JPS6363491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガラスビーズの製造に関し、また
ガラスビーズの製造に利用する燃焼室または炉に
関する。

ガラスビーズ、たとえば特に道路標識用または
反射性道路標示用に利用するガラスビーズは、多
くの型式の炉で製造される。

従来利用されている炉は、自由火炎（lazy
flame）または強制火炎（force flame）の上向
き通風炉および下向き通風炉であり、これらの場
合には、カレツトすなわち破砕ガラスが下記のよ
うにして炉へ充填される；すなわち、 (a) 炉の下端部で充填されてから、燃焼ガスによ
り上方へ運ばれる； (b) 炉の上端部で充填されてから、重力効果によ
り下方へ落下される。

いずれの場合にも、破砕ガラス・カレツトは最
初に炉の加熱効果を受け、それから冷却領域にお
いて引続き冷却効果を受ける。したがつて、 破砕ガラスの粒子は、遷移状態になるに十分
な時間に十分な高い温度に上昇され； 遷移状態の粒子は、表面張力現象によりビー
ズの形状となり、すなわち粒子は球状化し； こうして形成されたビーズが、その遷移温度
より低温に冷却されて、このため収集が容易と
なると共に、他のビーズとの合体または炉壁へ
の付着が避けられる。

粒子／ビーズが炉内で飛行する時間は、「滞留
時間」として知られている。

ガラスビーズを製造するための炉の作動パラメ
ータ、特に厳密にモニターすべき多くのパラメー
タの中には、前記炉の効率がある。近年は、使用
燃料の量を減少させることが重要な点になつてき
ている。

製造されるビーズの寸法およびビーズの基準、
特にその屈折率はビーズの最終的利用形態により
決定される。しかし一般的にいつて、この発明で
特に問題としているのは、屈折率が約1.4〜2.1で
径が100〜1500μのビーズを製造することである。
勿論、本発明は、これらの屈折率及び径のビーズ
製造だけに限定されるものではない。

ガラスビーズを製造する炉の効率は、下記の関
数である：すなわち(a)滞留時間中に炉に供給され
るエネルギーに関連する炉内での破砕ガラス粒子
の滞留時間；(b)粒子密度；および(c)前記粒子の炉
内単位容積当りの数量および寸法の関数である。
「滞留時間」中の粒子はその遷移状態を達成し、
かつビードに形成されて、合体および付着が避け
られる状態まで冷却されなければならない。

ガラスビーズを製造する炉は多数知られてい
る。英国特許第740145号、同第984655号明細書、
および米国特許第2947115号、同第3151965号およ
び同第3190737号明細書には、幾つかの上向き通
風炉と、一つの下向き通風炉が開示されており、
英国特許第984655号明細書には、前述二つの型式
を組合わせた装置、が開示されている。

ほとんどの従来装置について次のことが云え
る。すなわち、粒子の「滞留時間」が、粒子の飛
行経路を長いかもしくは高い実質的な直線状にす
ることによつて、また適当な冷却領域に通じる加
熱領域に、長いかもしくは高い火炎を供給するよ
うになつた炉を用いることによつて得られるとい
うことである。

しかし、前記英国特許第984655号明細書に開示
された装置においては、粒子が従動され強制的に
通過させられる飛行経路は噴水の形態を有してい
る。すなわち、粒子は上方へ放出され、次いで装
置内で燃焼ガス流に与えられる拘束範囲内で、重
力により下方へ送られ、この結果、形成されたビ
ーズは収集トレーに落下し、あるいは半径方向の
正弦経路において、収集パンへ向けて外方へ送ら
れる。

英国特許第740145号明細書には、垂直に配置さ
れたチユーブ状コラムが開示されており、このコ
ラム内へ、破砕ガラス粒子が燃焼ガスによつて放
出され、この粒子が高温ガスに乗せられて、上方
へ運ばれる。

弱い火炎が方向付け可能な上昇空気流内に形成
され、上昇媒介ガスは粒子／ビーズと共に、強度
が増大する冷却領域を通過する。したがつて温度
勾配がコラムの上方に向つて存在し、そこをガラ
ス粒子／ビーズが強制的に通過させられる。

余分の空気が、コラムの頂部において、接線流
入ポートを介して導入されるが、これは速度をあ
る程度失なう可能性のある前述ビーズの速度を上
げるためだけのものである。

