JPS6310555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は誘導加熱による熔融物質体の電気加熱
に関するものである。本発明は電流をなかに誘起
させやすい熔融物質へ適用可能であり、特にガラ
スなどの熔融に適用できる。 物質を交流を運ぶコイルの中に置くときに、そ
の物質が誘導電流によつて加熱され得ることはよ
く知られている。この型の加熱の利点は、加熱さ
れている物質が電源と接触するようにならず、例
えば、電極が熔融体中に浸漬される必要がないこ
とである。ガラスを誘導加熱する一般的概念は例
えば米国特許No.1830481；1906594；3205292；お
よび、3244495のような多くの特許に開示されて
いる。 しかし、誘導加熱熔融に関する主要な困難は熔
融体用の適当な槽の提供である。従つて従来法の
多くは小規模具体化へ限定され、誘導加熱による
ガラスの大規模熔融は商業的に意味のあるものと
して受け容れられていなかつた。槽が誘導コイル
電場の内に存在するので、槽自体が誘導電流を受
け加熱されるに至る。このことは、加熱しようと
考える物質内よりも槽の中で電力が消費されるこ
と、並びに、槽の加熱が槽を熱的に損傷しそれが
製品物質を汚染し得ること、のために一般的には
望ましくない。非金属質の槽は外部的に冷却して
その温度を誘起電流を著しく受けやすい温度以下
へ保つことができるが、しかし、その冷却は熔融
工程から熱エネルギーの著しい量を取り去ること
ができる。また、セラミツク槽外部の冷却は槽を
損傷するのに十分な大きい熱的歪に通じ得る温度
勾配をつくり出すことができる。複数個の部片か
ら製作される多数個部片の槽の場合には、しか
し、熔融物質の封じ込めは特に大規模操業に関し
て問題となる。多数個部片セラミツク槽の構造的
保全を維持するためのスチールなどのような金属
質ブレーシングの使用は、ブレーシング中に誘起
される迷走電流が熔融操作から電力をひき抜くの
で好ましくない。金属製槽は一方、誘導電流をき
わめて受け易く、従つて、冷却するとしても大き
な電力損失を生ずる。その上、金属製槽の冷却は
金属の高熱伝導性のために大きな熱損失をもたら
す。冷却される金属誘導加熱槽の例はルボーの米
国特許第3461215号明細書において示されている。 発明の総括 本発明においては、一重巻き誘導コイルを多数
個部片セラミツク耐火物槽と一緒にガラスのよう
な熔融塊の誘導加熱のために使用する。一重巻き
コイルは割り型金属製円筒の形であつて、締結手
段としての役目をしてコイルがとりかこんでいる
耐火物槽の構造的一体性を保持する。この円筒の
金属壁はまたセラミツク槽の接合部を通して現わ
れることがある洩れのすべてに対して連続障壁と
しても役立つ。金属製円筒の剛性はそれと関連す
る冷却手段によつて保つことができる。 好ましい具体化においては、セラミツク槽は２
個または２個より多くの個別層で構成される。内
層は加熱される熔融物質との接触に対する適合性
について主として選択され、外層はその断熱性に
ついて主として選択される。内層の厚さは、外側
表面の温度が熔融物質の固化温度（あるいはガラ
スの失透温度）にあるような温度勾配を与えるよ
うに選ばれる。セラミツクの外側断熱層は追加的
熱勾配を与え、その断熱層の内側表面を熔融内容
物の失透温度のすぐ下で維持することと両立する
最低水準へ、熱ロスを減らす。この複合槽構造に
よつて、槽壁の厚さは最小化され、それによつて
槽壁中の電力ロスを最小化しかつ仕事に対する誘
導的カツプリング効果を最大化し、一方では同時
に、不適切な熱ロスを伴なうことなく構造的保全
が維持される。 詳細説明 本発明の原理は広汎な種類の熔融物質の誘導加
熱へ適用できるが、この詳細説明は主として熔融
ガラスに対して特定的に設計した具体化に関係し
ている。さらに、説明されるこの特定具体化は比
較的高速度の連続式生産へ適合させたものであ
る。本発明は特にこのような條件下で有利である
