JP3720387B2 - ガラスを溶融させるための装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガラス化可能な材料の溶融、特にジュール効果によって発生する熱によるガラスの溶融のための電気溶融炉および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス溶融用の公知の多様なタイプの電気炉のうち、いわゆるコールドクラウン溶融炉またはキューポラは、ガラス化可能な材料の固体組成物を上から供給して、溶融ガラス浴または溶融物（メルト）を完全に覆う上層を形成し、製造されたガラスを炉の下方部分からスロートを通して抜き出し、次いで清澄室であることができる次の室に送り、そして状態調整処理を行うものである。
【０００３】
このような炉で起きる問題、特に１５００℃程度の高いガラス温度で炉を操作する場合に起る問題は、スロートを画定する耐火物、特にスロートの上部を画定する耐火物が急速に摩耗することである。
【０００４】
例えば、高温のガラスによる耐火物の攻撃を制限するのを可能にする冷却系を使用するにもかかわらず、この耐火物は、一般に炉の他の耐火性構成要素よりも早く交換しなければならない。このような交換には、炉を停止する必要があり、あるいは少なくとも高温度で修理できるとしても、生産を停止することを必要とする。
【０００５】
さらに、スロートのクラウンを構成する耐火性部品は、一般に最大寸法が制限され、そのためスロートの断面自身の寸法が制限される。従って、製造されたガラスを抜き出す開口としてそのようなスロートを使用する炉については、溶融能力に制限があって、これは一般に２００トン／日を超えない。
本発明は上記の欠点を解消することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用効果】
本発明が提案するのは、コールドクラウンを有し、ガラス化可能な材料を電気的に溶融させるための炉であって、実質的に水平な床と、製造されたガラスを抜き出しそしてそれを下流の区画へ通過させるための浸漬されたスロートの形態の出口とを有する、電極を備えた溶融のための区画を含み、上記のスロートは少なくとも上部を、溶融ガラスを覆う、上に浮いた組成物のレベルより上方のレベルに向かって上向きに延びる上部と、溶融ガラスに完全に浸るようにされ、且つ溶融ガラスによる腐食に耐える金属から製作された面を有する下部とを有する可動性の遮断壁（バリヤ）によって画定されているものである。
【０００７】
「可動性の」という語は、本発明においては、遮断壁が炉の運転を停止することなく炉から取り出される可能性を意味するものと理解される。この可動性は、有利には、横方向の可動性よりも実現するのが容易である垂直方向の可動性である。本発明の好ましい態様によれば、可動性の遮断壁は高さを調整可能なものである。
【０００８】
本発明によれば、「高さを調整可能な」という用語は、同じ遮断壁をスロートの下方の面のレベルに関して変動可能なレベルに配置することができ、その結果炉の排出断面を変えることが可能であることを意味する。
【０００９】
溶融ガラスによる腐食に耐え、且つ遮断壁の下部、少なくともその面、有利には遮断壁の下部の厚さ全体を構成する金属は、特に、モリブデン、タングステン、ロジウム含有白金、または機械的強度と溶融ガラスによる腐食に関して同等の特性を有する金属から選ばれる。好ましくは、特に経費の理由から、モリブデンの構成要素が選ばれる。
【００１０】
本発明により可動性の、有利に調整可能な遮断壁を使用する出口端は、炉の寿命を延ばすのを可能にするばかりでなく、溶融速度の変更および／またはガラス製造用組成物の変更に対して炉が目ざましく適合するのも可能にする。
【００１１】
遮断壁の下部の面を構成する材料を選ぶことによって、遮断壁の寿命は長くなり、そしてその間を通じて遮断壁は完全に申し分のない且つ中断のない炉の運転を可能にする。可動性である結果として、遮断壁は取り外して数時間で同等の遮断壁と交換することができ、従ってこの交換によるガラスの損失は制限される。
