JPS6186426A - 材料の溶融方法及びその装置 - 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】 （発明の背景） 本発明はガラスのような溶融材料体を誘導によって電気
的に加熱することに関している。本発明は内部に電流が
誘起されることを引き起す材料の溶融に適用可能であり
、本発明は特にガラス又はその類いの溶融に適用可能で
ある。

材料が交流を搬送しているコイル内に置かれた時に誘導
電流によって同材料を加熱出来ることは良く知られてい
る。このタイプの加熱の利点とする所は加熱される材料
が電源と接触しないという事である。即ち例えば、電極
を溶融物内に浸漬する必要が無い。ガラスを誘導的に加
熱するという一般的概念は多くの特許において、例えば
米国特許第１，８３０，４８１号、 第１．９０６．５９４号、第３．２０５．２９２号及び
第３．２４４．４９５号において開示されている。従来
技術の多くは小規模な実施例に限定されており、誘導加
熱によるガラスの大規模溶融は広く実用的に受入れられ
ている訳ではない。しかしながら、誘導加熱の経済性を
考えると、同加熱方法をガラス及びその類いの大規模溶
融に用いることは必ずしも有利ではなかった。ガラス溶
融の場合燃料の燃焼から得る熱的エネルギの方が電気的
エネルギよりも一般的に言ってより経済的であった。更
には、誘導加熱は場合によっては電力を熱エネルギに転
換するのに低効率をもたらすことがあると考えられてき
た。また、当業者の中にはガラスを大規模誘導加熱する
ことは非現実的な程に大きな誘導コイルを使用する必要
があると信じている人がいる。

（発明の要約） バッチ材の液体化は誘導加熱ヒータを用いるよりは米国
特許第４，３８１，９３４号に開示のタイプの融除タイ
プ溶融装置を用いてより経済的に実施することが出来る
。燃焼加熱は熱源と被加熱材料間の大きな温度差に依存
して熱を効果的に移送する。最初は液化しようとするバ
ッチ材は大きな温度差を提供するので燃焼加熱を受は入
れ易い。

前述の特許の手法は、高温で液化された材料の融除を促
進し、低温のバッチを放射熱にさらし、大きな温度差を
維持することで、この利点を補強しようとしている。し
かしながら、液化される材料の溶融が終了すると、既に
高温になっている材料の温度が上昇し、左程大きな温度
差は生じなくなる。それに対して誘導加熱の場合にはエ
ネルギを受感材料に転送するのに温度差を利用する必要
はない。従って、誘導加熱は溶融プロレスの第２段階に
とって理想的に適している。ソーダー石灰−シリカ平板
ガラスを大規模な連続処理炉で溶融する際に心安な約６
００万ＢＴＵ／ｌ−ンの全エネルギ消費量と比較した場
合、ガラスの精整機能を発揮させるため誘導加熱ヒータ
内のガラスに添加する必要のある熱入力量は約５０万Ｂ
ＴＵ／トン（２８、６ｋｃａｌ／／てｇ）のみである。

本発明においては、エネルギの大部分はより経済的な液
化段階において消費され、誘導加熱ヒータの寸法及び消
費電力量は誘導加熱を第２段階として、即ち溶融プロセ
スの「ｔ１整段階Ｊとして採用することによって減少さ
せることが出来る。

材料を多液化状態にＪ３いて誘導加熱ヒータに送給づる
ことには他の利点もある。このような連続プロセスにお
いては、誘導加熱容器内で溶融材料に関する安定した循
環流パターンを確立してやることが望ましい。しかし、
低温材料を前記容器の頂部に送給することは自然に上界
してくる熱対流と干渉し合い、不安定なパターンが発生
することに通ずる。更には、溶融材料を容器の頂部に提
供することは溶融物から気泡を除去するという目標とも
合致する。

以下付図を参照して本発明のより詳細な説明を行なう。

（詳細な説明） 本発明の原理は広範囲の種類の溶融材料の誘導加熱に適
用可能であるが、詳細な説明は主として溶融ガラスのた
めに構成された実施例について行なう。加えるに、説明
する具体的実施例は比較的高速の連続生産用として構成
されている。本発明は特にこれらの条件下において好適
なものであるが、そのような条件に限定されるものでは
ない。

付図に示した実施例において、特に第１図及び第２図を
参照すると、単一巻き誘導コイル１０は２つの半シリン
ダ１１及び１２を有しており、これらのシリンダは円筒
状セラミック容器の一部を取囲んでいる。前記コイルと
して用いるのに好ましい祠＋１は高い導電性を有するが
故に銅である。

円筒状部分１１及び１２の厚味はある用途に要求される
強度に依存するが、説明しているこの特定の実施例に関
しては６．３５％　（１／４インチ）の厚味Ｃ十分であ
ることが判明した。前記円筒部分１１及１２の外側には
複数個の冷却チューブ１３が溶接されている。水又は伯
の冷却流体を非伝熱性ｆ−ニー１１４を介してチューブ
１３に供給り゛ることが出来る。＋ｉｌ記冷却流体は前
記円筒の一方の側のまわり半円通路を描いて出口チュー
ブ１５へと通過する。チューブ１５によって流体はドレ
ーン又は円筒の同−剥土に設けた別の冷却チューブ１３
即ち、第２の半円通路に沿う帰還路へと通過することか
出来る。容器の寸法及び冷却必要条件に応じて前記冷却
流体はドレーンに通過する以前において付加的デユープ
中を通過させることが出来る。

