JPH07503228A - 酸素燃焼を使用して炉中のガラスを融解および清澄させる方法および装置 - 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】 酸素燃焼を使用して炉中のガラスを融解および清澄させる方法および装置 発Ｊｐ像」 本発明は、融解および清澄タンクの上流末端部にある酸素燃焼バーナーを使用す る、炉中のガラスを融解および清澄させることによりガラスフィラメントおよび 他のガラス製品を製造する装置および方法に関する。

免」夏１１ 連続融解法による、Ｅガラス繊維またはフィラメントの様なガラスの製造では、 融解および清澄タンクの上流末端部でガラスバッチ材料を炉に供給する。ガラス バッチ材料は、融解および清澄タンクを通り、融解および清澄タンクの下流末端 部に接−統されたフォアハースへ向かう時に融解および清澄される。ガラスは融 解および清澄タンクからフォアハースの調整区域に引き取られ、そこからガラス は作業フォアハースに入り、そこでガラスは繊維成形装置へ９賃され、フォアハ ースから繊維成形装置を通って引き取られ、繊維またはフィラメントを形成する 。

図１に示す型の通常のＥガラス炉では、融解および清澄タンクの実質的に全長に わたって伸びる、直接対向する空気／ガス燃焼バーナーにより、ガラスバッチ材 料が融解される。フォアハースも直接対向する空気／ガス燃焼バーナーにより燃 焼され、ガラスをさらに清澄させ、ガラスを繊維またはフィラメントの成形工程 に望ましい温度に５１整および維持する。

空気／ガス燃焼バーナーを使用する代表的な燃焼方法では、天然ガスおよび空気 を、一般的に空気１０体積部対天然ガス１体積部の設定比率で組合せる。この燃 焼方法の主な欠点は、空気の７８体積％を占め、燃焼工程に全く貢献しない窒素 が空気に含まれていることである。そのため、空気／ガス燃焼バーナーでは、消 費する天然ガスの体積と比較して大量の空気が必要になる。空気／ガス燃焼バー ナーを使用して処理しなければならない比較的大量の燃焼空気、およびその結果 書られる大量の排ガスにより、経費のかかる、大容量の燃焼空気および排ガスシ ステムを使用する必要がある。

より効率的な燃焼を行うには、空気／ガス燃焼バーナーに供給する空気を常温か ら約華氏１２００度の温度に予熱する必要がある。このバーナーにより使用され る空気対天然ガスの体積はおよそｌＯ対ｌであるので、この方法に使用するには 、比較的大量の空気をこれらの高温に加熱し、バーナーに供給しなければならな い、これは、高温空気をバーナーに送るために、高温金ＷＩ＆換熱器を使用して 燃焼空気および高温金属配管および絶縁を余熱しなければならない。これらの換 熱器は構築に経費がかかり、その中を通過する腐食性の高い徘ガスのために、保 守に経費がかかる。

燃焼機構の中で余熱し、処理すべきガスの体積が大きく増加することに加えて、 空気中に窒素が存在するために、加熱工程から燃焼熱の一部が失われる。つまり 、燃焼熱の一部が、意図するガラスの融解にではなく、窒素にまわされ、この工 程に全く貢献しない、燃焼工程中に窒素が存在することにより、窒素酸化物の放 出も引き起こされる。

空気／ガス燃焼バーナーの効率が低いために、ガラスバッチ材料を融解および清 澄させるには、融解および清澄タンクの実質的に全長に沿って多数のバーナーを 使用する必要がある０図１に示す炉は、融解および清澄タンクに合計３２基の空 気／ガス燃焼バーナーを使用する。

１１例１１ 本発明の融解上よび清澄機構により、先行技術の空気／ガス燃焼式Ｅガラス炉に 伴う問題点の多くが解決される１本発明により、融解および清澄タンクの上流末 端部の近くに配置された市販の酸素／ガス燃焼バーナーを使用することにより、 融解および清澄タンクに必要とされるバーナーの数を７５％まで少なくすること ができる。この結果は、Ｅガラスユニットメルターでガラスの清澄を経験した者 には予期できなかったことであり、炉を最初に設置した時には必要以上の酸素／ ガス燃焼バーナーを設置した。フォアハースの最も近くに、つまり融解および清 澄タンクの下流末端部に位置するバーナーは必要ないことが分かったのは、炉の 運転を開始してからであった。炉の加熱に必要なバーナーおよび関連装置の数の 減少により、炉の制御機構が簡単になり、工程が改良される。

