JPWO2013179409A1 - 大迫天井構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、炉内温度が１６５０℃前後となるようなガラス溶解炉においても炉内ガスの漏出を有効に防止できるガラス溶解炉に好適な大迫天井構造を提供する。ガラス溶解炉の炉内側に、複数個の耐火ブロック２ａをヴォールト形状となるように整列、配置した耐食層２と、耐食層２の耐火ブロック２ａの上層に配置された複数個の断熱ブロック３ａと、少なくとも耐火ブロック２ａの目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物３ｂと、緻密質不定形耐火物３ｂの上に積層され、前記断熱ブロックと前記緻密質不定形耐火物とで形成される空間を埋めるように設けられた軽量断熱不定形耐火物３ｃと、を有するガスリーク遮断層３と、を有する大迫天井構造１。

Description

本発明は、ガラス溶解炉等に用いる大迫天井構造に係り、特に、耐火ブロックの上層に、断熱ブロックを含むガスリーク遮断層を設けた、ヴォールト形状の大迫天井構造に関する。

ガラス溶解炉は、ガラスを溶解させるため炉内が非常に高温になり、その炉壁、天井等は内面側に炉内温度に耐性を有する耐火レンガにより構成し、さらに、その外層に断熱構造を設けることで炉内の熱を外部に放出しないようにしている。

例えば、溶解層の上部構造を、テーパー形状の緻密質なケイ石レンガで大迫形状に構築し、そのケイ石レンガの上部には、ガスリークを防止するために、機密性のシール構造として、緻密質のケイ石レンガを１層から２層に積層し、積層したレンガをシリケート質の接着剤で繋ぎ、さらのその上部に、周知の方法で施工した断熱層（例えば、断熱レンガやセラミックスファイバー等）を設けたガラス窯の大迫構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、環境負荷の低減が望まれており、さらに、溶融するガラスの特殊化により溶融温度が高温化する傾向にあり、環境負荷に優れた、酸素燃焼によるガラス溶解炉が増加した。この酸素燃焼によるガラス溶解炉では、火炎温度が上昇し、ガラス溶解室の上部構造もより高温に晒される。

ここで、酸素燃焼とは、バーナーの支燃性ガスに、酸素、あるいは酸素濃度を高めたガスを用いた燃焼のことをいい、通常の空気燃焼に比較して、燃焼効率の向上、火炎温度の上昇、排ガス量の低減、窒素酸化物の低減、二酸化炭素の低減などの多くの優れた利点がある。

この酸素燃焼のような非常に高温となるガラス溶解炉において、上記したシリカ質の断熱質不定形耐火物の積層構造を適用する場合、炉内温度が、１６５０℃前後もの高温となるため、シリカのクリープ変形や反応損傷が起こり、十分な寿命が得られないなどの問題があり、新規な大迫天井の断熱炉壁構造が求められていた。

そこで、このような操業の過酷化にともなって、耐熱性、耐食性などに問題があるケイ石質レンガに代えて、電鋳レンガ製のブロック（以下、電鋳レンガブロックと略す）を使用した大迫構造への変更も検討されている。ここで、電鋳レンガブロックの材質としては、アルミナ質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質、ジルコニア質などの耐火性を有するものから適宜選定され、このような電鋳レンガブロックは、１６５０℃前後の高温においても安定して使用できる。さらに、電鋳レンガブロックを使用した大迫構造では、その上部に、耐火レンガ、断熱レンガ、セラミックスファイバーを積層し、断熱性を高め放散熱量を低減する必要がある。

しかし、これらの電鋳レンガブロックは、一般にケイ石レンガより比重が大きく、単にケイ石レンガを置き換えるだけでは大迫天井構造全体の質量が増えて、天井構造を支える構造を堅牢にする必要がある。そのため、原価面で不利となる課題がある。さらに、大迫天井構造の断熱性が不十分であるとガラス溶解炉全体の熱エネルギーの効率が低下し、原価面で不利となる。したがって、酸素燃焼のような高温操業にも対応できる大迫天井構造としては、耐熱性・耐食性以外に軽量性と断熱性の観点も重要となる。

国際公開第０２／０８１２８号パンフレット

一般に、大迫天井構造は、図４Ａ及び図４Ｂに示した形状、いわゆるヴォールト形状に形成されている。そして、ガラス溶解炉における大迫天井構造は、その炉内面側に耐火ブロック等を組み上げた耐食層５２と、その耐食層５２の外表面にさらに、断熱層５３と、で構成されている。ここで、図４Ａは、従来の大迫天井構造を長手方向から見た正面図、図４Ｂは大迫天井構造を上方から見た平面図である。

しかしながら、大迫天井構造とした耐火ブロックは、冷間時に組み上げた際はきれいに整列しているが、熱上げ時の膨張により上部へ盛り上がってしまう。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂは、図４Ａの大迫天井構造の頂部を拡大して示した図であるが、図５Ａがガラス溶融炉の操業前（熱上げ前）、図５Ｂが操業後（熱上げ後）の模式図である。ここで示しているように、耐食層５２及び断熱層５３を構成する各ブロック５２ａ、５３ａは、それぞれ操業後には、高温に加熱されるため膨張し、上部に盛り上がってしまい、耐火ブロック５２ａの接合部に隙間が生じる。さらに、耐火ブロック５２ａの盛り上がりにより、その上部に積層した断熱ブロック５３ａ等の間には、さらに大きな隙間ができてしまう。

