WO2024084985A1 - ガラス物品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

ガラス物品の製造方法及び製造装置 Download PDF

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WO2024084985A1
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melting furnace
molten glass
ceiling wall
melting
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Inventor
美奈 馬渕
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日本電気硝子株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/24—Automatically regulating the melting process

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing glass articles.
  • a method for manufacturing glass products such as glass fiber and flat glass includes, for example, a supply process in which glass raw material is supplied from the upstream side of the melting furnace onto molten glass contained in the melting furnace, a melting process in which the glass raw material is melted to obtain molten glass, and a discharge process in which the molten glass is discharged from the downstream side of the melting furnace.
  • glass raw materials may be melted to obtain molten glass by heating (passing electricity) with electrodes immersed in the molten glass.
  • the liquid surface of the molten glass may be covered with a coating layer derived from the glass raw materials to suppress heat radiation from the molten glass (see, for example, Patent Document 1).
  • the coating layer includes a batch layer formed from the glass raw materials and a bubble layer formed as the glass raw materials melt.
  • the coating layer When covering the liquid surface of the molten glass with a coating layer, the coating layer must have a temperature (viscosity) that allows sufficient escape of gas generated from the coating layer and from the molten glass during the process of melting the glass raw materials.
  • a temperature viscosity
  • the coating layer covering the surface of the molten glass will inevitably contain a large amount of low-temperature unmelted glass raw material. As a result, the temperature of the coating layer will drop, making it difficult for gas to escape from the coating layer. If it becomes difficult for gas to escape from the coating layer in this way, the surface level of the molten glass will become unstable, which can lead to problems such as poor production efficiency of glass articles.
  • the objective of the present invention is to suppress the temperature drop of the coating layer that covers the liquid surface of the molten glass, stabilize the liquid surface level of the molten glass, and improve the production efficiency of glass articles.
  • the present invention which was invented to solve the above problems, is a method for manufacturing glass articles, comprising a supply step of supplying glass raw materials from the upstream side of the melting furnace onto molten glass contained in the melting furnace, a melting step of melting the glass raw materials to obtain molten glass by heating with electrodes immersed in the molten glass, and a discharge step of discharging the molten glass from the downstream side of the melting furnace, the melting furnace having a thermal insulation structure that keeps the ceiling wall of the melting furnace warm, and the melting step is characterized in that a coating layer including a batch layer and a bubble layer that covers the liquid surface of the molten glass is formed, and the thermal insulation structure keeps the minimum temperature of the ceiling wall at 600 to 1100°C.
  • the insulation structure causes the minimum temperature of the ceiling wall to fall below 600°C, the temperature of the coating layer covering the surface of the molten glass will drop, making it difficult for gas to escape from the coating layer.
  • the insulation structure causes the minimum temperature of the ceiling wall to exceed 1100°C, there is a risk that part of the coating layer (e.g. the bubble layer) will disappear, resulting in a significant drop in the thermal efficiency of the melting furnace.
  • the insulation structure keeps the minimum temperature of the ceiling wall at 600-1100°C, the coating layer can be maintained in a stable state while the heat of the ceiling wall can prevent the temperature drop of the coating layer. This makes it possible to stabilize the surface level of the molten glass and improve the production efficiency of glass products.
  • the heat retention structure may include an insulating layer provided on the outside of the ceiling wall.
  • the heat retention structure may include a resistance heater.
  • the heat retention structure may include an induction heater.
  • the melting process further includes a measurement process for measuring the temperature of the ceiling wall, and an adjustment process for adjusting the heat retention temperature of the heat retention structure based on the temperature of the ceiling wall measured in the measurement process.
  • the minimum temperature of the ceiling wall is higher on the downstream side of the melting furnace than on the upstream side.
  • Gas generated by glass raw materials is more likely to escape through the bubble layer than through the batch layer.
  • the amount of unmelted glass raw materials gradually decreases from the upstream to the downstream side of the melting furnace, so the batch layer tends to decrease and the bubble layer tends to increase on the downstream side of the melting furnace. Therefore, if the minimum temperature of the ceiling wall is made higher on the downstream side of the melting furnace than on the upstream side, gas can be efficiently released through the bubble layer on the downstream side of the melting furnace.
  • the present invention which has been invented to solve the above problems, is a glass article manufacturing device that includes a melting furnace that contains molten glass inside, and the melting furnace includes a feeder that is provided on the front wall of the melting furnace and that supplies glass raw material onto the molten glass, an electrode that is immersed in the molten glass and heats and melts the glass raw material, a discharge port that is provided on the rear wall of the melting furnace and that discharges the molten glass, and a heat retention structure that keeps the ceiling wall of the melting furnace warm, and the heat retention structure is configured to keep the minimum temperature of the ceiling wall at 600 to 1100°C.
  • the present invention makes it possible to suppress a drop in temperature of the coating layer that covers the liquid surface of the molten glass, stabilize the liquid surface level of the molten glass, and improve the production efficiency of glass articles.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a glass article manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a glass article manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the manufacturing apparatus for a glass article according to the first embodiment includes a melting furnace 1, a feeder 2, and a forming device (not shown).
  • the melting furnace 1 has a bottom wall 1a, a side wall 1b, and a ceiling wall 1c, and these components 1a to 1c define a space for containing the molten glass Gm.
  • the side wall 1b includes a front wall 1b1 located on the upstream side and a rear wall 1b2 located on the downstream side.
  • glass raw material Gr is melted to form molten glass Gm.
