JPS6051621A - 二段バツチ液化プロセス及び装置 - 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】 この発明は溶融ゾロセスの最初のステップとして粉末の
原料物質を液化状態に転化させることに関するつこの発
明は、特に板ガラス、容器ガラス。

繊維ガラス及びケイ酸ナトリウムガラスｔ−営むガラス
の溶融に適用できる。しかし、この発明は、一般に流動
し得る基本的には同体状態の原料を溶融液体へ熱的に転
化させることを含む他の″°プロセスにも適用できる。

これらの他のプロセスは、冶金の溶融型操作や単−又は
多数成分から成るセラミックス、金属又は他の物質の溶
融を宮む。

燃焼して加熱するガラス溶融炉又は他の溶融プロセスの
炉からの排ガスは、そのプロセスの全体的な効率を改善
するために回収し得る多量の熱エネルギーを含んでいる
ことが長い間認庫されている。従来、蓄熱装置や復熱装
置が烟絨プロセスの炉から熱を回収するために採用され
てきたが、その効率は要求よシも低いものであるつ更に
、蓄熱装置や復熱装置は大型で、コストがかがシ、性態
が低下しやすいものである。蓄熱装置や復熱装置によシ
燃焼空気を予熱する代シに、供給原料による廃熱回収が
提案されているうこれらの提案紘いくらかの微粒子供給
原料が排ガス流に随伴される傾向があるという事実によ
シ実施化が阻止されているうこの問題を克服するために
、粉状の供給原料を塊＆ＣＬ（例えば、小球にし）、そ
の塊にした供給原料を排ガス流と接触させることが提案
されている。しかしながら、供給原料を塊にするコスト
が著しく熱回収の経済的有利性を小さくし、又、ある場
合には微粒子の随伴が塊にした７々ツチ原料の使用によ
っても完全には避けることはできないことが判明した。

従って、本発明の一つの側面は前述の欠点を避けながら
バッチ原料を予熱することにより廃熱を回収することに
関する。

乾燥した粉末のバッチ原料が撒きちらされることは、従
来の溶融炉へバッチｙＡｌｌ供給する場合にも同様に問
題である。この問題はバッチ原料を湿らす（例えば、水
によシ）ことによって克服することが一般的な手段であ
るう　しかし、バッチ原料をかなシな程度まで予熱する
ことはバッチ原料を湿った状態に維持することを妨げる
。

溶融炉からの廃熱はバッチ原料中の有益な反応を起させ
る温度でしばしは利用されるけれども、バッチ原料の予
熱は高温ではバッチ原料の溶融が開始されると予熱装置
の閉塞が生じるため、しばしは比較的低温に制限される
。例えば、炭酸塩からなるバッチ原料をその原料の■焼
温度まで予熱することによって、商業上のガラス溶融操
作で代表的に用いられる前記炭酸塩のバッチ原料を夫々
の酸化物に転化することが望ましいが、以前はバッチ原
料のうちの炭酸ナトリウム成分の比較的低い溶融温度に
制限されるものと一般に考えられておシ、その結果炭酸
カルシウムや炭酸マグネシウ″ムの成分の■焼を妨げる
。本発明の他の側面はこの問題を解決することに関する
。

クンクル及びアテサの米国特ｒ＋Ａ　４，６８１，９３
４には多量のバッチ原料が比較的小スペースで効率的に
液化されるという強化されたバッチ液化プロセスが開示
されている。このタイプのプロセスは特に強力にされた
熱源を使用する場合に比較的少量の排ガスを産出するが
、そのようなプロセスの効率を更に改善するため忙その
排ガスから熱を回収することが望ましい。特に、直接熱
をバッチ原料の供給流中に回収することが望ましい。

粉末原料を溶融するに際しては、ガスが溶融生産物中に
入シ込むことがあシ、ガス包含物の存在は特に透明ガラ
スの場合に好ましくない。溶融物からのある種類のガス
除去は他の場合（例えば、溶融ガラスの場合の窒素）Ｋ
比べよシ困難であるかもしれないっこれらのガスが溶融
物中に入シ込まないようにバッチ原料の予備処理の一部
としてバッチ原料からこれらガスを除去することが強く
望まれる。

米国特許Ａ　３，５０８，７４２及びＡ３．６０７，１
９０はガラスのバッチ原料の直接予熱を示す。ともに■
焼が起る温度より低い温度に維持する。米国特許Ａ３．
０８２．１０２はガラスのバッチ原料のベレット（小球
）を予め反応させることを示すとともに温度は原料の焼
結が起る温度よシ低く維持すべきことを示している。

（発明の概要） 本発明では燃焼溶融プロセスからの廃熱は排ガス流を溶
融プロセスへ供給されるばらばらのバッチ原料と直接接
触するように通過させることＫよシ回収される。本発明
の一側面においては、溶融炉へ別の流れで供給されるバ
ッチ原料のうちの比較的低い溶融温度の成分の不在下で
、炭酸塩を含むバッチ原料が炭酸塩ｔ−酸化物に分解す
るために■焼温度まで予熱される。ソーダ石灰のガラス
溶融プロセスにおいては、■焼のだめの予熱を受ける原
料は石灰石及び／又はドロマイ）ｋｆみ、一方ソーダ灰
及び／又は苛性ソーダのようなナトリウム源は該■焼予
熱をバイパスする。砂は同様に燻焼温度まで予熱される
パッチＪＪＡ科の一部に會まれでよい。好ましい態様に
おいては、バッチ原料の部分同士の結合は別々の供給流
を激しく混合させる溶融容器に、よシ達成されるつ 本発明の別な側面は熱がバッチ原料と排ガス流との間の
直接接触によシ回収されるとき、個々の微粒子から成る
バッチ原料が排ガス流に随伴されるという問題に関する
。排ガスとバッチ原料間で十分な向流接触させることに
よシ、排ガス温度を燃焼生産物中の水分の露点まで低下
させることができ、それによって熱回収容器の低温側で
湿った状態が生じる。この湿った状態が排ガス流への一
部微粒子の捕捉、随伴を生じさせることが判明した。こ
れは予熱の間にバッチ原料から同伴された微粒子と同じ
く溶融容器からの微粒子も含む。溶融容器を加熱する燃
焼手段として空気の代シに全面的に又は一部酸素を使用
することが排ガス流の容量を減少させることから好まし
い。排ガス量が減少すると、結果として排ガスの単位容
積当りの水蒸気濃度が増大し、排ガス流の速度が低くな
ることによりバッチ原料からの随伴り少くなる。水蒸気
濃度が高くなると露点が高くなることにより。

