要バッチ成分の最高の溶融温度にしても、砂は
非常に高い温度ｌ＼溶融することなく予熱される。シリ
カ源のいくらかはメタ珪酸反応器へ供給されなければな
らないが、その量はメタ珪酸ナトリウムを形成するソー
ダー源との反応を完結するのに必要な量以下であること
が必要である。珪酸ナトリウム反応を完結するのに全シ
リカ源の約１７５で充分である。残りのシリカはか焼用
容器へ供給してもよい。別法としてシリカの一部分を、
か焼工程で得られる温度よりも高い温度へ別個に予熱し
、それから液化器へ直接供給し、それによって液化器で
必要なエネルギーを更に減少させるようにしてもよい。

か煩雑を通過したバッチ部分中に最大量の砂を含有させ
ることは、他の材料の凝集を阻止する望ましい効果をも
たせ、それによってか焼に伴う一層高い予熱温度を可能
にすると考えられる。

ｒｊ’、　酸ナトリウム反応は、別の容器で行ってもよ
く、その容器は種々グ）形を取ることができ、付図に示
された例は別のロータリーキルン（２０）になっている
。別の珪酸塩反応容器の態様は、固体とガスを接触させ
る当分野で知られた多段炉床溶融炉からなっていてもよ
い。後者の装置は、孔を有する垂直に績み重ねられた皿
を有し、粉末固体が回転レーキ（ｒａｋ〆）によって押
された時、それらの孔を通って一つの皿から下の皿へ落
ちていき、一方ガスはそれらの皿の孔を通って−Ｌ方へ
通過する。

シリカとソーダー灰との固相反応速度は、温度と粒径に
依存する。反応容器の大きさは、必要な滞留時間によっ
て選択され、その滞留時間は、今度は反応速度によって
決定される。独立の熱源を用いてもよいが、か煩雑から
の排気ガスによって珪酸塩反応器を加熱するのがエネル
ギー効率のために好ましい。好ましい操作条件下では、
か煩雑排気ガスは、珪酸塩反応に必要な全エネルギーを
与えるのに充分な温度及び体聞を有する。成る場合には
、か煩雑からの排気ガスは、早すぎる材料の溶融を起こ
すことがある珪酸塩反応器での高温を避けるため、冷却
ガスで希釈することが必要になることもある。別の場合
として、珪酸塩反応器のガス入口端にある。補助バーナ
ー（図示されていない）によって付加的熱が与えられる
必要があることもある。

広い範囲の変動を受ける反応速度に影響を与える因子は
、材料、特にシリカの粒径である。普通の商業的形振の
ソーダー灰は、本方法にとって充分細かい。しかし、慣
用的ガラスバッチ砂の粒径は、■↑酸ナトリウｌ、反応
のシリカ源として用いた場か、実際的反応速度を生ずる
には大きすぎる。

微粉砕シリカは砂よりも値段の高い原料であるが、全シ
リカ必要量のわずかな部分だけ（典型的には約２０％）
を珪酸塩反応器へ供給しさえすればよい。

本方法の残りのためのシリカ源は、通常の砂でよい。珪
酸塩反応に含まれるシリカの量は変えることができるが
、微粉砕シリカのために含まれるコストのため、珪酸塩
反応器に与えられるシリカの量は最小、即ちソーダー灰
との反応を完結するのに丁度充分な量に維持するのが好
ましい。これらの量では、生成物は主にメタ珪酸ナトリ
ウムになるであろう。存在するシリカの量がメタ燐酸塩
反応を完結するのに必要な化学量論酌量を実質的に越え
ている場合には、オルト珪酸ナトリウムを生じさせるこ
とができる。珪酸塩反応器に適したシリカの粒径は、“
スーパーシル（Ｓ　ｕｐｅｒｓｉｌ）”の名前で売られ
ているような、２００〜２３５メツシユ（米国標準篩）
微粉砕ガラス砂であろう。もっと大きな粒径のものを用
いてもよいが、反応速度が遅くなり、そのため反応を完
結するのに一層大きな容器を必要とするであろう。しか
し、許容できる温度範囲の高い部分では、反応速度に与
える粒径の影響は小さくなるので、実質的な害を与える
ことなく一層粗い砂を用いることができるであろう。