なお、耐火ブロック５２ａは、両端に荷重の押さえ金物（図示していない）があり、熱上げ後に耐火ブロック５２ａの目地が開かないように調整するが、その場合においても、耐火ブロック５２ａ、断熱ブロック５３ａ共に、厚さ方向の温度差が生ずるため、厚さ方向の熱膨張量の差や熱膨張率の違いにより、耐火ブロック５２ａの目地や、特に、断熱ブロック５３ａの目地が開いてしまう。

このように、各ブロック間に隙間ができてしまうと、溶解炉内は通常、正圧であるため、ガラス由来の揮発ガスがブロック間の隙間を通り、炉外へ飛散してしまう。このとき、大迫天井構造の最外層によく設けられるセラミックファイバー層は通気性を有するため、ガスの外部への飛散を防止する作用はない。

このように、炉内ガスが炉外へ漏れてしまうと、ガスとの接触により断熱レンガやセラミックスファイバーが侵食され寿命が短くなる、放散熱量が増えるため省エネ効果が得られない、環境負荷を増大させる、などの問題があった。

そこで、本発明は、従来の技術を改善し、ガラス溶解炉において、炉内ガスの漏出を有効に防止できる大迫天井構造の提供を目的とする。さらに、本発明は、炉内ガスの漏出を有効に防止しながら、軽量性と断熱性にも優れ、酸素燃焼のような高温操業にも好適な大迫天井構造の提供も目的とする。

本発明の大迫天井構造は、ガラス溶解炉の炉内側に、複数個の耐火ブロックをヴォールト形状となるように整列、配置した耐食層と、前記耐食層の前記耐火ブロックの上層に配置された複数個の断熱ブロックと、少なくとも前記耐火ブロックの目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物と、前記緻密質不定形耐火物の上に積層され、前記断熱ブロックと前記緻密質不定形耐火物とで形成される空間を埋めるように設けられた軽量断熱不定形耐火物と、を有するガスリーク遮断層と、を有することを特徴とする。

ガスリーク遮断層は、上記断熱ブロックが、耐火ブロックよりも小さい平面形状を有することが好ましい。断熱ブロックが軽量（例えば、嵩比重が１．２以下）、かつ、断熱性に優れている（例えば、熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）ことがさらに好ましい。

本発明によれば、ガラス溶解炉において、炉内ガスの漏出を効果的に防止できる。炉内ガスの漏出を防止することによって、大迫天井構造の寿命を長く保持でき、放散熱量を抑制し省エネルギー化、天井構造の軽量化ができ、さらに、揮発ガスの炉外への流出を防止し環境負荷を増大させない。

また、本発明によれば、ガスリーク遮断層が、断熱ブロックと、断熱不定形耐火物と、直接ガスリークを遮断する機能を担う緻密質不定形耐火物と、で構成され、上記断熱ブロックと上記断熱不定形耐火物とを、軽量（例えば、嵩比重が１．２以下）で、かつ、断熱性に優れている（例えば、熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）材料とすることにより、耐ガスリーク性以外に、軽量性、断熱性にも優れた大迫天井構造を提供でき、その大迫天井構造を採用したガラス溶解炉により、酸素燃焼のような高温操業に好適なガラス溶解炉が提供可能となる。

さらに、緻密質不定形耐火物と断熱ブロックとで形成される空間を軽量断熱不定形耐火物で埋めるため、すなわち、断熱ブロック間を軽量断熱不定形耐火物で結合して形成するため、ガスリーク遮断層を一体的に構成でき気密性に優れる。上記軽量断熱不定形耐火物を熱間で現場施工することで、気密性を更に上げることができる。

本発明の大迫天井構造を模式的に示した正面図である。 図１Ａの大迫天井構造を模式的に示した平面図である。 本発明の一実施形態である大迫天井構造の長手方向から見た頂部を、部分的に拡大して示した断面図である。 図２Ａの大迫天井構造の円周方向から見た頂部を、部分的に拡大して示した断面図である。 本発明の他の実施形態である大迫天井構造の長手方向から見た頂部を、部分的に拡大して示した断面図である。 図３Ａの大迫天井構造の円周方向から見た頂部を、部分的に拡大して示した断面図である。 従来の大迫天井構造を模式的に示した正面図である。 図４Ａの大迫天井構造を模式的に示した平面図である。 従来の大迫天井構造の熱上げ前の頂部を、模式的に示した部分拡大断面図である。 図５Ａの大迫天井構造の熱上げ後の頂部を、模式的に示した部分拡大断面図である。

以下、本発明の大迫天井構造について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
本発明の大迫天井構造は、上記のとおり、ガラス溶解炉の炉内側に、複数個の耐火ブロックをヴォールト形状となるように整列、配置した耐食層と、上記耐食層の外表面に、少なくとも上記耐火ブロックの目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物を有するガスリーク遮断層と、を有する。具体的には、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、ヴォールト形状に形成した耐食層２と、該耐食層２の外表面に設けられたガスリーク遮断層３と、で構成される大迫天井構造１である。

ここで、ヴォールト形状とは、アーチ形状を水平方向に押出して形成したもので、いわゆるかまぼこ型の形状である。本明細書では、このヴォールト形状における、アーチ（円弧）を形成している方向を円周方向と呼び、アーチ形状を水平方向に伸ばした方向を長手方向と呼ぶ。