空気／ガス燃焼バーナーは、天然ガス１体積部に対して空気１０体積部を使用す る。酸素／ガス燃焼バーナーは天然ガス１体積部に対して酸素２体積部を使用す る。Ｗｉ焼主生成物体積が大幅に低下することにより、先行技術のＥガラス炉に おいて空気／ガス燃焼バーナーと共に使用される、経費のかかる燃焼空気システ ムは最早必要ない、その上、高価な換熱器ならびに関連する配管、制ｍ右よび監 視機構を無くすことができ、腐食性の高い雰囲気中でこれらの機構を使用するの に伴う保守時間および経費も無くすことができる。

酸素／ガス燃焼バーナーは、空気／ガス燃焼バーナーの火炎よりも明るく輝く火 炎を有する。これによりてガラスバッチ材料への熱移動が良くなり、熱伝達が改 善され、空気／ガス燃焼バーナーに使用される空気中の大量の窒素を加熱する必 要がなくなるので、炉に対する天然ガス使用量が約３分の１減少する。

ガラスバッチ材料を炉中に導入する、融解および清澄タンクの上流末端部の近く に配置した酸素／ガス燃焼バーナーにより、および酸素／ガス燃焼バーナーの火 炎からガラスバッチ材料への、より良好な熱伝達により、ガラスバッチ材料はよ り急速に融解し、融解上よび清澄タンクのホットスポットが融解および清澄タン クの上流末端部の近くに移動する。これは、タンク内の、ガラスを清澄させるた めに利用できる浴の容積を増加する効果を有し、同じ大きさの空気／ガス燃焼炉 よりも炉の容量が増加する。

燃焼生成物を１１部から３部に減少させ、空気／ガス燃焼中に存在する窒素を無 くすことにより、排出物が大幅に減少し、融解および清澄タンクから放出される 粒子状物質も少なくなる。

後になりで凝縮し、保守の問題を引き起こす腐食性揮発物質も減少する。

炉によって生産される排出物が減少するので、融解および清澄タンクの後壁の排 出口の大きさを縮小することができる。これによってドッグハウスを融解および 清澄タンクの側壁がら融解および清澄タンクの上流壁または後壁へ移動させるこ とができる。これも融解および清澄タンクの融解および清澄部分を増加させる効 果を有し、炉の容量増加に貢献する。

記事ＭＡＮＶＩＬＬＥ　ＰＬＡＮＴ　ＧＥＴＳ　Ａ　ＢＯＯＳＴ　ＦＲＯＭ　０ ＸＹＧＥＮ−ＧＡＳ　ＦＩＲＩＮＧ。

ｐｐ、ＩＱ−１４，ＧＬＡＳＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ、　Ｊａｎｕａｒｙ　１９９ ２で考察されている様に、酸素／ガス燃焼は、絶縁繊維を製造するためのガラス の低温融解用のガラス炉に使用されている。酸素／ガス燃焼は。

記事ＨＯＷ　１００％　０ＸＹＧＥＮ　ＦＩＲＩＮＧ　ＩＭＰＡＣＴＳ　ＲＥＧ ＥＮＥＲＡＴＩＶＥ　ＭＥＬＴＥＲ３゜ｐｐ、＋２−１４．１７−２０．２５お よび２６．　ＧＬＡＳＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ、　Ｍａｒｃｈ　１９９２に考察さ れている様にガラスびん製造用の再生溶融装置にも使用されている。

しかし、本出願人の知る限り、本発明は酸素／ガス燃焼バーナーがＥガラス炉に 、比較的高い温度による運転条件で使用された最初である。Ｅガラスの様な高温 ガラスは、３％未満のアルカリ酸化物１適常は１１部２％未満のアルカリ酸化物 を含むガラスである。適切に融解および清澄させるためには、これらのガラスは 華氏２７５０度を超える、通常蒙氏２８５０度を超λる炉温を必要とする。これ らの温度は炉のライニング耐火材の最高安全運転温度に非常に近いので、空気／ ガス燃焼バーナーよりも火炎温度が高い酸素／ガス燃焼バーナーでは所定の位置 にある炉のライニングを過熱させ、耐火材に損傷を与えるという心配があった。

