WO2011004851A1 - ガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法 - Google Patents

ガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法 Download PDF

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WO2011004851A1
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glass
particles
melting furnace
raw material
furnace
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酒本　修
千禾夫 田中
宮崎　誠司
智 大川
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旭硝子株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the present invention relates to a glass melting furnace for producing molten glass by forming liquid glass particles from glass raw material particles in a high-temperature gas phase atmosphere, a method for producing molten glass using the glass melting furnace, and a glass equipped with the melting furnace
  • the present invention relates to a product manufacturing apparatus and a glass product manufacturing method using the above manufacturing method.
  • Patent Documents 1 and 2 as a glass melting furnace that melts and accumulates glass raw material particles in a high-temperature gas phase atmosphere to produce molten glass, a glass raw material particle charging portion and a glass raw material particle are placed on the ceiling of the glass melting furnace. And a glass melting furnace provided with a heating means for forming a high-temperature gas phase atmosphere for melting the glass.
  • This glass melting furnace melts glass raw material particles charged into the furnace from the glass raw material particle charging section in a high-temperature gas phase atmosphere heated by a heating means into liquid glass particles.
  • the glass melt is accumulated at the bottom to form a glass melt, and the glass melt is temporarily stored at the bottom of the glass melting furnace and discharged.
  • Such a method for producing molten glass is known as an air melting method for glass.
  • the energy consumption of the glass melting step can be reduced to about 1/3 as compared with the melting method by the conventional Siemens kiln, and melting can be performed in a short time. It is said that it is possible to reduce the size, reduce the heat storage chamber, improve the quality, reduce CO 2 , and shorten the time for changing the glass type.
  • Such a glass melting method in the air is attracting attention as an energy-saving technique.
  • the glass raw material particles introduced from the glass raw material particle introduction part those having a particle diameter of 1 mm or less are generally used.
  • the glass raw material particles put into the glass melting furnace are melted into liquid glass particles while descending (flying) in a high-temperature gas phase atmosphere, and the liquid glass particles fall downward to form glass. Accumulate at the bottom of the melting furnace to form a glass melt.
  • the liquid glass particles generated from the glass raw material particles are also expressed as glass droplets. In order to generate liquid glass particles from glass raw material particles in a high temperature gas phase atmosphere in a short time, the particle size of the glass raw material particles needs to be small as described above.
  • the individual liquid glass particles generated from the individual glass raw material particles need to be particles having substantially the same glass composition.
  • the decomposition gas components generated when the glass raw material particles become liquid glass particles are mostly liquid without being confined inside the generated liquid glass particles because both the glass raw material particles and the liquid glass particles are small particles. Released outside the glass particles. For this reason, there is little possibility that a bubble will arise in the glass melt which liquid glass particles accumulated.
  • each glass raw material particle is a particle having substantially uniform constituent raw material components, and the glass composition of each liquid glass particle generated therefrom is also uniform.
  • the homogenizing means for homogenizing the glass composition of the glass melt required for the conventional glass melting furnace is hardly required in the air melting method. Even if a small number of liquid glass particles have a glass composition different from that of most other liquid glass particles, the liquid glass particles are a small particle size, so a small number of liquid glass particles having a different glass composition. Thus, the heterogeneous region of the glass composition in the glass melt is small, and this heterogeneous region is easily homogenized and disappears in a short time. Thus, in the air melting method, the heat energy required for homogenization of the glass melt can be reduced, and the time required for homogenization can be shortened.
  • the glass melting furnace of Patent Document 1 includes a plurality of arc electrodes and oxyfuel combustion nozzles as heating means for forming a high-temperature gas phase atmosphere, and is based on a thermal plasma arc or oxyfuel combustion nozzle formed by the plurality of arc electrodes.
  • a high-temperature gas phase atmosphere of about 1600 ° C. or higher is formed in the furnace by the oxyfuel flame (frame).
  • the glass raw material particles used in Patent Document 1 can be changed into liquid glass particles in a short time, and the particle size is 0.5 mm (weight average) or less from the viewpoint of easy emission of the generated gas. Things are used.
  • the thing with a particle size of 0.01 mm (weight average) or more is used from a viewpoint of the cost rise by pulverization of glass raw material particle
  • the glass melting furnace of Patent Document 2 includes an oxygen burner attached downward to the ceiling wall of the glass melting furnace as a heating means.
  • a gas supply system and a raw material supply system are connected to the oxygen burner so that a supporting gas having an oxygen concentration of 90% by volume or more and a glass raw material are supplied. Therefore, according to this glass melting furnace, an oxygen burner is burned to form a downward flame, and glass raw material particles are supplied downward from the oxygen burner into the flame to generate liquid glass particles in the flame. The liquid glass particles thus collected are accumulated on the bottom of the furnace immediately below the flame to form a glass melt.
  • the oxygen burner is disposed so as to penetrate the upstream side wall surface of the ceiling wall of the glass melting furnace.
  • the glass melting furnace of Patent Document 2 is provided with an exhaust port for discharging exhaust gas generated when the glass raw material is melted to the outside of the furnace.
  • the exhaust port is installed on the downstream side wall surface of the ceiling wall of the glass melting furnace and is connected to a suction fan. By driving the suction fan, exhaust gas in the glass melting furnace is sucked into the flue and exhausted. .
  • molten glass manufactured with the glass melting furnace of patent documents 1 and 2 is supplied to a temperature adjustment tank or a clarification tank from a glass melting furnace, and the temperature which can be formed here (about 1000 degreeC in soda-lime glass) ) Until cooled.
  • the molten glass is supplied to glass product forming means such as a float bath, a fusion molding machine, a roll-out molding machine, a blow molding machine, and a press molding machine, where it is formed into glass products of various shapes. Then, the molded glass product is cooled to about room temperature by a slow cooling means, and after that, after being subjected to a cutting process by a cutting means and / or other post processes as necessary, it is manufactured into a desired glass product. .
  • some of the glass cullet particles charged in the melting furnace are also suspended without reaching the glass melt surface.
  • fine glass cullet particles particles in which glass cullet particles are melted, particles in which glass cullet particles once melted are solidified again, particles made of crushed materials of these particles, and the like become floating particles.
  • droplets of liquid glass generated when the dropped glass cullet particles collide with the surface of the glass melt or particles in which the solidified product floats. Particles that do not reach the glass melt surface at the bottom of the furnace and are derived from these glass raw material particles and glass cullet particles are hereinafter referred to as floating particles.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a glass melting furnace, a manufacturing method of molten glass, and a glass product that can suppress deterioration in quality of molten glass caused by floating particles adhering to the furnace wall.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and a glass product manufacturing method.
  • the present invention achieves the glass raw material particles as liquid glass particles in a gas phase atmosphere in the glass melting furnace, and collects the liquid glass particles at the bottom of the glass melting furnace to form a glass melt.
  • a glass melting furnace for discharging the glass melt, a flue provided through the ceiling of the glass melting furnace, an upper part in the glass melting furnace arranged around the flue in a plan view A plurality of glass raw material particle charging portions installed downward on the furnace wall portion, and a glass raw material particle is formed into liquid glass particles below the glass raw material particle charging portion provided for each of the plurality of glass raw material particle charging portions.
  • a glass melting furnace comprising heating means for forming a phase part, a furnace bottom part for accumulating the liquid glass particles to form a glass melt, and a discharge part for discharging the glass melt I will provide a.
  • the present invention provides a method for producing molten glass, characterized in that molten glass is produced using the glass melting furnace of the present invention in order to achieve the above object.
  • the flue is arranged at the ceiling of the glass melting furnace, and a plurality of glass raw material particle charging portions are arranged around the flue.
  • the suspended particles generated in the gas phase part below the unit and in the vicinity of the gas phase part are efficiently sucked into the flue and exhausted to the outside without going to the furnace wall of the glass melting furnace.
  • the as a result the amount of suspended particles adhering to the furnace wall is drastically reduced, so that damage to the furnace wall and deterioration of the quality of the molten glass due to adhering suspended particles to the furnace wall can be prevented.
  • the gas phase part is a gas phase part in a high temperature atmosphere state in which the glass raw material particles passing through the gas phase part can be liquid glass particles.
  • This gas phase portion is formed below each glass raw material particle charging portion. For this reason, a heating means for forming the gas phase part is also provided for each glass raw material particle input part.
  • the glass raw material particles charged from the glass raw material particle charging part are passed through the gas phase part formed below the glass raw material particle charging part and melted.
  • the molten glass raw material particles become liquid glass particles and fall downward, temporarily become a glass melt, and are supplied downstream.
  • the furnace wall part of the upper part of a glass melting furnace here means the range of the side wall within 1 m from the ceiling part of a glass melting furnace, and the inner wall of a ceiling part.
  • the glass melting furnace has the plurality of glass raw material particle charging portions arranged along a concentric circle centered on the flue in a plan view.
  • the floating particles generated in the gas phase part below each glass raw material particle charging part can be uniformly sucked and removed by the flue.
  • the heating means for forming the gas phase part is a multi-phase arc plasma generator comprising an oxyfuel burner for generating an oxyfuel flame and a pair of electrodes for generating thermal plasma. Of these, at least one of them is preferred.
  • a high temperature atmosphere of about 2000 ° C. can be formed in the case of an oxyfuel flame by an oxyfuel burner, and a high temperature atmosphere of 5000 to 20000 ° C. can be formed in the case of thermal plasma. Therefore, the glass raw material particles that descend can be converted into liquid glass particles in a short time.
  • the oxyfuel burner and the multiphase arc plasma generator may be installed alone or in combination.
  • a burner having a form in which a glass raw material particle charging part is integrated can be used as an oxyfuel burner used as a heating means for forming a gas phase part.
  • the glass melting furnace is formed in a substantially cylindrical shape having a vertical axis as a central axis, and the flue is provided at a substantially central portion in a plan view.
  • the suspended particles in the furnace can be suctioned and removed more stably.
  • the glass melting furnace is installed downward at the furnace wall portion of the glass melting furnace and is provided at a predetermined interval so as to surround the plurality of glass raw material particle charging portions. It is preferable to provide a plurality of glass cullet piece input portions for inputting glass cullet pieces.
  • glass cullet pieces are dropped from a plurality of glass cullet piece charging parts, and the entire gas phase part below each glass raw material particle charging part is surrounded by the flow of the glass cullet pieces falling,
  • the floating particles that are generated in the high-temperature gas phase and directed to the furnace wall are attached to the surface of the glass cullet piece being dropped and collected and dropped.
  • the stabilization of the flame by the preheating of a glass cullet piece and a downward flow can be aimed at.
  • the glass melting furnace includes a heating means (hereinafter referred to as a second gas phase portion) for forming a gas phase portion (hereinafter also referred to as a second gas phase portion) for heating the glass cullet piece below the glass cullet piece charging portion.
  • a heating means for forming a gas phase portion (hereinafter also referred to as a second gas phase portion) for heating the glass cullet piece below the glass cullet piece charging portion.
  • heating means referred to as heating means.
  • the glass melting furnace has the plurality of glass cullet piece throwing portions arranged along a concentric circle centered on the flue in a plan view.
  • the glass cullet piece throwing portion of the present invention is provided to throw a glass cullet piece whose short diameter (a) is 0.1 mm ⁇ a ⁇ 50 mm.
  • the glass cullet pieces themselves are less likely to become suspended particles due to the air flow in the glass melting furnace, and the glass cullet pieces are collected from the glass product manufacturing process or from the market.
  • the minor axis was defined in consideration of the efficiency in handling and storing and transporting to the glass cullet piece inlet.
  • such a glass cullet piece having a short diameter (a) is introduced into the furnace from the glass cullet piece introduction part, and the glass cullet piece being lowered is second gas formed by the second heating means. It is preferred to heat in the phase.
