JPH0432006B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 米国特許第4381934号には、ガラスバツチ材料
あるいはそれと類似材料を液化させるための方法
が開示されており、バツチ材料自身のような粉末
状材料のライニングが、容器側壁を容器内の高温
度から保護するための断熱材として作用してい
る。好ましい実施例においては、前記ライニング
は容器の中央キヤビテイーを取囲み、このライニ
ングは液化された材料を容器から自由に流出さ
せ、ライニング上に比較的低温の材料を供給する
ことによつて維持させる。そのような装置の利点
は、バツチ材料を液化させるために、製品の流れ
と汚染的な耐火性材料とを広範囲に接触させる必
要なしに、また容器の壁部の強制冷却による広範
囲な熱損失を伴なうことなしに、高温を作ること
ができる点にある。

耐火性壁部上の層の溶融については、米国特許
第1831619号；第1889511号；第2006947号；及び
第2593197号に開示されているような先行技術に
おいて知られている。これらの装置は、比較的小
さな体積の処理材料を比較的大きな面積の耐火性
材料と接触するように配置していて、従つて、耐
火性材料の腐食によつて処理材料が汚染される可
能性を相当有しているという欠点を有している。

水冷却の溶融容器の先行技術による例は、米国
特許第2834157号（ボウス）、第3917479号（セイ
ス他）、及び第4061487号（きよなが）に開示され
ている。これらの各々は、容器のほぼ全ての側壁
部分を保護するための主たる手段として水冷却を
採用しているが、その結果、冷却流体と容器内の
溶融された材料との間の大きな温度勾配のため
に、容器の壁部を通して大量のエネルギーが浪費
されることになる。

前述した米国特許第4381934号における液化方
法は、外部強制冷却なしで、容器側壁の重大な熱
劣化を防ぎながら、長時間の連続運転が可能であ
る。バツチ材料のライニングは時々不規則的に崩
れることがあるが、装置は全体的には、付加的な
バツチ材料を容器に供給することによつて自己修
復的になつている。しかしながら、安定状態にお
いて崩れることは、時々、特に容器の上部におい
て、バツチ材料のライニングの厚さが減少する結
果となり、容器側壁の前記部分は温度にさらされ
ることになり、このことは、もし十分な期間中続
くと、容器の変形あるいは他の熱劣化に到るであ
ろう。バツチ材料のライニングの厚さの不安定性
は、例えば、起動中とか、あるいはバツチ供給速
度あるいは加熱率を変更する時に生じる。また、
通常運転中においては、バツチ材料のライニング
はその中間高さのところがより急速に崩れ、従つ
て、バツチ材料のライニングの下切りが生じ、最
終的には上部領域からバツチ材料のライニングが
突然つぶされることになる。そのような異常状態
はもしそれが短期間のものなら重要な問題とはな
らないが、もしそれが持続したりあるいはしばし
ば生じるようであれば、容器に対して熱保護手段
を設けることが望ましい。容器の熱変形は、容器
が回転される時に、それが動的な不安定性を生み
出すという点で特に問題となる。

米国特許第3689679号（にわ他）は、容器の部
分が冷却されるようなちよつと異つたタイプのシ
リカ溶融法を開示している。この特許に示された
ように、冷却は実際の溶融の領域における側壁の
大部分について行われる。この特許は本発明のよ
うに、バツチ材料のライニングの表面における溶
融については含んでいない。

発明の要約 本発明においては、ガラスあるいはその類似物
用バツチ材料が容器内のキヤビテイーの表面上で
液化され、主たる熱保護は液化される材料と共存
できる粉末状材料、好ましくはバツチ材料それ自
身が形成するライニングによつて行われる。不規
則な運転中にバツチ材料のライニングの厚さが過
度に減少されるような事態において、容器側壁を
過度の熱劣化から保護するために、容器の上部に
は耐火性ライニングが設けられている。耐火性ラ
イニングと液化材料との間の接触は、露出される
ようになる耐火性ライニングの面積が比較的小さ
いことと、また大部分の場合、耐火性ライニング
は断続的にしか露出されないという理由から非実
際的なものとなる。前記耐火性ライニングは、バ
ツチ材料のライニングが最小厚さを越えて減少さ
れる時に、容器を熱的に安定させる役割を果た
し、前記接触は時々しか、またバツチ材料のライ
ニングが完全に欠落している領域においてしか生
じない。運転条件はバツチ材料のライニングが耐
火性ライニングを覆うように復旧し、従つて、耐
火性ライニングの露出を最小にするように調節さ
れる。