このガラスの損失は、相次ぐ隣接した二つの遮断壁の位置を設けることで完全に避けることもできる。そのような構成にあっては、第一の遮断壁と同一の第二の遮断壁を第一の遮断壁を取り外す前に配置することができる。
【００１２】
遮断壁の下部の一つの態様によれば、それは適切なモリブデンの厚さを有する層により被覆された少なくとも１枚の金属プレートまたは全体にモリブデンで作られた少なくとも１枚のプレートで構成される。
高温での金属が膨張する問題を解決するためには、ガラスの流動に耐え且つ金属の膨張を吸収することができる適切なクリアランスを有するように遮断壁の中央で横方向に互いに重なる２枚のモリブデンプレートを用いて下部を形成することが有利である。
【００１３】
金属プレートの厚さはおよそ５〜５０mmでよい。この厚さは遮断壁の過度の変形を防ぐのに十分なものである。
【００１４】
この変形を一層よく防ぎ、より一般には、遮断壁が少なくとも１枚の金属プレートから形成される場合に遮断壁の下部の構造を補強するために、横の端部、すなわち厚さがより厚い側部を備えた遮断壁を設計することことが有利である。例えば、下部にはその二つの側部にプレートの厚さよりも大きい直径の円筒を備えつけることができ、金属プレートの側部は部分的にはめ込まれて膨張を可能にする十分なクリアランスを有する。
【００１５】
遮断壁の下部の横の端部を構成するこれらの円筒は、少なくともそれらの上部を内部から冷却することができ、これには遮断壁の横の側部とスロートの側壁との間をガラスが通過するのを防ぐとともに、これらの側壁を急速な腐食に対して保護するという利点がある。
【００１６】
本発明の一つの変形においては、遮断壁の下部を、溶融ガラスによる腐食に耐える金属、有利にはモリブデンで作製された、直径が一般に５０mmを超える接合された垂直の円筒の集成体により形成することができる。
【００１７】
下部に一体的に接合された遮断壁の上部は、標準的に、溶融区画の表面にガラス製造用の組成物を保持する機能を有する。それは十分な高さに及んで延びて、上に浮かぶガラス製造用組成物の上方のレベルより上に向かって突き出し、そして一般に、この上に浮かぶ組成物の下方のレベルを超えて下向きに突き出す。遮断壁の一つの構成においては、それは少なくとも一つの実質的に平行六面体状の耐火ブロックにより形成される。
【００１８】
遮断壁の上部には、遮断壁の垂直方向の可動性と必要な場合にはそれを取り出すのとを保証するのを可能にするフックのような手段あるいは他の把持手段も備えつけられる。
【００１９】
本発明の変形では、遮断壁の上部は冷却用構成要素、例えば重ねられたＵ字状の冷却管から形成され、それらの水平に配置された底部は、上に浮いた固体組成物のレベルの両側に延びる、遮断壁の上部の中央領域を構成する。
これらの冷却管は、耐熱鋼、ステンレス鋼または単純に軟鋼から製作することができ、あるいは他の金属合金から製作することができる。それらは金属プレートで保護することができ、あるいは別の態様においては、ガラス化可能な塗料またはエナメルであることができる被覆で保護することができる。
【００２０】
本発明による遮断壁の好ましい態様では、下部は少なくとも２枚のモリブデンプレートで構成され、これらは部分的に重なり、そして遮断壁の二つの横の側部を形成する、やはりモリブデン製の二つの端部円筒で終える。これらの二つの円筒の上には、遮断壁の上部に属す冷却用の円筒が載り、そしてそれらは内部を例えば水が通過しそして上部の他の構成要素を構成するＵ字状の冷却管を囲む。これらの円筒と冷却管は、例えば、耐熱鋼またはステンレス鋼で製作することができる。モリブデンプレートは、遮断壁の上部の構成要素に支えられる支持部品により保持される。
【００２１】
遮断壁の横の側部を構成する円筒の冷却は、スロートの耐火物の側壁でシールするのを保証して、遮断壁と耐火物の側壁との間をガラスが流れるのを防止する。
【００２２】