バッチ原料がよυ効果的に湿らされる。

溶融容器の燃焼手段として空気よシむしろ酸素を用いて
燃焼が行われると、排ガス流から実質的に窒素が除去さ
れることになる。窒素の気泡は溶融ガラスから除去する
ことが比較的離しいので、溶融容器からの窒素の除去は
有益である。本発明の他の側面は実質的に窒素を含有し
ない排ガス流からの付加的利益を含む。そのことによシ
実質的に窒素を含有しない排ガス流との直接接触による
バッチ原料の予熱はバッチ原料から空気を取り除くこと
になシ、その結果溶融炉への窒素の侵入を紡ぐ。

本発明によるバッチ原料の予熱は、前記米国特許Ａ　４
，３８１，９５４に記載された除去機能を強化したバッ
チ液化装置と組み合わせると特に鳴利である。バッチ原
料の予熱はバッチ原料の液化にとって必要な熱量を減少
させるが、このことは理論的には溶融炉からよシ多量生
産されるべきことを示す。しかし、この理論的有利性は
従来の溶融炉では完全には達成されていない。なぜなら
、全体の生産割合を制限している重要なステップは溶融
されるバッチ原料のかたまシから液化物を流出させるこ
とであるからである。米国特許Ａ　４３８１，９３４の
バッチ液化装置は傾斜をつけた溶融表面を設けること、
および液化原料の急速排出設備によシ液化されたバッチ
原料の流出又は１除去”を強化するように適合される。

従ってこれら装置はバッチ原料の予熱によシ達成され得
るよシ高い生産量を得るという利益を得るのに特に適し
ている。酸素の燃焼を伴う本発明の実施の態様にとって
は、米国特許Ａ　４，３８１，９３４のバッチ液化装置
は特に有利である。特に、バッチ原料の層が熱源を包囲
するという態様の場合には、酸素の燃焼による高温での
使用に非常に適している。そのような装置での酸素の燃
焼は従来のガラス溶融炉に比し、比較的小容量で高温の
排ガス流を生じ、この小容量の高温排ガス流は本発明の
熱回収と放出のコントロールという目的に特に適してい
る。排ガス流から窒素量を実質的に減少させる他の高温
熱源も同様に本発明に役に立つものであろう 米国特許Ａ４，３８１，９３４のバッチ液化装置は乾燥
した粉末のバッチ原料を受け入れることができろうそれ
故、本発明によれば、乾燥した予熱バッチ原料を直接液
化段階に供給してもよい。

本発明はまた二段バッチ液化プロセスとしても特徴づけ
られ、バッチ原料はそれが液化し始める温度に近い温度
まで加熱されるように第一ゾーンでは比較的ゆつくシと
輸送され、それから予熱されたバッチ原料が勾配のある
表面上に置かれ強力加熱によシ急激に液化される第二ゾ
ーンへ移送されるっそして液化されたバッチ原料は第二
ゾーンから流出する。このプロセスはバッチ液化操作を
予備液化段階と液化段階に分離し、各段階に各々の効率
を最大にする条件を与えている。第一ゾーンではバッチ
原料が自由に流れている限シ、バッチ原料への熱移動に
基本的に時間的拘束はない。

それ故、第一ゾーンは比較的サイズが大きく、比較的低
グレードな熱を利用することができ、そして好ましくは
バッチ原料を完全に加熱するためにバッチ原料を攪拌す
ることができる。第二段階は比較的小スペースにおいて
バッチＪＦＡ料？ｉ［烈に加熱して急速に液化状態に転
化させるように適合される。第二段階でのバッチ原料の
支持物は急速な流出及び高い生産量を達成するために勾
配を急にしている。それによシ強力加熱ゾーンの大きさ
を最小にしている。他方、第一ゾーンは好ましくは第二
ゾーンからの廃熱を利用する。そのため排ガスからバッ
チ原料への熱移動を最大にするため、バッチ原料は好ま
しくは比較的ゆつくシした速度で第一ゾーンを移送され
る。第一段階での比較的ゆつ〈シした原料輸送は、バッ
チ原料が自由に流れている限りにおいてのみ維持される
。なぜなら、バッチ原料の温度がその構成成分の一つの
融点に近づくと液相が生じ、結果としてバッチ原料の粒
子間で結合が起シ、次いでバッチ原料の有害な塊状化が
生じるつそしてそれは第一ゾーンの閉塞と第二ゾーンで
の一様でない溶融を生起させる。それ故、バッチ原料が
この条件に近づいたときＫは、バッチ原料は第二ゾーン
の急勾配の支持上へ移動され急速に液化状態にされる。

好ましい実施の態様においては、両段階は回転容器であ
る。第二段階はバッチ原料への遠心力が十分であシ、第
二段容器の内側にバッチ原料を被覆層として維持できる
に足る十分な大きさの回転速度によシ特徴づけられる。

第一段容器の回転速度は、他方バッチ原料への遠心力が
十分となる速度よシ小さくするが、バッチ原料のひつく
シ返シが生じる程度の速度である。少くともいくつかの
実施の態様における二段階の他の顕著な特徴は、第一段
階は主として対流によシ加熱され、第二段階は主として
輻射によシ加熱されることである。