  • glass raw material Gr may also contain cullet.
  • molten glass Gm can be E glass, NE glass, C glass, S glass, T glass, or D glass.
  • molten glass Gm can be alkali-free glass.
  • cover glass for a display or the like it can be aluminosilicate glass for chemical strengthening.
  • a plurality of rod-shaped electrodes 3 are provided on the bottom wall 1a of the melting furnace 1.
  • the electrodes 3 are not limited to rod-shaped, and may be plate-shaped or block-shaped, or may be a combination of these.
  • the electrodes 3 may also be provided on the side walls of the melting furnace 1 (for example, side walls extending along the flow direction F described below).
  • the electrodes 3 are made of, for example, molybdenum (Mo).
  • the electrodes 3 are immersed in the molten glass Gm, and the molten glass Gm is electrically heated to melt the glass raw material Gr.
  • the electrodes 3 are accommodated in the through holes provided in the bottom wall 1d while being held by a cylindrical electrode holder 4 equipped with a cooling mechanism (not shown).
  • the electrode holder 4 is held by the bottom wall 1d, and the electrodes 3 are held by the electrode holder 4.
  • the protruding length of the electrodes 3 in the melting furnace 1 can be adjusted by changing the insertion length of the electrodes 3 into the melting furnace 1.
  • the number and arrangement of the electrodes 3 can be appropriately changed according to the size of the melting furnace 1, etc.
  • this embodiment no heating means such as a burner for melting the glass frit Gr is provided in the space above the liquid level LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1.
  • this embodiment is a so-called all-electric melting method in which the glass frit Gr is melted only by electrical heating using the electrodes 3 in the melting process described below.
  • a burner may be used in the start-up process (the process of raising the temperature of the melting furnace from room temperature to a temperature at which the glass frit can be melted) before the melting process begins.
  • the front wall 1b1 of the melting furnace 1 is provided with a supply port 5 for supplying glass raw material Gr.
  • This supply port 5 is provided with a supply machine 6.
  • the supply machine 6 is a screw feeder.
  • the supply machine 6 may be another known supply machine such as a pusher or a vibration feeder. The number and arrangement of the supply machines 6 can be changed as appropriate depending on the size of the melting furnace 1, etc.
  • the rear wall 1b2 of the melting furnace 1 is provided with an outlet 7 for discharging the molten glass Gm.
  • the outlet 7 is connected to the feeder 2, so that the molten glass Gm is sequentially supplied from the melting furnace 1 to the feeder 2.
  • the molten glass Gm flows along a flow direction F from the front wall 1b1 toward the rear wall 1b2.
  • the frit Gr supplied by the supplying machine 6 is melted by the electric heating by the electrode 3, and the molten glass Gm is continuously generated.
  • the liquid surface LS of the molten glass Gm is covered with a coating layer Gx.
  • the coating layer Gx includes a batch layer Ga formed from the frit Gr and a bubble layer Gb formed with the melting of the frit Gr.
  • the bubble layer Gb is formed with the generation of gas X such as carbon dioxide gas (CO and CO 2 ), O 2 gas, and SO 2 gas due to the frit Gr.
  • the bubble layer Gb is illustrated as being formed only on the downstream side of the melting furnace 1, but it can also be formed on the upstream side of the melting furnace 1. Specifically, for example, the bubble layer Gb can be formed on both sides of the width direction (direction perpendicular to the flow direction F) of the batch layer Ga on the upstream side of the melting furnace 1. The bubble layer Gb can also be formed between the batch layer Ga and the liquid surface LS of the molten glass Gm.
  • the ceiling wall 1c of the melting furnace 1 is provided with an insulating layer 8 that covers at least a portion of the outer wall surface of the ceiling wall 1c as a heat retention structure for keeping the ceiling wall 1c warm.
  • the insulating layer 8 is composed of one or more layers of blankets 8a stacked together. The illustrated example shows three layers of blankets 8a stacked together.
  • a blanket made of a fire-resistant fiber material can be used as the blanket 8a.
  • a blanket that is heat-resistant enough to withstand temperatures of 1100°C or higher (preferably 1150°C or higher) and has elasticity can be used.
  • a blanket made of alumina fiber, silica fiber, zirconia fiber, or a blend of these fibers can be used.
  • the insulating layer 8 is provided to cover the entire outer wall surface of the ceiling wall 1c from the upstream side to the downstream side, but its location can be changed as appropriate, such as being provided only on the downstream side of the ceiling wall 1c.
  • thermometer 9 capable of measuring the temperature of the ceiling wall 1c is provided on the ceiling wall 1c of the melting furnace 1.
  • Feeder 2 is used to transport molten glass Gm formed in melting furnace 1 to a forming device downstream of feeder 2.
  • Feeder 2 includes, as necessary, a transport path for transporting molten glass Gm, a fining chamber in which molten glass Gm is clarified, a homogenization chamber (stirring chamber) in which molten glass Gm is stirred by a stirrer, and the like.
  • the molding device (not shown) molds a glass article from the molten glass Gm supplied by the feeder 2.
  • the glass article is glass fiber.
  • the forming device can be, for example, a bushing provided at the bottom of the feeder 2.
  • the bushing has multiple nozzles through which molten glass flows to form glass fiber.
  • This method uses the manufacturing device described above.
  • the method includes a supplying step, a melting step, a discharging step, a transporting step, and a molding step.
  • glass raw material Gr is supplied onto the molten glass Gm contained in the melting furnace 1 from a supply machine 6 located upstream of the melting furnace 1.