  • the glass cullet pieces having the short diameter (a) remain on the sieve having a mesh opening size of 0.1 mm, and the mesh opening size is small. It is specified by passing through a 50 mm sieve.
  • the glass cullet pieces with less scattering of the glass cullet pieces together with the glass raw material particles can be charged and melted in the glass melting furnace without preheating. Thereby, it becomes suitable for a large-scale melting furnace suitable for producing glass products of several tens tons / day or more and several hundred tons / day or more.
  • the inside of the glass melting furnace can be maintained at a high temperature. Can be melted.
  • the present invention provides a glass melting furnace of the present invention, a molding means for molding molten glass provided on the downstream side of the discharge part of the glass melting furnace, and glass after molding
  • An apparatus for producing a glass product comprising: a slow cooling means for slowly cooling the glass.
  • the present invention provides a process for producing a molten glass by the method for producing a molten glass of the present invention, a process for molding the molten glass, and a process for gradually cooling the glass after molding.
  • the manufacturing method of the glass product characterized by including this is provided.
  • the glass melting furnace and molten glass manufacturing method of the present invention it is possible to suppress damage to the furnace wall and flue caused by adhering suspended particles to the furnace wall and deterioration of the quality of the molten glass. Therefore, a high-quality molten glass can be manufactured over a long period of time.
  • a high-quality molten glass can be manufactured by the molten glass manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention. Can be produced over a long period of time.
  • the longitudinal cross-sectional view of the glass fusing furnace of 1st Embodiment which comprises the manufacturing apparatus of the glass product of this invention Fig. 1 is a cross-sectional plan view of the main part of the glass melting furnace shown in Fig. 1.
  • the longitudinal cross-sectional view of the glass melting furnace of 2nd Embodiment which comprises the manufacturing apparatus of the glass product of this invention Fig. 3 is a cross-sectional plan view of the main part of the glass melting furnace shown in Fig. 3.
  • a heating means for forming a gas phase portion (hereinafter also referred to as a first gas phase portion) in which glass raw material particles are liquid glass particles is oxygen combustion.
  • a gas phase portion hereinafter also referred to as a first gas phase portion
  • the first gas phase part in which the glass raw material particles are liquid glass particles is composed of a high temperature part in the flame of the oxyfuel burner and in the vicinity of the flame.
  • the glass raw material particle input part for supplying the glass raw material particles to the gas phase part is integrated with the oxyfuel burner, and a tube for supplying combustion gas, a tube for supplying oxygen and a glass raw material particle are supplied near the oxyfuel burner outlet.
  • the tube to be configured is coaxial.
  • This combination of the glass raw material particle charging portion and the oxyfuel combustion burner is referred to as a first heating unit.
  • Glass raw material particles, liquid glass particles produced by melting the glass particles, and particles in the middle of becoming liquid glass particles from the glass raw material particles (particles that are liquid glass only on the surface portion) are represented by particles 22 in the drawings of the following embodiments. In the following description, it is referred to as glass raw material particle 22 or the like.
  • the glass cullet piece charging part and the oxyfuel burner are separate from each other, and the glass cullet piece is made into the second gas phase part.
  • the supply pipe and the oxyfuel burner are arranged close to the upper furnace wall.
  • the combination of the glass cullet piece charging portion and the oxyfuel combustion burner is referred to as a second heating unit.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a glass melting furnace 10 of a first embodiment constituting a glass product manufacturing apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a plan sectional view of a main part excluding a ceiling portion of the glass melting furnace 10. is there.
  • the first heating unit 18 and the second heating unit 20, which will be described in detail, are simply indicated by ⁇ .
  • the glass melting furnace 10 includes a melting tank 12 and an outlet (not shown) as a discharge portion for the glass melt G, and the melting tank 12 and the outlet are made of known refractory bricks.
  • the melting tank 12 is configured in a substantially cylindrical shape with the vertical direction as the central axis, and a flue 16 penetrates the ceiling wall 14 through the ceiling wall 14 at a substantially central portion in the plan view of FIG. It is provided in the vertical direction.
  • a suction fan 21 is connected to the flue 16 via a cooling device 17 and a dust collector 19, and exhaust gas in the melting tank 12 is sucked by the flue 16 by driving the suction fan 21. .
  • the exhaust gas is cooled to a predetermined temperature by the cooling device 17, dust in the exhaust gas is removed by the dust collecting device 19, and then exhausted to the outside by the suction fan 21.
  • the flue 16 does not necessarily have to be arranged at substantially the center of the ceiling wall 14, but in order to make the pressure (negative pressure) in the melting tank 12 substantially equal throughout the melting tank 12 as will be described later. It is preferable to dispose it at the substantially central portion of the ceiling wall 14.
  • a gas supply unit 23 may be provided for supplying and preheating the glass cullet piece 26 before being supplied from the second heating unit 20 by using a part of the exhaust gas discharged from the flue 16.
  • the exhaust gas system 25 is bypassed to the glass cullet piece injection cylinder 34 of the second heating unit 20 as shown by a two-dot chain line in FIG. Then, the exhaust gas supplied to the glass cullet piece injection cylinder 34 and contributing to the preheating of the glass cullet piece 26 is guided from the glass cullet piece injection cylinder 34 to the cooling device 17 as necessary, and the dust collector 19 collects dust in the exhaust gas.
  • the air is exhausted to the outside by the suction fan 21.
  • the glass cullet piece 26 charged from the second heating unit 20 can be preheated using the high-temperature gas discharged from the flue 16, so that the temperature in the glass melting furnace 10 is increased.
  • the glass cullet pieces 26 can be melted.
  • first heating units 18, 18... And eight second heating units 20, 20... are arranged on the ceiling wall 14, which is the furnace wall portion at the upper part of the melting tank 12, and thereby the furnace air.
  • first gas phase portions in which the glass raw material particles are liquid glass particles and eight second gas phase portions for melting the glass cullet pieces are formed.
  • the oxyfuel burner in each unit is provided through the ceiling wall 14 so that the flame is directed downward.
  • the eight first heating units 18, 18,... are installed at equal intervals on a concentric circle centered on the flue 16 (central axis O) in the plan view of FIG.
  • the eight second heating units 20, 20... Surround the eight first heating units 18, 18 and are installed at equal intervals on a concentric circle with the flue 16 as the center.
  • the case where the 1st heating unit 18 and the 2nd heating unit 20 are not in the ceiling wall 14 but in the side wall of the upper part of the melting tank 12 is also the scope of the present invention.
  • the first heating unit 18 and the second heating unit 20 are provided on the side walls, the first heating unit 18 and the second heating unit 20 are provided on the side walls having a height of 1 m in the vertical direction from the inner wall of the ceiling wall 14 of the melting tank 12. This is because when the first heating unit 18 and the second heating unit 20 are provided in a place exceeding 1 m in the vertical direction from the inner wall of the ceiling wall 14 of the melting tank 12, This is because the vertical distance is too small and the angle formed with the horizontal direction is reduced, and glass particles are sprayed on the opposing wall surface, resulting in furnace wall erosion and accompanying glass contamination, and the second heating unit. This is because the glass cullet is not preheated sufficiently at 20 and falls onto the glass melt G.
  • the first heating unit 18 and the second heating unit 20 are preferably provided at a height of 90 cm in the vertical direction from the inner wall of the ceiling wall 14 of the melting tank 12, and more preferably provided at a height of 50 cm. .
  • the number of the first heating units 18 is not limited to eight, and may be two or more as long as the flue 16 can be surrounded.
  • the number of the second heating units 20 is not limited to eight, and if it is possible to form a form that surrounds the flow of the glass raw material particles by the flow of the glass cullet pieces that will be described later, the number of the second heating units 20 is seven or less. However, it may be nine or more.
  • the arrangement form of the first heating unit 18 is not limited to the concentric circles, but may be a form surrounding the flue 16, for example, a form arranged along a triangle, a quadrangle, or an ellipse. However, in order to suck and remove the floating particles 24, 24...
  • the concentric arrangement form is as follows. preferable.
  • the arrangement form of the second heating unit 20 is not limited to the concentric circle, and is arranged along the form surrounding the first heating units 18, 18..., For example, on a triangle, a quadrangle, or an ellipse. Form may be sufficient.
  • the glass cullet pieces 26, 26, which are input from the second heating units 20, 20... By the heat of the first heating units 18, 18.
  • the melting tank 12 is configured in a substantially cylindrical shape as described above, and the flue 16 is provided in a substantially central portion in a plan view, so that the negative pressure in the furnace is substantially uniform throughout the furnace. Therefore, the suspended particles 24 in the furnace can be stably removed from the flue 16 by suction.
  • Glass melt G is stored in each of the melting tank 12 and the outlet, and the glass melt G manufactured in the melting tank 12 is configured to flow downstream through the outlet.
  • an oxyfuel burner 28 in which a glass raw material particle charging unit is integrated is applied.
  • This oxyfuel burner 28 is an oxyfuel burner known as an inorganic powder heating burner, in which raw material, fuel, and combustion gas supply nozzles are appropriately arranged.
  • the nozzle 30 at the tip of the oxyfuel burner 28 is arranged in the order of the fuel supply nozzle, the primary combustion support gas supply nozzle, the glass raw material supply nozzle, and the secondary combustion support gas supply nozzle from the center to the outer periphery. As a whole, they are arranged concentrically.
  • a flame 32 is jetted downward from the nozzle 30, and glass raw material particles are supplied from the glass raw material supply nozzle into the flame 32 (that is, the first gas phase portion) by gas conveyance or mechanical conveyance. Thereby, glass raw material particles can be made into liquid glass particles reliably and in a short time.
  • the oxyfuel burner 28 includes a glass raw material particle supply system for supplying glass raw material particles to the glass raw material supply nozzle, a fuel supply system for supplying fuel to the fuel supply nozzle, and a combustion support gas.
  • a gas supply system for supplying the combustion support gas supply nozzle for primary combustion and the support gas supply nozzle for secondary combustion is connected.
  • the glass raw material particle charging unit is provided separately because the oxyfuel combustion burner 28 also serves as the glass raw material particle charging unit. There is no need. However, a glass raw material particle input portion for introducing glass raw material particles toward the flame 32 of the oxyfuel burner 28 may be provided adjacent to the oxyfuel burner 28.
  • the first heating means for forming the first gas phase portion is not limited to the oxyfuel burner 28, but a multiphase arc plasma generator comprising a pair of electrodes for generating thermal plasma. May be provided on the wall surface of the melting tank 12, and both the oxyfuel burner 28 and the multiphase arc plasma generator may be provided in the melting tank 12. Furthermore, the temperature of the flame 32 and thermal plasma of the oxyfuel burner 28 is equal to or higher than the melting temperature of silica sand in order to rapidly gasify and dissipate the gas components contained in the glass raw material particles 22 and advance the vitrification reaction. It is preferable to set to 1600 ° C. or higher.
  • the glass raw material particles 22 in the first gas phase portion are rapidly gasified and dissipated by the flame 32 and / or thermal plasma, and are heated to a high temperature to become liquid glass particles.
  • 12 lands on the surface of the glass melt G in 12.
  • the glass melt formed by the accumulation of the liquid glass particles is continuously heated by the flame 32 and / or thermal plasma, so that the vitrified form is maintained.
  • the center temperature is about 2000 ° C. in the case of oxyfuel combustion, and 5000 to 20000 ° C. in the case of thermal plasma.
  • the glass raw material particles preferably have an average particle size of 30 to 1000 ⁇ m, more preferably 50 to 500 ⁇ m, and even more preferably 70 to 300 ⁇ m. When the glass raw material particles become liquid glass particles in the first gas phase portion, the initial average particle size is often reduced to about 80%.
  • the second heating unit 20 includes a glass cullet piece feeding tube (glass cullet piece feeding portion) 34 and two oxygen combustion burners 36 and 36 as second heating means.