本発明のよシ完全な理解を与えるために、回転液化容器
と結合するロータリー　キルン予熱器を含む特定の好゛
ましい実施の態様を詳細に説明する。

本発明の概念は、記載された特定の装置に限定されるも
のではなく、他の予熱手段や液化手段が採用されてもよ
いことが理解されるべきである。同様に、本発明はガラ
ス溶融に特に有益であることが判っておシ、その詳細な
記述は特にガラスの溶融に関するものであるけれども、
−１本発明は粉末の供給原料から熱で液化される他の原
料で実施され得るものであろう 第１図にバッチ原料と排ガスを向流で通過させるととも
に、予熱されたバッチ原料を液化容器１２へ供給するロ
ータリー　キルン１０が示されている。バッチ原料は連
続針量製蓋１３から配送管１４を通ってロータリー　キ
ルン１０の入口又は１低温”側へ供給される。ロータリ
ー　キルン自体はバッチ混合機として使用されるもので
あるので、バッチ原料を単一の予め混合した流れで計量
装置１３へ供給してもよく、又個々の成分を態別に計量
し、ロータリー　キルンの入口へ配送してもよい。板ガ
ラスの商業生産で採用されるバッチ原料処方の一例は次
の通シである。

砂　１，０００部／重量 ソーダ灰　３１３．５ 石灰石　８４ ドロマイト　２４２ べんがら　０．７５ 他の鉱物源が代シに又は付加物としてときどき採用され
る。一般に、バッチ原料はまた全バッチ重量の２０〜４
０％程度カレット（クズガラス）の量を含む。しかしな
がら、開示されたプロセスと装置は１００％カレットを
含むようなカレントの量にも適応できるう前記バッチ原
料処方は概路次のガラスを産出するっ ５ｉｏ２　７５Ａ　Ｏ重量パーセント ｘａ２ｏ　１５−７５パーセント ＯａＯ８，８５パ一セント ＭｇＯ３，８５パ一セント ｇｊ２０３　０．１０パーセント Ｆｅ２Ｏ３０，１０パーセント ロータリーキルンの低温側開放端は、ロータリーキルン
を出てくる排ガスをダクト１６へ導く排出箱によシ囲ま
れている。ダクト１６はロータリーキルンを通して排ガ
スを引つけるとともに、排ガスを煙突（図示せず）を通
して大気へ排出するための通風室を備えたファン（図示
せず）へ導かれている。

ｏ−ｐｖ−キルン中で■焼が起ることになるこれらの実
施の態様では、ソーダ灰やカレットのようなバッチ原料
のうち比較的低温の成分はロータリーキルンへ供給され
ないで直接液化容器１２へ供給されろう商業的に利用可
能な石灰石やドロマイトは化学的には純粋でも均質でも
なく、そのため石灰石とドロマイトの■焼は温度範囲を
超えて起シ、１６００’Ｆ（８７０℃）を超えた温度が
完全な■焼を達成するために望ましいことが判っている
。バッチ原料の粒子が互いに付着を起すようなソーダ灰
の溶融を避けるための■焼方式で操作するときには、１
５６４　’Ｆ　（８５１℃）の溶融温度を持つ　ソーダ
灰はロータリーキルンを通過させる原料から除かれる。

ガラス製造におけるナトリウム源としてソーダ灰の代ル
に時々代用される苛性ソーダは、同じく好ましい■焼温
度よシ低い溶融温度を持つ。従って燻焼の際、その高温
側で液相の発生を避けるためにロータリーキルンを通し
て供給される原料から除外される一Ｊ■焼は液化容器で
の熱負荷を紘少させる利点を有し、又、それはバッチ原
料が液化される前に溶融原料から化学的に含有される二
酸化炭素を除去し、そのため溶融ガラス中への二酸化炭
素の気泡発生を排除するという点で有益でもある。従っ
て、ナトリウム源の原料を別に液化容器へ供給するとき
にはソーダ灰よシむしろ二酸化炭素を含有しない苛性ソ
ーダ源を用いることが好ましい。板ガラスのカレットは
１２００’Ｆ（６５０℃）程度で軟化し始めるため、そ
れも■焼プロセスをバイパスすべきである。他方、バッ
チ原料の主要成分である砂は、■焼温度でロータリーキ
ルン全通して都合よく石灰石やドロマイトを伴う。予熱
されるほかに１砂は石灰石やドロマイトを流動自在な条
件に保持することを手助けするこが判った。ナトリウム
源がない場合、ガラスのバッチ原料はそれが凝集せず約
２４００下（１，５００℃）まで加熱することができる
。

ロータリーキルン１０はバッチｉａｉ低温側から高温側
へ重力とひつくシ返９　（ｔｕｍｂｌｉｎｇ　）によシ
移送するために、水平よシ少し傾斜した円筒軸のまわシ
を回転するため設けられた円筒銅製シェル２０から基本
的に構成される一般的に従来型設計のものである。ロー
タリーキルンでの原料の滞留時間は次の経験上の関係に
従ったキルンの基本的パラメータに関係する。

ｔ　＝　２．２８　ＩＪ／ＮＤ８ ここで、を二滞留時間１分（ｍ１ｎｕｔｅｓ　）Ｄ：直
径、フィート（ｆｅｅｔ　） Ｌ：長さ、フィート（ｆｅｅｔ　） Ｎ：回転速度、　ｒｐｍ Ｓ　：勾配、インチ／フット（１ｎｃｈｅｓ　ｐｅｒｆ
ｏｏｔ、） ロータリーキルンにおける滞留時間は溶融操作での要求
生産量と排ガスから固体原料へ移されるため望まれる熱
量に依存する。このような考察と前記の関係から本発明
の目的に適合するロータリーキルンを設計することがで
きる。