が、それに限定されるものではない。 図示の具体化において、第１図と第２図を特に
参照すると、一重巻き誘導コイル１０は円筒状セ
ラミツク槽の部分をとりかこむ２個の半円筒１１
および１２で構成される。銅がその高い電気伝導
性のためにコイル用の好ましい物質である。円筒
部分１１と１２の厚さは特定的応用の強度要請に
依存するが、説明する特定例については、1/4イ
ンチの厚さが適切であることが発見された。円筒
部分１１および１２の外側へ複数個の銅冷却管１
３が熔接される。水あるいは他の冷却用流体を非
伝導性管１４によつて管１３へ供給することがで
きる。冷却用流体は円筒片側のまわりの半円形通
路を出口管１５へ移動し、出口管１５によつて流
体がドレインへまたは円筒の同じ側の上の別の冷
却管１３へ通されて第二の半円形状通路を通つて
戻つてもよい。槽寸法と冷却の要請度に応じて、
冷却用流体をドレインへ送る前に別の管中へ通す
ことができる。 誘導加熱帯中においては、槽は複数個の耐火物
ブロツク２０によつて形成される円筒で構成され
ている。この円筒状形態が最も効率がよく従つて
好ましいが、しかし、その他の形状も使用し得る
ことを理解すべきである。円筒はブロツク２０の
複数個の層から形成され、各槽内には、円あるい
は多角形を形成する複数個のくさび型ブロツクが
存在する。例えば、第２図に描く特定具体化にお
いては、ブロツク２０の３層が存在し、各層は10
個のブロツクから成り、各ブロツクは20角の多角
形をつくるように２個の小面をもつている。ブロ
ツク２０は処理される熔融物質と両立性があるよ
う選ばれる耐火性物質である。熔融ガラスの場合
には、適当な耐火物はアルミナ・ジルコニア・シ
リカタイプの耐火物である。このタイプの耐火物
は熔融ガラスとの接触に適当であるが、しかしそ
の断熱性質は他のタイプの耐火性セラミツク物質
と比べて比較的劣つている。従つて、ブロツク２
０の放射方向の厚さは、接合部あるいは亀裂を通
して逃散してくる熔融物質がすべてブロツク２０
の外面に到達する前に固化しあるいは少くともき
わめて粘稠となるように、内面と外面の間に温度
勾配を与えるのに十分な厚さである。ガラスの場
合には、適当である温度勾配はブロツク２０の外
側表面において熔融される特定ガラスの失透温度
より高くない温度を与える。代表的な商業的ソー
ダ・石灰・シリカの板ガラス組成物の場合には、
その温度は約1800〓（約980℃）である。ガラス
軟化点−約1400〓（750℃）の軟化点に近い外側
温度の場合には一層良好な封じ込めを達成でき
る。内側ブロツク２０の耐火物は誘起電流をほと
んど受けないよう、昇温下で比較的高い電気抵抗
をもつべきである。例として、満足すべき結果は
抵抗が処理される熔融物質の抵抗の５倍から10倍
の程度である耐火物で以て得ることができる。本
発明にとつて本質的ではないけれども、望ましい
かも知れないもう一つの特色は、耐火物が室温と
作業温度との間で繰返してサイクルさせることが
できるタイプのものであることである。 ブロツク２０によつて規定される耐火物円筒の
外側の上に、ブロツク２１の複数個で形成される
外側耐火物円筒がある。ブロツク２１は断熱性に
ついて選ばれるセラミツク耐火性物質であり、す
なわち、比較的低い熱伝導率をもつ。外側ブロツ
ク２１は内側ブロツク２０より低い熱伝導性をも
ち、代表的には、内側ブロツクの半分以下、好ま
しくは約1/5以下の程度である。内側耐火物円筒
の厚さによつて槽内の熔融物から隔離されている
ので、外側耐火物片２１は、比較的温和な温度に
おけるいくらかの両立性を付与することが好まし
いけれども、熔融物質との接触に適合させる必要
はない。外側断熱性耐火層用の適当物質の例は多
孔性（低密度）粘土耐火物である。その低熱伝導
性のために、断熱層は外側表面上の金属質誘導コ
イルとの接触と両立性のある追加の熱勾配を提供
し、一方では同時に槽壁への追加の厚さを最小に
する、という目的を達成することができる。総体