コラムの壁に取付けられた振動装置により付着
が防止される。

英国特許第740145号明細書に開示された炉内で
は、粒子／ビーズの「滞留時間」は、コラムの底
部において火炎内へ放出される粒子の速度を調整
することにより、微少な限界内で調整され得る。

英国特許第875292号明細書には、垂直に配置さ
れた炉を備えた装置が開示されている（同明細第
１図ないし第３図参照）。この場合には、前記炉
に対してガス／空気の可燃性混合気が破砕ガラス
粒子と共に供給される。ここから得られたビーズ
は冷却領域を通過して、下部収集箱へ送られる
か、あるいは冷却領域の上部のガス煙突を介し
て、サイクロン型分離装置へ送られる。高温ガス
が冷却空気内へ流入する場所である炉の直上の冷
却領域を横切つて温度勾配が存する。さらに、前
記装置における冷却領域を通る粒子／ビーズの飛
行経路は、ビーズ質量／重量の関数、またはビー
ズ質量／燃焼ガス速度の関数である。

英国特許第875292号明細書の第６図および第８
図に開示された第２装置においては、バーナー装
置５１が示されており、このバーナー装置５１は
炉領域内の燃焼ガスに対して、炉全体にわたつて
温度を均一化するように、螺旋作用を与えるよう
に調整されている。冷却領域は炉の直上に設けら
れている。空気が炉の下方の流入ポート７６にお
いて装置へ流入されるようになつている（第６図
参照）。この空気の目的は、燃焼を助けることと、
炉壁に対する粒子／ビーズの付着を避けることで
ある。

この装置で形成されたビーズは、上部煙突およ
びサイクロン型分離装置を介して収集される。

第２装置における温度勾配は、装置の高さ方
向、すなわち粒子／ビーズの飛行経路と実質的に
同一直線方向に見られる。両装置において、中央
の燃焼ガスおよび壁部の冷却空気による明らかな
温度勾配が、炉の横切る方向に存在するが、ガス
および粒子／ビーズの主流は上向きである。

米国特許第3190737号明細書に開示された炉は、
基本的には上向き通風炉であり、この炉には入れ
子式の相互に連結された開放円筒室が備えられ、
この室に対して、ガス／空気の可燃性混合気と粒
子／ビーズとが、前記室の周縁において上昇空気
流と共に供給されるようになつている。空気が入
れ子式室の結合部の接線ポートを介して供給さ
れ、室の壁に向けて上方へ螺旋流を描き、粒子の
合体と付着を防止するようになつている。可燃性
ガスの火炎は、炉をその全長にわたつて加熱する
ようになつており、また粒子／ビーズは実質的に
炉の中央領域に維持されるように拘束されてい
る。事実、空気の渦巻きクツシヨン作用により、
迷動粒子／ビーズは中央へ押戻される。

前述のすべての装置は、長い「滞留時間」を包
含しており、また粒子／ビーズが長い「滞留時
間」を有することは、望ましくない高動力消費に
通じる。

この発明によれば、下記の工程からなるガラス
ビーズ製造方法が提供される。

(a) 第１可燃性ガスまたはガス混合物を、総体的
に円筒形の室へ導入すること； (b) 前記第１ガスを点火して、導入された前記ガ
ラス粒子を溶融するのに十分な大きさと温度の
火炎を形成すること； (c) 第２ガスまたはガス混合物を前記室に対して
総体的に接線方向へ導入して、 前記火炎を渦巻状に螺旋流動させ、 前記火炎を包囲するガス冷却領域を形成す
ること； (d) ガラスまたはガラス形成材料の粒子を前記渦
巻き火炎内に導入し、このとき前記粒子を火炎
に対してその中央または中央へ向けて、しかも
火炎を通してビーズを形成するのに十分な時
間、螺旋経路に沿つて流し、次いで前記ビーズ
を冷却領域へ送り、そこで室壁へ到達する前に
硬化させること； (e) こうして形成されたビーズを収集すること。

前記室を横切る温度勾配を、総体的にシルクハ
ツト形状にして、粒子をガラスビーズに形成する
のに十分な温度の加熱領域と、それより非常に低
温の冷却領域とを与えるようにすることが好まし
い。

