TWI486317B - A glass melting furnace, a manufacturing method of a molten glass, a manufacturing apparatus for a glass product, and a method for manufacturing a glass product - Google Patents

Description

玻璃熔融爐、熔融玻璃之製造方法、玻璃製品之製造裝置及玻璃製品之製造方法 技術領域

本發明係有關於：在高溫之氣相環境氣體中由玻璃原料粒子形成液狀玻璃粒子以製造熔融玻璃之玻璃熔融爐、利用該玻璃熔融爐之熔融玻璃之製造方法、具有該玻璃熔融爐之玻璃製品之製造裝置、及使用該熔融玻璃之製造方法之玻璃製品之製造方法。

背景技術

於專利文獻1、2中，作為在高溫之氣相環境氣體中使玻璃原料粒子熔融集積以製造熔融玻璃之玻璃熔融爐，係揭示了於玻璃熔融爐頂部具有玻璃原料粒子投入部、及形成用以熔融玻璃原料粒子之高溫氣相環境氣體之加熱機構之玻璃熔融爐。

該玻璃熔融爐係使由玻璃原料粒子投入部投入至爐內之玻璃原料粒子在藉由加熱機構加熱之高溫氣相環境氣體中熔融而成為液狀玻璃粒子，使液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐底部而形成玻璃熔液，使玻璃熔液暫時貯留於玻璃熔融爐底部而排出之裝置。又，如此之熔融玻璃製法係以玻璃之氣體中熔融法(In-Flight Melting)而為人知曉。根據該氣體中熔融法，與習知之利用西門子窯之熔融法相比，據說可使玻璃熔融步驟的消耗能量減少至1/3左右，並可以短時間熔融，且可謀求熔融爐之小型化、省略蓄熱室、提升品質、減少CO₂ 、縮短玻璃品種之變更時間。如此之玻璃之氣體中熔融法係作為節能技術而受到注意。

另外，由玻璃原料粒子投入部投入之玻璃原料粒子，一般係使用製粒成粒徑1mm以下者。投入至玻璃熔融爐之玻璃原料粒子係在高溫之氣相環境氣體中下降(飛翔)之期間，其一粒一粒被熔融而成為液狀玻璃粒子，液狀玻璃粒子係朝下方落下而集積於玻璃熔融爐底部，形成玻璃熔液。由該玻璃原料粒子產生之液狀玻璃粒子，係亦可被表現作為玻璃液滴者。為了在高溫氣相環境氣體中於短時間由玻璃原料粒子產生液狀玻璃粒子，玻璃原料粒子的粒徑必須如上述般地小。又，在一般的情況下，由各個玻璃原料粒子產生之各個液狀玻璃粒子必須是具有大致相同玻璃組成之粒子。

玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子時所產生之分解氣體成分，由於玻璃原料粒子與液狀玻璃粒子皆為小之粒子，因此不會被封閉在產生之液狀玻璃粒子的內部，其大部分會被放出至液狀玻璃粒子外部。因此，不太需要擔心在液狀玻璃粒子所集積之玻璃熔液中發生泡泡。

另一方面，各玻璃原料粒子係構成原料成分大致均一之粒子，由其所產生之各液狀玻璃粒子的玻璃組成亦互為均一。由於液狀玻璃粒子間之玻璃組成的相異少，故不太需要擔心在堆積多數液狀玻璃粒子而形成之玻璃熔液內產生玻璃組成不同的部分。因此，在習知玻璃熔融爐所必要之用以使玻璃熔液的玻璃組成均質化之均質化機構，在氣體中熔融法幾乎是不需要。例如，即便發生少數液狀玻璃粒子與其他大部分液狀玻璃粒子之玻璃組成不同的情況，由於液狀玻璃粒子係粒徑小之粒子，因此，由玻璃組成不同之少數液狀玻璃粒子所產生之玻璃熔液中之玻璃組成的異質區域小，該異質區域容易在短時間均質化而消失。如此，在氣體中熔融法可降低玻璃熔液均質化所需要之熱能，可縮短均質化所需要之時間。

專利文獻1之玻璃熔融爐具有複數電弧電極或氧燃燒噴嘴作為形成高溫氣相環境氣體之加熱機構，藉由複數電弧電極所形成之熱電漿電弧或利用氧燃燒噴嘴之氧燃燒焰(火焰)，於爐內形成約1600℃以上之高溫氣相環境氣體。藉由將玻璃原料粒子投入至該高溫氣相環境氣體中，使玻璃原料粒子在高溫氣相環境氣體內變化為液狀玻璃粒子。又，在專利文獻1中所使用之玻璃原料粒子，就可在短時間變化為液狀玻璃粒子且生成氣體易於擴散之觀點，係使用粒徑為0.5mm(重量平均)以下者。更進一步，就因玻璃原料粒子之微粉化造成的成本上昇、生成之液狀玻璃粒子間之玻璃組成變動的減少之觀點，使用粒徑為0.01mm(重量平均)以上者。

另一方面，專利文獻2之玻璃熔融爐具有朝下安裝於玻璃熔融爐之頂壁之氧燃燒裝置作為加熱機構。該氧燃燒裝置連接於氣體供給系統與原料供給系統，可被供給氧濃度90容量%以上之助燃氣體與玻璃原料粒子。因此，根據該玻璃熔融爐，可使氧燃燒裝置燃燒而朝下形成火焰，並由氧燃燒裝置朝前述火焰中向下供給玻璃原料粒子，使液狀玻璃粒子在火焰中產生，使已產生之液狀玻璃粒子集積於火焰正下方之爐底部以形成玻璃熔液。該氧燃燒裝置係以貫通玻璃熔融爐之頂壁之上游側壁面的方式配置於該上游側壁面。又，專利文獻2之玻璃熔融爐設置有氣道(排氣口)，該氣道將玻璃原料粒子熔融時所產生之廢氣放出至爐外。前述氣道係設置於玻璃熔融爐之頂壁之下游側壁面並連接至吸引風扇，藉由驅動吸引風扇，可將玻璃熔融爐內之廢氣吸引至氣道而予以排氣。

