JPH0377131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 本発明はガラスのような溶融材料体を誘導によ
つて電気的に加熱することに関している。本発明
は内部に電流が誘起されることを引き起す材料の
溶融に適用可能であり、本発明は特にガラス又は
その類いの溶融に適用可能である。

材料が交流を搬送しているコイル内に置かれた
時に誘導電流によつて同材料を加熱出来ることは
良く知られている。このタイプの加熱の利点とす
る所は加熱される材料が電源と接触しないという
事である。即ち例えば、電極を溶融物内に浸漬す
る必要が無い。ガラスを誘導的に加熱するという
一般的概念は多くの特許において、例えば米国特
許第1830481号、 第1906594号、第3205292号及び第3244495号に
おいて開示されている。従来技術の多くは小規模
な実施例に限定されており、誘導加熱によるガラ
スの大規模溶融は広く実用的に受入れられている
訳ではない。しかしながら、誘導加熱の経済性を
考えると、同加熱方法をガラス及びその類いの大
規模溶融に用いることは必ずしも有利ではなかつ
た。ガラス溶融の場合燃料の燃焼から得る熱的エ
ネルギの方が電気的エネルギよりも一般的に言つ
てより経済的であつた。更には、誘導加熱は場合
によつては電力を熱エネルギに転換するのに低効
率をもたらすことがあると考えられてきた。ま
た、当業者の中にはガラスを大規模誘導加熱する
ことは非現実的な程に大きな誘導コイルを使用す
る必要があると信じている人がいる。

（発明の要約） バツチ材の液体化は誘導加熱ヒータを用いるよ
りは米国特許第4381934号に開示のタイプの融除
タイプ溶融装置を用いてより経済的に実施するこ
とが出来る。燃焼加熱は熱源と被加熱材料間の大
きな温度差に依存して熱を効果的に移送する。最
初は液化しようとするバツチ材は大きな温度差を
提供するので燃焼加熱を受け入れ易い。前述の特
許の手法は、高温で液化された材料の融除を促進
し、低温のバツチを放射熱にさらし、大きな温度
差を維持することで、この利点を補強しようとし
ている。しかしながら、液化される材料の溶融が
終了すると、既に高温になつている材料の温度が
上昇し、左程大きな温度差は生じなくなる。それ
に対して誘導加熱の場合にはエネルギを受感材料
に転送するのに温度差を利用する必要はない。従
つて、誘導加熱は溶融プロセスの第２段階にとつ
て理想的に適している。ソーダ−石灰−シリカ平
板ガラスを大規模な連続処理炉で溶融する際に必
要な約600万BTU／トンの全エネルギ消費量と比
較した場合、ガラスの精整機能を発揮させるため
誘導加熱ヒータ内のガラスに添加する必要のある
熱入力量は約50万BTU／トン（28.6kcal／Kg）
のみである。本発明においては、エネルギの大部
分はより経済的な液化段階において消費され、誘
導加熱ヒータの寸法及び消費電力量は誘導加熱を
第２段階として、即ち溶融プロセスの「精整段
階」として採用することによつて減少させること
が出来る。

材料を予液化状態において誘導加熱ヒータに送
給することには他の利点もある。このような連続
プロセスにおいては、誘導加熱容器内で溶融材料
に関する安定した循環流パターンを確立してやる
ことが望ましい。しかし、低温材料を前記容器の
頂部に送給することは自然に上昇してくる熱対流
と干渉し合い、不安定なパタ−ンが発生すること
に通ずる。更には、溶融材料を容器の頂部に提供
することは溶融物から気泡を除去するという目標
とも合致する。

以上の点に鑑み、本発明は、エネルギを材料に
与えるのに温度差を利用する必要のない誘導加熱
を溶融プロセスの第２段階において、利用し、特
に一回巻きのコイルを通つて第２の容器のまわり
を流れる電流によつて容器内に保持されたある体
積の液化された材料上に交番電磁界を与えること
を特徴とする溶融方法及び溶融装置を提供するこ
とを目的とする。

ここで、一回巻きのコイルとは、重なる部分の
ない２つの自由端を有する直線でない細長い電導
部材である。

以下付図を参照して本発明のより詳細な説明を
行なう。

（詳細な説明） 本発明の原理は広範囲の種類の溶融材料の誘導
加熱に適用可能であるが、詳細な説明は主として
溶融ガラスのために構成された実施例について行
なう。加えるに、説明する具体的実施例は比較的
高速の連続生産用として構成されている。本発明
は特にこれらの条件下において好適なものである
が、そのような条件に限定されるものではない。