第１ガスがプロパンである例においては、加熱
領域の温度は1000℃を越え、また冷却領域の温度
は300℃より低され、好ましくは、150℃より低く
される。

一次ガスとしてプロパン／空気／酸素を利用す
る別の例においては、前述温度は1500℃を越え、
また500℃より低く、好ましくは200℃より低くさ
れる。

この発明によれば、さらに、前述の方法でガラ
スビーズを製造する装置が提供され、この装置
は、総体的に円筒形の室と、前記第１ガスを前記
室へ導入する少なくとも一つのノズルと、点火装
置と、前記第２ガスを加圧下で前記室へ導入する
少なくとも一つの流入ポートと、排出ガス用吐出
口と、ガラスまたはガラス形成材料を前記室内へ
放出する装置とから構成される。

好ましくは前記室は、その軸心がほゞ垂直とな
るように配置してあり、また前記少なくとも一つ
のノズルは前記室の下端部で、その軸心に隣接し
て配置され、前記ガス吐出口は前記室の上端で、
前記室に対して同軸に配置されており、かつ前記
少なくとも一つの流入ポートは、前記室の周壁に
設けられる。

この発明は、さらに、前述方法および装置によ
り製造されたビーズを提供し、かつ前述ビーズを
含む道路標示材料を提供している。

この発明の方法によりガラスビーズを製造する
のに適する渦巻き炉装置の好ましい実施例を、図
面を参照して例示的に以下に説明することにす
る。

図面は、特にガラスビーズを製造するための渦
巻炉装置を示している。この装置の主要構成要素
は、炉１、総体的に２で示されるバーナー装置お
よびガス供給装置、および総体的に３で示される
材料供給装置である。

炉１は実質的に円筒室１０からなり、その下端
壁１２は中央孔を包含し、前記中央孔内にバーナ
ー装置１３が配置される。円筒室１０の周壁１４
には接線方向に配置された、四つの空気流入口１
６が取付けられる。これらの空気流入口１６は正
反対位置に２対をなして配置されており、一方は
室１０の上半部に、そして他方は下半部に配置さ
れる。空気流入口１６はパイプ１７へ向けて後方
にテーパを成しており、このパイプ１７はマニホ
ルド（図示しない）を介して、二次空気供給源１
８へ連結される。空気供給源１８は、通常の型式
のポンプとすることができ、これには流入口１６
への空気流量を制御する適当な装置が設けられ
る。

検査ポート２０が室の壁部１４に設けられると
共に、このポート２１には室１０内の温度を測定
する熱電対が挿入される。ガラスビーズ用流出口
ポート２２は、Ｔ端壁１２の周縁に設けられ、ま
た別の流出口ポート２２′が室の周縁に設けられ
る。

室の上端壁２３は、中央に配置された煙突２４
を包含しているが、その径は後述のようにして計
算される。停止プレート２５を煙突２４内に配置
して、室からのガスの環状流出口２６を構成し、
さらに抽出ユニツト２７が煙突の上方に配置され
る。室１０は脚部２８上に取付けられる。室１０
は軟鋼から製作されると共に、ほぼ等しい径と高
さを有している。

バーナー装置１３（詳細は後述する）は、燃焼
すべきガス／空気混合気用の流入口３０を備え
る。ガスと空気は、混合ベンチユリ３１で混合さ
れるようになつており、前記ベンチユリ３１に対
して空気（一次空気）が、ポンプ３２または他の
適当な装置により供給される。通常はプロパンで
ある燃焼ガスが、管路３４を介してベンチユリ３
１へ供給される。なおこの管路３４には通常の型
式の流量制御および計量バルブおよび装置３５が
設けられる。管路３４には、さらに、遮断バルブ
３６が設けられ、前記バルブ３６はこの装置の何
らかの要素が作動を停止した時に、管路３４を自
動的に閉鎖してガスの供給を遮断するようになつ
ている。これにより室内に未燃ガスが蓄積するこ
とが防止される。バルブ３６は、(a)一次空気の供
給の停止、(b)二次空気の供給の停止、(c)燃焼の停
止（これは室の周壁の紫外線感知光電管３８によ
り検知される）の際に閉鎖される。

第２図において、バーナー装置１３は、二つの
同軸バイプ４１，４２を備え、各パイプの上端に
は環状フランジ４３，４４が溶接される。このフ
ランジ４３は円形の直立壁部４５を含み、前記壁
部４５によりバーナー装置が室の下端壁１２に固
定される。上端が開口しているパイプ４２はフラ
ンジ４３の上方へ突出し、これにより環状室４６
がパイプ４２の周囲で二つのフランジの間に形成
される。フランジ４４から垂下してフランジ４３
に衝合する円筒壁部４７は、室４６を閉鎖すると
共に、多数のガス吐出ノズル４８を包含する。