如專利文獻2，為了使由氧燃燒裝置熔解之熔融玻璃在玻璃熔融爐的下游側均質化，氧燃燒裝置係設置在玻璃熔融爐中熔融玻璃流動方向之上游側。又，為了將由氧燃燒裝置排出之高熱廢氣有效運用於熔融玻璃之加熱，氣道係設置在熔融玻璃流動方向之下游側。

由專利文獻1、2之玻璃熔融爐所製造之約1600℃熔融玻璃係由玻璃熔融爐供給至溫度調整槽或澄清槽，在該處冷卻至可成形之溫度(鹼石灰玻璃為約1000℃左右)。然後，該熔融玻璃係供給至浮浴槽(float bath)、熔化成形機、輾壓成形機、吹製成形機、壓製成形機等玻璃製品之成形機構，在該處成形為各種形狀之玻璃成形體。然後，藉由緩冷卻機構使玻璃成形體冷卻至約略室溫，之後，因應需求而經過利用切斷機構之切斷步驟及/或其他後續步驟後，製造成所求之玻璃製品。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2007-297239號公報

專利文獻2：特開2008-120609號公報

另，於專利文獻1、2所揭示之氣體中熔融設備中，玻璃原料粒子或熔融玻璃粒子的一部分會成為霧狀而懸浮，不到達爐底之玻璃熔液而乘著廢氣氣流浮上，吸引至氣道而排氣至外部。此時，懸浮於爐內之粒子並非全部吸引至氣道而被除去，其一部分之粒子係附著於爐壁。附著於爐壁之粒子會侵蝕爐壁之爐材，又該粒子與爐材之反應生成物自爐壁剝離落下至玻璃熔液面，會產生熔融玻璃品質下降之問題。特別是，在專利文獻2的設備中，由於從氧燃燒裝置之高溫氣相部至氣道的距離長，故上述問題可能會頻繁發生。

關於玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子且自集積至爐底之路徑偏離而到達懸浮之上述粒子，可推想是包含未熔融之玻璃原料粒子、已熔融之液狀玻璃粒子或其已固化之粒子、玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子之中途之粒子(例如，玻璃原料粒子中的一部分原料(碳酸鹽等)在分解之粒子、表面已熔融之粒子、或其業經固化之粒子等)、由該等粒子之破碎物所構成之粒子等。又，除玻璃原料粒子以外還併用玻璃屑粒子來製造熔融玻璃的情況下，已投入至熔融爐之玻璃屑粒子的一部分也可能成為不到達玻璃熔液面而懸浮之粒子。可推想例如微小之玻璃屑粒子、玻璃屑粒子業經熔融之粒子、業經熔融之玻璃屑粒子再度固化之粒子、由該等粒子之破碎物所構成之粒子等會成為懸浮之粒子。更進一步，亦可推想當落下之玻璃屑粒子等朝玻璃熔液衝突表面時所產生之液狀玻璃的飛沫或其固化物會成為懸浮之粒子。

以下將來自該等玻璃原料粒子或玻璃屑粒子等之不到達爐底玻璃熔液面的粒子稱為懸浮粒子。

又，在專利文獻2之設備中，廢氣從上游側向下游側流經熔融玻璃之上方，該廢氣之溫度隨著朝向下游側而逐漸降低。由於該溫度下降之現象而有著以下問題：廢氣中所包含之揮發成分不液化而固化成為懸浮粒子，落下至位於下游側之玻璃熔液面而污染均質之熔融玻璃。又，在專利文獻2之設備中，除揮發成分以外，廢氣中之懸浮粒子亦會落下至熔融玻璃的液面。該懸浮粒子即便是液狀玻璃粒子或其所固化之玻璃粒子，由於溫度履歷或玻璃組成與落下位置之熔融玻璃不同，故成為熔融玻璃不均質的原因。例如，在含有揮發性成分(例如氧化硼)之玻璃的情況下，來自懸浮粒子之揮發成分之揮發與來自玻璃熔液之揮發成分之揮發的程度不同，因此，即便是由相同玻璃原料粒子所形成之玻璃，亦會有在玻璃熔液流的下游區域中懸浮粒子之玻璃組成與玻璃熔液之玻璃組成相異的情形。因此，若玻璃熔液流的下游區域中玻璃組成不同之懸浮粒子混入玻璃熔液，則可能會使玻璃熔液的均一性下降。

本發明係鑑於前述情事者，目的為提供可抑制起因於廢氣之熔融玻璃品質下降之玻璃熔融爐、熔融玻璃之製造方法、玻璃製品之製造裝置、及玻璃製品之製造方法。

為了達成前述目的，本發明提供一種玻璃熔融爐，係在玻璃熔融爐內之氣相環境氣體中使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子，且使該液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液，並將該玻璃熔液排出者，其特徵在於包含：玻璃原料粒子投入部，係朝下設置於前述玻璃熔融爐內之上部之爐壁部者；加熱機構，係用以於前述玻璃熔融爐內之玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子之氣相部者；氣道之入口，係設置在如下範圍者，即在玻璃熔液之流動方向上較前述氣相部位於上游側，且較前述玻璃熔液面之上方空間高度的1/2更位於下方；爐底部，係集積前述液狀玻璃粒子而形成玻璃熔液者；及排出部，係排出前述玻璃熔液者。又，「在玻璃熔液之流動方向上較氣相部位於上游側」之「氣相部」，係藉由加熱機構而形成之高溫之環境氣體區域，且表示以與玻璃熔融爐內之其他環境氣體之邊界面而規定之環境氣體區域。

根據本發明，來自從高溫氣相部散逸之懸浮之玻璃原料粒子等的不到達爐底部玻璃熔液面之粒子(懸浮粒子)，係不朝向玻璃熔融爐之爐壁，且有效率地被吸引至氣道而排氣除去至外部。藉此，由於對爐壁之懸浮粒子的附著量激減，且朝向下游側之懸浮粒子的量亦激減，故可避免爐壁損傷或熔融玻璃品質下降。