不規則運転中における容器の熱安定性を選択的
に、かつ付加的に確保することは、耐火性ライニ
ングの領域における容器の上部を冷却することに
よつて得られる。耐火性ライニングの断熱効果に
よつて、冷却によつて液化プロセスから抽出され
る熱は殆どない。バツチ材料のライニングが健全
である時には冷却によつて失われるエネルギーは
もつと少ない。さらに、冷却は熱移動に対して、
断続的にしか、また限られた領域にしか大きな影
響を与えない。前記冷却は、好ましくは、容器の
外部に対して水を吹きかけることからなる。

詳細な説明 第１図に示した特定の実施例を参照すると、液
化容器の基本構造物はドラム１０であり、これは
鋼で製作されていて、全体的に円筒状になつた側
部形状と、全体的に開放された頂部と、ドレン出
口を除いて閉塞された底部とを有している。前記
ドラム１０は、詳しく後述するような方法によつ
て、垂直軸線の周りで回転されるように取付けら
れる。液化容器の中には、全体的に１１で示され
たふた構造物によつて、ほぼ閉じ込められたキヤ
ビテイーが形成され、前記ふたには静止的な支持
体が設けられている。前記ふた１１は好ましくは
耐火性セラミツク材料でできており、また耐火炉
構造物業界にとつて知られているような各種形状
を有していてもよい。図に示された好ましい装置
は、上方向にドーム状になつた、複数個の耐火ブ
ロツク１２でできたスプリングアーチ構造であ
る。図示した代表的なアーチ構造においては、ア
ーチブロツクが周辺の支持構造物１３の上にのつ
ている。板状ブロツク１４がドラム１０の上縁よ
り少し下のところで延在しており、静的な支持板
１５によつて支持されている。アーチブロツク１
２と板状ブロツク１４との間の〓間を塞ぐために
シールブロツク１６が設けられていてもよい。こ
のふたに関しては、一枚板状の平坦な吊下げ設計
を採用してもよいことがわかるはずである。

好ましくは粉末状になつたバツチ材料が、水冷
却されたシユート２０によつて液化容器のキヤビ
テイー内へ供給される。バツチ材料の層すなわち
バツチ材料ライニング２１がドラム１０内壁上に
保持されていて、断熱ライニングとして作用す
る。ドラムが回転されると、前記シユート２０は
バツチ材料をバツチ材料ライニング２１の上部へ
向かわせる。バツチ材料を液化させるための加熱
操作はふた１１を貫通して延在する１つ以上のバ
ーナー２２によつて行われる。好ましくは複数個
のバーナー２２がふたの周辺に配置されており、
その炎をバツチ材料ライニング２１の広範な領域
の方へ向かわせる。前記バーナーは、好ましく
は、水で冷却されており、バーナーを容器内の過
酷な環境から防御している。排気ガスはふた１１
における開口２３を通つて容器から排出される。
バツチ材料ライニング２１の表面上のバツチ材料
が液化すると、それは傾斜したバツチ材料ライニ
ング上を下方へ流れ、容器の底部における中心部
のドレン開口２５へ向かう。前記開口２５には耐
火性セラミツクブツシング２６が設けられていて
もよい。液化された材料２７の流れは容器から静
止した受容器２８の中へ自由落下し、その後で溶
融プロセスを完全なものにするために付加的な処
理を受ける。液化された材料はバツチ材料ライニ
ング２１の表面から自由に流出することができる
ようになつているので、それがドラム１０を通過
する時には不完全溶融状態になつている。その時
点における液化されたバツチ材料は普通は多量の
気体状反応生成物を含んでおり、また幾らかの未
溶融粒子を含んでいてもよい。