ここで、耐食層２は、耐火ブロック２ａをヴォールト形状に形成して構成する。使用する耐火ブロック２ａは、耐火性およびガラス蒸気に対する耐食性を有する公知の耐火ブロックが挙げられ、例えば、シリカ質、ムライト質、アルミナ質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質、ジルコニア質などの材質からなる耐火ブロックが挙げられる。なお、本明細書では、シリカ質とはＳｉＯ_２を主成分とする意味で使用し、ムライト質等も同様の意味で使用する。ただし、主成分とは成分を内掛け表示としたときに、含有量（アルミナ・ジルコニア・シリカ質のような場合にはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、及びＳｉＯ_２の合計）が５０質量％以上のものをいう。なお、本明細書において、耐火物中の化学成分の含有量は全て内掛け表示で示す。

ここで用いられる耐火ブロック２ａは、適用するガラス溶解炉の操業条件により適宜選択すればよく、背景技術で記載したような酸素燃焼によるガラス溶解炉の場合には、耐火温度、耐食性の高い電鋳レンガブロックが好ましく、特に、アルミナ・ジルコニア質の電鋳レンガブロックが好ましい。

耐食層２は、ヴォールト形状であるため、重力により自立して一体的に構成される。このとき、ブロック間は特に何も設けなくてもよいが、隙間が大きく開かないようにブロック同士の接触部分は滑らかに、そして、隣接したブロック同士が対応した形状に形成しておく。

また、ガスリーク遮断層３は、耐食層２の外表面に設けられ、少なくとも耐火ブロック２ａの目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物を有する。ここで、緻密質不定形耐火物は、耐火ブロックの目地部分を覆うように設けられているため、炉内ガスの目地の隙間からのリークを抑制できる。また、この緻密質不定形耐火物によりガスリーク遮断層を、耐食層２の外表面に一体的に、かつ、気密に形成すれば、耐火ブロックの膨張による上方への盛り上がりによっても、従来の断熱層のように、断熱ブロック間の隙間が大きく空いてしまうようなことがない。したがって、ガスリークを有効に防止でき、また、炉内の熱や、ガス成分が外部に漏出するのを防止できる。そのため、エネルギーコストを低減でき、かつ、環境負荷の増大も抑制できる。

本発明の特徴の一つは、ガスリーク遮断層の機能をガスリーク遮断機能と断熱機能とに分け、基本的に、目地部分でガスリーク遮断機能を担い、それ以外の部分で断熱機能を担う構成にした点にある。すなわち、上記緻密質不定形耐火物の部分は、ガスリーク遮断機能を担う部分であり、上記耐熱ブロック等の断熱材料で構成される部分は断熱機能を担う部分である。以下では、この点を具体的な態様でさらに説明していく。

ガスリーク遮断層３の具体的な構成の一例を、図２Ａ及び図２Ｂに示した。図２Ａ及び図２Ｂは、共に、図１の大迫天井構造１の頂部を部分的に拡大して示した断面図である。ここで、図２Ａは長手方向から見た断面図であり、図２Ｂは円周方向から見た断面図である。

このガスリーク遮断層３は、耐火ブロック２ａの各外表面に配置された、耐火ブロック２ａよりも小さい平面形状を有する断熱ブロック３ａと、断熱ブロック３ａ間の間隙に設けられた緻密質不定形耐火物３ｂと、断熱ブロック３ａ間の間隙に設けられ、緻密質不定形耐火物３ｂの上部に積層された軽量断熱不定形耐火物３ｃと、から構成されている。ここで、断熱ブロック３ａは、緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃとが、断熱ブロック３ａ同士を結合するように設けられガスリーク遮断層３を形成する。このように形成されたガスリーク遮断層３は、その全体が一体的に形成されるため気密性に優れる。

ここで使用する断熱ブロック３ａは、軽量断熱不定形耐火物から形成される。この軽量断熱不定形耐火物は、１１０℃における嵩比重が１．２以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。また、この軽量断熱不定形耐火物は、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であると好ましく、０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましい。なお、本明細書において、不定形耐火物とは、不定形耐火物用粉体組成物を施工して得られたものをいう。不定形耐火物用粉体組成物としては、特に制限されないが、骨材と、結合材と、耐火性微粉とを含むものが基本的なものとして挙げられる。

このような軽量断熱不定形耐火物としては、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質などが使用できるが、耐熱性と、ガラスへの耐食性の点で、アルミナ・ジルコニア質が好ましく、アルミナ・ジルコニア質としては、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２を合わせた含有量が内掛表示で、８０質量％以上が好ましく、より好ましくは８５質量％以上含有する耐火物であるとより好ましい。

この軽量断熱不定形耐火物の骨材として、アルミナ質、アルミナ・ジルコニア質の中空粒子を添加することで、さらなる軽量性を得ることができ、特に、アルミナ・ジルコニア質であって、ＺｒＯ_２を耐火物中に３５質量％以下含んだ中空粒子が好適に使用できる。なお、軽量断熱不定形耐火物の結合材としては、周知の、アルミナセメントなどが好適に使用できる。

断熱ブロック３ａは、大迫天井構造の断熱効果を高め、それによって炉内の熱を外部に逃がさないようにしているため、エネルギーロスを低減できる。また、この断熱ブロック３ａの質量は、断熱材のなかでも比較的軽量で、耐火ブロックの目地以外の部分（ガスリークの発生する可能性が低い部分）は、その大部分をこの断熱ブロック３ａとできる。ガスリーク遮断層３のうち、この断熱ブロック３ａのように嵩密度が小さく、熱伝導率の低い素材とすれば、天井自体の質量を軽量化でき、炉を構築する際に、支える質量が軽くなるため、炉の製造コストを低減できる。

