JPS6235972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熔融プロセスの最初のステツプとし
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。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を含
むガラスの熔融に適用できる。しかし、この発明
は、一般に流動し得る基本的には固体状態の原料
を熔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、冶金の熔融型操作や単一又は多数成分から成
るセラミツクス、金属又は他の物質の熔融を含
む。

燃焼して加熱するガラス熔融炉又は他の熔融プ
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識されてい
る。従来、蓄熱装置や復熱装置が熔融プロセスの
炉から熱を回収するために採用されてきたが、そ
の効率は要求よりも低いものである。更に、蓄熱
装置や復熱装置は大型で、コストがかかり、性態
が低下しやすいものである。蓄熱装置や復熱装置
により燃焼空気を予熱する代りに、供給原料によ
る廃熱回収が提案されている。これらの提案はい
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り実施化が阻止されて
いる。この問題を克服するために、粉状の供給原
料を塊にし（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バツチ
原料の使用によつても完全には避けることはでき
ないことが判明した。従つて、本発明の一つの側
面は前述の欠点を避けながらバツチ原料を予熱す
ることにより廃熱を回収することに関する。

乾燥した粉末のバツチ原料が撤きちらされるこ
とは、従来の熔融炉へバツチ原料を供給する場合
にも同様に問題である。この問題はバツチ原料を
湿らす（例えば、水により）ことによつて克服す
ることが一般的な手段である。しかし、バツチ原
料をかなりな程度まで予熱することはバツチ原料
を湿つた状態に維持することを妨げる。

熔融炉からの廃熱はバツチ原料中の有益な反応
を起させる温度でしばしば利用されるけれども、
バツチ原料の予熱は高温ではバツチ原料の熔融が
開始されると予熱装置の閉塞が生じるため、しば
しば比較的低温に制限される。例えば、炭酸塩か
らなるバツチ原料をその原料の〓焼温度まで予熱
することによつて、商業上のガラス熔融操作で代
表的に用いられる前記炭酸塩のバツチ原料を夫々
の酸化物に転化することが望ましいが、以前はバ
ツチ原料のうちの炭酸ナトリウム成分の比較的低
い熔融温度に制限されるものと一般に考えられて
おり、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。

クンクル及びマテサの米国特許No.4381934には
多量のバツ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ツチ液化プロセス
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にその排ガスから熱を回収す
ることが望ましい。特に、直接熱をバツチ原料の
供給流中に回収することが望ましい。

粉末原料を熔融するに際しては、ガスが熔融生
産物中に入り込むことがあり、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。熔融物
からのある種類のガス除去は他の場合（例えば、
熔融ガラスの場合の窒素）に比べより困難である
かもしれない。これらのガスが熔融物中に入り込
まないようにバツチ原料の予備処理の一部として
バツ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No.3508742及びNo.3607190はガラスのバ
ツ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No.3082102
はガラスのバツチ原料のペレツト（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
が起る温度より低く維持すべきことを示してい
る。

排ガスからの熱回収を含む多段熔融プロセスお
よび装置はエツチ、エム、ダマレスト、ジユニア
によつて1983年７月25日出願された米国特許出願
第516817号、およびエツチ、エム、ダマレスト、
ジユニアとジエー、エム、マテサによつて1983年
８月３日に出願された米国特許出願第519949号の
主題である。これらの発明はバツチ予熱段階と強
められた化段階との結合を必然的に伴う。そのよ
うな装置の場合に遭遇する困難は、早まつて液化
が始まること、あるいはその二つの段階間の移行
域でのバツチの凝集である。この問題に取りかか
ることが本発明の目的である。バツチの供給位置
を調節し得ることは、バツチ原料で被覆された回
転液化容器に関して特に重要である。

（発明の概要） 本発明は、燃焼熔融プロセスからの廃熱が排ガ
ス流を熔融プロセスへ供給されるばらばらのバツ
チ原料と直接接触するように通過させることによ
り回収される方法及び装置に関する。本発明の一
側面においては、熔融炉へ別の流れで供給される
バツチ原料のうちの比較的低い熔融温度の成分の
不在下で、炭酸塩を含むバツチ原料が炭酸塩を酸
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熔融プロセスにおいては、〓
焼のための予熱を受ける原料は石灰石及び／又は
ドロマイトを含み、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〓焼温度まで予熱されるバ
ツチ原料の一部に含まれてよい。好ましい態様に
おいては、バツ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熔融容器により達成さ
れる。