又，玻璃熔液面是指於設計玻璃熔融爐時所假定之熔融玻璃液面的高度。例如，從於設計時假定與玻璃熔液接触之爐材的上端部向下方50~100mm的位置。通常之玻璃熔融爐的情況下之熔融玻璃液面為1~1.5m，但是氣體中熔融的情況下之玻璃熔液面亦有可能為較其低之高度。又，關於使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子方面，係使用玻璃原料粒子投入部與形成高溫之氣相部之加熱機構。液狀玻璃粒子係落下而到達玻璃熔液面，成為熔融玻璃而暫時貯留，並供給至下游側。在此所指之玻璃熔融爐之上部之爐壁部，係指玻璃熔融爐之頂部及距離頂部之內壁1m以內之側壁的範圍。

若該懸浮粒子為良質，可將捕捉到其之玻璃熔液作為製品。

在本發明之玻璃熔融爐中，前述氣道之入口宜配置成該入口之上端部位於從前述玻璃熔液面朝上方如下距離處：由該玻璃熔液面至前述玻璃熔融爐之頂內壁面之距離的1/4~1/3。

根據該較佳實施態樣，隨著形成由加熱機構向玻璃熔液面吹出之氣相部而產生的廢氣，不會在爐內吹到上方，而是更有效率地由配置於玻璃熔融爐下方之氣道入口吸引至氣道而予以排氣。因此，可更有效率地防止廢氣中所包含之懸浮粒子於爐內擴散。

在本發明之玻璃熔融爐中，前述加熱機構宜配置成：前述氣相部朝前述玻璃熔液之流動方向且朝下方傾斜而形成。

根據該較佳實施態樣，隨著形成利用加熱機構之氣相部而產生之廢氣(包含運送原料用之氣體)，係在從加熱機構噴射時朝斜下前方噴射。之後，廢氣係朝具有氣道之後方流動。因此，與將加熱機構設置於垂直方向或水平方向的情況相較之下，由於廢氣中所包含之懸浮粒子更易於接觸玻璃熔液面，故較容易被玻璃熔液捕捉。藉此，由於廢氣中之懸浮粒子的量減少，故可有效率地將玻璃原料粒子玻璃化。

在本發明之玻璃熔融爐中，亦可具有形成於前述氣道之下方之洩出部、及分隔前述玻璃熔液與該洩出部之玻璃熔液之堰。

由於通過氣道之廢氣中的懸浮粒子會與附著於爐壁同樣地附著於氣道，故會侵蝕氣道之爐材，且侵蝕時之反應生成物會落下。因此，本發明宜於氣道之下方形成洩出部，並具備可分隔佔據玻璃熔融爐的大部分之熔融玻璃與存在於該洩出部之熔融玻璃之堰。根據該較佳實施態樣，落下之反應生成物並不落下至作為製品之熔融玻璃，而是落下至位於洩出部之熔融玻璃之融液面上而排出至外部。因此，不影響佔據玻璃熔融爐的大部分之熔融玻璃的品質。亦即，於洩出部貯留有非製品用熔融玻璃，前述反應生成物係被該非製品用熔融玻璃所捕捉。

在本發明之玻璃熔融爐中，前述氣道亦可為設置於垂直方向，並該氣道的上部設置有投入玻璃屑片之玻璃屑片投入部。

根據該態樣，若從玻璃屑片投入部投入玻璃屑片，則玻璃屑片會受到流動於氣道之高熱廢氣加熱，落下至下方之玻璃熔液。藉此，由於玻璃屑片受廢氣預先加熱而受玻璃熔液捕捉，故與將玻璃屑片直接投入玻璃熔液之形態相比，可有效率地熔融玻璃屑片。又，廢氣中之懸浮粒子係附著於投下中之玻璃屑片的表面，而受位於其下方之玻璃熔液捕捉。藉此，對氣道之懸浮粒子的附著量可激減，而避免因懸浮粒子附著於氣道所造成之熔融玻璃品質下降。

在本發明之玻璃熔融爐中，亦可設置有用以將前述玻璃屑片投入部下方之玻璃熔液加熱之加熱機構。

在本發明之玻璃熔融爐中，形成前述氣相部之加熱機構宜為氧燃燒器及多相位電弧電漿產生裝置中之至少其中一者，前述氧燃燒器可產生氧燃燒焰，前述多相位電弧電漿產生裝置可產生熱電漿且由一對以上電極所構成。

根據本發明，使用氧燃燒器之氧燃燒焰的情況可形成約2000℃之高溫環境氣體，使用熱電漿的情況可形成5000~20000℃之高溫環境氣體。因此，可在短時間將下降之玻璃原料粒子熔融。又，氧燃燒器及多相位電弧電漿產生裝置可單獨設置，亦可兩者並用。又，可使用與玻璃原料粒子投入部成為一體之形態之燃燒器，作為使用作為加熱機構之氧燃燒器。

為了達成前述目的，本發明提供一種熔融玻璃之製造方法，其特徵在於使用記載於前述任一者之玻璃熔融爐，而製造熔融玻璃。

本發明之熔融玻璃之製造方法中，係在玻璃熔融爐內之氣相環境氣體中使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子，且使該液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液者；由前述玻璃熔融爐內之上部之爐壁部朝下供給前述玻璃原料粒子，使其通過藉由加熱機構形成之氣相部而成為液狀玻璃粒子；由氣道之入口吸引廢氣而排氣，前述廢氣係由形成前述氣相部之加熱機構所產生，前述氣道之入口係設置在如下範圍者：在玻璃熔液之流動方向上較前述氣相部位於上游側，且較前述玻璃熔液面之上方空間高度的1/2更位於下方；及使前述液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液。

本發明之熔融玻璃之製造方法，宜以位於前述氣道正下方之玻璃熔液來捕捉未到達爐底部之玻璃熔液面之懸浮粒子，前述懸浮粒子係來自：由前述氣道之入口吸引後排氣而通過前述氣道之前述廢氣中所包含之玻璃原料粒子。

在本發明之熔融玻璃之製造方法中，前述氣道之入口宜配置成該入口之上端部位於從前述玻璃熔液面朝上方如下距離處者：由該玻璃熔液面至前述玻璃熔融爐之頂內壁面之距離的1/4~1/3。