ほぼ30個のノズル４８は壁部４７の周囲に隔置
されると共に、第２図に示すように、パイプ４
１，４２の軸心に対してほぼ45゜の角度で壁部を
通して開口する。パイプ４１はその下端部でパイ
プ４２の周囲に密封され、これにより環状通路４
９が形成され、ガス／空気混合気は、この環状通
路４９を介して流入口３０へ流入するようになつ
ている。パイプ４２の下端部は後述のように、材
料供給源へ連結される。

発火装置（図示しない）が、ガス／空気混合気
を点火するために、バーナー装置に取付けられ、
またこの発火装置と一次空気およびガスの流量と
が、制御パネル５０から遠隔制御される。

炉で処理されるガラスカレツト等の材料は、材
料供給装置３から供給される。この装置３はバル
クホツパー５１を備え、前記ホツパーはガラスカ
レツトを連続的に、振動供給装置流量制御装置へ
供給する。振動供給装置５２は回転バルブ５３
（モータ５５により駆動される）へのカレツトの
流量を計量するようになつており、バルブ５３は
カレツトをベンチユリ箱５４へ放出するようにな
つている。このベンチユリ箱５４内ではカレツト
は管路５６から供給される圧縮空気流に乗せられ
て、管路５７を介してパイプ４２へ移送される。

材料の高流量条件の場合には、ベンチユリ箱は
正のケージ圧において作動でき、回転バルブは制
御された漏出装置の作用を行なう。二次空気の供
給を行うべく流動化装置の端にベンチユリ箱が設
けられ、これにより材料の流動が助けられる。

回転バルブ、ベンチユリ箱およびパイプ装置
は、300℃までの温度での作動に対して設計され
る。これはスリガラスの予備加熱をも可能として
いる。

供給される空気の圧力と流量は、パイプ径と、
必要なガラス供給速度により限定される。ガラス
の「噴出（fountain）」の高さを制御するために
独立の装置が必要であり、この装置は第３図に図
示されている。パイプ４２の上端部は少し広げら
れており、偏向円錐体５８（頂部を下向きにし
て）が、パイプの開放端に隣接して設けられてい
る。カレツトがパイプ４２を上方へ通過して、パ
イプの一部領域に局部偏在することを防止するた
めに、圧力空気供給源５９がパイプ４２のオリフ
イス６０に連結される。この二次空気はチユーブ
に対して適当な角度で流入し、その角度により、
空気はパイプ４２内で渦巻きを生じ、したがつて
カレツトはパイプの全周にわたつてパイプ４２か
ら放出されることになり、火炎内へ均等に分散さ
れる。

この渦巻き炉の作動は下記の通りである。

反対側の位置に配置された二対の空気流入口１
６を介して円筒室１０へ流入する接線空気流によ
り、空気渦が発生する。

火炎源が室の基部にある状態で、中央で非常に
高温で、かつ明瞭に限定された円筒渦巻火炎Ａが
発生し、これが処理装置の中央加熱領域を構成し
ている。流入する二次空気流は、冷却領域を構成
する冷却空気Ｂの外側領域を生じさせる。これは
渦巻の中央高温領域を完全に包囲する。ガラス粒
子は処理装置基部中央から、室内へ放出され、渦
巻き流に乗せられる。粒子の運動量および粒子に
作用する遠心力により、粒子は処理装置（第４図
および第５図）の基部から上方および外方へ、螺
旋経路Ｃを描く。この螺旋経路に沿つて室を通る
際に、粒子は最初に中央加熱領域を通過し、そこ
でほぼ1000℃の温度を得て溶融し、表面張力効果
により丸められる。この粒子は直接包囲冷却領域
へ送られ、そこでこのガラス球は、処理装置の壁
に衝突する前に固化し、その後処理装置基部に落
下するかまたはポート２２′を介して室外へ流出
される。この処理全体にわたつてガラス粒子は分
離状態に維持され、冷却および固化されるまでは
相互に、あるいは処理装置の一部に衝突すること
はなく、次いで前記基部に落下して吐出口２２を
介して収集される。処理済ビーズを吐出口２２方
向へ向けるためのガイドを、室１０に設けること
ができる。室の基部の中央に配置されたバーナー
装置からは火炎が発生される。ガス流量は通常の
粒量計量装置により制御されるようになつてお
り、プロパン、天然ガスまたは他の適当な可燃性
ガス、および空気の混合物が利用される。ガス／
空気流量制御装置により、必要に応じてガス：空
気比を変えることができる。

