JPH0377132B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガラスを作る工程または同様の溶解工
程における燃料源としての石炭のような固体炭素
質の燃料の使用に関し、そして原材料と固体また
は液体の燃料との混合物の使用に関する。

（従来技術および問題点） 石炭が利用できる地域においては、石炭は、普
通天然ガス、燃料油、および電気のような他の伝
統的なエネルギ源に対し最も安いエネルギ源であ
ることはよく知られている。そのために、石炭が
ガラスの溶解および同様のことのための燃料源と
して使用されることは提案されてきた。このよう
な提案の例は、米国特許第3969068号および同第
4006003号明細書に記載されている。しかしなが
ら、燃料が直接燃焼される処理炉に対する石炭の
使用には、その幅広い使用を認めさせないある欠
点を有することが見出されている。主要な欠点は
石炭の灰の含有である。石炭が、従来、ガラスを
溶解するのに採用されている開放炉床型炉におけ
る頭上バーナで燃焼されるとき、大部分の量の灰
は、排気ガス流に混入され、該排気ガス流は、再
生器の詰まり状態を引き起こさせることとなり、
そして排気ガスが大気へ排出されるまえに、排気
ガスから灰の取り除きを必要とする。灰のいくら
かは、溶解室の壁に沈積されることになり、溶解
室では灰が容器の壁を下つて溶解物内へ移行する
液体スラグに溶解する。溶解したスラグの移行
は、炉の耐火性に有害な影響を与え、そして溶解
物に進入する溶けたスラグは、生成材料内へ要求
しない組成の変化および不均一性を導くことにな
る。スラグは、たびたびガラスに対し高い鉄含有
物を有し、そして溶解物内へのスラグの移行は望
ましくない着色傾向を引き起こしうる。これらの
問題は組成の一様性が重要な考慮事項となつてい
る製品を溶解するための直接燃料としての石炭の
使用を認めさせない。このことは、特に平坦なガ
ラスに伴う場合であり、この場合組成の変化は製
品のガラスに光学的ひずみを生じさせる。

原材料との混合材料における石炭または他の炭
素質燃料の使用に対する欠点は、特に透き通つた
ガラスを溶解するとき、溶解工程に対する顕著な
エネルギを提供するのに十分な量の炭素がまた溶
解物に還元する効果を有し、そして還元されたガ
ラス内に存在する硫黄および鉄は褐色の着色を引
き起すことである。さらに、石炭はそれ自身溶解
物へ鉄および硫黄を与える。小量の粉沫石炭（代
表的には重量の0.1％より少ない）は透き通った
ガラスバツチに含まれていて、溶解工程を助けて
いるが、しかしこのような量は重要なエネルギ源
ではなく、そして大量であると有害であると考え
られていた。褐色ガラスが製造されているときで
さえ、用いられた炭素量は重要な燃料の寄与にな
ると考慮されていない。

米国特許第3294505号には煉炭およびコークス
の床における溶解ガラスが開示されている。その
工程は、低品質用の低粘性ガラスの組成の狭い範
囲に限定されている。加えて、バツチを塊りにす
る経費を避けることが望ましい。

1984年６月27日出願の米国特許出願第624879号
には、ガラスバツチに燃料油を含浸させる技法が
開示されている。溶解工程のエネルギの必要量の
小量部分だけが燃料油により供給される。

（問題点を解決するための手段） 本発明においては、石炭のような灰含有燃料の
燃焼は、溶解工程において重要な熱源として採用
されるが、一方灰含有量に関連した問題を回避し
ている。炉の内部表面におけるスラグ形成及び排
気ガス中への灰の混入を避けることにより、環境
問題および炉の劣化が回避され、したがつて高温
度溶解工程に魅力のある工程をなしている。しか
し、溶解物内へのスラグ移行の回避は、構成物の
均一性が重要であるガラスおよび同様のものの溶
解のために特に魅力のある工程をなす。また、本
発明により、溶解製品の永続する還元を阻止しな
がらバツチと燃料（固体または液体）とを混合す
ることによつて溶解のための熱エネルギの大部分
を供給することは可能である。鉄および硫化物イ
オンによる望ましくない透き通ったガラスの着色
はこのように避けることができる。

本発明において、灰含有物を有している燃料
は、バツチの液化初期に向けられた溶解工程の段
階で燃焼させられる。その結果、燃料の灰含有物
から形成するスラグが液化材料に一体にされるこ
とになる。スラグは溶解工程の早い段階で製品の
流れに合体されるので、スラグは溶解工程のその
段階でそしてその後の段階において均一化されう
る。