誘導加熱領域において、前記容器は複数個の耐火性ブロ
ックから形成された１つの円筒を有している。円筒形状
が最も効率的であり、従って好ましいものであるが、他
の形状も採用可能であると理解されたい。前記円筒は複
Ｗ１個のセラ１−のブロック２０から形成することが可
能であり、各レッド内には１つの円又は多角形を形成す
る複数個のくさび形状ブロックを設けることが出来る。

例えば、第２図に示す実施例にあ、いては、３けットの
ブロック２ｏが設けられており、各セットは１０個のブ
ロックを有している。各ブロックは２つの側面を有して
いるので全部で２０個面を有する１つの多角形が形成さ
れている。、前記ブロック２０は処理すべき溶融材料と
適合するよう選択された耐火性物質から作られている。

溶融ガラスの場合には適当な耐火性物質はアルミナ−ジ
ルコニア−シリカタイプの物質である。このタイプの耐
火性物質は溶融ガラスと接触するのに適しているが、そ
の熱絶縁特性は他のタイプのセラミック物質と比較する
と相対的に劣る。従ってブロック２０の半径方向におけ
る厚味は、ブロック内側面と外側面間にある湿度勾配が
生じ、溶融材料がブロックジヨイント部又は割れ口中を
流動したとしても、同材料がブロック２０の外側面に到
達する以前に凝固するか又は少なくとも極めて高粘性と
なるのに十分な厚味とされる。ガラス・の場合には適当
な温度勾配において、ブロック２０の外側面における温
度は溶融されるガラスの失透温度よりも高くならない。

典型的な市販のソーダー石灰−シリカ平板ガラス組成に
おいては、そのような失透温度は約９８０℃（約１８０
０’Ｆ）である。前記外側面における温度がガラスの軟
化温度（約７５０℃）付近の温度であれば、より良好な
封入効果が達成されるであろう。加えるに、内側ブロッ
ク２０の耐火物は誘導電流の影響を殆んど受けないよう
に、高温度において比較的高い電気抵抗を備えているべ
きである。例えば、抵抗値が処理している溶融材料の抵
抗値の５〜１０倍であるような耐火物を用いる満足な結
果を得ることが出来る。本発明の原理とは直接関係が無
いが、別の望ましい特性として、用いる耐火物質が室温
と操業温度間において繰返し使用に耐え得る能力を持っ
ていることが挙げられる。

前記ブロック２０によって画成される耐火性円筒の外側
には複数個のブロック２１からなる外側耐火性円筒が設
けられている。前記ブロック２１はその絶縁特性をねら
って選択されたセラミック物質からなっている。即ち同
セラミックは比較的低い熱伝導率を備えている。前記外
側ブロック２１は前記内側ブロック２０よりも低い熱伝
導率を有しており、典型的には内側ブロックのそれの１
／２より少ない熱伝導率、好ましくは１１５より少ない
熱伝導率を備えている。容器内の溶融材料の外部に対す
る遮断は内側耐火性円筒の厚味によって与えられるので
、前記外側耐火物片２１は溶融材料と接触するように構
成する必要は無い。

但し相対的に低い温度における適合性を同耐火物片に与
えることが好ましい。前記外側絶縁耐火物層として適し
た物質の一例は多孔質の（低密度の）粘土耐火物である
。その低熱伝導率の故に、前記絶縁層はその外側表面上
に設けた金属製誘導コイルと接触するのに適合した付加
的熱勾配を与えると同時に、容器壁の付加的厚味を最小
にすることが出来る。全体の壁厚を最小にすることはコ
イルを処理材料に出来るだけ近付は電力効率を最大にす
るという意味で、かつ又迷走電流が誘起されるコイル内
物質の通を減少させるという意味で望ましい。コイルの
湿度は金属の酸化を実質的に防止し、銅の電気抵抗を減
少させ、不当な強度低下を防止するのに十分な程度に低
く維持されるべきである。冷却コイル１３は前記コイル
温度を低く維持し易くするものであり、耐火物の外側層
２１によって与えられる熱勾配は冷却必要条件を保持し
、エネルギ損失を合理的な水準に維持するのに十分なも
のであるべきである。冷却剤が好適なるよう水である場
合には、コイル温度従って外側耐火物２１の外表面温度
は好ましくは１００℃以下に保持される。

前記容器の誘導コイル上方の部分の構造は同誘導コイル
内の構造程決定的なものではないが、至便には第１図に
示す如く同一の構造を容器の頂部に至る迄連続しで採用
することが出来る。耐火物の蓋部材２２を前記容器の上
側端部に設けることが可能であり、同蓋部材中には送給
間口２３が設けられている。原材料は開口２３を通って
送給することが可能であるが、少なくともガラスの場合
には、原材料は溶融工程の段階に先立って液体化してお
くのが好ましい、１つの好ましい液化工程はクンクル（
にｕｎｋｌｅ）等の米国特許第４．３８１．９３４号に
開示された工程である。