的な壁の厚さを最小化することは、処理されてい
る物質へできるだけ近くコイルを置くこと、およ
び迷走電流が誘起されるコイル内の物質量を最小
化することによつて、電流効率を最大化するのに
望ましい。コイル温度は金属の実質的酸化を防
ぎ、銅の電気抵抗を最小化し、かつ不適切な強度
ロスを防ぐよう、十分低く保つべきである。冷却
コイル１３はコイル温度を低く保つのを助け、耐
火物２１の外面によつて与えられる熱勾配はこの
冷却要請度とエネルギー損失とを合理的水準へ維
持するのに十分なものであるべきである。冷却剤
が好ましいものである水であるときにはコイル温
度、従つて外側耐火物２１の外側表面温度、は好
ましくは100℃以下に保たれる。 誘導コイル上方の槽部分の構成は誘導コイル内
の構成ほどに臨界的ではないが、便宜上は、同じ
構成を第１図に描くとおりに槽の頂部へ続けてよ
い。耐火性蓋部材２２を槽の上方端において備へ
それを貫通して供給開口２３を備えることができ
る。原材料はこの開口２３を通して供給してもよ
いが、少くともガラスの場合には、その原材料を
熔融工程の前段階において液化させることが好ま
しい。好ましい液化工程はクンクルらの米国特許
第4381934号明細書に開示されるものである。適
当なサージホツパー２４などを誘導加熱槽へ供給
される物質を保持するのに備えることができる。 誘導コイル下方の槽の壁２６の厚さは臨界的で
はないが、熔融物質との非汚染的接触はやはり重
要な考慮事項である。それゆえ、下部壁部分２６
は熔融物質との接触に適する耐火物（ガラスの場
合にはアルミナ・ジルコニア・シリカのタイプの
耐火物）であることが好ましく、その壁には所望
の断熱を与えるいかなる厚みも与えることができ
る。槽の他の部分においては同じく、この下方部
２６は複数個のくさび型耐火物ブロツクから製作
されてよい。締結用帯金２７など（好ましくは強
磁性を最小化するステンレス鋼が好ましい）を槽
下部のまわりに設けて、この締結用帯金中に誘起
される迷走電流に基づく不適切な電力ロスをおこ
させることなくブロツクを定位置に保持すること
ができる。帯金２７中の電力ロスは、金属の断面
積を最小化し、帯金を優等コイル下方でできるだ
け遠く置き、かつ各帯金をその長さに沿つて複数
個の電気絶縁部分へ割ることにより、さらに減ら
すことができる。 槽の床または熔融物質との接触に適する耐火物
から構成される。この底構造の詳細は第１図と第
３図の拡大図において見ることができる。底構造
の上層３０は好ましくは、ガラス熔融の場合にお
けるアルミナ・ジルコニア・シリカタイプの耐火
物のような、熔融物質との接触に適する耐火物で
ある。層３０の下には低密度粘土耐火物のような
熱的性質について選ばれる物質の第二層３１が設
けられる。冷却は槽内熔融物質の保有を確実にす
るように底構造の外側で提供される。図示の具体
化においては、環状の水冷却器３２が槽の基底を
形成している。水冷却器３２と耐火物層３１との
間には、耐火性紙３３の層と銅シート３４とが設
けられ、銅シートは水冷却器３２を、冷却器が軟
鋼でつくられている場合には特に、迷走誘導電流
からシールドする役目をする。 槽から熔融ガラスなどを抜出す各種装置は当業
において知られていて本発明と一緒に使用できる
が、しかし、特に利点のある抜出装置が第３図に
示されている。その抜出管は槽の底中央にとりつ
けた耐火性金属（例えば、白金・ロジウム合金）
管４０で構成される。管４０は中央の耐火物片４
１を貫通して延びていて、片４１は好ましくは熔
融物質との接触に適する耐火物である。管４０は
槽の底面の上方へ延長して槽の底における屑が取
出製品流の中へ運びこまれることを防いでいる。
耐火物製の底の部分４１は下向きに管４０の方へ
傾いていて、管近傍で耐火物の厚さが減り従つて
断熱が減るようになつており、それによつて管内
で比較的高い温度を維持して管内で熔融物質が固
化するのを防ぐようにする。追加の冷却器４２と