液化段階の好適実施例は、中央空洞を取り巻く
傾斜した溶解表面を必要とし、これにより容器の
内部表面区域の大部分は、灰またはスラグがその
上に引掛る溶解材料を構成する。バツチは、液化
した材料が傾斜した表面を降りて排液部へ流下す
るにつれ、傾斜した表面上に送られる。この後の
段階において、溶解工程がさらに進められてもよ
い。液化段階においてスラグにさらされる耐火煉
瓦が小量であることは容器の腐食およびスラグの
溶解物の大幅な移行の可能性を減少させる。

バツチ材料および石炭あるいは他の固体または
液体燃料は、燃料が液化段階において燃焼される
につれ、好適には互いに接触状態にある。燃料お
よびバツチ材料は別々に送られ、しかし送られる
まえに燃料をバツチ材料と混合することが好適で
ある。一旦液化区域が燃料の点火点に加熱される
と、燃料の燃焼は酸化剤、好適には概ね純粋な酸
素を燃焼区域へ供給することにより維持される。

別の実施例においては、石炭のような粉沫固体
燃料を燃焼する周知の型のバーナは液化段階にお
いて用いられてもよい。任意のガスを引き込んだ
灰は、取り巻いた溶解表面に収集されかつ液化さ
れたバツチ材料内に一体になる。

石炭灰の化学組成は一般的にほとんどのガラス
の組成と一致しており、それゆえ、灰が完全に溶
解物内において均一化されうるならば、ガラス製
品にほとんど有害な影響を与えることなく、ガラ
スと灰は混和することができる。従来の溶解工程
とは違つて、本発明は、別個の液化区域において
石炭を採用することにより灰の均質化を提供す
る。その結果、透き通つた平坦なガラス製造にお
いてさえも石炭は主エネルギ源を構成する。本発
明によつて達成される他の利点は、石炭がわずか
に必要となるように、全体の溶解工程の個々の段
階において燃料として石炭が採用され、それによ
り灰の生成が少ないことである。さらに、段階付
けした溶解工程の効率は、ガラスを溶解する全体
のエネルギ必要量を減少させ、さらに燃料の必要
量を減少させることが見出されている。

ガラスの場合には、溶解工程は、ある組成成分
の熱的溶解だけでなく、また化学反応、溶解相に
おける残りの固体材料の分解、そして反応のガス
生成物の漏出を含む。本発明の好適実施例におい
ては、液化段階が粒状固体から初期液体へ送られ
る材料の状態を変化することを含む。液化段階に
おいては、低溶解温度の組成物の溶解は初期の溶
解相を生成し、そして大部分の化学反応が行われ
るが、しかし固体の分解および脱気は第一の段階
から排出される液体においては不完全である。し
たがつて、第二の段階は、溶解工程のこれらの一
面を助けるべく提供される。第二段階は、またガ
ラスの酸化状態を調節し、特に、透き通つたガラ
スを製造するように、還元状態になつたガラスを
再酸化するのに使用されてもよい。燃料がバツチ
材料と混合されるとき、液化区域における燃料と
酸化体との間で不完全な接触状態になり、そして
液化した材料は還元された状態にある第一の段階
へ出て行く。第二段階は、例えば、酸素に富んだ
火災を伴う液内燃焼によりそして／または溶解物
中に酸化剤（好適には酸素）を発泡化することに
より溶解物を再び酸化する装置を含んでよい。

本発明の新規な燃料燃焼方法は、全体の熱源を
構成するようにしても良いし、あるいは従来の熱
源を補助するようにしても良い。液化段階の総必
要エネルギのうちで、本発明の燃料燃焼方法によ
つて与えられる部分は相当な量である。すなわ
ち、溶解補助物、着色剤または結合体としての従
来の炭素材料により提供される量よりも大きいも
のである。経済的な理由のために、本発明の新規
な燃料使用は、液化段階の大部分のエネルギを供
給し、そして最適には全てのエネルギを供給する
ように最大にされることが好適である。

他の環境上の利点も本発明から生ずる。段階的
な方法は、空気の代りに酸素を使用することに役
立ち、燃焼を補助する。燃焼ガスにおける窒素の
除去またはその量の減少は、生成された窒素酸化
物（NO_x）の量を減少させる。排気ガス容積は、
酸素発火を使用するとき著しく減少され、それに
よりガス速度を減少させ、そして粒状バツチ材料
の飛沫同伴を少なくする。窒素の欠如は、より高
い火災温度を生じる。実質的に純粋な酸素の使用
および全ての空気の除去はこれらの利点を最大に
し、しかし利点は、酸素の濃度が空気の濃度を越
える程度に従つて部分的に現実化されることがで
きる。