ドラム１０の上縁とふた１１との間の境界には
雰囲気シールが設けられており、これは静的な、
円形状の、水を含んだトラフ３０と、ドラムから
前記トラフの中へ下方向へ延在した円形のフラン
ジ部材３１とからなつている。同様な静的な水ト
ラフ３２とフランジ３３とが、ドラムの下端にお
いて、ドラムから下方向へ延在している。

本発明による保護的な耐火性ライニングの１つ
の実施例が第１図に示されており、ドラム１０の
内側の上部円周の周りには耐火性ライニング３５
が設けられている。耐火性ライニング３５の広さ
は全般的にドラムの小さな領域部分のみに必要と
されており、バツチ材料ライニング２１がドラム
表面の大部分における主な保護ライニングとして
作用する。前述した領域においては、耐火性ライ
ニング３５と液化材料とが接触するのは、不規則
な状態が生じて、その結果バツチ材料ライニング
２１の上部が崩れた場合のように、間けつ的にし
か生じない。供給速度及び／又は燃焼速度を調節
することにより、バツチ材料ライニング２１は元
通りになり、通常運転モードにおいて耐火性ライ
ニング３５を十分覆うことができる。バツチ材料
ライニング２１は放物面状に傾斜しているので、
バツチ材料ライニング２１の上部はより薄く、従
つて、露出し易くて耐火性ライニング３５によつ
て利益を受けるのは、容器の小さな上部領域であ
るということになる。バツチ材料ライニング２１
の下部はより厚く、かつ安定しており、耐火性ラ
イニング３５をドラムの側部の大部分にまで延在
させることがなくても、前記下部はバツチ材料ラ
イニング２１の元で断熱状態に維持されている。
しかし構造上の便宜から望むならば、耐火性ライ
ニングはドラム全体に設けてもよい。

耐火性ライニング３５は、例えば、リングある
いはタブ３６の上で支持されているところが示さ
れている。好ましくは、前記耐火性ライニングは
適当な型の助けを得て、所定位置に注入、硬化さ
せることのできる鋳造可能なセメントでできてい
る。この鋳造可能な耐火性ライニングをドラムに
固定するのに、ドラム１０の内部に溶接された金
属アンカー（図示せず）を用いてもよい。耐火性
ライニングを取付けるための好ましい構成が第２
図に示されており、耐火性ライニング３８を支え
る段状部を作り出すために、ドラム１０に拡大部
分３７が設けられている。またこの実施例では、
アンカーの周りで鋳造された耐火性セメントが好
ましい。耐火性ライニング３５あるいは３８の厚
さは、ドラムをドラム内部の熱の影響から熱的に
絶縁して、不規則運転期間中のドラムの変形を防
ぐのに十分な厚さである。必要な断熱値は特定の
温度及び構造に依存するであろう。例をあげる
と、説明している実施例においては、２cmの厚さ
のシリカセメントで十分であることがわかつてい
る。

第１図に示したように、ドラム１０の幾何学的
な安定性を大いに保証するために、耐火性ライニ
ングには、外部の強制冷却を組合わせてもよい。
冷却は耐火性ライニングを設けてある領域とほぼ
同じ領域に適用してもよく、たとえ耐火性ライニ
ングが十分な断熱性を持たなくなつても、ドラム
が過熱するのを防ぐ役割を果たす。ドラム１０の
上部を強制冷却するために、各種装置を採用する
ことができる。冷却材は液体（例えば、水）であ
つても、あるいは気体（例えば、空気）であつて
もよい。図示した例においては、ドラムの上部の
外側に対して水が流されている。水の流れは配管
４０によつて供給され、スプレーシールド４１に
よつてドラムに密接した空間に拘束される。使用
済の水は円形のトラフ４２に集められ、ドラム１
０の側部に沿つて下方へ延在しかつドラムと共に
回転する配管４３によつて排出される。配管４３
からの排出水は、底部の雰囲気シールの水トラフ
３２の中へうまく排出される。