上で述べた範囲よりも細かい粒径を用いても有利かもし
れないが、唯ガス流によって相かい材ｔ１が過度に運び
去られる傾向があるため限定される。

幾らか運び去られるのは許容できるが、珪酸塩反応器を
出る排気ガス流に対する塵収拾手段により制御すること
ができる： 珪酸塩反応器の温度は、反応時間を短くするために最高
にするのが好ましいが、固体がソーダー灰の融点よりわ
ずかに高い約８７０℃（１６００下）の温度になった時
、溶融が行なわれる傾向があるため限定される。この上
限温度は、シリカとソーダー灰の特定の混合物及び与え
られる撹拌呈に幾らか依存して変動するであろう。珪酸
塩反応器に入るガスは、固体のための最高温度より幾ら
か高い温度になっていてもよい。例えば、か煩雑から珪
酸塩反応器に入る排気ガスは９３０℃〜９８０℃（１７
００°Ｆ〜１８００’ｌ？）の高い温度になっていても
よい。シリカとソーダー灰との固相反応は、理論的には
３００’Ｃ（５７０下）の低い温度で開始すると報告さ
れているが、そのような温度での反応速度は非常に小さ
いであろう。８００℃（１４７０’Ｆ）では、メタ珪酸
ナトリウムを形成する最大反応速度（即ち最も細かい粒
径で）は、０．０８３％／分であると報告されており、
それは図に示したロータリーキルンで完結するまで行な
うのに利用できる。ソーダー灰の反応を実質的に完結す
ることにより最大の利点が得られるが、反応器の大きさ
を小さくするため完全な反応よりも幾らか少ない反応も
許容できるであろう。

わずか５０％以下の完了でも実質的な利点が得られるで
あろう。

一度び反応時間が決定されたならば、与えられた生産率
に対し、ロータリーキルン（２０）の大きさを次の式か
ら計算することができる： ｔ＝　２．２８Ｌ　／　Ｎ　Ｄ　Ｓ 式中、を−滞留時間（分） Ｄ二直径（ｒｔ） Ｌ−長さ（［シ） Ｎ−回転速度（回／分） Ｓ−傾斜（ｉｎ／Ｈ）。

スクリュー供給３（２１）ｅ、シリカとソーダー灰との
混合物を珪酸塩反応（２０）へ供給するのに用いてもよ
く、或は反応物は別個に供給されてもよい。

か煩雑（１０）からの排気ガスは、移送管（２２）によ
って珪酸塩反応器（２０）中へ送られてもよい。囲い（
２３）は、ロータリーキルン（２０）の他端を閉じ、排
気ガスを排気管（２４）へ向ける。ロータリーキルン〈
２０）へ入るガスの温度を調節するため、排気管（２４
）から再循環された空気又はガスを管（２５）によって
移送管（２２）へ導入してもよい。排気ガスを再循環さ
せるため送風機（２６）を管（２５）に配備してもよい
。

か煩雑（１０）及び珪酸塩反応器（２０）からの生成物
を、まだ上昇した温度にある間に一緒にし、付加的熱を
与えて溶融及びガラス形成反応を開始させる。バッチの
二つの部分を一緒にし、？８融するやり方は変えてもよ
い。簡単な方法は、慣用的タンク型溶融炉にそれら二つ
の流れを入れることであろう。しかし好ましい装置は、
付図に示されており、この場合二つの流れは、米国特許
第４．３８１，９３４号明細書〔２−ンクル（Ｋｕｎｋ
ｌｅ）その他〕に記載された型の液化器用容器（３０）
中で一緒にされ、溶融が開始される。大きな液化器のた
めの好ましい？？Ｉｌ造は、米国特許第４，６６８，２
７２号明細書〔ニューキャンプ（Ｎｅｗｃａｍｐ）その
他〕に示されている。この好ましい態様では、液化器（
３０）は、回転ドラム（３１）と、静止１２　（３２）
とを有する。ｎ　（３２）はセラミック耐火物、水冷金
属又はそれらの組１ぜから作られていてもよい。ドラム
（３１）の内部には、バッチ材料の傾斜したライニング
（３３）が維持されている。ロータリーキルン（１０）
及び（２０）の生成物がライニング（３３）の上に供給
され、ドラムが各供給位置を通って回転するにつれてそ
れらは混合される。材料がライニング（３３）の表面を
転がり落ちるに従って、更に混合が行なわれる。蓋を通
りて伸びたバーナー（３４）によって液化器（３０）の
内部へ熱が供給されてもよい。そのような装置は、単に
溶融を開始させる、即ち粉末材料を半溶融流動性状態に
するためだけのものである。傾斜表面（３３）のために
、半溶融材料は溶融が完了される前に液化器から出口３
５を通って自由に流下する。ガラスの溶融及び清澄化は
、当分野で知られた方法に従って、後の段！ｆａ（図示
されていない）で完了することができる。後の段階で用
いることができる技術の例は、米国特許第４，６１０，
７１１号明細書〔マテザ（ＭａＬｅｓａ）その他〕、第
４，６５４，０６８号明細書（クンクルその他）又は第
４，７３８，９３８号明細書（クンクルその他）に記載
されている。液化器（３０）に供給される材料は予熱さ
れ、それらの吸熱化学反応を受りているので、液化器で
必要な熱は実質的に減少している。これは、液化器（３
０）内で必要な燃焼量を最小にし、比較的小さな大きさ
の液化器容器の生産速度を最大にするために有利である
。バーナー（３４）は、排気ガス体績を最小にするため
酸素で燃焼させるのが好ましい。液化器からの排気物は
、蓋（：１２　）の孔に結合された管（３６）によって
珪酸塩反応器（２０）／＼送られてもよい。