  • glass raw material Gr is melted by heating with electrodes 3 immersed in the molten glass Gm to obtain molten glass Gm.
  • the heating temperature with the electrodes 3 and the temperature of the space above the liquid surface LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1 are adjusted so that a coating layer Gx including a batch layer Ga and a bubble layer Gb is formed on the liquid surface LS of the molten glass Gm.
  • combustion heating with a burner may be used as an auxiliary.
  • the proportion of the heat generated by the electrodes to the total heat generated by the electrodes and burner is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 100%, that is, an all-electric melting method is even more preferable.
  • the area A of the portion of the liquid surface LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1 that is covered with the coating layer Gx is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more, of the total area B of the liquid surface LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1.
  • the upper limit of the area A can be set to 100% or less of the area B, and more preferably 98% or less.
  • the area C of the liquid surface LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1 that is covered with the bubble layer Gb is preferably 5 to 50% of the area D of the portion of the liquid surface LS of the molten glass Gm in the melting furnace 1 that is covered with the batch layer Ga.
  • the area C is more preferably 10 to 40% of the area D, and even more preferably 15 to 30%.
  • the insulation layer 8 keeps the minimum temperature of the ceiling wall 1c at 600 to 1100°C. If the insulation layer 8 keeps the minimum temperature of the ceiling wall 1c below 600°C, the temperature (viscosity) of the coating layer Gx covering the liquid surface LS of the molten glass Gm will decrease, and the gas X generated with the melting of the glass raw material Gr will be less likely to escape from the coating layer Gx. On the other hand, if the insulation layer 8 keeps the minimum temperature of the ceiling wall 1c above 1100°C, the thermal efficiency of the melting furnace 1 may be significantly reduced due to the disappearance of part of the coating layer Gx.
  • the insulation layer 8 keeps the minimum temperature of the ceiling wall 1c at 600 to 1100°C
  • the coating layer Gx can be maintained in a stable state while the heat of the ceiling wall 1c can suppress the temperature drop of the coating layer Gx. Therefore, the gas X can easily escape from the coating layer Gx to the upper space. As a result, the level of the liquid surface LS of the molten glass Gm is stabilized, and the production efficiency of glass articles can be improved.
  • the minimum temperature of the ceiling wall 1c is preferably 600 to 1000°C, and more preferably 600 to 800°C.
  • the maximum temperature of the ceiling wall 1c is preferably 700 to 1100°C, and more preferably 750 to 1050°C, and even more preferably 800 to 1000°C.
  • the minimum temperature of the ceiling wall 1c is preferably higher downstream than upstream of the melting furnace 1.
  • upstream of the melting furnace 1 means, for example, the area upstream of the position where the melting furnace 1 is divided in half in the flow direction F
  • downstream of the melting furnace 1 means, for example, the area downstream of the position where the melting furnace 1 is divided in half in the flow direction F.
  • Gas X is more likely to escape through the bubble layer Gb than through the batch layer Ga. Since the amount of unmelted glass raw material Gr gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the melting furnace 1, the batch layer Ga tends to decrease and the bubble layer Gb tends to increase on the downstream side of the melting furnace 1. Therefore, if the minimum temperature of the ceiling wall 1c is higher downstream than upstream of the melting furnace 1, gas X can be efficiently escaped through the bubble layer Gb on the downstream side of the melting furnace 1.
  • the temperature difference (T1-T2) between the minimum temperature T1 of the ceiling wall 1c on the downstream side of the melting furnace and the minimum temperature T2 of the ceiling wall 1c on the upstream side of the melting furnace 1 varies greatly depending on the length of the melting furnace (dimension in the flow direction F), but is preferably 10°C or more, more preferably 15°C or more, and even more preferably 20°C or more.
  • the upper limit of the temperature difference is preferably 500°C or less, more preferably 450°C or less, and even more preferably 400°C or less.
  • the temperature of the ceiling wall 1c may be measured by a thermocouple 9, and the insulation temperature provided by the insulating layer 8 may be adjusted according to the measured temperature.
  • Methods for adjusting the insulation temperature provided by the insulating layer 8 include, for example, changing the number of blankets 8a stacked or changing the position of the blankets 8a. In this way, the minimum temperature of the ceiling wall 1c can be accurately controlled.
  • the molten glass Gm is discharged from the discharge outlet 7 on the downstream side of the melting furnace 1 and supplied to the feeder 2.
  • the molten glass Gm formed in the melting furnace 1 is transferred to the forming device by the feeder 2.
  • the molten glass Gm is molded into glass fibers as a glass article using a molding device.
  • Second Embodiment In the second embodiment, a modified example of the heat-insulating structure of the ceiling wall 1c in the glass article manufacturing apparatus and manufacturing method is illustrated. As shown in Fig. 2, in this embodiment, a heater 21 is provided inside the ceiling wall 1c as the heat-insulating structure.
  • the heater 21 may be, for example, a resistance heater or an induction heater. When multiple heaters 21 are provided, a combination of resistance heaters and induction heaters may be used.
  • the resistance heater may be, for example, a SiC heater, a molybdenum disilicide heater, or a metal heater.
  • the metal heater may be, for example, an iron alloy, a chromium alloy, a nickel alloy, an aluminum alloy, platinum, a platinum alloy, or tungsten.
  • the heater 21 maintains the minimum temperature of the ceiling wall 1c at 600 to 1100°C during the melting process.