もう一つの環境上の利点は、石炭のような硫黄
含有燃料の燃焼に普通に関連した硫黄排気のいく
らかが抑制されうることである。燃焼ガスとバツ
チ材料（特に石灰石または同様のものを含有する
ガラスバツチ）との間の接触は、ガス流から硫黄
酸化物を取り除くことになる。

本発明の他の利点は、それがソーダ−石灰−硅
素ガラスのような比較的粘性のあるガラスを含む
幅広い種々のガラス組成物または同様のものの溶
解に使用されることができることである。それ
は、例えば平坦なガラス、容器のガラス、フアイ
バガラス、および硅酸ナトリウムガラスの製造に
おいて有効である。また、バツチ材料の凝集が必
要とされないことも利点である。

本発明は、さらに十分に添付図面および以下の
説明から理解されよう。

（実施例） 本発明の詳細な説明は、本発明が特に有益であ
ると見出されたガラス溶解作業の例を参照してな
されている。しかしながら、本発明が他の、類似
した材料の溶解および特に無機質型材料の溶解状
態への転化へ適用できることは理解されるべきで
ある。他の例は：ガラス状のおよびセラミツク材
料の溶解、フリツトの溶解、および鉱石の製錬、
を含む。

図に描かれた特に好適な実施例には液化段階１
０および精製段階１１を含む。第一段階の液化
は、Kunkle他の米国特許第4381934号および；ま
たKunkle他の1984年９月16日出願の米国特許第
661267号の教示により実施され、その教示は本明
細書においても参照されている。この形式の液化
は、結果として生じた溶解された材料上方に位置
し、バツチ材料を受入れる傾斜した溶解面によつ
て特徴づけられる。バツチ材料は傾斜した表面上
の薄い層として溶解し、液化されたときそこから
素速く排液される。その最も簡単な形状において
は、このような液化段階は傾斜路のような構造で
あつて、その上にバツチ材料が送られる。ここに
示された液化段階１０はKunkle他が教示する好
適実施例であり、これにおいては傾斜した表面が
概ね中央の空洞を取り巻きそして容器が概ね垂直
の軸線まわりに回転している。円形配置は、本発
明のためにそして一般的な溶解工程の効率のため
に格別な利点を提供するが、しかしその幅広い概
念において本発明が円形液化装置に制限されない
ことは理解されるべきである。

溶解工程の残りから液化工程を分離することに
より、燃料の灰含有物の大部分（概ね全て）が製
品の均質化に有害な影響を与えることなく生成物
材料内に合体される環境が提供される。液化段階
からの液化された材料の急速な流れは実質的な混
合効果を有し、そして後続する段階における工程
は好適には液化されたバツチ材料およびスラグを
さらに均質化へとさらす。さらに、溶解が比較的
薄い層に生じるので、バツチ材料と混合された燃
料は、燃焼が比較的完全であるように酸素に対し
良好な接近を行う。

エネルギが、各段階における状態を最適にし、
各工程の特別な必要性に合致させることにより工
程の各段階においてより有効的に採用されること
は、本発明の溶解に対して段階をつけた方策の利
点である。付加的な効率は、バツチ材料で加熱さ
れた区域を取り巻くことによりそしてバツチ材料
即ち融和性のある物質の絶縁層を採用して、熱的
に液化区域を絶縁することにより達成される。段
階状の工程の全体的なエネルギ効率のために、そ
して溶解のための全体的なエネルギ必要量の一部
分だけが液化区域において消費されるので、液化
段階において消費される燃料の量が従来の溶解工
程の燃料消費に比較して比較的に低いことが見い
出されている。そのため、液化段階のための全燃
料供給は比較的小量の石炭によりの提供されてよ
く、そして生成された灰の量は、製品の物理的ま
たは化学的な特性に有害な影響がなく、製品内へ
即座に均質化されることができる。

