JPS6316343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は泡を生ずることなく溶融ガラスを製造
するための方法及び装置に関するものである。

前炉を通つて流れる溶融ガラスの温度の調整及
び制御を行う場合、従来、いくつかの加熱システ
ムが使用されている。ガラス物品を形成する能力
のうちの重要なものの１つは、ガラスが最良の成
形用粘度にある状態でガラスを成形機に送ること
である。このことに鑑みて、従来は、ガラスを形
成する材料を融解装置または融解炉と呼ばれる比
較的大型のタンクの中で融解させることが行われ
ており、次いですべての材料が完全に融解するの
を確保しかつ完全な化学反応が起こることを確保
するために、融解装置内のガラスは通常精製装置
と呼ばれるチヤンバーに供給される。融解装置す
なわち炉と精製装置との間の相互連結は通常沈め
られた通路を介して行われている。この方式にお
いては、融解していない軽い材料は精製装置に通
過することを阻止される。さらに、融解中にガラ
スの内部で起こる反応によりガラス中に気体状の
混在物を作り出し、この混在物は物品を作るため
に使用されるガラスの中に運び込まれてしまう
と、欠陥のあるガラス物品となつてしまう。精製
装置においては、ガラスは、通常気体状の混在物
を膨脹させかつガラスの表面に上昇させるのに充
分な時間だけ高温に保たれる。精製装置からのガ
ラスは次いで前炉と呼ばれる包囲された通路を通
つて、ガラス容器を成形するためによく知られた
ISマシンのような成形器の位置の上方にそのガラ
スの先端部が来るような位置まで供給される。本
質的に、前炉はその中をガラスが通つて流れなけ
ればならないガラス調整用の通路として機能し、
その中をガラスが移動している間にそのガラスの
温度を制御することを可能にし、ガラスがその前
炉の遠隔端部に到達したときには、ガラスはガラ
ス容器を成形するために最も望ましい状態になつ
ている。前炉の遠隔端部はフイーダーと呼ばれ、
ガラス容器の製造においては、フイーダーはゴブ
と呼ばれるガラスの装入物を複数個の成形機部分
に供給する。

従来は、前炉の温度は通路の側部に沿つて配置
されたガスバーナーまたは燃料バーナーを使用す
ることにより制御されており、バーナーからの炎
が前炉内のガラスの表面に熱を供給する。バーナ
ーに関連して、ガラス中に位置された撹拌機が低
い所のガラスを表面まで持ち上げかつ表面のガラ
スを前炉の通路の中まで押し下げるための装置を
提供する。これらの各種の装置のすべては前炉の
通路の高さ及び幅の全体にわたる温度分布を最適
にするために設けられている。本質的に、前炉は
ガラスを制御された速度で冷却し、また前炉内の
ガラスの温度は融解装置または精製装置内におけ
るガラスの温度よりは低いものであることを理解
しなければならない。

最近においては、ガラスが前炉を通つて流れて
いる時にそのガラスに熱を加えることは、ガラス
中に延びる電極を使用することにより行われてお
り、その電極には、よく知られたジユール効果に
よりガラスの加熱を行うために電流が供給され
る。

このような装置の一例は米国特許第4029488号
明細書に開示されており、この装置においては、
ガラスの温度は、前炉の側壁に沿つて配置された
浸漬された電極の使用によりエネルギーを供給さ
れる４つの影響帯域を設けることにより前炉内で
調整されている。この米国特許に開示されている
ように、ガラスの流れは、その流れの全体にわた
つて温度の正規化及び均一化を達成するように制
御された態様で適用される穏かなジユール効果に
基づく、表面下の加熱を受けるだけであり、温度
の正規化及び均一化をされたガラスは特定の温度
で放出口に供給される。

前記米国特許第4029488号に開示されているも
のと同様の装置は米国特許第1928288号に開示さ
れており、この後者の米国特許においては炉の内
部の温度を制御するための装置はクロスチヤンネ
ル型の電極間の電流を制御することにより使用さ
れる。３つの帯域におけるガラスの温度を感知す
るために熱電対が使用され、それにより各帯域は
測定された温度に従つて別々に制御することがで
きる。この後者の米国特許においては温度の制御
はガラスがフイーダー及び該フイーダーにすぐ隣
接する２つの位置の中に入る直前に行われる。