二段熔融操作の別な側面は熱がバツチ原料と排
ガス流との間の直接接触により回収されるとき、
個々の微粒子から成るバツチ原料が排ガス流に随
伴されるという問題を任意に取り扱う。排ガスと
バツチ原料間で十分な向流接触させることによ
り、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、それによつて熱回収容器
の低温側で湿つた状態が生じる。この湿つた状態
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ツチ原
料から同伴された微粒子と同じく熔融容器からの
微粒子も含む。熔融容器を加熱する燃焼手段とし
て空気の代り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ツチ原料からの随
伴は少くなる。水蒸気濃度が高くなると露点が高
くなることにより、バツチ原料がより効率的に湿
らされる。

熔融容器の燃焼手段として空気よりむしろ酸素
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。窒素の気泡は熔
融ガラスから除去することが比較的難しいので、
熔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。そのことにより実質的
に窒素を含有しない排ガス流との直接接触による
バツチ原料の予熱はバツチ原料から空気を取り除
くことになり、その結果熔融炉への窒素の侵入を
紡ぐ。

本発明によるバツチ原料の予熱は、前記米国特
許No.4381934に記載された除去機能を強化したバ
ツチ液化装置と組み合わせると特に有利である。
バツチ原料の予熱はバツチ原料の液化にとつて必
要な熱量を減少させるが、このことは理論的には
熔融炉からより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熔融炉では完
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ツプは熔融される
バツチ原料のかたまり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No.4381934のバツ
チ液化装置は傾斜をつけた熔融表面を設けるこ
と、および液化原料の急速排出設備により液化さ
れたバツチ原料の流出又は“除去”を強化するよ
うに適合される。従つてこれら装置はバツチ原料
の予熱により達成され得るより高い生産量を得る
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つては、米国特
許No.4381934のバツチ液化装置は特に有利であ
る。特に、バツ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熔融炉に比し、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る。

米国特許No.4381934のバツチ液化装置は乾燥し
た粉末のバツチ原料を受け入れることができる。
それ故、本発明によれば、乾燥した予熱バツチ原
料を直接液化段階に供給してもよい。

本発明が属する操作のタイプはまた二段バツチ
液化プロセスとしても特徴づけられ、バツチ原料
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りと輸送
され、それから予熱されたバツチ原料が勾配のあ
る表面上に置かれ強力加熱により急激に液化され
る第二ゾーンへ移送される。そして液化されたバ
ツチ原料は第二ゾーンから流出する。このプロセ
スはバツ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。第一ゾーンではバツチ原料が自由に
流れている限り、バツ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ツチ原料を
完全に加熱するためにバツチ原料を撹拌すること
ができる。第二段階は比較的小スペースにおいて
バツチ原料を強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。第二段階でのバツチ
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。それにより強力
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ツチ原料への熱移
動を最大にするため、バツチ原料は好ましくは比
較的ゆつくり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くりした原料輸送
は、バツ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、バツチ原料の温度が
その構成成分の一つの融点に近づくと液相が生
じ、結果としてバツチ原料の粒子間で結合が起
り、次いでバツチ原料の有害な塊状化が生じる。
そしてそれは第一ゾーンの閉塞と第二ゾーンでの
一様でない熔融を生起させる。それ故、バツチ原
料がこの条件に近づいたときには、バツチ原料は
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。第二段階はバツチ原料への遠心力が
十分であり、第二段容器の内側にバツチ原料を被
覆層として維持できるに足る十分な大きさの回転
速度により特徴づけられる。第一段容器の回転速
度は、他方バツチ原料への遠心力が十分となる速
度より小さくするが、バツチ原料はキルンの傾斜
によりキルンの長さに沿つて輸送されるのでバツ
チ原料のひつくり返り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
により加熱され、第二段階は主として輌射により
加熱されることである。