  • the temperature of the ceiling wall 1c may be measured by a thermocouple 9, and the heating temperature (maintenance temperature) by the heater 21 may be adjusted according to the measured temperature.
  • the heater 21 is provided only on the downstream side of the outer wall surface of the ceiling wall 1c, but its location can be changed as appropriate, such as providing it on both the upstream and downstream sides of the ceiling wall 1c.
  • the arrangement of the heater 21 is not particularly limited as long as it can keep the ceiling wall 1c warm.
  • a portion of the heater 21 provided inside the ceiling wall 1c may be exposed to the inside of the ceiling wall 1c (inside the furnace).
  • the heater 21 may be provided on the outside of the ceiling wall 1c (outside the furnace).
  • the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, nor is it limited to the above-mentioned effects. Various modifications of the present invention are possible without departing from the gist of the present invention.
  • the heat-insulating structure of the ceiling wall 1c may be a combination of an insulating layer 8 including a blanket 8a and a heater 21.
  • the glass article is described as being glass fiber, but the glass article may be, for example, a glass sphere, a glass tube, a glass block, a glass plate, a glass roll, or may have any other shape.
  • a molding device capable of implementing a downdraw method such as an overflow downdraw method, a float method, or the like can be used.
  • the number of blankets 8a covering the outer wall surface of the ceiling wall 1c may be greater on the downstream side than on the upstream side of the melting furnace 1.
  • the outer wall surface of the ceiling wall 1c may be covered from the upstream side to the downstream side with blankets 8a, and a heater 21 may be provided only on the downstream side of the ceiling wall 1c. In this way, it becomes easier to make the minimum temperature of the ceiling wall 1c higher on the downstream side than on the upstream side of the melting furnace 1.
  • Example 1 no insulation structure was provided on the ceiling wall of the melting furnace.
  • a single layer of blanket (silica fiber) was provided to cover the entire outer wall surface of the ceiling wall as an insulation structure for the ceiling wall of the melting furnace (see Figure 1).
  • a resistance heater was provided only on the ceiling wall downstream of the melting furnace as an insulation structure for the ceiling wall of the melting furnace (see Figure 2).
  • Example 3 a three-layer blanket (silica fiber) was provided to cover the entire outer wall surface of the ceiling wall as an insulation structure for the ceiling wall of the melting furnace (see Figure 1).

