JPH1036122A - 放出物及び耐火物腐蝕が低減されたガラス製造方法 - Google Patents
放出物及び耐火物腐蝕が低減されたガラス製造方法Info
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- JPH1036122A JPH1036122A JP9108329A JP10832997A JPH1036122A JP H1036122 A JPH1036122 A JP H1036122A JP 9108329 A JP9108329 A JP 9108329A JP 10832997 A JP10832997 A JP 10832997A JP H1036122 A JPH1036122 A JP H1036122A
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素−燃料燃焼下での、炉の、シリカ製その
他の耐火煉瓦の腐蝕の度合いを、従来の空気燃焼炉のそ
れと等しい或はそれ未満の水準に低下させるガラス溶融
装置及び方法を提供すること。 【解決手段】 ガラス溶融炉１の内部の送入端部分３に
はアルカリ蒸気核を含みガラスバッチ５と称されるガラ
ス製造用材料が提供され、ガラスバッチ５は炉１内に送
入端部分３から投入され、溶融ガラス表面に沿って浮遊
し、炉１を通過するに従い溶融されて溶融ガラス７を形
成する。
他の耐火煉瓦の腐蝕の度合いを、従来の空気燃焼炉のそ
れと等しい或はそれ未満の水準に低下させるガラス溶融
装置及び方法を提供すること。 【解決手段】 ガラス溶融炉１の内部の送入端部分３に
はアルカリ蒸気核を含みガラスバッチ５と称されるガラ
ス製造用材料が提供され、ガラスバッチ５は炉１内に送
入端部分３から投入され、溶融ガラス表面に沿って浮遊
し、炉１を通過するに従い溶融されて溶融ガラス７を形
成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸素−燃料バーナを
使用するガラス溶融方法に関し、詳しくは、炉のクラウ
ン部付近でのアルカリの揮発及びアルカリ蒸気核を低減
させることに関する。
使用するガラス溶融方法に関し、詳しくは、炉のクラウ
ン部付近でのアルカリの揮発及びアルカリ蒸気核を低減
させることに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス製造に際しては、ガラス製造用材
料をガラス溶融炉に入れて溶融し、これを溶融ガラスと
した後に型に流し込み、例えばガラスびんのような製品
を製造する。ガラス製造用材料には、ガラスの酸化還元
状態を制御するための、ソルトケーク（硫酸カルシウ
ム: CaSo4 ）や硝石（硝酸ナトリウム: NaNO3 、硝酸カ
リ: KNO3）のようなガラスバッチ酸化剤が含まれる。ガ
ラス製造用材料は、燃料及び酸化体の燃焼により提供さ
れる熱により、炉内で溶融する。燃焼により生じた水蒸
気が、溶融ガラス中のアルカリ酸化物と共にアルカリ水
酸化物を形成し、形成されたアルカリ水酸化物は溶融ガ
ラスから揮発する。水酸化ナトリウム( NaOH) のような
アルカリ水酸化物は炉の耐火壁と反応して耐火物を腐蝕
し、更には、炉を出た後、煙道通路内で二酸化硫黄(S
O2) や酸素と反応して粒子形態の硫酸ナトリウム(Na2SO
4)、硫酸塩、そして亜硫酸塩成分を形成する。これらの
粒子を大気中に放出させないようにするには、しばし
ば、高価な電気集塵器やバグハウス(baghouse)が必要に
なる。
料をガラス溶融炉に入れて溶融し、これを溶融ガラスと
した後に型に流し込み、例えばガラスびんのような製品
を製造する。ガラス製造用材料には、ガラスの酸化還元
状態を制御するための、ソルトケーク（硫酸カルシウ
ム: CaSo4 ）や硝石（硝酸ナトリウム: NaNO3 、硝酸カ
リ: KNO3）のようなガラスバッチ酸化剤が含まれる。ガ
ラス製造用材料は、燃料及び酸化体の燃焼により提供さ
れる熱により、炉内で溶融する。燃焼により生じた水蒸
気が、溶融ガラス中のアルカリ酸化物と共にアルカリ水
酸化物を形成し、形成されたアルカリ水酸化物は溶融ガ
ラスから揮発する。水酸化ナトリウム( NaOH) のような
アルカリ水酸化物は炉の耐火壁と反応して耐火物を腐蝕
し、更には、炉を出た後、煙道通路内で二酸化硫黄(S
O2) や酸素と反応して粒子形態の硫酸ナトリウム(Na2SO
4)、硫酸塩、そして亜硫酸塩成分を形成する。これらの
粒子を大気中に放出させないようにするには、しばし
ば、高価な電気集塵器やバグハウス(baghouse)が必要に
なる。
【０００３】酸素−燃料燃焼用に転用したガラス溶融炉
では“超格子構造”耐火煉瓦の腐蝕が早い。詳しく説明
すると、幾つかのガラス溶融炉において、例えばTVパネ
ル用のガラス溶融に際し、シリカ製のクラウン部分或は
頭頂部分の厳しい損失が観察された。腐蝕が早まる原因
は、一般には、主に、揮発するアルカリ蒸気核、例えば
水酸化ナトリウム( NaOH) や水酸化カリウム(KOH) が酸
素−燃料燃焼下に高濃度化するためだと考えられてい
る。酸素−燃料燃焼では、燃焼空気に含まれる窒素はか
なりの量が除去され、燃焼生成物の体積は、従来からの
空気燃焼でのそれよりも代表的には1/3 から1/4 に減少
する。かくて、アルカリ蒸気核の濃度は、従来の空気燃
焼時に揮発するアルカリ蒸気核のそれと比較して３乃至
４倍となる。
では“超格子構造”耐火煉瓦の腐蝕が早い。詳しく説明
すると、幾つかのガラス溶融炉において、例えばTVパネ
ル用のガラス溶融に際し、シリカ製のクラウン部分或は
頭頂部分の厳しい損失が観察された。腐蝕が早まる原因
