JPH1179763A - ガラス発泡体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発泡ガスが内包された所望の低比重のガラス
発泡体を高収率に得ることのできるガラス発泡体の製造
装置を提供する。 【解決手段】 縦型の加熱筒１と、加熱筒１の下部から
加熱筒内に燃焼炎を送り込むバーナー２と、加熱筒内に
挿入されガラス発泡体原料を供給する原料供給路３と、
を備え、加熱筒１の上部には断面積がその他の加熱筒部
分より小さくされた絞り４が設けられているガラス発泡
体の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス発泡体の製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス発泡体（ガラス微小中空球）は、
おもに軽量充填剤として用いられ、たとえばプラスチッ
ク成形時に樹脂に添加されて、成形されるプラスチック
を軽量にする。製造方法は、加熱により発泡する無機質
原料または発泡材が添加された造粒物などのガラス発泡
体原料を、水平位置よりやや傾斜して配置されるロータ
リー炉もしくは縦型炉で加熱する方法が知られている。
加熱によって発泡ガスが発生し、発泡ガスがガラス内に
取り込まれることによりガラス発泡体となる。ロータリ
ー炉では、炉内に投入されたガラス発泡体原料は外熱式
の炉壁を介して間接的に加熱される。縦型炉では、炉内
に投入されたガラス発泡体原料は炉内の火炎で直接加熱
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
つぎの問題があった。ロータリー炉は加熱速度が緩慢で
あるため、ガラス発泡体原料の粒子径が微細であると加
熱途中に粒子から発泡ガスが放散し、発泡状態の良好な
ガラス発泡体が得られにくい。縦型炉はガラス発泡体原
料を急激に加熱するため、ガラス発泡体原料の粒子径が
微細であっても発泡ガスが放散する問題は生じにくい。
しかし、炉内の火炎の燃え方が一定でなく乱れがあるた
め炉内の温度がばらつき、その結果ガラス発泡体の発泡
度合いに差が生じ、所望の低比重のガラス発泡体の収率
が低い。本発明の課題は、発泡ガスが内包された所望の
低比重のガラス発泡体を高収率に得ることのできるガラ
ス発泡体の製造装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明はつぎの通りである。縦型の加熱筒と、該加熱筒の下
部から加熱筒内に燃焼炎を送り込むバーナーと、前記加
熱筒内に挿入されガラス発泡体原料を供給する原料供給
路と、を備え、前記加熱筒の上部には断面積がその他の
加熱筒部分より小さくされた絞りが設けられていること
を特徴とするガラス発泡体の製造装置。

【０００５】上記のガラス発泡体の製造装置では、加熱
筒の上部に絞りが設けられているため、絞りのない加熱
筒に比べ加熱筒内の圧力が高められ、燃焼炎の乱れが少
なくなり加熱筒内の温度がほぼ均一になり、加熱筒内に
供給されたガラス発泡体原料はほぼ均一な温度でかつ燃
焼炎中に搬送されることで急激に加熱されるため、低比
重のガラス発泡体を高い割合で製造できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例のガラス
発泡体の製造装置の概略を示している。図１に示すよう
に、ガラス発泡体の製造装置は、両端が開口された略円
筒形状の耐熱性を有する金属材からなる、たとえば内径
が約４５ｍｍ、長さが約３ｍの加熱筒１と、加熱筒１の
下方に設けられ加熱筒内に下部から燃焼炎を送り込むバ
ーナー２と、加熱筒内に突出し燃焼炎中にガラス発泡体
原料を供給する原料供給路３と、を備え、加熱筒１の上
部には加熱筒内の横断面積（燃焼ガス等が通過する通路
面積）が他の部分より小さくされた絞り４が設けられて
いる。

【０００７】加熱筒１の径は小径であることが望まし
い。加熱筒内に広がる燃焼炎から逸脱するガラス発泡体
原料が少なくなるためである。バーナー２は、上面に環
状に設けられた複数の燃焼炎口２ａを有する。燃焼炎口
２ａには燃料ガスと燃焼用エアとをミキサー７で混合し
た混合気が混合気供給路８から供給される。原料供給路
３はバーナー２に挿通され、バーナー上面中央から加熱
筒内に突出し、キャリングエアとともにガラス発泡体原
料を加熱筒内へ供給する。原料供給路３は下流でガラス
発泡体原料のみを供給するガラス発泡体原料供給路９
と、キャリングエアを供給するキャリングエア供給路１
０の２通路に分岐されている。ガラス発泡体原料とキャ
リングエアはミキサー１８によって混合される。

【０００８】加熱筒１の上部に設けられる絞り４は、加
熱筒１の横断面積に対し５０〜１５％横断面積とするこ
とが望ましい。絞り形状は、加熱筒の断面積が緩勾配に
小さくされることが望ましく、また絞り部分の熱容量が
小さいことによる強度低下を抑制するために冷却可能な
形状がよい。本発明の実施例の場合、絞りの外周は外気
に露出されているため、外気によって冷却されて強度低
下が抑制されている。