３１算された例では、ソーダー・石灰・シリカガラスを
２００ｃ／日で製造すると、１時間当たり合計２：（〉
で１０’ＢＴＵ消費する。か焼皿は、長さ６肩（２０ｆ
ｔ）、内径１．５ｚ（５ｆｔ、）ノｏ−タリーキルンで
、石炭力燃焼により１時間当たり１５．４ｘ　］０６１
３　Ｔ　Ｕ消費する。珪酸塩反応器は、長さ５１ｚ（１
７０ｆ　ｔ）、内径１．８ｚ（６ｆｔ）（７）　Ｄ−タ
’）　−−１１−ル’、ｙ　テ、約４２５°Ｃ（８００
下）の珪ｌＩｉ！２塩放出温度を生ずるように設計され
たものである。珪酸塩反応器は１時間当たり２８Ｘ１０
’Ｂ　ＴＩＪ必要とし、そのうち１．８ｘ　１０’Ｂ　
Ｔ　Ｕ　／時は補助バーナーによって与えられ、残りは
か焼皿及び液化器からの排気物によって供給された。液
化器バーナーは１時間当たり：Ｊ、５ｘ　１０’　ｒ３
　Ｔ　Ｕ消費した。

本発明を、発明者に知られた最良の方式を開示するため
に、特別な態様に関して記述してきたが、当業者には明
らかなように、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲
から離れることなく他の変更及び修正を行うことができ
ることは明ちかであろつ。

器の容器を有する、本発明を実施するための装置の特別
な！υ様の概略的側断面図である。

１０−一ロータリーキルン（か焼皿）、１１　、１．２
−一供給器、 ２０−一ロータリーキルン（珪酸塩反応器）、３〇−液
化器。

代　　理　　人 浅　　村 皓

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリカ源材料、炭酸ナトリウム及びカルシウム源
   を含むバッチ材料からガラスを製造する方法において、 前記シリカ源材料の少なくとも一部分を、炭酸ナトリウ
   ムと第一領域中で、主に珪酸ナトリウムからなる生成物
   を形成するのに充分な温度で充分な時間接触させ、 炭酸塩を実質的に含まないカルシウム源を第二領域に供
   給し、前記第一領域からの珪酸塩ナトリウム生成物と接
   触させ、そして 互いに接触した前記材料を加熱してガラスの溶融を開始
   させる、 諸工程からなるガラス製造方法。
2. （２）シリカ源材料の少量部分を第一領域中で炭酸ナト
   リウムと接触させ、シリカ源の主たる部分を、メタ珪酸
   ナトリウムと接触させる前に予熱する請求項１に記載の
   方法。
3. （３）シリカ源の主たる部分の少なくとも一部分を、カ
   ルシウム源の少なくとも一部分と接触している間に予熱
   する請求項２に記載の方法。
4. （４）カルシウム源が炭酸カルシウムからなり、シリカ
   源の一部と接触したカルシウム源の予熱が、炭酸カルシ
   ウムを実質的にか焼するのに充分な温度で行なわれる請
   求項３に記載の方法。
5. （５）カルシウム源が炭酸カルシウムからなり、炭酸カ
   ルシウムが第三領域中で加熱されて、珪酸ナトリウムと
   接触する前に実質的にか焼される請求項１に記載の方法
   。
6. （６）か焼するための熱の実質的部分が石炭の燃焼によ
   って与えられる請求項５に記載の方法。
7. （７）第三領域が燃焼によって加熱され、前記第三領域
   からの排気ガスが第一領域へ送られる請求項５に記載の
   方法。
8. （８）第二領域が燃焼によって加熱され、第二領域から
   の排気ガスが第一領域へ送られる請求項７に記載の方法
   。
9. （９）第一領域へ供給されるエネルギーの大部分が、排
   気ガスの形をしている請求項８に記載の方法。
10. （１０）第一領域に必要な実質的に全てのエネルギーが
    排気ガスから回収された熱により与えられる請求項９に
    記載の方法。
11. （１１）第二領域が燃焼により加熱され、第二領域から
    の排気ガスが第一領域へ送られる請求項１に記載の方法
    。