は、一般には、主に、揮発するアルカリ蒸気核、例えば
水酸化ナトリウム( NaOH) や水酸化カリウム(KOH) が酸
素−燃料燃焼下に高濃度化するためだと考えられてい
る。酸素−燃料燃焼では、燃焼空気に含まれる窒素はか
なりの量が除去され、燃焼生成物の体積は、従来からの
空気燃焼でのそれよりも代表的には1/3 から1/4 に減少
する。かくて、アルカリ蒸気核の濃度は、従来の空気燃
焼時に揮発するアルカリ蒸気核のそれと比較して３乃至
４倍となる。
【０００４】腐蝕が早まることにより炉寿命は短くな
り、結局は費用をかけて炉を補修することになる。更に
は、溶融ガラス中に腐蝕スラグが滴下し、幾つかのタン
ク内でガラスの欠陥が増加する。この腐蝕を軽減させる
ために、アルミナやアルミナ−ジルコニア−シリカ(AZ
S) のような耐腐蝕性の耐火煉瓦が使用されて来てい
る。例えば、ガラス溶融炉の側壁や煙道壁にしばしばAZ
S を使用し、腐蝕の問題を抑制している。シリカ煉瓦
は、軽く、伝導性が小さく、アルミナやAZS よりも実質
的に安価であり、炉のクラウン部分のために最も広く使
用されている。このクラウン部分にAZS を使用すると、
ジルコニア製の“耐火石”が、ガラスの欠陥を大きくし
てしまうことも考慮される。シリカを使用して炉のクラ
ウン部分を作製する場合、腐蝕による溶融ガラス中への
腐蝕スラグの滴下によっては、ガラスには必ずしも欠陥
は生じない。これは、シリカがガラスの主成分であるか
らである。
り、結局は費用をかけて炉を補修することになる。更に
は、溶融ガラス中に腐蝕スラグが滴下し、幾つかのタン
ク内でガラスの欠陥が増加する。この腐蝕を軽減させる
ために、アルミナやアルミナ−ジルコニア−シリカ(AZ
S) のような耐腐蝕性の耐火煉瓦が使用されて来てい
る。例えば、ガラス溶融炉の側壁や煙道壁にしばしばAZ
S を使用し、腐蝕の問題を抑制している。シリカ煉瓦
は、軽く、伝導性が小さく、アルミナやAZS よりも実質
的に安価であり、炉のクラウン部分のために最も広く使
用されている。このクラウン部分にAZS を使用すると、
ジルコニア製の“耐火石”が、ガラスの欠陥を大きくし
てしまうことも考慮される。シリカを使用して炉のクラ
ウン部分を作製する場合、腐蝕による溶融ガラス中への
腐蝕スラグの滴下によっては、ガラスには必ずしも欠陥
は生じない。これは、シリカがガラスの主成分であるか
らである。
【０００５】溶融ガラス表面及びガラスバッチ表面から
のアルカリ蒸気核の揮発量を減少させるためには、溶融
ガラス表面やガラスバッチ表面上のホットスポットをな
くすと共に、これら表面付近でのガス速度が高速化しな
いようにするべきである。これは、溶融ガラス表面の少
なくとも12インチ（約30.5cm）上方に、低運動量の酸素
−燃料火炎を位置付けることにより達成される。“低運
動量の酸素−燃料火炎”とは、燃料を、例えば米国特許
第5,449,286 号に記載される酸素−燃料バーナのガス出
口ポートの出口平面位置での運動量−平均速度が200ft
(約60m)/ 秒未満、好ましくは100ft(約30m)/ 秒未満で
ある少なくとも30% のO2を含有する酸化体と反応させる
ことにより形成した火炎、として定義される。この火炎
を実質的に水平方向に配向することにより、火炎がガラ
スバッチ表面や溶融ガラス表面に衝突するのを回避す
る。シリカ製の耐火煉瓦を使用して炉のクラウン部分を
裏当てすることにより、アルカリ蒸気核の揮発量を減少
させ、クラウン部分の腐蝕を最小化するガラス溶融方法
を提供することが極めて望ましい。
のアルカリ蒸気核の揮発量を減少させるためには、溶融
ガラス表面やガラスバッチ表面上のホットスポットをな
くすと共に、これら表面付近でのガス速度が高速化しな
いようにするべきである。これは、溶融ガラス表面の少
なくとも12インチ（約30.5cm）上方に、低運動量の酸素
−燃料火炎を位置付けることにより達成される。“低運
動量の酸素−燃料火炎”とは、燃料を、例えば米国特許
第5,449,286 号に記載される酸素−燃料バーナのガス出
口ポートの出口平面位置での運動量−平均速度が200ft
(約60m)/ 秒未満、好ましくは100ft(約30m)/ 秒未満で
ある少なくとも30% のO2を含有する酸化体と反応させる
ことにより形成した火炎、として定義される。この火炎
を実質的に水平方向に配向することにより、火炎がガラ
スバッチ表面や溶融ガラス表面に衝突するのを回避す
る。シリカ製の耐火煉瓦を使用して炉のクラウン部分を
裏当てすることにより、アルカリ蒸気核の揮発量を減少
させ、クラウン部分の腐蝕を最小化するガラス溶融方法
を提供することが極めて望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】酸素−燃料燃焼下で
の、炉の、シリカ製その他の耐火煉瓦の腐蝕の度合い
を、従来の空気燃焼炉のそれと等しい或はそれ未満の水
準に低下させるガラス溶融装置及び方法を提供すること
である。
の、炉の、シリカ製その他の耐火煉瓦の腐蝕の度合い
を、従来の空気燃焼炉のそれと等しい或はそれ未満の水
準に低下させるガラス溶融装置及び方法を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、アルカ
リ腐蝕を低減させるガラス溶融装置であって、複数の壁
と、クラウン部分と、装入端部分と、ガラスバッチ溶融
領域と、ファイニング領域とを有するガラス溶融炉と、
ガラス溶融炉の少なくとも１つの壁の内部に位置付けら
れ、各々が少なくとも１つのガス出口ポートを有する少
なくとも２つの、低運動量酸素−燃料バーナにして、各
低運動量酸素−燃料バーナの各ガス出口ポートの最下点