為了達成前述目的，本發明提供一種玻璃製品之製造裝置，其特徵在於包含：記載於前述任一者之玻璃熔融爐；設於該玻璃熔融爐之下游側，使熔融玻璃成形之成形機構；及使成形後之玻璃緩冷卻之緩冷卻機構。

為了達成前述目的，本發明提供一種玻璃製品之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：藉由記載於前述任一者之熔融玻璃之製造方法來製造熔融玻璃；使該熔融玻璃成形；及使成形後之玻璃緩冷卻。

如以上說明，根據本發明之玻璃熔融爐、及熔融玻璃之製造方法，可抑制起因於廢氣之爐壁損傷及熔融玻璃品質下降，因此，可於長期間繼續地製造品質佳之熔融玻璃。

又，根據本發明之玻璃製品之製造裝置、及玻璃製品之製造方法，由於可藉由本發明之玻璃熔融爐及製造方法來製造品質佳之熔融玻璃，故可於長期間繼續地生產品質佳之玻璃製品。

圖示簡單說明

第1圖係構成本發明之玻璃製品之製造裝置之第1實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第2圖係第2實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第3圖係第2圖所示之熔融槽之沿著A-A線的剖面圖。

第4圖係顯示第1圖所示之玻璃熔融爐之玻璃微粒子之流動的說明圖。

第5圖係第3實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第6圖係顯示實施型態之玻璃製品之製造方法的流程圖。

用以實施發明之較佳型態

以下，遵循附加圖式來說明與本發明相關之玻璃熔融爐、熔融玻璃之製造方法、玻璃製品之製造裝置、及玻璃製品之製造方法的較佳實施型態。

在圖示之玻璃熔融爐中，形成氣相部之加熱機構係由氧燃燒器所構成。氣相部係由氧燃燒器之火焰中及火焰附近之高溫部所構成。

用以將玻璃原料粒子供給至氣相部之玻璃原料粒子投入部係與氧燃燒器形成一體，在氧燃燒器出口附近供給燃燒氣體之管、供給氧之管、及供給玻璃原料粒子之管為同軸之構成。

在以後之說明，將該玻璃原料粒子投入部與氧燃燒器之組合稱為玻璃原料粒子加熱單元。

第1圖係構成本發明之玻璃製品之製造裝置之第1實施型態之玻璃熔融爐10的縱剖面圖。

玻璃熔融爐10具有熔融槽12及作為玻璃熔液G之排出部之出口14，熔融槽12、出口14係由習知之耐火磚所構成。熔融槽12係於其上部之爐壁部，亦即於頂壁16配置有1台玻璃原料粒子加熱單元18，藉此於爐內氣相環境氣體中形成使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子之高溫之氣相部。熔融槽12之底部之構成為於爐底部17、出口14貯留有玻璃熔液G，且以熔融槽12製造之玻璃熔液G透過出口14而流向下游。爐底部17係由習知之耐火磚所構成。又，玻璃原料粒子加熱單元18之配置方向並不限定於垂直方向朝下，只要是朝下，則傾斜之方向亦可行。又，熔融槽12之頂壁16並不限定於平坦之形狀，亦可為拱形狀、圓頂形狀等。

又，玻璃原料粒子加熱單元18不位於頂壁16而位於熔融槽12上部之側壁的情形亦屬於本發明的範圍。當玻璃原料粒子加熱單元18設置於側壁時，可設置在與熔融槽12之頂壁16的內壁在垂直方向上相距1m以內的高度。這是因為，當玻璃原料粒子加熱單元18設置在與熔融槽12之頂壁16的內壁在垂直方向上相距超過1m處時，玻璃原料粒子加熱單元18中，與玻璃熔液面的垂直距離會變得過小而使與水平方向構成的角變小，將玻璃粒子吹至相對壁面，造成爐壁侵蝕及伴隨而來之玻璃污染。玻璃原料粒子加熱單元18宜設置在與熔融槽12之頂壁16的內壁在垂直方向上相距80cm以內的高度，且更宜設置在相距60cm以內的高度。

熔融槽12及出口14貯留有玻璃熔液G，其構成為在熔融槽12製造之熔融玻璃透過出口14而流向下游。

如前述，宜適用玻璃原料粒子投入部與加熱機構構成一體之氧燃燒器20來作為玻璃原料粒子加熱單元18。

該氧燃燒器20係作為無機粉體加熱用燃燒器為公眾所知悉之適當地配置有原料、燃料、助燃氧體供給噴嘴者。氧燃燒器20之前端部之噴嘴22係由中心部朝外周部以燃料供給噴嘴、一次燃燒用助燃氣體供給噴嘴、玻璃原料粒子供給噴嘴、及二次燃燒用助燃氣體供給噴嘴的順序，全體排列成同心圓狀。由噴嘴22將火焰F朝下噴射，藉由氣體輸送或機械輸送而將玻璃原料粒子26由前述玻璃原料粒子供給噴嘴供給至該火焰F(亦即，氣相部)中。藉此，可確實地且在短時間內使玻璃原料粒子26成為液狀玻璃粒子。又，雖然未圖示，但該氧燃燒器20連接有將玻璃原料粒子供給至玻璃原料粒子供給噴嘴之玻璃原料粒子供給系統、將燃料供給至燃料供給噴嘴之燃料供給系統、及將助燃氣體供給至一次燃燒用助燃氣體供給噴嘴與二次燃燒用助燃氣體供給噴嘴之氣體供給系統。

玻璃原料粒子之平均粒徑(重量平均)宜為30~1000μm。較宜使用平均粒徑(重量平均)為50~500μm範圍內之玻璃原料粒子，更進一步則宜為70~300μm範圍內之玻璃原料粒子。玻璃原料粒子已熔融之液狀玻璃粒子(a)之平均粒徑(重量平均)大多為通常玻璃原料粒子之平均粒徑的80%左右。

如此，在適用玻璃原料粒子投入部與加熱機構構成一體之氧燃燒器20的情形下，由於氧燃燒器20可兼為玻璃原料粒子投入部，故不需要另外設置玻璃原料粒子投入部。然而，亦可單獨將朝氧燃燒器20之火焰F投入玻璃原料粒子26之玻璃原料粒子投入部設置鄰接於氧燃燒器20。