誘導加熱容器に送給されるべき材料を保持するために適
当なサージホッパ２４又はその類いを設けることが可能
である。

誘導フィル下方における容器の壁２６の厚味は重要では
ないが、溶融材料との非汚染接触は考慮すべき重要な点
である。従って、前記下側壁部分２６は溶融材料と接触
するのに適した耐火物質（ガラスの場合にはアルミナ−
ジルコニア−シリカタイプの耐火物）から作ることが好
ましく、前記壁には所望の熱絶縁性を与える厚味を備え
させることが好ましい。容器の他の部分にＪ５けるのと
同様、下側部分２６は複数個のくさび形状耐火物ブロッ
クから製造することが出来る。結合ストラツブ２７又は
その類い（好ましくは強磁性を減少させるためにステン
レス鋼から作られている）を容器の下側部分のまわりに
設け、同結合ストラップ内に誘起されろ迷走電流による
電力の損失をあＪ：りひきＪ３こすことなくｎａ記ツブ
ロック定位置に保持することが出来る。前記ストラップ
内におけろ電力損失は、ストラップ金属の横断面積を減
少し、同金属を出来るだけ誘導コイル下方に配置し、各
ストリップをその長さに沿って複数個の電気的に絶縁さ
れたセグメントに分割することによって更に減らずこと
が可能である。

前記容器の床も又溶融材料と接触するのに適した耐火物
からなっている。底部構造の詳細は第３図の拡大図にお
いて示されている。底部構造の上側層３０はガラス溶融
の引合アルミナージルコニアーシリカタイプの耐火物の
如く溶融材料と接触するのに適した耐火物からなってい
るのが好ましい。層３０の下方には低密度粘土耐火物の
如くその熱特性にＪ−って選択された物質からなる第２
の層３１を設置プることか出来る。底部構造体の外側に
は溶融材料の封じ込めを保証するべく冷！ＪＪ儂病が設
けられている。図示の実施例においては、一本の環状水
冷却器３２が容器のベースを形成している。前記水冷却
器３２と耐火物層３１０間には一層の耐火性紙３３と、
特に水冷却器３２が軟鋼から作られている場合には同冷
却器を迷走誘導電流から連断する作用を行なう銅板３４
を設けることが出来る。

溶融ガラス又はその類いを容器から排出してやるための
種々の装置類が当業界において知られており、同装置を
本発明とともに用いることが可能であるが、特に好適な
排出装置が付図、特に第３図と関連して示されている。

前記排出装置は耐火性金属（例えばプラチナ−ロジウム
合金）チューブ４０からなっており、同チューブは容器
の底部中心に装着されている。前記チューブ４ｏは溶融
材料と接触するのに適した耐火物であるのが好ましい中
央耐火性片４１中を延びている。前記チューブ４０は容
器の底部における残滓が出力流れ内に搬入されるのを防
止するために容器の底部表面北方へと延びている。耐火
性底部セクション４１はチューブ４０に向（プて下向き
に傾斜してより少ない肉厚とｌ↑す、従ってチコーブ近
くではより少ない熱絶縁性となってＪ３つ、かくて溶融
材がチューブ内ひ凍情するのを防止するべくチューブ内
の温度を北較的高温に保持している。中央耐火性セくｌ
シコン４１の下方及びチューブ４０のまわりにおいて付
加的冷却器４２及び４３が設けられて溶Ｍ（材を確実に
封じ込めることを保証している。

ガラスのＪ：うな溶融材料の重力送給排出口中の１・ん
机を」ントｌ］−ルリ“ろための種々の装置が当業界に
おいて知られている。これらのｔＡ置の多くはｉｙｉ記
材１１の粘度を１■作するのに排出チューブを可変的に
加熱又は冷ノ」１することによっている。排出デユープ
と接続された誘導コイルを用いるのがその一例であるｕ
ｌ、ｇ合によってはこれらのアプローチを本発明に採用
して満足すべき結果を得られることらあろうが、これら
のアプローチはガラスの大規模溶融の引合ある種の欠点
を有している。急速に流れでいる（例えば数百〜数千Ｋ
ｇ　、／時のオーダの）ガラス内の熱良は極めて大きい
ので、排出チューブの壁中における熱移転にＪ：り前記
流れの粘度を顕著に変えることは困難である。他方、前
記流量の制御を有効ならしめる程度に十分／よ熱交換が
行なわれる時には、ガラス粘度が温度に対して敏感であ
るため、当該流量を微細に修整することが困難となる。

溶融ガラスの流れをコントロールするために物理的流量
規制装置（「プランジャ」）が当業界において良く知ら
れている３、典型的なプランジャ装置は排出オリフィス
の下側端部と相互作用を行なう構造要素を溶融容：３内
に描えている。

そのよう装置は本発明にｄ３いて用いているような誘導
加熱される容器については不適当である１、従って、本
発明における溶融ガラス流コントロールのための好まし
い装置は排出チューブの下側端部と相互作用する外部に
設けた流れ規ｌｌ１ｌ　！！ｉ置を含んでいるｕｌつの
特に好適な装置が（＝１図に示されており、当該装置に
おいては、流線形かつ「沢滴」形状の要素５０が排出チ
ューブ４０よりわずか下方に隔置されて支持されており
、これらの間において１つの環状開口を形成している。