  • the two flames 42 and 42 formed by the two oxygen combustion burners 36 and 36 and the surrounding high temperature region become the second gas phase portion.
  • the glass cullet piece insertion cylinder 34 penetrates the ceiling wall 14 and is arranged in the vertical direction, and the glass cullet pieces 26, 26... Are dropped from the insertion port 38 formed at the lower end thereof.
  • a cullet transport system (not shown) for transporting the glass cullet pieces 26, 26... By gas transport or mechanical transport is connected to the glass cullet piece input cylinder 34, and glass cullet pieces 26, 26. Is conveyed to the glass cullet piece charging cylinder 34.
  • examples of the material of the glass cullet piece charging cylinder 34 include water-cooled metal or ceramics.
  • the oxyfuel combustion burner 36 is an oxyfuel combustion burner known as an oxyfuel combustion heating burner, in which a fuel and supporting gas supply nozzle is appropriately arranged.
  • a flame 42 is jetted obliquely downward from the nozzle 40 of the oxyfuel burner 36, and the flame 42 is blown onto the glass cullet pieces 26, 26,. Thereby, the glass cullet pieces 26, 26... Are reliably heated.
  • the glass cullet pieces 26 heated by the flame 42 are heated to about 1000 ° C. to 1800 ° C. and land on the glass melt G, depending on the amount of the glass cullet pieces 26 to be charged.
  • the oxyfuel combustion burner 36 is connected to a fuel supply system for supplying fuel to the fuel supply nozzle and a gas supply system for supplying combustion support gas to the combustion support gas supply nozzle.
  • a fuel supply system for supplying fuel to the fuel supply nozzle
  • a gas supply system for supplying combustion support gas to the combustion support gas supply nozzle.
  • the second heating unit is preferably provided at a height of 80 cm in the vertical direction from the inner wall of the ceiling portion of the glass melting furnace, and more preferably provided at a height of 60 cm.
  • the “glass cullet” means a glass cullet having almost the same glass composition as the glass of the glass product that is the final object in the present invention.
  • This glass cullet is usually generated in the process of producing a glass product as a final object from a glass melt formed at the bottom of the furnace in the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and the glass cullet generated from the manufacturing process of another glass product having substantially the same glass composition as the glass of the glass product that is the final object of the present invention, the final obtained by the present invention. It may be a glass cullet generated from the process of using the target glass product.
  • the glass melting furnace in the manufacturing process of the other glass products is not limited to the glass melting furnace using the air melting method.
  • the glass composition of the glass cullet is almost the same as the glass composition of the glass formed from the glass raw material particles, the liquid glass formed by melting the glass cullet pieces and the liquid glass formed from the glass raw material particles are mixed.
  • the glass composition becomes uniform, less heat energy is required for homogenization, and the time required for homogenization is short.
  • the glass composition of the glass cullet and the glass composition of the liquid glass particles formed from the glass raw material particles are preferably the same, but the glass composition is formed while the glass melt formed at the furnace bottom of the melting tank becomes a glass product. It can vary slightly (eg, volatile glass components such as boron oxide), and such slight differences in glass composition are acceptable.
  • the heated glass cullet piece simply melts into liquid glass particles.
  • glass raw material particles are liquefied by chemical reaction such as thermal decomposition of glass raw material (for example, thermal decomposition from metal carbonate to metal oxide, etc.), reaction and melting of glass components called vitrification reaction. It becomes glass particles.
  • the mechanism by which the solid particles become liquid glass particles differs between the glass raw material particles and the glass cullet pieces, but the generated liquid glass particles are liquid glass particles having substantially the same glass composition.
  • the oxyfuel burners 36, 36 are arranged with a predetermined interval across the glass cullet piece injection cylinder 34. That is, the nozzles 40 and 40 of the oxyfuel burners 36 and 36 are disposed around the glass cullet piece charging cylinder 34.
  • the oxygen combustion burners 36 and 36 have an angle ( ⁇ ) in the flame direction (b) of 1 ° ⁇ ⁇ ⁇ 75 ° with respect to the cullet piece insertion axis (O 1 ) by the glass cullet piece insertion cylinder 34. It is arranged so as to be inclined. As described above, the oxyfuel combustion burner 36 has an angle of 1 ° ⁇ ⁇ ⁇ 75 ° with respect to the cullet piece insertion shaft (O 1 ) so as to blow the flame 42 toward the cullet piece insertion shaft (O 1 ) which is the vertical axis.
  • the horizontal distance between the nozzle 40 at the tip of the oxyfuel burner 36 and the inlet 38 of the glass cullet piece injection cylinder 34 allows the falling glass cullet pieces 26, 26... To pass through the flame 42 efficiently.
  • the oxygen combustion burner 36 is installed at an angle of 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 30 ° with respect to the cullet piece insertion shaft (O 1 ) when the drop height of the glass cullet piece 26 can be 1 to 3 m. More preferably.
  • the flame 42 by the oxyfuel burner 36 can be applied to the glass cullet piece 26 for a long time, so that a larger portion of the glass cullet piece 26 can be melted.
  • a multi-phase arc plasma generator composed of a pair of electrodes for generating thermal plasma may be provided on the wall surface of the melting tank 12 instead of the oxyfuel burner 36. Further, both the oxyfuel burner 36 and the multiphase arc plasma generator may be provided in the melting tank 12. The temperature of the flame 42 of the oxyfuel burner 36 and the temperature of the thermal plasma are the same as those described above.
  • an enclosing form surrounding the first gas phase portion around the flue 16 is formed by the flow of a large number of glass cullet pieces 26, 26... Dropped from the glass cullet piece introducing cylinders 34, 34.
  • the flow of the glass cullet pieces is formed in a substantially cylindrical shape having a central axis in the vertical direction, and has a function of partitioning the furnace wall 44 of the melting tank 12 from the suspended particles 24, 24.
  • the glass melting furnace of the embodiment is a melting furnace for melting glass raw material particles.
  • the first gas phase portion is a flame 32, 32... Formed by the eight oxygen combustion burners 28, 28... Which are the first heating means, and a high temperature region formed around the flame.
  • Liquid glass particles are formed in the first gas phase portion. That is, glass raw material particles are put into the furnace from the oxyfuel burners 28, 28 ..., and the glass raw material particles 22 etc. descending in the flames 32, 32 ... are heated and melted to form liquid glass particles.
  • the liquid glass particles formed from the glass raw material particles through the glass raw material particles 22, 22, etc. fall downward and accumulate on the furnace bottom 60 to become the glass melt G.
  • the glass melt G enters the furnace bottom 60. Temporarily stored. It is not essential for the liquid glass particles to reach the furnace bottom 60 or the surface of the glass melt G as individual particles. Two or more of the liquid glass particles may be fused and landed on the furnace bottom 60 or the surface of the glass melt G.
  • a flue 16 is disposed at a substantially central portion of the ceiling wall 14, and eight first heating units 18, 18... Are disposed around the flue 16. Therefore, the suspended particles 24, 24... In the furnace are sucked by the suction force of the flue 16 without being directed to the surrounding furnace wall 44, and are exhausted and removed outside the furnace.
  • glass raw material particles are introduced and glass cullet pieces 26, 26... Are dropped from eight glass cullet piece introduction cylinders 34, 34.
  • An enclosed form by the flow of the glass cullet pieces is formed in the furnace. That is, the glass cullet pieces 26, 26... Are dropped from the eight glass cullet piece insertion cylinders 34, 34... So as to surround the suspended particles 24, 24. ing. Then, a part of the suspended particles 24, 24... Going to the furnace wall 44 is attached to the surface of the falling glass cullet pieces 26, 26... And dropped onto the glass melt G in the melting tank 12. I am letting.
  • the short diameter (a) is preferably 0.1 mm ⁇ a ⁇ 50 mm.
  • the glass cullet pieces having the short diameter (a) remain on the sieve having a mesh opening of 0.1 mm and pass through the sieve having a mesh opening of 50 mm.
  • the short diameter (a) of the glass cullet pieces is more preferably 5 mm ⁇ a ⁇ 20 mm from the viewpoint of preventing the glass cullet pieces from scattering and handling the above.
  • the glass cullet piece charging portion has a structure (such as the inner diameter of the charging cylinder) for charging a glass cullet piece of this size.
  • a short diameter (a) becomes 50 mm or more, there is no change in the effect which makes floating particles adhere to the surface of the glass cullet piece being dropped.
  • such a glass cullet piece having a short diameter (a) is introduced into the furnace from the glass cullet piece introduction cylinders 34, 34..., And the glass cullet pieces 26, 26. , 36 by the flames 42, 42.
  • the heated glass cullet pieces 26, 26... Fall downward.
  • Two or more glass particles whose glass cullet pieces have been liquefied at least by the second heating unit are fused before reaching the surface of the glass melt G, and the fused liquid glass particles become the glass melt G. You may land on. Because at least the surface liquefied glass particles are relatively large particles, the falling liquefied glass particles are easily in contact with each other, and are fused when a plurality of liquefied glass particles are in contact with each other.
  • the glass cullet piece 26 can be completely melted by the oxyfuel burner 36 while the glass cullet piece 26 is being lowered.
  • the glass cullet piece 26 is much larger in size than the fine particle glass raw material particles, Is difficult. Therefore, the unmelted glass cullet pieces 26, 26... Land on the surface of the glass melt G in the furnace. In this case, the unmelted glass cullet pieces 26, 26. There is no problem because the glass melt G is heated and melted by heat and radiant heat from the furnace body.
  • the oxyfuel burner 36 does not preheat only the glass cullet piece 26 alone, but also heats the glass raw material particles 22 and the glass melt G in the melting tank 12, so that the glass placed outside the furnace is heated.
  • the function is completely different from the cullet piece preheating device. As described above, it is not necessary to completely liquefy the glass cullet piece 26 in the second gas phase by the second heating unit.
  • by arranging the plurality of oxygen combustion burners 36, 36 Since the melting rate of 26 is improved, the amount of heat required for the secondary heating necessary for homogenizing the glass melt can be reduced. Further, by increasing the number of oxyfuel burners 36, the glass cullet pieces 26, 26... Can be heated evenly, so that the melting rate is further improved.
  • the oxyfuel burner 36 can be changed to a small capacity type as the number of oxyfuel burners 36 used increases. Thereby, the fuel used for the oxyfuel burner 36 can be saved.
  • this melting tank 12 since glass cullet pieces can be charged into the melting tank 12 and melted together with the glass raw material particles, glass product production of tens of tons / day or more and hundreds of tons / day or more is possible. It is suitable for a large-scale melting furnace suitable for the above.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a glass melting furnace 50 according to a second embodiment constituting the glass product manufacturing apparatus of the present invention
  • FIG. 4 is a principal sectional plan view of the glass melting furnace 50 excluding the ceiling.
  • the melting tank 52 of the glass melting furnace 50 is configured in a rectangular parallelepiped shape, and has one flue 16, eight first heating units 18, 18,..., And eight on the ceiling wall 54 that is an upper furnace wall.
  • the second heating units 20, 20... Are respectively provided through the ceiling wall 54 downward.
  • the arrangement form of the flue 16, the first heating units 18, 18 ... and the second heating units 20, 20 ... is the same as that shown in FIGS.
  • this melting tank 52 is a rectangular parallelepiped shape, it arrange
  • positions the 1st heating unit 18,18 ... around the flue 16, and the 2nd heating unit 20, so that 1st heating unit 18,18 ... may be surrounded.
  • 20... Effects similar to those of the glass melting furnace 10 shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.
  • the melting unit including the flue 16, the first heating units 18, 18... And the second heating units 20, 20... Is disposed on the upstream side of the glass melt G in the melting tank 52.
  • the present invention is not limited to this, and may be arranged on the middle stream side, the downstream side, and the entire area.
  • a plurality of melting units may be arranged on the ceiling wall 54.
