JP2003137556A - 減圧脱泡装置 - Google Patents
減圧脱泡装置Info
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- 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
- C03B5/225—Refining
- C03B5/2252—Refining under reduced pressure, e.g. with vacuum refiners
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- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
泡数が急激に増加した場合でも、大流量の溶融ガラスの
減圧脱泡処理を可能とし、泡、石物、リームといった欠
点が発生しない溶融ガラスを得ることのできる溶融ガラ
スの減圧脱泡装置の提供。 【解決手段】真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウ
ジング12と、減圧ハウジング12内に設けられ、溶融
ガラスを流下して減圧脱泡を行う減圧脱泡槽14と、減
圧脱泡槽14に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガ
ラスを吸引上昇させて減圧脱泡槽14に導入する上昇管
16と、減圧脱泡槽14に連通して設けられ、減圧脱泡
された溶融ガラスを減圧脱泡槽14から下降させて導出
する下降管18とを具備し、上昇管16の上端部16c
における流路の横断面の面積が、上昇管16の下端部1
6dにおける流路の横断面の面積よりも大きいことを特
徴とする減圧脱泡装置。
Description
る溶融ガラスから気泡を除去するための溶融ガラスの減
圧脱泡装置に関する。
を向上させるために、図3に示すように、溶融炉で溶融
した溶融ガラスを成形装置で成形する前に溶融ガラス内
に発生した気泡を除去する減圧脱泡装置が提案されてい
る。
112内の溶融ガラスGを減圧脱泡処理して、次の処理
槽に連続的に供給するプロセスに用いられるものであっ
て、減圧脱泡する際には、真空吸引されて内部が減圧さ
れる減圧ハウジング114内に設けられ、減圧ハウジン
グ114と共に減圧される減圧脱泡槽116と、その両
端部に、下方に向かって垂直に取り付けられた上昇管1
18および下降管120が配置されている。上昇管11
8の下端は、溶解槽112に連通する上流案内ピット1
22の溶融ガラスG内に浸漬されており、下降管120
の下端は、同様に、次の処理槽(図示せず)に連通する
下流案内ピット124の溶融ガラスG内に浸漬されてい
る。
真空ポンプによって吸引口114cから真空吸引されて
内部が減圧される減圧ハウジング114内におおむね水
平に設けられ、減圧ハウジング114と共に、減圧ハウ
ジング114と連通する吸引孔116aおよび116b
を介して減圧脱泡槽116の内部が1/3〜1/20気
圧に減圧されている。そのため、上流案内ピット122
内の脱泡処理前の溶融ガラスGは吸引上昇されて、上昇
管118を上昇し、減圧脱泡槽116に導入され、減圧
脱泡槽116内を流れつつ減圧脱泡処理が行われた後、
下降管120によって下降されて下流案内ピット124
に導出される。
ステンレス製または耐熱鋼製のケーシングであり、外部
から真空ポンプ(図示せず)等によって真空吸引されて
内部が減圧され、内部に設けられた減圧脱泡槽116内
を所定の圧力、例えば1/20〜1/3気圧に減圧して
維持する。
さまで充たされた溶融ガラスGの上部に上部空間116
sが形成される。上部空間116sは、真空ポンプ(図
示せず)によって減圧された空間で、溶融ガラスGの液
表面に浮上して破泡した気泡内のガス成分を、減圧空間
である上部空間116sから真空ポンプ(図示せず)に
よって吸引口114cを通して吸引する。そのため、減
圧脱泡槽116内の溶融ガラスGが上部空間116sと
接触する面積が大きいほど減圧脱泡効果が大きくなる。
6、上昇管118および下降管120の周囲には、これ
らを断熱被覆する耐火物製煉瓦などの断熱材126が配
設されている。
0において、本出願人の出願に係る特開平11−240
725号公報に開示されているように、減圧脱泡槽11