熱損失を紡ぐために、ロータリーキルン１０を絶縁する
ことが好ましい。絶縁は鋼製シェル２０の外部に当てた
耐火毛布によってもよく、又、第１図に描写されたロー
タリーキルンの部分に示されたように１シエル２０の内
部にセラミックのライニングをしたものであってもよい
、高温側に近いロータリーキルンの区域は特に■焼温度
で操作する場合、ロータリーキルンのよシ高温部で高温
の耐久性に富む耐火ライニングが施されているように示
されている。そうでなければ、第１図のロータリーキル
ン中央部に示されるように、外部鋼製ケーシング２０と
内部鋼製ライニングとの間に絶縁層２２を設けることが
好ましい、熱的耐久性が問題とならない所では、汚染さ
れた原料が生産物の流れに入って腐食させる傾向が少な
いため、ガラス生産に際し耐火ライニングよシ鋼製ライ
ニングの方が好ましい。

ロータリーキルンの熱伝達はバッチ原料の攪拌。

それは−面キルンの回転速度の作用であるが、これによ
って影響され、そしてそれはキルンの内部構造によシ増
加され得る。熱伝達を改善するバッフル手段の多くの種
類がロータリーキルンの技術分野の当業者に知られてお
シ、本発明に役に立つため採用されてもよい。いくつか
の例が第１図に例示されている。高温側忙近いキルンの
内側周囲にはキルンの内壁から内方へ放射状に延びてい
るセラミックの突起（金属でライニングされている区域
の場合には金属）であシ、バッチ原料を持上げ熱ガスを
通してそれを落とさせる作用をする多数のりフタ−２５
が螺旋形に配置されている。接触領域を広げる配置の他
の例は第２図の断面図かられかるように金属ライニング
２３と中央管２７との間を多数の金属板２６が放射状に
延びているキルン１０の中央区域において示されている
。キルンの低温側は、好ましくは熱交換面積を増加させ
湿気のある飛沫同伴の捕集機として作用させるために、
その区域で水蒸気の凝縮によシ発生するであろうバッチ
原料のどんな凝集も粉砕するのに役立つ多数の鎖２８で
花綱に作られる。バッフル配置によって規定される攪拌
量又は回転速度は排ガス流へパッチの過剰量の同伴を引
起こすｔｌど大きくすべきでない。同伴を最小にするた
めの他の要因は、所定の運転に対し予期された排ガスの
容積流量速度において過度のガス速度を避けるため十分
な大きさであるべきであるロータリーキルンの直径であ
る。

液化段階１２は米国特許Ａ４，３８１，９３４に開示さ
れた型のものであシ、これの開示はｔ考のためここに取
シ入れられている。好ましい実施の態様はバッチ原料の
安定層が実質的に垂直な回転軸によシ加熱された中央の
空洞部の周囲を回転するということにある。図面に示さ
れた液化手段１２は改良された別型式のものである。液
化容器は第３図に示されたように回転する全体量を減少
させるため階段状にされた側部が与えられている鋼製ド
ラム３５よシ成る。　ドラムは、しかしながら、真っす
ぐな円筒状側部を有していてもよく、又、それが円錐形
状を備えていてもよい。　ドラム３５は環状フレーム３
６によって支持されておシ、そのフレーム３６は多数の
支持ロー２３７と整列されたロー２３８へ、ドラムの中
心線に対応する一般には垂直軸まわシの回転のため配備
されているう底部区域３９はドラムの他の部分から分離
されている出口組立体を収容する。ハウジング３９は腐
食に耐える耐火物質のリング状ゾシュ４１が敷かれてい
る鋳造し得る耐火セメントのような耐火物質４０の環で
ライニングされてよい、ブシュ４１は多数のセラミック
の切り片で構成される。ブシュ４１内の開放されている
中心４２は液化室から開かれている出口を構成するっ上
方の丸屋根となっている耐火性蓋４３は環状のフレーム
要素４４による固定支持を有する。蓋はバーナ４６を挿
入するだめの開口４５を有するっバーナ４６は好ましく
は広角度に設けられている多数の口があるバーナであり
、又、好ましくは酸素とメタンのような気体燃料とが燃
焼するものである。この系から二酸化炭素を排除するた
めに、バーナ４６は酸素と水素とで燃焼することができ
ろう 排ガスは蓋を貫通する開口４７を通って上方へ逃げ排出
ダクト４８へ入るウバッチ原料は開口４Ｔ全通して液化
容器へ供給されてもよく、供給投下装置５０がこの目的
のために設けられるっ上部と下部の水シール５１と５２
は各々外部を取りまく条件から液化室内部を隔離し、そ
して容器から逃げるかもしれないどのようなダスト又は
蒸気をも捕捉するために備えられる。

液化容器内では未溶融のバッチ５３の安定層が燃焼が起
っている中心の空洞部を取り囲むドラム３５の壁に維持
される５安定層５３は最初は加熱しないで回転している
ドラム３５ヘバツチ全供給することによって望ましい放
物面形状に形成される。最初のバッチは安定層を形成す
るのを助けるため水で湿らせるのがよい、溶融の間、投
下装置５０全通してのバッチの連続供給はドラムが回転
する際、安定バッチ層表面ヘバソチを分配させるように
する。バーナ４６からの熱はバッチの一時的な層を液化
させ、底部開口４２全通して下方へ安定層５３上を流れ
させるう液化されたバッチはその後液化容器から流れ出
し、必要とされる次の処理のため液化室の下方の容器５
５内に集められる。