  • the glass melting furnaces 10 and 50 including the second heating unit 20 are exemplified, but only the glass cullet piece charging cylinder 34 is not provided with an oxygen burner as a heating means for forming a gas phase.
  • the present invention can also be applied to a glass melting furnace.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of the glass product manufacturing method of the embodiment.
  • the forming step (S2) by the forming means, and the slow cooling step (S3) by the slow cooling means which are components of the glass product manufacturing method, further necessary
  • the cutting process used according to this and other post-process (S4) are shown.
  • the glass melt G melted in the melting tanks 12 and 52 of FIGS. 1 to 4 is sent to the molding means through the outlet and a conduit structure (not shown) and molded (molding process).
  • the glass after molding is slowly cooled by a slow cooling means (gradual cooling process) so that no residual stress remains in the solidified glass after molding (further cooling process), and further cut (cutting process) as necessary. After that, it becomes a glass product.
  • the glass melt G is formed into a glass ribbon by a forming means, and is slowly cooled by a slow cooling means, then cut to a desired size, and the glass end is polished as necessary.
  • Sheet glass is obtained by post-processing such as.
  • the molten glass produced by the molten glass production method of the present invention is not limited in terms of composition as long as it is a molten glass produced by an in-air heating melting method. Therefore, it may be soda lime glass or borosilicate glass. Moreover, the use of the manufactured glass product is not limited to architectural use or vehicle use, and examples include flat panel display use and other various uses.
  • soda lime glass used for building or vehicle sheet glass it is expressed in terms of mass percentage based on oxide, SiO 2 : 65 to 75%, Al 2 O 3 : 0 to 3%, CaO: 5 to 15%, MgO: 0 to 15%, Na 2 O: 10 to 20%, K 2 O: 0 to 3%, Li 2 O: 0 to 5%, Fe 2 O 3 : 0 to 3%, TiO 2 : 0 to 5%, CeO 2 : 0 to 3%, BaO: 0 to 5%, SrO: 0 to 5%, B 2 O 3 : 0 to 5%, ZnO: 0 to 5%, ZrO 2 : 0 to 5 %, SnO 2 : 0 to 3%, SO 3 : 0 to 0.5%.
  • SiO 2 39 to 70%
  • Al 2 O 3 3 to 25%
  • B 2 O 3 1 to 20%
  • SrO: 0 to 20% BaO: 0 to 30% are preferable.
  • a mixed alkali glass used for a substrate for a plasma display it is expressed in terms of mass percentage based on oxide, and SiO 2 : 50 to 75%, Al 2 O 3 : 0 to 15%, MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO: 6 to 24 %, Na 2 O + K 2 O: preferably 6 to 24%.
  • the first heating unit and the glass cullet piece introduction cylinder have been described as being installed vertically downward, but not limited thereto, and may be installed inclined if they are downward. I do not care.
  • both the first heating unit and the glass cullet piece charging cylinder have been described as being installed on the ceiling of the glass melting furnace.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first heating unit may be installed on the ceiling of the glass melting furnace
  • the glass cullet piece charging cylinder may be installed on the side wall of the glass melting furnace.
  • one flue is installed.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of flues are installed at a position where one flue is installed. It does not matter if it is installed so as to produce the same smoke exhaust effect as the road.
  • the ceiling surface of the glass melting furnace has been described as having a flat shape, but the present invention is not limited thereto, and may be an arch shape, a dome shape, or the like.
  • the example which manufactures a molten glass by using a glass cullet piece together with a glass raw material particle was demonstrated, combined use of a glass cullet piece is not essential, and a molten glass is manufactured only from a glass raw material particle. Also good.
  • the example using the second heating means for heating the charged glass cullet pieces has been described, but the use of the second heating means (and thereby) The formation of the second gas phase portion to be formed) is not essential.
  • the glass cullet pieces are charged into the glass melt generated from the glass raw material particles and melted without adopting a special configuration for heating the glass cullet pieces that are put into the furnace and fall in the gas phase. be able to. At this time, if there is an inconvenience such as a decrease in the temperature of the glass melt, a shortage of thermal energy can be eliminated by employing means for heating the glass melt.
  • a glass melting furnace having one combination of a flue, a plurality of first heating units, and optionally a second heating unit is described in the glass melting furnace.
  • a plurality of them may be provided in the furnace.
  • the glass melting furnace 50 has one combination of the flue 16 and the plurality of first heating units 18, 18... And the second heating units 20, 20. Two or more such combinations may be provided in the glass melting furnace.
  • the molten glass produced by the present invention is molded into glass products of various shapes by molding means such as a float bath, a fusion molding machine, a roll-out molding machine, a blow molding machine, and a press molding machine.
  • molding means such as a float bath, a fusion molding machine, a roll-out molding machine, a blow molding machine, and a press molding machine.

Landscapes

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Abstract

　本発明は、炉内を浮遊する粒子が炉壁に付着することに起因する溶融ガラスの品質低下を抑えることができるガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法を提供する。　本発明の溶融槽１２は、天井壁１４の略中央部に煙道１６を配置し、この煙道１６の周囲に８台の第１加熱ユニット（ガラス原料粒子投入部及びガラス原料粒子が液状ガラス粒子となる気相部を形成する加熱手段の組み合わせ）１８、１８…を配置している。このため、炉内を浮遊する粒子（浮遊粒子）２４、２４…は、周囲の炉壁４４に向うことなく、煙道１６の吸引力により吸引されて炉外に排気除去される。これにより、この溶融槽１２によれば、炉壁４４に付着する浮遊粒子２４、２４…の付着量が激減するので、浮遊粒子２４、２４…が炉壁４４に付着することに起因する炉壁損傷とガラス融液Ｇの品質低下を防止することができる。

