JPS6136124A - 材料の溶融方法 - Google Patents

材料の溶融方法

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JPS6136124A
JPS6136124A JP15921885A JP15921885A JPS6136124A JP S6136124 A JPS6136124 A JP S6136124A JP 15921885 A JP15921885 A JP 15921885A JP 15921885 A JP15921885 A JP 15921885A JP S6136124 A JPS6136124 A JP S6136124A
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    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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】 発明の背景 本発明はガラスなどの溶融に関し、特にその溶融工程に
液中燃焼を使用する改良に関する。
ガラスを溶融するために液中燃焼を使用することは、米
国特許第３．１７０，７８１号、第３，２２４．８５５
号、第３，２３７，９２９＠、第３，２６０，５８７号
、第３．６（１６．８２５号、第３，６２７，５（１４
号、第３，７３８，７９２号および第３，７６４，２８
７号を含む数号の特許において提案された。液中燃焼に
おいては、燃焼ガスが溶融プールの表向の下に噴射され
て、溶融物を通して上の方に浸透させられる。このよう
な方法の利点は、熱せられる材料が燃焼がスおよびそれ
から放出される熱エネルギーと密接に接触し、それによ
って非常に有利な熱交換率をもたらすことである。
他の１つの利点は、溶融物中へのガスの噴射は高度の攪
拌効果を生み、これは若干の溶融工程において有益であ
る。
しかし、液中燃焼の重大な欠点は、大量のガスを溶融物
の中へ噴射することは、ある場合には元に戻すことが難
しいことである。換言すれば、溶融物、特にガラス、は
時によると泡立ち状態に転化されることがあり、そして
その後に泡を消すことは困難である。この溶融物のガス
含量を増加させる液中燃焼の傾向は液中燃焼がガラス製
造工業に採用されることを妨げていた。それはガラス溶
融工程の１つの目的が、泡およびその他のガス包含物を
溶融ガラスから出来る限り除去することにあるからであ
る。液中燃焼を溶−（ガラスに使用する提案は一般に、
溶融および精製工程の後の段階の間にガス包含物の増加
を避けるために液中燃焼の応用を溶融工程の初期に限定
していた。
発明の要約 本発明において、液中燃焼は水素を燃料として、そして
酸素を酸化剤として使用することにより溶融物中に過剰
のガス相をつくり出さずにガラスなどの溶融のために使
用される。空気よりむしろ酸素を使用することにより、
溶融物中への窒素の注入が避けられ、従って実質的に溶
融物中に導入されるガスの体積を実質的に減少させる。
溶融物中への窒素の導入を避けることはまた屋素が溶融
ガラス中に溶解し難いことからも有利である。、燃料と
して炭化水素よりむしろ水素を使用することにより、や
はり溶融ガラス中に溶解し難い二酸化炭素の溶融物への
導入が避けられる。他方で、酸素−水素燃焼の生成物は
、溶融物に非常に溶解し易い水蒸気である。従って本発
明は液中燃焼により生成するガスの体積を減少させ、そ
して溶融物中に導入されるガスは容易に液相に吸収され
るものである。さらに有利な点は、酸素−水素燃焼が比
較的高い温度を生成し、それが溶融物への熱伝達の速度
を向−卜させることである。
好ましい態様において、液中燃焼は最初のガラスバッチ
液化段階の後に続くガラス溶融の第２段階に使用される
。原バッチ材料を精製された溶融ガラスに転化するため
に必要な熱投入量の大部分は第１段階において、特にそ
の液化工程に適した手段により与えられる（例えば、米
国特許第４．３８１，９３４号に開示された型の方法）
。液化しているが、ただ部分的に溶融した材料は次に第
２段階へ送られ、そこで液中燃焼により加熱される。こ