前記米国特許第1928288号に開示されたものと
同様な構造は米国特許第1905533号に開示されて
おり、この米国特許は前炉の通路の両側部に沿つ
て配置された一連の電極構造を開示しており、そ
の第４図に示されるように、この構造は前炉のほ
ぼ全長にわたつて採用されている。しかしなが
ら、この米国特許の構造においては、電極自体
は、電極間に延びかつ実際上該電極により加熱さ
れる液体内に浸漬される中央に位置した前炉用の
通路の内部を流れる実際の溶融ガラスの中ではな
くて、二次液体の中に浸漬されている。電極の周
囲及び電極間に存在する液体は抵抗体として作用
するガラスである。前記米国特許第1905533号に
おける前炉の通路内の温度制御は、その前炉用の
通路を包囲するガラス内に浸漬された対向電極間
に供給されている電流の量の選択により行われ
る。これに関連する他の米国特許第3506769号が
ありこの米国特許においては前炉用の通路には、
その底部に隣接する前炉の壁を通つて延びる対向
電極の組を介して三相電流が提供される。前炉内
のガラスの表面下に熱を供給するために電熱を使
用することに加えて、他の熱交換手段がガラスの
表面の上方に設けられている。これらは燃料供給
型のバーナーである。したがつてこの米国特許は
電気による加熱と燃料による加熱の組合せを開示
しているものである。

本出願は基本的にはすべて電気を使用すること
により前炉内の温度の制御を行うことに関するも
ので、また電極にイオンが衝突することによりガ
ラス中に泡が発生することを防止することに関す
るものである。

すなわち、本発明は泡のない溶融ガラスを製造
するための方法及び装置を提供するもので、融解
装置、精製装置及び前炉の組合せが、該前炉内に
配置された複数個のジユール効果型の加熱用電極
とともに使用されており、該電極には交流電源が
接続されている。付加的な電極が前炉の前方にお
いてガラス浴内に配置されており、炉用の電極の
近くで形成される泡はガラスが前炉に到達する以
前に完全に排除することができる。この電極は直
流電源の負側に接続され、該直流電源の正側はフ
イルターを介して、前炉内の電極に交流を二次的
に供給する変圧器の電気的に平衡された中心点に
接続されている。前炉用の電極はモリブデンのチ
ツプで形成され、支持用のスチール製の棒は、該
棒の回りに高抵抗の管を介在させることにより前
炉の壁から電気的に隔離されている。

以下図面に示す実施例に従つて本発明をさらに
説明する。

第１図を見ると、融解装置１０は精製装置１４
に接続されたスロート部分１２を有している。融
解装置１０はガラスバツチすなわちガラス形成材
料を受け入れ、また本質的には、そのガラスバツ
チを液体状態に融解させるよう構成されている。
完全に融解したガラスを受け入れる精製装置１４
は３つの前炉１６，１８及び２０に供給するよう
連結されて示されている。簡潔のために、前炉２
０の作動についてのみ詳細に説明する。前炉１６
及び１８は前炉２０と同一の態様で作動し、加熱
電極の供給を受ける。本発明の好ましい実施例で
はモリブデンで作られている複数個のジユール効
果電極２２は、それらが前炉２０内に収容された
融解ガラス中に完全に沈むような方式で該前炉２
０内に配置されている。前炉の寸法、長さ及び形
状により、任意の好ましい個数の電極を使用する
ことができる。電極２２は１個または２個以上の
変圧器２６を介して交流電源２４に接続されてい
る。交流電源２４は第１図に示すような単相のも
のであつてもよく、あるいは第２図に示すような
三相電源２５であつてもよい。したがつて、交流
信号が電極２２に供給され、それにより前炉２０
内に収容された溶融ガラス中に電流が流れ、溶融
ガラスをよく知られたジユール効果により加熱さ
せる。

加熱用の電極２２を作るために使用されている
モリブデンの性質により、硫酸精製剤を使用する
ガラスにおいては、電極２２に電気化学的な反応
が起り、ガラス中の泡と呼ばれる気体状の混在物
を形成する。泡を作り出す反応は、モリブデンが
溶融ガラス中に存在する硫酸イオンに対して自由
電子を供給することにより行われるものと信じら
れている。さらに、ソーダ石灰ガラスは溶存SO₃
を含んでおり、電気化学的反応がSO₃とモリブデ
ンとの間で起こり、反応生成物であるSO₂を含有
する泡の形成をもたらす。