この開口中を溶融ガラスの流れが流れる。前記要素５ｏ
の垂直位置を変更することにより、前記環状開口の寸法
は変更可能であり、かくて溶融ガラスの流量が］ントロ
ールされる。前記流量コントロール要素５０は水平方向
に延びるアーム５１によって支持されており、当該アー
ム５１は定置装置５２上に装るされている。装置５２は
便宜的には闘械加工用切削テーブルとすることが可能で
あり、３次元的寸法調整ｉ能を備えているものが好まし
い。コヒーレントなガラスの流れを維持するために、前
記流量コントロール装置は収束流れパターンを促進する
ような形状とされている。前記要素５０のまわりを流れ
る溶融ガラスは前記要素の下側部分の収束表面に沿って
流れることにより単一流へと再結合される。加えるに、
前記アーム５１の溶融ガラス流れ内にある部分には第４
図に示す如く、倒立涙滴形状を付与することが可能であ
り、同部分は溶融ガラスがアーム上にはい出すのを防止
するために全長に沿って下向きに傾斜させられる。

このような形状により、前記装置は流動ガラス東線に最
小の乱れしか生じさせない。前記装置は最上側位置にお
いては確実な遮断を与え、排出チューブ下方に数ｃｍ下
げた時には実質的に広く開口したセツティング状態を与
える如く、広範囲にわたる確実な流量コントロールを行
なうことが出来る。

ここで用いている「涙滴」なる用語はその厳密な定義の
意味に限定されるものではなく、底部において幅狭な部
分へと傾斜していく種々の流線形状をも含むものである
。、製造の容易さのために、前記涙滴形状は円錐に半球
を結合した形状とするのが好ましい。他のバリエーショ
ンとして非円形の水平方向横断面形状又は非球状上側部
分を用いることが出来る。溶融ガラスと接触するので、
前記涙滴部材５０及びアーム５１はプラチナーロヂウム
合金でクラッドされたモリブデンから製造されるのが好
ましい。芯部はモリブデンよりも安価な金属又はセラミ
ック耐火物質から作り、貴金属でクラッドし、必要に応
じて内部冷却を施すことが可能と考えられる。

誘導加熱ヒータのための電気システムに対する図式的結
線図が第５図に示されている。３相６０１１ｚ交流によ
る典型的な電力供給源がインバータ６０に接続され、同
インバータは高周波の単相出力をトランス６１へと供給
する。前記トランス６１にはその２次側に複数個のタッ
プが設けられ、誘導コイル１１への電圧を必要に応じて
変更出来るようにされているのが好ましい。前記誘導コ
イル１１はコンデンサ６２と並列な関係をなしてトラン
ス６１の２次側に巻付けられている。前記コンデンサ６
２及び］コイル１はそれらの間にａｒｎ波かつ高電流の
共成回路を作っており、従って例えば−巻きの如く少数
巻きの誘導コイルの使用を許容している。電流が高いこ
とはコイルの巻数が小さいにもかかわらず高磁束が得ら
れることを意味しており、かくて同コイルには実質的な
誘導作用が与えられろ。別法として、磁束はコイル巻数
を増大することによって増大させることが可能であるが
、必要電圧が高くなるので、用いることの出来るインバ
ータの種類に対する制限が大きくなるという不利が生ず
る。周波数が１０ｋｌｌｚ迄ならば、ソリッドステート
のインバータを用いることが可能であり、同インバータ
は比較的高い変換効率と低価格を備えている。所望の全
静電容量を得るために典型的には、互いに並列に接続さ
れた複数個のコンデンサが採用されるｕ＃ｉ記共振回路
の周波数及び静電容量は次式にＪ：ってその関係が表わ
される。

ｆ＝共共同周波数ｌｌｚ）、 Ｌ＝コイルのインダクタンス（ヘンリ）、Ｃ＝Ｄ電容量
（ファラッド）である。

４導加熱コイルのための他の設計計算式は８９Ｍ、ベー
カ（Ｂａｈｅｒ　）によって、ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓ
ｔｉｔｕｔｅ　　ｏｆ　　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　　Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　　（Ｖｏ
ｌ、　　７６、　Ｐａｒｔ２．１９５７゜ｐｐ、３１”
−４０＞において述べられている。

第６図はコンデンサ６２の一形態を示しており、この場
合には同コンデンサは誘導コイル１１の脚を横切って装
着された水冷コンデンサの形態をとっている３、この形
態においては、前記コンデンサ６２　ｉ、を誘導コイル
内の間隙を架橋する状態で一列をなしｆ７いに重ね合ね
ゼで装着することの出来る幾つかのコンデンサの１つと
されている１、誘導コイル１１内の間隙の各剥土には半
径方向に延びる脚７０及び７１があり、同訓にはそれら
の外側端部においてそれぞれフランジ７２及び７３が設
けられ、同７ランジにはコンデンサ６２が装着されてい
る４、ねじを切ったターミナル支柱７４が各コンデンサ
の一方の側において同コンデンサの一方の極と連結され
、コイルの一方の側に設けたフランジ７２に接続されて
いる。またコンデンサの他の側にあって反対極と連結さ
れるターミナル７５は誘導コイルの他方の側において設
けたフランジ７３に接続されている。前記ターミナル７
４及び７５は管状であり、各コンデンサ６２の内部冷却
ＳＡ置に冷媒を与える冷媒ホース７６に接続されている
。誘導コイルの脚７０及び７１は絶、縁シム７７によっ
て互いから電気的に絶縁されている。