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Abstract

ガラス物品の製造方法は、溶融炉１内に収容された溶融ガラスＧｍに浸漬された電極３による加熱により、ガラス原料Ｇｒを溶解して溶融ガラスＧｍを得る溶融工程を含む。溶融炉１は、溶融炉１の天井壁１ｃを保温する断熱層８を備える。溶融工程では、溶融ガラスＧｍの液面ＬＳを覆うバッチ層Ｇａ及び泡層Ｇｂを含む被覆層Ｇｘを形成すると共に、断熱層８により天井壁１ｃの最低温度を６００～１１００℃に保温する。

Description

ガラス物品の製造方法及び製造装置
　本発明は、ガラス物品の製造方法及び製造装置に関する。
　ガラス繊維や板ガラスなどのガラス物品の製造方法には、例えば、溶融炉の上流側から溶融炉内に収容された溶融ガラス上にガラス原料を供給する供給工程と、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶融工程と、溶融炉の下流側から溶融ガラスを排出する排出工程とが含まれる。
　溶融工程では、例えば、溶融ガラスに浸漬された電極による加熱（通電）により、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る場合がある。このように電極による加熱を用いる場合、溶融炉の熱効率を向上させる観点から、溶融ガラスの液面をガラス原料に由来する被覆層で覆って、溶融ガラスからの放熱を抑制することがある（例えば、特許文献１を参照）。ここで、被覆層は、ガラス原料から形成されるバッチ層と、ガラス原料の溶解に伴って形成される泡層とを含む。
国際公開２０１９／０５４３８５号
　溶融ガラスの液面を被覆層で覆う場合、被覆層は、ガラス原料を溶解する過程で、被覆層や溶融ガラス中から発生するガスが十分に抜ける温度（粘度）である必要がある。一方、ガラス物品の生産効率を向上させるためにガラス流量を増加させる場合、ガラス溶融炉へのガラス原料の供給量を多くする必要がある。
　しかしながら、ガラス原料の供給量を多くすると、溶融ガラスの液面を覆う被覆層が、温度の低い未溶解のガラス原料を必然的に多く含むことになる。その結果、被覆層の温度が低下し、被覆層からガスが抜けにくくなる。このように被覆層からガスが抜けにくくなると、溶融ガラスの液面レベルが不安定となり、ガラス物品の生産効率が悪くなるという問題が生じうる。
　本発明は、溶融ガラスの液面を覆う被覆層の温度低下を抑制し、溶融ガラスの液面レベルを安定化させ、ガラス物品の生産効率を向上させることを課題とする。
（１）　上記の課題を解決するために創案された本発明は、溶融炉の上流側から溶融炉内に収容された溶融ガラス上にガラス原料を供給する供給工程と、溶融ガラスに浸漬された電極による加熱により、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶融工程と、溶融炉の下流側から溶融ガラスを排出する排出工程とを備えるガラス物品の製造方法であって、溶融炉は、溶融炉の天井壁を保温する保温構造を備え、溶融工程では、溶融ガラスの液面を覆うバッチ層及び泡層を含む被覆層を形成すると共に、保温構造により天井壁の最低温度を６００～１１００℃に保温することを特徴とする。
　保温構造により天井壁の最低温度が６００℃未満になると、溶融ガラスの液面を覆う被覆層の温度が低下し、被覆層からガスが抜けにくくなる。一方、保温構造により天井壁の最低温度が１１００℃超となると、被覆層（例えば泡層）の一部が消失するなどして、溶融炉の熱効率が著しく低下するおそれがある。これに対し、保温構造により天井壁の最低温度を６００～１１００℃に保温すれば、被覆層を安定した状態で維持しつつ、天井壁の熱によって、被覆層の温度低下を抑制できる。したがって、溶融ガラスの液面レベルを安定化させ、ガラス物品の生産効率を向上させることができる。
（２）　上記の（１）の構成において、保温構造は、天井壁の外側に設けられた断熱層を備えていてもよい。
　このようにすれば、天井壁を確実に保温し、天井壁の最低温度を管理しやすくなる。
（３）　上記の（１）又は（２）の構成において、保温構造は、抵抗加熱器を備えていてもよい。
　このようにすれば、天井壁を確実に保温し、天井壁の最低温度を管理しやすくなる。
（４）　上記の（１）～（３）のいずれかの構成において、保温構造は、誘導加熱器を備えていてもよい。
　このようにすれば、天井壁を確実に保温し、天井壁の最低温度を管理しやすくなる。
（５）　上記の（１）～（４）のいずれかの構成において、溶融工程は、天井壁の温度を測定する測定工程と、測定工程で測定された天井壁の温度に基づいて保温構造による保温温度を調整する調整工程とをさらに備えることが好ましい。
　このようにすれば、天井壁の最低温度を緻密に管理しやすくなる。
（６）　上記の（１）～（５）のいずれかの構成において、天井壁の最低温度が、溶融炉の上流側よりも下流側で高いことが好ましい。
　ガラス原料に起因して発生するガスは、バッチ層よりも泡層で抜けやすい。溶融炉の上流側から下流側に向かって未溶解のガラス原料は徐々に減少するため、溶融炉の下流側では、バッチ層は減少し、泡層が増加する傾向がある。したがって、天井壁の最低温度を溶融炉の上流側よりも下流側で高くすれば、溶融炉の下流側において、泡層を介してガスを効率よく抜くことができる。
（７）　上記の課題を解決するために創案された本発明は、溶融ガラスを内部に収容する溶融炉を備えるガラス物品の製造装置であって、溶融炉は、溶融炉の前壁に設けられ、溶融ガラス上にガラス原料を供給する供給機と、溶融ガラスに浸漬され、ガラス原料を加熱して溶解する電極と、溶融炉の後壁に設けられ、溶融ガラスを排出する排出口と、溶融炉の天井壁を保温する保温構造とを備え、保温構造は、天井壁の最低温度を６００～１１００℃に保温するように構成されていることを特徴とする。
　このようにすれば、既に述べた対応する構成と同様の作用効果を享受できる。
　本発明によれば、溶融ガラスの液面を覆う被覆層の温度低下を抑制し、溶融ガラスの液面レベルを安定化させ、ガラス物品の生産効率を向上させることができる。
本発明の第一実施形態に係るガラス物品の製造装置を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係るガラス物品の製造装置を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。