接線空気流入口へ供給される二次空気が渦巻き
流を発生し、燃焼のための酸素の必要量を満たす
間に、一次空気が燃焼用ガスと予備混合される。

室１０内には、自由および定渦巻状態と呼ぶ二
つの異なる火炎条件が生成される。この両火炎形
態は同一または類似バーナー装置から、そして室
内の類似空気力学条件において発生される。二つ
のうちのいずれが発生されるかを支配する臨界フ
アクターは下記の点である： (i) ガス流量 (ii) 煙突およびバーナーの設計仕様と寸法。

渦巻き室内には自由および定渦巻き容積である
二つの異なる領域が存在する。径が煙突２４の径
により決まる室１０の中央領域は、定渦巻き容積
である。前記領域を包囲しかつ室壁へ延びる環状
容積は、自由渦巻き容積と言われる。

以下に、二つの火炎条件のそれぞれの特徴と、
それぞれの要求条件を要約する。

自由渦巻き条件はその要求形態としては、ほと
んど特定されていない。この形態は限定された高
乱流および強力火炎であつて、熱解放量が高い状
態により確定される。この状態は広範囲のガス流
量にわたつて得られ、かつ高い回転速度を有して
いる。火炎の径はバーナーのガス流出口４８の径
により決定される。自由渦巻き状態に対しては、
前記径は室の煙突の径より大きくなければならな
い。火炎は室の外側渦巻き容積内に発生する。こ
の形態の火炎は、燃料ガスと予備混合される一次
空気と共に、あるいはそれ無しで発生され、かつ
軸心方向に小さい加熱領域を提供し、その際、ガ
ラスビーズの形成には適当でない高い回転速度が
生じる。

定渦き状態はその要求形態が特定されている。
この状態は、非常に広範囲にわたつて乱流状態が
少なく、熱解放量が低い非常に高温の火炎により
確定される。火炎の径は煙突の径により決定さ
れ、通常は煙突の径の約90％にされる。火炎の径
は煙突の径に対して非常に影響を受けており、狭
い煙突の場合は、ガス流量が高い場合でも狭い定
渦き火炎が生じる。

煙突開口が広い場合、たとえば室径の80％で十
分なガス流量が存する場合は、広範な定渦巻き火
炎が得られる。火炎は室の径の70％にすることが
できる。火炎の径が影響を受けやすい性質を有す
ることは以下の事実、すなわち広い煙突径が、渦
巻き室の頂部に近接して置かれた狭い抽出ユニツ
ト２７をかぶせられた場合は、火炎の径が、室の
煙突の径ではなく、抽出装置の開口の径により決
定される、という事実により示される。

定燃焼状態は、停止または環状煙突を利用する
ことにより、室１０内で安定化される。煙突の基
部の中央に配置された円形プレート２５により環
状煙突２６が形成され、これにより定渦巻状態が
安定されるものと見られる。典型的には、前記プ
レートは煙突開口の径のほぼ80％の径を有する。

この形態の渦巻き火炎は、燃焼用ガス／空気混
合気を提供する一次空気の供給により容易に得ら
れる。火炎の径は、バーナーの寸法ではなく、煙
突の幾何形状により決定される。

定渦巻き形態は、ガラスビーズの形成にとつて
理想的な加熱および冷却条件を生じさせる。室１
０内で定渦巻き形態に対して得られる代表的な温
度グラフを、第６図にＰを付して示してある。

この発明によるガラスビーズの製造方法を実施
する場合には、下記の工程が行われる： (a) 流量を調整された可燃性ガスが、ガス供給装
置２を介して室１０へ導入される； (b) ガスが点火されて、室１０の下部に集中円筒
状の火炎が形成される； (c) 調整された流量の空気が接線ポート１６を介
して室１０へ導入され、火炎を渦巻き形態に形
成するようにし、その際前記空気流により前記
火炎を包囲すると共に、大気温に近い温度を有
する過巻き乱流ガスからなる冷却領域が形成さ
れるようになつており； (d) 調整された量のガラスカレツトが所定の放出
速度で放出パイプ４２を介して、渦巻き円筒状
の火炎の中心またはその方向へ導入され、その
際粒子は渦巻き流に乗せられて、室の上方およ
び外方へ延び、かつ室の周壁へ向かう螺旋経路
Ｃに強制的に通過させられることになり、また
前記粒子はビーズを形成すべく球状化されるの
に十分な時間、前記渦巻き火炎内に滞留させら
れており、またビーズはそれから冷却領域へ送
られて、そこでビーズは冷却されて、ビーズの
外皮が硬化され、したがつてビーズが炉室の壁
に付着する場合のような、ビーズの合体が防止
される； (e) ビーズが室１０のポート２２′から回収され
るか、または室の底部から回収され、前者の場
合はビーズは室の壁に衝突してから最初に収集
されるようになつており、また後者の場合は、
ビーズは球状化および固化後に前記底部に落下
するようになつている。