6を緻密質耐火物製レンガ、特に電鋳耐火物製レンガで
構成することによって、装置の大型化、脱泡処理量の大
流量化を図ることが考えられる。
望の減圧脱泡処理を行うには、各種の要因変動(例えば
脱泡処理を行う溶融ガラスGの流量の変動や溶解炉内の
溶融ガラスGの温度低下によって生じる溶融ガラスG内
に溶存するガス成分の濃度の変動や減圧された減圧脱泡
槽の圧力の変動等の各種の要因の変動)を考慮して、減
圧脱泡槽116の幅や全長、上昇管118や下降管12
0の径を大きくする必要がある。
16の流路の幅や全長、上昇管118や下降管120の
流路の径を大きくすることにより、装置が大型化し、必
要な耐火煉瓦等も必然的に多くなり、コストがかかると
いう問題がある。
ラスGに含まれる泡数が急激に増加した場合、脱泡しき
れない気泡が溶融ガラスG内に残存したまま下降管へと
流れ、製品となったガラス内に気泡が残存してしまう問
題点がある。また、残存した気泡が溶融ガラスGの表面
で盛り上がり、盛り上がった気泡が減圧脱泡槽116の
天井に付着し、揮発物が固化し結晶となったものが溶融
ガラスG内に混入し、小さい不透明物が製品であるガラ
ス内に残存し、いわゆる石物という欠点となる問題点が
ある。また、前記揮発物が高温の溶融ガラスG内で溶解
されたとしても、溶融ガラスG内で均一に拡散すること
はないため、部分的に溶融ガラスGの組成を変化させ、
製品となったガラスの組成によって部分的に屈折率を変
化させ透視像を歪ませるいわゆるリームの悪化に繋がる
といった問題点がある。
に抑え、減圧脱泡槽に流入する溶融ガラスに含まれる泡
数が急激に増加した場合でも、大流量の溶融ガラスの減
圧脱泡処理を可能とし、泡、石物、リームといった欠点
が発生しない溶融ガラスを得ることのできる溶融ガラス
の減圧脱泡装置を提供することにある。
て内部が減圧される減圧ハウジングと、前記減圧ハウジ
ング内に設けられ、溶融ガラスが流れて減圧脱泡を行う
減圧脱泡槽と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減
圧脱泡前の溶融ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽
に導入する上昇管と、前記減圧脱泡槽に連通して設けら
れ、減圧脱泡された溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から下
降させて導出する下降管とを具備し、前記上昇管の上端
部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部
における流路の横断面の面積よりも大きいことを特徴と
する減圧脱泡装置を提供する。
ける流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部におけ
る流路の横断面の面積の1.1〜9.0倍である前記減
圧脱泡装置、および前記上昇管の流路の途中に臨界部を
設け、前期上端部における流路の横断面の面積が前記臨
界部における流路の横断面の面積よりも大きい構造を持
つ上昇管を有する減圧脱泡装置であって、前記上端部か
ら前記臨界部までの距離は、前記上端部から前記下端部
までの距離の0.05〜0.5倍である前記減圧脱泡装
置を提供する。
の減圧脱泡装置について、添付の図面に示される好適実
施例を基に詳細に説明する。
を示す概略断面図を示す。図1に示すように、減圧脱泡
装置10は、溶解槽20内の溶融ガラスGを減圧脱泡処
理して、図示しない次の作業槽、例えば、フロートバス
などの板材の成形を行う作業槽や瓶などを成形する作業
槽などに連続的に供給するプロセスに用いられるもの
で、基本的に、減圧ハウジング12、減圧脱泡槽14、
上昇管16および下降管18を有する。
気密性を確保するためのものであり、略門型に形成さ
れ、本体部12aと、上昇管収容部12bと、下降管収
容部12cとを有する。この減圧ハウジング12は、減
圧脱泡槽14に必要とされる気密性および強度を有する
ものであれば、その材質、構造は特に限定されるもので
はないが、金属製、特にステンレス製とするのが好まし
い。このような減圧ハウジング12は、外部から真空ポ
ンプ(図示せず)等によって真空吸引され、内部が減圧
され、内設される減圧脱泡槽14内を所定の圧力、例え