【０００９】加熱筒１の上端には、加熱筒１の横断面積
より大きい横断面積を有する加熱筒から排出されたガラ
ス発泡体を冷却する冷却部１１が備えられている。冷却
部１１の側面の一部には開口部１１ａが設けられ、外気
（エア）が導入される。開口部１１ａ近傍にはエアの導
入量を調整するエア調整弁１２が設けられている。さら
に、冷却部１１にはガラス発泡体を回収するサイクロン
１３に通じる第１の配管１４が設けられている。サイク
ロン１３の上面は第２の配管１５を介して排風機１６に
接続されている。排風機１６のガス出口１６ａからは、
加熱筒内で発生した燃焼ガスなどが排出される。

【００１０】加熱筒１の外周部には加熱筒の外周を冷却
するための冷却ジャケット１７を設けてもよい。冷却ジ
ャケット１７内には、取り入れ口１７ａからエアもしく
は水などの冷却媒体が供給される。

【００１１】ガラス発泡体の製造時、ガラス発泡体原料
はキャリングエアとともに原料供給路３から加熱筒内へ
搬送され、バーナー２の燃焼炎口２ａから噴出する燃焼
炎と接触する。燃焼炎および原料供給路３より加熱筒内
へ搬送されたキャリングエアは、末広がりの状態で加熱
筒内に拡散する。キャリングエアの周囲に燃焼炎が存在
するため、ガラス発泡体原料は容易に燃焼炎中に導かれ
る。燃焼炎と直接接触したガラス発泡体原料は急激に加
熱されて発泡し、ガラス発泡体となる。ガラス発泡体は
加熱筒１の内部では常に燃焼ガスやキャリングエア中に
単独で浮遊した状態となるため、ガラス発泡体の粒子同
志は融着しにくい。キャリングエアは原料供給路３の原
料吹き出し口３ａを冷却する効果も有し、ガラス発泡体
原料が原料吹き出し口３ａ付近で溶融することを防止
し、原料吹き出し口３ａが閉鎖されるのを防ぐ。加熱筒
内で発泡して得られたガラス発泡体は、燃焼ガスなどと
ともに加熱筒１の上端に導かれ、冷却部１１の開口１１
ａから流入するエアにより冷却され、第１の配管１４を
通り、サイクロン１３で回収される。燃焼ガスなどは排
風機１６のガス出口１６ａから排出される。

【００１２】ガラス発泡体原料には、ガラスと、ドロマ
イトのように加熱することによりガスを発生する発泡材
と、水とをボールミルに投入して所定時間粉砕して得ら
れる泥漿をスプレードライヤーにて乾燥した造粒物、ま
たは水を入れずに乾式粉砕したあと転動造粒機などで造
粒乾燥した造粒物などが用いられる。

【００１３】加熱筒内の温度制御は、燃焼用エアの流量
および加熱筒内圧力を制御することによって行う。加熱
筒内圧力は、絞りの程度、排風機の回転数および冷却部
１１の開口より流入する空気量を調整することにより行
う。

【００１４】上記装置の作用を説明する。加熱筒１の上
部に絞り４を設け、加熱筒外への燃焼ガスなどの流出を
抑制することで、絞りがない加熱筒１の内圧にくらべて
絞りがある加熱筒１の内圧は高まる。たとえば、絞りの
ない、長さ３ｍ、内径４５ｍｍの加熱筒（円筒形）の加
熱筒内圧力は−１．８ｍｍＨ₂ Ｏであるが、絞りを設け
ることにより加熱筒内圧力は−１．５〜１．０ｍｍＨ₂
Ｏに高められる。絞りがない場合には、加熱筒１が長い
ほど煙突効果により加熱筒内圧力が低くなり燃焼炎に乱
れが生じるため、加熱筒の横断面方向に大きな温度差が
生じて、ガラス発泡体原料の加熱度合いが不均一にな
る。しかし、絞り４を設けることで加熱筒内圧力が高ま
り、絞りがない場合にくらべて加熱筒内に燃焼炎がほぼ
万遍なく行き渡るため、加熱筒の横断面方向の温度がほ
ぼ均一になり、ガラス発泡体原料の加熱度合いは均一に
なる。そのため、所望の低比重の発泡体を高収率で回収
できる。

【００１５】加熱筒１の外周に冷却ジャケット１７が設
けられ、加熱筒１の外周が冷却されている場合には、加
熱により粘度が低下し溶融するガラス発泡体原料もしく
はガラス発泡体が加熱筒内壁に融着することが防止され
る。加熱筒内壁へガラス発泡体等が付着するのを防止す
るために、加熱筒内壁に融着防止材が塗布されている
と、あるいはガラス発泡体原料に融着防止材が混合され
ていると、製造されたガラス発泡体表面に融着防止材が
付着してガラス発泡体の比重が高くなるおそれがある
が、冷却ジャケット１７を加熱筒外周に設けることによ
り融着防止材の使用を省くことができるため、融着防止
材によってガラス発泡体の比重が高まる心配はない。