この実施形態において、断熱ブロック３ａは上記のとおり、耐火ブロックの目地以外の部分に設ければよく、その配置関係を満たせば、製造方法や配置方法は特に限定されるものではない。すなわち、断熱ブロック３ａは不定形耐火物により形成されることが好ましく、予めブロック状に成形（プレキャスト）および乾燥しておき、それをヴォールト形状にした耐火ブロックの上に載置、固定してもよいし、ヴォールト形状にした耐火ブロックの上に、吹付け、流し込み、小手塗り、スタンピング等で所望の位置、形状となるように後から形成してもよい。

ここで使用する断熱ブロック３ａは、使用する耐火ブロックの大きさやその外表面にどのように断熱ブロック３ａを配置させるか等の条件に応じて、適宜所望の大きさとできる。また、図２Ａ及び図２Ｂでは、断熱ブロック３ａを１つのものとして記載しているが、これを複数に分割して配置し、全体としてひと固まりの断熱ブロック３ａとしてもよい。

また、緻密質不定形耐火物３ｂは、緻密な組織を構築し、ガスリークを確実に遮断する不定形耐火物で形成される。この緻密質不定形高物３ｂは、その嵩比重が１１０℃で３．０以上であると好ましく、３．１以上がより好ましい。

このような緻密質不定形耐火物としては、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質などが使用できる。この耐火物としては、ガスリークを完全に遮断するために、より緻密とするのが望ましく、アルミナ質や、アルミナ・ジルコニア質であって、周知のローセメントキャスタブルとし、添加水量が、ローセメントキャスタブルに対して外掛で６質量％以下が好ましく、より好ましくは５．５質量％以下とすることで、高い比重と、緻密なガスリーク遮断層が形成できる。さらに、ガラス蒸気との反応にも強い成分が好ましく、その場合には、アルミナ質とし、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を耐火物中に、８５質量％以上、より好ましくは、９０質量％以上含有する耐火物とする。

また、軽量断熱不定形耐火物３ｃとしては、１１０℃における嵩比重が１．２以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。また、この軽量断熱不定形耐火物は、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であると好ましく、０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましい。

軽量断熱不定形耐火物としては、アルミナ質、ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア質、アルミナ・ジルコニア・シリカ質などが使用できるが、耐熱性と、ガラスへの耐食性の点で、アルミナ・ジルコニア質が好ましく、アルミナ・ジルコニア質としては、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２を合わせた含有量が内掛表示で、８０質量％以上が好ましく、より好ましくは８５質量％以上含有する耐火物であるとより好ましい。

この軽量断熱不定形耐火物の骨材として、アルミナ質、アルミナ・ジルコニア質の中空粒子を添加することで、さらなる軽量性を得ることができ、特に、アルミナ・ジルコニア質であって、ＺｒＯ_２を耐火物中に３５質量％以下含んだ中空粒子が好適に使用できる。なお、軽量断熱不定形耐火物の結合材としては、周知の、アルミナセメントなどが好適に使用できる。

軽量断熱不定形耐火物３ｃと上記断熱ブロック３ａを構成する軽量断熱不定形耐火物とは、異なった組成でもよいが、同一組成であると熱特性が一致する、製造しやすくなる、等の点でより好ましい。

ここでは、緻密質不定形耐火物３ｂとそれで固定化された断熱ブロック３ａ間で形成される空間を埋めるように軽量断熱不定形耐火物で、断熱ブロック３ａ同士をさらに結合して、ガスリーク遮断層３の気密化、一体化を確保する。なお、軽量断熱不定形耐火物３ｃは、現地の施工条件により、特に熱間及び冷間のパッチング、小手塗り施工で水量を低めにすると、断熱ブロック３ａよりも、わずかに比重や熱伝導率が上昇するが、問題ない

ここで形成される緻密質不定形耐火物３ｂの厚さは、３〜８ｃｍが好ましい。厚さが３ｃｍ以上あると十分なガスリーク遮断性能を確保でき、８ｃｍ以下であると、天井構造自体の質量を不必要に重くせず、軽量化が図れる。

なお、大迫天井構造１は、耐火ブロック２ａが重力による迫構造で自立させてなる基本構造を有し、図示していないが、大迫天井構造１の端部に設けられたブロック受け構造により大迫天井構造の全体を支えて構成される。

次に、第１の実施形態の大迫天井構造について、その製造方法を説明する。まず、図１Ａに示しているように耐火ブロック２ａをヴォールト形状に組み上げて大迫天井構造の基礎となる耐食層２を構築する。

次に、断熱ブロック３ａを耐火ブロック２ａの目地にかからないように、外表面に配置する。このとき、断熱ブロック３ａはモルタル等により耐火ブロック２ａの表面に固定してもよいし、図示しないが、断熱ブロック３ａ間の間隙分の大きさを有する耐火レンガ等からなるスペーサーブロックを使って、傾斜部分においても配置位置を決定できるようにして、下方から上方に向かって、順番に積み上げてもよい。

また、断熱ブロック３ａを、吹付け、流し込み、小手塗り、スタンピング等により形成する場合には、所望の位置に断熱ブロック３ａが配置されるように、耐火ブロック２ａの表面に形成すればよい。