の第２段階では、必要な熱投入量はただ材料の温度をそ
の液化温度から上げて、溶融工程を完全にしてガラスを
精製するため、すなわちガス包含物を追い出すために適
当な温度にするだけのものである。第１段階における温
度上昇は代表的には２０００°Ｆの程度であるが、第２
段階では通常僅かに数百度程度の温度上昇を要するに過
ぎない。第２段階の熱要求量が余り大きくないので、液
中燃焼は最小量の燃焼ガスが溶融物中に噴射されること
を要する。それにより泡立ち作用を最小にしながらその
段階の工程目的を効率よく達成する。同時に、液中燃焼
による溶融物の攪拌はガラスの均一性を向上させ且つ砂
粒の溶解を助けることによって全体の工程に利する。液
中酸素−水素燃焼を最初の液化段階の後の第２段階の加
熱方法として使用することにより、液中燃焼によるガス
相の増加は、完全に溶融され、精製されたガラスを製造
する目的と両立する実際的な水準に限られる。
詳細な説明 第１図は本発明の好ましい態様の例であり、そこでは液
中燃焼室１０がパッチ液化段階１１の下流にある。図に
示されている液化段階の好ましい型は米国特許第４，３
８１，９３４号および米国特許出願番号筒４８１，９７
０号（１９８３年４月４日出願）にクンクルら（Ｋｕｎ
ｋｌｅ　、　ｅｔ　ａｌ、　）によッテ開示されている
。これらの開示は引用によってここに組入れられる。こ
の型の液化法はパッチ材料の傾斜層に放射熱伝達を特徴
とし、液化した材料を速やかに流出させる。ここに示さ
れる特別の例は保持輪１３とローラー１４によって垂直
軸の周りに回転するように取付けられたドラム１２を含
む。固定画１５は、少なくとも１個の燃焼バーナー１６
の挿入用および容器の中へバッチ材料を入れまた、ダク
ト１７を通して容器から廃ガスを放出するための穴を備
えている。回転ドラム１２に供給されたバッチ材料は内
壁上で放物面ライニングの形状をとり、ドラムの底に開
いている中央の排出口（図に示されていない）に向って
傾斜している。この型の液化装置はソーダ石灰−シリカ
ガラスの液化に有利であることが発見されたが、本発明
の目的のために当技術において既知の他の液化装置が使
用されてもよいことは理解されるべきである。例えば、
短縮された平炉型または屯気低抗型のガラス溶融室が第
１段階として使用されることもある。他の種類のガラス
、または他の材料、例えばセラミック、フリットまたは
鉱石など、の加工には特にその材料に適当な液化段階を
使用することができる。
液化したガラスバッチは第１段階の液化槽から排出され
たとき、通常パッチ材料の未溶融粒子を含む泡立ち状態
にある。第１図に示される態様において、液化した材料
は円筒形カラー２０を通って受槽２１の中に落下し、そ
こで泡のある材料２２の本体が集積される。液化した材
料は液化段階１１から直接液中燃焼室１ｏの中へ供給さ
れてもよいが、変動調整容量のために中間槽２１を設け
、そして液化槽１１の下側への接近性を改良することが
より望ましい。中間槽は本質的に図に示されるように液
中燃焼室へ導く傾斜路であり得るし、あるいは中間槽は
材料にさらに滞留時間を追加するためのより有意な容積
を与えられ、そして材料を加熱しまたはその他の処理を
施すための手段を与えられることもある。
液中燃焼室１０は本質的に、かなりの深さの溶融した材
料のノール２５を保つに適当な耐火性の箱である。第１
図に示す例において、液中燃焼室は２個の液中バーナー
２６を備えているが、バーナーの数は特定の用途の加熱
の要求度に応じて増減することができる。バーナー２６
は燃焼室の床をつき抜けているが、側壁に取付けること
も可能である。またバーナーを燃焼室の壁に対して斜め
に向けることもできる。
本発明にとって特定のバーナー構造は決定的に重要では
ないが、′本発明に使用するに適当なバーナー構造の１
例を第２図および第６図に見ることができる。バーナー
の上端はキャップ２７から成り、このキャップは好まし
くは複数の開孔２９によって取巻かれた中央孔２８を有
する開孔配置を与えられる。一般に、酸化性のガスが中
央孔２８を通して、そして燃料ガスが周囲の孔２９を通
して送られるが、その反対の配置もｕｆ能である。酸素
−水素燃焼を使用する好ましい方法では、酸素は孔２８
