JP2010163292A

JP2010163292A - Glass melting furnace

Info

Publication number: JP2010163292A
Application number: JP2009004573A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uchida; 博幸内田; Shinsuke Matsuno; 伸介松野; Yoshiyuki Iso; 良行磯
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass melting furnace capable of effectively deterring the accumulation of metal particles and improving melting performance of glass without using a mechanically stirring device for directly stirring molten glass. <P>SOLUTION: In the glass melting furnace which has a melting furnace body 2 in which molten glass G is stored, electrodes 20 for heating which are arranged to face each other at sidewalls of the melting furnace body and a discharging hole 10 which is set at the lower part of the melting furnace, an ultrasonic oscillator which is installed at the inner wall of the melting furnace body and oscillates ultrasonic waves toward stored molten glass is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラス溶融炉、特に溶融ガラス内の金属粒子が炉の底部に堆積することを抑制するガラス溶融炉に関する。 The present invention relates to a glass melting furnace, and more particularly to a glass melting furnace that suppresses metal particles in molten glass from accumulating at the bottom of the furnace.

原子力施設において排出される高レベル放射性廃液は、前処理された後、ガラス溶融炉内で溶融ガラスに混入され、そしてその放射性廃液が混入された溶融ガラスが別の容器に注入され、同容器と共に固化され、放射性廃棄物保管施設に保管されるガラス固化体を形成している。
この種の溶融炉は、一般に溶融炉の側壁に相対向するように設けられた電極に通電し、電極間のガラスのジュール熱により、ガラスを加熱するように構成されている。 High-level radioactive liquid waste discharged from nuclear facilities is pretreated and then mixed with molten glass in a glass melting furnace. It is solidified to form a solidified glass that is stored in a radioactive waste storage facility.
This type of melting furnace is generally configured to energize electrodes provided to face the side walls of the melting furnace and to heat the glass by Joule heat of the glass between the electrodes.

ところが、溶融炉内に供給される廃液には金属粒子が含まれており、溶融炉内には自然対流はあるものの、これら金属粒子が溶融炉の底部の一部に集中して堆積してしまうことがある。このため、溶融炉の底部に堆積された金属粒子が溶融炉の排出口を閉塞したり、電極間が、堆積された金属粒子により短絡状態となって、溶融ガラスを十分に加熱できず、さらには底部の短絡路を流れる過剰電流により底部が焼損してしまう問題が生じる可能性がある。 However, the waste liquid supplied to the melting furnace contains metal particles, and although there is natural convection in the melting furnace, these metal particles are concentrated and deposited on a part of the bottom of the melting furnace. Sometimes. For this reason, the metal particles deposited at the bottom of the melting furnace close the discharge port of the melting furnace, or the electrodes are short-circuited by the deposited metal particles, and the molten glass cannot be heated sufficiently. May cause a problem that the bottom portion is burned out due to excess current flowing through the bottom short circuit.

そこで、溶融炉内に機械的な攪拌装置を設け、金属粒子の堆積を抑制する試みがなされている。また特許文献１においては、溶融炉の底部の外側に、溶融炉内の溶融ガラスに上向きの電磁力が作用するコイルを設け、該電磁力により溶融ガラスの攪拌を行うように構成されている。 Therefore, attempts have been made to suppress the deposition of metal particles by providing a mechanical stirring device in the melting furnace. Moreover, in patent document 1, the coil which an upward electromagnetic force acts on the molten glass in a melting furnace is provided in the outer side of the bottom part of a melting furnace, and it is comprised so that molten glass may be stirred with this electromagnetic force.

特開２００１−１６３６２４号公報JP 2001-163624 A

上述した機械的攪拌装置を設けた溶融炉においては、高温の溶融ガラスを直接機械的に攪拌する部材を有しているので、こまめにメンテナンス必要があり、メンテナンスが大きなロードとなる。
また電磁力が作用するコイルを設けた溶融炉においては、重量のある溶融ガラスの攪拌は必ずしも十分ではなかった。 Since the melting furnace provided with the mechanical stirring device described above has a member for directly mechanically stirring high-temperature molten glass, maintenance is frequently required, and the maintenance becomes a large load.
Moreover, in a melting furnace provided with a coil on which electromagnetic force acts, stirring of heavy molten glass is not always sufficient.

本発明は、上述したようなガラス溶融炉において、溶融ガラスを直接攪拌する機械的攪拌装置を用いることなく、金属粒子の堆積を効果的に抑止することができると共に、ガラスの溶融性能を向上することができる溶融炉を得ることを目的とする。 In the glass melting furnace as described above, the present invention can effectively suppress the deposition of metal particles and improve the melting performance of the glass without using a mechanical stirring device that directly stirs the molten glass. The object is to obtain a melting furnace that can be used.