（第一実施形態）
　図１に示すように、第一実施形態に係るガラス物品の製造装置は、溶融炉１と、フィーダ２と、図示省略の成形装置とを備える。
　溶融炉１は、底壁１ａと、側壁１ｂと、天井壁１ｃとを備え、これらの各構成要素１ａ～１ｃで溶融ガラスＧｍを収容する空間を区画形成する。側壁１ｂは、上流側に位置する前壁１ｂ１、下流側に位置する後壁１ｂ２を含む。
　溶融炉１では、ガラス原料Ｇｒを溶解して溶融ガラスＧｍを形成する。ガラス原料Ｇｒは、天然原料、化成原料に加えて、カレットを含んでもよい。ガラス物品がガラス繊維である場合、溶融ガラスＧｍは、Ｅガラス、ＮＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｔガラス、Ｄガラスとすることができる。また、ガラス物品がディスプレイ用のガラス基板である場合、溶融ガラスＧｍは、無アルカリガラスとすることができる。ガラス物品がディスプレイ等のカバーガラスである場合、化学強化用のアルミノシリケートガラスとすることができる。
　溶融炉１の底壁１ａには、複数の棒状の電極３が設けられている。電極３は、棒状に限らず、板状やブロック状であってもよく、これらを組み合わせてもよい。また、電極３は、溶融炉１の側壁（例えば後述の流れ方向Ｆに沿って延びる側壁）に設けられてもよい。電極３は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）から形成される。電極３は、溶融ガラスＧｍに浸漬されると共に、溶融ガラスＧｍを通電加熱してガラス原料Ｇｒを溶解する。電極３は、冷却機構（図示省略）を備えた筒状の電極ホルダ４に保持された状態で、底壁１ｄに設けられた貫通孔内に収容される。つまり、電極ホルダ４が底壁１ｄに保持され、電極３が電極ホルダ４に保持されている。この状態で、電極３は、溶融炉１内における電極３の突出長さは、溶融炉１内への電極３の挿入長さを変更することにより調整可能となっている。電極３の数や配置位置は、溶融炉１の大きさ等に応じて適宜変更できる。
　なお、本実施形態では、溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳよりも上方空間において、ガラス原料Ｇｒを溶解するためのバーナー等の加熱手段は設けられていない。つまり、本実施形態は、後述する溶融工程において、電極３による通電加熱のみでガラス原料Ｇｒを溶解する、いわゆる全電気溶融方式である。なお、溶融工程を開始する前の立ち上げ工程（溶融炉を常温からガラス原料を溶解可能な温度まで昇温する工程）では、バーナーを用いてもよい。
　溶融炉１の前壁１ｂ１には、ガラス原料Ｇｒを供給するための供給口５が設けられている。この供給口５には、供給機６が設けられている。本実施形態では、供給機６は、スクリューフィーダである。供給機６は、プッシャーや振動フィーダなどの他の公知の供給機であってもよい。供給機６の数や配置位置は、溶融炉１の大きさ等に応じて適宜変更できる。
　溶融炉１の後壁１ｂ２には、溶融ガラスＧｍを排出するための排出口７が設けられている。この排出口７にはフィーダ２が接続されており、溶融炉１からフィーダ２に溶融ガラスＧｍが順次供給されるようになっている。このような溶融炉１では、溶融ガラスＧｍが前壁１ｂ１から後壁１ｂ２に向かう流れ方向Ｆに沿って流動する。
　供給機６により供給されたガラス原料Ｇｒは、電極３による通電加熱により溶解され、溶融ガラスＧｍが連続的に生成される。溶融ガラスＧｍの液面ＬＳは、被覆層Ｇｘで覆われている。被覆層Ｇｘは、ガラス原料Ｇｒから形成されるバッチ層Ｇａと、ガラス原料Ｇｒの溶解に伴って形成される泡層Ｇｂとを含む。泡層Ｇｂは、ガラス原料Ｇｒに起因して炭酸ガス（ＣＯやＣＯ2）、Ｏ2ガス、ＳＯ2ガスなどのガスＸが発生するのに伴って形成される。このように被覆層Ｇｘで溶融ガラスＧｍの液面ＬＳを覆うことにより、溶融ガラスＧｍの放熱を抑制できる。その結果、溶融ガラスＧｍの温度を確実に保持できるため、省エネルギー化を図ることができる。なお、図１では、泡層Ｇｂは、溶融炉１の下流側のみに形成された状態を図示しているが、溶融炉１の上流側にも形成されうる。具体的には、例えば、溶融炉１の上流側において、泡層Ｇｂがバッチ層Ｇａの幅方向（流れ方向Ｆと直交する方向）両側などに形成されうる。また、バッチ層Ｇａと溶融ガラスＧｍの液面ＬＳの間にも泡層Ｇｂが形成されうる。
　溶融炉１の天井壁１ｃには、天井壁１ｃを保温するための保温構造として、天井壁１ｃの外壁面の少なくとも一部を覆う断熱層８が設けられている。断熱層８は、ブランケット８ａを一層又は複数層積層して構成される。なお、図示例は、ブランケット８ａを三層積層した状態を例示している。
　ブランケット８ａとしては、例えば、耐火性繊維材料からなるブランケットを使用できる。具体的には、１１００℃以上（好ましくは１１５０℃以上）の温度に耐えうる耐熱性を備え、かつ、伸縮性を有するブランケットを使用できる。一例を挙げると、アルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維、及び、これらの混紡繊維等で構成されたブランケットを使用できる。
　本実施形態では、断熱層８は、天井壁１ｃの外壁面の上流側から下流側に至る全域を覆うように設けられているが、天井壁１ｃの下流側のみに設けるなど、その配置位置は適宜変更できる。
　溶融炉１の天井壁１ｃには、天井壁１ｃの温度を測定可能な温度計（例えば熱電対）９が設けられている。
　フィーダ２は、溶融炉１で形成された溶融ガラスＧｍをフィーダ２の下流側の成形装置まで移送するためのものである。フィーダ２は、必要に応じて、溶融ガラスＧｍを移送するための移送路、溶融ガラスＧｍに清澄処理を施す清澄室、スターラーによって溶融ガラスＧｍに攪拌処理を施す均質化室（攪拌室）などを含む。
　図示省略の成形装置は、フィーダ２によって供給される溶融ガラスＧｍからガラス物品を成形する。本実施形態では、ガラス物品はガラス繊維である。
　ガラス物品がガラス繊維である場合、成形装置としては、例えば、フィーダ２の底部に設けられるブッシングを用いることができる。ブッシングは、溶融ガラスを流出させてガラス繊維を成形する複数のノズルを備える。