又，形成氣相部之加熱機構並不限定於氧燃燒器20，亦可於熔融槽12的頂壁16設置可產生熱電漿之由一對以上電極所構成之多相位電弧電漿產生裝置，又，亦可將氧燃燒器20及前述多相位電弧電漿產生裝置兩者皆設置於熔融槽12。進而，為了使玻璃原料粒子所含有之分解性化合物(碳酸鹽等)迅速地分解且產生之氣體快速地揮發發散(以下，稱為氣體化揮發發散)，以與其他玻璃原料一同進行玻璃化反應，氧燃燒器20之火焰F、熱電漿的溫度宜設定在矽砂之熔融溫度以上之1600℃以上。藉此，投下至爐內的玻璃原料粒子可利用火焰F及/或熱電漿而迅速地氣體化散逸，並利用高溫加熱而成為液狀之玻璃粒子，著地於熔融槽12之底部區域而成為玻璃熔液。而且，由液狀玻璃粒子之集積而形成之玻璃熔液G可藉由火焰F及/或熱電漿之繼續加熱而保持在玻璃化的形態。又，使用火焰F時，其中心溫度在燃燒氧的情況為約2000℃，使用熱電漿時則為5000~20000℃。

又，在圖式中，於火焰F中及其下方所示之粒子26，係表示玻璃原料粒子在成為液狀玻璃粒子之途中之粒子或液狀玻璃粒子。由於可認為玻璃原料粒子在火焰F中迅速地成為液狀玻璃粒子，故以下亦將該粒子稱為液狀玻璃粒子26。

在實施形態之熔融槽12中，玻璃原料粒子加熱單元18設置於玻璃熔液G之流動方向的上游側。又，氣道28設置成在玻璃熔液之流動方向上較以玻璃原料粒子加熱單元18形成之氣相部更位於上游側。氣道28係設置於垂直方向，並透過在熔融槽12之上游側壁面15且在玻璃熔液G之液面附近開口之入口30，而與熔融槽12內之環境氣體連通。又，該氣道28係透過未圖示之冷卻裝置、集塵裝置而連結至吸引風扇，藉由驅動吸引風扇，熔融槽12內之高熱廢氣透過入口30而被吸引至氣道28。被吸引至氣道28之廢氣，係由前述冷卻裝置冷卻至預定溫度後，由前述集塵裝置去除廢氣中的塵埃，之後由前述吸引風扇排氣至外部。

另一方面，熔融槽12於氣道28的下方形成有具有排出孔31之洩出部32，且由爐底17設置有堰34，該堰34係分隔存在於該洩出部32之非製品用玻璃熔液G1、及熔融槽12內之主要之玻璃熔液G者。該堰34相對熔融槽12之上游側壁面15而形成於熔融槽12的內側。因此，由氣道28之壁面落下之反應生成物係全部落下至洩出部32而由排出孔31排出至爐外，故不會落下至成為製品之玻璃熔液G。

接著，就如前述構成之玻璃熔融爐之作用加以說明。

在前述玻璃熔融爐，由氧燃燒器20投下玻璃原料粒子，並藉由氧燃燒器20之火焰F將該投下中之玻璃原料粒子加熱熔融，而成為液狀玻璃粒子26、26...。液狀玻璃粒子26、26...係朝下方落下而到達玻璃熔液G之表面。

於如此之氣體中熔融時，在實施形態之熔融槽12中，玻璃原料粒子加熱單元18設置於玻璃熔液G之流動方向之上游側，且氣道28設置成在玻璃熔液之流動方向上較以該玻璃原料粒子加熱單元18形成之高溫之氣相部更位於上游側，因此，由氧燃燒器20之火焰F散逸而懸浮之玻璃微粒子(亦即前述懸浮粒子)不會朝向熔融槽12之爐壁，而是與廢氣一同有效率地由入口30吸引至氣道28而排氣去除至外部。

圖示之粒子27係表示自朝向下方之液狀玻璃粒子26、26...之主要流脫離之粒子。該粒子27係從朝向下方之火焰F的中途散逸，可能加熱不充分而無法成為液狀玻璃粒子。該粒子27最終可能落下至玻璃熔液表面，也可能不落下至玻璃熔液表面而成為懸浮粒子。在本發明係將如此之粒子27由入口30吸引至氣道28，而減少懸浮粒子的量。但是，懸浮粒子並非只起因於如此之粒子27者。又，粒子27並非全部都成為懸浮粒子，有一部分之粒子27係落下至火焰F正下方附近之玻璃熔液表面而與玻璃熔液一體化。

藉此，在熔融槽12中，由於對爐壁之懸浮粒子的附著量激減，且朝向下游側懸浮之懸浮粒子的量亦激減，故可避免爐壁損傷或熔融玻璃品質低下。因此，根據實施型態之玻璃熔融爐，可製造良質之熔融玻璃。

又，根據該熔融槽12，由於通過氣道28之廢氣中的懸浮粒子會與附著於爐壁同樣地附著於氣道28，故會侵蝕氣道28之爐材，且侵蝕時之反應生成物會落下。因此，在熔融槽12中，於氣道28之下方形成洩出部32，且藉由堰34而分隔該洩出部32之非製品用玻璃熔液G1及玻璃熔液G。因此，由於從氣道28落下之反應生成物係落下至洩出部32之非製品用玻璃熔液G1而由排出孔31排出至爐外，故不會與成為製品之玻璃熔液G混合，由洩出部32排出至外部。藉此，從氣道28落下之反應生成物不會影響成為製品之熔融玻璃的品質。