この目的を達成するために創案されたもので、本発明の請求項１に係るガラス溶融炉は、溶融ガラスが貯留される溶融炉本体と、前記溶融炉本体の側壁に相対向するように配置された加熱用の電極と、前記溶融炉の下部に設けられた排出孔とを有するガラス溶融炉において、前記溶融炉本体の内壁に設けられ、貯留された溶融ガラスに向けて超音波を発振する超音波発振機を備えたことを特徴とする。 In order to achieve this object, the glass melting furnace according to claim 1 of the present invention is disposed so as to face the melting furnace main body in which the molten glass is stored and the side wall of the melting furnace main body. In a glass melting furnace having a heating electrode and a discharge hole provided in a lower part of the melting furnace, an ultrasonic wave is oscillated toward the stored molten glass provided on the inner wall of the melting furnace body. An ultrasonic oscillator is provided.

また、本発明の請求項２に係るガラス溶融炉は、請求項１の発明において、前記超音波発振機が、前記溶融炉本体の底面部に設けられ、前記貯留された溶融ガラスの表面に向けて超音波を発振することを特徴とする。 A glass melting furnace according to a second aspect of the present invention is the glass melting furnace according to the first aspect, wherein the ultrasonic oscillator is provided on a bottom surface of the melting furnace main body and faces the surface of the stored molten glass. And oscillating ultrasonic waves.

本発明者の研究によれば、溶融ガラス中の金属粒子（詳しくは、白金族粒子）の沈降速度は粒子の大きさに強く依存することが判明している。特に溶融ガラスの表面には、仮焼層と呼ばれる酸化物が存在するが、仮焼層で生成された金属粒子が溶融ガラスに移行する際に、クラスタ化（集合）して見かけ上大きな粒径として沈降速度が大きくなることが判明している。また、溶融ガラスの溶融性能を向上するために、仮焼層下面での伝熱促進が有効であることも判明している。 According to the research of the present inventor, it has been found that the settling rate of metal particles (specifically, platinum group particles) in molten glass strongly depends on the size of the particles. In particular, an oxide called a calcined layer exists on the surface of the molten glass, but when the metal particles generated in the calcined layer migrate to the molten glass, they appear clustered (aggregated) and appear to have a large particle size. It has been found that the sedimentation rate increases. It has also been found that heat transfer enhancement on the lower surface of the calcined layer is effective for improving the melting performance of the molten glass.

本発明の請求項１のガラス溶融炉によれば、超音波発振機から発振された超音波により、溶融ガラス中に圧力波が伝わって細かい流れの乱れが生成されるので、溶融ガラス内部での伝熱が促進されると共に、金属粒子の上述したクラスタ化を抑制したり、あるいは一旦形成された金属粒子のクラスタ構造を破壊したりすることができる。これにより、金属粒子の沈降速度の低下、すなわち金属粒子の堆積量を低減することができる。しかも、機械的攪拌装置のように高温の溶融炉を直接機械的に攪拌する部材を有していないので、そのメンテナンスに大きなロードがかかることがない。 According to the glass melting furnace of claim 1 of the present invention, since the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic oscillator transmits a pressure wave in the molten glass and a fine flow turbulence is generated, Heat transfer is promoted, and the above-described clustering of metal particles can be suppressed, or the cluster structure of metal particles once formed can be destroyed. Thereby, the fall of the sedimentation rate of a metal particle, ie, the deposition amount of a metal particle, can be reduced. Moreover, since there is no member for directly mechanically stirring the high-temperature melting furnace unlike the mechanical stirring device, a large load is not applied to the maintenance.

本発明の請求項２のガラス溶融炉によれば、超音波発振機が溶融炉本体の底面部に設けられ、貯留された溶融ガラスの表面部に向けて超音波を発振するので、上述した溶融ガラス表面の仮焼層下面での、伝熱促進及び金属粒子のクラスタ化の抑制を、より効果的に図ることができる。 According to the glass melting furnace of claim 2 of the present invention, the ultrasonic oscillator is provided on the bottom surface portion of the melting furnace main body and oscillates ultrasonic waves toward the surface portion of the stored molten glass. Heat transfer promotion and suppression of metal particle clustering on the lower surface of the calcined layer on the glass surface can be more effectively achieved.