耐火性ライニングの場合と同様に、外部冷却装
置は、バツチ材料ライニングが最も崩れがちな側
壁の限定された領域のみに適用する必要がある。
大部分の場合、ドラムの高さの半分以下に対応し
たドラムの小さな、上部になるであろう。バツチ
材料ライニング２１は普通はドラム側壁の大部分
の領域に対する１次熱保護として作用し、また耐
火性ライニングは第２次保護として作用する。耐
火性ライニングによつて保護されているドラムの
部分に対して外部冷却を適用しても、ドラム内部
で行われている加熱プロセスから熱エネルギーを
殆ど抽出することはなく、またバツチ材料ライニ
ングが存在する場合はさらに少なくなる。従つ
て、冷却領域は必要な領域よりも大きくしてもよ
く、この場合、熱効率は殆どあるいは全く低下し
ない。効果的な断熱体としては、少なくとも２cm
程度の粉末ガラスバツチ材料の層でよいことがわ
かつており、さらにそれより厚さが薄くてもバツ
チ材料ライニングを通る熱移動は殆ど生じない。
冷却は必要な時だけ活かすことにしてもよいが、
わずかな熱移動が生じているので、冷却材の流れ
を連続させておくことは幾らかの利点があり、容
器の外側を冷却材の温度に保持しておけば、冷却
を再開した時の熱衝撃を防ぐことができる。

ドラム１０を回転自在に支持駆動する基礎は支
持リング５０であり、これは、第１図に示したよ
うに、全体的に長方形断面を有した中空輪の形を
有している。前記支持リング５０はドラムを取囲
み、ドラムとは隔置されている。本実施例におけ
る支持リング５０をドラム１０に連結するための
リンク装置は複数個の支持ロツド５１からなつて
いる。支持ロツド５１の数と寸法は、全負荷時の
ドラムの重量に依存している。理論的には３本の
支持ロツドでドラムを支持することができるが、
４本あるいはそれ以上（好ましくは８本あるいは
それ以上）の支持ロツドを用いて自転車のスポー
ク型の配置を採用することができ、それによつ
て、ドラム１０と支持リング５０との間の相対的
な回転は生じなくなる。容器が大きくなると、支
持ロツドの数もその負荷を分配するために増加
し、図示したタイプの実施例においては、24本程
度の数の支持ロツドが考えられる。支持ロツド
は、ドラムの側部に対して殆ど妨害することがな
いので、好ましいリンク形状の装置になつてい
て、従つて、組立てや保修の際に接近することが
でき、自由に空気を循環させることができ、また
あらゆるこぼれた材料の蓄積を防ぐことができ
る。

支持ロツド５１は、その両端において球状端部
を有したナツト５２によつて、所定位置に保持さ
れており、それらは、さらに、それぞれ上部及び
下部の支持ブロツク５３及び５４における凹状ソ
ケツトの中で受留められている。上部支持ブロツ
ク５３は、負荷状態にある容器の重心Ｃより上の
位置において、支持リング５０上に取付けられて
いる。下部支持ブロツク５４は、上部支持ブロツ
ク５３の高さよりもかなり低い高さのところでド
ラム１０に取付けられた外周リング５５あるいは
その類似物に対して固定されている。支持ロツド
５１の上端が支持リング５０と係合する高さが重
心Ｃの高さを上廻る量は、好ましくは自己求心効
果を最適化させるために、最大化される。しかし
ながら、それらの間にあらゆる高さの差を設ける
ことによつて、本発明の自己求心の利点をある程
度達成することができるであろう。実際的な観点
においては、大部分の場合、上部の係合レベルの
高さは制限を受けるであろう。静止的なふた１１
のための構造的支持物と、ふたに関係した付属物
と、ふたとドラムとの境界とは、ドラムの支持要
素をドラムの最高の高さ以上のところへ延在させ
ようとするあらゆる試みと干渉するであろう。図
に示したように、バツチ材料ライナー２１はドラ
ムの底部においてより厚くなるように傾斜してい
るので、重心は普通はドラムの高さの下半分の中
に位置するであろう。従つて、いいかえると、支
持物の高さはドラムの高さの上半分に位置すると
表現することもできる。