本発明の有利な態様によれば、遮断壁の横の側部を構成する円筒は二つの独立した冷却循環路、すなわち円筒の下方の端部の近くに入り込む第一の循環路あるいはいわゆる内部循環路であって、その機能が集成体の機械的強度を保証することであるもの、および本質的に遮断壁の上部に配置されて遮断壁の上部と下部との間の分離レベルで終える第二の循環路あるいは外部循環路であって、その主な機能がガラスを遮断壁と炉の出口の側壁との間で固まらせることであるものを有する。
【００２３】
遮断壁には、その可動性、有利には垂直方向の可動性を可能にする把持手段を設け、その調整と抜き出しはこれが必要なことを明らかにするはずである。
【００２４】
横の二つの円筒を２枚のプレートの下限を超えて下向きに延ばす場合には、それらは、プレートの下のガラスの通過高さを自然に画定するようにスロートの下面に直接載せることができる。
【００２５】
遮断壁の下部は、この遮断壁と接合していないで上部の前方に配置され、そして上に浮いた組成物の厚さのうちの少なくとも一部に相当する深さにわたってタンクに浸漬される耐火性の構成要素により上に浮いた組成物から保護することができる。このようにして、遮断壁を取り外す場合および第一の遮断壁を取り外す前に第二の遮断壁を配置する場所がない場合には、組成物はこの耐火性の構成要素により部分的に阻止される。
【００２６】
スロートの下面は有利には耐火物で製作され、そしてそれは炉の床の延長に位置することができ、また有利には床のレベルより上のレベルに配置される。この下面が床のレベルより上のレベルにある場合、この配置は所定の高さの出口開口についてそれほど高くなくてより経済的な遮断壁を使用するのを可能にする。
【００２７】
一般に、遮断壁は垂直に且つスロートの側壁に対して直角に配置されるが、この側壁に対して傾けた配置にすることも可能であろう。
【００２８】
本発明はまた、ガラス化可能な材料の固体組成物を溶融ガラスの上に供給してその溶融ガラスを完全に覆う上層を形成し、そして製造されたガラスを、幅と高さに関して断面の縮小した、溶融速度および／またはガラス製造用組成物に応じて高さを調整可能なスロートまたは開口を通して抜き出す、ガラス化可能な材料の電気溶融法にも関する。
【００２９】
この方法の有利な特徴によれば、製造されたガラスのための排出口は溶融ガラス集合体の高さの実質的に中間の高さに位置する。
【００３０】
可動性であることと交換が容易に可能であることと結びついた本発明による遮断壁のもう一つの利点は、それが、耐火性の排出スロートを従来のやり方で備えつけた炉で同じガラス組成物のために通常使用されている溶融温度よりも高い溶融温度で炉を運転するのを可能にすることである。高温で、例えばソーダ−石灰−シリカガラスについて言えばおよそ1550℃で溶融することによって、後の清澄操作をなくすこと、そして溶融区画から製造されたガラスを成形ステーションへ移すための流路に直接進ませることが可能になる。
【００３１】
本発明はまた、ガラス溶融炉の二つの区画の間の通路を画定する構成要素として先に明らかにされた特徴を備えた遮断壁にも関する。区画という用語は、ガラス成形装置へ供給する炉の任意の部分を意味する。これは、実際の溶融が行われる区画でもよく、清澄用の区画でもよく、状態調節用の区画でもよく、あるいは流路でもよい。
【００３２】
本発明による遮断壁は、先に説明したように、炉の排出スロートの少なくとも上部を画定するために使用される。それはまた、溶融ガラスのための通路を画定することが必要ないずれの場所でも、またその可動性と交換の容易さを有利に利用することができる全ての用途において、有効に使用することもできる。遮断壁によりもたらされる画定は、通路の上部のために、もしくは下部のために、あるいは実際に両方の部分のために得ることができ、このとき遮断壁は、溶融ガラスの通過を保証するためにその下部と上部との間に位置する開口を有する。
【００３３】