電気化学的な反応の影響を否定するため、付加
的なカウンター電極３２がスロート部分１２に隣
接して融解装置１０内の溶融ガラス中に沈められ
ている。電極３２は通常の直流電源３０の負極に
接続されている。直流電源３０の正極はフイルタ
ー２８を介して変圧器２６の電気的中心に接続さ
れている。隔離用のフイルター２８ａは変圧器の
接地と電気的中心との間に接続されている。従来
から通常に使用されているフイルターであるフイ
ルター２８は何らかの交流信号が直流電源３０を
妨害することを阻止する機能を果たす。直流電源
３０を変成器２６に接続することにより、正の及
び等しい直流電位が電極３２に関して電極２２に
印加される。このことにより、直流電流が電極２
２のいずれかの間を通過することが阻止される。
電極３２及び電極２２の直流電源の接続により、
直流回路が形成され、かつ電極２２の自由電子が
その直流回路を通つて電極３２に流れる。電極３
２に自由電子が豊富に集まることにより、泡を形
成する電気化学的反応はこの位置で起こり、前炉
２０内の加熱用の電極２２では起こらない。この
位置で形成される泡は、前炉２０から終局的に出
ていく溶融ガラスの品質の劣化を起こすことはな
い。なぜならば泡は融解プロセスにおける位置で
発生するのであり、その結果、溶融ガラスが前炉
２０から出ていく前にその泡を溶融ガラスの外に
追い出すのに充分な時間がとれるからである。電
極３２はスロート部分１２に隣接して融解装置１
０内に配置されているが、この電極３２の位置は
重要なものではない。必要なことは、形成された
泡を溶融ガラスが前炉２０から抽出される以前に
該溶融ガラスから排除し得るように、電極３２が
隔解プロセスの充分後側に位置づけられているこ
とだけである。このことは、システム中を移動す
る溶融ガラスの速度すなわち量と同様に、溶融ガ
ラスの抽出点からの電極３２の距離の関数であ
る。

他の前炉１６，１８の電極に対して印加される
直流電圧に関して、直流電源３０または別個の電
源を使用することができる。これに関して、直流
電流がそれぞれ前炉１６，１８及び２０内の電極
間に供給されるのを避けるよう何らかの注意を払
わなければならない。いずれにしても、これらの
直流電流は小さいもので、重要なフアクターは、
特定の前炉の中で各電極がその前炉内の他のすべ
ての電極に関して等しい直流電位に保たれている
ことである。

第３図を見ると、既存の電力変圧器が２次側に
中心タツプを備えておらず、したがつて２次側の
電気的中心を正確に位置決めすることを困難にし
ているような場合に有用な回路構成が示されてい
る。２次側への自動単巻変圧器の接続を行うこと
により、電気的中心すなわち浮動中立点が直流電
源の接続に利用できる。単巻変圧器の巻線は第３
図に符号８０ａ，８０ｂ及び８０ｃで示されてい
る。第１図の実施例に使用した符号はこの実施例
でも使用されており、両実施例において同一の部
品は同一符号で示されている。

第４図を見ると、前炉内に位置した電極への概
略的な電気的接続が示されており、この電気的接
続は第３図に関して前記したものと互換できるも
のである。本実施例においては、各側における電
極２２はすべて互いに接続され、かつ単一の変圧
器２６から給電され、したがつて電極は単相交流
電源２４に接続されていることが注目される。前
炉内における単領域電極接続は可能なことであ
り、また電流の適正な選択により、前炉内の電極
に充分な加熱用電流を供給することが適当であ
る。また、電極２２は単巻変圧器の巻線８０を介
してフイルター２８に接続され、該フイルター２
８は直流電源３０に接続されている。第１図ない
し第３図の実施例に関して説明したのと同様な態
様で、フイルター２８ａと変圧器２６との間に接
地接続が行われていることに注目すべきである。
また、前記した諸実施例と同様に、直流電流の負
極は融解装置１０内に位置した電極３２に接続さ
れている。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示してお
り、この実施例では単領域電極の組立てが図示さ
れている。これについて、前炉２０（その一部の
みを図示する）は前記諸実施例で図示したものと
同様な構造を有しており、電極２２は変圧器２６
に接続されていることを理解すべきである。変圧
器２６の中心タツプはフイルター２８に接続さ
れ、該フイルター２８は図示したように直流電源
３０に接続されている。加うるに変圧器２６の中
心タツプは第２のフイルター２８ａを介して接地
されている。直流電源３０は概略的に図示した融
解電極７６に接続されている。図示した特別な回
路においては、直流電流はある意味では浮動して
おり、一方直流回路は電極において接地されてい
ることに気づくであろう。融解電極７６は実際
上、融解装置における電気的な融解のために使用
される電極であつてもよい。必要なことは、フイ
ルター２８が電極７６から接地への電圧よりも大
きいことだけである。