付図に示した実施例において、特に第１図及び
第２図を参照すると、一回巻き誘導コイル１０は
２つの半シリンダ１１及び１２を有しており、こ
れらのシリンダは円筒状セラミツク容器の一部を
取囲んでいる。前記コイルとして用いるのに好ま
しい材料は高い導電性を有するが故に銅である。
円筒状部分１１及び１２の厚味はある用途に要求
される強度に依存するが、説明しているこの特定
の実施例に関しては6.35mm（1/4インチ）の厚味
で十分であることが判明した。前記円筒部分１１
及び１２の外側には複数個の冷却チユーブ１３が
溶接されている。水又は他の冷却流体を非伝熱性
チユーブ１４を介してチユーブ１３に供給するこ
とが出来る。前記冷却流体は前記円筒の一方の側
のまわり半円通路を描いて出口チユーブ１５へと
通過する。チユーブ１５によつて流体はドレーン
又は円筒の同一側上に設けた別の冷却チユーブ１
３即ち、第２の半円通路に沿う帰還路へと通過す
ることが出来る。容器の寸法及び冷却必要条件に
応じて前記冷却流体はドレーンに通過する以前に
おいて付加的チユーブ中を通過させることが出来
る。

誘導加熱領域において、前記容器は複数個の耐
火性ブロツクから形成された１つの円筒を有して
いる。円筒形状が最も効率的であり、従つて好ま
しいものであるが、他の形状も採用可能であると
理解されたい。前記円筒は複数個のセツトのブロ
ツク２０から形成することが可能であり、各セツ
ト内には１つの円又は多角形を形成する複数個の
くさび形状ブロツクを設けることが出来る。例え
ば、第２図に示す実施例においては、３セツトの
ブロツク２０が設けられており、各セツトは10個
のブロツクを有している。各ブロツクは２つの側
面を有しているので全部で20側面を有する１つの
多角形が形成されている。前記ブロツク２０は処
理すべき溶融材料と適合するよう選択された耐火
性物質から作られている。溶融ガラスの場合には
適当な耐火性物質はアルミナージルコニア−シリ
カタイプの物質である。このタイプの耐火性物質
は溶融ガラスと接触するのに適しているが、その
熱絶縁特性は他のタイプのセラミツク物質と比較
すると相対的に劣る。従つてブロツク２０の半径
方向における厚味は、ブロツク内側面と外側面間
にある温度勾配が生じ、溶融材料がブロツクジヨ
イント部又は割れ目中を流動したとしても、同材
料がブロツク２０の外側面に到達する以前に凝固
するか又は少なくとも極めて高粘性となるのに十
分な厚味とされる。ガラスの場合には適当な温度
勾配において、ブロツク２０の外側面における温
度は溶融されるガラスの失透温度よりも高くなら
ない。典型的な市販のソーダ−石灰−シリカ平板
ガラス組成においては、そのような失透温度は約
980℃（約1800〓）である。前記外側面における
温度がガラスの軟化温度（約750℃）付近の温度
であれば、より良好な封入効果が達成されるであ
ろう。加えるに、内側ブロツク２０の耐火物は誘
導電流の影響を殆んど受けないように、高温度に
おいて比較的高い電気抵抗を備えているべきであ
る。例えば、抵抗値が処理している溶融材料の抵
抗値の５〜10倍であるような耐火物を用いる満足
な結果を得ることが出来る。本発明の原理とは直
接関係が無いが、別の望ましい特性として、用い
る耐火物質が室温と操業温度間において繰返し使
用に耐え得る能力を持つていることが挙げられ
る。

前記ブロツク２０によつて画成される耐火性円
筒の外側には複数個のブロツク２１からなる外側
耐火性円筒が設けられている。前記ブロツク２１
はその絶縁特性をねらつて選択されたセラミツク
物質からなつている。即ち同セラミツクは比較的
低い熱伝導率を備えている。前記外側ブロツク２
１は前記内側ブロツク２０よりも低い熱伝導率を
有しており、典型的には内側ブロツクのそれの1/
２より少ない熱伝導率、好ましくは1/5より少ない
熱伝導率を備えている。容器内の溶融材料の外部
に対する遮断は内側耐火性円筒の厚味によつて与
えられるので、前記外側耐火物片２１は溶融材料
と接触するように構成する必要は無い。但し相対
的に低い温度における適合性を同耐火物片に与え
ることが好ましい。前記外側絶縁耐火物層として
適した物質の一例は多孔質の（低密度の）粘土耐
火物である。その低熱伝導率の故に、前記絶縁層
はその外側表面上に設けた金属製誘導コイルと接
触するのに適合した付加的熱勾配を与えると同時
に、容器壁の付加的厚味を最小にすることが出来
る。全体の壁厚を最小にすることはコイルを処理
材料に出来るだけ近付け電力効率を最大にすると
いう意味で、かつ又迷走電流が誘起されるコイル
内物質の量を減少させるという意味で望ましい。
コイルの温度は金属の酸化を実質的に防止し、銅
の電気抵抗を減少させ、不当な強度低下を防止す
るのに十分な程度に低く維持されるべきである。
冷却コイル１３は前記コイル温度を低く維持し易
くするものであり、耐火物の外側層２１によつて
与えられる熱勾配は冷却必要条件を保持し、エネ
ルギ損失を合理的な水準に維持するのに十分なも
のであるべきである。冷却剤が好適なるよう水で
ある場合には、コイル温度従つて外側耐火物２１
の外表面温度は好ましくは100℃以下に保持され
る。