４３が中央耐火物部分４１の下でかつ管４０のま
わりで与えられて熔融物質の積極的封じ込めを保
証するようにする。 重力抜出管を通してガラスのような熔融物質の
流れを調節する各種の手段が当業において知られ
ている。これらの装置の多くは物質の粘度を抜出
管を可変的に加熱あるいは冷却することによつて
操作することを含んでいる。抜出管と関連する誘
導コイルが代表例である。ある場合には、これら
の試みは本発明に関して満足に使用できるが、し
かし、それらの試みはガラスの大規模熔融におい
ていくつかの欠点をもつている。急速に流れるガ
ラスの流れ（例えば毎時数百から数千キログラム
の程度）の中の熱量はきわめて大きくて抜出管の
壁を通る熱移動によつてその流れの粘度に著しく
影響を与えることは困難である。一方、適切な熱
交換を行なつて流速制御を行なうときに、温度に
対するガラス粘度の感度は流速を精細に変えるこ
とを困難にする。物理的な流れ制約手段（「プラ
ンジヤー」）は熔融ガラス流を制御するのに当業
でよく知られている。代表的なプランジヤー装置
は熔融槽内に、抜出管オリフイスの上端と相互作
用する構造的要素を含んでいる。このような装置
は本発明におけるような誘導加熱槽に適していな
い。従つて、本発明における熔融ガラス流の制御
にとつて好ましい装置は、抜出管の下端と相互作
用する外部流れ妨害手段を含む。特に有利な装置
は図に示すものであり、流線型「涙滴」形状の要
素５０が抜出管４０の下方でわずかに間隔を置い
て支持されて、それらの間に環状開口を形成し、
それを通して熔融ガラスが流れる。要素５０の垂
直位置を変えることにより、環状開口の寸法は変
えられ、従つて熔融ガラスの流速は制御される。
流れ制御要素５０は水平延長腕５１によつて支持
され、それはこんどは、好ましくは三次元方向可
調性をもつ機械工フライス板などが便利である位
置決め手段５２の上にとりつけられる。ガラスの
凝集状の流を維持するためには、この流れ制御装
置は収束する流れパターンを助長するよう形づく
られる。要素５０のまわりに流れる熔融ガラスは
この要素の下部の収斂状表面に沿つて流れること
によつて単一流として再度合体する。さらに、そ
の熔融ガラス流内の腕５１の部分は第４図に示す
逆涙滴形状が与えられ、その長さに沿つて下向き
に傾いて腕の上で熔融ガラスがはうことを妨げ
る。このような形状を与えることによつて、この
装置は流れているガラスの筋に対する妨害を最小
にする。この装置は、最上位置における絶対閉鎖
から抜出管下方に数センチメートル下げたときの
本質上は大開口の設定に至る広い範囲にわたつ
て、確実な流れ制御が可能である。用語「涙滴」
はここではその言葉の厳格な定義へ限定されるも
のではなく、底の狭い部分へ傾斜をもつ広範囲の
流線型を含んでいてよい。製作上の容易さから、
涙滴は好ましくは半球と接合した円錐から成る。
その他の変形は非円形水平断面あるいは非球状上
部部分を含んでいてよい。熔融ガラスとの接触の
ためには、この涙滴５０と腕５１は白金・ロジウ
ム合金をかぶせたモリブデンでつくるのが好まし
い。そのコアはモリブデンより卑の貴金属、ある
いはさらにはセラミツク質耐火性物質でつくつて
貴金属をかぶせてもよく、必要ならば内部冷却を
行なつてよい。 誘導加熱用電気系の模型的線図は第５図に示さ
れている。三相60Hz交流の代表的な工業的電力供
給源をインバーター６０へ連結し、インバーター
は変圧器６１へ高周波単相出力を送る。変圧器６
１は好ましくはその二次側に複数個のタツプが設
けられて、誘導コイル１１への電圧を必要に応じ
て変えさせるようにする。誘導コイル１１は変圧
器６１の二次側を横切つてキヤパシター６２と並
列に巻かれている。キヤパシター６２とコイル１
１はそれらの間に高周波数と高アンペアをもつ共
鳴回路を確立し、それによつて少数の誘導コイル
巻数、例えば１、の使用を可能にする。この高ア
ンペアは少数のコイル巻数にかかわらず高磁束に
通じ、従つてコイルに実質的誘導能力を与える。