明らかなように、小径のカレツト粒子は室１０
内で、低く短かい飛行経路を描く傾向があり、か
つ大径粒子より滞留時間が短かくなる。

前述の方法により前述の炉内で製造されたビー
ズを、通常の製造方法から得られたビーズと比較
した。また、通常の製造方法における燃料消費量
よりかなり低い単位体積のビーズ当りのエネルギ
ー入力により、ビーズが製造される利点も有す
る。実際には、従来のガラスビーズの製造方法に
比較して、前述製造方法においては、50〜75％を
越える燃料の節約が期待される。

また、ガラスカレツトを約200〜300℃の度に予
備加熱することにより、さらに燃料の節約が行な
われる。カレツトは煙突の高温ガスと、適当な熱
交換装置を利用することにより、前記温度まで加
熱され得る。

一例として、１ｍの径と１ｍの高さの室内へプ
ロパン／空気混合気が供給された場合、作動変数
は下記の通りである； ガス流量 1400〜14000／分 一次空気流量 280〜7000／分 二次空気流量 5600〜56000／分（1400〜
14000／分／流入口） 火炎温度 第６図のＰに示す 火炎幅 10cmｓ〜90cmｓ ガラスビーズ製造速度 〜20Kg／分 特別の例としてこの室を利用する場合、2.04Kg
のガラスカレツトをこの室により処理して、その
間85のプロパンが燃焼された。2.00Kgのガラス
ビーズが製造され、その95％が球形で、５％はビ
ーズに転換されないで、火炎により磨かれた粒子
またはカレツト粒子のまゝであつた。エネルギー
消費量は、１Kgのビーズ当りほぼ3.6MJであつ
た。

第６図に曲線Ｐで示す温度特性は、カレツトか
らガラスビーズを製造する場合に特に適するが、
室１０内ではそれより高温が容易に達成できる。
これは供給される一次または二次空気を予備加熱
すること、あるいは燃焼前に燃焼ガスに純酸素を
付加することにより、供給一次空気の酸素含有量
を増大することにより、達成され得る。

渦巻き火炎の酸素を濃厚化することによりほぼ
2000℃の温度が発生され得る。この型式の火炎か
ら得られる代表的な温度特性が第６図に、Ｔを付
して示されている。室内の空気力学条件は前述の
場合と同じである。火炎境界を横切る非常に大き
な温度増加を除いて、火炎特性は前述の定渦巻火
炎に対して説明したのと本質的に同じである。

高燃焼温度は、同伴される任意の材料へ急速に
熱移動させるのに好ましく、かつ大きな加熱速度
が得られる。1000℃がこの処理の良好な作動にお
ける最小温度であるが、最適な作動効率はそれよ
り高温、たとえば1400℃で達成される。渦巻温度
の調整は、ガス／空気予備混合気の酸素含有量を
制御することにより達成できる。酸素含有量を増
大することにより、渦巻き温度をたとえば1400
℃、1600℃あるいは1800℃になるように調整する
ことができる。プロパンを利用する一次空気の予
備加熱での、化学量論的酸素必要量に対しては、
約2000℃〜2500℃の最大温度が期待される。

高温の渦巻き温度を利用することにより、製造
速度が高くなり、および／または処理室の寸法を
減じることができる、という付加的利点が得られ
る。

高温は、ガラスカレツトからではなく、ガラス
形成材料からビーズを形成する際にも利用され
る。

金属質または非金属質の多数の酸化物が、ガラ
ス形成特性を有する。最も通常のもので、最も有
用なものはシリカ、SiO₂であり、これはほとん
どの市販ガラスにおいて、基本的なガラス形成酸
化物である。