前記容器の誘導コイル上方の部分の構造は同誘
導コイル内の構造程決定的なものではないが、至
便には第１図に示す如く同一の構造を容器の頂部
に至る迄連続して採用することが出来る。耐火物
の蓋部材２２を前記容器の上側端部に設けること
が可能であり、同蓋部材中には送給開口２３が設
けられている。原材料は開口２３を通つて送給す
ることが可能であるが、少なくともガラスの場合
には、原材料は溶融工程の段階に先立つて液体化
しておくのが好ましい。１つの好ましい液化工程
はクンクル（Kunkle）等の米国特許第4381934号
に開示された工程である。誘導加熱容器に送給さ
れるべき材料を保持するために適当なサージホツ
パ２４又はその類いを設けることが可能である。
第７図に示すものは米国特許第4381934号の第６
図に相当するものであるが、垂直軸の回りに回転
する溶融室を特徴とし、中央の熱源をガラスが囲
むようになつている。回転溶融装置８０は鋼筒８
１と鋼床８２からなるハウジングを有し、ハウジ
ングはフレーム８４のローラ８５及び８３で支持
されている。図示しないがモータによつてローラ
８５または８３を回転させてハウジングを回動す
る。また、鋼床８２にある中央開口に中央開口８
７を有する溶融ガラスに適した耐火セラミツクブ
ツシユ８６を設けている。フレーム８４の上部に
ある部材８８に持上げ装置を係合させてフレーム
８４を支持し、容器の上端を耐火蓋９０で閉成し
ている。この耐火蓋９０は中央に孔９１を貫通
し、バーナ９２を挿入している。耐火蓋９０はま
た、スクリユー９４に連通した開口９３を有す
る。サージホツパ２４はその内部にあるプール９
９に溶融ガラスの小滴９８を集め、溶融室の燃焼
ガスは開口８７を通つて通路１０１から排出され
る。

誘導コイル下方における容器の壁２６の厚味は
重要ではないが、溶融材料との非汚染接触は考慮
すべき重要な点である。従つて、前記下側壁部分
２６は溶融材料と接触するのに適した耐火物質
（ガラスの場合にはアルミナ−ジルコニア−シリ
カタイプの耐火物）から作ることが好ましく、前
記壁には所望の熱絶縁性を与える厚味を備えさせ
ることが好ましい。容器の他の部分におけるのと
同様、下側部分２６は複数個のくさび形状耐火物
ブロツクから製造することが出来る。結合ストラ
ツプ２７又はその類い（好ましくは強磁性を減少
させるためにステンレス鋼から作られている）を
容器の下側部分のまわりに設け、同結合ストラツ
プ内に誘起される迷走電流による電力の損失をあ
まりひきおこすことなく前記ブロツクを定位置に
保持することが出来る。前記ストラツプ内におけ
る電力損失は、ストラツプ金属の横断面積を減少
し、同金属を出来るだけ誘導コイル下方に配置
し、各ストリツプをその長さに沿つて複数個の電
気的に絶縁されたセグメントに分割することによ
つて更に減らすことが可能である。

前記容器の床も又溶融材料と接触するのに適し
た耐火物からなつている。底部構造の詳細は第３
図の拡大図において示されている。底部構造の上
側層３０はガラス溶融の場合アルミナ−ジルコニ
ア−シリカタイプの耐火物の如く溶融材料と接触
するのに適した耐火物からなつているのが好まし
い。層３０の下方には低密度粘土耐火物の如くそ
の熱特性によつて選択された物質からある第２の
層３１を設けることが出来る。底部構造体の外側
には溶融材料の封じ込めを保証するべく冷却機構
が設けられている。図示の実施例においては、一
本の環状水冷却器３２が容器のベースを形成して
いる。前記水冷却器３２と耐火物層３１の問には
一層の耐火性紙３３と、特に水冷却器３２が軟鋼
から作られている場合には同冷却器を迷走誘導電
流から遮断する作用を行なう銅板３４を設けるこ
とが出来る。

溶融ガラス又はその類いを容器から排出してや
るための種々の装置類が当業界において知られて
おり、同装置を本発明とともに用いることが可能
であるが、特に好適な排出装置が付図、特に第３
図と関連して示されている。前記排出装置は耐火
性金属（例えばプラチナ−ロジウム合金）チユー
ブ４０からなつており、同チユーブは容器の底部
中心に装着されている。前記チユーブ４０は溶融
材料と接触するのに適した耐火物であるのが好ま
しい中央耐火性片４１中を延びている。前記チユ
ーブ４０は容器の底部における残滓が出力流れ内
に搬入されるのを防止するために容器の底部表面
上方へと延びている。耐火性底部セクシヨン４１
はチユーブ４０に向けて下向きに傾斜してより少
ない肉厚となり、従つてチユーブ近くではより少
ない熱絶縁性となつており、かくて溶融材がチユ
ーブ内で凍結するのを防止するべくチユーブ内の
温度を比較的高温に保持している。中央耐火性セ
クシヨン４１の下方及びチユーブ４０のまわりに
おいて付加的冷却器４２及び４３が設けられて溶
融材を確実に封じ込めることを保証している。