【００１６】上記の装置を用いて、ガラス発泡体を実験
例１〜実験例３に示す方法により製造した。ガラス発泡
体原料は、自動車廃ガラス１００％に対して発泡材とし
てドロマイト３％を配合し、ボールミルに水と共に投入
して数時間かけて平均粒径３μｍに粉砕し、スプレード
レイヤーで平均粒径１００μｍに造粒して得た造粒物を
用いた。 （実験例１）実験例１では、上記の造粒物をふるい分け
して粒度範囲が１００〜１５０μｍの造粒物（）と、
１００μｍ以下の造粒物（）の２種類を用いて粒度範
囲が異なる原料を用いた場合のガラス発泡体の比重の違
いを調べた。そのほかの製造条件は、燃焼ガス量が０．
３１ｍ³ ／ｈｒ、燃焼エア量が８．０ｍ³ ／ｈｒ、キャ
リングエア量が０．４６ｍ³ ／ｈｒ、加熱筒内圧力が−
１．０ｍｍＨ₂ Ｏ、加熱筒内温度（下端から１．０ｍの
高さ）が９３０〜９９０℃、ガラス発泡体供給量が１．
０ｋｇ／ｈｒである。なお、実験例１に用いた製造装置
の加熱筒の絞り部分の横断面積は加熱筒のほかの部分の
横断面積の２４％である。表１には得られたガラス発泡
体の平均粒子比重および粒子比重１以下の回収率を示
す。

【００１７】

【表１】

【００１８】実験例１ではガラス発泡体原料の粒度範囲
が小さくても、本発明の実施例のガラス発泡体製造装置
を用いることにより、低比重のガラス発泡体が高効率で
回収されることがわかる。

【００１９】（実験例２）比較のため加熱筒に絞りを設
けないこと以外は実験例１と同じ製造条件でガラス発泡
体を製造した場合（ただし、ガラス発泡体原料は粒度範
囲１００〜１５０μｍのものを使用）の加熱筒内圧力
（測定位置は加熱筒下端から１．０ｍの高さ）と、粒子
比重が１以下のガラス発泡体の回収率を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】実験例２では、絞りがない加熱筒は加熱筒
内圧力が低くなっている。そのため燃焼炎に乱れが生
じ、加熱筒の横断面方向に大きな温度差が生じて、ガラ
ス発泡体原料の加熱度合いが不均一になる。しかし、絞
りがある加熱筒では燃焼ガスなどの流出が抑制されて加
熱筒内圧力が高まるため、絞りがない場合にくらべて加
熱筒内に燃焼炎がほぼ万遍なく行き渡り、加熱筒の断面
方向の温度がほぼ均一になり、ガラス発泡体原料の加熱
度合いは均一になる。そのため、ガラス発泡体原料はほ
ぼ確実に発泡して、所望の低比重の発泡体を絞りがない
加熱筒より高収率で回収することができる。

【００２２】（実験例３）実験例３では加熱筒の外表面
温度を８００℃、７５０℃、７００℃、６５０℃６００
℃となるように冷却ジャケットの冷却空気量を変化させ
ること以外は実験例１と同じ製造条件でガラス発泡体を
製造し、加熱筒内壁へのガラス発泡体などの融着状態を
調べた。その結果、加熱筒の外表面温度が７５０℃を超
えると、加熱筒の内壁面にガラス発泡体が融着して除々
に堆積し、やがて塊状になってバーナー部に落下した。
７００℃以下ではこのような現象はみられなかった。し
たがって、加熱筒の外表面温度を７００℃以下に冷却す
ることにより融着防止材を使用せずにガラス発泡体の加
熱筒への融着を防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のガラス発泡体の製造装置によれ
ば、加熱筒の上部に絞りが設けられているため、絞りの
ない加熱筒に比べ加熱筒内圧力が高められ、燃焼炎の乱
れを少なくすることができる。そのため、加熱筒内の温
度がほぼ均一になり、加熱筒内に供給されたガラス発泡
体原料すべては、ほぼ均一な温度でかつ燃焼炎中に搬送
されることで急激に加熱され、比重が低いガラス発泡体
を高い割合で製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のガラス発泡体の製造装置の概略
図である。

【符号の説明】

１ 加熱筒 ２ バーナー ３ 原料供給路 ４ 絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 彦坂 吉尚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山瀬 修 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永冶 良夫 岐阜県土岐市駄知町2321番地の２ 高砂工 業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型の加熱筒と、該加熱筒の下部から加
   熱筒内に燃焼炎を送り込むバーナーと、前記加熱筒内に
   挿入されガラス発泡体原料を供給する原料供給路と、を
   備え、前記加熱筒の上部には断面積がその他の加熱筒部
   分より小さくされた絞りが設けられていることを特徴と
   するガラス発泡体の製造装置。