を通じて、そして水素は孔２９を通して供給される。特
に第３図を参照すると、中央孔２８は中央導管３０から
供給されている。それより大きな導管３１が中央導管３
０を取り囲んでその間に環状の空間を作り出しており、
それを通して孔２９がガスを供給されるようになってい
る。
上記両溝管をさらに冷却用ジャケット３２が取り囲み、
導管３１とジャケット３２の間に環状空間を作り、それ
を通して例えば水のような冷却媒体が循環されることに
より高温の環境においてバーナーを保護することができ
る。好ましくは、冷却媒体用の環状空間に仕切り（図に
示されていない）を設けて冷却媒体の流路を、冷却媒体
が入０３３から末端キャップ２７の近くへ行き、そして
出口３４の方へ戻るように作る。若干の液中燃焼配置に
おいては、燃焼はバーナー内部で行なわれ、その排気が
溶融物中に噴射されるが、本発明の好ましい技法は、図
示の型のバーナーを使用して、燃料と酸化剤を共に溶融
物中に噴射して、燃焼を溶融物内部で起させることであ
る。この方法では、燃焼によって放出されるエネルギー
は直接に溶融される材料に伝えられる。その上、バーナ
ーの外側で燃焼を行なうので、バーナーが受ける条件は
比較的厳しくないので、従って耐久性の要求を減するこ
とになる。
排出力ナール４０が液中燃焼室１０からガラス成形作業
場へと導いている。好ましくは、カナール４０中で一般
に静止の状態が与えられて、溶融物から泡を逃げさせ、
そして溶融物を成形作業に適当な温度まで冷却させる。
液中燃焼室１０の中の溶融物２５の表面上に浮遊する泡
がカナール（ｃａｎａｌ　）　４　Ｑに入ることを防ぐ
ために、カナール４０の入口に表面障壁４１を設けるこ
とが望ましい。
液中燃焼バーナー２６に供給される燃料と酸化剤は、も
ち論、その上にかかる溶融物２５の静水頭を克服するに
十分な圧をかけられていなければならない。特定の場合
に必要な圧は溶融物の密度並びに深さに関係するであろ
うが、説明のため、泡のある溶融ソーダ灰−シリカガラ
スの２フイー）　（０，６′ｒｒＬ）の深さは５ポンＶ
／平方インチ（３４，５００Ｐ＆）の程度のガス圧を必
要とするこが判っている。バーナーに供給される燃料の
量は特定の用途の熱の必要条件、使用される燃料の熱含
量、および溶融材料への熱伝達の効率に依存するであろ
う。ソーダ灰−シリカガラスを約２３００″ＦＩＣ１２
６０°Ｃ）から約２８００°Ｆ’（１５４０℃）まで加
熱する際、約７０％の熱伝達効率が達成されるべきであ
ることが判った。水素は約２７５ＢＴｕ／立方フイー）
　（１０，４ジユール／　（−ｍ３　）また　　　′は
気化熱を含めて３２５　ＢＴＵ／立方フィート（１２，
２ジユール／　ｃｍ３　）の熱含量を有する。
板ガラスの材料には、通常若干酸化した状態が望まれる
ので、燃焼に要求される以上の過剰の酸素がバーナーに
供給されるのが好ましい。その上、液中燃焼室によって
完全な攪拌と密接な気／液接触が達成されると、溶融物
の酸化状態またはその他の化学的性質を調整するために
非常に都合よくなる。例えば、液化段階を還元性の条件
の下に作業してから、その溶融ガラスを液中燃焼室中で
酸化することもできる。反対に、液中燃焼室中で酸素不
足状態を作って、溶融物により還元された条件を与える
こともできる。溶融ガラスの酸化状部を調整できること
はそのガラスの色および光透過性を安定さぜるために有
用である。このシステムはまた液中燃焼室において着色
剤の添加またはその他の補助成分の添加を助ける。液中
燃焼室は、その中に複数の別々の成分が集められる適当
な混合および／または反応用の容器である。これに関し
て、複数の液化槽１１が液中燃焼室に供給することもあ
り得る。
燃焼の生成物が本質的に水蒸気から成る、水素と酸素の
燃焼を使用する利益は、文献に報告されているように溶
融ガラス中のガスの飽和溶解度についての次の比較に見
ることができる。
ガス　　　溶解度（１４０００Ｃにおける）Ｎ２０．５
６　Ｘ　１０−６９／ＣＣ ＣＯ２８０×１Ｏ−６ Ｎ２０　　　２７００Ｘ１０−６ 空気の主要成分である窒素および炭化水素の燃焼の主生
成物である二酸化炭素の溶融ガラス中の溶解度は水のそ
れよりも大分少ない。従って、空気と炭化水素燃料の使
用を避けることにより、若干の溶解し難い物質を溶融物