本発明は前述した熔融プロセスのタイプである
予熱温度と液化段階の間の移行を提供するもので
ある。その移行はお互いの段階の間隔をあけるこ
と及び予熱されたバツチ流から排ガス流が分離さ
れることを必然的に伴なう。結果として、液化段
階からの放射熱が少くとも予熱段階から部分的に
遮蔽され、しかして予熱段階の出口端でのバツチ
の過熱が防止される。二段の間の間隔を与えるの
に加えて、移行域は予熱器を出るバツチ原料から
予熱器に入る高温排ガスを隔離する。このことも
該バツチ原料の過熱を回避することに役立つ。こ
の隔離は、バツチ流から離れて間隔のあけられた
予熱器（好ましくは、ロータリーキルン）の内側
部でほぼ該予熱器の出口まで排ガスを液化容器か
ら運ぶダクトによつて達成される。その予熱され
たバツチは、排ガスダクトの外側路に沿つて液化
段階まで運ばれる。

バツチ原料のための別の供給路を与えること
は、その上そのバツチ原料を液化段階における制
御された位置まで導く際の融通自在性のために有
利である。予熱段階を経由する移行がなければ、
バツチ原料は直接液化容器へ投入され、その場所
は、予熱容器と液化容器の相対的な位置関係によ
り決められるだろう。そしてそれは変更すること
が極めて難しいものであろう。

本発明のより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、本発明はガラス熔融に特に有益であること
が判つており、その詳細な記述は特にガラスの熔
融に関するものであるけれども、一方本発明は粉
末の供給原料から熱で液化される他の原料で実施
され得るものである。

第１図にバツチ原料と排ガスを向流で通過させ
るとともに、予熱されたバツチ原料を液化容器１
２へ供給するロータリー キルン１０が示されて
いる。バツチ原料は連続計量装置１３から配送管
１４を通つてロータリー キルン１０の入口又は
“低温”側へ供給される。ロータリー キルン自
体はバツチ混合機として使用されるものであるの
で、バツ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、又個々の成分を別別
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ツチ
原料処方の一例は次の通りである。

砂 1000部／重量 ソーダ灰 315 石灰石 84 ドロマイト 242 塩 塊 10 ベんがら 0.75 他の鉱物源が代りに又は付加物としてときどき
採用される。一般に、バツチ原料はまた全バツチ
重量の20〜40％程度カレツト（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％カレツトを含むようなカレツトの量に
も適応できる。前記バツチ原料処方は概略次のガ
ラスを産出する。

SiO₂ 73.10重量パーセント Na₂O 13.75パーセント CaO 8.85パーセント MgO パーセント3.85パーセント Al₂O₃ 0.10パーセント Fe₂O₃ 0.10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
出箱により囲まれている。ダクト１６はロータリ
ーキルンを通して排ガスを引つぱるとともに、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アン（図示せず）へ導か
れている。

ロータリーキルン中で〓焼が起ることになるこ
れらの実施の態様では、ソーダ灰やカレツトのよ
うなバツ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
供給される。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
起り、1600〓（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つている。
バツチ原料の粒子が互いに付着を起すようなソー
ダ灰の熔融を避けるための〓焼方式で操作すると
きには、1564〓（851℃）の熔融温度を持つソー
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
ソーダ灰の代りに時々代用される苛性ソーダは、
同じく好ましい〓焼温度より低い熔融温度を持
つ。従つて〓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。〓焼は液化容器での熱負
荷を減少させる利点を有し、又、それはバツチ原
料が液化される前に熔融原料から化学的に含有さ
れる二酸化炭素を除去し、そのため熔融ガラス中
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。従つて、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りむし
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。板ガラスのカレツトは1200〓
（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、バツチ原
料の主要成分である砂は、〓焼温度でロータリー
キルンを通して都合よく石灰石やドロマイトを判
う。予熱されるほかに、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
とが判つた。ナトリウム源がない場合、ガラスの
バツチ原料はそれが凝集せず約2400〓（1300℃）
まで加熱することができる。

ロータリーキルン１０はバツチ原料を低温側か
ら高温側へ重力をひつくり返り（tumbling）に
より移送するために、水平より少し傾斜した円筒
軸のまわりを回転するため設けられた円筒鋼製シ
エル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つたキルンの
基本的パラメータに関係する。

ｔ＝2.28L／NDS ここで、 ｔ：滞留時間、分（minutes） Ｄ：直径、フイート（feet） Ｌ：長さ、フイート（feet） Ｎ：回転速度、rpm Ｓ：勾配、インチ／フツト（inches per foot.） ロータリーキルンにおける滞留時間は熔融操作
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。