石炭を採用する能力は、ある地域における豊富
な供給および比較的な低コストゆえに本発明の利
点である。しかし、他の固体または液体の炭素質
燃料材料は、本発明における利点に対し、例え
ば、燃料油、コークス細粉、石油コーク、泥炭、
褐炭、オイルシエール、おがくず、バガス、およ
び紙廃物が使用されてもよい。これらの燃料は、
石炭のように、液化段階へ送られるまえにバツチ
材料と混合されてもよく、それにより燃焼燃料と
バツチ材料との間の親密な接触の利点を得る。燃
料油のような液体石油製品は、また排気ガス流に
おけるごみの形成および飛沫同伴を抑制するよう
にバツチ材料を湿らせる利点を有する。段階状の
方策および液化段階の相対的に低いエネルギ必要
量のために、概ね液化段階のための全燃料必要量
は、溶解物における不適当な還元作用を有するこ
となくバツチ材料と混合されることができる。生
じた望ましくない還元は、後続の精製段階におい
て即座に逆行にされる。石炭または他の固体、灰
含有燃料を使用するとき、本発明は、燃料がバツ
チ材料と混合されず、しかしむしろ従来形式の微
粉状燃料がバーナにより液化室内部で燃焼される
ときでさえ、先行技術を越える利点を与える。そ
の場合には、酸素による発火は液化のために適当
な高温度を提供するのに望ましい。

図面を参照すると、液化段階１０は、鋼製ドラ
ムを構成する全体的に円筒状をした容器１２を含
む。容器１２は円形フレーム１４に支持され、該
フレーム１４は順次、複数個の支持ローラ１６お
よび整合したローラ１８において容器の中心線、
または対称軸線に対応したほぼ垂直な軸線のまわ
りの回転のために取り付けられている。容器の底
部分２０は、中央の開口２４を画成する軸線方向
に整合された環状ブツシング２２を保持する。ブ
ツシング２２は複数個のセラミツク片から構成さ
れてもよく、そして底部分２０はブツシング２２
の変換を容易に行うように容器１２の残余部に取
り脱し可能に取り付けられてもよい。

耐火性ふた２６は、好適には上向きのドームの
外形をしていて、取り巻いたフレーム部材２８に
よる固定支持部と共に設けられている。ふた２６
は少なくとも１個の開口を含み、該開口を通して
少なくとも１個の冷されたガス供給導管３０が延
びている。供給導管３０は、バーナまたは液化室
へ供給される燃料の発火を補助する酸素または他
の酸化剤のための単なる供給導管を構成してい
る。初期には、バーナ、電気アークまたはプラズ
マトーチが採用され、液化区域内部の空洞の温度
を使用される燃料の燃焼地点まで上昇させる。も
し燃料がバツチ材料と共に供給されているなら
ば、導管３０が使用されて、点火温度に達したあ
とで、容器へ酸素または同様のものを供給しても
よい。任意には、第一段階の液化のための熱の一
部分は、バツチ材料と混合された燃料により提供
されるエネルギに加えて従来のバーナまたは他の
熱源により供給される。導管３０は、図示のよう
に中央に配置され、全空洞を酸素でみたし、ある
いは導管３０は角度を付け、あるいは中心をはず
して配置され、酸素および／または燃料を溶解層
上に向ける。

ふた２６を通る開口３２および煙突３４は容器
１２の外へ排気ガスを導くために設けられてい
る。排気ガスは、排気ガスから粒状体を取り除く
装置または廃棄物の熱回収装置へ通される。好適
には、粒状体が取り除かれ、そして廃棄熱が排気
ガスを入つて来るバツチ材料と接触状態にさせる
ことにより回収される。炭酸塩を含むバツチ混合
物は、また排気ガスから硫黄酸化物を取り除く際
に有役である。このような装置の例は、Henry
M.Demarest.Jr.による1983年７月25日に出願さ
れた米国特許出願第516817号に示されたようなバ
ツチ材料の予熱のためのロータリキリンを含み、
その開示事項が本明細書においても参照されてい
る。開口３２は、またバツチ材料を液化段階へ送
るために使用され、そして図示されるように、供
給シユート３６がこの目的のために設けられてい
る。調節可能なバツフル３８はシユート３６端部
において設けられ、バツチ材料の流れを容器１２
の側壁上に向ける。

好適には、微粉材料４０の安定層は容器１２の
内側をライニングする。この層は、絶縁ライニン
グとして作用し、容器１２をその内部の熱から保
護する。製品材料の汚染を避けることが望まれる
応用においては、層４０がバツチ材料と概ね同じ
組成であることが好ましい。溶解工程が始められ
るまえに、安定したライニング４０は、容器１２
が回転している間供給シユート３６を通してバツ
チ材料のような粗粒材料を送ることにより形成さ
れる。粗粒材料は図面に示されるような全体的に
放物線の輪郭をとる。粗粒材料は、安定したライ
ニングを形成する初期の段階中に例えば水で湿さ
れ、側壁に沿つて層の密着を容易に行う。ライニ
ング４０がバツチ材料により構成されるとき、そ
れは作用中にバツチ材料と混合されてもよい燃料
を含む必要がない。ライニング材料と処理材料と
の間の他の小さい差は、特定の工程の必要量に依
存して、許容できるものである。