を、溶融ガラス表面から約18乃至約36インチ（約45.7cm
乃至約91.0cm）の垂直高さ位置に位置付けた低運動量酸
素−燃料バーナを含み、各低運動量酸素−燃料バーナ
が、ガラス溶融炉の相対する垂直壁に向けた通路に沿っ
て火炎を発生し、ガラス溶融炉内部の各壁とクラウン部
分との交差部分が、溶融ガラス表面上方の約5.5 フィー
ト乃至約9 フィート（約1.6m乃至約2.7m) の間の高さに
位置付けられるガラス溶融装置が提供される。
リ腐蝕を低減させるガラス溶融装置であって、複数の壁
と、クラウン部分と、装入端部分と、ガラスバッチ溶融
領域と、ファイニング領域とを有するガラス溶融炉と、
ガラス溶融炉の少なくとも１つの壁の内部に位置付けら
れ、各々が少なくとも１つのガス出口ポートを有する少
なくとも２つの、低運動量酸素−燃料バーナにして、各
低運動量酸素−燃料バーナの各ガス出口ポートの最下点
を、溶融ガラス表面から約18乃至約36インチ（約45.7cm
乃至約91.0cm）の垂直高さ位置に位置付けた低運動量酸
素−燃料バーナを含み、各低運動量酸素−燃料バーナ
が、ガラス溶融炉の相対する垂直壁に向けた通路に沿っ
て火炎を発生し、ガラス溶融炉内部の各壁とクラウン部
分との交差部分が、溶融ガラス表面上方の約5.5 フィー
ト乃至約9 フィート（約1.6m乃至約2.7m) の間の高さに
位置付けられるガラス溶融装置が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、溶融ガラス表面及びガ
ラスバッチ表面の上方での酸素−燃料バーナ高さを増
し、それに伴って炉のクラウン部分を高くすることによ
り達成され得る。図１にはガラス溶融炉１（以下、単に
炉１とも称する）が示され、この炉１の内部の送入端部
分３には、アルカリ蒸気核を含みガラスバッチ５と称さ
れるガラス製造用材料が提供されている。ガラスバッチ
５は、砂、ソーダ灰、石灰岩、ドロマイト、ソルトケー
ク、硝石、べんがら、割れガラス或は屑ガラスの１つ以
上を含み得る。ガラスバッチ５は、炉１内に送入端部分
３から投入されると、溶融ガラス表面に沿って浮遊し、
炉１を通過するに従い溶融されて溶融ガラス７を形成す
る。
ラスバッチ表面の上方での酸素−燃料バーナ高さを増
し、それに伴って炉のクラウン部分を高くすることによ
り達成され得る。図１にはガラス溶融炉１（以下、単に
炉１とも称する）が示され、この炉１の内部の送入端部
分３には、アルカリ蒸気核を含みガラスバッチ５と称さ
れるガラス製造用材料が提供されている。ガラスバッチ
５は、砂、ソーダ灰、石灰岩、ドロマイト、ソルトケー
ク、硝石、べんがら、割れガラス或は屑ガラスの１つ以
上を含み得る。ガラスバッチ５は、炉１内に送入端部分
３から投入されると、溶融ガラス表面に沿って浮遊し、
炉１を通過するに従い溶融されて溶融ガラス７を形成す
る。
【０００９】酸素−燃料バーナ１１、１３、１５、１７
を通し、炉１内に燃料及び酸化体が提供される。燃料及
び酸化体は炉１内に別々に提供され、或は予め混合され
た状態で一緒に提供され得る。本発明を実施するに際し
て使用することのできる好適な燃料例には、メタン、天
然ガス、オイル及び水素が含まれる。酸化体は、酸素濃
度が空気のそれを上回る濃縮空気形態に於て提供され得
る。酸化体を、少なくとも30モルパーセント、最も好ま
しくは少なくとも80モルパーセントの酸素濃度を有する
流体形態下に提供するのが好ましい。所望であれば、酸
化体を市販の純酸素形態で提供しても良い。
を通し、炉１内に燃料及び酸化体が提供される。燃料及
び酸化体は炉１内に別々に提供され、或は予め混合され
た状態で一緒に提供され得る。本発明を実施するに際し
て使用することのできる好適な燃料例には、メタン、天
然ガス、オイル及び水素が含まれる。酸化体は、酸素濃
度が空気のそれを上回る濃縮空気形態に於て提供され得
る。酸化体を、少なくとも30モルパーセント、最も好ま
しくは少なくとも80モルパーセントの酸素濃度を有する
流体形態下に提供するのが好ましい。所望であれば、酸
化体を市販の純酸素形態で提供しても良い。
【００１０】燃料が燃焼することにより生じる水蒸気
と、溶融ガラス中のアルカリ酸化物とが反応することに
より、アルカリ水酸化物が形成される。炉１のクラウン
部分１９へのアルカリの移行割合を減少させるために、
クラウン部分１９付近でのアルカリ（殆どがNaOH及びKO
H のようなアルカリ水酸化物）の濃度及び或はガス速度
は低下される。この、アルカリ濃度及び或はガス速度の
低下は、単純に煙道ガス中の平均アルカリ濃度測定値を
低下させることによっては達成することはできない。代
表的な酸素−燃料燃焼炉のクラウン部分付近でのNaOH濃
度は比較的高いが、これと比較して、交差燃焼式空気炉
のクラウン部分付近でのNaOH濃度は煙道ガス中のNaOHの
平均濃度よりもずっと低い。
と、溶融ガラス中のアルカリ酸化物とが反応することに
より、アルカリ水酸化物が形成される。炉１のクラウン
部分１９へのアルカリの移行割合を減少させるために、
クラウン部分１９付近でのアルカリ（殆どがNaOH及びKO
H のようなアルカリ水酸化物）の濃度及び或はガス速度
は低下される。この、アルカリ濃度及び或はガス速度の
低下は、単純に煙道ガス中の平均アルカリ濃度測定値を
低下させることによっては達成することはできない。代
表的な酸素−燃料燃焼炉のクラウン部分付近でのNaOH濃
度は比較的高いが、これと比較して、交差燃焼式空気炉
のクラウン部分付近でのNaOH濃度は煙道ガス中のNaOHの
平均濃度よりもずっと低い。
【００１１】1995年 5月のガラスの溶融及び処理に於け
る進歩に関する第 4回国際会議で発表された、H.Kobaya