この炉で運転を行った後、過熱は起こらないことが確認された。

上記のことに加えて、炉の上流末端部に右ける酸素／ガス燃焼バーナーの独特な 配置により、炉の融解および清澄能力が強化されることが分かった。この独特な 酸素／ガス燃焼バーナーの配置は上記の記事には記載されていない。

を 図１は、先行技術の代表的な空気／ガス燃焼式融解上よび清澄タンクの平面図で ある。

図２は、本発明の酸素／ガス燃焼式融解および清澄タンクの第一の実施態様の平 面図である。

図３は１本発明の酸素／ガス燃焼式融解および清澄タンクの第二の実施態様の平 面図である。

図４は、フォアハースの平面図である。

ｔ　！ 図１は、Ｅガラス繊維または連続ガラスフィラメントの製造に使用される１代表 的な先行技術の空気／ガス燃焼式融解および清澄タンク１２を示す、融解上よび 清澄タンク１２は、様々な大きさを有するが、一般的に長さが４０〜５０フイー ト　幅が約２０フイートで、Ｅガラスバッチ材料をＥガラスに融解上よび清澄さ せるのに必要な高温に耐える様に、耐火性材料で造られている。融解上よび清澄 タンク１２の下流末端部は、図４のフォアハース１４の様なフォアハースに直接 接続されており、ガラスは融解および清澄タンク１２からフォアハースに流れ込 み、そこでガラスはさらに清澄化され、繊維または連続フィラメント成形工程の 繊維製造装置に分配される。

図１に示す様に、Ｅガラスバッチ材料は、融解および清澄タンク１２の上流末端 部の近くで、融解上よび清澄タンクの両側に配置されたドッグハウス１６および １８を通して融解上よび清澄タンク１２の中に供給される。ガラスバッチ材料が 融解上よび清澄タンク１２の中に導入された後、ガラスバッチ材料は、融解およ び清澄タンクを通ってフォアハース１４に向かう時に融解およびＷＪ澄化する。

ガラスバッチ材料は、ドッグハウス１６および１８から、融解および清澄タンク のガラスがフォアハース１４に流れ込む下流末端部までの、融解および清澄タン クの実質的に全長にわたって伸びる空気／ガス燃焼バーナー２０により加熱、融 解上よび清澄化される０図に示す炉では、融解上よび清澄タンク１２のそれぞれ の側壁に１６基の空気／ガス燃焼バーナー２０が、互いに中心から中心まで２１ インチの間隔を置いて、対向する側壁上のバーナー２ｏと直接対向して配置され ている。ガラスバッチ材料の融解上よび清澄に必要な多数の空気／ガス燃焼バー ナー２ｏの数が大きいので、空気／ガス燃焼バーナーを使用する製造方法では、 経費のかかる燃焼空気余熱および排ガス換熱機構が必要である。この方法により 発生する大皿の排ガスを処理するために、融解および清澄タンク１２の上流末端 部には、大型の排出口２２右よび排出煙道２３が設けられている。

図２は、先行技術の融解および清澄タンク１２と同じ寸法を有する、Ｅガラス融 解および清澄タンク２６による、本発明の第一の実施態様を示す、融解および清 澄タンク２６は、ＭＩＩｘＣｏｒのＯＸＹ−ＴＨＥＲＭバーナーまたはＣｏ＋ｍ ｂｕｓｔｉｏｎ　Ｔｅａ、　Ｉｎｃ、のＣＬＥＡＮＦＩＲＥバーナーの様な通常 の酸素／ガス燃焼バーナー２８を使用する。

この図から分かる様に、融解および清澄タンクの両側の、ドッグハウス３０およ び３２の下流に３基の酸素／ガス燃焼バーナー２８．および融解および清澄タン ク２６の後壁、つまり上流壁の、排出煙道３７に続く排出口３６の両側に２基の 酸素／ガス燃焼バーナー３４がある。酸素／ガス燃焼バーナー２８は、ガラス溶 融物の表面から１４インチ±４インチ上で、先行技術のＥガラス融解および清澄 タンクの空気／ガス燃焼バーナー２０の間隔の約２倍の間隔、つまり約４２イン チの間隔で配置されている。