溶解工程中、バツチ材料の液化段階１０への連
続した供給は安定したライニング４０の面上に分
布されるバツチ材料の落下流となる。そしてバツ
チ材料は容器１２内部の燃焼からの熱の作用によ
り遷移層４２において液化され、容器１２の底部
へ流下し、ブツシング２２の開口２４を通過す
る。液化された材料４４は、さらに工程を進める
ために第二の段階１１内へ第一の段階１０から落
下する。この状態において、バツチ材料を液化す
る初期の段階は、材料が、一度液化された状態に
なると、直ちに熱源の近くから取り除かれかつ連
続的に新しいバツチ材料で補給され、それにより
大きな温度差を維持しかつそのために液化容器に
おいて高い熱伝達量を維持するので、効率的に実
施することができる。絶縁ライニングと共働する
比較的冷たい、新鮮なバツチ材料の一定した補給
は、容器１２を強制冷却することなく液化容器の
構造的な完全さを保持するのに役立つている。

ライニング４０のための材料は、熱絶縁を提供
しかつまた好適には遷移溶解層４２のための非汚
染接触表面として機能している。そして、最も好
適には、安定したライニングはバツチ材料の１つ
またはそれ以上の組成成分を含む。容器外側の強
制冷却を避けつつ層の厚さを薄くするために、ラ
イニング材の熱伝導性が低いことが望ましい。一
般的には、粒状または微粉状の鉱物原材料は良好
な熱絶縁を提供する。しかしある場合には非汚染
安定層として溶解工程の中間物または製品を使用
することが可能である。例えば、ガラス製造工程
においては、カレツト（スクラツプガラス）が安
定層を構成することができる。しかし、その場合
にはガラスバツチと比べてより高い熱伝導性のた
めにより厚い層が必要となる。冶金的な工程にお
いては、安定層として金属製品を使用することは
熱保護を容器に与えるのに非常に大きな厚さを必
要とするが、しかしある鉱石材料は絶縁層として
満足するものである。

上述の液化段階の好適実施例は、中央空洞のま
わりにライニングを回転させることを必要とする
が、しかし本発明は、ライニングが加熱された空
洞を取り巻くが、回転されない実施例に適用可能
であることは理解されるべきである。加えて、本
発明は、ライニングが傾斜した表面であるが、熱
源を取り囲まない（たとえば、溶解が湾曲部上で
生じている）実施例に対し適用可能である。この
ような変形の例は前記のKumkle他の特許および
出願に記載されている。

空気は液化段階における酸化剤として使用され
ることができたが、しかし一定時間に処理される
ガス量を減少させるように酸素を使用することは
好適である。その結果、液化段階における空洞は
コンパクトに作られ、そして排気ガスの流れは比
較的小容積で高温度であり、それにより排気ガス
からの熱回収を容易に行うことができる。酸素に
より補助された燃焼の強烈な熱は、取り囲んだラ
イニングにより与えられた熱保護および効率的な
熱伝達によつて好適実施例と調和できる。

経済的な理由のために、石炭は好適燃料であり
そして、特に、瀝青炭は好適燃料である。代表的
なペンシルベニア瀝青炭の熱量値は、一般的には
11000〜15000BTU／ポンド（2550万〜3480万ジ
ユール／Kg）の範囲にあり、灰の含有量は重量の
約３％〜９％の範囲にある。従来の、効率的に作
用され、上方発火され、天然ガスまたは燃料油を
燃焼する蓄熱炉においてガラスを溶解すること
は、一般的には少なくとも約600万〜700万
BTU／ton（700万〜800万ジユール／Kg）の熱量
を製造されるガラスに消費することと考えられて
いる。例として約13800BTU／ポンド（3200万ジ
ユール／Kg）の熱量値および重量の約７％の灰含
有量を有したペンシルベニア石炭を考えると、溶
解の全エネルギ必要量に見合った従来のガラス溶
解炉における燃焼は許容できない大量の灰を生ず
る。上述の液化工程は、処理量の約200万〜約300
万BTU／ton（230万〜350万ジユール／Kg）を消
費することが見出されている。そのレベルのエネ
ルギ消費においては、エネルギ必要量を供給する
には石炭がずつと少量しか必要とされず、そして
それ故石炭から溶解物内に導入される灰は平坦ガ
ラスのために必要とされる高品質レベルのガラス
を製造するときでさえ許容可能なレベルにある。