前記円筒状誘導コイル１１は耐火物容器に対する結合部
材として作用するのであるから、同コイルは脚７０及び
７１を互いに向けて偏倚せしめるボルト７８によって張
力状態に保持されている。ポルｉ〜７８のまわりには脚
を互いに遮断状態に維持するために非導電性のブッシン
グ７９を設Ｇプることが出来る。同様にして、コイルの
他方の側において、コイルの前記２つの半割円筒は半径
方向に延びるフランジ８１及び８２間に設りた導電性シ
ム８０とともに互いにボルト結合される。空の容器は最
初誘導コイルを遮断した状態において、補助ヒータを用
いて加熱される。前記容器が加熱され、同容器の耐火物
部分が膨圧するにつれて、円筒コイル１１の結合張力は
、ポル１〜をまわして円筒半割部材間の一方の結合部又
は固結合部にお【ノる間隙を広げることにより、徐々に
解放されろ。

最初は前記脚７Ｑ及び７１並びに前記７ランジ８１及び
８２は互いに接触した状態であり、容器が作動温度へと
予熱された後にはシム７７及び８０が挿入される。次に
電流を前記コイルに加えることか出来る１、 溶融ガラスの抵抗は温度とともに変化するが、す］！型
的／、ｌ値は約６〜１４オーム・ｃｍであり、これは誘
導加熱が通゛帛採用される材質にくらべて高い値である
。このことはガラス溶融のための誘導加熱システムを設
置１する際幾つかの利点をもたらす。

加熱されろ材ｒ１内にＪ３りる電流の貫通深さが誘導加
熱システムの段重１におけるキーポイントとなる。

通常は、加熱される材料の直径が電流貫通深さの約３１
８であることが推奨される（例えば英国特許明細占用１
，４３０，３８２号参照）が、溶融ガラスの場合には、
誘導加熱を溶融ガラス体に対しＣダｊ率的に行なうこと
は、同ガラス体の直径が前記電流貫通深さに等しいかこ
れＪ：りも小さい時に実現されることが判明している。

電流４通深さはガラスに対して次式によって計算するこ
とが出来ここに、 ｄ＝（：ｍで表わした電流貫通深さ、 ρ−ｏｈｍ　−ｃｒｔｒで表わした固有抵抗、ｆ＝Ｈｚ
で表わした周波数である。

これ迄は、ガラスを誘導加熱するためには（ｔめて大き
いコイルか極めて高い周波数が必要であると考えられて
おり、そのいずれもがガラスの誘導加熱を経済的に魅力
のないものにしていた。しｈＸし、全被加工物の直径と
電流貫通深さとの比を低くとったとすれば、ガラス収納
容器を比較的にコンパクトなものにしたとしても、電力
をガラスに対して効率的に移送することが出来、比較的
低９１周波数（例えば１ＱｋＨ２以°Ｆ）を採用するこ
とが出来る６もしも容器の寸法を増大した時に（よ、前
記周波数は更に低下させることが出来ろ。

溶融ガラスに適用した場合の誘導加熱の幾つｂＸの理論
的特徴はＢ、　５ｃｏｔｔ及びｔｌ、　Ｒａｗｓｏｎに
よって、Ｇｌａｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｖｏｌ、
　　１４．　Ｎｏ、　　５゜０ｃｔｏｂｅｒ　１９７３
．　ｌ）ｐ、　１１５〜１２４　＞において議論されて
いる。

誘導コイル設計において通常採用される方策によれば、
コイルの長さはその直径に等しくするｈＸ又はそれより
大きくするべきであり、この方策は本発明にｄ３いて（
、）等しく適用可能である。溶融物に対する効率的な電
力の移送はコイル長さをその直径に等しくすることで得
られるが、より長いコイルを用いれば更に効率的な電力
移送が可能となるであろう。耐火物容器の内径は予想生
産量及び滞留時間条件によって決定される。水門ａ書で
説明されている投合容器壁１造は溶融物を少ない専有体
積で閉込めることを可能としており、同容器の外径を実
質的に誘導コイルの直径と同一にすることを可能として
いる。容器の内径とコイル径との差を小さくすると、磁
束をより有効的に利用して溶融物内に電流を誘起せしめ
、実際的な電流容量に対しても単一巻きコイルの使用を
可能とするという利点が得られる。体積が与えられてい
る場合、一般的には容器の高さを減少して壁中の熱損失
面積を減少させることが望ましい。容器の高さは、加熱
すべき材料を最大磁束の領域に位置させるべく１通常コ
イル長さにほぼ対応するものとなる。前記溶融物にはコ
イルのわずか上方及び下方に至る付加的深さを設けるこ
とが好ましい。ガラスを溶融する時には、特にコイル下
方に付加的深さを設りて、溶融ガラスがコイル領域内の
ピーク温度を通過した後から容器より排出させる以面迄
に至る滞留時間を付加せしめることが好ましいことが判
明している。この付加的滞留時間は気泡が溶融物から逃
げ出すことを許容するのに、かつ又場合によっては、溶
融ガラスが供給されろ成形工程での必要条件とより良く
適合する温度へと同ガラスが冷却されることを許容する
のに右利である。