ガラス製造の一方法において、酸化物はその溶
融温度まで加熱されて、完全に溶融され、それか
ら急速に冷却される。ある種の酸化物において
は、冷却を十分に急速に行なうことにより、ガラ
スが得られる。非ガラス形成酸化物においては、
酸化物は結晶形態で得られる。すべての酸化物の
溶融物をゆつくり冷却すると、常に結晶化が行な
われる。したがつて冷却速度は、酸化物溶融物か
らガラスを形成する際に臨界的なものである。ガ
ラスはガラス状、無定形または非結晶質というよ
うに、種々に記載されている。重要な特性はその
構造に結晶が存在しないことである。ガラスと結
晶質材料は、それぞれの物理的特性、特にその光
学および回折特性を検査することにより、容易に
区別できる。すべてのガラスは熱力学的に準安定
性を有し、時間または熱処理により、常により安
定した結晶質形態へ転じるようになつており、た
とえば、シリカの安定結晶形は水晶である。

純酸化物ガラスのうち、シリカガラスは最も容
易に形成され、不透明化または結晶化が容易であ
る。比較的多量の酸化物は、ガラス形成特性を保
持した状態で、シリカに付加することができる。
市販ガラスは約30重量％のソーダ（Na₂O）と石
灰（CaO）を含有し、したがつて、ソーダ・石
灰・シリカガラスと呼ばれる。

異なる特性を有するガラスを得るために、他の
酸化物を付加することができ、たとえば酸化チタ
ン（TiO₂）または酸化鉛（PbO）が屈折率およ
び密度を増大するために、酸化アルミニウム
（Al₂O₃）が軟化温度および強度を増大するため
に、酸化鉄（Fe₂O₃）が色を導入するために利用
される。