遮断壁は、排出温度が排出スロートで1450℃を超えるガラスのために炉の開口の排出スロートの少なくとも上部を画定するのに有効に利用することもできる。
【００３４】
【実施例】
本発明のこのほかの特徴および利点は、添付の図面を参照して行う以下の限定しない態様の説明から理解することができる。
【００３５】
図１および図２は、本発明によるコールドクラウン溶融炉またはキューポラを模式的に示している。この炉は、溶融タンク１を含み、これは耐火性の壁２，３，４，５および耐火性の床６で画定され、この床に１列当り３個の電極７が２列直立している。これらの電極は図示しない電源に接続して、個々の電極間に実質的に均一にエネルギーを分配するようにする。こうして、溶融物の温度は個々の領域において実質的に同一の値となるように調節することができる。ガラス化可能な材料の組成物８は、図示しない分配器によって炉の上部に供給され、溶融ガラスの上に浮遊層９を形成する。製造された溶融ガラス１０は浸漬されたスロート１１によりタンク１から抜き出される。このスロートは、床のレベルより高いレベルに配置された底部の障壁１２によって下部を画定され、下流の区画１５に属する二つの垂直壁１３，１４によって側部を画定され、そして可動性であって高さを調整可能な遮断壁１６によって上部を画定される。製造されたガラスの抜き出しは、図に示す矢印の方向に行われる。この遮断壁１６は、後に一層詳細に記載するが、その下部１７は全体として溶融ガラスに浸漬し、その上部１８は、場合によってはガラス化可能な材料組成物の浮遊層の直ぐ下流に配置された耐火性の構成要素４０とともに、ガラス化可能な材料組成物の浮遊層を止どめる。また、この上部は、遮断壁を垂直に移動させて抜き出すことを保証する装置につなぐのを可能にする手段１９を備えてなる。
【００３６】
図３および図４は、本発明による遮断壁の態様を示している。この遮断壁は、スロートの他の構成要素とともに通常の操作位置で示されているが、その下部１７は、溶融ガラスの腐食に耐える金属、特にモリブデン製の２枚のプレート２０，２１により構成される。これらのプレートは遮断壁の中央で横方向に部分的に重なって、膨脹できるようにクリアランス２２を有し、そして支持部品４１（これは図３には示されていない）によって保持され、この部品は遮断壁の上部の構成要素、この場合にはプレート２０，２１を横切る二つの冷却管２７ａ，２７ｂで支持される。冷却管については後に説明する。これらのプレートは、膨脹を可能にするクリアランス２２を設けて、遮断壁の二つの横の側部を形成する二つの円筒２３，２４に部分的に取りつけられる。これらの二つの円筒２３，２４は、溶融ガラスの腐食に耐える金属、特にモリブデンで製作され、遮断壁の上部の横の側部を構成する円筒部材２８，２９を上に載せている。これらの横の円筒は、図示しない二つの冷却循環路、すなわち上部に本質的に延びる外部循環路であって、その機能がスロートの耐火性の側壁１３，１４の腐食を軽減しそしてこれらの壁と遮断壁との間でガラスを固まらせることであるものと、本質的に遮断壁の高さ全体にわたって進む内部循環路であって、その機能が集成体の機械的強度を保証することであるものを備えている。
【００３７】
これらの二つの横の円筒２３，２４は、２枚のプレート２０，２１の下方レベルを越えて下方に向って延びており、スロートの下面１２に載ることができるので、プレートより下のガラス流路の高さｈおよび幅を画定することができる。この高さｈは、流路の幅および炉の溶融速度の関数として、例えば４０〜２００mmでよい。
【００３８】
遮断壁の上部１８は、一般にＵ字状の重なった冷却管２５，２６，２７ａ，２７ｂで形成され、これらの水平な底の部分は遮断壁の上部の中央部分を形成する。これらの管は、遮断壁の横の上部を構成しそして遮断壁の横の下部を構成するモリブデンの二つの横の円筒の上に載っている円筒状構成要素２８，２９の間に配置される。
【００３９】
下方の管２７ａ，２７ｂは、モリブデンプレートの最高部の両側を覆っている。この場合それらは、モリブデンプレートの支持用部品４１を支持するための支持材として働く。