前炉の内部における電極の物理的な構成及び配
置の特別な例は第５図に示されている。第５図に
おいては、全体的に符号５０で示された前炉用の
通路が、全体的に細長い樋状の構造に形成された
耐火材料５１に設けられている。一方、耐火材料
の前炉は耐火煉瓦構造５２により包囲され、この
耐火煉瓦構造は金属構造物５３により支持されて
いる。電極は、それらが金属構造物５３、耐火煉
瓦構造５２及び耐火材料５１の壁の中を通つて延
びるように配置されている。電極２２はモリブデ
ンのような導電性の、耐溶融ガラス性の材料で作
ることができるチツプ５５より成る。一方、チツ
プ５５はステンレススチールの棒５６に接続され
ている。棒５６は金属構造物５３を越えて延び、
また該棒５６が金属構造物５３を貫通する場所に
おいては、高抵抗の管５７が電極用の該棒５６を
包囲していることに注目すべきである。この管５
７はホウケイ酸ガラスで作ることができる。ホウ
ケイ酸ガラスの管５７はモルタル５８の使用によ
りその所定位置に固定される。このようなモルタ
ルの一例はソウエレイセン（Sauereisen）第８番
のジルコンセメントであつてもよい。容易に理解
できるように、電極２２はそのチツプ５５が前炉
の中に延び、特定の例では前炉の中に約４インチ
（約10センチ）だけ延びるように位置決めされる。
高抵抗材料として使用されるホウケイ酸ガラス
は、電極の隔離を行い、また10×10⁹Ω−cmのオ
ーダーの抵抗を有することを確保する。

要約すると、本発明は融解装置、この融解装置
に連結された精製装置及び該精製装置に連結され
かつ該精製装置から材料を供給される一つまたは
それ以上の前炉より成る。各前炉は複数個のジユ
ール効果を利用した加熱用の電極と、該電極に対
して交流電力を供給するための交流電源とを有し
ている。前炉内に位置した各電極上に正の等しい
直流電圧を印加し、また精製装置への連結部に隣
接して融解装置内に配置された付加的な電極部に
対して負の直流電圧を印加するための手段が設け
られている。前炉内の電極に対する精製装置内の
電極の負電位により前炉の電極から電源を通つて
融解装置内の電極に流れる電子の戻り流のための
通路が提供される。このことにより、泡を形成す
るような電気化学的な反応が前炉の領域内で起こ
ることを阻止する。泡はこの地点に自由電子が集
まることにより融解装置内の電極上に形成され
る。この位置における泡の形成により、泡は溶融
ガラスが前炉から除去される以前に該溶融ガラス
から排除することができる。