中のガス相に入れないで、本質的に溶解度の高い水蒸気
だけを残して溶融物に吸収させることができる。また、
空気の代りに酸素を使用することにより、溶融物中に噴
射される酸化剤ガスの体積を約５分の１に減少させるこ
とができる。
酸素−水素液中燃焼は好ましい２段階配置のほかでも利
点がある。それ故、本発明のさらに広い態様は原パッチ
材料を、酸素水素燃焼により加熱される液中燃焼室１０
に直接供給することを包含する。
本発明に使用し得る他の１つの低ガス量の高温加熱源は
プラズマトーチである。プラズマトーチは担体ガスの流
れを使用して電気アークによって生成される高温プラズ
マをトーチのオリフィスの向うに発射する。担体ガスは
可燃性ガスであってもよいし、あるいは非反応性または
不活性ガスであってさえよい。例えば、担体がスは水蒸
気であると都合よい。酸素−水素燃焼はプラズマトーチ
によって、例えば、水素をプラズマ発生機を通してから
、次に溶融物に送り込基、一方別に酸素を直接その溶融
物中に噴射することにより実施することができる。酸素
はその溶融ガラス中の溶解度が水のそれと殆ど同じ位に
高いので、酸素もまた担体ガスとして適当である。ヘリ
ウムもその比較的低い溶解度にもかかわらず、溶融ガラ
ス中の非常に高い拡散率を有するので、適当である。こ
れらの例は夫々都合よく溶融物に窒素または二酸化炭素
の導入を避ける。
要約すると、液中燃焼の熱源はガスから放出される燃焼
熱であって、そのガスは液中燃焼室内で燃゛焼している
か、または液中燃焼室に噴射される直前に燃焼したもの
であり得る。あるいはその熱源は予め電気的に励起され
たガスから放出される熱エネルギーであってもよい。こ
れらは一般に放射ガスと呼ぶことができよう。その他の
熱源、例えば頭上燃焼焔または電気抵抗加熱も液中燃焼
室中に使用することができる。
液中燃焼室１０は先ず空の間にバーナー２６を使用して
加熱される。次にその加熱された室を漸次、液化段階１
１からの溶融された材料または原料ガラスバッチあるい
はカレントで満たす。一度溶融プール２５が出来上ると
、簡単に燃料コックをオン−オフに廻すことにより液中
燃焼を停止させたりまた再スタートさせることができる
。バーナーをオフにする場合には、バーナーをガスでパ
ージし続ける（例えば、酸化剤ガスを流し続けてもよい
）ことにより、溶融物がバーナーに入って固まることを
防ぐことが望ましい。
ここに述べた詳細な説明は本発明の好ましい態様を開示
するための特定の実施態様に関するものであったが、当
業者に周知であるような他の修正と変形が前記の特許請
求の範囲に定められた発明の精神と範囲を逸脱すること
なく補われ得ることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１段階の液化槽と組合された液中燃焼式のガ
ラス溶融装置の縦断面図である。 第２図は本発明において使用される型の多孔バーナーの
拡大平面図である。 第６図は第２図の６−６線に沿って敗られた、第２図に
おいて描かれたバーナーの拡大縦断面図である。 １０・・・液中燃焼室　　２６・・・液中バーナー１１
・・・液化槽　　　　２７・・・キャップ１２・・・回
転ドラム　　２８・・・中央孔１３・・・保持輪　　　
　２９・・・開孔１４・・・ローラー　　　３０・・・
中央導管１５・・・固定蓋　　　　３１・・・大径導管
１６・・・バーナー　　　３２・・・冷却用ジャケット
１７・・・ダクト　　　　３３・・・冷却媒体入口２０
・・・円筒形カラー　３４・・・冷却媒体出口２１・・
・中間受槽　　　４０・・・カナール２２・・・材料　
　　　　４１・・・表面障壁２５・・・プール

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）少なくとも部分的に溶融された材料から成る溶融
    ボデイを維持し、そして実質的に酸化炭素類および窒素
    を含まない放射ガスを溶融ボデイ中に噴射することによ
    り溶融ボデイに熱を与えることから成ることを特徴とす
    る、材料を溶融する方法。
  2. （２）放射ガスが実質的に炭素を含まない燃料の燃焼に
    よつて製造される、特許請求の範囲第１項に記載の方法