本発明の一実施例に係るガラス溶融炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the glass melting furnace which concerns on one Example of this invention. 図１の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of FIG. ガラス溶融炉内における金属粒子のクラスタ破壊を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cluster destruction of the metal particle in a glass melting furnace.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図１は本発明の一実施例に係るガラス溶融炉の縦断面図、図２は図１の要部断面図、図３はガラス溶融炉内における金属粒子のクラスタ破壊を示す説明図である。溶融ガラスＧが貯留される溶融炉本体２は、水平断面において四角形状をなし、底部２ａは逆四角錐形状をなしている。溶融炉本体２の上部には、同溶融炉本体２内にガラスビーズを供給する供給管４と、廃液を投入するための供給管６が設けられている。溶融炉本体２の下部には、同溶融炉本体２内の溶融ガラスＧをキャニスタ８内に流下させる流下ノズル１０が設けられている。溶融炉本体２は、耐火物Ａにより周りを囲まれている。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a glass melting furnace according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a main part of FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory view showing cluster destruction of metal particles in the glass melting furnace. The melting furnace body 2 in which the molten glass G is stored has a quadrangular shape in the horizontal cross section, and the bottom portion 2a has an inverted quadrangular pyramid shape. On the upper part of the melting furnace main body 2, a supply pipe 4 for supplying glass beads into the melting furnace main body 2 and a supply pipe 6 for introducing waste liquid are provided. A lowering nozzle 10 is provided below the melting furnace body 2 to let the molten glass G in the melting furnace body 2 flow down into the canister 8. The melting furnace body 2 is surrounded by a refractory A.

溶融炉本体２の一対の側壁には、相対向するように配置された加熱用の主電極１２ａ及び１２ｂが設けられ、また溶融炉本体２の逆四角錐形状の底部２ａの一対の斜面には、相対向するように配置された加熱用の補助電極１４ａ及び１４ｂが設けられている。溶融炉本体２の最下部及び流下ノズル１０の上部にかけて底部電極１６が設けられている。流下ノズル１０の周りには、誘導加熱コイル１８が設けられている。溶融炉本体２の上部には、間接的に溶融ガラスＧを加熱する加熱装置２０が設けられている。 The pair of side walls of the melting furnace body 2 are provided with heating main electrodes 12a and 12b arranged so as to face each other, and on the pair of inclined surfaces of the bottom portion 2a of the inverted quadrangular pyramid shape of the melting furnace body 2 Heating auxiliary electrodes 14a and 14b are provided so as to face each other. A bottom electrode 16 is provided over the lowermost part of the melting furnace main body 2 and the upper part of the flow-down nozzle 10. An induction heating coil 18 is provided around the flow nozzle 10. A heating device 20 for indirectly heating the molten glass G is provided on the upper part of the melting furnace body 2.

なお、上述の各電極には、図示しないが、温度センサと各電極を冷却することができる冷却風通路が設けられており、各電極を所望の温度に制御することができる。
この溶融炉の稼働状態において、ガラスビーズは供給管４から溶融炉本体２内に供給され、廃液は供給管６溶融炉本体２内に供給され、加熱装置２０、主電極１２ａ，１２ｂまたは補助電極１４ａ，１４ｂの通電により、ガラスビーズを溶融し、廃液を含んだ溶融ガラスＧが得られる。そして、主電極１２ａ，１２ｂ及び／または補助電極１４ａ，１４ｂの通電量または冷却風量を制御することにより、溶融ガラスＧを所望の温度に保つように構成されている。 Although not shown, each electrode described above is provided with a temperature sensor and a cooling air passage that can cool each electrode, and each electrode can be controlled to a desired temperature.
In the operating state of the melting furnace, glass beads are supplied into the melting furnace main body 2 from the supply pipe 4, waste liquid is supplied into the supply pipe 6 into the melting furnace main body 2, and the heating device 20, the main electrodes 12 a and 12 b or the auxiliary electrode. By energizing 14a and 14b, glass beads are melted, and a molten glass G containing waste liquid is obtained. And it is comprised so that the molten glass G may be maintained at desired temperature by controlling the energization amount or cooling air volume of main electrode 12a, 12b and / or auxiliary electrode 14a, 14b.

底部電極１６及び誘導加熱コイル１８によって流下ノズル１０が加熱されていない状態では、流下ノズル１０内で溶融ガラスＧは固化されているため、溶融ガラスＧの流下ノズル１０からの流下が阻止される。逆に、底部電極１６及び誘導加熱コイル１８によって流下ノズル１０を加熱すると、流下ノズル１０内で固化されていたガラスが溶融して溶融ガラスＧとなって同流下ノズル１０からキャニスタ１０内に流下する。 In a state where the falling nozzle 10 is not heated by the bottom electrode 16 and the induction heating coil 18, since the molten glass G is solidified in the flowing nozzle 10, the molten glass G is prevented from flowing from the flowing nozzle 10. Conversely, when the flow-down nozzle 10 is heated by the bottom electrode 16 and the induction heating coil 18, the glass solidified in the flow-down nozzle 10 is melted to become molten glass G and flows down from the flow-down nozzle 10 into the canister 10. .