熱損失を妨ぐために、ロータリーキルン１０を
絶縁することが好ましい。絶縁は鋼製シエル２０
の外部に当てた耐火毛布によつてもよく、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、シエル２０の内部にセラミツクのラ
イニングをしたものであつてもよい。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り高温部で高温
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
物の流れに入つた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り鋼製ライニ
ングの方が好ましい。

ロータリーキルンの熱伝達はバツチ原料の撹
拌、それは一面キルンの回転速度の作用である
が、これによつて影響され、そしてそれはキルン
の内部構造により増加され得る。熱伝達を改善す
るバツ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り、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。高温側に近いキルンの内
側周囲にはキルンの内壁から内方へ放射状に延び
ているセラミツクの突起（金属でライニングされ
ている区域の場合には金属）であり、バツチ原料
を持上げ熱ガスを通してそれを落とさせる作用を
する多数のリフター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
面図からわ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り発
生するであろうバツチ原料のどんな凝集も粉砕す
るのに役立つ多数の鎖２８で花鋼に作られる。バ
ツフル配置によつて規定される撹拌量又は回転速
度は排ガス流へバツチの過剰量の同伴を引起こす
ほ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No.4381934に開示され
た型のものであり、これの開示は参考のためここ
に取り入れられている。好ましい実施の態様はバ
ツチ原料の安定層が実質的に垂直な回転軸により
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より成る。ドラムは、しかしながら、真つす
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３６によつて支持されており、そのフレ
ーム３６は多数の支持ローラ３７と整列されたロ
ーラ３８へ、ドラムの中心線に対応する一般には
垂直軸まわりの回転のため配備されている。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ブシユ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４
０の環でライニングされてよい。ブシユ４１は多
数のセラミツクの切り片で構成される。ブシユ４
１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。上方の丸屋根となつて
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
ための開口４５を有する。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る。

排ガスは蓋を貫通する開口４７を通つて上方へ
逃げ排出ダクト４８へ入る。バツチ原料は開口４
７を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。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クト又は蒸気を
も捕捉するために備えられる。

液化容器内では未熔融のバツチ５３の安定層が
燃焼が起つ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。安定層５３は最初は加熱
しないで回転しているドラム３５へバツチを供給
することによつて望ましい放物面形状に形成され
る。最初のバツ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。熔融の間、投下装置
５０を通してのバツチの連続供給はドラムが回転
する際、安定バツチ層表面へバツチを分配させる
ようにする。バーナ４６からの熱はバツチの一時
的な層を液化させ、底部開口４２を通して下方へ
安定層５３上を流れさせる。液化されたバツチは
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５５内に集められ
る。

液化室の少くとも上部では熔融しているバツチ
の一時的な層は垂直に対し鋭角でささえられる。
微粒子のバツチ原料は傾斜を流れ落ちるのに摩擦
抵抗があるが、原料が熱エネルギーによつて液化
されるや否や、この抵抗は実質的に減的し、液化
された原料はすぐ下方に流れ、新たに供給された
バツチ原料が一時的な層におけるその位置を示め
す。液化容器の回転は傾斜された熔融表面を維持
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ツ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る。

Ｈ＝μＲ＋（２π^２ω²R²）／ｇ ここで、 Ｈ＝回転軸に平行方向であるバツチ表面上のある
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 摩擦係数は止まつて動かない角度の正接
（tangent）として選ばれ、乾燥ガラスのバツチの
場合には代表的には約35゜である。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
を決める場合に採用される。

一時的な層５４の液化バツチは単なる追加のバ
ツチ原料から実質的に構成される支持表面上を流
れ、これにより耐火物質との汚染を生じる接触が
回避される。更に、ガラスのバツチ原料は良好な
熱絶縁体であるので、十分な厚さで安定なバツチ
層５３を設けること熱劣化から下にある支持構造
を保護する。容器はこのような腐食性の熔融原料
との接触からと同じく熱的にも保護されているの
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に寛大になり得る。
このように炉の建設において達成される節約は実
質的なものとなり得る。更に、ドラム３５は安定
バツチ層の絶縁効果により保護されるので、外部
の冷却は必要なく、従つて熔融プロセスから有益
な熱の抜出しを避けられる。更に、汚染されてい
ない絶縁のバツチライニングが加熱された空洞を
取り囲むので、従来の耐火性熔融炉、例えば酸素
燃焼のバーナ、プラズマトーチ又は電気アークに
おいて使用されるより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。