ば1/20〜1/3気圧の減圧状態に維持するように構
成される。
減圧脱泡槽14が設けられる。また、減圧脱泡槽14の
左端部には上昇管16が連通され、減圧脱泡槽14の右
端部には下降管18が連通される。なお、上昇管16お
よび下降管18の主要部分はそれぞれ減圧ハウジング1
2の上昇管収容部12b、下降管収容部12c内に収容
され、上昇管16および下降管18の下端部分は減圧ハ
ウジング12外に延出するようにして設けられる。
圧脱泡槽14、上昇管16および下降管18は緻密質電
鋳耐火物が用いられることが好ましい。すなわち、減圧
脱泡装置10における溶融ガラスGと直接接触する主要
部分を緻密質電鋳耐火物である電鋳耐火物製煉瓦を組み
上げて形成することにより、従来から用いられてきた貴
金属(例えば、白金)や貴金属合金製のもの(例えば、
白金−ロジウム合金)よりも、コストを大幅に低減し、
よって所望の形状で、かつ、所望の厚さに設計すること
ができる。その結果、減圧脱泡装置10の大容量化が実
現するとともに、より高温での減圧脱泡処理も行えるよ
うになる。
気溶融した後、所定形状に鋳込み成形したものであれば
特に限定されず、従来公知の各種の電鋳耐火物製煉瓦を
使用すればよい。中でも、耐蝕性が高く、素地からの発
泡も少ない点で、アルミナ(Al2O3)系電鋳耐火物
製煉瓦、ジルコニア(ZrO2)系電鋳耐火物製煉瓦、
アルミナ−ジルコニア−シリカ(Al2O3−ZrO2
−SiO2)系電鋳耐火物製煉瓦等が好適に例示され、
具体的には、溶融ガラスGの温度が1300℃以下の場
合はマースナイト(MB)を、1300℃以上の場合は
ZB−X950、ジルコナイト(ZB)(いずれも旭硝
子(株)製)等を用いるのが好ましい。
が、緻密質電鋳耐火物に制限されず、緻密質焼成耐火物
を用いてもよい。
焼成耐火物製煉瓦としては、緻密質アルミナ系耐火物製
煉瓦、緻密質ジルコニア−シリカ系耐火物製煉瓦、およ
び緻密質アルミナ−ジルコニア−シリカ系耐火物製煉瓦
の少なくとも1種の緻密質焼成耐火物製煉瓦であること
が好ましい。
20の上流に位置する上流案内ピット22内の溶融ガラ
スGに浸漬させる部分や、下降管18の下端であって下
流案内ピット24内の溶融ガラスGに浸漬させる部分に
ついては、特に溶融ガラスGと大気との界面が存在する
ことから、この界面近傍においては反応性に富み、特に
電鋳耐火物では界面部分や目地部分の劣化が進行しやす
い。従って、上昇管16の下端部および下降管18の下
端部近傍は、白金または白金合金で作製されるのが好ま
しい。
を被覆する断熱用の断熱材26が設けられ、上昇管16
および下降管18の周囲にもそれぞれを被覆する断熱材
26が設けられる。
瓦やキャスタブル煉瓦を使用すればよく、特に限定され
ない。このように配設された断熱材26は、その外側が
減圧ハウジング12に覆われることにより減圧ハウジン
グ12内に収容される。
は、断熱材26によってできるだけ減圧ハウジング12
に伝達される熱を遮断して、できるだけ低温、例えば1
00℃程にするのが好ましい。
置10の脱泡機構と上昇管16の流路形状について説明
する。
はある一定の泡径を有している。この溶融ガラスがさら
されている圧力を下げていく(減圧していく)と、ボイ
ルシャルルの法則により圧力に反比例して泡径が大きく
なる。しかし、ある圧力を超えてさらに減圧された場
合、ボイルシャルルの法則を外れ、気泡が急激に大きく
なることを本願発明者は新たに見出した。この現象をさ
らに図5を用いて説明する。
ガラスを用いて、溶融ガラスがさらされている圧力の低
下による、溶融ガラス中の気泡の泡径の変化を表した図
であり、溶融ガラスの温度は1320℃である。
横軸は減圧度、つまり溶融ガラスがさらされている圧力
と大気圧との差を示しており、減圧度が0(ゼロ)(m
mHg)とは溶融ガラスがさらされている圧力は大気圧
であることを示し、減圧度が700(mmHg)とは溶
融ガラスがさらされている圧力は大気圧よりも700
(mmHg)減圧されていることを示している。実線
は、ボイルシャルルの法則に従う場合における理論上の
気泡の泡径と減圧度との関係を示しており、大気圧にお
ける初期の泡径が0.2(mm)である気泡を減圧して
いくことにより、泡径が徐々に大きくなっていく様子が
見て取れる。
ガラス中の気泡の泡径と減圧度との関係を示しており、
初期の泡径が0.2(mm)である気泡が、減圧度が3