あるいはまた、磁束はコイル巻数を増すことによ
つて増すことができるが、しかし、より高い電圧
が必要とされ、このことは使用できるインバータ
ーの種類に制約を課する不利がある。約10KHzま
での周波数に関しては、比較的高い変換効率と低
コストをもつ固体状態インバーターを使用でき
る。代表的には、相互に並列の複数個のキヤパシ
ターが所望合計キヤパシタンスを提供するのに使
用される。インダクタンスおよびキヤパシタンス
に対する共鳴振動の関係は次に式によつて記述さ
れる： ｆ＝１／［2π（LC）^1/2］ 式中、ｆ＝共鳴周波数（Hz）、 Ｌ＝コイルのインダクタンス（ヘンリー）、 Ｃ＝キヤパシタンス（フアラド） である。 誘導加熱コイルについてのその他の設計計算は
R.M.BakerによりAmerican Institute of
Electrical Engineers Transactions、76巻、第
２部、（1957年）、31−40頁において示されてい
る。 第６図はキヤパシター６２の一つの形を示して
おり、この場合は、水冷キヤパシターが誘導コイ
ル１１の脚を横切つてとりつけられている。この
形態において、キヤパシター６２は誘導コイル中
のギヤツプにまたがり縦に並んで相互の上方にと
りつけられるいくつかのうちの一つである。誘導
コイル１１中のギヤツブのそれぞれの側には、放
射状にのびている脚７０と７１があり、それらの
端にはそれぞれフランジ７２と７３がとりつけら
れて、それへキヤパシター６２がとりつけられて
いる。各キヤパシターの片側上のねじ切り端子７
４はキヤパシターの一つの極と連がりかつコイル
の片側のフランジ７２と連結されており、キヤパ
シターの反対極と連がるそれのもう一方の側の端
子７５は誘導コイルのもう一方の側のフランジ７
３へ連結されている。端子７４と７５は管状であ
つて、各キヤパシター６２の内部冷却手段へ冷却
剤を提供する冷却剤ホース７６へ連結されてい
る。誘導コイルの脚７０と７１は絶縁間隔調整板
７７によつて相互に電気的に絶縁されている。円
筒状誘導コイル１１は耐火槽の締結材としての役
割をもつので、脚７０と７１を相互の方へ向けて
片よらせるボルト７８によつて張力下で維持され
る。非伝導性ブツシング７９をボルト７８の周り
に設けて脚相互の電気絶縁を保つことができる。
同様に、コイルのもう一方の側で、コイルの２個
の半円筒が放射方向に延長しているフランジ８１
と８２の間の伝導性間隔調整板８０で以て一緒に
ボルト締めされている。空の槽ははじめに補助ヒ
ーターを使用し誘導コイルを切つたままで熱上げ
する。槽の耐火物部分は加熱されるにつれて膨脹
するので、円筒状コイル１１の締結張力は、半円
筒分の間の接合部の一方あるいは両方においてそ
れらの間の間隙を大きくするようボルトを廻すこ
とによつて、順次ゆるめる。初期には脚７１と７
２およびフランジ８１と８２は相互に接触してい
て、作業温度へ槽を予熱してしまつたのちに、間
隔調整板７７と８０を挿入してよい。その時点で
電流がコイルへ適用される。 熔融ガラスの抵抗は温度とともに変るが、代表
的な値は６から14オーム・cmであり、誘導加熱が
より便利に適用される物質と比較して高い。この
ことはガラス熔融用誘導加熱系の設計におけるい
くつかの利点に連がる。加熱されている物質の中
の電流浸透の深さは誘導加熱系の設計の鍵となる
要素である。慣習的には、加熱されつつある物質
の直径が電流浸透深さの約３倍であることが推奨
されているが、熔融ガラスの場合には、誘導加熱
は直径が電流浸透深さと等しいかそれより小さい
熔融ガラス体と効率的に結合し得ることが発見さ
れている。電流浸透深さはガラスについて次の通
り計算される： ｄ＝5033（ρ／ｆ）^1/2 式中、ｄ＝cmで示す電流浸透深さ、 ρ＝オーム・cmで示す抵抗、 ｆ＝ヘルツで示す周波数。 これまでは、ガラスの誘導加熱は巨大なコイル
あるいはきわめて高い周波数を必要とし、そのい
ずれもこの概念を経済的に魅力のないものにする