ガラスのような溶融材料の重力送給排出口中の
流れをコントロールするための種々の装置が当業
界において知られている。これらの装置の多くは
前記材料の粘度を操作するのに排出チユーブを可
変的に加熱又は冷却するこによつている。排出チ
ユーブと接続された誘導コイルを用いるのがその
一例である。場合によつてはこれらのアプローチ
を本発明に採用して満足すべき結果を得られるこ
ともあろうが、これらのアプローチはガラスの大
規模溶融の場合ある種の欠点を有している。急速
に流れている（例えば数百〜数千Kg／時のオーダ
の）ガラス内の熱量は極めて大きいので、排出チ
ユーブの壁中における熱移転により前記流れの粘
度を顕著に変えることは困難である。他方、前記
流量の制御を有効ならしめる程度に十分な熱交換
が行なわれる時には、ガラス粘度が温度に対して
敏感であるため、当該流量を微細に修整すること
が困難となる。溶融ガラスの流れをコントロール
するために物理的流量規制装置（「プランジヤ」）
が当業界において良く知られている。典型的なプ
ランジヤ装置は排出オリフイスの上側端部と相互
作用を行なう構造要素を溶融容器内に備えてい
る。そのよう装置は本発明において用いているよ
うな誘導加熱される容器については不適当であ
る。何故なら、プランジヤを容器の外側に設ける
ことにより、プランジヤを容器の内部に設けるこ
との方がより困難であると同時に、プランジヤを
容器の外側に設けた方が溶融ガラスの温度の制御
や監視を容易にするからである。従つて、本発明
における溶融ガラス流コントロールのための好ま
しい装置は排出チユーブの下側端部と相互作用す
る外部に設けた流れ規制装置を含んでいる。１つ
の特に好適な装置が付図に示されており、当該装
置においては、流線形かつ「涙滴」形状の要素５
０が排出チユーブ４０よりわずか下方に隔置され
て支持されており、これらの問において１つの環
状開口を形成している。この開口中を溶融ガラス
の流れが流れる。前記要素５０の垂直位置を変更
することにより、前記環状開口の寸法は変更可能
であり、かくて溶融ガラスの流量がコントロール
される。前記要素５０は水平方向に延びるアーム
５１によつて支持されており、当該アーム５１は
定置装置５２上に装着されている。装置５２は便
宜的には機械加工用切削テーブルとすることが可
能あり、３次元的寸法調整機能を備えているもの
が好ましい。コヒーレントなガラスの流れを維持
するために、前記流量コントロール装置は収束流
れパターンを促進するような形状とされている。
前記要素５０のまわりを流れる溶融ガラスは前記
要素の下側部分の収束表面に沿つて流れることに
より単一流へと再結合される。加えるに、前記ア
ーム５１の溶融ガラス流れ内にある部分には第４
図に示す如く、倒立涙滴形状を付与することが可
能であり、同部分は溶融ガラスがアーム上にはい
出すのを防止するために全長に沿つて下向きに傾
斜させられる。このような形状により、前記装置
は流動ガラス束線に最小の乱れしか生じさせな
い。前記装置は最上側位置において確実な遮断を
与え、排出チユーブ下方に数cm下げた時には実質
的に広く開口したセツテイング状態を与える如
く、広範囲にわたる確実な流量コントロールを行
なうことが出来る。ここで用いている 涙滴」なる用語はその厳密な定義の意味に限定さ
れるものではなく、底部において幅狭な部分へと
傾斜していく種々の流線形状をも含むものであ
る。製造の容易さのために、前記涙滴形状は円錐
に半球を結合した形状とするのが好ましい。他の
バリエーシヨンとして非円形の水平方向横断面形
状又は非球状上側部分を用いることが出来る。溶
融ガラスと接触するので、前記涙滴形状要素５０
及びアーム５１はプラチナ−ロヂウム合金でクラ
ツドされたモリブデンから製造されるのが好まし
い。芯部はモリブデンよりも安価な金属又はセラ
ミツク耐火物質から作り、貴金属でクラツドし、
必要に応じて内部冷却を施すことが可能と考えら
れる。