00(mmHg)を超える頃からボイルシャルルの法則
を外れて、ボイルシャルルの法則から計算される泡径よ
りも大きくなっていくことがわかる。このボイルシャル
ルの法則を外れる時の減圧度を臨界圧力といい、この臨
界圧力の値は溶融ガラスの種類によって異なる。このよ
うに、溶融ガラス中の気泡が、減圧度を下げることによ
りボイルシャルルの法則を外れ、大きくなっていくとい
うこの現象は、減圧するに従い、溶融ガラス中のなんら
かのガス成分が気泡中に拡散しているために起こると考
えられる。また、気泡が前記臨界圧力以下となる圧力に
長くさらされるほど泡径が大きくなり、泡径が大きくな
るとともに、気泡の浮上速度は上昇し、溶融ガラス表面
で破泡しやすくなる。
管の上端部における流路の横断面の面積を、上昇管の下
端部における流路の横断面の面積よりも大きくすること
により、気泡が臨界圧力以下となる圧力に長くさらされ
ることとなり、脱泡性能の向上が達成される。なお、流
路の横断面とは、溶融ガラスが流れる方向と垂直な流路
の断面をいい、上昇管の上端部とは、上昇管と減圧脱泡
槽の底面とが連結した部分をいい、上昇管の下端部と
は、上昇管の最下の部分をいう。以下、この原理を応用
した減圧脱泡槽について、具体的に説明する。
の気泡の脱泡機構を示す模式図であり、図3の減圧脱泡
装置110の上昇管118側における溶融ガラスGが流
れる流路状態を表したものである。
aとともに、上流案内ピット122から上昇管118へ
流れていき、サイフォンの原理により、上昇管118の
流路を上昇していく。一方、溶融ガラスGの流れに伴
い、気泡140aも上昇管118の流路を上昇してい
き、溶融ガラスGがさらされている圧力は上昇管16の
下端部16dから上に行くに従い低くなるため、ボイル
シャルルの法則により、気泡140aから気泡140
b、気泡140cと泡径は大きくなっていく。さらに、
溶融ガラスGが上昇するに伴い、気泡が受ける圧力が臨
界圧力を超えてさらに下がることにより、気泡はボイル
シャルルの法則を外れさらに大きくなる。
ける流路の横断面の面積が上端部118cから下端部1
18dまで等しくなっている場合、流路中に気泡が大き
くなる空間を持つことができないため、気泡140g、
気泡140hに表されたとおり気泡が充分に大きくなる
ことができない。そのため、減圧脱泡槽116に流入す
る泡数が急激に増加した場合、脱泡しきれない泡が溶融
ガラス内に残存したり、減圧脱泡槽116の溶融ガラス
表面に気泡が破泡せず盛り上がり、気泡140nのとお
り、減圧脱泡槽116の天井に付着し、石物やリームを
発生させる可能性がある。
て巨大な泡が発生した場合、巨大な泡は非常に大きい浮
力を持っているため、周囲にの気泡と比して速い速度で
泡が浮上し、溶融ガラスGの単位時間当たり流量が安定
しないという問題点があることが明らかとなった。
おける本発明の気泡の脱泡機構を示す模式図であり、図
1の減圧脱泡槽14の上昇管16側における溶融ガラス
Gが流れる流路状態を表したものである。図2において
は、上昇管16の流路の途中に臨界部16bを設け、上
昇管16の下端部16dから臨界部16bまでの流路の
横断面の面積は一定であるが、臨界部16bから上端部
16cまでの流路の横断面の面積は、臨界部16bから
上端部16cに向かって徐々に大きくなる構造となって
いる。なお、溶融ガラスGがさらされている圧力は、上
昇管16の下端部16dから上に行くに従い低くなって
いく。よって、上昇管16の流路の途中に、溶融ガラス
Gが受ける圧力が臨界圧力となる場所が存在し、前記場
所よりも臨界部16bが下方にあることが、減圧脱泡性
能を向上させることができ好ましい。
溶融ガラスGが流れる場合、溶融ガラスGが受ける圧力
は、溶融ガラスGが上昇管16内の流路を上昇するに従
い低下していくため、溶融ガラスG内の気泡40aは気
泡40b、気泡40cと、ボイルシャルルの法則に従い
大きくなっていく。その後、臨界部16bを過ぎた後
は、泡径はボイルシャルルの法則を外れ、急激に大きく
なるが、図2の上昇管16においては、気泡40g、気
泡40hのとおり、気泡が流路中に大きくなる空間を持
つことができるため、気泡が容易に大きくなることがで
き、気泡40kのような大きい泡径を持つ気泡となるた
め、溶融ガラスG表面で破泡しやすくなる。このことに