shi、K.T.W 及び W.Richer 両氏による、 "Numerical Mo
deling of Alkali Volatilization in Glass Furnaces
and Applications For Oxy-Fuel Fired Furnace Desig
n" に記載された炉のコンピューター3 次元モデルによ
れば、酸素−燃料バーナ１１、１３、１５、１７の、溶
融ガラス７及びガラスバッチ５からの高さを高くするこ
とによってアルカリ揮発が低下することが予測された。
アルカリ揮発の低下は、主に、酸素−燃料バーナ（以
下、単にバーナとも称する）をガラス表面から約18乃至
約36インチ（約45.7cm乃至約91.0cm）の高さに位置付け
た場合にガラス表面付近でのガス速度が低下することに
よるものである。
る進歩に関する第 4回国際会議で発表された、H.Kobaya
shi、K.T.W 及び W.Richer 両氏による、 "Numerical Mo
deling of Alkali Volatilization in Glass Furnaces
and Applications For Oxy-Fuel Fired Furnace Desig
n" に記載された炉のコンピューター3 次元モデルによ
れば、酸素−燃料バーナ１１、１３、１５、１７の、溶
融ガラス７及びガラスバッチ５からの高さを高くするこ
とによってアルカリ揮発が低下することが予測された。
アルカリ揮発の低下は、主に、酸素−燃料バーナ（以
下、単にバーナとも称する）をガラス表面から約18乃至
約36インチ（約45.7cm乃至約91.0cm）の高さに位置付け
た場合にガラス表面付近でのガス速度が低下することに
よるものである。
【００１２】ガラス溶融炉を運転するに際しては、ガラ
スバッチを有効に溶融させ且つ溶融ガラス内の気泡をフ
ァイニングするために好適な溶融ガラス流れ模様を創出
する所望の長手方向熱流束分布を炉の長手方向に沿って
提供させるべく、各バーナの燃焼割合を調節する。クラ
ウン部分での、容器ガラス炉のための代表的な温度プロ
フィールには、炉の送入端部分から測定して炉の長さの
約60％乃至約80％の位置に最高温度点（“ホットスポッ
ト”）がある。送入端部分は代表的には最低温度点であ
り、ホットスポットと比較して100 乃至200 °F （約37
乃至約93℃) 低温であり得る。放出端部分は代表的には
ホットスポットよりも約50乃至100 °F（約10乃至約37
℃) 低温である。
スバッチを有効に溶融させ且つ溶融ガラス内の気泡をフ
ァイニングするために好適な溶融ガラス流れ模様を創出
する所望の長手方向熱流束分布を炉の長手方向に沿って
提供させるべく、各バーナの燃焼割合を調節する。クラ
ウン部分での、容器ガラス炉のための代表的な温度プロ
フィールには、炉の送入端部分から測定して炉の長さの
約60％乃至約80％の位置に最高温度点（“ホットスポッ
ト”）がある。送入端部分は代表的には最低温度点であ
り、ホットスポットと比較して100 乃至200 °F （約37
乃至約93℃) 低温であり得る。放出端部分は代表的には
ホットスポットよりも約50乃至100 °F（約10乃至約37
℃) 低温である。
【００１３】シリカ製のクラウン部分のアルカリ腐蝕
は、比較的高濃度のアルカリ蒸気とクラウン部分での低
い温度とが腐蝕を促進し、しばしば送入領域において一
段と激しいものとなる。腐蝕のメカニズムは完全に解明
されたわけではないが、計算ナトリウムが低温下に形成
されやすくなることがこの問題の主原因であると考えら
れる。従って、クラウン部分の温度をもっと高くするこ
とにより、ガラス溶融炉の送入領域での腐蝕の割合を、
長手方向熱流束分布に悪影響を及ぼすことなく低減させ
るのが望ましい。
は、比較的高濃度のアルカリ蒸気とクラウン部分での低
い温度とが腐蝕を促進し、しばしば送入領域において一
段と激しいものとなる。腐蝕のメカニズムは完全に解明
されたわけではないが、計算ナトリウムが低温下に形成
されやすくなることがこの問題の主原因であると考えら
れる。従って、クラウン部分の温度をもっと高くするこ
とにより、ガラス溶融炉の送入領域での腐蝕の割合を、
長手方向熱流束分布に悪影響を及ぼすことなく低減させ
るのが望ましい。
【００１４】図５の炉１D では、ガラスバッチ溶融領域
のバーナ６１及び６２が、ガラスファイニング領域９に
配設したバーナ６３及び６４よりも約6 乃至約24インチ
（約15cm乃至60cm) 高い位置に配置されている。バーナ
６１、６２を高位置とすることにより、２つの有益な効
果が提供される。即ち、ガラスバッチ溶融領域、つまり
ガラスバッチ５内でのクラウン部分の温度が上昇するこ
とであり、更には、ガラスバッチ表面上方でのガス速度
が低下しそれにより、ガラスバッチ内でのアルカリ揮発
の度合いが低減されることである。クラウン部分の温度
が上昇することは、シリカ製の耐火煉瓦のアルカリ腐蝕
を低減させるためには望ましいことである。ガラスファ
イニング領域ではバーナは比較的低位置に保持される。
これは、このガラスファイニング領域は炉の最高温度部
分であり、しかもこの領域でのクラウン部分の温度が上
昇すると最大許容耐火温度を越えてしまうからである。
のバーナ６１及び６２が、ガラスファイニング領域９に
配設したバーナ６３及び６４よりも約6 乃至約24インチ
（約15cm乃至60cm) 高い位置に配置されている。バーナ
６１、６２を高位置とすることにより、２つの有益な効
果が提供される。即ち、ガラスバッチ溶融領域、つまり
ガラスバッチ５内でのクラウン部分の温度が上昇するこ
とであり、更には、ガラスバッチ表面上方でのガス速度