温度特性Ｔを利用する前述の方法は、前述の任
意の組成を有するガラスからビーズを形成するの
に適する。

高温処理により、ガラスビーズが適当な粒子寸
法および品質の破砕水晶から、または直接水晶ま
たは水晶濃厚砂から形成することができる。

水晶の融点（1632℃）は、酸素の濃厚化または
空気の予備加熱により得られる温度範囲内に存す
る。

合理的に純粋な水晶から形成されたビーズは、
効果としては純粋なシリカガラスであり、実質的
な化学的および物理的恒久性を有する。

この炉を利用してビーズの製造方法を実施する
にあたり、ビーズは、通常の炉で得られる場合よ
りはるかに高い効率で製造されるものと信じられ
る。これは、下記の状況の組合わせから得られる
ものである： (a) 室内での混合気の燃焼が増大されること。事
実、状態はガスの燃焼にとつて理想的と考えら
れる状態に接近している； (b) 炉内から撹流状態の熱移転特性にあり、それ
により炉雰囲気からガラス粒子に対して、急
速、効果的に熱移転が行なわれる； (c) 室内でのビーズの飛行経路の空気力学的な制
御、すなわち、 小ビーズは低および短飛行経路； 大ビーズは高および長飛行経路； (d) 炉内のビーズ集団の密度が非常に増大でき、
すなわちビーズの飛行経路が制御可能であるこ
とから、ビーズは相互に接近させることがで
き、そしてこれは粒子とビーズの衝突の危険を
増大することなく達成でき、したがつて、粒子
およびビーズが相互に合体する危険が避けられ
る； (e) 室の周壁に隣接して設けられた空気カーテン
による優秀な冷却特性、したがつて、 ビーズが急速に冷却され、 炉壁へのビーズの付着が避けられる； (f) 使用時、炉を横切つて「シルクハツト」状の
温度勾配が反対側の位置に配置される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、渦巻炉装置の概略側面図、第２図は
第１図の装置のバーナー装置の拡大断面図、第３
図は第１図の装置の材料放出ノズルの拡大断面
図、第４図は室内での粒子の飛行経路を示す第１
図の装置の炉室の平面図、第５図は第４図に対応
する立面図、第６図は二つの異なる作動条件にセ
ツトされた炉室における温度プロフイル図であ
る。 ３……粒子放出装置、１０……円筒室、１３…
…第１ガス導入ノズル、１６……第２ガス用流入
ポート、２６……排出ガス用吐出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 第１可燃性ガスまたはガス混合気を、総
   体的に円筒形の室へ導入することと、 (b) 前記第１可燃性ガスに点火して、導入された
   ガラス粒子を溶融するのに十分な大きさと温度
   の火炎を形成することからなるガラスビーズの
   製造方法において、 (c) 第２ガスまたはガス混合気を前記室内へ、前
   記室壁に対して総体的に接線方向へ導入するこ
   とにより、前記火炎を渦巻状に螺旋流動さ
   せ、しかも前記火炎を包囲するガス冷却領域
   を形成し； (d) ガラスまたはガラス形成材料の粒子を前記渦
   巻き火炎内に導入して、前記粒子を前記火炎内
   またはその中央へむけて導入して、ビーズを形
   成するのに十分な時間、前記火炎内を螺旋経路
   に沿つて飛行させ、その後前記ビーズを前記冷
   却領域へ送り、そこで室壁へ到達する前に硬化
   させ、 (e) 形成されたビーズを収集することを特徴とす
   るガラスビーズの製造方法。 ２ 前記室は、その軸心がほゞ垂直となるように
   配置してあり、前記ガラス粒子は前記室の下端か
   ら上方へ放出され、前記ビーズは前記下端へ落下
   して、そこで収集することにより回収されるよう
   になつていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ３ 前記第１ガスが、可燃性ガスと空気の混合気
   であり、前記第２ガスが空気であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記可燃性ガスが、プロパンであることを特
   徴とする、特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 前記室を横切る温度勾配が、総体的にシルク
   ハツト状で、ガラスビーズを形成するに十分な温
   度の加熱領域と、非常に低温の冷却領域とを形成
   するようになつていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 前記加熱領域の温度が1000℃を越え、前記冷
   却領域の温度が300℃より低温であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ７ 前記加熱領域の温度が1500℃を越え、前記冷
   却領域の温度が500℃より低温であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ８ 前記第１ガスが、プロパン、空気および酸素
   の混合気であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第７項に記載の方法。 ９ (a) 第１可燃性ガスまたはガス混合気を、総
   体的に円筒形の室へ導入することと、 (b) 前記第１可燃性ガスに点火して、導入された
   ガラス粒子を溶融するのに十分な大きさと温度
   の火炎を形成することからなるガラスビーズの
   製造方法において、 (c) 第２ガスまたはガス混合気を前記室内へ、前
   記室壁に対して総体的に接線方向へ導入するこ
   とにより、前記火炎を渦巻状に螺旋流動さ
   せ、しかも前記火炎を包囲するガス冷却領域
   を形成し； (d) ガラスまたはガラス形成材料の粒子を前記渦
   巻き火炎内に導入して、前記粒子を前記火炎内
   またはその中央へむけて導入して、ビーズを形
   成するのに十分な時間、前記火炎内を螺旋経路
   に沿つて飛行させ、その後前記ビーズを前記冷
   却領域へ送り、そこで室壁へ到達する前に硬化
   させ、 (e) 形成されたビーズを収集する、 方法によりガラスビーズを製造するための装置で
   あつて、総体的に円筒形の室１０と、第１ガスを
   前記室へ導入する少なくとも一つのノズル１３
   と、点火装置と、第２ガスを加圧状態で前記室へ
   導入する少なくとも一つの流入ポート１６と、排
   出ガス用吐出口２６と、ガラスまたはガラス形成
   材料の粒子を前記室内へ放出する装置３とからな
   ることを特徴とする装置。 １０ 前記室１０は、その軸心がほゞ垂直となる
   ように配置してあり、前記少なくとも一つのノズ
   ル１３が前記室の下端部において、その軸心に隣
   接して配置してあり、前記ガス吐出口２６が前記
   室の上端部において前記室に同軸に配置してあ
   り、前記少なくとも一つの流入ポート１６が、前
   記室の周壁１４に設けられていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１ 複数のノズル４８が、前記室１０の軸心の
   周囲に、総体的に円形パターンで配置されている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１０項に記
   載の装置。 １２ 前記ガラス粒子放出装置３が、前記ノズル
   ４８の中心において前記室１０の軸心方向に開口
   するパイプ４２を含むことを特徴とする、特許請
   求の範囲第１１項に記載の装置。 １３ 二次ガス用の四つの流入ポート１６が、二
   つが対をなして正反対位置に配置されていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１０項に記載の
   装置。 １４ 前記ガス吐出口２６の径が前記室の径の少
   なくとも50％であることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１０項に記載の装置。 １５ 前記第１ガスを供給する装置２が設けら
   れ、かつ前記装置２が流量制御バルブ３５を含ん
   でいることを特徴とする、特許請求の範囲第９項
   に記載の装置。 １６ 前記放出装置が、パイプ５７を備え、前記
   パイプを介して圧縮空気が送風されると共に、前
   記粒子が供給されるようになつていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １７ 前記放出装置がさらに、前記粒子の供給量
   を計量する回転バルブを備えていることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１６項に記載の装置。