誘導加熱ヒータのための電気システムに対する
図式的結線図が第５図に示されている。３相60Hz
交流による典型的な電力供給源がインバータ６０
に接続され、同インバータは高周波の単相出力を
トランス６１へと供給する。前記トランス６１に
はその２次側に複数個のタツプが設けられ、誘導
コイル１１への電圧を必要に応じて変更出来るよ
うにされているのが好ましい。前記誘導コイル１
１はコンデンサ６２と並列な関係をなしてトラン
ス６１の２次側に巻付けられている。前記コンデ
ンサ６２及びコイル１１はそれらの問に高周波か
つ高電流の共振回路を作つており、一回巻きの誘
導コイルを使用している。電流が高いことはコイ
ルの巻数が小さいにもかかわらず高磁束が得られ
ることを意味しており、かくて同コイルには実質
的な誘導作用が与えられる。別法として、磁束は
コイル巻数を増大することによつて増大させるこ
とが可能であるが、必要電圧が高くなるので、用
いることの出来るインバータの種類に対する制限
が大きくなるという不利が生ずる。周波数が10k
Hz迄ならば、ソリツドステートのインバータを用
いることが可能であり、同インバータは比較的高
い変換効率と低価格を備えている。所望の全静電
容量を得るために典型的には、互いに並列に接続
された複数個のコンデンサが採用される。前記共
振回路の周波数及び静電容量は次式によつてその
関係が表わされる。

ｆ＝１／［2π（LC）^1/2］ ここで、 ｆ＝共振周波数（Hz）、 Ｌ＝コイルのインダクタンス（ヘンリ）、 Ｃ＝静電容量（フアラツド）である。

誘導加熱コイルのための他の設計計算式はR.
M.ベーカ（Baker）によつて、American
Institute of Electrical Engineers
Transactions （Vol.76，Part2，1957，pp，31
〜40）において述べられている。

第６図はコンデンサ６２の一形態を示してお
り、この場合には同コンデンサは誘導コイル１１
の脚を横切つて装着された水冷コンデンサの形態
をとつている。この形態においては、前記コンデ
ンサ６２は誘導コイル内の問隙を架橋する状態で
一列をなし互いに重ね合わせて装着することの出
来る幾つかのコンデンサの１つとされている。誘
導コイル１１内の問隙の各側上には半径方向に延
びる脚７０及び７１があり、同脚にはそれらの外
側端部においてそれぞれフランジ７２及び７３が
設けられ、同フランジにはコンデンサ６２が装着
されている。ねじを切つたターミナル支柱７４が
各コンデンサの一方の側において同コンデンサの
一方の極と連結され、コイルの一方の側に設けた
フランジ７２に接続されている。またコンデンサ
の他の側にあつて反対極と連結されるターミナル
７５は誘導コイルの他方の側において設けたフラ
ンジ７３に接続されている。前記ターミナル７４
及び７５は管状であり、各コンデンサ６２の内部
冷却装置に冷媒を与える冷媒ホース７６に接続さ
れている。誘導コイルの脚７０及び７１は絶縁シ
ム７７によつて互いから電気的に絶縁されてい
る。前記円筒状誘導コイル１１は耐火物容器に対
する結合部材として作用するのであるから、同コ
イルは脚７０及び７１を互いに向けて偏倚せしめ
るボルト７８によつて張力状態に保持されてい
る。ボルト７８のまわりには脚を互いに遮断状態
に維持するために非導電性のブツシング７９を設
けることが出来る。同様にして、コイルの他方の
側において、コイルの前記２つの半割円筒は半径
方向に延びるフランジ８１及び８２問に設けた導
電性シム８０とともに互いにボルト結合される。
空の容器は最初誘導コイルを遮断した状態におい
て、補助ヒータを用いて加熱される。前記容器が
加熱され、同容器の耐火物部分が膨脹するにつれ
て、円筒コイル１１の結合張力は、ボルトをまわ
して円筒半割部材問の一方の結合部又は両結合部
における問隙を広げることにより、徐々に解放さ
れる。最初は前記脚７０及び７１並びに前記フラ
ンジ８１及び８２は互いに接触した状態であり、
容器が作動温度へと予熱された後にはシム７７及
び８０が挿入される。次に電流を前記コイルに加
えることが出来る。

溶融ガラスの抵抗は温度とともに変化するが、
典型的な値は約６〜14オーム・cmであり、これは
誘導加熱が通常採用される材質にくらべて高い値
である。このことはガラス溶融のための誘導加熱
システムを設計する際幾つかの利点をもたらす。
加熱される材料内における電流の貫通深さが誘導
加熱システムの設計におけるキーポイントとな
る。通常は、加熱される材料の直径が電流貫通深
さの約３倍であることが推奨される（例えば英国
特許明細書第１，430，382号参照）が、溶融ガラ
スの場合には、誘導加熱を溶融ガラス体に対して
効率的に行なうことは、同ガラス体の直径が前記
電流貫通深さに等しいかこれよりも小さい時に実
現されることが判明している。電流貫通深さはガ
ラスに対して次式によつて計算することが出来
る。