支持ロツド５１のようなリンク装置はドラムに
対して好ましくはドラムの比較的冷たくて、従つ
て、熱ひずみを余り受けない領域において取付け
られる。ドラムの底部に近づくにつれてバツチ材
料ライニング２１の厚さが厚くなつているので、
ドラムの下部部分は取付位置としてより望ましく
なる。ドラムの上半分のところに取付けることも
時にはよいが、下半分に取付けることが好まし
い。最も好ましい取合わせにおいては、取り付け
は、バツチ材料ライニングを含んだ通常の量のバ
ツチ材料を装荷した時の容器の重心Ｃの位置ある
いはその高さ以上のところで行われる。

ドラム１０は、図示したような全体的に円筒状
になつた形の代わりに、下方向に収束した円錐台
形状、あるいは米国特許第4469387号（ハイトホ
ク他）に示されたような段付き形状のような他の
形状になつていてもよい。そのような場合、重心
は容器の下半分の中には存在しないが、支持物の
好ましい高さは重心より上であつて、また容器へ
の取付部の高さは下半分のところになる。

支持リング５０の下側には、複数個の傾斜車輪
６１と回転接触する傾斜軌道６０が設けられてい
る。前記車輪６１は、ビーム６３のような適当な
静止構造部材に対して固定されたベアリング６２
によつて回転自在に支持されている。前記車輪６
１はドラムとその内容物の垂直方向の荷重を支え
ており、車輪の数は荷重の分配具合に応じて選択
されるが、図示したような代表的な産業用のもの
に対しては８個が適当であると考えられる。軌道
６０の接触面はドラム１０の方へ向かつて下方に
傾斜しており、従つて部分円錐形状になつてい
る。

ドラム１０及び支持リング５０に対して加えら
る横方向の拘束力は、支持リング５０の外周に対
して押付けられている複数個の車輪７０によつて
与えられる。横方向の拘束車輪７０は剛的な支持
装置７１上で回転自在に支えられており、これは
ドラム１０に対して半径方向に調節可能となつて
いる。少なくとも三個の横方向拘束車輪７０が設
けられるが、好ましくは４個であり、また前記車
輪７０は好ましくは空気タイヤである。少なくと
も１個の車輪７０はモータ（図示せず）によつて
駆動され、それによつて支持リング５０と、従つ
てドラム１０とを回転させる。車輪７０は回転要
素に対する絶対的な拘束体として作用するという
よりも、ドラムの軸線のその所定位置からのあら
ゆる振動あるいは往復運動を減衰させる作用を果
たす。車輪７０はドラムと支持リングのあらゆる
水平運動を減衰させ、他方、軌道６０と垂直方向
の支持車輪６１との円錐状の境界が主な向心力を
与える。同様に、重心よりも高い場所における、
支持体によるドラム軸線の振動運動の減衰作用も
車輪７０の減衰効果の援助を受けることになる。