より、減圧脱泡性能を向上させることができ、溶融ガラ
スG内に気泡が残存しにくくなる。また、気泡が大きく
なることによって、破泡しやすくなるため、気泡が減圧
脱泡槽14の天井に付着しにくくなるという効果も得ら
れ、石物やリームといった欠点の発生を抑制することが
できる。
部16b〜上端部16cを流れる溶融ガラスGの流速を
下げることができる。これにより、臨界圧力以下となる
状況に長い間泡をさらすことができ、減圧脱泡性能を向
上させることができる。また、溶融ガラスGが流れる空
間を広く取ることができるため、大きくなった泡がお互
いに合体して巨大な泡が発生しにくくなり、溶融ガラス
Gの単位時間当たり流量を安定させることができる。
のみならず楕円形状や矩形状であってもよい。また、上
昇管16の流路の横断面の面積を下端部16dから徐々
に大きくしてもよいし、階段状に大きくしてもよい。
部16dまでの距離は2〜5mが好ましく、また、上端
部16cから臨界部16bまでの距離は、上端部16c
から下端部16dまでの距離の0.05〜0.5倍であ
ることにより、減圧脱泡性能を向上させることができ好
ましい。
圧脱泡槽14の流路の幅によっても変動するが、減圧脱
泡性能を向上させるために、下端部16dの流路の横断
面の面積の1.1〜9.0倍であることが好ましく、
1.5〜4.0倍であることが特に好ましい。また、本
発明の減圧脱泡槽の単位時間当たりの溶融ガラスの流量
は、減圧脱泡槽の大きさによって変動するが、1.5〜
350トン/日である。
したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更
を行ってもよいのはもちろんである。
における流路の横断面の面積を、上昇管の下端部におけ
る流路の横断面の面積よりも大きくすることにより、流
路中に気泡が大きくなる空間を持つことができるため、
気泡が容易に大きくなることができ、減圧脱泡性能を向
上させることができる。また、気泡が大きくなることに
よって、気泡が破泡しやすくなるため、泡が減圧脱泡槽
の天井に付着しにくくなるという効果も得られ、泡、石
物、リームといった不良が発生しにくい溶融ガラスを得
ることができる。また、流路中に気泡が大きくなる空間
を持つことができるため、大きくなった泡がお互いに合
体して巨大な泡が発生しにくくなり、溶融ガラスGの単
位時間当たり流量を安定させることができる。
面図。
式図。
図。
式図。
Claims (3)
- 【請求項1】真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウ
ジングと、 前記減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスが流れて
減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、 前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融
ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽に導入する上昇
管と、 前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡された溶
融ガラスを前記減圧脱泡槽から下降させて導出する下降
管とを具備し、 前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前
記上昇管の下端部における流路の横断面の面積よりも大
きいことを特徴とする減圧脱泡装置。 - 【請求項2】前記上昇管の上端部における流路の横断面
の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の
面積の1.1〜9.0倍である請求項1に記載の減圧脱
泡装置。 - 【請求項3】前記上昇管の流路の途中に臨界部を設け、
前期上端部における流路の横断面の面積が前記臨界部に
おける流路の横断面の面積よりも大きい構造を持つ上昇
管を有する減圧脱泡装置であって、前記上端部から前記
臨界部までの距離は、前記上端部から前記下端部までの
距離の0.05〜0.5倍である請求項1または2に記
載の減圧脱泡装置。
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