進而，根據該熔融槽12，氣道28之入口30係配置於玻璃熔液G之液面附近。因此，由氧燃燒器20向玻璃熔液G之液面吹出之廢氣不會在爐內吹到上方，而是有效率地由入口30吸引至氣道28而予以排氣。藉此，可確實地避免廢氣中所包含之懸浮粒子於爐內擴散。又，氣道28之入口30係設置在較玻璃熔液G之液面之上方空間高度的1/2更下方的範圍。換句話說，配置成氣道28之入口30之上端部位於自玻璃熔液G之液面至較如下距離的1/2更下方的範圍，前述距離係由該液面至爐壁之頂壁16之內壁者。由廢氣之排氣效率的觀點，宜配置成入口30之上端部位於從玻璃熔液G之液面朝上方如下距離處者：由該液面至爐壁之頂壁16之內壁之距離的1/4~1/3。若將氣道28之入口30設置在玻璃熔液G之液面之上方空間高度的1/2或其上方，則懸浮粒子不會流暢地由入口30被吸引，可能會在熔融槽12內擴散。關於氣道28之入口30的大小，由於高度方向有上述般的規定，故可考慮在氣道28之廢氣的流動性、廢氣種類、排氣氣體的溫度、廢氣的量、亦即玻璃熔融爐的大小等條件，來決定寬度方向的大小以使排氣效率佳。

又，由於氣道28之入口30係設置在較對玻璃原料粒子加熱之高溫之氣相部之位置更位於上游側、且較玻璃熔液G之液面之上方空間高度的1/2更位於下方的範圍即可，故氣道28之入口30不止可位於該範圍內之熔融槽12之上游之背面，亦可位於熔融槽12之側壁面。又，氣道28之入口30的數量亦可為複數個。例如，可為於熔融槽12之背面設置一個而於側壁面設置二個，或是，僅在熔融槽12之側壁面設置複數個。

第2圖係關於第2實施型態之玻璃熔融爐40的縱剖面圖，與第1圖所示之玻璃熔融爐10相同或類似之構件係賦予相同符號來說明。

在第2圖之玻璃熔融爐40之熔融槽12，玻璃原料粒子加熱單元18之氧燃燒器20係朝玻璃熔液G之流動方向而向下方傾斜配置。

第3圖係第2圖所示之熔融槽12之沿著A-A線的剖面圖。

如同圖所示，氣道28係構成曲柄狀，以迴避開口於熔融槽12的壁面之氧燃燒器20的插入孔19。在熔融槽12之寬度方向中，將氧燃燒器20及氣道28之入口30配置於其略中央部，就提升玻璃熔液G之均質性之觀點、及順暢地將懸浮粒子排氣之觀點而言是較佳的，但是，此時若將氣道28構成直管狀，則會成為氧燃燒器20貫穿氣道28之配置，並不適當。因此，為了解決如此之問題，氣道28構成為如第3圖之曲柄狀。

若如此地將氧燃燒器20傾斜配置，則來自氧燃燒器20之廢氣(包含運送玻璃原料粒子用氣體)係朝斜下前方噴射。之後，廢氣係朝設置有氣道28之上游側壁面15流動。因此，與將氧燃燒器20設置於如第1圖般之垂直方向或水平方向的情況相較之下，由於從火焰F之中途散逸之粒子27、27...係更易於接觸玻璃熔液G之液面，故較容易被玻璃熔液G捕捉。藉此，由於廢氣中之懸浮粒子的量減少，故可有效率地將玻璃原料粒子玻璃化。

於第4圖示意地表示有從第1圖所示之氧燃燒器20之火焰F的中途散逸之粒子的飛散狀況。若將如此之氧燃燒器20垂直配置，則廢氣的周邊所包含之由火焰F的中途散逸之粒子27、27...可能會受廢氣吹動與氣道28吸引的相互作用而難以接觸玻璃熔液G，而在爐內擴散。相對於此，若如第2圖般地將氧燃燒器20朝下方傾斜配置，則廢氣的周邊所包含之粒子27、27...亦會更易於接觸玻璃熔液G，故較容易被玻璃熔液G捕捉，藉此，可避免粒子27、27...在爐內擴散而減少成為懸浮粒子，且玻璃原料粒子可有效率地玻璃化。

為了使廢氣中之粒子27、27...有效率地接觸玻璃熔液G，氧燃燒器20之傾斜角度宜設定為相對垂直方向呈15度~75度，且更宜為30度~60度。又，使氧燃燒器之角度朝向玻璃熔液流動方向之上述形態，僅僅是較佳實施型態，使氧燃燒器朝向垂直正下方之方向、或朝向玻璃熔液流動方向之相反方向的實施形態亦為本發明之範圍，可發揮抑制起因於廢氣之爐壁損傷及熔融玻璃品質下降之效果。

第5圖係關於第3實施型態之玻璃熔融爐50的縱剖面圖，與第1圖所示之玻璃熔融爐10相同或類似之構件係賦予相同符號來說明。

於玻璃熔融爐50之氣道28之上部設置有投入玻璃屑片52、52...之玻璃屑片投入筒54(玻璃屑片投入部)。

若將玻璃屑片52、52...從該玻璃屑片投入筒54朝下方投入，則玻璃屑片52、52...的表面受流經氣道28之高熱廢氣而加熱，且落下至下方之玻璃熔液G。又，該熔融槽12之氣道28之壁面受白金60等所覆蓋，可從廢氣中之懸浮粒子保護氣道28之爐材。又，該熔融槽12未設有堰(第1圖、第2圖、第4圖所示之堰34)，因此，位於氣道28的正下方之玻璃熔液G亦被當作製品用之玻璃熔液G來處理。

因此，根據該熔融槽12，由於玻璃屑片52、52...受廢氣預熱且落下至其下方之玻璃熔液G，故與將玻璃屑片52、52...直接投入玻璃熔液G之形態相比，可有效率地將玻璃屑片52熔融。又，由於吸引至氣道28之廢氣中之懸浮粒子可附著於投下中之玻璃屑片52、52...的表面，而落下至位於其下方之玻璃熔液G，故可有效利用廢氣中之懸浮粒子。

又，為了促進落下至玻璃熔液G之玻璃屑片52、52...之熔融，設置有對落下位置之玻璃熔液G加熱之加熱器56(加熱玻璃熔液之加熱機構)。此外，於落下位置之爐底部17設置有貫穿爐底部17之洩出管58，可將沉降至落下位置之爐底部17的濃縮之異質熔融玻璃從洩出管58排出。