当業界に知られているような他の変更、修正
が、添付した特許請求の範囲によつて画定された
ような本発明の範囲から逸脱することなしに可能
であることは明らかである。

本発明は、本発明が特に有効であるような、ガ
ラスバツチ材料の液化に関連して記述してきた。
これには平坦なガラス、ガラス繊維、ガラス容
器、珪酸ナトリウム、及びあらゆるタイプの特性
ガラスが含まれる。また本発明は、金属鉱石、あ
るいは厳密にはガラスとはいえないが他のガラス
状材料あるいはセラミツク材料のような他の材料
を液化させるためにも利用することができる。ま
た、好ましい実施法では特に平坦なガラス処理す
る場合には、処理用バツチ材料と液化容器のバツ
チ材料ライニングとで化学的にほぼ同一の組成体
を採用することになるが、それらの間のちよつと
した相異を考えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する選択的な冷却装置を備
えた上部耐火性ライニングを有した、回転液化容
器の好ましい実施例の垂直断面図、第２図は好ま
しい耐火性ライニング構造を示した液化容器の上
部の拡大断面図である。 図において、１０……ドラム、２０……シユー
ト、２１……バツチ材料ライニング、２５……ド
レン開口、３５……耐火性ライニングである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱溶融性材料の液化方法にして、 粉末状バツチ材料を、容器の内部側壁部上の粉
   末材料のライニングによつて囲まれたキヤビテイ
   ーへ送り込み、 前記粉末材料の露出部分が部分的に液化する速
   度で前記キヤビテイーに熱を与え、該部分的に液
   化した材料が前記容器から流れることを許し、 主に、粉末材料のライニングの厚さを、加熱速
   度と粉末材料の追加速度とを制御すると共に液化
   した材料を前記ライニングから捌かせて、前記側
   壁部分を前記キヤビテイー内の熱から断熱するの
   に十分な厚さに維持することによつて、前記容器
   の前記側壁部分を過度の熱劣化から保護し、耐火
   性ライニングを、少なくとも粉末状材料のライニ
   ングの下の前記容器の内部部分に設け、それによ
   り、前記粉末状材料のライニングの厚さが不正常
   に減少した時、前記粉末状材料のライニングの厚
   さが比較的薄い部分にある側壁部分が、前記キヤ
   ビテイー内の熱から保護されることを特徴とする
   熱溶融性材料の液化方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の熱溶融性材料
   の液化方法において、該液化方法は、冷却剤を前
   記側壁部分の外面と接触するように向けることを
   有している熱溶融性材料の液化方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の熱溶融性材料
   の液化方法において、前記キヤビテイーはほぼ鉛
   直軸線の周りに対称であり、前記粉末状材料のラ
   イニングの厚さの不正常な減少を被る部分は前記
   容器の上端部である熱溶融性材料の液化方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の熱溶融性材料
   の液化方法において、前記粉末状材料のライニン
   グの厚さの不正常な減少を被つた後の前記粉末状
   材料のライニングはその後増加される熱溶融性材
   料の液化方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の熱溶融性材料
   の液化方法において、前記液化された材料はガラ
   スバツチであり、前記ライニングの粉末状材料も
   ガラスバツチである熱溶融性材料の液化方法。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の熱溶融性材料
   の液化方法において、前記容器はほぼ鉛直な軸線
   の回りに回転され、前記粉末材料は前記容器の上
   端に供給され、前記液化された材料は前記容器の
   底から排出され、前記粉末材料のライニングは前
   記容器の上端部の比較的薄い部分へ向つて薄くな
   つている熱溶融性材料の液化方法。 ７ 熱溶融性材料の液化装置であつて、 側壁と底とを有し、ほぼ鉛直な軸線の回りに回
   転自在に装架された容器と、 粉末状の材料を前記容器内へ供給する装置と、 液化した材料を前記容器から排出する出口装置
   とを有しており、 前記容器の形状は、該容器の内壁に、比較的薄
   い上部から比較的厚い下部に向かつて厚くなる粉
   末状材料の層が形成される形状であり、 部分的な耐火物のライニングが、少なくとも前
   記粉末状材料の層が比較的薄い領域にある側壁部
   分に設けられていることを特徴とする熱溶融性材
   料の液化装置。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載の熱溶融性材料
   の液化装置において、該装置が、冷却液を前記側
   壁の外面に吹き付ける冷却装置を有している熱溶
   融性材料の液化装置。 ９ 特許請求の範囲第７項に記載の熱溶融性材料
   の液化装置において、前記耐火物のライニングは
   前記容器の側壁の上部にのみ設けられている熱溶
   融性材料の液化装置。