コイル下方における約１時間の滞留時間が有利であるこ
とが判明している。構造的に言うならば、容器のコイル
下方の内側深さは少なくともコイル直径の１．／２のオ
ーダとすることが出来る。

ガラスは高温においてのみ誘導電流の影響を顕著に受け
る。例えば、ソーダー石灰−シリカガラスは適当な電圧
範囲においては１２００℃（２２００°Ｆ）で被誘導加
熱体（５ｕｃｅｐｔｏｒ＞となる。従って、誘導加熱プ
ロセスは補助加熱装置によって溶融ガラス体を供給する
ことで開始される。

いったんガラスが誘導加熱可能状態となる（好ましくは
約１４　ｏｌｏｎ　−ｃｍＪス下の固有抵抗において）
と、未加熱の原材料ガラスバッチ材を誘導加熱ヒータに
送給可能となり、溶融は完全に前記ヒータ内で行なうこ
とが出来る。しかしながら、前記ガラスバッチ材を別個
の段階で液体化し、この液体化された材料をして同材料
が誘導加熱可能となる温度にして誘導ヒータへ送給する
ことが好ましい。

その場合には、前記誘導ヒータの芸能はガラスの温度を
上昇させて溶融プロセスを完了させるとともに、特に同
ガラスを精整する、即ちガス状介入物を溶融ガラスから
追放することにある。平板ガラス級のソーダー石灰−シ
リカガラスの場合には、Ｖｉ整のための必要温度は典型
的には少なくとも約１４２５℃（２６００°Ｆ）である
。異なる材料は異なる温度で液化するであろうが、ソー
ダー石灰−シリカガラスは約１２００℃（２２００°Ｆ
）から約１３１５℃（２４００°Ｆ）の湿度で典型的に
は液化し誘導ヒータに送給可能となる。なお前記約１２
００℃〜１３１５℃の温度にＪ３いて前記ソーダガラス
は誘導電流に対して反応性となろ（誘導加熱が可能とな
る）。

ガラスバッチには溶融及び精整を助けるために、通常硫
黄ナトリウム（ソールトケーキ）である硫黄化合物が慣
用的に混入されている。前記硫黄化合物の分解量は極め
て揮発性に富んでいるので、前記硫黄化合物は理論的に
必要とされるよりかなり過剰な量だけガラスバッチに添
加し、硫黄のある吊が溶融の初期段階において生き残り
、溶融物に存在する硫黄が精整段階を助けろということ
が行なわれている。前記硫黄化合物はそれらがガス状産
出物へと分解するため、同化合物はガラス溶融作業にお
いて生ずる望ましくない放出部の顕著な源となっている
。従って、最近においては、ガラス製造において用いら
れる硫黄の量を最少にしようとする諸努力が行なわれて
いる。ガラスをしてそのバッチに硫黄添加物を用いるこ
となく、本発明により溶融させ、精整させ得ることは右
利な点である。しかしながら、幾分の硫黄が存在するこ
とは精整工程中において右利であると考えらる。

本発明に４３いては、それが２段階の液化及び精整プロ
セスとして実絶される時には、溶融物内に、精整段階に
おいても存在し得る程の高％の硫黄成分を保持ぜし・め
ることが可能なることが判明している。これは、特別な
液化段階においてガラスバッチを急速に液化しく７るの
で、気化により失なわれる硫黄が少なく、大部分の硫黄
が精整容器内に搬込されるためであると考えられる。従
って、前記バッチに少（１％、の硫黄を添加するだけで
も硫黄の存右下に、１月）る精整の諸利点を得ることが
出来る。

巾６）で３パーツ又はそれ以下のソールトケーキを重量
で１０００パーツの砂内に入れたものをバッチＦノアに
混入することで、本発明の誘導的に加熱された精整域に
は顕著な予の硫黄を提供可能なることか判明している。