【００４０】
横の円筒および冷却管の上端は横材３０で連結され、これは遮断壁の上下動を可能にしあるいは円筒２３，２４がスロートの下面１２にもはや載っていない場合には遮断壁を作業位置に維持するのを可能にする付属手段３１を備えている。
【００４１】
遮断壁の下部は、特にそれが２枚のモリブデンプレートから形成されている場合には、溶融ガラスの腐食に非常によく耐える。またその上部も、浮遊組成物とガラスを固まらせる冷却管のために極めて良好な耐性を有する。このように、遮断壁は数ヶ月間ガラスが通過する開口を備えて連続して使用することができ、その開口の高さｈは変えることができる。
【００４２】
数ヶ月間運転後、腐食が過大になる前に、遮断壁は炉から取り外して、同等の遮断壁と交換することが容易にできる。取り外しを容易にするために、遮断壁の少なくとも側部のガラスを凝結させるための横の円筒の外側冷却循環路の冷却を事前に止める。交換作業は極めて迅速であって、ガラス製造会社での中断時間は数時間に過ぎない。変形として、第一の遮断壁近くに第二の遮断壁を配置することができる。この場合、第二の遮断壁は第一の遮断壁を取り外す前に配置することができる。従ってこの場合には、ガラスの製造は一般に乱されることがなく、あるいはどのような乱れも非常に短い時間続くだけである。
【００４３】
図５および図６は、本発明による遮断壁の変形３２を示している。この変形においては、遮断壁の下部３３は、溶融ガラスによる腐食に耐える金属、特にモリブデンで製作された垂直の円筒３４、例えば七つの円筒を互いに集成したものにより構成され、そして上部３５は平行六面体の集成体を形成する耐火ブロック３６で構成される。これらのブロックには、冷却管３７の通路の穴を垂直にあける。上部３５には、遮断壁を保持し、抜き出し用の開口について所望のレベルに遮断壁を動かし且つ調節するのを可能にする手段３８を設ける。
【００４４】
以上例示した本発明による遮断壁は、本発明を限定するものではない。可動性であって、上部と下部とを有する遮断壁の他の変形のうち、前述の作用を有するものは、すべて本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による炉の縦断面図である。
【図２】図１に示す炉の平面断面図である。
【図３】本発明の遮断壁の正面図である。
【図４】図３に示す遮断壁の側面図である。
【図５】本発明の遮断壁の別の態様の部分破断正面図である。
【図６】図５に示す遮断壁の側面図である。
【符号の説明】
１…溶融炉
２，３，４，５…耐火壁
６…耐火床
７…電極
８…ガラス化可能な材料
９…浮遊層
１０…溶融ガラス
１１…スロート
１２…障壁
１６，３２…遮断壁
１７，３３…遮断壁の下部
１８，３５…遮断壁の上部
２０，２１…金属プレート
２２…クリアランス
２３，２４…円筒
２５，２６，２７，３７…冷却管
２８，２９…円筒

Claims (22)

1. 実質的に水平な床と、製造されたガラスを抜き出しそしてそれを下流の区画へ通過させるための浸漬されたスロートの形態の出口とを有する、電極を備えた溶融のための区画を含む炉であり、コールドクラウンを有する、ガラス化可能な材料を電気的に溶融させるための炉であって、上記のスロートが少なくとも上部を、溶融ガラスを覆う、上に浮いた組成物のレベルより上方のレベルに向かって上向きに延びる上部と、溶融ガラスに完全に浸るようにされ、且つ溶融ガラスによる腐食に耐える金属から製作された面を有する下部とを有する可動性の遮断壁によって画定されており、当該下部は溶融ガラスによる腐食に耐える金属の面を有する少なくとも２枚のプレートを含み、当該遮断壁の下部の当該少なくとも２枚のプレートは、当該遮断壁の熱膨張を吸収するのに十分なクリアランスを有するように横方向に部分的に重なることを特徴とする電気溶融炉。
2. 前記スロートが、可動性の、高さを調整可能な遮断壁により上部を画定されていることを特徴とする、請求項１記載の炉。