と信じられてきた。しかし今や、作業直径と電流
浸透深さとの間の比が低いことの言外の意味は、
ガラス含有槽が比較的小型であつてしかもガラス
への電力の効率的伝達が提供できるということ、
並びに、比較的低い周波数（例えば、10KHz以
下）を使用できるということ、である。槽の寸法
が大きくなると、周波数はさらに一層下げること
ができる。 熔融ガラスへ適用するときの誘導加熱のいくつ
かの理論的側面はB.スコツトおよびH.ロウソン
により、Glass Technology、14巻、No.５（1973
年10月）、115−124頁において論じられている。 誘導コイル設計における慣用的方式はコイルの
長さがそれの直径に等しいかあるいはそれより大
きいことであり、その方式は本発明にも同じく適
用可能であることが見出されている。電力の効果
的伝達は直径と等しい長さのコイルで以て得られ
てきたが、さらに効果的な電力の伝達はより長い
コイル長で以て可能である。耐火槽の内径は期待
する生産速度と滞溜時間との要請によつてきめら
れる。ここに述べる複合槽壁構造は熔融質を小型
に封じ込め、誘導コイル直径と本質上同じである
槽外径を確立する。槽の内径とコイル直径の間の
差を最小化することは、磁束が熔融物中で電流を
誘起するのにより有用に用いられ、それによつて
加熱が実用的なアンペア水準において達成される
ことを可能にするという利点をもたらす。与えら
れた容積については、槽の高さを最小にして壁を
通しての熱ロスに対する面積を最小化するように
することが一般的に望ましい。槽の高さはコイル
の長さにほぼ一般的には相当して、物質が最大化
磁束の領域において加熱される物質を配置するよ
うにする。熔融体がコイルのわずかに上方と下方
とに追加的深さを与えられることが好ましい。ガ
ラスを熔融するときには、コイル下方で追加的深
さを与えて、コイル領域内のピーク温度を通過し
たのちでかつ槽から抜出される前に、熔融ガラス
に滞留時間をもたせることが特に有利であること
が発見された。この追加的滞留時間は気泡を熔融
体から逃散させ、ある場合には、熔融ガラスが供
給される成型工程に関する諸要請とよりよく両立
する温度へガラスを冷却させるのに利点がある。
コイル下方で約１時間の滞留時間が利点があるこ
とが発見された。構造的に表現すると、コイル下
方の槽の内側の深さはコイル直径の少くとも半分
の程度であつてよい。 ガラスは昇温下においてのみ誘導電流の顕著な
感受体となる。例えば、ソーダ・石灰・シリカガ
ラスは2200〓（1200℃）以上において適度の電圧
において感受体となる。それゆえ、誘導加熱工程
は熔融ガラス体を補助的加熱手段によつて提供す
ることによつて開始される。一たんガラスが感受
性となると（約14オーム・cmより好ましくは以下
の抵抗において）、未加熱原料のガラスバツチ材
料を誘導加熱器へ供給することができ、熔融をそ
の中で全体的に実施できる。しかし、別の段階に
おいてガラスバツチを液化し、その液化物質をそ
の物質が感受的であり得る温度において誘導加熱
器へ供給することが好ましい。その場合において
は、誘導加熱器の機能はガラスの温度を上げて熔
融工程を完了させるようにすることであり、特
に、ガラスを清澄させること、すなわち、ガス状
包含物を熔融体から追い出すことである。板ガラ
ス品質のソーダ・石灰・シリカガラスについて
は、清澄は代表的には少くとも約2600〓（1425
℃）の温度を必要とする。各種の原料が異なる温
度において液化し得るが、ソーダ・石灰・シリカ
ガラスは代表的には約2200〓（1200℃）から約
2400〓（1315℃）の温度において液化されて誘導
加熱器へ供給することができるが、その温度にお
いて物質が誘導電流に対して感受的である。バツ
チ原料の液化は誘導加熱器中よりも米国特許第
4381934号明細書に開示されるタイプのアブレー
シヨン型熔融器中においてより経済的に実施でき
る。燃焼加熱は熱源と加熱される物質との間の大