Description

ガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法
　本発明は、高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子から液状のガラス粒子を形成して溶融ガラスを製造するガラス溶融炉、当該ガラス溶融炉による溶融ガラスの製造方法、当該溶融炉を備えたガラス製品の製造装置、及び上記製造方法を用いたガラス製品の製造方法に関する。
　特許文献１、２には、高温の気相雰囲気中でガラス原料粒子を溶融し集積して溶融ガラスを製造するガラス溶融炉として、ガラス溶融炉の天井部にガラス原料粒子投入部とガラス原料粒子を溶融するための高温の気相雰囲気を形成する加熱手段とを備えたガラス溶融炉が開示されている。
　このガラス溶融炉は、ガラス原料粒子投入部から炉内に投入したガラス原料粒子を、加熱手段により加熱された高温の気相雰囲気中で溶融して液状ガラス粒子とし、液状ガラス粒子をガラス溶融炉底部に集積させてガラス融液を形成し、ガラス融液をガラス溶融炉底部に一時貯留して排出する装置である。また、このような溶融ガラスの製法はガラスの気中溶融法として知られている。この気中溶融法によれば、従来のシーメンス窯による溶融法と比較して、ガラス溶融工程の消費エネルギーを１／３程度まで低減することができるとともに短時間で溶融が可能になり、溶融炉の小型化、蓄熱室の省略、品質の向上、ＣＯ２の削減、ガラス品種の変更時間の短縮化を図ることができると言われている。このようなガラスの気中溶融法は、省エネルギー技術として注目されている。
　ところで、ガラス原料粒子投入部から投入されるガラス原料粒子は、粒径が１ｍｍ以下に造粒されたものが一般に使用される。ガラス溶融炉に投入されたガラス原料粒子は、高温の気相雰囲気中を下降（飛翔）する間にその一粒一粒が溶融されて液状ガラス粒子となり、液状ガラス粒子は下方に落下してガラス溶融炉底部に集積し、ガラス融液を形成する。このガラス原料粒子から生成する液状ガラス粒子は、ガラス液滴とも表現されるものである。高温の気相雰囲気中で短時間にガラス原料粒子から液状ガラス粒子を生成させるためには、ガラス原料粒子の粒径は上記のように小さなものである必要がある。また、通常の場合、個々のガラス原料粒子から生じる個々の液状ガラス粒子はほぼ同一のガラス組成を有する粒子である必要がある。
　ガラス原料粒子が液状ガラス粒子となるときに発生する分解ガス成分は、ガラス原料粒子と液状ガラス粒子がともに小さな粒子であることより、生成する液状ガラス粒子の内部に閉じ込められることなくそのほとんどが液状ガラス粒子外部に放出される。このため、液状ガラス粒子が集積したガラス融液中に泡が生じるおそれは少ない。
　一方、各ガラス原料粒子は、構成原料成分がほぼ均一な粒子であり、それから生じる各液状ガラス粒子のガラス組成も相互に均一である。液状ガラス粒子間のガラス組成の相違が少ないことより、多数の液状ガラス粒子が堆積して形成されるガラス融液内に、ガラス組成が異なる部分が生じるおそれは少ない。このため、従来のガラス溶融炉に必要とされていたガラス融液のガラス組成を均質化するための均質化手段が、気中溶融法ではほとんど必要とされない。たとえ少数の液状ガラス粒子が他の大部分の液状ガラス粒子とガラス組成が異なる場合が生じたとしても、液状ガラス粒子は粒径の小さな粒子であることより、ガラス組成が異なる少数の液状ガラス粒子から生じた、ガラス融液中のガラス組成の異質領域は小さく、この異質領域は短時間で容易に均質化して消失する。このように、気中溶融法ではガラス融液の均質化に必要とする熱エネルギーを低減し、均質化に要する時間を短くすることができる。
　特許文献１のガラス溶融炉は、高温の気相雰囲気を形成する加熱手段として、複数本のアーク電極や酸素燃焼ノズルを備えており、複数のアーク電極が形成する熱プラズマアークや酸素燃焼ノズルによる酸素燃焼炎（フレーム）によって炉内に約１６００℃以上の高温気相雰囲気が形成されている。この高温気相雰囲気中にガラス原料粒子を投入することにより、高温気相雰囲気内でガラス原料粒子を液状ガラス粒子に変化させる。また、特許文献１において使用されているガラス原料粒子としては、短時間で液状ガラス粒子に変化させることができ発生ガスの放散が容易である観点から、粒径が０．５ｍｍ（重量平均）以下のものが使用されている。さらに、ガラス原料粒子の微粉化によるコスト上昇と、生成する液状ガラス粒子間のガラス組成変動の低減の観点から、粒径が０．０１ｍｍ（重量平均）以上のものが使用されている。
　一方、特許文献２のガラス溶融炉は、加熱手段として、ガラス溶融炉の天井壁に下向きに取り付けられた酸素バーナを備えている。この酸素バーナには、酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスとガラス原料が供給されるように、ガス供給系と原料供給系とが接続されている。よって、このガラス溶融炉によれば、酸素バーナを燃焼させ下向きに火炎を形成するとともに、酸素バーナからガラス原料粒子をその火炎中に下向きで供給し、火炎中で液状ガラス粒子を生成させ、生成した液状ガラス粒子を火炎直下の炉底部に集積させてガラス融液を形成させている。この酸素バーナは、ガラス溶融炉の天井壁の上流側壁面に貫通して配置されている。また、特許文献２のガラス溶融炉には、ガラス原料の溶融の際に発生する排ガスを炉外に放出する排気口が設けられている。この排気口は、ガラス溶融炉の天井壁の下流側壁面に設置されるとともに吸引ファンに接続され、吸引ファンを駆動することにより、ガラス溶融炉内の排ガスが煙道に吸引されて排気される。
　特許文献１、２のガラス溶融炉によって製造された約１６００℃の溶融ガラスは、ガラス溶融炉から温度調整槽又は清澄槽に供給され、ここで成形可能な温度（ソーダライムガラスでは約１０００℃程度）まで冷却される。そして、この溶融ガラスは、フロートバス、フュージョン成形機、ロールアウト成形機、ブロー成形機、プレス成形機等のガラス製品の成形手段に供給され、ここで各種形状のガラス製品に成形される。そして、成形されたガラス製品は、徐冷手段によって略室温まで冷却され、その後、必要に応じて切断手段による切断工程、及び／又はその他の後工程を経た後、所望のガラス製品に製造される。
特開２００７－２９７２３９号公報 特開２００８－１２０６０９号公報
　ところで、特許文献１、２に開示された気中溶融設備では、ガラス原料粒子や溶融したガラス粒子の一部がミスト状となって浮遊し、炉底のガラス融液に到達することなく排ガス気流に乗って浮上し、煙道に吸引されて外部に排気される。その際、炉内に浮遊する粒子は、全て煙道に吸引されて除去されるわけではなく、その一部の粒子は炉壁に付着していた。炉壁に付着した粒子は炉壁の炉材を侵食し、また該粒子と炉材との反応生成物が炉壁から剥離してガラス融液面に落下し、溶融ガラスの品質を低下させるという問題が生じていた。特に、特許文献２の設備では、酸素バーナによる原料溶融部から煙道までの距離が長いため、上記問題が多発するおそれがあった。
　ガラス原料粒子が液状のガラス粒子となって炉底に集積する経路から外れて浮遊するに至った上記粒子としては、未溶融のガラス原料粒子、溶融した液状のガラス粒子やそれが固化した粒子、ガラス原料粒子が液状のガラス粒子となる途中の粒子（例えば、ガラス原料粒子中の原料の一部（炭酸塩など）が分解している粒子、表面が溶融した粒子やそれが固化した粒子、など）、これらの粒子の破砕物からなる粒子、などからなると考えられる。また、ガラス原料粒子以外にガラスカレットの粒子を併用して溶融ガラスを製造する場合は、溶融炉に投入されたガラスカレット粒子の一部もまたガラス融液面に到達することなく浮遊する粒子となることもある。例えば、微小なガラスカレット粒子、ガラスカレット粒子が溶融した粒子、いったん溶融したガラスカレット粒子が再度固化した粒子、これらの粒子の破砕物からなる粒子、などが浮遊する粒子となると考えられる。さらには、落下したガラスカレット粒子等がガラス融液に表面に衝突した際に生じる液状ガラスの飛沫やその固化物が浮遊する粒子となることもあると考えられる。
　これらのガラス原料粒子やガラスカレット粒子などに由来する、炉底のガラス融液面に到達しない粒子を以下浮遊粒子という。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、浮遊粒子が炉壁に付着することに起因する溶融ガラスの品質低下を抑えることができるガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、前記目的を達成するために、ガラス溶融炉内の気相雰囲気中でガラス原料粒子を液状ガラス粒子とし、該液状ガラス粒子をガラス溶融炉の底部に集積してガラス融液とし、該ガラス融液を排出するガラス溶融炉であって、前記ガラス溶融炉の天井部に貫通して設けられた煙道、平面視で前記煙道の周囲に配置された前記ガラス溶融炉内の上部の炉壁部に下向きに設置された複数のガラス原料粒子投入部、前記複数のガラス原料粒子投入部毎に設けられた、ガラス原料粒子投入部の下方にガラス原料粒子を液状ガラス粒子とする気相部を形成するための加熱手段、前記液状ガラス粒子を集積してガラス融液を形成する炉底部、および、前記ガラス融液を排出する排出部、を備えたことを特徴とするガラス溶融炉を提供する。
　また、本発明は、前記目的を達成するために、本発明のガラス溶融炉を用いて溶融ガラスを製造することを特徴とする溶融ガラスの製造方法を提供する。
　本発明のガラス溶融炉及び溶融ガラスの製造方法によれば、ガラス溶融炉の天井部に煙道を配置し、この煙道の周囲にガラス原料粒子投入部を複数配置したので、ガラス原料粒子投入部下方の気相部中で生成した浮遊粒子やその気相部近傍で生成した浮遊粒子は、ガラス溶融炉の炉壁に向うことなく、煙道に効率的に吸引されて外部に排気除去される。これにより、炉壁に付着する浮遊粒子の付着量が激減するので、浮遊粒子が炉壁に付着することに起因する炉壁の損傷や溶融ガラスの品質低下を防止することができる。
　前記気相部は、その中を通過するガラス原料粒子を液状ガラス粒子とすることができる、高温雰囲気状態にある気相部である。この気相部はガラス原料粒子投入部毎にその下方に形成される。このため、その気相部を形成するための加熱手段もまたガラス原料粒子投入部毎に設けられる。
　なお、ガラス原料粒子を気中溶融するにあたり、ガラス原料粒子投入部から投入されたガラス原料粒子を、ガラス原料粒子投入部下方に形成された気相部中を通過させて溶融する。溶融したガラス原料粒子は液状ガラス粒子になって下方に向って落下し、ガラス融液となって一時貯留され、下流側に供給される。ここでいうガラス溶融炉の上部の炉壁部とは、ガラス溶融炉の天井部及び天井部の内壁から１ｍ以内の側壁の範囲をいう。
　また、本発明によれば、前記ガラス溶融炉は、平面視で前記煙道を中心とする同心円上に沿って前記複数のガラス原料粒子投入部が配置されていることが好ましい。
　本発明によれば、各々のガラス原料粒子投入部の下方の気相部で発生した前記浮遊粒子を、煙道によって均等に吸引除去することができる。
　また、本発明によれば、前記気相部を形成するための加熱手段は、酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナ及び熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のうち少なくとも一つであることが好ましい。
　本発明によれば、酸素燃焼バーナによる酸素燃焼炎の場合には約２０００℃の高温雰囲気を形成でき、熱プラズマの場合には５０００～２００００℃の高温雰囲気を形成できる。よって、降下するガラス原料粒子を短時間で液状ガラス粒子とすることができる。なお、酸素燃焼バーナ及び多相アークプラズマ発生装置は、単独で設置してもよく双方を併用してもよい。また、気相部を形成する加熱手段として使用される酸素燃焼バーナとしては、ガラス原料粒子投入部が一体となった形態のバーナを使用することができる。
　また、本発明によれば、前記ガラス溶融炉は鉛直方向を中心軸とする略円筒状に構成され、平面視でその略中央部に前記煙道が設けられていることが好ましい。
　本発明によれば、炉内の負圧が炉内全域において略均一になるので、炉内の浮遊粒子を、より安定して吸引除去することができる。
　また、本発明によれば、前記ガラス溶融炉は、該ガラス溶融炉の前記炉壁部に下向きに設置されるとともに前記複数のガラス原料粒子投入部の全体を包囲するように所定の間隔をもって設けられ、ガラスカレット片を投入する複数のガラスカレット片投入部を備えることが好ましい。