ｌ！Ｉ累／ガス燃焼バーナー２８は空気／ガス燃焼バーナー２０よりもＢＴＵ出 力がはるかに高く、本発明では、融解および清澄タンク２６の上流部分における 熱分布を改善するために、一方の側壁上のバーナーは他方の側壁上のバーナー２ ８からずらして配置されている。この、側壁における酸素／ガス燃焼バーナーの 配置および上流末端部の壁にあける２基のバーナー３４の配置により、ホットス ポットが融解および清澄タンクの上流末端部の近くに移動する。これは、融解お よび清澄タンク２６の大きさを増加せずに、炉の融解および清澄区域を増加させ る効果を有する。この様にして、融解および清澄タンクの容量が増加する。

融解上よび清澄タンク２６におけるバーナー数を７５％まで減少させることによ り、バーナー制御機構が大きく簡素化される。その上、バーナー数の低減および 酸素の使用により、工程中に使用されるガスの体積が大幅に低下し、先行技術の 方法で必要とされる様な燃焼空気の余熱が不要になる。この様に、本発明により 、燃焼空気の余熱機構、換熱器および関連する配管、制御ｌｌ右よび監視機構の 必要がなくなり、融解上よび清澄タンク２６の容量が増加する。先行技術のＥガ ラス炉と同様に、ガラスは融解および清澄タンク２６からフォアハース１４に流 れ込み、そこでガラスはさらに清澄化され、繊維製造装置に分配される。

図３は、先行技術の融解および清澄タンク１２と同じ寸法を有するＥガラス融解 および清澄タンク３８による、本発明の第二の実施態様を例示する。この実施態 様では、８基の酸素／ガス燃焼バーナー４０すべてが、融解および清澄タンク３ ８の上流末端部に近い、融解および清澄タンクの側壁に配置されている。一方の 側壁に右ける酸素／ガス燃焼バーナー４ｏは、本発明の第一の実施態様バーナー ２８と同じ様式で、対向する側壁のバーナーからずらして、互いに間隔を置いて 配置されている。これらのバーナーは、ＭａｘｌＣｏｒのＯＸＹ−ＴＨＥＲＭバ ーナーまたはＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｔｅｃ、　Ｔｎｃ、のＣＬＥＡＮＦＩＲＥ バーナーの様な通常の酸素／ガス燃焼バーナーである。

図３に示す様に、ドッグハウス４２ｉ３よび４４は両方とも融解および清澄タン ク３８の後壁っまり上流壁に配置されている。

これによって側壁中のバーナーを、融解および清澄タンク３８の後壁つまり上流 壁の近くに配置することができる。

Ｅガラスバッチ材料を融解上よび清澄タンク３８の中に導入する別の方法は、タ ンクの後壁っまり上流壁に配置された幾つかの原料投入機による方法である。再 生炉の上流壁に右ける幾つかの原料投入機の使用は公知であるが、通常、大型の 排ガス室および換熱器の煙道支持体が空気／ガス燃焼ユニットメルターの上流壁 の外側に隣接して配置されるので、原料投入機はユニットメルターには使用さｔ ていない、原料投入機の使用によりドッグハウスの使用がなくなり、排ガスは、 ドッグハウス４２および４４で使用される排出口４８を通すのではな（、原料投 入機の上の後壁中にある１＠以上の開口部を通してタンク３８から除去され、排 出煙道４６向けられる。ドッグハウス４２および４４の使用と同様に、原料投入 機の使用により、バーナーをタンク３８の後壁つまり上流壁の近くに配置するこ とができる。

図２に示す第一の実施態様と同様に、酸素／ガス燃焼バーナー４０およびドッグ ハウス４２および４４のこの配置により、融解および清澄タンクのホットスポッ トが上流に移動し、融解および清澄タンクの容量が増加する。上記の他の利点も 実現される。

説明の目的で、本７ｊ法を酸素／天然ガス燃焼バーナーを使用して説明したが、 熱論、所望により天然ガス燃焼バーナーの代わりにプロパンまたはオイル燃焼バ ーナーを使用することもできる１本発明をユニットメルク−に関して説明したが 、本発明のバーナー配置はｉハ生炉ならびに換熱器を備えた炉にも有利に使用で きる。