3. 前記遮断壁の下部が、モリブデン、タングステン、ロジウム含有白金から選ばれた金属、またはこれらの金属のこのほかの合金で製作された面を有することを特徴とする、請求項１または２記載の炉。
4. 前記遮断壁の下部がモリブデンの構成要素から本質的に形成されていることを特徴とする、請求項３記載の炉。
5. 前記下部が少なくとも２枚のモリブデンプレートで本質的に形成されていることを特徴とする、請求項４記載の炉。
6. 前記遮断壁の上部が耐火材料で作製されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の炉。
7. 前記遮断壁の上部が少なくとも一つの冷却用構成要素で形成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の炉。
8. 前記遮断壁の上部が冷却管で形成されていることを特徴とする、請求項７記載の炉。
9. 前記遮断壁の上部が少なくとも二つの、Ｕ字状の、平行な重なった冷却管により形成され、これらの管の水平な底部が当該遮断壁の上方の中間部分を構成していることを特徴とする、請求項８記載の炉。
10. 前記冷却用構成要素が鋼で製作されていることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか一つに記載の炉。
11. 前記冷却用構成要素が金属プレートまたはガラス化可能な塗料もしくはエナメルから選ばれた被覆により保護されていることを特徴とする、請求項１０記載の炉。
12. 前記遮断壁の横の端部が、少なくともその下部を、前記金属プレートに部分的に取りつけられた二つの円筒で構成されていることを特徴とする、請求項５から１１までのいずれか一つに記載の炉。
13. 前記遮断壁の下部の横の端部を構成している円筒の上に当該遮断壁の上部の横の端部を構成している円筒が載っていることを特徴とする、請求項１２記載の炉。
14. 前記円筒が、少なくともその上部を内部冷却されることを特徴とする、請求項１３記載の炉。
15. 前記円筒が二つの独立した冷却循環路を備えてなることを特徴とする、請求項１３または１４記載の炉。
16. 前記スロートの下部が当該炉の床のレベルより高いレベルに位置する底部の障壁により画定されていることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の炉。
17. 二つの相次ぐ遮断壁位置を有することを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか一つに記載の炉。
18. ガラス化可能な固体材料組成物を、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の炉において溶融させる、ガラス化可能な材料の電気溶融方法。
19. 前記ガラスが所定のガラス製造用組成物について１４５０℃よりも高い溶融温度で製造されることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
20. 溶融したガラスが一つの区画から別の区画へ通過するのを制限するのに使用することができる可動性の遮断壁であって、上方のガラス層が通過するのを阻止する働きをする上部と、溶融したガラスに完全に浸漬されるようにされる下部とを有し、当該下部は溶融ガラスによる腐食に耐える金属または合金の面を有する少なくとも２枚のプレートを含み、当該少なくとも２枚のプレートが、当該遮断壁の熱膨張を吸収するのに十分なクリアランスを有するように横方向に部分的に重なる可動性の遮断壁。
21. 電気溶融炉のスロートの上部を画定する構成要素として使用することができる、請求項２０記載の遮断壁。
22. スロートを用いて１４５０℃のレベルを超えるガラス排出温度で運転する炉のスロートの少なくとも上部を画定することを特徴とする、請求項２０または２１記載の遮断壁。

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