もちろん、液化区域で使用される石炭量は、特
別な石炭の熱容量に依存し、該熱容量は炭素含有
量の函数である。上述のペンシルベニア炭では、
バツチ材料の重量の約６％に等しい量の石炭を付
加することは、理論的には平坦なガラスのバツチ
材料の液化のために必要とされる総エネルギを提
供する。しかし、全部分の石炭に対し酸素がいき
わたらないことにより燃焼が不完全であるので、
石炭が液化段階の総エネルギ必要量を供給するこ
とであるならば、理論的に必要とされるよりわず
かに多い石炭を加えることが好適である。それ
故、前例においては、バツチ材料の重量の約10％
の量の石炭を加えることが好適である。石炭より
他の炭素質燃料材料は、それらのそれぞれの熱容
量により決定される量だけ加えられる。本発明
は、またバツチ材料の炭素容量により液化段階の
総エネルギ必要量より少なく供給することを包含
する。このような場合においては、エネルギの一
部分はバツチ材料の炭素により提供され、そして
残りは液化室における従来の燃料バーナまたは他
の加熱装置により提供されてもよい。

石炭のような固体燃料は、バツチ材料と混合さ
れ、好適には微細に分割される。例えば、石炭は
好適には60メツシユ（米国の標準ふるいサイズ）
より粗くないものであり、そして200メツシユの
石炭は特に満足すべきものであることが見出され
た。石炭の発火点はいくらか変化するが、しかし
ガラスバツチの材料の混合物における典型的な石
炭の燃焼が純粋酸素と共に供給されるとき1100〓
（590℃）以上の温度でほぼ持続していることが見
出された。

以下は石炭の重量で25部からの代表的な灰含有
量である： SiO₂ 1.2重量割合 Al₂O₃ 0.6 Fe₂O₃ 0.27 CaO 0.1 Na and Ｋ 0.5 これらの灰の組成は、以下の組成成分を有する
ソーダ石灰珪酸の平坦ガラスの組成と調和するこ
とが明らかである： SiO₂ 72〜74重量％ Al₂O₃ ０〜２ Na₂Ｏ 12〜15 K₂Ｏ ０〜１ MgO ３〜５ CaO ８〜10 Fe₂O₃ ０〜0.2 SO₃ ０〜0.5 以上のタイプのソーダ石灰珪酸ガラスは、普通
1425℃の温度で少なくとも100ポアズの粘度を有
する。

バツチ材料が液化する温度は、特別のバツチ材
料、特にその最低溶解温度の組成成分の量および
溶解温度に依存している。ガラスバツチに伴つ
て、最も普通の低温度溶解組成成分は1564〓
（851℃）で溶けるソーダ灰である。実際には、業
務用平坦ガラスバツチの調合材は、約2000〓
（1090℃）から約2100〓（1150℃）までの、いく
らか高い温度で液化する。液化段階内での熱は、
液化された材料が段階から流出するまえに、液化
された材料の温度をわずかに上昇させ、そしてこ
のように液化段階１０から流れる液化されたガラ
スバツチは、約2300〓（1260℃）しかし普通は
2400〓（1320℃）より高くないオーダの温度を有
してもよい。液化容器におけるこのような温度お
よび短い滞溜時間は、溶解工程に含まれる複雑な
化学的なそして物理的な反応を充分に完成させる
ことはまれである。したがつて、液化された材料
は、溶解工程がさらに進められる精製段階１１へ
移される。ガラスの場合、精製区域における処理
は液化された材料の温度を上昇させることを必要
とし、残留した材料粒の溶解を容易に行いかつ溶
解物からガス含有物を追い出す。約2500〓（1370
℃）から約2800〓（1510℃）のピーク温度は平坦
ガラスを精製するために望ましいと考えられてい
る。この段階において実施されるもう一つの望ま
しい操作は、振動により溶解した材料を均質化す
ることである。また、燃料がバツチ材料内に混合
されているとき、液化段階における石炭の不完全
な燃焼は、溶解された材料が還元状態で精製段階
へ進入することになり、前記還元された状態は、
多くの応用のために、修正される必要がある。そ
れ故、本発明における精製段階の機能は、溶解物
内に酸化剤を導入することである。全てのこれら
の目的は、図面に示された好適実施例により達成
されている。