　次に、本実施形態に係るガラス物品の製造方法を説明する。本方法では、上記の製造装置を用いる。
　図２に示すように、本方法は、供給工程と、溶融工程と、排出工程と、移送工程と、成形工程とを含む。
　供給工程では、溶融炉１の上流側に位置する供給機６から溶融炉１内に収容された溶融ガラスＧｍ上にガラス原料Ｇｒを供給する。
　溶融工程では、溶融ガラスＧｍに浸漬された電極３による加熱により、ガラス原料Ｇｒを溶解して溶融ガラスＧｍを得る。この際、溶融ガラスＧｍの液面ＬＳに、バッチ層Ｇａ及び泡層Ｇｂを含む被覆層Ｇｘが形成されるように、電極３による加熱温度や、溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳよりも上方空間の温度を調整する。なお、溶融工程では、補助的にバーナーによる燃焼加熱を用いてもよい。この場合、電極及びバーナーで発生する合計熱量に対して電極で発生する熱量が占める割合は８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましく、１００％であること、すなわち、全電気溶融方式であることがさらにより好ましい。
　溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳのうち、被覆層Ｇｘで覆われている部分の面積Ａは、溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳの全面積Ｂの８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。一方、面積Ａの上限は、面積Ｂの１００％以下とすることができ、９８％以下であることがより好ましい。また、溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳのうち、泡層Ｇｂで覆われている面積Ｃは、溶融炉１内における溶融ガラスＧｍの液面ＬＳのうち、バッチ層Ｇａで覆われている部分の面積Ｄの５～５０％であることが好ましい。面積Ｃは、面積Ｄの１０～４０％であることがより好ましく、１５～３０％であることがさらに好ましい。
　また、溶融工程では、断熱層８により天井壁１ｃの最低温度を６００～１１００℃に保温する。ここで、断熱層８により天井壁１ｃの最低温度が６００℃未満になると、溶融ガラスＧｍの液面ＬＳを覆う被覆層Ｇｘの温度（粘度）が低下し、ガラス原料Ｇｒの溶解に伴って発生するガスＸが被覆層Ｇｘから抜けにくくなる。一方、断熱層８により天井壁１ｃの最低温度が１１００℃超となると、被覆層Ｇｘの一部が消失するなどして、溶融炉１の熱効率が著しく低下するおそれがある。これに対し、断熱層８により天井壁１ｃの最低温度を６００～１１００℃に保温すれば、被覆層Ｇｘを安定した状態で維持しつつ、天井壁１ｃの熱によって、被覆層Ｇｘの温度低下を抑制できる。したがって、ガスＸが被覆層Ｇｘから上方空間に抜けやすくなる。その結果、溶融ガラスＧｍの液面ＬＳのレベルが安定し、ガラス物品の生産効率を向上させることができる。
　天井壁１ｃの最低温度は、６００～１０００℃であることがより好ましく、６００～８００℃であることがさらに好ましい。また、天井壁１ｃの最高温度は、７００～１１００℃であることが好ましく、７５０～１０５０℃であることがより好ましく、８００～１０００℃であることがさらに好ましい。
　天井壁１ｃの最低温度は、溶融炉１の上流側よりも下流側で高いことが好ましい。ここで、「溶融炉１の上流側」は、例えば、溶融炉１内を流れ方向Ｆに半分に分割する位置よりも上流側の領域を意味し、「溶融炉１の下流側」は、例えば、溶融炉１内を流れ方向Ｆに半分に分割する位置よりも下流側の領域を意味する。ガスＸは、バッチ層Ｇａよりも泡層Ｇｂで抜けやすい。溶融炉１の上流側から下流側に向かって未溶解のガラス原料Ｇｒは徐々に減少するため、溶融炉１の下流側では、バッチ層Ｇａが減少し、泡層Ｇｂが増加する傾向がある。したがって、天井壁１ｃの最低温度を溶融炉１の上流側よりも下流側で高くすれば、溶融炉１の下流側において、泡層Ｇｂを介してガスＸを効率よく抜くことができる。
　溶融炉の下流側における天井壁１ｃの最低温度Ｔ１と溶融炉１の上流側における天井壁１ｃの最低温度Ｔ２との温度差（Ｔ１－Ｔ２）は、溶融炉の長さ（流れ方向Ｆの寸法）によって大きく変化するが、例えば１０℃以上であることが好ましく、１５℃以上であることがより好ましく、２０℃以上であることがさらにより好ましい。一方、温度差の上限は例えば５００℃以下であることが好ましく、４５０℃以下であることがより好ましく、４００℃以下であることがさらにより好ましい。
　溶融工程において、天井壁１ｃの温度を熱電対９で測定し、その測定温度に応じて、断熱層８による保温温度を調整してもよい。断熱層８による保温温度の調整方法としては、例えば、ブランケット８ａの積層枚数を変更したり、ブランケット８ａの配置位置を変更したりすることが挙げられる。このようにすれば、天井壁１ｃの最低温度を正確に管理できる。
　排出工程では、溶融炉１の下流側の排出口７から溶融ガラスＧｍを排出し、フィーダ２に溶融ガラスＧｍを供給する。
　移送工程では、溶融炉１で形成された溶融ガラスＧｍをフィーダ２によって成形装置まで移送する。
　成形工程では、成形装置により、溶融ガラスＧｍからガラス物品としてのガラス繊維を成形する。
　（第二実施形態）
　第二実施形態では、ガラス物品の製造装置及び製造方法における天井壁１ｃの保温構造の変形例を例示する。図２に示すように、本実施形態では、保温構造として、天井壁１ｃの内部に加熱器２１を設けている。
　加熱器２１としては、例えば、抵抗加熱器や、誘導加熱器を用いることができる。加熱器２１を複数設ける場合、抵抗加熱器及び誘導加熱器を併用してもよい。抵抗加熱器には、例えばＳｉＣヒータや二珪化モリブデンヒータ、金属ヒータなどを用いることができる。金属ヒータには、例えば鉄合金やクロム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、白金、白金合金、タングステン等のヒータを用いることができる。
　加熱器２１は、溶融工程において、天井壁１ｃの最低温度を６００～１１００℃に保温する。溶融工程において、天井壁１ｃの温度を熱電対９で測定し、その測定温度に応じて、加熱器２１による加熱温度（保温温度）を調整してもよい。