が低下しそれにより、ガラスバッチ内でのアルカリ揮発
の度合いが低減されることである。クラウン部分の温度
が上昇することは、シリカ製の耐火煉瓦のアルカリ腐蝕
を低減させるためには望ましいことである。ガラスファ
イニング領域ではバーナは比較的低位置に保持される。
これは、このガラスファイニング領域は炉の最高温度部
分であり、しかもこの領域でのクラウン部分の温度が上
昇すると最大許容耐火温度を越えてしまうからである。
【００１５】しかしながら、バーナ位置を高くすればク
ラウン部分１９での温度も上昇する。かくて、本発明に
従えば、クラウン部分高さが高くされそれにより、クラ
ウン部分の温度をそれ以上に上昇させることなく、バー
ナ高さを高くすることができるようになる。更に、クラ
ウン部分の高さを上げることにより、別の有益な効果も
得られる。例えば、クラウン部分付近でのアルカリ濃度
及びガス速度が低下する。
ラウン部分１９での温度も上昇する。かくて、本発明に
従えば、クラウン部分高さが高くされそれにより、クラ
ウン部分の温度をそれ以上に上昇させることなく、バー
ナ高さを高くすることができるようになる。更に、クラ
ウン部分の高さを上げることにより、別の有益な効果も
得られる。例えば、クラウン部分付近でのアルカリ濃度
及びガス速度が低下する。
【００１６】しかしながら、クラウン部分を高くすると
炉の壁面温度が上昇し、壁面での熱損失量が大きくな
る。かくて、炉のエネルギー効率を最適化する点から見
ればクラウン部分の高さは低い方が好ましいと考えられ
るが、例１に示すように、本願発明者は次ぎのような驚
くべき結果を見出した。即ち、クラウン部分の高さを上
げると、ガラス溶融炉のエネルギー効率は、壁面での熱
損失が大きくなるにも関わらず増長され得るのである。
側壁の高さは5.5 及び9 フィート（約1.4m及び2.7m) の
間であるのが好ましく、6 及び 8フィート（約1.8m及び
2.4m) の間であるのが最も好ましい。
炉の壁面温度が上昇し、壁面での熱損失量が大きくな
る。かくて、炉のエネルギー効率を最適化する点から見
ればクラウン部分の高さは低い方が好ましいと考えられ
るが、例１に示すように、本願発明者は次ぎのような驚
くべき結果を見出した。即ち、クラウン部分の高さを上
げると、ガラス溶融炉のエネルギー効率は、壁面での熱
損失が大きくなるにも関わらず増長され得るのである。
側壁の高さは5.5 及び9 フィート（約1.4m及び2.7m) の
間であるのが好ましく、6 及び 8フィート（約1.8m及び
2.4m) の間であるのが最も好ましい。
【００１７】炉の燃焼空間１０でのアルカリ蒸気濃度
は、ガラスファイニング領域９やガラスバッチ溶融領
域、つまりガラスバッチ５付近でのそれよりも全般的に
高く、また、これらの各領域での熱力学的平衡値に近い
と考えられる。高濃度のアルカリ蒸気の境界層は代表的
には、これらのガラスファイニング領域９及びガラスバ
ッチ５付近に形成される。この境界層の厚さは、これら
の領域の上方でのガス流れ方向に向い増大する。クラウ
ン部分付近での或るアルカリ蒸気核濃度を最小化するた
めには、図５に示すように、煙道ポート６０、６５を、
酸素−燃料バーナの下方でバーナ６１〜６４に近い位置
に設けること、或は相対する壁面の、各バーナの火炎通
路に沿った位置に設けることが好ましい。そうすること
により、大抵の揮発物が、炉内空間に逆循環する機会を
得る前に、溶融ガラス７やガラスバッチ５から排出され
るようになる。
は、ガラスファイニング領域９やガラスバッチ溶融領
域、つまりガラスバッチ５付近でのそれよりも全般的に
高く、また、これらの各領域での熱力学的平衡値に近い
と考えられる。高濃度のアルカリ蒸気の境界層は代表的
には、これらのガラスファイニング領域９及びガラスバ
ッチ５付近に形成される。この境界層の厚さは、これら
の領域の上方でのガス流れ方向に向い増大する。クラウ
ン部分付近での或るアルカリ蒸気核濃度を最小化するた
めには、図５に示すように、煙道ポート６０、６５を、
酸素−燃料バーナの下方でバーナ６１〜６４に近い位置
に設けること、或は相対する壁面の、各バーナの火炎通
路に沿った位置に設けることが好ましい。そうすること
により、大抵の揮発物が、炉内空間に逆循環する機会を
得る前に、溶融ガラス７やガラスバッチ５から排出され
るようになる。
【００１８】図２には、煙道ポートの配列により揮発物
の排出を促進させる本発明の好ましい実施例が示され
る。図２ではガラス溶融炉１Ａは、スタガー配列した６
つの酸素−燃料バーナ２１、２２、２３、２４、２５、
２６を使用して燃焼され、煙道ポート３１、３３、３５
が煙突３０に導通され、煙道ポート３２、３４、３６が
煙突４０に導通されている。煙道ポートを数多く設け、
それら煙道ポートをまとめて煙突に導通させるのはコス
ト効率的ではないので、アルカリ蒸気核の揮発量が多い
領域付近での煙道ポート数を減らすことができる。例え
ば、図３でのガラス溶融炉１Ｂは、３つの煙道ポート５
１、５３、５５と直接対向する配列構成の４つの酸素−
燃料バーナ４１〜４８を使用して燃焼される。１つの煙
道ポート５３は後壁１３０に、そして２つの煙道ポート
５１及び５５が炉のホットスポット或はガラスファイニ
ング領域９付近に設けられる。これらの長手方向位置
は、アルカリの揮発割合が、溶融ガラス表面温度が最高
であるガラスバッチ溶融領域６やガラスファイニング領
域９での割合よりも大きいことから選択された。図４に
は本発明の、煙道ポートの配列構成の異なる更に別の実
施例が示される。ガラス溶融炉１Ｃは、スタガー配列し
た８つの酸素−燃料バーナを使用して燃焼され、側壁に
は４つの煙道ポートが導通され、２つの煙道ポートが後