ｄ＝5033（ρ／ｆ）^1/2 ここに、 ｄ＝cmで表わした電流貫通深さ、 ρ＝ohm−cmで表わした固有抵抗、 ｆ＝Hzで表わした周波数である。

これ迄は、ガラスを誘導加熱するためには極め
て大きいコイルか極めて高い周波数が必要である
と考えられており、そのいずれもがガラスの誘導
加熱を経済的に魅力のないものにしていた。しか
し、今被加工物の直径と電流貫通深さとの比を低
くとつたとすれば、ガラス収納容器を比較的にコ
ンパクトなものにしたとしても、電力をガラスに
対して効率的に移送することが出来、比較的低い
周波数（例えば10kHz以下）を採用することが出
来る。もしも容器の寸法を増大した時には、前記
周波数は更に低下させることが出来る。

溶融ガラスに適用した場合の誘導加熱の幾つか
の理論的特徴はB.Scott及びH.Rawsonによつて、
Glass Technology（Vol.14，No.５，October
1973，pp.115〜124）において議論されている。

誘導コイル設計において通常採用される方策に
よれば、コイルの長さはその直径に等しくするか
又はそれより大きくするべきであり、この方策は
本発明においても等しく適用可能である。溶融物
に対する効率的な電力の移送はコイル長さをその
直径に等しくすることで得られるが、より長いコ
イルを用いれば更に効率的な電力移送が可能とな
るであろう。耐火物容器の内径は予想生産量及び
滞留時問条件によつて決定される。本明細書で説
明されている複合容器壁構造は溶融物を少ない専
有体積で閉込めることを可能としており、同容器
の外径を実質的に誘導コイルの直径と同一にする
ことを可能としている。容器の内径とコイル径と
の差を小さくすると、磁束をより有効的に利用し
て溶融物内に電流を誘起せしめ、実際的な電流容
量に対しても一回巻きコイルの使用を可能とする
という利点が得られる。体積が与えられている場
合、一般的には容器の高さを減少して壁中の熱損
失面積を減少させることが望ましい。容器の高さ
は、加熱すべき材料を最大磁束の領域に位置させ
るべく、通常コイル長さにほぼ対応するものとな
る。前記溶融物にはコイルのわずか上方及び下方
に至る付加的深さを設けることが好ましい。ガラ
スを溶融する時には、特にコイル下方に付加的深
さを設けて、溶融ガラスがコイル領域内のピーク
温度を通過した後から容器より排出させる以前迄
に至る滞留時問を付加せしめることが好ましいこ
とが判明している。この付加的滞留時問は気泡が
溶融物から逃げ出すことを許容するのに、かつ又
場合によつては、溶融ガラスが供給される成形工
程での必要条件とより良く適合する温度へと同ガ
ラスが冷却されることを許容するのに有利であ
る。コイル下方における約１時問の滞留時問が有
利であることが判明している。構造的に言うなら
ば、容器のコイル下方の内側深さは少なくともコ
イル直径の1/2のオーダとすることが出来る。

ガラスは高温においてのみ誘導電流の影響を顕
著に受ける。例えば、ソーダ−石灰−シリカガラ
スは適当な電圧範囲においては1200℃（2200〓）
で被誘導加熱体（suceptor）となる。従つて、誘
導加熱プロセスは補助加熱装置によつて溶融ガラ
ス体を供給することで開始される。いつたんガラ
スが誘導加熱可能状態となる（好ましくは約
14ohm−cm以下の固有抵抗において）と、未加熱
の原材料ガラスバツチ材を誘導加熱ヒータに送給
可能となり、溶融は完全に前記ヒータ内で行なう
ことが出来る。しかしながら、前記ガラスバツチ
材を別個の段階で液体化し、この液体化された材
料をして同材料が誘導加熱可能となる温度にして
誘導ヒータへ送給することが好ましい。その場合
には、前記誘導ヒータの機能はガラスの温度を上
昇させて溶融プロセスを完了させるとともに、特
に同ガラスを精整する、即ちガス状介入物を溶融
ガラスから追放することにある。平板ガラス級の
ソーダ−石灰−シリカガラスの場合には、精整の
ための必要温度は典型的には少なくとも約1425℃
（2600〓）である。異なる材料は異なる温度で液
化するであろうが、ソーダ−石灰−シリカガラス
は約1200℃（2200〓）から約1315℃（2400〓）の
温度で典型的には液化し誘導ヒータに送給可能と
なる。なお前記約1200℃〜1315℃の温度において
前記ソーダガラスは誘導電流に対して反応性とな
る（誘導加熱が可能となる）。