液化室の少くとも上部では溶融しているバッチの一時的
な層は垂直に対し鋭角でささえられる。

微粒子のバッチ原料は傾斜を流れ洛ちるのＫＪ＃擦抵抗
抵抗るが、原料が熱エネルギーによって液化されるや否
や、この抵抗は実質的に減少し、液化された原料はすぐ
下方に流れ、新たに供給されたバッチ原料が一時的な層
におけるその位置を示める。液化容器の回転は傾斜され
た溶融表面を維持するのに役立つ。安定層５３の表面の
輪郭は回転速度とゆるんだ乾燥バッチ原料との間の下記
に示す理論的関係から見積ることができろうＨ＝μＲ＋
（２π２Ω２Ｒ”）／ｇ ここで、Ｈ−回転軸に平行方向であるバッチ表面上のあ
る個所の高さ Ｒ−回転軸上のその個所の半径距離 μ＝摩擦係数 Ω＝角速度、そして ｇ−重力加速度 摩擦係数は止まって動かない角度の正接（ｔａｎｇｅｎ
ｔ　）として選ばれ、乾燥ガラスのバッチの場合には代
表的には約６５°であろう上記の式は選ばれた回転速度
での回転容器の適当な寸法を選択する場合、又、逆に所
定容器での適当な回転速度ヲ決める場合に採用される。

一時的な層５４の液化バッチは単なる追加のバッチ原料
から実質的に構成される支持表面上を流れ、これによシ
耐火物質との汚染を生じる接触が回避される。更に、ガ
ラスのバッチ原料は良好な熱絶縁体であるので、十分な
厚さで安定なバッチ層５３を設けることは熱劣化から下
にある支持構造を保護する。容器はこのように腐食性の
溶融原料との接触からと同じく熱的にも保護されている
いるので、たとえドラム３５として軟鋼の使用を許して
も、原料としての要求は非常圧寛大になシ得る。このよ
うに炉の建設において達成される節約は実質的なものと
なシ得るっ更に、ドラム３５は安定バッチ層の絶縁効果
ＫＪ：υ保護されるので、外部の冷却は必要なく、従っ
て溶融プロセスから有益な熱の抜出しを避けられる５更
に、汚染されていない絶縁のバッチライニングが加熱さ
れた空洞を取ｐ囲むので、従来の耐火性溶融炉、例えは
酸素燃焼のバーナ、プラズマトーチ又は電気アークにお
いて使用はれるよυ相当に高い温度で運転する熱源を採
用することができるう バッチが流れ出すようＫなる温度は特定のバッチの法則
、特に最も低い溶融温度をもつ成分の量及び溶融温度に
依存するであろう、ソーダ灰を含む従来の板ガラスのバ
ッチは約２０００°Ｆ　（１０９０℃）から２１００’
Ｆ（１１５０℃）で液化することが分っている。液化さ
れた原料はそれが流動状態ＶＣ，なるとすぐ液化容器か
ら流れ出る。それ故、液化領域から流れ出る流体は特定
のバッチの法則の液化温度に近いほぼ一様な温度を持つ
、いくらか追加の熱が液化原料が容器から流れるとき通
常それに与えられる。そのため従来の板ガラスのバッチ
は典型的には約２１００″Ｆ（１１５０℃）から約２６
００°Ｆ（１２６０℃）の温度で容器から流れることが
わかる。熱は従来のガラス溶融器で達成される温度よシ
かなシ低い液化温度で液化容器から運ばれるので、液化
容器の温度は熱源の温度に拘らず比較的低く保たれる。

従ってよシ高温の熱源によって与えられるより大きな熱
の流れの利益は、外来の抑制手段を備えることなく有効
に採用され得る。上述した為温熱源の使用は又、空気で
運ばれる窒素の除去によシ排ガス容量を減少させるため
にも有効でおる。窒素がないことは同様にガラス中への
窒素の気泡生成を防止するのに好ましい。任意には、適
当なキャリア・ガスを持つプラズマトーチの使用は１％
に■焼されたバッチの使用と組合せて液化容器内に二酸
化炭素のない環境を与えることができる。プラズマトー
チの使用はＪ、　Ｍ、マテサによる１９８６年６月２日
に出願された米国特詐出願＆５０ｃｌ、５４２の主題で
ある。二酸化炭素のない環境は同様に酸素と水素の燃焼
によシ与えることができる。窒素除去の他の利益は窒素
の放射性（即ち、ガスがその熱エネルギーを放射する効
率）が二酸化炭素や水の放射性に比し極めて低いことＫ
ある。そのため、窒素の除去は燃焼によシ生み出される
二酸化炭素及び／又は水を権薄にすることを避け、エネ
ルギーの発射を強める。窒素除去の利益は徐々に達成き
れ、部分的除去も有益な改善を産み出すことができるこ
とが理解されるべきである。

安定層５３として採用される原料の熱伝導率は容器外部
の不経済で不自然な冷却の必要を避けながら層の実際の
厚さが決められるように比較的低いことが望ましい。一
般に５粒状又は粉末の鉱物材料は良好な熱絶縁を付与す
るが、ある場合には汚染されない安定層として溶融プロ
セスの中間生成物又は最終生産物を使用することが可能
であ１得る。例えばガラス生産プロセスにおいて、ガラ
スのバッチに比較すると、ガラスのよシ高い熱伝導性に
よシ、よシ厚い層が必要とされるけれども粉末にしだカ
レット（ぐずガラス）が安定層ｔ−構成することができ
る。他方、冶金プロセスでは安定層として金属製品を使
用することは容器へ熱的保護を付与するために甚しく大
きな厚さを必要とするが、ある鉱石材料は絶縁層として
満足すべきものである。安定層は、好ましくは基本的に
処理される原料と同じ構成をもつものである。しかしな
がら、先駆体又は誘導物質はこの文脈では１基本的に同
一構成”とみなされることが理解されるべきである。言
いかえれば、安定層はそれが溶融又は反応して生産物の
流れへかなシの量の異質成分が入ってとない物質を形成
する限り、原料でも生産物でも中間生成物又は他の形の
もの又はそれらの混合物であっても良い。この安定層の
構成的要求は現実に生産物の流れと接触する表面部と生
産物の流れへ時折浸食されている表面のちょうど下部に
のみ適用することが必要であることが同じく明白である
。それ故、同等の設備が浸食が起シやすいレベルよシ下
方の安定層の部分建具った材料を採用するかもしれない
。この表面下の部分は主として容器を保護するための絶
縁として役立つので、それは混乱した温度で表面層を汚
染しないように構成的に十分適合したものであるべきだ
けれども、その熱的絶縁性から選択される材料（例えば
砂又はセラミック粒子）から構成され得る。