壁１３０に導通され、残りの２つの煙道ポートが炉１Ｃ
のガラスファイニング領域９に導通されている。
の排出を促進させる本発明の好ましい実施例が示され
る。図２ではガラス溶融炉１Ａは、スタガー配列した６
つの酸素−燃料バーナ２１、２２、２３、２４、２５、
２６を使用して燃焼され、煙道ポート３１、３３、３５
が煙突３０に導通され、煙道ポート３２、３４、３６が
煙突４０に導通されている。煙道ポートを数多く設け、
それら煙道ポートをまとめて煙突に導通させるのはコス
ト効率的ではないので、アルカリ蒸気核の揮発量が多い
領域付近での煙道ポート数を減らすことができる。例え
ば、図３でのガラス溶融炉１Ｂは、３つの煙道ポート５
１、５３、５５と直接対向する配列構成の４つの酸素−
燃料バーナ４１〜４８を使用して燃焼される。１つの煙
道ポート５３は後壁１３０に、そして２つの煙道ポート
５１及び５５が炉のホットスポット或はガラスファイニ
ング領域９付近に設けられる。これらの長手方向位置
は、アルカリの揮発割合が、溶融ガラス表面温度が最高
であるガラスバッチ溶融領域６やガラスファイニング領
域９での割合よりも大きいことから選択された。図４に
は本発明の、煙道ポートの配列構成の異なる更に別の実
施例が示される。ガラス溶融炉１Ｃは、スタガー配列し
た８つの酸素−燃料バーナを使用して燃焼され、側壁に
は４つの煙道ポートが導通され、２つの煙道ポートが後
壁１３０に導通され、残りの２つの煙道ポートが炉１Ｃ
のガラスファイニング領域９に導通されている。
【００１９】
例１ 本例は、炉のクラウン部分の高さを高くすることにより
炉のエネルギー効率に驚くべき利益がもたらされること
を実証するものである。表１に示す３つのケースは、先
に言及した、酸素−燃料燃焼される炉の 3次元コンピュ
ーターモデルの結果を例示するものであり、一日当りの
容器ガラス溶融量が380 トンの溶融装置での２つのクラ
ウン部分高さと２つのバーナ高さとに対するものであ
る。
炉のエネルギー効率に驚くべき利益がもたらされること
を実証するものである。表１に示す３つのケースは、先
に言及した、酸素−燃料燃焼される炉の 3次元コンピュ
ーターモデルの結果を例示するものであり、一日当りの
容器ガラス溶融量が380 トンの溶融装置での２つのクラ
ウン部分高さと２つのバーナ高さとに対するものであ
る。
【００２０】
【表１】
【００２１】ケースＡは、酸素−燃料バーナを使用する
従来設計の炉の場合であり、炉の側壁高さは5.5 フィー
ト（約1.65m)、バーナ（バーナから射出されるガス流れ
の最低点）は低位置、即ちガラス表面上方1.1 フィート
（約0.3m) の高さに維持された。煙道ポートは炉の側壁
の、送入端部分付近に位置付けられた。
従来設計の炉の場合であり、炉の側壁高さは5.5 フィー
ト（約1.65m)、バーナ（バーナから射出されるガス流れ
の最低点）は低位置、即ちガラス表面上方1.1 フィート
（約0.3m) の高さに維持された。煙道ポートは炉の側壁
の、送入端部分付近に位置付けられた。
【００２２】ケースＢはケースＡと同一の炉条件下で炉
の側壁を7.5 フィート（約2.2m) とした場合である。炉
の燃焼帯域付近でのクラウン部分のピーク温度は、クラ
ウン部分をケースＡにおけるよりも高くしたことで、28
85°F ( 約1585℃) から2867°F ( 約1575℃) に低下
し、超格子構造壁での損失熱量はケースＡでの1.80から
2.00MMBtu/時に増加した。最も驚くべき利益は、煙道ガ
ス温度が2784°F ( 約1528℃) から2741°F ( 約1505
℃) に低下しそれにより、煙道ガスの検出損失熱量が減
少したことである。最終的な結果としては、壁における
熱損失量が増大したにも関わらず、溶融ガラス表面への
伝熱量は29.24 から29.31MMBtu/ 時に増大した。炉のク
ラウン部分の位置が高いと、ガラスファイニング領域
（即ち最高温度の帯域）とガラスバッチ装填領域との間
での放射熱交換量は大きくなる。その結果、ガラスバッ
チ装填領域でのクラウン部分の温度は上昇傾向を示す。
煙道領域付近でのクラウン部分の高い温度は、通常は高
い煙道ガス温度と関連するのであるが、実際には反対の
結果が示された。特定の原理にこだわるつもりはない
が、この減少は、クラウン部分が高い位置にあると、煙
道領域付近でのガスからガラスバッチへの熱の放射が良
好になるためであると考えられる。
の側壁を7.5 フィート（約2.2m) とした場合である。炉
の燃焼帯域付近でのクラウン部分のピーク温度は、クラ
ウン部分をケースＡにおけるよりも高くしたことで、28
85°F ( 約1585℃) から2867°F ( 約1575℃) に低下
し、超格子構造壁での損失熱量はケースＡでの1.80から
2.00MMBtu/時に増加した。最も驚くべき利益は、煙道ガ
ス温度が2784°F ( 約1528℃) から2741°F ( 約1505
℃) に低下しそれにより、煙道ガスの検出損失熱量が減
少したことである。最終的な結果としては、壁における
熱損失量が増大したにも関わらず、溶融ガラス表面への
伝熱量は29.24 から29.31MMBtu/ 時に増大した。炉のク
ラウン部分の位置が高いと、ガラスファイニング領域
（即ち最高温度の帯域）とガラスバッチ装填領域との間
での放射熱交換量は大きくなる。その結果、ガラスバッ
チ装填領域でのクラウン部分の温度は上昇傾向を示す。
煙道領域付近でのクラウン部分の高い温度は、通常は高
い煙道ガス温度と関連するのであるが、実際には反対の
結果が示された。特定の原理にこだわるつもりはない
が、この減少は、クラウン部分が高い位置にあると、煙