ガラスバツチには溶融及び精整を助けるため
に、通常硫黄ナトリウム（ソールトケーキ）であ
る硫黄化合物が慣用的に混入されている。前記硫
黄化合物の分解品は極めて揮発性に富んでいるの
で、前記硫黄化合物は理論的に必要とされるより
かなり過剰な量だけガラスバツチに添加し、硫黄
のある量が溶融の初期段階において生き残り、溶
融物に存在する硫黄が精整段階を助けるというこ
とが行なわれている。前記硫黄化合物はそれらが
ガラス状産出物へと分解するため、同化合物はガ
ラス溶融作業において生ずる望ましくない放出部
の顕著な源となつている。従つて、最近において
は、ガラス製造において用いられる硫黄の量を最
小にしようとする諸努力が行なわれている。ガラ
スをしてそのバツチに硫黄添加物を用いることな
く、本発明により溶融させ、精整させ得ることは
有利な点である。しかしながら、幾分の硫黄が存
在することは精整工程中において有利であると考
えられる。本発明においては、それが２段階の液
化及び精整プロセスとして実施される時には、溶
融物内に、精整段階においても存在し得る程の高
％の硫黄成分を保持せしめることが可能なること
が判明している。これは、特別な液化段階におい
てガラスバツチを急速に液化し得るので、気化に
より失なわれる硫黄が少なく、大部分の硫黄が精
整容器内に搬込されるためであると考えられる。
従つて、前記バツチに少量の硫黄を添加するだけ
でも硫黄の存在下における精整の諸利点を得るこ
とが出来る。重量で３パーツ又はそれ以下のソー
ルトケーキを重量で1000パーツの砂内に入れたも
のをバツチ内に混入することで、本発明の誘導的
に加熱された精整域には顕著な量の硫黄を提供可
能なることが判明している。他方、1000パーツ
（重量）の砂に３パーツ（重量）以上のソールト
ケーキを入れた場合には誘導的に加熱された容器
に過剰な気泡が生ずることも判明している。２パ
ーツのソールトケーキを1000パーツの砂に混入し
たものが好ましい。

任意選択的には、第１図に示した水冷気泡発生
チユーブ９０のような気泡発生器を誘導加熱容器
の底部に設けることが出来る。もしもより高温の
溶融物をより低温の下側領域へと大いに循環させ
て、同下側領域が不当に冷却され、チユーブ４０
中の排出速度が許容出来ぬ程に減少するのを防止
してやる必要が生じた場合にはそのような気泡発
生装置を用いることが出来る。

例 ほぼ付図において説明したような容器におい
て、10トン／日（９，000Kg／時）のソーダ−石
灰−シリカガラスが成功裏に処理された。誘導コ
イルは1.5ｍ（60インチ）の直径及び高さを備え
ており、コイルの底部は耐火性容器の底部上方１
ｍ（40インチ）に配置された。容器内の溶融材料
のレベルは誘導コイルの頂部上方約10cm（４イン
チ）の地点に維持された。耐火物の内側層は
Combustion Engineering社から市販されている
Citeron AZSで構成され、25cm（10インチ）の厚
味を備えていた。外側耐火物はFindley
Refractories社から市販されているFinsulation
低密度粘度耐火物であり、厚味は５cm（２イン
チ）であつた。前記外側耐火物の熱伝導率は操業
条件下において、前記内側耐火物のそれの約1/10
であると推定される。コイルは６mm（1/4）厚の
銅製である。ガラスのバツチは約1260℃（2300
〓）の温度において予液化され誘導加熱容器へと
送給され、コイルの領域内では約1540℃（2800
〓）のピーク温度が達成された。コイル下方の領
域においては、ガラス温度は容器から排出される
以前において約1425℃（2600〓）に低下してい
た、操業が安定化した状態においては、コイルに
は650VRMSにおいて、かつ9.6kHzの周波数にお
いて約110kwの電力が供給されていた。

以上の如く本発明の構成によれば、特に、第２
の容器のまわりを流れる電流によつて容器内に保
持されたある体積の液化された材料上に交番電磁
界を与える一回巻きのコイルを用いるので、温度
差を利用することなく溶融プロセスの第２段階に
おいてエネルギを材料に与えることができるだけ
でなく、多数巻きの誘導コイルに伴うコイル間の
アークを避けるためにコイル間の間隔を十分にと
る必要がなく、コイルの電流通路を短くしてより
低い電圧を用いることができ、低い電圧が高価な
電気装置を必要としないだけでなく、アーク等の
問題を少なくし、更には「円筒状」または「シリ
ンダ状で半割タイプの電導コイル」に形成するこ
とができるので、溶解容器の耐火物との組合わせ
が容易であると共に容器からの溶融材料の漏れを
防ぐのに役立つ等の顕著な効果を奏することがで
きる。