他方、１０００パーツ（重量）の砂に３パーツ（重量）
以上のソールトケーキを入れたｌ易合には誘導的に加熱
された容器に過剰な気泡が生ずることも判明している。

２パーツのソール］・ケーキを１０００パーツの砂にＵ
人したものが好まし・い。

Ｉｆ、ｆ：ｉ選択的には、第１図に示した水冷気泡発生
チューブ９０のような気泡発生器を誘導加熱容器の底部
に設＋ｊることが出来る。もしもより高温の溶融物をに
り低温の下側領域へと大いに循環させて、同下側領域が
不当に冷却され、チューブ４０中の排出速度が許容出来
ぬ程に減少するのを防止してやる必要が生じた場合には
そのような気泡発生装置を用いることが出来る８ 刑 はぼ付図において説明したよう／Ｚ容器において、１０
トン、７日（９，０００Ｋｇ、／時）のソーダー石灰−
シリカガラスが成功裏に処理された。誘導コイルは１．
５′ｒｒＬ（６０インデクの直径及び高さを備えており
、コイルの底部は耐火性容器の底部上方１Ｔ几（４０イ
ンチ）に配置された。容器内の溶融材料の１ノベルは誘
導コイルの頂部上方的１０ｃｍ（４インチ）の地点に維
持された。耐火物の内側層はＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎａ社から市販されているＣ１ｔｅｒ
ｏｎ　ＡＺＳで構成され、２５ｃｍ（１０インチ）の厚
味を備えていた。外側耐火物はｒ　ｉ　ｎｄ　ｌ　ｅｙ
Ｒｅｆｒａｃｔｏｒ　ｉｅｓ社から市販されているＦｉ
ｎｓｕｌａｔｉｏｎ　　　・低密度粘１１１酎大物であ
り、ｊツ味は５ｃｍ＜２インチ）であった３、前記外側
耐火物の熱伝Ｓ率は操業条件下にｄ３いて、前記内側耐
火物のそれの約１／１０であると推定される。コイルは
６＃（１，／４　）厚の銅製て゛ある。ガラスのバッチ
は約１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度において多液化
され誘導加熱容器へと送給され、コイルの領域内では約
１５４０℃（２８００°Ｆ）のピーク湿度が達成された
。コイル下方の領域においては、ガラス温度は容器から
排出される以前にａ３いて約１４２５°Ｃ（２６００’
Ｆ　）に低下していた。操業が安定化した状態にＪ３い
ては、コイルには６５０　Ｖ　ＲＭ　Ｓに、１３い−（
、かつ９．６ｋｌｌｚの周波数において約１１Ｑｋｌｌ
の電力が供給されていた。。

前述の４体的な記述は本発明の好ましい態様を開示する
目的のため、特定の実施例を対象としたが、特許請求の
範囲に記載の本発明の精神及び範囲からだｌ脱すること
なく、当業者ならば他の修整例及び変史例を案出可能な
ることを理解されたい、。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘導加熱装置の好ましい実施例の
垂直方向横断面図、 第２図は第１図の線２−２に沿って眺めた第１図の装置
の水平方向横断面図、 第３図は第１図の容器の底部部分の拡大して描ける横断
面図であり、排出及び配は装置の詳細を示す図、 第４図は第３図の線４−４に沿って眺めた前記配遣装置
の支持アームの横断面図、 第５図は本発明の誘導加熱ヒータに含まれる電気回路の
概略的ダイヤグラム図、 第６図は第２図のコイルターミナル部分の拡大図である
。 １０・・・誘導コイル、１１，１２・・・半割円筒。 １３・・・冷却チューブ、２０・・・耐火性ブロック、
２１・・・外側耐火性ブロック、２２・・・耐火性蓋部
材、２３・・・開口、２／ｌ・・・す゛−ジホツパ、３
０，３１゜３２・・・容器の底部構造体、４０・・・ド
レーン、４１・・・耐火性底部セクション、５０・・・
「涙滴ｊ要素、５１・・・アーム、６０，６１，１１．
６２・・・誘導加熱電気システム