そして、本実施例において、溶融炉本体２の底部２ａの斜面には、超音波発振機２４が設けられており、同超音波発振機２４は、溶融炉本体２内の溶融ガラスＧの表面に向けて超音波を発振するものである。なお、溶融炉本体２の底部２ａは上述のとおり逆四角錘形状に形成され、そして一対の相対向する斜面に、それぞれ補助電極１４ａ及び１４ｂが設けられているため、超音波発振機２４は、残りの斜面のいずれかに設けられている。しかしながら、補助電極１４ａ及び１４ｂが設けられている斜面であっても、スペース的に余裕があれば、超音波発振機２４を設けることができる。 In this embodiment, an ultrasonic oscillator 24 is provided on the slope of the bottom 2 a of the melting furnace body 2, and the ultrasonic oscillator 24 is provided on the surface of the molten glass G in the melting furnace body 2. It oscillates ultrasonic waves toward. Note that the bottom 2a of the melting furnace body 2 is formed in an inverted quadrangular pyramid shape as described above, and the auxiliary electrodes 14a and 14b are provided on a pair of opposed slopes, respectively. It is provided on one of the remaining slopes. However, even on the slope where the auxiliary electrodes 14a and 14b are provided, the ultrasonic oscillator 24 can be provided if there is sufficient space.

上述のように構成されたガラス溶融炉によれば、超音波発振機２４から発振された超音波により、溶融ガラスＧ中に圧力波が伝わって細かい流れの乱れが生成されるので、溶融炉本体２内の溶融ガラスＧの内部での伝熱が促進されると共に、金属粒子の上述したクラスタ化を抑制したり、あるいは図３に示すように、一旦形成された金属粒子のクラスタ構造を破壊したりすることができる。これにより、金属粒子の沈降速度の低下、すなわち金属粒子の堆積量を低減することができる。しかも、機械的攪拌装置のように高温の溶融炉を直接機械的に攪拌する部材を有していないので、そのメンテナンスに大きなロードがかかることがない。 According to the glass melting furnace configured as described above, the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic oscillator 24 transmits a pressure wave in the molten glass G, and a fine flow turbulence is generated. The heat transfer inside the molten glass G in 2 is promoted, and the above-described clustering of the metal particles is suppressed, or the cluster structure of the once formed metal particles is destroyed as shown in FIG. Can be. Thereby, the fall of the sedimentation rate of a metal particle, ie, the deposition amount of a metal particle, can be reduced. Moreover, since there is no member for directly mechanically stirring the high-temperature melting furnace unlike the mechanical stirring device, a large load is not applied to the maintenance.

特に上述のガラス溶融炉２においては、超音波発振機２４が溶融炉本体２の底面部２ａに設けられ、貯留された溶融ガラスＧの表面部に向けて超音波を発振するので、溶融ガラスＧの表面の仮焼層Ｇ１下面での、伝熱促進及び金属粒子のクラスタ化の抑制を、より効果的に図ることができる。
本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、例えば、超音波発振機２４を複数個設けることも可能であり、あるいは溶融炉本体２の側壁に設けることも可能である。 In particular, in the glass melting furnace 2 described above, the ultrasonic oscillator 24 is provided on the bottom surface portion 2a of the melting furnace body 2 and oscillates ultrasonic waves toward the surface portion of the stored molten glass G. It is possible to more effectively achieve the heat transfer promotion and the suppression of the clustering of the metal particles on the lower surface of the calcined layer G1.
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, a plurality of ultrasonic oscillators 24 can be provided, or can be provided on the side wall of the melting furnace body 2.

２ガラス溶融炉本体
２ａ底部
２４超音波発振機
Ｇ溶融ガラス
Ｇ１仮焼層 2 Glass melting furnace body 2a Bottom 24 Ultrasonic oscillator G Molten glass G1 Calcined layer

Claims

溶融ガラスが貯留される溶融炉本体と、前記溶融炉本体の側壁に相対向するように配置された加熱用の電極と、前記溶融炉の下部に設けられた排出孔とを有するガラス溶融炉において、
前記溶融炉本体の内壁に設けられ、貯留された溶融ガラスに向けて超音波を発振する超音波発振機を備えた
ことを特徴とするガラス溶融炉。 In a glass melting furnace having a melting furnace main body in which molten glass is stored, a heating electrode disposed so as to face the side wall of the melting furnace main body, and a discharge hole provided in a lower portion of the melting furnace ,
A glass melting furnace comprising an ultrasonic oscillator provided on an inner wall of the melting furnace main body and oscillating ultrasonic waves toward the stored molten glass.

前記超音波発振機が、前記溶融炉本体の底面部に設けられ、前記貯留された溶融ガラスの表面に向けて超音波を発振することを特徴とする請求項１記載のガラス溶融炉。 The glass melting furnace according to claim 1, wherein the ultrasonic oscillator is provided on a bottom surface portion of the melting furnace main body and oscillates an ultrasonic wave toward a surface of the stored molten glass.