　本発明によれば、複数のガラスカレット片投入部からガラスカレット片を落下させ、このガラスカレット片の落下する流れで各ガラス原料粒子投入部下方の気相部全体を包囲し、高温の気相部と炉壁を仕切るとともに、高温の気相部中で発生して炉壁に向おうとする前記浮遊粒子を、投下中のガラスカレット片の表面に付着させて捕集し落下させる。これにより、浮遊粒子が炉壁に付着するのを確実に阻止することができる。また、本発明では、ガラスカレット片の予熱及び下降流による火炎の安定化が図れる。更に、前記ガラス溶融炉は、前記ガラスカレット片投入部下方にガラスカレット片を加熱する気相部（以下、第２の気相部ともいう）を形成するための加熱手段（以下、第２の加熱手段ともいう）を備えることが好ましい。ガラスカレット片投入部に隣接してこの第２の加熱手段を設けてもよい。これにより、降下中のガラスカレット片を加熱することができ、ガラスカレット片の溶融に寄与することができる。ガラスカレット片はこの第２の気相中で少なくとも表面が液状化したガラス粒子となって、ガラス融液面に到達することが好ましい。
　また、本発明によれば、前記ガラス溶融炉は、平面視で前記煙道を中心とする同心円上に沿って前記複数のガラスカレット片投入部が配置される。
　また、本発明の前記ガラスカレット片投入部は前記カレットの短径（ａ）が０．１ｍｍ＜ａ＜５０ｍｍであるガラスカレット片を投入するために設けられることが好ましい。
　本発明によれば、ガラスカレット片のサイズにおいては、ガラスカレット片自体がガラス溶融炉内の気流によって浮遊粒子となるおそれが少ないこと、及びガラスカレット片をガラス製品の製造工程内または市場から回収、貯蔵し、ガラスカレット片投入口まで搬送する取扱上の効率を考慮して、その短径を規定した。
　本発明では、このような短径（ａ）のガラスカレット片を、ガラスカレット片投入部から炉内に投入し、降下中のガラスカレット片を第２の加熱手段によって形成された第２の気相中で加熱することが好ましい。
　なお、本発明では、前記短径（ａ）のガラスカレット片は、網目の目開き（Opening）の大きさが０．１ｍｍの篩に残り、且つ、網目の目開き（Opening）の大きさが５０ｍｍの篩を通過するもので規定する。
　したがって、本発明に係るガラス溶融炉によれば、ガラス原料粒子とともにガラスカレット片自体の飛散が少ないガラスカレット片を、予備加熱することなくガラス溶融炉に投入し溶融することができる。これにより、数十トン／日以上、及び数百トン／日以上のガラス製品の生産に適した大規模溶融炉に好適となる。
　また、本発明の前記煙道からの排ガスの一部を、前記ガラスカレット片投入部から投入される前のガラスカレット片に供給し予熱するためのガス供給部を設けてもよい。
　本発明によれば、煙道から排出される高温のガスを利用して、ガラスカレット片投入部から投入されるガラスカレット片を予熱するので、ガラス溶融炉内を高温に維持でき、ガラスカレット片の溶融化を促進することができる。
　また、本発明は、前記目的を達成するために、本発明のガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉の前記排出部の下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段とを備えたことを特徴とするガラス製品の製造装置を提供する。
　さらに、本発明は、前記目的を達成するために、本発明の溶融ガラスの製造方法により溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程とを含むことを特徴とするガラス製品の製造方法を提供する。
　以上説明したように本発明のガラス溶融炉、及び溶融ガラスの製造方法によれば、浮遊粒子が炉壁に付着することに起因する炉壁や煙道の損傷及び溶融ガラスの品質低下を抑えることができ、よって、品質のよい溶融ガラスを長期にわたって製造できる。
　また、本発明のガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法によれば、本発明の溶融ガラスの製造装置及び製造方法により、品質のよい溶融ガラスを製造できるので、品質のよいガラス製品を長期にわたって生産することができる。
本発明のガラス製品の製造装置を構成する第１の実施の形態のガラス溶融炉の縦断面図 図１に示したガラス溶融炉の要部平断面図 本発明のガラス製品の製造装置を構成する第２の実施の形態のガラス溶融炉の縦断面図 図３に示したガラス溶融炉の要部平断面図 実施の形態のガラス製品の製造方法の実施の形態を示したフローチャート
　以下、添付図面に従って本発明に係るガラス溶融炉、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
　図示したガラス溶融炉において、ガラス原料粒子を液状ガラス粒子とする気相部（以下、第１の気相部ともいう）を形成する加熱手段（以下、第１の加熱手段ともいう）は酸素燃焼バーナからなる。
　ガラス原料粒子を液状ガラス粒子とする、第１の気相部は、酸素燃焼バーナの火炎中及び火炎近傍の高温部から構成される。その気相部にガラス原料粒子を供給するためのガラス原料粒子投入部は酸素燃焼バーナと一体となり、酸素燃焼バーナ出口付近で燃焼ガスを供給する管と酸素を供給する管とガラス原料粒子を供給する管が同軸で構成されている。このガラス原料粒子投入部と酸素燃焼バーナとの組み合わせを、第１加熱ユニットという。ガラス原料粒子、それが溶融して生じる液状ガラス粒子、ガラス原料粒子から液状ガラス粒子となる途中の粒子（表面部分のみ液状ガラスとなっている粒子など）を以下の実施形態の図では粒子２２で表わし、以下の説明ではガラス原料粒子等２２という。
　一方、ガラスカレット片を少なくとも表面が液状化したガラス粒子とする第２の気相部では、ガラスカレット片投入部と酸素燃焼バーナとは別体で、ガラスカレット片を第２の気相部に供給する管と酸素燃焼バーナとは上部の炉壁部に近接し配置されている。このガラスカレット片投入部と酸素燃焼バーナとの組み合わせを第２加熱ユニットという。
　図１は、本発明のガラス製品の製造装置を構成する第１の実施の形態のガラス溶融炉１０の縦断面図、図２はガラス溶融炉１０の天井部分を除いた要部平断面図である。なお、図２において、詳述する第１加熱ユニット１８及び第２加熱ユニット２０は、簡略的に○印で示している。
　ガラス溶融炉１０は、溶融槽１２とガラス融液Ｇの排出部としての出口（不図示）とを備えており、溶融槽１２、出口は周知の耐火煉瓦によって構成されている。また、溶融槽１２は、鉛直方向を中心軸とする略円筒状に構成され、その天井壁１４には図２の平面視において、その略中央部に煙道１６が天井壁１４を貫通して鉛直方向に設けられている。この煙道１６には、冷却装置１７、集塵装置１９を介して吸引ファン２１が連結されており、吸引ファン２１を駆動することにより、溶融槽１２内の排ガスが煙道１６により吸引される。この排ガスは、冷却装置１７によって所定の温度に冷却された後、集塵装置１９によって排ガス中の塵埃が除去され、この後に吸引ファン２１によって外部に排気される。なお、煙道１６は、天井壁１４の略中央部に必ずしも配置する必要はないが、後述するように溶融槽１２内の圧力（負圧）を溶融槽１２全域において略均等とするためには、天井壁１４の略中央部に配置することが好ましい。
　また、煙道１６から排出される排ガスの一部を利用して、第２加熱ユニット２０から投入される前のガラスカレット片２６に供給し予熱するためのガス供給部２３を設けてもよい。この場合、煙道１６からの排ガスを冷却装置１７に導く前に、図１の二点鎖線の如く排ガス系２５を第２加熱ユニット２０のガラスカレット片投入筒３４に迂回させる。そして、ガラスカレット片投入筒３４に供給されてガラスカレット片２６の予熱に寄与した排ガスを、ガラスカレット片投入筒３４から必要に応じて冷却装置１７に導き、集塵装置１９によって排ガス中の塵埃を除去し、この後に吸引ファン２１によって外部に排気する。この方式によって、煙道１６から排出される高温のガスを利用して、第２加熱ユニット２０から投入されるガラスカレット片２６を予熱することができるので、ガラス溶融炉１０内の温度を高温に維持でき、ガラスカレット片２６の溶融化を促進することができる。
　また、溶融槽１２の上部の炉壁部である天井壁１４には、８台の第１加熱ユニット１８、１８…及び８台の第２加熱ユニット２０、２０…が配置され、それらによって炉内気相雰囲気中にガラス原料粒子を液状ガラス粒子とする８つの第１の気相部及びガラスカレット片を溶融するための８つの第２の気相部が形成されている。各ユニットにおける酸素燃焼バーナは、それぞれ火炎が下向きになるように天井壁１４を貫通して設けられている。
　８台の第１加熱ユニット１８、１８…は、図２の平面視において煙道１６（中心軸Ｏ）を中心とする同心円上に等間隔で設置される。また、８台の第２加熱ユニット２０、２０…は、８台の第１加熱ユニット１８、１８を包囲するとともに、煙道１６を中心とする同心円上に等間隔に設置されている。なお、第１加熱ユニット１８及び第２加熱ユニット２０が天井壁１４ではなく、溶融槽１２の上部の側壁にある場合も本発明の範囲である。第１加熱ユニット１８及び第２加熱ユニット２０が側壁に設けられる場合には、溶融槽１２の天井壁１４の内壁から鉛直方向に１ｍまでの高さの側壁に設けられる。これは、第１加熱ユニット１８及び第２加熱ユニット２０が、溶融槽１２の天井壁１４の内壁から鉛直方向に１ｍを超えるところに設けられた場合、第１加熱ユニット１８においてガラス融液面との鉛直距離が小さくなりすぎるため水平方向となす角が小さくなり、対向壁面にガラス粒子を吹き付けることになってしまう結果、炉壁侵食とそれに伴うガラス汚染が生じるためであり、また第２加熱ユニット２０においてガラスカレットが十分に予熱されないでガラス融液Ｇ上に落下するためである。第１加熱ユニット１８及び第２加熱ユニット２０は、溶融槽１２の天井壁１４の内壁から鉛直方向に９０ｃｍまでの高さに設けられることが好ましく、５０ｃｍまでの高さに設けられることがより好ましい。
　また、第１加熱ユニット１８の台数は８台に限定されるものではなく、煙道１６を包囲することができるのであれば、２台以上であればよい。同様に、第２加熱ユニット２０の台数も８台に限定されるものではなく、後述する落下するガラスカレット片の流れによりガラス原料粒子の流れを包囲する形態を形成可能であれば、７台以下でもよく９台以上であってもよい。更に、第１加熱ユニット１８の配置形態は前記同心円上に限定されるものではなく、煙道１６を囲む形態、例えば三角形上、四角形上、楕円形上に沿って配置する形態でもよい。但し、各々の第１加熱ユニット１８、１８によるガラス原料粒子等２２、２２…に由来する浮遊粒子２４、２４…を、煙道１６によって均等に吸引除去するには、前記同心円上の配置形態が好ましい。同様に、第２加熱ユニット２０の配置形態も前記同心円上に限定されるものではなく、第１加熱ユニット１８、１８…を囲む形態、例えば三角形上、四角形上、楕円形上に沿って配置する形態でもよい。但し、第２加熱ユニット２０、２０…から投入されるガラスカレット片２６、２６…を、第１加熱ユニット１８、１８…の熱によって均等に加熱するには、前記同心円上の配置形態が好ましい。
　更に、この溶融槽１２は、前述の如く略円筒状に構成されるとともに、平面視でその略中央部に煙道１６が設けられているため、炉内の負圧が炉内全域において略均一になり、よって、炉内の浮遊粒子２４、２４…を安定して煙道１６から吸引除去することができる。
　溶融槽１２及び前記出口の各槽内には、ガラス融液Ｇが貯留されており、溶融槽１２で製造されたガラス融液Ｇが前記出口を介して下流に流れるように構成されている。
　第１加熱ユニット１８としては、ガラス原料粒子投入部が一体となった酸素燃焼バーナ２８が適用されている。
　この酸素燃焼バーナ２８は、無機粉体加熱用バーナとして公知な、原料、燃料、支燃ガス供給ノズルが適切に配置された酸素燃焼バーナである。酸素燃焼バーナ２８の先端部のノズル３０は、中心部から外周部に向って燃料供給ノズル、一次燃焼用支燃ガス供給ノズル、ガラス原料供給ノズル、及び二次燃焼用支燃ガス供給ノズルの順で全体として同心円状に配列されている。ノズル３０から火炎３２を下向きで噴射させて、この火炎３２（すなわち、第１の気相部）中にガラス原料粒子を気体搬送又は機械搬送により前記ガラス原料供給ノズルから供給する。これにより、ガラス原料粒子を確実に且つ短時間で液状ガラス粒子とすることができる。なお、不図示であるが、この酸素燃焼バーナ２８には、ガラス原料粒子をガラス原料供給ノズルに供給するガラス原料粒子供給系、燃料を燃料供給ノズルに供給する燃料供給系、及び支燃ガスを一次燃焼用支燃ガス供給ノズルと二次燃焼用支燃ガス供給ノズルに供給するガス供給系が接続されている。
　このように、ガラス原料粒子投入部が一体となった酸素燃焼バーナ２８を適用した場合には、酸素燃焼バーナ２８がガラス原料粒子投入部を兼ねているため、ガラス原料粒子投入部を別個で設ける必要はない。しかしながら、酸素燃焼バーナ２８の火炎３２に向けてガラス原料粒子を投入するガラス原料粒子投入部を酸素燃焼バーナ２８に隣接して個別に設けてもよい。