用語の”一時的”と°′安定な″は関連しておシ、一時
的と安定な層の間での明らかな物理的境界はいつも同一
と見なすことができるわけではないことが理解されるべ
きである。６一時的″と“安定な”の用語の使用は、そ
の間の界面の小さい変動が起シ得る可能性を妨げること
を意味しない。基本釣な区別は一時的な層として記述さ
れる領域は溶融と流動によシ特徴づけられるものである
が、安定層と称せられる領域は少くともその大部分にお
いて生産物の流れの溶融と流動には関与しないというこ
とである。一時的な層は安定層の上にあるといわれるが
、ある人は理論的にその間の中間生成物の層を定義する
かもしれず、可能性が包含されることを意味することが
理解されるべきである。

ある場合においては予熱されたバッチは直接ロータリー
キルン１０の出口から液化室１２へ供給され得るが、ロ
ータリーキルンと液化容器がいくらか互いに引離されて
いる第６図の配置が好筺しい。液化容器の開口４７と直
接連通しているロータリーキルンの端部は、多分ロータ
リーキルンのバッチ原料を過熱する液化容器からの放射
エネルギーによジロータリーキルン内でバッチの固化を
起すことが分った。この問題はロータリーキルンと液化
室の間でバッチを運ぶだめの投下装置５０と排ガスダク
ト４８の突出伸長部６１を構成する移行部を備えること
Ｋよシ克服される。突出部６１は排ガスをガラスのバッ
チ６０から離れてロータリーキルンの上部へ導くととも
にロータリーキルンを液化容器からの放射熱移動からさ
えぎることに役立つ。調整可能なダンパー６２が液化室
内の圧力をコントロールするため移行部の排ガス通路内
に設けられてもよい。万一、排ガス温度を上げることが
ロータリーキルンでバッチ原料を■焼するために必要と
されるなら、突出部６１は補助バーナ６４（第４図に示
す）を挿入するため開口６３（第、５図の幻影に示す）
を設けてもよい。

バッチ投下装置５０はバッチが過熱し装置を閉塞するの
を防止するために排ガス流忙面する冷たいｆｍ部ｉレー
ト７０を備えていてもよい。バッチ投下装置５０の他の
特徴は装置の出口端で、落下するバッチヲ調節して液化
室の安定バッチ層５３の望ましい部分上へ導くために役
立つ枢軸で回転可能な、水で冷却されたバッフル７１を
含むことである。セラミックプレート７２は落下するバ
ッチをドラム３５の上部縁の領域から離れたところに向
けるため、同じく投下装置５０の出口端に設けられる。

万一液化室へのバッチ原料の供給を止めることが必要な
非常事態の場合には枢軸で回転可能な方向転換用ゲート
７３がバッチ投下装置の入口に設けられ、それはロータ
リーキルンがら来るバッチを排出シュート７４へ方向転
換するのに採用される。ロータリーキルンと移行部との
間のシールはロータリーキルンの外殻２０から放射状に
延びる環状フィン７６を支えているテフロン（Ｔｅｆｌ
ｏｎ　）合成ポリマー又はグラファイトのシール７５に
よシ与えられる。シール設備は環状ハウジング７７によ
って囲まれていてもよい。

第４図を参照すると、ロータリーキルンで予熱されるバ
ッチから独立して予熱されていないか又は予熱されてい
る液化室１２へ原料を供給するために設けられてもよい
補助供給装置８０が示されている。例えば、補助供給装
置８０は、特にキルンがカルシウム及び／又はマグネシ
ウムの炭酸塩を散焼するのに使用されようとするとき、
ソーダ灰、苛性ソーダ又はカレントを液化室へ供給する
のに用いられる。補助供給装置８０はホッパー８１、モ
ーター８２、そして螺旋状の樽８３から構成される従来
のスクリュー型供給製電でよく、液化室の蓋の開口４γ
を通して原料を安定バッチ層５３の上部端の上へ投入し
てもよい。供給装置８０と類似する多数の補助供給装置
が、もし液化室の入口で別々に多くの異った原料を供給
することが要望される場合には用いられてもよい。

ロータリーキルンの勾配はロータリーキルン内の原料の
要求される滞留時間に従って選択され、適切な支持手段
がその角度を変えられるようＫするために備えられ得る
。しかしながら、水平面に関し約２°（１°から５°　
）の固定された傾斜を有するとともに、ロータリーキル
ンの回転速度を変えることＫよシ滞留時間をコントロー
ルすることが好ましい。ロータリーキルンの回転速度は
、バッチのかなシの部分がキルンの内周に遠心力によシ
運ばれることなく、バッチ原料がロータリーキルンの下
方部に転がる範囲内である。

ロータリーキルンの高温の端部でガラスのバツチは、約
９００’Ｆ（４８０℃）に予熱されたとき、散粉を阻止
するややべとべとした状態となる。約１４００’Ｆ（７
６０℃）の温度まで上げるとこの粘着性は望ましくない
塊化又は閉塞を導かなくなる。ソーダ灰又は同等のナト
リウム源以外のガラスのバッチは石灰石やドロマイトの
■焼温度前後まで加熱されると同様の状態に達する。こ
の粘着性の状態は殆んど散粉なくバッチを液化室へ供給
するために有益である。同じく、この粘着性の状態の開
始がロータリーキルン内の実質的に水平となっている支
持軸から液化室でのｔｌは垂直の支持物へのバッチの移
動と一致することは、それによシ系を通して連続的で均
一な原料の流れを確実圧するから有益である。