    。
  3. （３）燃料が水素である、特許請求の範囲第２項に記載
    の方法。
  4. （４）燃料が溶融ボデイ中に噴射された後に酸素と結合
    させられる、特許請求の範囲第２項に記載の方法。
  5. （５）燃料が溶融ボデイ中に噴射される前に酸素と結合
    させられる、特許請求の範囲第２項に記載の方法。
  6. （６）放射ガスがプラズマ流を含む、特許請求の範囲第
    １項に記載の方法。
  7. （７）プラズマ流が水蒸気の担体ガスから成る、特許請
    求の範囲第６項に記載の方法。
  8. （８）放射ガスが本質的に水蒸気から成る、特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。
  9. （９）放射ガスが、本質的に水素から成る燃料の本質的
    に純粋な酸素との燃焼により製造される、特許請求の範
    囲第１項に記載の方法。
  10. （１０）材料が部分的に溶融したガラスバッチである、
    特許請求の範囲第９項の方法。
  11. （１１）溶融されている材料がガラスである、特許請求
    の範囲第１項に記載の方法。
  12. （１２）少なくとも部分的に溶融された材料から成る溶
    融ボデイを維持し、部分的に溶融された材料を最初の温
    度で溶融ボデイに供給し、溶融ボデイ中に実質的に酸化
    炭素類および窒素を含まない放射ガスを噴射することに
    より溶融ボデイを最初の温度以上の平均温度に維持する
    ために十分な熱を与え、そして溶融された材料を溶融ボ
    デイから排出することから成る、材料を溶融する方法。
  13. （１３）放射ガスが実質的に炭素を含まない燃料の燃焼
    によつて製造される、特許請求の範囲第１２項に記載の
    方法。
  14. （１４）燃料が水素である、特許請求の範囲第１３項に
    記載の方法。
  15. （１５）放射ガスが本質的に水蒸気から成る、特許請求
    の範囲第１２項に記載の方法。
  16. （１６）放射ガスが本質的に水素から成る燃料の本質的
    に純粋な酸素との燃焼により製造される、特許請求の範
    囲第１２項に記載の方法。
  17. （１７）放射ガスがプラズマトーチによつて製造される
    、特許請求の範囲第１２項に記載の方法。
  18. （１８）溶融ボデイに供給される材料が別の段階で液化
    された部分的に溶融されたガラスバッチである、特許請
    求の範囲第１２項に記載の方法。
  19. （１９）溶融されている材料がガラスである、特許請求
    の範囲第１２項に記載の方法。
  20. （２０）材料が少なくとも２０００°Ｆの温度において
    溶融ボデイに供給される、特許請求の範囲第１８項に記
    載の方法。
  21. （２１）溶融されている材料がガラスである、特許請求
    の範囲ｆＢ第１６項に記載の方法。
  22. （２２）酸素が燃料の燃焼に必要である量に対して過剰
    な量に溶融ボデイへ供給される、特許請求の範囲第２項
    に記載の方法。
  23. （２３）酸素が燃料の燃焼に必要である量に対して過剰
    な量に溶融ボデイへ供給される、特許請求の範囲第１３
    項に記載の方法。
  24. （２４）放射ガスが水蒸気である、特許請求の範囲第１
    ７項に記載の方法。
  25. （２５）水素がプラズマトーチを通して溶融ボデイ中へ
    送られ、溶融ボデイ中で酸素と共に燃焼する、特許請求
    の範囲第１７項に記載の方法。
JP15921885A 1984-07-19 1985-07-18 材料の溶融方法 Granted JPS6136124A (ja)

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US06/632,506 US4545800A (en) 1984-07-19 1984-07-19 Submerged oxygen-hydrogen combustion melting of glass

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