次に、断熱ブロック３ａ間の間隙に、緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃとを、この順番に積層して、断熱ブロック３ａ同士を結合させる。このとき、いずれの不定形耐火物も、その不定形耐火物を形成する粉体組成物を、吹付け、流し込み、小手塗り、スタンピング等により、断熱ブロック３ａ間の間隙を埋めて形成すればよい。これら不定形耐火物はまずは下層である緻密質不定形耐火物３ｂを施工し、３ｂが固化してから、次の軽量断熱不定形耐火物３ｃを形成する。

ここで、緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃの形成は、冷間施工でも熱間施工でもいずれでも可能であるが、耐火ブロック等の加熱による膨張の影響を少なくするために熱間施工とするのが好ましい。熱間施工は、耐火ブロック２ａが十分に熱膨張し、断熱ブロック３ａの隙間が開いた状態で施工するので、ガラス溶解炉の運転中は、ガスリーク遮断層３に熱応力や亀裂が発生しにくく好ましい。なお、熱間施工をする場合は、冷間施工よりも比重や熱伝導率が変化するので十分に特性変化を考慮して設計を行う。

ただし、実際には、緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃの形成は、人間の手によって行われるため、全てを熱間で行うと作業効率や安全性の点で劣るため、一部を冷間施工とし、残部を熱間施工としてもよい。

例えば、（図２Ａで示している）円周方向の間隙に形成する緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃは、冷間でそれぞれの不定形耐火物を、流し込み施工又は小手塗り施工をし、（図２Ｂで示している）長手方向の間隙に形成する緻密質不定形耐火物３ｂと軽量断熱不定形耐火物３ｃは、ガラス溶解炉を熱上げ後に施工する。

熱上げ後の施工は、炉壁が高温で、耐食層の外表面が約５００℃にもなり、高熱作業になるので流し込み施工が好ましく、頂部より充填すると傾斜により自重で速やかに広がり充填され、所定厚さとなるように形成するのが好ましい。所定厚さとした後は、熱上げしているため、温度上昇による硬化が自然に進んでいく。

なお、円周方向では、ガラス溶解炉を熱上げしたとき、耐火ブロック２ａの膨張による影響が大きいので、緻密質不定形耐火物３ｂおよび軽量断熱不定形耐火物３ｃのうち、特に、頂部付近の断熱ブロック３ａ、例えば、円周方向の最上部の断熱ブロックの両端の間隙については熱上げ後の施工が好ましい。この部分を熱上げ後に流し込み施工、小手塗り施工、パッチング施工等により施工すると、耐火ブロック２ａの膨張を効率よく緩和できる。

また、長手方向においては、ガラス溶解炉を熱上げしたとき、耐火ブロック２ａの膨張による影響を緩和するため、断熱ブロック３ａの間隙全てを熱上げ後に施工するのがより好ましい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。全体的な構成は図１Ａ及び図１Ｂで説明したものと同様である。ここでは、図２Ａ及び図２Ｂで示したガスリーク遮断層３とは異なる構成のガスリーク遮断層１３を有する実施形態について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。ここで、図３Ａ及び図３Ｂは、共に、図１Ａ及び図１Ｂの大迫天井構造１の頂部を部分的に拡大して示した断面図である。ここで、図３Ａは長手方向から見た断面図であり、図３Ｂは円周方向から見た断面図である。

この実施形態では、耐火ブロック２ａの外表面全体に、緻密質不定形耐火物１３ｂからなる層を形成している点が第１の実施形態とは異なる。このように、緻密質不定形耐火物１３ｂで全面を覆ってしまえば、この緻密質不定形耐火物１３ｂ層自体が一体的なものとして形成され、ガスリークを防止する機能を簡便な操作で、確実に得られる。ここで形成される緻密質不定形耐火物１３ｂ、軽量断熱不定形耐火物１３ｃの施工は、第１の実施形態と同様に、冷間施工でも熱間施工でも可能である。

特に（図３Ａで示している）円周方向の間隙を形成する場合は、頂部付近の断熱ブロック１３ａの間隙については、熱上げ後の施工が好ましい。さらに、断熱ブロック１３ａの熱間施工部分の下部の緻密質不定形耐火物１３ｂも熱間施工することにより膨張を効率良く緩和できる。

また、（図３Ｂで示している）長手方向の間隙を形成する場合は、断熱ブロック１３ａの間隙全てを熱上げ後の施工とするのが好ましい。さらに、１３ａの熱間施工部分の下部の緻密質不定形耐火物１３ｂも熱間施工することにより膨張を効率良く緩和できる。

ここで、緻密質不定形耐火物１３ｂ層の厚さは、通常、３ｃｍ〜８ｃｍ程度がガスリークを確実に遮断でき、かつ、天井構造の質量を不必要に増大させずに済む観点から好ましい。

そして、この実施形態では、緻密質不定形耐火物１３ｂの外表面に第１の実施形態と同様に、断熱ブロック１３ａを、それぞれ間をあけて配置する。さらに、断熱ブロック１３ａ間の間隙は、軽量断熱不定形耐火物１３ｃによって埋め、断熱ブロック１３ａを一体的になるように形成する。

このとき、断熱ブロック１３ａは、第１の実施形態に比べて薄くしてもよい。これは、ガスリーク遮断層１３として、既に緻密質不定形耐火物１３ｂ層を設けているため、ガスリーク遮断層１３を必要以上に厚くさせないためである。