加うるに、電極の隔離を行うことにより、何ら
の注意もしない場合には起こるであろうような漂
遊電流の漏れが阻止されることも理解すべきであ
る。もしこのような漂遊電流の漏れが阻止できな
いならば、この漏れにより本発明の利点は台無し
になつてしまうであろう。したがつて、本発明に
おいては、電極は、周囲の支持構造物中を流れる
であろう漂遊電流からできるだけ電気的に隔離さ
れていることが重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路構成を備え、電極のため
の電源が単相交流であるガラス融解炉、精製装置
及び前炉の概略的平面図、第２図は前炉内の電極
への三相電源の接続を示す、第１図と類似する
図、第３図は前炉内の電極への確実な接続を行う
ため電気的に平衡のとれた中心点を得るための単
巻変圧器の使用を示す、第１図に類似する概略的
平面図、第４図は前炉内の単領域電極システムを
示す、第３図と類似する概略的平面図、第５図は
１つの電極位置における前炉の縦断面図、第６図
は融解装置に接続させた浮動交流電源及び隔離さ
れた直流電源に接続された単領域電極システムを
有する前炉の概略的平面図である。 １０…融解装置、１４…精製装置、１６，１
８，２０…前炉、２２…加熱用の電極、２４…交
流電源、２５…三相交流電源、２６…電力変圧
器、２８，２８ａ…フイルター、３０…直流電
源、３２…融解装置の電極、５１…耐火材料、５
２…耐火煉瓦構造、５３…金属構造物、５５…モ
リブデンのチツプ、５６…ステンレススチールの
棒、５７…高抵抗の管、７６…融解電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラスバツチを融解するための融解装置と、
   融解装置から溶融ガラスを受け取るよう連結され
   た精製装置と、該精製装置に連結されかつ該精製
   装置から溶融ガラスの供給を受ける１つまたはそ
   れ以上の前炉と、各前炉内に配置された複数個の
   ジユール効果型の加熱用電極とより成り、前記加
   熱用の電極に交流信号を供給して溶融ガラスをジ
   ユール効果により加熱する装置によつて溶融ガラ
   スを製造する方法において、 各加熱用の電極に正の等しい直流電圧を印加
   し、 前記精製装置への連結部に隣接して前記融解装
   置内に配置された電極に負の直流電圧を印加し、
   前記加熱用の電極から前記融解装置の電極への電
   子の流れのための通路を形成し、それにより自由
   電子を前記融解装置の電極上に集め、かつ前記加
   熱用の電極上に泡が形成されるのを阻止すること
   を特徴とする溶融ガラスの製造方法。 ２ 泡のない溶融ガラスを製造するための装置に
   おいて、 ガラスバツチを融解させるための融解装置と、 該融解装置から溶融ガラスを受け取るよう連結
   された精製装置と、 前記精製装置に連結されかつ該精製装置から溶
   融ガラスが供給される１つまたはそれ以上の前炉
   と、 少なくとも１つの前炉内に配置された複数個の
   ジユール効果型の加熱用の電極と、 前記加熱用の電極に交流電流を供給するため該
   加熱用の電極に接続された交流装置と、 前記加熱用の電極の各々に正の等しい直流信号
   を印加するため前記交流装置に接続された直流装
   置と、 前記加熱用の電極のすべてから前記融解装置の
   電極への電子の流れのための通路を提供するよう
   に、前記精製装置への連結部に隣接して前記融解
   装置内へ配置され、かつ前記直流装置の反対極に
   接続された電極とから成り、 しかも、前記前炉は、ガラスと接触する耐溶融
   ガラス性の耐火材料と、前記前炉の側部及び底部
   を包囲する耐火煉瓦構造と、該耐火煉瓦構造を包
   囲する金属支持構造とで形成されている、 ことを特徴とする溶融ガラスの製造装置。 ３ 前記加熱用の電極がモリブデンで作られてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   溶融ガラスの製造装置。 ４ 前記加熱用の電極が細長い棒より成り、該棒
   は溶融ガラスの中に延びるモリブデン製の端部
   と、ステンレススチールで作られた本体部とから
   成り、前記モリブデン製の端部とは反対側の前記
   棒の端部は前記前炉の壁を通つて延び、さらに前
   炉支持構造の壁内の漂遊電流から前記棒を電気的
   に隔離するため該棒を包囲するための手段が設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の溶融ガラスの製造装置。 ５ 前記棒を包囲するための手段はホウケイ酸ガ
   ラスの管であり、またこの管を前炉支持構造内の
   開口の中に取り付けるための手段が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   溶融ガラスの製造装置。 ６ 前記交流装置が１つまたはそれ以上の電力変
   圧器に接続された交流電源を含み、該変圧器は前
   記加熱用の電極に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の溶融ガラスの製造
   装置。 ７ 前記直流装置は直流電源を含み、該直流電源
   の正極は各電力変圧器の２次側の電気的な中心に
   接続され、かつ負極は前記融解装置用の電極に接
   続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の溶融ガラスの製造装置。 ８ 前記直流装置は、交流成分が直流電源に到達
   するのを阻止するため、直流電源と変圧器との間
   に接続されたフイルターを含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第７項記載の溶融ガラスの製造装
   置。 ９ 前記直流装置はそのフイルターを介して電極
   を接地させるためのフイルターを含んでいること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の溶融ガ
   ラスの製造装置。 １０ 前記交流電源は単相であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の溶融ガラスの製造
   装置。 １１ 前記交流電源は三相であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の溶融ガラスの製造
   装置。