きい温度差に依存して熱を有効に伝達する。バツ
チ原料の初期液化は大きい温度差を提供し、従つ
て燃焼加熱に適している。前記特許の技法は熱い
液化された物質の取去りをつよめ冷たいバツチを
輻射線へ断続的に露出し、それによつて大きい温
度差を維持することにより、この利点を増大す
る。この液化物質の熔融の完成はしかし、すでに
熱い物質の温度を上げることを含み、それゆえ大
温度差は提供しない。誘導加熱は一方、熱を感受
性物質へ伝達するのに温度差を必要としない。そ
れゆえ、誘導加熱は熔融工程の第二段階に理想的
に適している。ソーダ・石灰・シリカ板ガラスを
熔融するのに約６百万BTU／トン（1665kcal／
Kg）の合計量を必要とする代表的従来法と比べ
て、わずか約0.5百万BTU／トン（139kcal／Kg）
の熱入力が清澄機能を果たすために誘導加熱器中
でガラスへ適用されることを必要とする。従つ
て、エネルギーの大部分はより経済的な液化段階
において消費され、誘導加熱器の寸法は最小化す
ることができる。 熔融状態で誘導加熱器へ物質を供給するその他
の利点が存在する。この方法のような連続法にお
いては、誘導加熱槽内に熔融物質の安定な循環パ
ターンを確立することが望ましい。しかし、槽の
頂部へ冷たい物質を供給することは自然におこる
熱的対流を妨害し、従つて不安定性に通ずる。さ
らに、槽の頂部において熔融物質を供給すること
は熔融体から気泡を除く目標と一致する。 硫黄化合物、通常は硫酸ナトリウム（「ソル
ト・ケーキ」）は熔融および清澄を助けるために
ガラスバツチ中に便利に含められてきた。これら
硫黄化合物の分解生成物はきわめて揮発性である
ので、硫黄化合物は、硫黄のいくらかが熔融初期
段階において生き残りそして熔融物中に存在して
清澄段階中の助けをするよう、理論的に必要とさ
れる量よりかなり過剰の量でガラスバツチへ添加
されてきた。それゆえ、近年はガラス製造に用い
る硫黄量を最小化する努力がなされてきた。本発
明によつてバツチへの硫黄添加なしでガラスを熔
融および精製できることは、一つの利点である。
しかし、いくらかの硫黄は清澄工程中で有利であ
ると信じられ、そして、本発明は二段式液化およ
び精製方式として操作するときに、高パーセンテ
ージのその硫黄含量を熔融体中に保持して精製段
階中に存在するようにすることができる、という
ことが発見されたのである。これは、バツチを特
定化された液状化段階において液化させることが
できる迅速さに基くものであり、従つて、揮発に
よる硫黄の損失が少なく、より多くの硫黄が清澄
槽中へ運びこまれると信じられる。それゆえ、バ
ツチへの硫黄の小量添加だけで硫黄存在下の清澄
の利点を生じさせることができる。バツチ中の砂
1000重量部あたり３重量部またはそれ以下のソル
トケーキが本発明の誘導加熱精製帯中で硫黄の十
分な量を提供できることが発見された。一方、砂
1000重量部あたり３重量部より多い量のソルトケ
ーキは誘導加熱槽中で過度の起泡をおこし得るこ
とが発見された。 砂1000部あたり２ソルトケーキが好ましい。 任意的には、第１図に示す水冷バブラー管９０
のようなバブラーを誘導加熱槽の底に設けてもよ
い。この種のバブラーは、比較的低い温度の下部
領域の中へのより高温の熔融体のより大きい循還
をおこさせて、管４０を通る抜出し速度が許容で
きない程度に低下することになる下部領域の不適
切冷却を防ぐようにする必要性がおこる場合に、
使用できる。 実施例 実質上図示のとおりの槽の中で、10トン／日
（9000Kg／日）のソーダ・石灰・シリカガラスを
連続式に処理した。誘導コイルは60インチ
（1.5m）の直径と高さをもち、コイルの底は耐火
物槽の底の40インチ（1m）上方にある。槽内の
熔融物質水準を誘導コイル頂部の約４インチ（10
cm）上方に保つた。耐火物の内層は、コンバツシ
ヨン・エンジニアリング・カンパニーが販売する
クライテリオンAZS耐火物であり、10インチ