關於由玻璃屑片投入筒54投入之玻璃屑片52，考量到玻璃屑片本身不太會飛散、及由步驟內或市場回收貯藏玻璃屑片而將其運送至玻璃屑片投入口的觀點之處理上的效率，為了投入熔融槽12，而規定了其粒徑。亦即，玻璃屑片之短徑(a)宜為0.1mm<a<50mm。可改變網格的篩目孔徑(Opening)之大小，使具有短徑(a)之玻璃屑片殘留於篩或通過來予以篩選。亦即，本發明之玻璃屑片宜為殘留於網格之篩目孔徑(Opening)大小為0.1mm之篩，且通過網格之篩目孔徑(Opening)大小50mm之篩者。由玻璃屑片之上述處理之觀點，短徑(a)宜更進一步為0.5mm<a<30mm。由玻璃屑片之上述處理之觀點，短徑(a)宜再更進一步為5mm<a<20mm。但是，即便短徑(a)超過50mm，令玻璃微粒子附著於投下中之玻璃屑片52的表面來予以捕捉收集之效果並沒有改變。

又，在本發明中，「玻璃屑」係指由與本發明之最終目的物之玻璃製品之玻璃幾乎相同之玻璃組成所構成的玻璃屑。該玻璃屑通常是在本發明中由形成於爐底部之玻璃熔液來製造為最終目的物之玻璃製品的步驟產生。但是，其並非限定於此，亦可為與本發明之最終目的物玻璃製品之玻璃幾乎相同之玻璃組成所構成之其他玻璃製品之製造步驟所產生之玻璃屑、使用藉由本發明而獲得之最終目的物玻璃製品之步驟所產生之玻璃屑等。上述其他玻璃製品之製造步驟之玻璃熔融爐並不限於使用氣體中熔融法之玻璃熔融爐。

由於玻璃屑之玻璃組成與由玻璃原料粒子形成之玻璃之玻璃組成幾乎相同，故熔解玻璃屑片而得之液狀玻璃與由玻璃原料粒子形成之液狀玻璃業經混合之玻璃熔液的玻璃組成為均勻者，均質化所需要之熱能少，均質化所需要之時間亦短。雖然玻璃屑之玻璃組成與由玻璃原料粒子形成之液狀玻璃粒子之玻璃組成宜為相同，但是，於爐底部形成之玻璃熔液在成為玻璃製品時玻璃組成有可能產生些微變化(例如，氧化硼等揮發性玻璃成分之揮發發散等)，如此之玻璃組成之些微不同是可容許的。

又，由於玻璃屑片係由已成為玻璃之物質所構成，故受到加熱之玻璃屑片僅僅是熔解而成為液狀玻璃粒子。另一方面，玻璃原料粒子係藉由玻璃原料之熱分解(例如，由金屬碳酸鹽往金屬氧化物之熱分解等)、稱為玻璃化反應之成為玻璃之成分之反應與熔融等化學反應，而成為液狀玻璃粒子。玻璃原料粒子及玻璃屑片在固體粒子成為液狀玻璃粒子之機制雖然不同，但生成之液狀玻璃粒子係幾乎相同玻璃組成之液狀玻璃粒子。

第6圖係顯示實施型態之玻璃製品之製造方法之實施型態的流程圖。在第6圖中顯示有為玻璃製品之製造方法之構成要素之熔融玻璃製造步驟(S1)、利用成形機構之成形步驟(S2)、利用緩冷卻機構之緩冷卻步驟(S3)、除此之外還有因應需求而使用之切斷步驟、其他後續步驟(S4)。

在第1圖~第5圖之熔融槽12業經熔融之玻璃熔液G，係經過出口及未圖示之導管構造而送往成形機構且成形(成形步驟)。成形後之玻璃係以成形後固化之玻璃內部不殘留有殘留應力的方式藉由緩冷卻機構緩冷卻(緩冷卻步驟)，進而因應需求而被切斷(切斷步驟)、經過其他後續步驟，而成為玻璃製品。又，關於成形步驟(S2)、緩冷卻步驟(S3)、切斷步驟、其他後續步驟(S4)，在可達成其目的之範圍內亦可為任何步驟。例如，板玻璃的情況係藉由成形機構將玻璃熔液G成形為玻璃帶，藉由緩冷卻機構將其緩冷卻後，切斷成所求之大小，因應需求進行玻璃端部研磨等後續加工而獲得板玻璃。

藉由本發明之熔融玻璃製造方法所製造之熔融玻璃，只要是利用氣體中加熱熔融法所製造之熔融玻璃，則組成並無限制。因此，亦可為鹼石灰玻璃、硼矽玻璃。又，所製造之玻璃製品之用途並不限定於建築用或車輛用，可為平面顯示器用、其他各種用途。

使用於建築用玻璃或車輛用板玻璃之鹼石灰玻璃的情況，以氧化物基準之質量百分比表示，宜具有以下之組成：SiO₂ ：65~75%、Al₂ O₃ :0~3%、CaO：5~15%、MgO：0~15%、Na₂ O：10~20%、K₂ O：0~3%、Li₂ O：0~5%、Fe₂ O₃ ：0~3%、TiO₂ ：0~5%、CeO₂ ：0~3%、BaO：0~5%、SrO：0~5%、B₂ O₃ ：0~5%、ZnO：0~5%、ZrO2：0~5%、SnO₂ ：0~3%、SO₃ ：0~0.5%。

使用於液晶顯示器用基板或有機EL顯示器用基板之無鹼玻璃的情況，以氧化物基準之質量百分比表示，宜具有以下之組成：SiO₂ ：39~70%、Al₂ O₃ ：3~25%、B₂ O₃ ：1~20%、MgO：0~10%、CaO：0~17%、SrO：0~20%、BaO：0~30%。

使用於電漿顯示器用基板之混合鹼系玻璃的情況，以氧化物基準之質量百分比表示，宜具有以下之組成：SiO₂ ：50~75%、Al₂ O₃ ：0~15%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO：6~24%、Na₂ O+K₂ O：6~24%。

作為其他用途，使用於耐熱容器或物理化學用器具等之硼矽玻璃的情況，以氧化物基準之質量百分比表示，宜具有以下之組成：SiO₂ ：60~85%、Al₂ O₃ ：0~5%、B₂ O₃ ：5~20%、Na₂ O+K₂ O：2~10%。