バツチが流れ出すようになる温度は特定のバツ
チの法則、特に最も低い熔融温度をもつ成分の量
及び熔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ツチは約2000〓（1090℃）
から2100〓（1150℃）で液化することが分つてい
る。液化された原料はそれが流動状態になるとす
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ツ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ツチは典型的
には約2100〓（1150℃）から約2300〓（1260℃）
の温度で容器から流れることがわかる。熱は従来
のガラス熔融器で達成される温度よりかなり低い
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。従つてより高温の熱源によつて与えられるよ
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。上述した高温
熱源の使用は又、空気で運ばれる窒素の除去によ
り排ガス容量を減少させるためにも有効である。
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
キヤリア・ガスを持つプラズマトーチの使用は、
特に〓焼されたバツ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
1983年６月２日に出願された米国特許出願No.
500542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り与えることができ
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にあ
る。そのため、窒素の除去は燃焼により生み出さ
れる二酸化炭素及び／又は水を稀薄にすることを
避け、エネルギーの発射を強める。窒素除去の利
益は徐々に達成され、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、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熔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り
得る。例えばガラス生産プロセスにおいて、ガラ
スのバツチに比較すると、ガラスのより高い熱伝
導性により、より厚い層が必要とされるけれども
粉末にしたカレツト（くずガラス）が安定層を構
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“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、安定層はそれが熔融
又は反応して生産物の流れへかなりの量の異質成
分が入つてこ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
らの混合物であつても良い。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ようど
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り
やすいレベルより下方の安定層の部分に異つた材
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
えば砂又はセラミツク粒子）から構成され得る。

用語の“一時的”と“安定な”は関連してお
り、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。“一時的”と
“安定な”の用語の使用は、その間の界面の小さ
い変動が起り得る可能性を妨げることを意味しな
い。基本的な区別は一時的な層として記述される
領域は熔融と流動により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熔融と流動には関与
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。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３図の配置は本発明の
特徴である。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
キルン壁とそこの原料を過熱する液化容器からの
放射エネルギーによりロータリーキルン壁への原
料の粘着を起すことが分つた。この問題はロータ
リーキルンと液化室の間でバツチを運ぶための投
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により克服され
る。突出部６１は排ガスのガラスのバツチ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６
２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ツ
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３図の幻影に示す）を設け
てもよい。

バツチ投下装置５０はバツ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に面する冷た
い前部プレート７０を備えていてもよい。バツチ
投下装置５０の他の特徴は装置の出口端で、落下
するバツチを調節して液化室の安定バツチ層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、水で冷却されたバツフル７１を含むこと
である。セラミツクプレート７２が放射熱からド
ラム頂部を保護するために、同じく投下装置５０
の出口端に設けられる。万一液化室へのバツチ原
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がバツ
チ投下装置の入口に設けられ、それはロータリー
キルンから来るバツチを排出シユート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２
０から放射状に延びる環状フイン７６を支えてい
るテフロン（Teflon）合成ポリマー又はグラフア
イトのシール７５により与えられる。シール設備
は環状ハウジング７７によつて囲まれていてもよ
い。

セラミツクプレート７８と７９が、夫々さらに
熱的防護を与えるために投下装置５０とバツフル
７１上に貼付されてもよい。

第４図を参照すると、ロータリーキルンで予熱
されるバツ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〓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ツトを液化室へ供給する
のに用いられる。補助供給装置８０はホツパー８
１、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ユー型供給装置でよく、液
化室の蓋の開口４７を通して原料を安定バツチ層
５３の上部端の上へ投入してもよい。供給装置８
０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つ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つて選択され、
適切な支持手段がその角度を変えられるようにす
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
変えることにより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、
バツチのかなりの部分がキルンの内周に遠心力に
より運ばれることなく、バツ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。