本発明は、良質な製品を製造するために高度に清澄化され均質なガラスが必要と されるガラスフィラメントの製造に非常に右利であることが立証されている。

フロントページの続き （７２）発明者　ジャック　ロイ　エリオツドアメリカ合衆国、　３７３３１　 テネシー、エトワ、クラレモント　ドライヴ　１２０５（７２）発明者　ラリイ ー　ニドワード　ハワードアメリカ合衆国、　３７３０３　テネシー、アセンス 、カントリー　ロード　６０２　１０６

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．ガラスを融解および清澄させるための融解および清澄タンクであって、上流 末端部、下流末端部、および上流末端部と下流末端部の間で融解および清澄タン クの長さに沿って伸びる対向する側壁を有する融解および清澄タンク、ガラスを さらに清澄させ、ガラスを製品形成手段に配送するための、融解および清澄タン クの下流末端部の下流にあり、下流末端部に接続されたフォアハース、 ガラスバッチ材料を融解および清澄タンク中に供給するための、融解および清澄 タンクの上流末端部にあるガラス原料投入機手段、 融解および清澄タンクの上流末端部の近くの、融解および清澄タンクの対向する 側壁に配置された酸素燃焼バーナー手段、および 融解および清澄タンクの下流末端部近くの、融解および清澄タンクの対向する側 壁の長さの約３分の１の、バーナー手段を備えていない部分 を含むことを特徴とする、ガラスを融解および清澄させるための炉。
2. ２．融解および清澄タンクの下流末端部近くの、融解および清澄タンクの対向す る側壁の長さの約２分の１の部分がバーナー手段を備えていないことを特徴とす る請求項１の炉。
3. ３．融解およひ清澄タンクの下流末端部近くの、融解および清澄タンクの対向す る側壁の長さの約３分の２の部分がバーナー手段を備えていないことを特徴とす る請求項１の炉。
4. ４．対向する側壁の一方にある各酸素燃焼バーナー手段が、対向する側壁にある 各酸素燃焼バーナー手段からずらして配置されていることを特徴とする請求項１ の炉。
5. ５．酸素燃焼バーナー手段が、融解および清澄タンクの上流末端部の壁に配置さ れていることを特徴とする請求項１の炉。
6. ６．ガラス原料投入機手段が、融解および清澄タンクの上流末端部の壁に配置さ れていることを特徴とする請求項１の炉。
7. ７．炉がＥガラス炉であり、製品形成手段が繊維製造装置であることを特徴とす る請求項１の炉。
8. ８．炉が全体的に酸素燃焼バーナー手段により加熱されることを特徴とする請求 項１の炉。
9. ９．ガラスを融解および清澄させるための融解および清澄タンクを有し、前記融 解および清澄タンクが上流末端部、下流末端部、および上流末端部と下流未端部 の間で融解および清澄タンクの長さに沿って伸びる対向する側壁を有し、さらに ガラスをさらに清澄させ、ガラスを製品形成手段に配送するための、融解および 清澄タンクの下流末端部の下流にあり、下流末端部に接続されたフォアハース を有する炉の中でガラスを融解および清澄させる方法であって、ガラスバッチ材 料を、融解およひ清澄タンクの上流末端部で融解および清澄タンクの中に供給す ること、融解および清澄タンクの上流末端部に近い加熱区域に配置された酸素燃 焼バーナー手段により与えられる熱でガラスバッチ材料を融解させること、およ び ガラスバッチ材料のガラスヘの清澄化を、追加の熱を与えるための酸素燃焼バー ナー手段を有していない清澄区域で続行させるが、前記清澄区域が、融解および 清澄タンク中の、融解および清澄タンクの下流末端部に近い加熱区域の下流に配 置され、融解および清澄タンクの長さの少なくとも約３分の１伸びていることを 特徴とする方法。
10. １０．清澄区域が、融解および清澄タンクの長さの少なくとも約２分の１伸ひて いることを特徴とする請求項９の方法。
11. １１．清澄区域が、融解および清澄タンクの長さの少なくとも約３分の２伸びて いることを特徴とする請求項９の方法。
12. １２．バッチ材料がＥガラスバッチ材料であり、製品形成手段が繊維製造装置で あることを特徴とする請求項９の方法。
13. １３．炉が全体的に酸素燃焼バーナー手段により加熱されることを特徴とする請 求項９の方法。