上記の第１の実施形態及び第２の実施形態に示したように、ガスリーク遮断層３，１３として、耐火ブロック２ａの目地部分を緻密質不定形耐火物３ｂ及び１３ｂで封止しているため、ガスリークを効果的に、確実に防止しつつ、その他の部分では、できるだけ軽量断熱不定形耐火物３ｃ及び１３ｃで形成することで、断熱性を確保しながら、天井構造の質量を従来に比べて軽量化できる。このような構成によって、エネルギーロスを減らし、環境負荷も増大させず、軽量化によるプラント建設コストも低減できる。

なお、上記のように形成したガスリーク遮断層３及び１３の外周、すなわち、ガスリーク遮断層の上に、さらに、軽量断熱不定形耐火物を用いて断熱層を形成してもよい。ここで断熱層を軽量断熱不定形耐火物により形成すれば、断熱効果をさらに向上させるだけでなく、ガスリークをより確実に防止できる。

この断熱層を形成する軽量断熱不定形耐火物としては、第１及び第２の実施形態で使用した軽量断熱不定形耐火物３ｃ及び１３ｃを使用してもよいが、ガスリーク遮断層３により、断熱効果が得られているため、より耐熱性や熱伝導率が低い軽量断熱不定形耐火物で形成してもよい。ここで使用する軽量断熱不定形耐火物としては、例えば、アルミナ・シリカ質であって、１１０℃における嵩比重が０．６以下が好ましく、より好ましくは０．４５以下で、かつ、５００℃における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましく、より好ましくは０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の軽量断熱不定形耐火物等が挙げられる。また、この軽量断熱不定形耐火物は、１１０℃乾燥の圧縮強度が０．２ＭＰａ以上が好ましく、より好ましくは０．３ＭＰａ以上である。

なお、断熱層は、従来の大迫天井構造で構成されていた、断熱レンガやセラミックファイバー等によって構成してもよい。

以下、本発明の大迫天井構造について、実施例（例１、例３）及び比較例（例２）によって説明する。なお、本願発明は、これら実施例に限定されるものではない。

（例１）
まず、ガラス溶解炉の炉形状、大迫天井構造については以下の大きさで実施した。
炉長さ 約１０ｍ
炉幅 約６ｍ
大迫 半径約６ｍ
大迫 角度６０度

図１Ａ及び図１Ｂに示したように、まず、炉内面側に耐火ブロック２ａとしてアルミナ質の電鋳レンガブロック（Ａｌ_２Ｏ_３９５質量％）を円周方向に２１個、長手方向に１６個となるように、上記条件のヴォールト形状に耐食層２を構築した。ここで電鋳レンガブロックは、その外表面を上方から見た平面形状が、長手方向長さ約６００ｍｍ、円周方向長さ約３２０ｍｍの長方形であって、厚さが２５０ｍｍのブロックを使用した。なお、この電鋳レンガブロックは、ヴォールト形状を構築するものであるため、炉内面側の形状（底面形状）は、上記説明した平面形状よりもその円周方向長さが短くなっている。

次に、電鋳レンガブロックより一回り小さな平面形状を有する断熱ブロック３ａとなるように軽量断熱不定形耐火物を流し込み成形し、１１０℃で乾燥して、長手方向長さ約４５０ｍｍ、円周方向長さ約２０６ｍｍ、高さ１６３ｍｍの断熱ブロック３ａを得た。なお、ここで使用した軽量断熱不定形耐火物は、アルミナ・ジルコニア質（Ａｌ_２Ｏ_３８３質量％、ＺｒＯ_２６質量％）であって、嵩比重が、１１０℃で１．０、かつ、１０００℃の熱伝導率が０．５４Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものである。

得られた断熱ブロック３ａを、室温の状態で、電鋳レンガブロックの外表面に、電鋳レンガブロックの目地にかからないように配置した。すなわち、長手方向及び円周方向のそれぞれに約１５０ｍｍ及び約１１４ｍｍの間隙が形成されるように配置したものである。

このとき、上記配置とするために、ヴォールト形状の電鋳レンガブロックの円周方向において、下方から上方へ断熱ブロック３ａを、間にスぺーサーブロックを挟みながら積み上げた。最下部の断熱ブロック３ａは、炉外の構造より支持した。なお、スぺーサーブロックは、熱上げ前までに除去した。

次に、断熱ブロック３ａ間の間隙に対して、次の操作により間隙を埋め、ガスリーク遮断層３を形成した。なお、ここで使用する材料は次のとおりである。

軽量断熱不定形耐火物３ｃとしては、アルミナ・ジルコニア質（Ａｌ_２Ｏ_３８３質量％、ＺｒＯ_２６質量％）であって、嵩比重が、１１０℃で１．０、かつ、１０００℃の熱伝導率が０．５４Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものを使用した。

緻密質不定形耐火物としては、アルミナ・シリカ質（Ａｌ_２Ｏ_３９１質量％、ＳｉＯ_２７質量％）のセメント含有量の低い不定形耐火物（ローセメントキャスタブル）を使用した。このローセメントキャスタブル用粉体組成物に対して水量を外掛で５質量％前後添加して、嵩比重３．１９の緻密な耐火物とできる。

まず、冷間（２５℃）で、（図２Ａに示されている）円周方向の目地部の施工を次のとおり行った。円周方向における断熱ブロック３ａ間の間隙に、緻密質不定形耐火物を高さ４０ｍｍとなるように流し込み施工した。さらに、緻密質不定形耐火物が保形性を得たのち、軽量断熱不定形耐火物を、高さ１２３ｍｍとなるように流し込成形して、円周方向の断熱ブロック間の間隙に不定形耐火物を施工し、断熱ブロック３ａを円周方向において一体化させた。なお、最上部の断熱ブロック３ａの両端の間隙は、炉の熱上げ後に施工した。