次は図面や前記記述に実質的に示されたように、ある設
備の例であシ、ソーダ灰を含む標準の板ガラスのバッチ
は１日当！１７３０　）ルの割合（１日当り２７メード
ルトン（ｍｅｔｒｉｃ　ｔｏｎｓ　）　）で処理された
。ロータリーキルンは長さが４９フイート（１５メート
ル）、内径が２．５フイート（７６センチメードル）で
あった。キルンの内部の面積は５０２スクエア　フィー
ト（４６，６スクエアメードル（ｍ”））であった。ロ
ータリーキルンは約６ｒｐｍで回転され、２°の傾斜を
有していた。液化容器は５１インチ（１６０センチメー
トル）の内径で、約３２　ｒｐｍで回転された。液化室
は時間当、Ｄ約３百万ｒｒｖ　（８７８０００ワｙト）
の熱投入量を生み出すためにメタンと酸素を燃料とする
バーナーによシ加熱され、それは標準の温度、圧力で時
間当Ｊ　３３，７９２キユービツク　フィート（時間当
シタ５フキユビツクメードル（ｍ３））の排ガス量をも
生み出した。排ガスはロータリーキルンへ　１６３１’
Ｆ（８８８℃）で入シ％ロータリーキルンを４７４°Ｆ
（２４６℃）で出た。ガラスのバッチはロータリーキル
ンに６０’Ｆ（１＜Ｓ℃）で供給され、ロータリーキル
ン内で１１００’Ｆ（５９６℃）Ｋ加熱された。液化室
から流れる液化バッチは２２５７°Ｆ（１２３６℃）の
温度であった。