產業上之可利用性

藉由本發明製造之熔融玻璃，係利用浮浴槽、熔化成形機、輾壓成形機、吹製成形機、壓製成形機等成形機構而成形為各種形狀之玻璃製品。

又，將2009年8月20日申請之日本專利申請案第2009-191204號的說明書、申請專利範圍、圖式及摘要之全內容引用至此，採納作為本發明之說明書之揭示。

10．．．玻璃熔融爐

12．．．熔融槽

14．．．出口

15．．．上游側壁面

16．．．頂壁

17．．．爐底部

18．．．玻璃原料粒子加熱單元(玻璃原料粒子投入部及形成氣相部之加熱機構)

19．．．插入孔

20．．．氧燃燒器

22．．．噴嘴

26．．．液狀玻璃粒子

27．．．由火焰散逸之粒子

28．．．氣道

30．．．入口

31．．．排出孔

32．．．洩出部

34．．．堰

40．．．玻璃熔融爐

50．．．玻璃熔融爐

52．．．玻璃屑片

54．．．玻璃屑片投入筒

56．．．加熱器

58．．．洩出管

60．．．白金

F．．．火焰

G．．．玻璃熔液

G1．．．非製品用玻璃熔液

S1~S4．．．步驟

第1圖係構成本發明之玻璃製品之製造裝置之第1實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第2圖係第2實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第3圖係第2圖所示之熔融槽之沿著A-A線的剖面圖。

第4圖係顯示第1圖所示之玻璃熔融爐之玻璃微粒子之流動的說明圖。

第5圖係第3實施型態之玻璃熔融爐的縱剖面圖。

第6圖係顯示實施型態之玻璃製品之製造方法的流程圖。

10．．．玻璃熔融爐

12．．．熔融槽

14．．．出口

15．．．上游側壁面

16．．．頂壁

17．．．爐底部

18．．．玻璃原料粒子加熱單元

20．．．氧燃燒器

22．．．噴嘴

26．．．液狀玻璃粒子

28．．．氣道

30．．．入口

31．．．排出孔

32．．．洩出部

34．．．堰

F．．．火焰

G．．．玻璃熔液

G1．．．非製品用玻璃熔液

Claims (11)

1. 一種玻璃熔融爐，係在玻璃熔融爐內之氣相環境氣體中使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子，且使該液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液，並將該玻璃熔液排出者，其特徵在於包含：玻璃原料粒子投入部，係朝下設置於前述玻璃熔融爐內之上部之爐壁部者；加熱機構，係用以於前述玻璃熔融爐內之玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子之氣相部者；氣道之入口，係設置在如下範圍者：在玻璃熔液之流動方向上較前述氣相部位於上游側，且較前述玻璃熔液面之上方空間高度的1/2更位於下方；爐底部，係集積前述液狀玻璃粒子而形成玻璃熔液者；及排出部，係排出前述玻璃熔液者；且該玻璃熔融爐具有形成於前述氣道之下方之洩出部、及分隔前述玻璃熔液與該洩出部之玻璃熔液之堰。
2. 如申請專利範圍第1項之玻璃熔融爐，其中前述氣道之入口係配置成該入口之上端部位於從前述玻璃熔液面朝上方如下距離處者：由該玻璃熔液面至前述玻璃熔融爐之頂內壁面之距離的1/4~1/3。
3. 如申請專利範圍第1或2項之玻璃熔融爐，其中前述加熱 機構配置成：前述氣相部朝前述玻璃熔液之流動方向且朝下方傾斜而形成。
4. 如申請專利範圍第1或2項之玻璃熔融爐，其中前述氣道係設置於垂直方向，而該氣道的上部設置有投入玻璃屑片之玻璃屑片投入部。
5. 如申請專利範圍第4項之玻璃熔融爐，其中前述玻璃熔融爐設置有用以將前述玻璃屑片投入部下方之玻璃熔液加熱之加熱機構。
6. 如申請專利範圍第1或2項之玻璃熔融爐，其中形成前述氣相部之加熱機構係氧燃燒器及多相位電弧電漿產生裝置中之至少其中一者，前述氧燃燒器可產生氧燃燒焰，前述多相位電弧電漿產生裝置可產生熱電漿且由一對以上電極所構成。
7. 一種熔融玻璃之製造方法，其特徵在於使用如申請專利範圍第1至6項中任一項之玻璃熔融爐，而製造熔融玻璃。
8. 一種熔融玻璃之製造方法，係在玻璃熔融爐內之氣相環境氣體中使玻璃原料粒子成為液狀玻璃粒子，且使該液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液者，其特徵在於包含：由前述玻璃熔融爐內之上部之爐壁部朝下供給前述玻璃原料粒子，使其通過藉由加熱機構形成之氣相部而成為液狀玻璃粒子；由氣道之入口吸引廢氣而排氣，前述廢氣係由形成 前述氣相部之加熱機構所產生，前述氣道之入口係設置在如下範圍者：在玻璃熔液之流動方向上較前述氣相部位於上游側，且較前述玻璃熔液面之上方空間高度的1/2更位於下方；使前述液狀玻璃粒子集積於玻璃熔融爐的底部而成為玻璃熔液；及以位於前述氣道正下方之玻璃熔液來捕捉未到達爐底部之玻璃熔液面之懸浮粒子，前述懸浮粒子係來自：由前述氣道之入口吸引後排氣而通過前述氣道之前述廢氣中所包含之玻璃原料粒子。
9. 如申請專利範圍第7或8項之熔融玻璃之製造方法，其中前述氣道之入口係配置成該入口之上端部位於從前述玻璃熔液面朝上方如下距離處者：由該玻璃熔液面至前述玻璃熔融爐之頂內壁面之距離的1/4~1/3。
10. 一種玻璃製品之製造裝置，其特徵在於包含：如申請專利範圍第1至6項中任一項之玻璃熔融爐；設於該玻璃熔融爐之下游側，使熔融玻璃成形之成形機構；及使成形後之玻璃緩冷卻之緩冷卻機構。
11. 一種玻璃製品之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：藉由如申請專利範圍第7至9項中任一項之熔融玻璃之製造方法來製造熔融玻璃；使該熔融玻璃成形；及使成形後之玻璃緩冷卻。