　なお、第１の気相部を形成する第１の加熱手段としては酸素燃焼バーナ２８に限定されるものではなく、熱プラズマを発生させる、一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置を溶融槽１２の壁面に設けてもよく、また、酸素燃焼バーナ２８及び前記多相アークプラズマ発生装置の双方を溶融槽１２に設けてもよい。更に、酸素燃焼バーナ２８の火炎３２、熱プラズマの温度は、ガラス原料粒子等２２に含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させ、ガラス化反応を進行させるために、珪砂の溶融温度以上である１６００℃以上に設定することが好ましい。これにより、第１の気相部内のガラス原料粒子等２２は、火炎３２及び／又は熱プラズマによって、迅速にガス化散逸されるとともに、高温で加熱されることにより液状ガラス粒子となって溶融槽１２内のガラス融液Ｇの表面上に着地する。そして、液状ガラス粒子の集積により形成されたガラス融液は、火炎３２及び／又は熱プラズマによって引き続き加熱されることからガラス化された形態が保持される。なお、火炎３２の場合、その中心温度は酸素燃焼のケースで約２０００℃であり、熱プラズマの場合は５０００～２００００℃である。
　ガラス原料粒子は、平均粒径が３０～１０００μｍが好ましく、５０～５００μｍがより好ましく、７０～３００μｍがさらに好ましい。ガラス原料粒子は、第１の気相部中で液状ガラス粒子になる際に、多くの場合当初の平均粒径が８割程に減少する。
　第２加熱ユニット２０は、ガラスカレット片投入筒（ガラスカレット片投入部）３４と第２の加熱手段である２本の酸素燃焼バーナ３６、３６から構成される。２本の酸素燃焼バーナ３６、３６より形成される２本の火炎４２、４２とその周辺の高温域が第２の気相部となる。
　ガラスカレット片投入筒３４は天井壁１４を貫通して鉛直方向に配置され、その下端に形成された投入口３８からガラスカレット片２６、２６…が投下される。このガラスカレット片投入筒３４には、ガラスカレット片２６、２６…を気体搬送または機械搬送により搬送するカレット搬送系（不図示）が接続されており、後述するサイズのガラスカレット片２６、２６…がガラスカレット片投入筒３４に搬送される。また、ガラスカレット片投入筒３４の材質は、水冷された金属又はセラミックスなどが例示できる。
　酸素燃焼バーナ３６は、酸素燃焼加熱用バーナとして公知な、燃料、支燃ガス供給ノズルが適切に配置された酸素燃焼バーナである。酸素燃焼バーナ３６のノズル４０から火炎４２を斜め下向きに噴射させて、降下中のガラスカレット片２６、２６…に火炎４２を吹き付ける。これにより、ガラスカレット片２６、２６…が確実に加熱される。火炎４２によって加熱されたガラスカレット片２６は、投入するガラスカレット片２６の量等にもよるが、１０００℃～１８００℃程度に加熱されてガラス融液Ｇに着地する。なお、不図示であるが、この酸素燃焼バーナ３６には、燃料を燃料供給ノズルに供給する燃料供給系、及び支燃ガスを燃焼用支燃ガス供給ノズルに供給するガス供給系が接続されている。
　なお、第２加熱ユニットが天井部ではなく、ガラス溶融炉の上部の側壁に設置される場合も本発明の範囲である。第２加熱ユニットが側壁に設けられる場合には、ガラス溶融炉の天井部の内壁から鉛直方向に１ｍまでの高さに設けられる。これは、第２加熱ユニットが、ガラス溶融炉の天井部の内壁から鉛直方向に１ｍを超えるところに設けられた場合、ガラス融液面との鉛直距離が小さくなりすぎるために水平方向となす角が小さくなり、対向壁面にガラスカレット片を吹き付けることになってしまい、炉壁損傷及び侵食とそれに伴うガラス汚染が生じるためである。第２加熱ユニットは、ガラス溶融炉の天井部の内壁から鉛直方向に８０ｃｍまでの高さに設けられることが好ましく、６０ｃｍまでの高さに設けられることがより好ましい。
　なお、本発明において「ガラスカレット」とは、本発明において最終目的物であるガラス製品のガラスとほぼ同一のガラス組成からなるガラスカレットを意味する。このガラスカレットは、通常、本発明における、炉底部に形成されたガラス融液から最終目的物であるガラス製品を製造する工程で発生する。ただし、これに限られるものではなく、本発明の最終目的物であるガラス製品のガラスとほぼ同一のガラス組成からなる他のガラス製品の製造工程から発生するガラスカレット、本発明によって得られた最終目的物のガラス製品を使用する工程から生じるガラスカレット、などであってもよい。上記他のガラス製品の製造工程におけるガラス溶融炉は、気中溶融法を使用したガラス溶融炉に限られるものではない。
　ガラスカレットのガラス組成がガラス原料粒子から形成されるガラスのガラス組成とほぼ同一であることより、ガラスカレット片が融解した液状ガラスとガラス原料粒子から形成された液状ガラスが混合したガラス融液のガラス組成は均一なものとなり、均質化に必要とする熱エネルギーが少なく、均質化に要する時間も短い。ガラスカレットのガラス組成とガラス原料粒子から形成される液状ガラス粒子のガラス組成は同一であることが好ましいが、溶融槽の炉底部に形成されたガラス融液がガラス製品となる間にガラス組成がわずかに変化することがあり（例えば、酸化ホウ素などの揮発性ガラス成分の気散など）、このようなガラス組成のわずかな相違は許容される。
　なお、ガラスカレット片はすでにガラスとなっている物質からなることから、加熱されたガラスカレット片は単に融解して液状のガラス粒子となる。一方、ガラス原料粒子は、ガラス原料の熱分解（例えば、金属炭酸塩から金属酸化物への熱分解など）、ガラス化反応と呼ばれるガラスとなる成分の反応と溶融、などの化学反応により液状のガラス粒子となる。固体粒子が液状のガラス粒子となるメカニズムはガラス原料粒子とガラスカレット片とでは異なるが、生成する液状のガラス粒子はほぼ同一のガラス組成の液状のガラス粒子である。
　また、酸素燃焼バーナ３６、３６は、ガラスカレット片投入筒３４を挟んで所定の間隔を持って配置される。すなわち、ガラスカレット片投入筒３４の周囲に酸素燃焼バーナ３６、３６のノズル４０、４０が配置される。
　更に、酸素燃焼バーナ３６、３６は、ガラスカレット片投入筒３４によるカレット片投入軸（Ｏ１）に対して、その火炎方向（ｂ）の角度（θ）が１°≦θ≦７５°となるように傾斜して配置されている。このように酸素燃焼バーナ３６は、鉛直軸であるカレット片投入軸（Ｏ１）に向って火炎４２を吹き付けるようにカレット片投入軸（Ｏ１）に対し１°≦θ≦７５°の角度をもって設置されているため、ガラスカレット片投入筒３４からカレット片投入軸（Ｏ１）に沿って落下中のガラスカレット片２６、２６…は、その火炎４２中に効率よく通過する。ここで、酸素燃焼バーナ３６の先端部のノズル４０とガラスカレット片投入筒３４の投入口３８との水平距離は、落下中のガラスカレット片２６、２６…をその火炎４２中に効率よく通過させるという目的と、酸素燃焼バーナ３６の能力とに応じて適宜設定される。例えば、酸素燃焼バーナ３６は、ガラスカレット片２６の落下高さを１～３ｍとすることができる場合には、カレット片投入軸（Ｏ１）に対し１０°≦θ≦３０°の角度をもって設置されることがより好ましい。これによって、酸素燃焼バーナ３６による火炎４２をガラスカレット片２６により長い時間当てることができるので、ガラスカレット片２６のより大きい部分を溶融できる。
　なお、酸素燃焼バーナ２８と同様に、酸素燃焼バーナ３６に代えて熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置を溶融槽１２の壁面に設けてもよい。また、酸素燃焼バーナ３６及び前記多相アークプラズマ発生装置の双方を溶融槽１２に設けてもよい。酸素燃焼バーナ３６の火炎４２の温度、及び熱プラズマの温度は前述した温度と同様である。
　また、ガラスカレット片投入筒３４、３４…から投下される多数のガラスカレット片２６、２６…の流れによって、煙道１６を中心として第１の気相部を包囲する包囲形態が形成される。このガラスカレット片の流れは鉛直方向に中心軸を有する略筒状に形成され、浮遊粒子２４、２４…から溶融槽１２の炉壁４４を仕切る機能を有する。
　次に、前記の如く構成された溶融ガラスの製造装置の作用について説明する。
　実施の形態のガラス溶融炉は、ガラス原料粒子を溶融する溶融炉である。第１の気相部は第１の加熱手段である８台の酸素燃焼バーナ２８、２８…によって形成される火炎３２、３２…やその周囲に形成される高温域であり、ガラス原料粒子をこの第１の気相部中で液状ガラス粒子とする。すなわち、酸素燃焼バーナ２８、２８…からガラス原料粒子を炉内に投入し、火炎３２、３２…中を降下するガラス原料粒子等２２を加熱溶融して液状ガラス粒子とする。ガラス原料粒子からガラス原料粒子等２２、２２…を経て形成された液状ガラス粒子は下方に向って落下し、炉底部６０に集積してガラス融液Ｇとなり、ガラス融液Ｇは炉底部６０に一時貯留される。
　液状ガラス粒子は、個々の粒子として炉底部６０ないしガラス融液Ｇ表面に達することは必須ではない。液状ガラス粒子は、気相中でその２つ以上が融着して炉底部６０ないしガラス融液Ｇ表面に着地してもよい。
　このようなガラス原料粒子の加熱・溶融時において、ガラス原料粒子等２２、２２…の一部は浮遊粒子２４、２４…となり、この浮遊粒子２４、２４…は、従来の技術では、第１の気相部から散逸し炉内で浮遊する。
　そこで、実施の形態の溶融槽１２は、天井壁１４の略中央部に煙道１６を配置し、この煙道１６の周囲に８台の第１加熱ユニット１８、１８…を配置している。このため、炉内の浮遊粒子２４、２４…は、周囲の炉壁４４に向うことなく、煙道１６の吸引力により吸引されて炉外に排気除去される。
　これにより、この溶融槽１２によれば、炉壁４４に付着する浮遊粒子２４、２４…の付着量が激減するので、浮遊粒子２４、２４…が炉壁４４に付着することに起因する炉壁損傷とガラス融液Ｇの品質低下を防止することができる。
　また、この溶融槽１２では、ガラス原料粒子を投入するとともに８本のガラスカレット片投入筒３４、３４…からガラスカレット片２６、２６…を投下し、煙道１６を中心とする略円筒状のガラスカレット片の流れによる包囲形態を炉内に形成している。すなわち、浮遊粒子２４、２４…を包囲するように、８本のガラスカレット片投入筒３４、３４…からガラスカレット片２６、２６…を落下させ、浮遊粒子２４、２４…から炉壁４４を仕切っている。そして、炉壁４４に向おうとする浮遊粒子２４、２４…の一部を、落下中のガラスカレット片２６、２６…の表面に付着させて捕集し、溶融槽１２のガラス融液Ｇに落下させている。
　これにより、この溶融槽１２によれば、この包囲形態によって浮遊粒子２４、２４…の炉壁４４への飛散を抑えることができるため、炉壁４４に浮遊粒子２４、２４が付着するのを確実に阻止することができる。
　一方、ガラスカレット片投入筒３４、３４…から投入されるガラスカレット片においては、カレット片自体が飛散することが少ないこと、及びガラスカレット片をガラス製造工程中または市場から回収、貯蔵し、ガラスカレット片投入口まで搬送する観点における取扱上の効率を考慮して、ガラスカレット片投入筒３４、３４…に投入するために、その粒径を規定することが好ましい。ガラスカレット片の粒径としては、その短径（ａ）が０．１ｍｍ＜ａ＜５０ｍｍであることが好ましい。この短径（ａ）のガラスカレット片は、網目の目開き（Opening）の大きさが０．１ｍｍの篩に残り、かつ、網目の目開き（Opening）の大きさが５０ｍｍの篩を通過するものであることが好ましい。ガラスカレット片の短径（ａ）は、５ｍｍ＜ａ＜２０ｍｍであることが、ガラスカレット片の飛散防止や上記取扱いの観点からさらに好ましい。また、ガラスカレット片投入部はこの大きさのガラスカレット片を投入するための構造（投入筒の内径など）を有することが好ましい。なお、短径（ａ）が５０ｍｍ以上となっても、投下中のガラスカレット片の表面に浮遊粒子を付着させて捕集する効果に変わりはない。
　実施の形態では、このような短径（ａ）のガラスカレット片を、ガラスカレット片投入筒３４、３４…から炉内に投入し、降下中のガラスカレット片２６、２６…を酸素燃焼バーナ３６、３６の火炎４２、４２によって加熱する。加熱されたガラスカレット片２６、２６…は下方に向って落下する。
　ガラスカレット片が第２加熱ユニットによって、少なくとも表面が液状化したガラス粒子は、ガラス融液Ｇの表面に達する前にその２つ以上が融着し、融着した液状ガラス粒子がガラス融液Ｇに着地してもよい。この少なくとも表面が液状化したガラス粒子が比較的大きい粒子であることより、落下中の液状化したガラス粒子は相互に接触しやすく、複数の液状化したガラス粒子が接触した場合には融着してさらに大きな液状化したガラス粒子や塊状物となることがある。さらには多数の液状化したガラス粒子が一体化した液体の流れとなってガラス融液Ｇに達することもある。１つのガラスカレット片投入筒３４、３４…から投入される単位時間あたりのガラスカレット片の量が多くなると、このような液状化したガラス粒子の融着が起こりやすい。
　なお、酸素燃焼バーナ３６によってガラスカレット片２６をその降下中に完全に溶融できればよいが、ガラスカレット片２６は微粒子状のガラス原料粒子と比較してサイズがはるかに大きいため、完全に溶融することは難しい。よって、未溶融のガラスカレット片２６、２６…が炉内のガラス融液Ｇの表面上に着地するが、この場合、未溶融のガラスカレット片２６、２６…は、酸素燃焼バーナ２８、３６による熱、及び炉体からの輻射熱によって加熱されて溶融し、ガラス融液Ｇとなるので問題はない。
　また、酸素燃焼バーナ３６は、ガラスカレット片２６のみを単独に予熱するものではなく、ガラス原料粒子等２２及び溶融槽１２内のガラス融液Ｇも加熱することから、炉外に設置されたガラスカレット片の予熱装置とは機能が全く異なる。