この技術分野における当業者にとって明らかな他の部分
的変更や変形が特許請求の範囲で定義される発明の範囲
から逸脱しない範囲でなされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による二段バッチ液化装置の好ましい実
施の態様の、一部が切断されている側面図である。 第２図は第１図をライン２−２に沿って切った断面図で
ある。 第６図は第１図に示された装置の第一段階と第二段階の
間の移行部の拡大断面図である。 第４図は明確のため除去された要素を持つ第６図の装置
を上方からみた図である。 符号の説明 １０・・・ロータリーキルン、１２・・・液化容器、１
３・・・連続計量装置％１６・・・ダクト、２０・・・
円筒鋼製シェル、２２・・・絶縁層、２３・・・金属２
イニング、２５・・・リフター、２６・・・金属板、２
７・・・中央管、２８・・・鎖、３５・・・鋼製ドラム
、３６・・・環状フ１／−Ａ、３７・・・支持ローラ、
３８・・・ローラ、３９・・・底部区域、４１・・・リ
ング状ブシュ、４２・・・底部開口、４３・・・蓋、４
４・・・環状フレーム要素、４５・・・開口、４６・・
・バーナ、４７・・・開口、４８・・・排出ダクト、５
０・・・供給投下装置、５１゜５２・・・水シール、５
３・・・未溶融バッチ安定層、５５・・・下方の容器、
６０・・・ガラスのバッチ原料。 ６１・・・排出ダクト４８の突出伸長部、６２・・・ダ
ンパー、６３・・・開口、６４・・・補助バーナ、７０
・・・前部プレート、７１・・・バッフル、７２・・・
セラミックプレート、７３・・・方向転換用ｒ−）、７
４・・・排出シュート、７５・・・シール、７６・・・
環状フィン、７７・・・環状ハウジング、８０・・・補
助供給装置、８１・・・ホッパー、８２・・・モータ、
８３・・・螺旋状樽。 代理人　浅　村　皓 第１頁の続き 優先権主張　０１９８瀉４月３日［相］米国（Ｕ　Ｓ）
■５１５［相］１９８坪８月３日［相］米国（ＵＳ）０
５１５０発　明　者　ジョセフ　マイクル　アメリカ１
マテサ　テキサス ）９４９ ）９５０ １衆国ペンシルバニア州フラム　ポロ、ニューロード　
３２３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　粉末状バッチ原料を予熱器へ通し、予熱器内で
   バッチ原料を加熱するためにバッチ原料を攪拌しながら
   それを熱ガスにさらし、予熱器からの加熱されたバッチ
   原料を液化容器へ通して液化容器内の空洞部を取シ囲む
   バッチの安定層上へバッチ原料を投入し、燃焼熱をその
   空洞部に与えて投入されたバッチ原料を液化し、その液
   化したバッチを液化容器からの出口まで安定バッチ層上
   を流しめ、その安定バッチ層を実質的に一定に維持する
   ためにバッチ原料が液化容器へ供給される割合を制御し
   、そして液化容器からの燃焼生成物を予熱器へ通すこと
   から成る粉末状バッチ原料の液化方法０ （２）粉末状バッチ原料がガラスのバッチ原料でめる特
   許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （３）燃焼熱が燃料と酸素との実質的に窒素のない燃焼
   によシ液化容器の空洞部へ供給される特許請求の範囲第
   （１）項記載の方法。 （４）排ガス温度がその中に含有されている水蒸気の露
   点よシ低くなった後、燃焼生成物が予熱器から排出され
   る特許請求の範囲第（３）項記載の方法つ（５）　予熱
   器内でのバッチ原料の攪拌が傾斜したロータリー　キル
   ンの内部に沿ってバッチ原料をひつくシ返す（ｔｕｍｂ
   ｌｉｎｇ　）ことから成る特許請求の範囲第（１）項記
   載の方法。 （６）　ロータリー　キルンの勾配が水平に対し鋭角で
   あり、液化容器内の安定バッチ層上へ投入されたバッチ
   原料が少くとも当初は垂直に対し鋭角で支持される特許
   請求の範囲第（５）項記載の方法。 （７）バッチの溶融は始まったが、しかしｌクソテ粒子
   間の実質的付着が進展する前に、予熱器力・ら液化容器
   へのバッチ原料の移動が起こる特許請求の範囲第（６）
   項記載の方法つ （８）安定層が旋回の表面であり、空洞部のまわりを回
   転する特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （９）バッチ原料が実質的に乾燥した。自由に流動する
   条件で予熱器へ供給される特許請求の範囲第（１）項記
   載の方法。 叫　バッチ原料がカレントを含む特許請求の範囲第（２
   ）項記載の方法っ αの　重力に打勝つには不十分な遠心力をバッチ原料を
   与える速度で予熱器を回転することＫよシバツチ原料が
   予熱器内で攪拌され、液化容器は遠心力によシ液化容器
   の内壁上にバッチ原料のライニングを保持するのに十分
   な速度で回転される特許請求の範囲第（１）項記載の方
   法。 （６）炭酸カルシウム源の原料がその少くとも一部を■
   焼するために加熱される予熱器へ供給され、予熱器から
   その熱く■焼された原料が液化容器へ供給され、そして
   バッチ原料を液化するために液化容器内でその■焼され
   た原料をシリア源の原料とナトリウム源の原料とともに
   加熱する特許請求の範囲第（１項記載の方法っ α］　炭酸カルシウム源の原料と一緒に加熱されるため
   にシリア源の原料が予熱器を通シ抜ける特許請求の範囲
   第（６）項記載の方法。 ａ４　炭酸カルシウム源の原料が石灰石を含む特許請求
   の範囲第ｏ３項記載の方法っ （ト）炭酸カルシウム源の原料が又、ドロマイトを含む
   特許請求の範囲第α◆項記載の方法っαＱ　ナトリウム
   源の原料が直接液化容器に供給される特許請求の範囲第
   （ロ）項記載の方法つ０η　実質的に窒素がない燃料と
   酸素との燃焼によυ熱が液化容器に与えられる特許請求
   の範囲第（６）項記載の方法つ ａ匂　予熱器内圧備えられた熱源によシ追加の熱が予熱
   器に与えられる特許請求の範囲第０４項記載の方法つ （イ）実質的に窒素がない燃料と酸素との燃焼によシ追
   加の熱が予熱器内で与えられる特許請求の範囲第μｓ項
   記載の方法。 伸　予熱器内の原料が少くとも１６ＵＯ°Ｆ（８７０℃
   ）まで加熱される特許請求の範囲第（至）項記載の方法
   。 ｅＸｌ　カレットが更に供給され液化容器内で液化され
   る特許請求の範囲第（２）項記載の方法。 に）苛性ソーダがす）　ＩＪウム源の原料の少くとも一
   部として液化容器へ供給される特許請求の範囲第０４項
   記載の方法。 （２）溶融苛性ソーダが液化容器に供給される特許請求
   の範囲第に）項記載の方法。 （ハ）予熱器を通シ抜けたガスは実質的に窒素を含まず
   、予熱器を通シ抜けようとする原料から捕捉された窒素
   を取シ除く特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （ハ）予熱器に通されたガスは実質的に二酸化炭素のな
   い特許請求の範囲第（ハ）項記載の方法。 （２）　実質的に窒素が存在しない水素と酸素の燃焼に
   よ多窒素及び二酸化炭素のないガスが液化容器内で生産
   される特許請求の範囲第（ハ）項記載の方法。 翰　バッチ原料が炭酸塩を含み、予熱器がその炭酸塩を
   ■焼するのに十分な温度を持つ特許請求の範囲第（２）
   項記載の方法。 （７）予熱器へ通される燃焼生成物が液化容器内で水素
   と酸素の燃焼によシ生産される特許請求の範囲第（４）
   項記載の方法っ （ハ）　安定層の回転が実質的に垂直軸のまわシを回る
   特許請求の範囲第（８）項記載の方法つに）バッチ原料
   が水平に対し鋭角で予熱器を通して運ばれ、溶融相がバ
   ッチ粒子の付着を互いに起させるよシも低い温度まで加
   熱されたバッチ原料が予熱器から除去され、バッチ原料
   を液化の条件圧するためにバッチの熱伝達速度が増大し
   てその温度を上げる液化容器内において水平に対し鋭角
   で支持物上に投入され、そこで液化されたバッチが液化
   容器から流れ出る特許請求の範囲第（１）項記載の方法
   。 ０υ　燃焼熱源によｐ熱が液化容器に与えられる特許請
   求の範囲第一項記載の方法っ ０２　液化帯域での燃焼が実質的に窒素の存在しない燃
   料と酸素との燃焼を特徴とする特許請求の範囲第０〃項
   記載の方法。 に）　安定層が空洞部のまわりを回転する特許請求の範
   囲第（イ）項記載の方法っ 曽　回転が実質的に垂直軸まわシである特許請求の範囲
   第０１項記載の方法つ （ハ）バッチの攪拌及び予熱がロータリー　キルン内で
   実行される特許請求の範囲第（１）項記載の方法つ（ト
   ）　バッチがガラスのバッチである特許請求の範囲第（
   ト）項記載の方法。 ０η　ガラスのバッチがソーダ灰を含み、ノ々ツテが約
   ９００’Ｆ（４８０°Ｃ）から１４００°Ｆ（７６０パ
   ＼）の温度に達したとき予熱器から液化容器への移動が
   起こる特許請求の範囲第（２）項記載の方法つ（ロ）バ
   ッチがカレットを含む特許請求の範囲第（２）項記載の
   方法ウ ー　その円筒軸まわシの回転に適合された細長く傾斜し
   た円筒状容器から成るロータリー　キル／手段、バッチ
   原料をロータリー　キルンの第一端へ供給する手段、ロ
   ータリー　キルンの反対端にあるバッチ液化手段、バッ
   チ原料のライニングによる取シ囲まれた加熱された空洞
   部を包含するとともに２イニング上へロータリー　キル
   ンからのバッチを投入するための上部入口及びそこから
   液化されたバッチを排出するため下部出口を有する液化
   手段、とから成るバッチ原料を液化するため−バッチ液
   化装置が実質的に垂直軸回シの回転のため設けられる特
   許請求の範囲第０１項記載の装置。