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. （１）材料の溶融方法であつて、 粉体状材料の流れを、第１の容器にして、該容器内にお
   いて前記材料が傾斜表面上に支持され、主として放射熱
   転換によつて液化される第１の容器に送給する段階と、 前記液化された材料を前記第１の容器から第２の容器へ
   と排出する段階と、 前記第２の容器内において、同容器に保持されたある体
   積の前記液化された材料上に交番磁界を課すことで同液
   化材料の温度を増大させ、以つて前記液化材料内に電流
   を誘起せしめる段階とを有する溶融方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記材料を溶融するための熱エネルギの大部分は同材料が
   前記第２の容器内に進入する以前に付与されていること
   を特徴とする溶融方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、溶
   融される前記材料はガラス製造用材料を有していること
   を特徴とする溶融方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記第２の容器内の液化された材料は溶融ガラスを有する
   ことを特徴とする溶融方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、更
   に前記液化された材料を前記第２の容器から排出する段
   階が含まれていることを特徴とする溶融方法。
6. （６）特許請求の範囲第５項に記載の方法において、前
   記液化された材料は前記第１の容器の底部及び前記第２
   の容器の底部から排出されることを特徴とする溶融方法
   。
7. （７）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記液化された材料の温度を増大させる段階は前記第２の
   容器の第１の領域内で実施されており、その後前記液化
   された材料は前記第２の容器の第２の領域へと通過させ
   られ、同領域にて前記材料は更に温度が増大することな
   くある時間が経過する迄滞留することを特徴とする溶融
   方法。
8. （８）特許請求の範囲第７項に記載の溶融方法において
   、前記液化された材料は前記第１の領域から前記第２の
   領域へと垂直方向に通過させられることを特徴とする溶
   融方法。
9. （９）特許請求の範囲第７項に記載の方法において、前
   記液化された材料の温度は前記第２の領域で減少させら
   れることを特徴とする溶融方法。
10. （１０）特許請求の範囲第７項に記載の方法において、
    前記第２の領域において前記液化された材料には、同材
    料からガス状の介在物を追放するため十分な滞留時間が
    与えられることを特徴とする溶融方法。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の方法において
    、液化材料の前記第２の領域内における平均滞留時間は
    少なくとも１時間であることを特徴とする溶融方法。
12. （１２）特許請求の範囲第３項に記載の方法において、
    前記液化された材料は１２００〜１３２０℃（２２００
    〜２４００°Ｆ）の温度において前記第２の容器に進入
    することを特徴とする溶融方法。
13. （１３）特許請求の範囲第１２項に記載の方法において
    、前記液化された材料の温度は前記第２の容器内におい
    て１４２０〜１５４０℃（２６００〜２８００°Ｆ）へ
    と増大されることを特徴とする溶融方法。
14. （１４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
    前記粉体状材料は、重量で１０００パーツの砂に対して
    重量で４パーツを越えない含有率に等しい硫黄含有量を
    備えたガラスバッチ材を有することを特徴とする溶融方
    法。
15. （１５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
    前記電磁界は前記第２の容器のまわりに延びるコイル中
    に交流を通過させることにより作られていることを特徴
    とする溶融方法。
16. （１６）特許請求の範囲第１５項に記載の方法において
    、前記交流の周波数は約１０ｋＨｚを越えないことを特
    徴とする溶融方法。
17. （１７）特許請求の範囲第１６項に記載の方法において
    、前記コイルは単一巻きを備えていることを特徴とする
    溶融方法。
18. （１８）ガス状介在物を含有する溶融材料の誘導加熱方
    法であつて、 誘導コイルによつて取囲まれた容器の活性加熱領域内に
    おいて前記材料を交流磁界にさらし、同材料内に電流を
    誘起せしめ、以つて同材料を加熱する段階と、 前記加熱された材料をして前記誘導コイル下方の容器内
    非活性領域へと通過せしめる段階と、前記非活性領域内
    において、前記材料が前記容器から排出される以前に平
    均１時間だけ同材料を保持する段階とを有する誘導加熱
    方法。
19. （１９）特許請求の範囲第１８項に記載の方法において
    、前記材料の温度は前記活性加熱領域内において増大さ
    れ、前記非活性領域内において減少させることを特徴と
    する誘導加熱方法。
20. （２０）特許請求の範囲第１８項に記載の方法において
    、前記非活性領域内においてはガス状介在物を減少させ
    る条件が維持されることを特徴とする誘導加熱方法。
21. （２１）特許請求の範囲第２０項に記載の方法において
    、前記材料は溶融ガラスであることを特徴とする誘導加
    熱方法。
22. （２２）材料の溶融装置であつて、 第１の容器にして、粉体状材料の流れを送給するための
    装置と、前記進入材料を収納して液化された材料を前記
    容器から排出するようにされた傾斜表面と、前記容器に
    送給された粉体状材料を液化するための放射加熱装置を
    備える第１の容器と、前記第１の容器から排出された液
    化材料を収納するようにされた第２の容器にして、前記
    第２の容器内に保持された液化材料上に交流電磁界を課
    し、同液化材料の温度を増大させるための装置を備えて
    いる第２の容器とを有する溶融装置。
23. （２３）特許請求の範囲第２２項に記載の溶融装置にお
    いて、前記第２の容器は、 前記液化材料の流体圧力によつて同液化材料の流れを前
    記第２の容器から通過させるためのドレーンオリフィス
    装置にして、同オリフィス装置は前記容器内の内部開口
    と前記容器の外側における外部開口とを備えているドレ
    ーンオリフィス装置と、 前記外部開口と協働して前記容器からの液化材料の流量
    を規制するための流量規制装置にして、同規制装置は、
    底部部分において下向きに収束する表面を備えた前記外
    部開口と垂直方向に整合した球根状部材と、前記球根状
    部材の一方の側面から延びる支持アームを含んでおり、
    前記アームは前記球根状部材に向けて下向きに傾斜する
    部分を同球根状部材近傍に備えており、更に前記規制装
    置は前記アームと係合して同アーム及び前記球根状部材
    の立面上位置を調節するための装置を含んでいる流量規
    制装置とを含んでいることを特徴とする溶融装置。
24. （２４）特許請求の範囲第２３項に記載の溶融装置にお
    いて、前記オリフィス装置は前記容器の壁中を延びる管
    状部材を有していることを特徴とする溶融装置。
25. （２５）特許請求の範囲第２３項に記載の溶融装置にお
    いて、前記球根状部材は耐火性金属からなる表面を備え
    ていることを特徴とする溶融装置。
26. （２６）特許請求の範囲第２５項に記載の溶融装置にお
    いて、前記球根状部材の表面はプラチナ又はその合金か
    らなつていることを特徴とする溶融装置。
27. （２７）溶融材料の誘導加熱装置であつて、溶融材料体
    を入れるようにされた直立容器と、同容器の上側部分に
    設けた取入口開口と、同容器の下側部分に設けた取出口
    開口と、前記取入口と取出口開口の間における前記容器
    の活性加熱領域を取囲む誘導コイルとを有しており、前
    記活性加熱領域は、同領域と前記取出口開口の間を通過
    する溶融材料のために少なくとも約１時間の平均滞留時
    間を与えるべく、前記取出口開口上方へ実質的な距離離
    れた地点で終結している誘導加熱装置。