（25cm）の厚さが与えられた。外側耐火物はフイ
ンドレー・レフラクトリーズ・カンパニーが販売
するフインシユレーシヨン低密度粘土でありかつ
２インチ（５cm）の厚さが与えられている。操作
條件下の外側耐火物の熱伝導度は内側耐火物のそ
れの約10分の１であると推定される。コイルは1/
４インチ（６mm）の厚さの銅であつた。ガラスバ
ツチは予備液化を行ない、約2300〓（1260℃）の
温度でかつコイル領域内で誘導加熱槽へ供給し、
約2800〓（1540℃）のピーク温度が達成された。
コイル下方領域においては、ガラス温度は約2600
〓（1425℃）へ下がり、その後槽から抜出され
た。運転が安定したとき、コイルには約650ボル
トRMSにおける約110kwと9.6kHzの周波数が供
給されていた。 本明細書における詳細記述は本発明の好ましい
様式を開示する目的で特定的具体化に関するもの
であつたが、その他の修正および変更は当業熟練
者にとつて既知であり、特許請求の範囲に規定す
るとおりの本発明の精神と領域からはずれること
なしに再現できるということは、理解されるはず
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う誘導加熱装置の好ましい
具体化の垂直断面図である。第２図は第１図の直
線２−２に沿つて取つた第１図の装置の水平断面
図である。第３図は第１図の槽の底部分の拡大断
面図であり、抜出しおよび計量手段の詳細を示し
ている。第４図は第３図の直線４−４に沿つて取
つた計量手段のための支持腕の断面図である。第
５図は本発明の誘導加熱器の中に含まれる電気回
路の模型線図である。第６図は第２図のコイル端
子部の拡大図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熔融物質の加熱装置であつて 熔融物質体を保持するよう適合させた空洞を規
   定する複数個の非金属片で構成される耐火槽； 槽の大部分をとりかこみ、槽のまわりの電気回
   路を規定しかつ槽からの洩れに対する障壁を提供
   する、金属質シース； そのシースによつて槽の上に圧縮力を適用する
   手段；および 槽中で保持される熔融物質中でその物質を加熱
   するよう電流を誘起するのに十分な交流電流をシ
   ースへ供給する手段； から成る装置。 ２ 耐火槽がセラミツク耐火性ブロツクでつくら
   れている、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 槽が一般的に円筒状の形態である、特許請求
   の範囲第２項に記載の装置。 ４ シースが長さ方向に沿つて割型をもつ円筒と
   して構成されている、特許請求の範囲第３項に記
   載の装置。 ５ シースと組合せた冷却手段をさらに含む、特
   許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 槽が熔融物質との接触に適合させた耐火物物
   質の内層とこの内層と異なる組成の外層とから成
   り、低い熱伝導性を特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ７ 耐火槽が一般的にその形態が円筒である、特
   許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８ シースが耐火槽外層と接し、冷却手段がシー
   スと組合わされている、特許請求の範囲第７項に
   記載の装置。 ９ 外層の熱伝導性が内層の半分より小さい、特
   許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０ 内層が外層の少くとも２倍の厚さをもつ、
   特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１ 内層が外層の少くとも２倍の厚さをもつ、
   特許請求の範囲第６項に記載の装置。