活発に撹拌する精製段階は、溶解物の酸化状態
を調節するためだけでなく、また着色剤、カレツ
ト、または比較的容易に溶解する構成要素の調整
材を加えるためによく採用される。幅広い種々の
製品を製造するための大きな順応性はこのように
提供される。

図面に示すような精製段階の好適実施例は２室
において液中の燃焼を採用している。ある適用の
ためには単一室の精製段階でも充分であるが、し
かし平坦なガラスのためには好適実施例では２つ
の液中燃焼室５０，５２を必要とし、各々が溶解
された材料のプール５３，５４を保有している。
燃焼室には溶解された材料の液面下に酸素発泡チ
ユーブ５５，５６そして水冷バーナ５７，５８を
具備している。液中の狭い通路５９は、材料が室
５０から室５２内へ流れることができる。室５０
の頂部における開口６０は、溶解された材料４４
を液化段階１０から室５０内へ落下させることが
できる。排気ガスは、開口６０を通過する。同様
に、室５２においては開口６２が排気ガスの逃げ
のためにその上方部分に設けられている。

天然ガスのような燃料および酸化剤、好適には
酸素がバーナ５７，５８へ送られ、そしてガス流
が溶解物プール５３，５４へ進入するにつれ燃焼
が生じる。液中燃焼バーナに用いられるもう一つ
の燃料は、燃焼生成物が水があるので、水素であ
る。前記水は溶解ガラスに非常に溶けやすい。酸
化剤として酸素を採用することは、それが空気の
主要窒素組成物を溶解物内へ導入することを避け
るので有利であり、窒素組成物は溶解ガラス中に
溶解しにくい。また、薄めていない酸素を用いる
ことは、溶解物中の酸素と還元される材料との間
の接触を改良する。精製段階に進入する液化され
た材料の還元状態を修正するように燃料の燃焼の
ために必要とされる量を越えた量の酸化剤がバー
ナへ提供されてよい。それとは別に、もし精製段
階に進入する液化された材料が燃焼されていない
炭素を十分な量だけ含むならば、あるいはもし溶
解物の温度が上昇される必要がなければ、酸化剤
だけが再酸化機能だけを提供するように溶解物プ
ール５３，５４内に噴射される。酸化剤は、発泡
チユーブ５５，５６を通るようにして、液中燃焼
バーナとは別に導入される。液中燃焼と結合され
た発泡器を使用することは有利であることが見出
されている。発泡器は、溶解物中へ酸化剤の小さ
な気泡流を噴射するようにされることができ、気
泡は溶解物と酸化剤ガスとの間の接触表面積を増
大させ、そして液中燃焼が活発な撹拌を提供し、
溶解物全体に酸化剤気泡を混合する。また、液中
燃焼は溶解物の非常に有効な均質化を提供する。

精製段階へ供給される余剰の酸化剤の量は、出
会う特別の状態に依存して変化し、そしてその段
階に進入する材料の還元の程度および最終製品の
ために望まれる酸化状態に依存する。撹拌の程
度、容器のサイズおよび形状、ガス−液体接触の
有効性、および精製段階内部の帯留時間は再酸化
を達成する際の因子である。均質化した再酸化を
成し、平坦ガラスのための基準に合致させるため
には、図面に示されるような２つの連続した室に
おける再酸化を実施することが好適であることが
見出されていて、それにより処理量の各部分が十
分な帯留時間中に酸化状態にさらされるという大
きな保証を提供する。ガラスにおいては、還元状
態は鉄酸化物と共に硫化物の状態の硫黄の存在に
より褐色の着色ガラスを与える。もし透き通つた
ガラスが望まれるならば、再酸化は、着色イオン
の酸化状態、代表的にはFe⁺³／Fe⁺²比で表わさ
れ、それを十分に上昇させるべく実施される。透
き通つたフロートガラスの標準的グレードには、
Fe⁺³／Fe⁺²比は約1.5〜3.0の範囲にあり、６ミリ
メータの厚さにおいて380ナノメータの波長を有
する光に対し少なくとも70％（好適には少なくと
も80％）の透過率を備えている。透き通つたフロ
ートガラスは、時にはまた1000ナノメータ（６ミ
リメータの厚さ）において少なくとも60％の透過
率であることを特徴としている。以上のものより
著しく大きなFe⁺³／Fe⁺²比は、初期に暗褐色で
ある溶解されたガラス内で酸素を気泡化すること
により達成された。酸化の際の褐色から透き通つ
た状態への色の変化は、容易に観察される。その
結果、適当な酸化程度観察から容易に推定され
る。石炭は溶解物に対し余剰のイオンを与えるけ
れども、透き通つたガラスが再酸化により得られ
る。しかし、標準のフロートガラスにおける透過
率の正確なスペクトルの釣り合いは、着色のため
にバツチ材料に（通常紅として）意図的に含めた
鉄の量を減少することを必要とする。