前述の具体的な記述は本発明の好ましい態様を
開示する目的のため、特定の実施例を対象とした
が、特許請求の範囲に記載の本発明の精神及び範
囲から離脱することなく、当業者ならば他の修整
例及び変更例を案出可能なることを理解された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘導加熱装置の好ましい
実施例の垂直方向横断面図、第２図は第１図の線
２−２に沿つて眺めた第１図の装置の水平方向横
断面図、第３図は第１図の容器の底部部分の拡大
して描ける横断面図であり、排出及び配量装置の
詳細を示す図、第４図は第３図の線４−４に沿つ
て眺めた前記配量装置の支持アームの横断面図、
第５図は本発明の誘導加熱ヒータに含まれる電気
回路の概略的ダイヤグラム図、第６図は第２図の
コイルターミナル部分の拡大図、第７図は第１の
容器の断面図である。 １０……誘導コイル、１１，１２……半割円
筒、１３……冷却チユーブ、２０……耐火性ブロ
ツク、２１……外側耐火性ブロツク、２２……耐
火性蓋部材、２３……開口、２４……サージホツ
パ、３０，３１，３２……容器の底部構造体、４
０……ドレーン、４１……耐火性底部セクシヨ
ン、５０……「涙滴」要素、５１……アーム、６
０，６１，１１，６２……誘導加熱電気システ
ム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粉体状材料が傾斜表面上に支持され放射熱転
   換によつて液化される第１の容器へ粉体状材料の
   流れを与える段階と、前記第１の容器から第２の
   容器に液化された材料を流出する段階と、温度を
   増大するために液化された材料自体を加熱する段
   階と、前記第２の容器から液化された材料を連続
   的に排出する段階と、前記第２の容器へ入る前に
   溶融熱エネルギーの大部分を材料に与える段階
   と、容器からの液化されている材料の流れを制御
   する段階とを有し、一回巻きのコイルを通つて前
   記第２の容器のまわりを流れる電流によつて容器
   内に保持されたある体積の液化された材料上に交
   番電磁界を与えることを特徴とする材料の溶融方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記第２の容器内の液化された材料は溶融ガ
   ラスを有することを特徴とする溶融方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、更に前記液化された材料を前記第２の容器か
   ら排出する段階が含まれていることを特徴とする
   溶融方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の方法におい
   て、前記液化された材料は第１の容器の底部及び
   前記第２の容器の底部から排出されることを特徴
   とする溶融方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記液化された材料の温度を増大させる段階
   は前記第２の容器の第１の領域内で実施されてお
   り、その後前記液化された材料は前記第２の容器
   の第２の領域へと通過させられ、同領域にて前記
   材料は更に温度が増大することなくある時間が経
   過する迄滞留することを特徴とする溶融方法。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の溶融方法にお
   いて、前記液化された材料は前記第１の領域から
   前記第２の領域へと垂直方向に通過させられるこ
   とを特徴とする溶融方法。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
   て、前記液化された材料の温度は前記第２の領域
   で減少させられることを特徴とする溶融方法。 ８ 特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
   て、前記第２の領域において前記液化された材料
   には、同材料からガス状の介在物を追放するため
   十分な滞留時間が与えられることを特徴とする溶
   融方法。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載の方法におい
   て、液化材料の前記第２の領域内における平均滞
   留時間は少なくとも１時間であることを特徴とす
   る溶融方法。 １０ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記液化された材料は1200〜1320℃（2200〜
   2400〓）の温度において前記第２の容器に進入す
   ることを特徴とする溶融方法。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記液化された材料の温度は前記第２の容
   器内において1420〜1540℃（2600〜2800〓）へと
   増大されることを特徴とする溶融方法。 １２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記粉体状材料は、重量で1000パーツの砂に
   対して重量で４パーツを越えない含有率に等しい
   硫黄含有量を備えたガラスバツチ材を有すること
   を特徴とする溶融方法。 １３ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記電磁界は前記第２の容器のまわりに延び
   るコイル中に交流を通過させることに作られてい
   ることを特徴とする溶融方法。 １４ 粉体状材料が送給され傾斜表面上に支持さ
   れ放射熱転換によつて液化される第１の容器と、
   該第１の容器から排出された液化材料を収納して
   液化材料上に交番電磁界を与え同液化材料の温度
   を増大させるための一回巻きのコイルを有する装
   置を有する第２の容器とを備え、該第２の容器
   は、 前記液化材料の流体圧力によつて同液化材料の
   流れを前記第２の容器から通過させ容器内の内部
   開口と容器の外側における外部開口とを有するド
   レーンオリフイス装置と、 前記外部開口と協働して前記容器からの液化材
   料の流量を規制し、底部部分において下向きに収
   束する表面を備えた前記外部開口と垂直方向に整
   合した涙滴形状部材と、該涙滴形状部材の一方の
   側面から延びる支持アームとを含んでおり、該ア
   ームが前記涙滴形状部材に向けて下向きに傾斜す
   る部分を同涙滴形状部材近傍に備えており、前記
   アームと係合して同アーム及び前記涙滴形状部材
   の立面上位置を調節するための装置を含んでいる
   流量規制装置とを含んでいることを特徴とする溶
   融装置。 １５ 特許請求の範囲第１４項に記載の溶融装置
   において、前記オリフイス装置は前記容器の壁中
   を延びる管状部材を有していることを特徴とする
   溶融装置。 １６ 特許請求の範囲第１４項に記載の溶融装置
   において、前記涙滴形状部材は耐火性金属からな
   る表面を備えていることを特徴とする溶融装置。 １７ 特許請求の範囲第１６項に記載の溶融装置
   において、前記涙滴形状部材の表面はプラチナ又
   はその合金からなつていることを特徴とする溶融
   装置。