　本実施形態では、加熱器２１は、天井壁１ｃの外壁面の下流側のみに設けられているが、天井壁１ｃの上流側及び下流側の両方に設けるなど、その配置位置は適宜変更できる。
　加熱器２１の配置態様は、天井壁１ｃを保温できれば特に限定されない。例えば、天井壁１ｃの内部に設けられた加熱器２１の一部が、天井壁１ｃの内側（炉内）に露出していてもよい。あるいは、加熱器２１は、天井壁１ｃの外側（炉外）に設けられていてもよい。
　なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　上記の実施形態において、天井壁１ｃの保温構造として、ブランケット８ａを含む断熱層８と、加熱器２１とを併用してもよい。
　上記の実施形態では、ガラス物品が、ガラス繊維である場合を説明したが、ガラス物品は、例えば、ガラス球、ガラス管、ガラスブロック、板ガラス、ガラスロールなどとすることができ、これら以外の任意の形状であってもよい。ガラス物品が板ガラスやガラスロールである場合、成形装置としては、例えば、オーバーフローダウンドロー法などのダウンドロー法、フロート法などを実施可能な装置を用いることができる。
　上記の実施形態において、天井壁１ｃの外壁面を覆うブランケット８ａの積層枚数を、溶融炉１の上流側よりも下流側で多くしてもよい。あるいは、天井壁１ｃの外壁面の上流側から下流側までをブランケット８ａで覆うと共に、天井壁１ｃの下流側のみに加熱器２１を設けてもよい。このようにすれば、天井壁１ｃの最低温度を溶融炉１の上流側よりも下流側で高くしやすくなる。
　以下、本発明に係るガラス物品について実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は単なる例示であって、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
　比較例１では、溶融炉の天井壁に保温構造を設けていない。一方、実施例１では、溶融炉の天井壁の保温構造として、天井壁の外壁面全体を覆うように一層のブランケット（シリカ繊維）を設けた（図１を参照）。実施例２では、溶融炉の天井壁の保温構造として、溶融炉の下流側における天井壁のみに抵抗加熱器を設けた（図２を参照）。実施例３では、溶融炉の天井壁の保温構造として、天井壁の外壁面全体を覆うように三層のブランケット（シリカ繊維）を設けた（図１を参照）。
　比較例１及び実施例１～３のそれぞれについて、供給工程、溶融工程及び排出工程を行うと共に、この際の天井壁の温度、溶融ガラスの液面レベルの標準偏差、及び溶融ガラスの相対流量を測定した。溶融ガラスの相対流量は、比較例１の流量を基準として測定した。溶融ガラスの流量は、得られたガラス物品から算出した。これらの測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　天井壁に保温構造を設けていない比較例１では、天井壁の最低温度が６００℃未満となった。これに対し、天井壁に保温構造を設けた実施例１～３では、天井壁の最低温度を６００～１１００℃の範囲に維持できた。そして、すべての実施例１～３において、比較例１よりも溶融ガラスの液面レベルの変動が抑制された。また、実施例１～３において、天井壁の最低温度が増加するに連れて、溶融ガラスの流量を漸次増加させることもできた。
１　　　溶融炉
１ａ　　底壁
１ｂ　　側壁
１ｂ１　前壁
１ｂ２　後壁
１ｃ　　天井壁
１ｄ　　底壁
２　　　フィーダ
３　　　電極
４　　　電極ホルダ
５　　　供給口
６　　　供給機
７　　　排出口
８　　　断熱層
８ａ　　ブランケット
９　　　熱電対
２１　　加熱器
Ｇａ　　バッチ層
Ｇｂ　　泡層
Ｇｍ　　溶融ガラス
Ｇｒ　　ガラス原料
Ｇｘ　　被覆層
ＬＳ　　液面
Ｘ　　　ガス

Claims (7)

  1. 　溶融炉の上流側から前記溶融炉内に収容された溶融ガラス上にガラス原料を供給する供給工程と、前記溶融ガラスに浸漬された電極による加熱により、前記ガラス原料を溶解して前記溶融ガラスを得る溶融工程と、前記溶融炉の下流側から前記溶融ガラスを排出する排出工程とを備えるガラス物品の製造方法であって、
    　前記溶融炉は、前記溶融炉の天井壁を保温する保温構造を備え、
    　前記溶融工程では、前記溶融ガラスの液面を覆うバッチ層及び泡層を含む被覆層を形成すると共に、前記保温構造により前記天井壁の最低温度を６００～１１００℃に保温することを特徴とするガラス物品の製造方法。
  2. 　前記保温構造は、前記天井壁の外側に設けられた断熱層を備える請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
  3. 　前記保温構造は、抵抗加熱器を備える請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
  4. 　前記保温構造は、誘導加熱器を備える請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
  5. 　前記溶融工程は、前記天井壁の温度を測定する測定工程と、前記測定工程で測定された前記天井壁の温度に基づいて前記保温構造による保温温度を調整する調整工程とをさらに備える請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
  6. 　前記天井壁の最低温度が、前記溶融炉の上流側よりも下流側で高い請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
  7. 　溶融ガラスを内部に収容する溶融炉を備えるガラス物品の製造装置であって、
    　前記溶融炉は、前記溶融炉の前壁に設けられ、前記溶融ガラス上にガラス原料を供給する供給機と、前記溶融ガラスに浸漬され、前記ガラス原料を加熱して溶解する電極と、前記溶融炉の後壁に設けられ、前記溶融ガラスを排出する排出口と、前記溶融炉の天井壁を保温する保温構造とを備え、
    　前記保温構造は、前記天井壁の最低温度を６００～１１００℃に保温するように構成されていることを特徴とするガラス物品の製造装置。
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