再酸化室からの下流には、図面に示されるよう
な調節室６４が設けられてもよく、該調節室６４
においては溶解物からガス状含有物を逃がすため
に、そして溶解物を次の工程に適した温度まで冷
却するために帯留時間が付加されてよい。溶解さ
れた材料は液中の狭い通路６６を通つて調節室６
４へ進入する。図示の装置において、室６４の内
部の帯留時間は、溶解物流れのための曲りくねつ
た通路をなす液中のせきおよび浮き仕切り６８に
より延長される。進行される溶解された材料は、
精製段階１１から成形工程または同様な工程へ導
くチヤンネル７０を通して導かれ、前記成形工程
は、ガラスの場合には、ガラスを薄板、繊維、び
んあるいは同様のものに周知装置により成形す
る。

図面に示される装置を使用した好適実施例にお
いては、標準の商業上のフロートガラスバツチ材
料（しかしソルトケーキあるいはギプスのような
溶解補助物を含み、硫黄は除く）は石炭の重量の
５％〜６％と混合されかつ１時間当り約15ポンド
（6.8Kg）の流量で溶解される。石炭は液化段階に
おける唯一の熱源であり、そして液化されたバツ
チ材料は、精製段階に進入するにつれ褐色で泡立
つようになつた。各々の２つの再酸化室は、１個
の液中燃焼バーナおよび１個の発泡チユーブを具
備している。各液中燃焼バーナは、水素を時間当
り250標準立方フイート（時間当り７標準立方メ
ータ）および酸素を時間当り130標準立方フイー
ト（時間当り3.6標準立方メータ）供給する。各
発泡器は、酸素を時間当り20標準立方フイート
（時間当り0.56標準立方メータ）だけ供給する。
各室における溶解された材料の容積は、１立方フ
イートと２立方フイートの間（0.28〜0.56立方メ
ータ）であり、そして両室を貫通する溶解物の増
加のための平均帯留時間は、約30分であることが
推定された。第一の室における温度は約2350〓
（1290℃）であり、そして第二室の温度は約2500
〓（1370℃）である。補助バーナ（図示せず）
は、室６４の頭部空間に設けられ、泡つぶしを助
ける。精製段階から流出するガラスは、透き通つ
ていて、ほとんど気泡がない。そして商業上のフ
ロートガラスよりもさらに酸化されている。使用
されたバツチ材料の混合物は重量の約0.11％の鉄
含有物（Fe₂O₃として表わされる）を有するガラ
スを従来通り与える。石炭により与えられる鉄分
により、例におけるガラスは鉄重量の0.16％を有
していることが見出された。石炭からの硫黄は、
再酸化されることなく0.063重量パーセントの
SO₃を有し、かつ再酸化された0.01重量パーセン
トのSO₃を有するガラスを製造することが見出さ
れた。

【図面の簡単な説明】

図は、回転する第一段階の液化室および液中燃
焼と酸素の泡立てを用いた第二段階室を含む本発
明の好適実施例の全体断面図である。 １０……液化段階、１１……精製段階、１２…
…容器、２４……中央開口、４２……遷移層、５
０，５２……液中燃焼室、５３，５４……プー
ル、５７，５８……バーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラスバツチ等の材料を溶解させる方法であ
   つて、 前記材料の液化及び還元が第１の領域で行われ
   ており、 該材料の溶解が引き続いて別の第２の領域で進
   行されており、 前記材料と接触状態にある灰含有燃料の燃焼が
   前記第１の領域での液化還元に要する熱の主要部
   を提供しており、 前記第１の領域での液化還元が、液化還元され
   た材料が前記第１の領域から出口へ流下するとこ
   ろの傾斜面上で起きており、 液化還元された材料の前記傾斜面上の流下によ
   つて前記燃料の燃焼から生ずる灰が前記第１の領
   域から運ばれて液化還元された材料中に混合され
   ており、 前記第１の領域で液化還元された材料を酸化す
   るように、前記第２の領域の状態が前記第１の領
   域の状態より、より酸化状態に維持されているこ
   とを特徴とするガラスバツチ等の材料の溶解方
   法。