このようにして、耐食層２の上部に、厚さ１６３ｍｍのガスリーク遮断層を成形して大迫天井の断熱炉壁構造が得られるが、さらに、上部に断熱レンガ（耐熱温度：１４００℃）を厚さ６５ｍｍ、およびセラミックスファイバー（耐熱温度：１２６０℃）を厚さ１００ｍｍ、をこの順に積層し合計で厚さ１６５ｍｍとして断熱施工した。

次に、長手方向の断熱ブロック間の間隙を、断熱ファイバー等で保護しながら、炉内温度１６００℃に熱上げし、耐食層の電鋳レンガブロックを熱膨張変位させた。電鋳レンガブロックが十分に熱膨張したのちに、そのままの温度で（図２Ｂに示されている）長手方向の断熱ブロック間の間隙の熱間施工を行った。

緻密質不定形耐火物を、約５００℃の高温に加熱されている耐食層２の外表面に、厚さ約４０ｍｍとなるように熱間での流し込み施工した。緻密質不定形耐火物は、水蒸気をバブリングしながら、長手方向の間隙において上部から下部方向（円周方向）へゆっくりと流れ、緻密な不定形耐火物３ｂの厚さを精度よく成形できた。

次いで、熱間で形成した、緻密質不定形耐火物３ｂの上に、軽量断熱不定形耐火物を厚さ１２３ｍｍとなるように熱間でスタンピング施工した。この軽量断熱不定形耐火物も上記した緻密質不定形耐火物３ｂと同様に、軽量で断熱性の優れた不定形耐火物３ｃの厚さを精度よく成形できた。

このようにして、耐食層２の上部に、厚さ１６３ｍｍのガスリーク遮断層を成形して、大迫天井の断熱炉壁構造が得られるが、最後に、この上に、断熱レンガ（耐熱温度：１４００℃）を厚さ６５ｍｍ、およびセラミックスファイバー（耐熱温度：１２６０℃）を厚さ１００ｍｍ、をこの順に積層し合計で厚さ１６５ｍｍとして断熱施工した。

上記のように断熱ブロック３ａ間の不定形耐火物３ｂ、３ｃの層を後から形成し、断熱ブロック３ａ同士を結合することで、気密に、かつ、一体化されたガスリーク遮断層３を形成できた。

（例２）
従来の同厚さの炉壁構造として、厚さ２５０ｍｍの電鋳レンガブロックの上に、耐熱温度１５８０℃のアルミナ・シリカ質レンガ（Ａｌ_２Ｏ_３７７質量％、ＳｉＯ₂１８質量％）を厚さ１１４ｍｍ、耐熱温度１５００℃のＪＩＳ−Ａ７断熱レンガを厚さ１１４ｍｍ、１２６０℃耐熱のセラミックスファイバーブランケットを厚さ１００ｍｍとして、この順に積層した炉壁を形成した。

［特性評価］
例１の断熱性能を、一次元の定常熱計算により求めた（炉内温度、炉外温度は、それぞれ１６００℃、２５℃として、表面の放射率を０．９として計算した。）。放散熱量は、断熱ブロック部、断熱ブロック間隙部で、それぞれ１１６７、１２５６Ｗ／ｍ^２、表面温度で約９４℃、９８℃となり、同様に計算して得られた従来の同厚さの炉壁構造（例２）の放散熱量１４１８Ｗ／ｍ^２、表面温度１０５℃と比較して、大幅に省エネ効果が得られた。

例１のガスリーク遮断層の質量は、単位面積で比較すると、断熱ブロック部、断熱ブロック間隙部で、それぞれ２１８ｋｇ／ｍ^２、３０６ｋｇ／ｍ^２で、従来の同厚さの炉壁構造（例２の対応する断熱層）の質量３７４ｋｇ／ｍ^２と比較して大幅に軽量化が図られた。

さらに、例２の炉壁では、従来の耐火レンガ、断熱レンガ、セラミックスファイバーを積層した炉壁構造において、レンガは、並形レンガ形状（６５ｍｍ×１１４ｍｍ×２３０ｍｍ）サイズをモルタルを使用せずに積んで築炉するので、溶解炉が高温の状態で膨張したとき、ある程度動くことで熱膨張を緩和できるが、一方で、図５Ｂに一層の状態を示した様な隙間が、多層で起こるため、この隙間が、ガスリークの通路を形成することとなる。一方、本発明の、例１のガスリーク遮断層は、電融レンガブロックの目地からのガスリークを、耐食性に優れる緻密質不定形耐火物と、断熱性に優れる軽量断熱不定形耐火物とで一体化し、炉内のガスリークを遮断でき、優れた省エネ性能と、ガスリークによる腐食対策に優れる。

（例３）
例１において、ガスリーク遮断層３の上に設けた、他の断熱レンガおよびセラミックスファイバーの代わりに、１２００℃耐熱の軽量断熱不定形耐火物を形成した大迫天井構造を製造した。具体的には以下の手順で製造した。

電鋳レンガブロックの組み上げ、断熱ブロック３ａの配置、および冷間で（図２Ａに示されている）円周方向の間隙の緻密質不定形耐火物３ｂおよび軽量断熱不定形耐火物３ｃの施工まで例１と同一の操作で実施した。ただし、断熱ブロック高さを１９５ｍｍとし、緻密質不定形耐火物を厚さ４０ｍｍ、軽量断熱不定形耐火物を厚さ１５５ｍｍに変更した。