　前述の如くガラスカレット片２６を第２加熱ユニットによる第２の気相中で完全に液状化する必要はないが、このように複数の酸素燃焼バーナ３６、３６…を配置することによりガラスカレット片２６の溶融率が向上するので、ガラス融液の均質化に必要な二次加熱に要する熱量を削減することができる。更に、酸素燃焼バーナ３６の本数を増加させることにより、ガラスカレット片２６、２６…を均等に加熱することができるので、溶融率が更に向上する。なお、酸素燃焼バーナ３６を、酸素燃焼バーナ３６の使用本数が増えるに従って小能力型のものに変更することもできる。これにより、酸素燃焼バーナ３６に使用する燃料を節約することができる。
　よって、この溶融槽１２によれば、ガラス原料粒子とともにガラスカレット片を、溶融槽１２に投入し溶融することができるため、数十トン／日以上、及び数百トン／日以上のガラス製品生産に適した大規模溶融炉に好適となる。
　図３は、本発明のガラス製品の製造装置を構成する第２の実施の形態のガラス溶融炉５０の縦断面図、図４はガラス溶融炉５０の天井部を除いた要部平断面図であり、図１、図２に示したガラス溶融炉１０と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。
　ガラス溶融炉５０の溶融槽５２は、直方体形状に構成され、上部の炉壁部である天井壁５４に、１本の煙道１６、８台の第１加熱ユニット１８、１８…、及び８台の第２加熱ユニット２０、２０…がそれぞれ下向きに天井壁５４を貫通して設けられている。これらの煙道１６、第１加熱ユニット１８、１８…、及び第２加熱ユニット２０、２０…の配置形態は図１、図２に示した形態と同一である。
　この溶融槽５２は直方体形状であるが、煙道１６の周囲に第１加熱ユニット１８、１８…を配置したこと、及び第１加熱ユニット１８、１８…を包囲するように第２加熱ユニット２０、２０…を配置したことにより、図１、図２に示したガラス溶融炉１０と同様の効果を得ることができる。
　なお、図３、図４の符号５６は出口であり、溶融槽５２で溶融されたガラス融液Ｇは、出口５６を介して下流側に供給される。よって、煙道１６、第１加熱ユニット１８、１８…、及び第２加熱ユニット２０、２０…からなる溶融ユニットは、溶融槽５２においてガラス融液Ｇの上流側に配置されているが、配置位置はこれに限定されるものではなく、中流側、下流側、及び全域に配置してもよい。また、複数の溶融ユニットを天井壁５４に並設してもよい。
　また、実施の形態では、第２加熱ユニット２０を備えたガラス溶融炉１０、５０を例示したが、ガラスカレット片投入筒３４のみで、気相を形成する加熱手段としての酸素バーナを備えていないガラス溶融炉においても本発明を適用することができる。
　図５は、実施の形態のガラス製品の製造方法の実施の形態を示したフローチャートである。図５では、ガラス製品の製造方法の構成要素である溶融ガラス製造工程（Ｓ１）、及び成形手段による成形工程（Ｓ２）、並びに徐冷手段による徐冷工程（Ｓ３）に加えて、さらに必要に応じて用いる切断工程、その他後工程（Ｓ４）が示されている。
　図１～図４の溶融槽１２、５２で溶融されたガラス融液Ｇは、出口及び不図示の導管構造を経て成形手段へと送られ成形される（成形工程）。成形後のガラスは、成形後に固化したガラスの内部に残留応力が残らないように徐冷手段によって徐冷され（徐冷工程）、さらに必要に応じて切断され（切断工程）、その他後工程を経て、ガラス製品となる。
　例えば、板ガラスの場合には、ガラス融液Ｇを成形手段によってガラスリボンに成形し、それを徐冷手段によって徐冷した後、所望の大きさに切断し、必要に応じてガラス端部を研磨するなどの後加工をして板ガラスが得られる。
　本発明の溶融ガラス製造方法によって製造される溶融ガラスは、気中加熱溶融法により製造される溶融ガラスである限り、組成的には制約はない。したがって、ソーダライムガラスや、ホウケイ酸ガラスであってもよい。また、製造されるガラス製品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、その他の各種用途が挙げられる。
　建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：６５～７５％、Ａｌ2Ｏ3：０～３％、ＣａＯ：５～１５％、ＭｇＯ：０～１５％、Ｎａ2Ｏ：１０～２０％、Ｋ2Ｏ：０～３％、Ｌｉ2Ｏ：０～５％、Ｆｅ2Ｏ3：０～３％、ＴｉＯ2：０～５％、ＣｅＯ2：０～３％、ＢａＯ：０～５％、ＳｒＯ：０～５％、Ｂ2Ｏ3：０～５％、ＺｎＯ：０～５％、ＺｒＯ2：０～５％、ＳｎＯ2：０～３％、ＳＯ3：０～０．５％、という組成を有することが好ましい。
　液晶ディスプレイ用又は有機ＥＬディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：３９～７０％、Ａｌ2Ｏ3：３～２５％、Ｂ2Ｏ３：１～２０％、ＭｇＯ：０～１０％、ＣａＯ：０～１７％、ＳｒＯ：０～２０％、ＢａＯ：０～３０％、という組成を有することが好ましい。
　プラズマディスプレイ用の基板に使用される混合アルカリ系ガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：５０～７５％、Ａｌ2Ｏ3：０～１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６～２４％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６～２４％、という組成を有することが好ましい。
　その他の用途として、耐熱容器または理化学用器具等に使用されるホウケイ酸ガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：６０～８５％、Ａｌ2Ｏ3：０～５％、Ｂ2Ｏ３：５～２０％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：２～１０％、という組成を有することが好ましい。
　本実施形態では、第１加熱ユニット及びガラスカレット片投入筒は、鉛直方向下向きに設置されていることとして説明したが、これに限らず、下向きであれば傾斜して設置されていることとしても構わない。
　本実施形態では、第１加熱ユニット及びガラスカレット片投入筒の両者は、ガラス溶融炉の天井部に設置されていることとして説明したが、これに限らず、両者がガラス溶融炉の上部にあればよいので、例えば第１加熱ユニットがガラス溶融炉の天井部に設置され、ガラスカレット片投入筒がガラス溶融炉の側壁に設置されることとしても構わない。
　本実施形態では、煙道が１本設置されていることとして説明したが、これに限らず、１本の煙道が設置される位置に複数の煙道が設置され、それらが１本の煙道と同様の排煙効果を奏するように設置されれば構わない。
　本実施形態では、ガラス溶融炉の天井面は、フラットな形状であるとして説明したが、これに限らず、アーチ形状、ドーム形状、などであるとしても構わない。
　さらに、本実施形態では、ガラスカレット片をガラス原料粒子と併用して溶融ガラスを製造する例を説明したが、ガラスカレット片の併用は必須ではなく、ガラス原料粒子のみから溶融ガラスを製造してもよい。さらに、ガラスカレット片を併用する場合、本実施形態では、投入されたガラスカレット片を加熱するための第２の加熱手段を用いる例を説明したが、第２の加熱手段の使用（およびそれにより形成される第２の気相部の形成）は必須ではない。即ち、炉内に投入され気相中を落下するガラスカレット片を加熱するための特別な構成を採用することなく、ガラス原料粒子から生成するガラス融液中にガラスカレット片を投入して溶融させることができる。この際、ガラス融液の温度が低下するなどの不都合があれば、ガラス融液を加熱する手段などを採用して熱エネルギーの不足を解消することができる。
　また、本実施形態では、煙道と複数の第１加熱ユニットと任意に第２加熱ユニットとからなる組み合わせをガラス溶融炉に１つ有するガラス溶融炉について説明したが、このような組み合わせはガラス溶融炉中に複数設けてもよい。例えば、図３および図４にはガラス溶融炉５０に、煙道１６と複数の第１加熱ユニット１８、１８・・と第２加熱ユニット２０、２０・・とからなる組み合わせを１つ有するが、ガラス溶融炉にこのような組み合わせを２つ以上設けてもよい。
　本発明により製造された溶融ガラスは、フロートバス、フュージョン成形機、ロールアウト成形機、ブロー成形機、プレス成形機等の成形手段で各種形状のガラス製品に成形される。

　なお、２００９年７月８日に出願された日本特許出願２００９－１６１８４１号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
　１０…ガラス溶融炉、１２…溶融槽、１４…天井壁、１６…煙道、１７…冷却装置、１８…第１加熱ユニット（ガラス原料粒子投入部及び第１の気相部を形成する加熱手段）、１９…集塵装置、２０…第２加熱ユニット（ガラスカレット片投入部及び第２の気相を形成する加熱手段）、２１…吸引ファン、２２…第１の気相部中のガラス原料粒子等、２３…ガス供給部、２４…浮遊粒子、２５…排ガス系、２６…第２の気相部中のガラスカレット片、２８…酸素燃焼バーナ、３０…ノズル、３２…火炎、３４…ガラスカレット片投入筒、３６…酸素燃焼バーナ、３８…投入口、４０…ノズル、４２…火炎、４４…炉壁、５０…ガラス溶融炉、５２…溶融槽、５４…天井壁、５６…出口、６０…炉底部

Claims (13)

  1. 　ガラス溶融炉内の気相雰囲気中でガラス原料粒子を液状ガラス粒子とし、該液状ガラス粒子をガラス溶融炉の底部に集積してガラス融液とし、該ガラス融液を排出するガラス溶融炉であって、
    　前記ガラス溶融炉の天井部に貫通して設けられた煙道、
    　平面視で前記煙道の周囲に配置された前記ガラス溶融炉内の上部の炉壁部に下向きに設置された複数のガラス原料粒子投入部、
    　前記複数のガラス原料粒子投入部毎に設けられた、ガラス原料粒子投入部の下方にガラス原料粒子を液状ガラス粒子とする気相部を形成するための加熱手段、
    　前記液状ガラス粒子を集積してガラス融液を形成する炉底部、および、
    　前記ガラス融液を排出する排出部、
    を備えたことを特徴とするガラス溶融炉。
  2. 　前記ガラス溶融炉は、平面視で前記煙道を中心とする同心円上に沿って前記複数のガラス原料粒子投入部が配置されている請求項１に記載のガラス溶融炉。
  3. 　前記加熱手段は、酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナ及び熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のうち少なくとも一つである、請求項１又は２に記載のガラス溶融炉。
  4. 　前記ガラス溶融炉は鉛直方向を中心軸とする略円筒状に構成され、平面視でその略中央部に前記煙道が設けられている請求項１乃至３のうちいずれかに記載のガラス溶融炉。
  5. 　前記ガラス溶融炉は、該ガラス溶融炉の前記炉壁部に下向きに設置されるとともに前記複数のガラス原料粒子投入部の全体を包囲するように所定の間隔をもって設けられ、ガラスカレット片を投入する複数のガラスカレット片投入部を備える請求項１乃至４のいずれかに記載のガラス溶融炉。
  6. 　前記ガラス溶融炉は、平面視で前記煙道を中心とする同心円上に沿って前記複数のガラスカレット片投入部が配置されている請求項５に記載のガラス溶融炉。
  7. 　前記ガラスカレット片投入部は、前記ガラスカレット片の短径（ａ）が０．１ｍｍ＜ａ＜５０ｍｍであるガラスカレット片を投入するために設けられる請求項５又は６に記載のガラス溶融炉。
  8. 　前記短径（ａ）のガラスカレット片は、網目の目開き（Opening）の大きさが０．１ｍｍの篩に残り、且つ、網目の目開き（Opening）の大きさが５０ｍｍの篩を通過するものである、請求項７に記載のガラス溶融炉。
  9. 　前記ガラス溶融炉は、前記ガラスカレット片投入部下方にガラスカレット片を少なくとも表面が液状化したガラス粒子とする気相部を形成するための加熱手段を備える請求項５乃至８のいずれかに記載のガラス溶融炉。
  10. 　前記煙道からの排ガスの一部を、前記ガラスカレット片投入部から投入される前のガラスカレット片に供給し予熱するためのガス供給部が設けられる請求項５乃至９のうちいずれかに記載のガラス溶融炉。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれかに記載のガラス溶融炉を用いて溶融ガラスを製造することを特徴とする溶融ガラスの製造方法。
  12. 　請求項１乃至１０のいずれかに記載のガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉の前記排出部の下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段とを備えたことを特徴とするガラス製品の製造装置。
  13. 　請求項１１に記載の溶融ガラスの製造方法により溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程とを含むことを特徴とするガラス製品の製造方法。
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