道領域付近でのガスからガラスバッチへの熱の放射が良
好になるためであると考えられる。
【００２３】ケースＣは、溶融ガラス表面の上方1.9 フ
ィート（約 0.57m) にクラウン部分を位置付けた場合で
ある。その他の条件は全てケースＡ及びＢのそれと同一
である。ケースＣでは炉のガラスファイニング領域付近
でのクラウン部分のピーク温度は2876°F ( 約1580℃)
であった。この温度は、バーナ高さが高いことにより、
ケースＢでのそれよりも9 °F ( 約5 ℃) 高かったが、
クラウン高さが高いにもかかわらず、バーナ高さが高い
ことによりケースＡでのそれよりも9 °F ( 約5 ℃) 低
かった。ケースＡと比較して壁面積が大きいことから、
本ケースＣでの超格子構造壁での損失熱量は、ケースＡ
での1.80MMBtu/時から2.01 MMBtu/ 時に増大した。煙道
ガス温度が2784°F から2766°F ( 約1528から約1518
℃) に低下したこと及び、煙道ガス検出損質熱量が低減
したことは有益である。最終的結果としては、溶融ガラ
ス表面に対する伝熱量は、超格子構造壁での損失熱量が
高かったにも関わらず、29.4MMBtu/時から29.31 MMBtu/
時といった僅かな減少に止まったと言うことである。粒
状物放出量の、ケースＢでの 13.53lb( 約0.95g)/ 時か
らケースＣでの 8.02(約0.56) / 時へと大きく減少した
点は、本発明の炉設計形状の主要な利益である。
ィート（約 0.57m) にクラウン部分を位置付けた場合で
ある。その他の条件は全てケースＡ及びＢのそれと同一
である。ケースＣでは炉のガラスファイニング領域付近
でのクラウン部分のピーク温度は2876°F ( 約1580℃)
であった。この温度は、バーナ高さが高いことにより、
ケースＢでのそれよりも9 °F ( 約5 ℃) 高かったが、
クラウン高さが高いにもかかわらず、バーナ高さが高い
ことによりケースＡでのそれよりも9 °F ( 約5 ℃) 低
かった。ケースＡと比較して壁面積が大きいことから、
本ケースＣでの超格子構造壁での損失熱量は、ケースＡ
での1.80MMBtu/時から2.01 MMBtu/ 時に増大した。煙道
ガス温度が2784°F から2766°F ( 約1528から約1518
℃) に低下したこと及び、煙道ガス検出損質熱量が低減
したことは有益である。最終的結果としては、溶融ガラ
ス表面に対する伝熱量は、超格子構造壁での損失熱量が
高かったにも関わらず、29.4MMBtu/時から29.31 MMBtu/
時といった僅かな減少に止まったと言うことである。粒
状物放出量の、ケースＢでの 13.53lb( 約0.95g)/ 時か
らケースＣでの 8.02(約0.56) / 時へと大きく減少した
点は、本発明の炉設計形状の主要な利益である。
【００２４】
【発明の効果】酸素−燃料燃焼下での、炉の、シリカ製
その他の耐火煉瓦の腐蝕の度合いを、従来の空気燃焼炉
のそれと等しい或はそれ未満の水準に低下させる、ガラ
ス溶融装置及び方法が提供される。
その他の耐火煉瓦の腐蝕の度合いを、従来の空気燃焼炉
のそれと等しい或はそれ未満の水準に低下させる、ガラ
ス溶融装置及び方法が提供される。
【図１】ガラス溶融炉内で酸素−燃料バーナがガラス及
びガラスバッチの高さよりも上方に位置付けられてなる
本発明の１実施例の概略側方断面図である。
びガラスバッチの高さよりも上方に位置付けられてなる
本発明の１実施例の概略側方断面図である。
【図２】燃料ポートに関する酸素−燃料バーナの位置を
示す、別態様のガラス溶融炉の概略平面断面図である。
示す、別態様のガラス溶融炉の概略平面断面図である。
【図３】燃料ポート及び煙突の配置に関しての酸素−燃
料バーナの別の配列を有してなる本発明の別態様の概略
平面断面図である。
料バーナの別の配列を有してなる本発明の別態様の概略
平面断面図である。
【図４】燃料ポート及び煙突の配置に関しての酸素−燃
料バーナの別の配列を有してなる本発明の別態様の概略
平面断面図である。
料バーナの別の配列を有してなる本発明の別態様の概略
平面断面図である。
【図５】酸素−燃料バーナ及び燃料ポートが溶融ガラス
及びガラスバッチ面の上方にあることを示すガラス溶融
炉の概略側方断面図である。
及びガラスバッチ面の上方にあることを示すガラス溶融
炉の概略側方断面図である。
１ ガラス溶融炉 ３ 送入端部分 ５ ガラスバッチ ７ 溶融ガラス １１，１３，１５，１７ 酸素−燃料バーナ １９ クラウン部分
Claims (5)
- 【請求項１】 アルカリ腐蝕を低減させるガラス溶融装
置であって、 複数の壁と、クラウン部と、装入端部と、ガラスバッチ
溶融領域と、ファイニング領域とを有するガラス溶融炉
と、 ガラス溶融炉の少なくとも１つの壁内に位置付けられ、
各々が少なくとも１つのガス出口ポートを有する少なく
とも２つの、低運動量酸素−燃料バーナにして、各低運
動量酸素−燃料バーナの各ガス出口ポートの最下点を、
ガラスの表面から約18乃至約36インチ（約45.7cm乃至約
91.0cm）の垂直高さ位置に位置付けた低運動量酸素−燃
料バーナを含み、 各低運動量酸素−燃料バーナが、ガラス溶融炉の相対す
る垂直の壁に向けた通路に沿って火炎を発生し、 ガラス溶融炉内部の、各壁及びクラウン部の交差部分
が、ガラス溶融表面上方の約5.5 フィート乃至約9 フィ
ート（約1.6m乃至約2.7m) の間の高さに位置付けられて
なるガラス溶融装置。 - 【請求項２】 少なくとも１つの煙道ポートが、ガラス
溶融炉の酸素−燃料バーナと同一壁面での酸素−燃料バ
ーナの高さよりも低い位置に位置付けられる請求項１の
ガラス溶融装置。 - 【請求項３】 少なくとも１つの煙道ポートが、ガラス