次に、一体に形成された円周方向の断熱ブロック３ａの上に、１２００℃耐熱の軽量断熱不定形耐火物を厚さ１３３ｍｍの層となるように小手塗り施工した。ここで、軽量断熱不定形耐火物は、アルミナ・シリカ質（Ａｌ_２Ｏ_３３４質量％、ＳｉＯ_２４５質量％）であって、嵩比重が約０．４、５００℃の熱伝導率が０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものを使用した。

さらに、炉内温度を１６００℃に熱上げ後、例１の手順で、熱間により長手方向の間隙の緻密質不定形耐火物３ｂおよび軽量断熱不定形耐火物３ｃを成形したのち、最後に、長手方向に形成した軽量断熱不定形耐火物３ｃの上に１２００℃耐熱の超軽量断熱材を１３３ｍｍ小手塗り施工した。

この例では、超断熱材によるガスリーク遮断層を形成し、さらにその上に、１２００℃耐熱の超軽量断熱材を一体化した断熱層を形成した。このような一体化した層を複数形成することで、さらなる、断熱性能とガスリーク遮断性能を得ることができた。

ここで、超軽量断熱材の熱伝導率は、例１のセラミックスファイバーに匹敵する低さがあり、優れた断熱性能が得られるばかりか、セラミックスファイバーを含まないので、昨今、非晶質セラミックファイバーによる発がん性の懸念を解消でき、大迫天井の断熱炉壁構造全体をノンファイバーで構築できる優れた特徴を有する。

この例３で得られた大迫天井構造の断熱性能は、放散熱量が、断熱ブロック部で１３３７Ｗ／ｍ^２、表面温度が約１０１．５℃となり、優れた、断熱性能を得ることができた。

本発明の大迫天井構造は、ガラス溶解炉のように高温処理を行う際の上部炉壁構造として好適である。また、ガラス溶解炉に限定されず、比較的低温処理である炉の上部炉壁構造にも広く適用できる。

１…大迫天井構造、２…耐食層、３…ガスリーク遮断層、２ａ…耐火ブロック、３ａ…断熱ブロック、３ｂ…緻密質不定形耐火物、３ｃ…軽量断熱不定形耐火物。

Claims (11)

1. ガラス溶解炉の炉内側に、複数個の耐火ブロックをヴォールト形状となるように整列、配置した耐食層と、
   前記耐食層の前記耐火ブロックの上層に配置された複数個の断熱ブロックと、少なくとも前記耐火ブロックの目地を覆うように設けられた緻密質不定形耐火物と、前記緻密質不定形耐火物の上に積層され、前記断熱ブロックと前記緻密質不定形耐火物とで形成される空間を埋めるように設けられた軽量断熱不定形耐火物と、を有するガスリーク遮断層と、
   を有することを特徴とする大迫天井構造。
2. 前記断熱ブロックが、前記耐火ブロックよりも小さい平面形状を有し、前記耐火ブロックの各外表面に配置され、前記緻密質耐火物が、該断熱ブロック間を結合して形成されている請求項１記載の大迫天井構造。
3. 前記緻密質不定形耐火物が、前記耐火ブロックの外表面全面に形成され、前記複数の断熱ブロックが、前記緻密質不定形耐火物層の上に互いに間隙を設けて配置されている請求項１記載の大迫天井構造。
4. 前記耐火ブロックが、電鋳レンガブロックである請求項１〜３のいずれか１項記載の大迫天井構造。
5. 前記断熱ブロックが、前記軽量断熱不定形耐火物を予め成形して得られた断熱ブロックである請求項１〜４のいずれか１項記載の大迫天井構造。
6. 前記断熱ブロックが、前記耐火ブロック又は前記緻密質不定形耐火物層の表面に、前記軽量断熱不定形耐火物を小手塗りして形成された断熱ブロックである請求項１〜４のいずれか１項記載の大迫天井構造。
7. 前記断熱ブロックが、アルミナ・ジルコニア質の軽量断熱不定形耐火物で形成されている請求項１〜６のいずれか１項記載の大迫天井構造。
8. 前記断熱ブロックの１１０℃における嵩密度が１．２以下で、かつ、１０００℃における熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項７記載の大迫天井構造。
9. 前記緻密質不定形耐火物が、Ａｌ_２Ｏ_３を８５質量％以上含有するアルミナ質であって、１１０℃における嵩密度が３．０以上である請求項１〜８のいずれか１項記載の大迫天井構造。
10. 前記ガスリーク遮断層の上層に、アルミナ・シリカ質であって、１１０℃における嵩比重が０．６以下で、かつ、５００℃における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である軽量断熱不定形耐火物で形成された断熱層を有する請求項１〜９のいずれか１項記載の大迫天井構造。
11. 前記軽量断熱不定形耐火物のうち、前記断熱ブロックの長手方向の間隙部及び／又は円周方向の最上部の断熱ブロックの両端の間隙部においては、前記耐火ブロック又は前記緻密質不定形耐火物の表面に前記断熱ブロックを配置し、ガラス溶解炉を加熱して、大迫天井構造を熱膨張させたのち、前記軽量断熱不定形耐火物を施工（熱間施工）する請求項１〜１０のいずれか１項記載の大迫天井構造。

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