次は図面や前記記述に実質的に示されたよう
に、ある設備の例であり、ソーダ灰を含む標準の
板ガラスのバツチは１日当り30トルの割合（１日
当り27メートルトン（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フイル（76センチメートル）
であつた。キルンの内部の面積は502スクエアフ
イート（46.6スクエアメートル（m²））であつ
た。ロータリーキルンは約3rpmで回転され、２
゜の傾斜を有していた。液化容器は51インチ
（130センチメート）の内径で、約32rpmで回転さ
れた。液化室は時間当り約３百万BTV（878000
ワツト）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り加熱され、それは
標準の温度、圧力で時間当り14900キユービツク
フイート（時間当り425キユービツクメートル
（m³））の排ガス量（バツチCO₂を含む）をも生み
出した。排ガスはそれを取巻く空気によつて希釈
され、時間当り33792キユービツクフイート（時
間当り957キユービツクメートル（m³））の全排ガ
ス流がロータリーキルンへ1631〓（888℃）で入
り、ロータリーキルンを474〓（246℃）で出た。
ガラスのバツチはロータリーキルンに60〓（16
℃）で供給され、ロータリーキルン内で1100〓
（593℃）に加熱された。液化室から流れる液化バ
ツチは2257〓（1236℃）の温度であつた。

この技術分野における当業者にとつて明らかな
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ツチ液化装置の好
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に沿つ
て切つた断面図である。第３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３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、１３……連続計量装置、１６……
ダクト、２０……円筒鋼製シエル、２２……絶縁
層、２３……金属ライニング、２５……リフタ
ー、２６……金属板、２７……中央管、２８……
鎖、３５……鋼製ドラム、３６……環状フレー
ム、３７……支持ローラ、３８……ローラ、３９
……底部区域、４１……リング状ブシユ、４２…
…底部開口、４３……蓋、４４……環状フレーム
要素、４５……開口、４６……バーナ、４７……
開口、４８……排出ダクト、５０……供給投下装
置、５１，５２……水シール、、５３……未熔融
バツチ安定層、５５……下方の容器、６０……ガ
ラスのバツチ原料、６１……排出ダクト４８の突
出伸長部、６２……ダンパー、６３……開口、６
４……補助バーナ、７０……前部プレート、７１
……バツフル、７２……セラミツクプレート、７
３……方向転換用ゲート、７４……排出シユー
ト、７５……シール、７６……環状フイン、７７
……環状ハウジング、８０……補助供給装置、８
１……ホツパー、８２……モータ、８３……螺旋
状樽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ その円筒軸まわりの回転のために設けられた
   細長い円筒状容器から成るバツチ原料予熱用ロー
   タリーキルン手段、バツ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
   反対端に隣接し、バツチ原料を液化温度まで加熱
   する燃焼手段を包含しているバツチ液化容器、ロ
   ータリーキルンから排出される予熱バツチを集
   め、該バツチを前記液化容器へ導くためのバツチ
   移動手段、該液化容器からの排ガスを導くための
   ダクト手段であつて、その一部がロータリーキル
   ンからのバツチ排出位置に近接した上方部の位置
   で該ロータリーキルンの内部に伸びているダクト
   手段とから成るバツチ原料の液化装置。 ２ 液化容器が実質的に垂直軸回りに回転し、該
   液化容器の内部には、燃焼手段が向けられている
   中央空胴部に面してバツチ原料のライニングが施
   されている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 燃焼手段が酸素燃焼バーナである特許請求の
   範囲第２項記載の装置。 ４ 液化容器が、回転のために設けられたドラム
   型部材、該ドラムの上方端を覆う固定蓋部材、バ
   ツチ移動手段と一直線となり、ダクト手段と連絡
   する該蓋部材の開口、とから成る特許請求の範囲
   第２項記載の装置。 ５ バツチ移動手段が、傾斜した投下装置とダク
   ト手段へ入る排ガスの熱から該移動手段内のバツ
   チを保護するための冷却された遮蔽手段、とから
   成る特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ ダクト手段が、液化容器からの輻射エネルギ
   ーがロータリーキルンへ直接及ぶことを妨ぐため
   の手段を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７ ダクト手段が屈曲部を含む特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。 ８ ダクト手段がそこを通る排ガス流を調節する
   ためのダンパー手段を含む特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ９ バツチ移動手段がバツチを液化容器からのも
   う一方の流路へ方向転換させるための手段を含む
   特許請求の範囲第１項記載の装置。