溶融炉の、各バーナ火炎の通路に沿って、相対する壁の
酸素−燃料バーナの高さよりも低い位置に位置付けられ
る請求項１のガラス溶融装置。 - 【請求項４】 酸素−燃料バーナの幾つかが、ガラス溶
融炉のガラスバッチ溶融領域に位置付けられ且つ溶融ガ
ラス表面の上方約18乃至約36インチ（約45.7cm乃至約9
1.0cm）の高さに高められる請求項１のガラス溶融装
置。 - 【請求項５】 酸素−燃料バーナを使用するガラス溶融
炉内でのアルカリ腐蝕を低減するガラス溶融方法であっ
て、 （Ａ）アルカリ核を含むガラス製造用材料をガラス溶融
炉内に提供すること、 （Ｂ）炉内でスタガー配列され且つガラス表面の上方約
18乃至約36インチ（約45.7cm乃至約91.0cm）の高さに位
置付けた酸素−燃料バーナを通して炉内に燃料及び酸化
体を提供すること、 （Ｃ）炉内で燃料及び酸化体を燃焼させることにより、
ガラス製造用材料を加熱して溶融ガラスを形成するこ
と、 （Ｄ）各バーナ火炎の通路に沿って、バーナ付近の或は
相対する壁付近でのバーナ高さよりも低い位置に煙道ポ
ートを位置決めすることにより、クラウン部付近でのア
ルカリ濃度を最小化すること、 を含んでなるガラス溶融方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US631591 | 1996-04-12 | ||
| US08/631,591 US6253578B1 (en) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | Glass melting process and apparatus with reduced emissions and refractory corrosion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1036122A true JPH1036122A (ja) | 1998-02-10 |
| JP3280884B2 JP3280884B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=24531885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10832997A Expired - Fee Related JP3280884B2 (ja) | 1996-04-12 | 1997-04-11 | 放出物及び耐火物腐蝕が低減されたガラス製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6253578B1 (ja) |
| EP (1) | EP0801035B1 (ja) |
| JP (1) | JP3280884B2 (ja) |
| KR (1) | KR100297032B1 (ja) |
| CN (1) | CN1159238C (ja) |
| BR (1) | BR9701771A (ja) |
| CA (1) | CA2202427C (ja) |
| DE (1) | DE69702730T2 (ja) |
| ES (1) | ES2148869T3 (ja) |
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| JP2001518049A (ja) * | 1998-01-26 | 2001-10-09 | サン−ゴバン ビトラージュ | ガラス化可能物質の溶融及び清澄方法 |
| KR20110009107A (ko) * | 2008-03-25 | 2011-01-27 | 에이쥐씨 글래스 유럽 | 유리 용융로 |
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| JP2012509244A (ja) * | 2008-11-18 | 2012-04-19 | コーニング インコーポレイテッド | 静電沈殿による白金凝縮物の低減 |
| JP2020526469A (ja) * | 2017-06-28 | 2020-08-31 | コーニング インコーポレイテッド | ガラス形成装置の融解部 |
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| WO2008063940A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-29 | Praxair Technology, Inc. | Reducing crown corrosion in a glassmelting furnace |
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| DE202009018722U1 (de) | 2008-02-26 | 2012-11-21 | Corning Inc. | Läutermittel für Silikatgläser |
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| WO2017066295A1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | Clarion Energy Llc | Methods and systems for carbon nanofiber production |
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