JP4075161B2 - 減圧脱泡によるガラスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス原料を溶解した溶融ガラスから気泡を除去してガラス製品に成形する減圧脱泡によるガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラスを製造する方法は、原材料を溶融して溶融ガラスを得る溶解工程、溶融ガラス内の気泡を除去し溶融ガラスを清澄する清澄工程、溶融ガラスを所定のガラス製品の形状に成形する成形工程およびガラスの内部歪みを除去しつつ徐々に冷却する徐冷工程により構成される。
特に、気泡の混入しない高品質なガラス製品を製造するためには、これらの工程の中で、溶解工程および清澄工程が、重要な工程となる。
【０００３】
溶解工程は、珪砂、石灰石やソーダ灰等の原材料を最終ガラス製品の組成に合わせて調合、混合されたバッチを溶解炉に投入し、ガラスの種類に応じて約１４００℃以上に加熱溶融して溶融ガラスを得る工程である。例えば、公知の溶解炉内に炉の一端からバッチを投入し、重油を燃焼して得られる火炎をこの投入したバッチに吹きつけて、また、天然ガスを空気と混合して燃焼して得られる火炎を吹きつけて、約１５５０℃以上に加熱してバッチを溶かすことによって溶融ガラスを得る。また、場合によっては、公知の電気溶解炉を用いて溶融ガラスを得る。
【０００４】
清澄工程は、得られた溶融ガラスから溶融ガラス内に混入する気泡を除去して溶融ガラスを清澄する工程である。例えば清澄剤として硫酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳＯ4 ）等をバッチ内に予め０．１〜０．５重量％添加し、溶解工程で得られた溶融ガラスを所定温度に所定時間維持することで、清澄剤によって溶融ガラス内の気泡を成長させて浮上させて除去する方法が知られている。
【０００５】
また、その他の方法として、本出願人が特開平２−２２１１２９号公報に開示している減圧脱泡装置によって行われる減圧脱泡方法が挙げられる。この方法は、減圧雰囲気下、溶融ガラス内の気泡を大きく成長させて溶融ガラス内に含まれる気泡を浮上させ破泡して除去するものであり、減圧脱泡装置によって実施される。
【０００６】
しかし、前記減圧脱泡方法は、溶融ガラス内に混入する気泡を効果的に除去することができるものの、１２００〜１４００℃の溶融ガラスと接触する減圧脱泡装置の接触面は、１２００〜１４００℃の高温にもある程度耐えることができ、かつ溶融ガラスと反応しない高価な白金合金等を利用しなければならず、そのため、コストの面から大型の減圧脱泡装置によって大流量の溶融ガラスを減圧脱泡処理することはできないといった問題があった。気泡の混入の許されない光学系ガラス製品等は製造量はそれほど多くないため、白金合金等を利用した小型の減圧脱泡装置を用いれば十分であり、従来問題とならなかった。
【０００７】
しかし、最近では、建築用や自動車用の廉価なガラスのように大量生産するものにおいても、脱泡効率の高い減圧脱泡方法で清澄工程を行うことが求められるようになってきたが、このような大量生産が必要とされるガラス製品に対して小型の減圧脱泡装置を用いて製造することは困難であった。その結果、大型の減圧脱泡装置を利用することが望まれてきた。
また、減圧脱泡装置は、減圧雰囲気下で溶融ガラス内に含まれる気泡を成長させて大きくするものであるため、減圧度（前記減圧雰囲気の圧力と大気圧の差）に対応して、減圧脱泡する減圧脱泡槽内の溶融ガラスの液面は、溶解工程における溶融ガラスの自由液面に比べて高い位置にあり、前記自由液面から例えば３．５ｍの高さに位置する場合がある。このような場合、この液面の高さに合わせて減圧脱泡槽も吊り上げなければならない。小型の減圧脱泡装置では、減圧脱泡槽も小さいため、減圧脱泡槽を吊り上げて前記自由液面から例えば３．５ｍの高さに減圧脱泡槽内の溶融ガラスの液面レベルを維持することはそれほど困難ではない。しかし、大型の減圧脱泡装置では、減圧脱泡槽も大きくなり、減圧脱泡槽を例えば３．５ｍも吊り上げ、場合によっては減圧度に応じてその高さを変えることができるようにするため、巨大な設備が必要となる。
【０００８】
一方、減圧度を下げて上記液面のレベル差を小さくすることもできるが、その場合減圧脱泡効果を一定に確保するためには、減圧脱泡槽を長くして溶融ガラスが減圧脱泡槽内を通過する時間を長くする必要があり、大流量の溶融ガラスを脱泡処理する大型の減圧脱泡装置において減圧脱泡槽を長くしなければならない。そのため、大型の減圧脱泡装置を長手方向に伸ばして一層大型化することになり、たとえ減圧脱泡槽の吊り上げ高さを抑えたとしても、長手方向に巨大な吊り上げ設備が必要となる。
【０００９】
このような巨大な吊り上げ設備が必要となる問題に対して、特開平５−２６２５３０号公報では、溶融ガラスを減圧脱泡槽に導入する上昇管内にスクリューを設けて、これを回転することにより上昇する溶融ガラスの流れに抵抗を与え、一方溶融ガラスを減圧脱泡槽から導出する下降管内にスクリューを設けて、これを回転することにより下降する溶融ガラスの流れを加速させることで、上記液面のレベル差を抑える減圧脱泡方法およびその装置について提案している。つまり、この方法および装置を用いることで、減圧度を下げることなく上記レベル差を小さくすることができるのである。
また、特開平７−２９１６３５号公報では、減圧脱泡槽へ導入する溶融ガラスの流路の断面積をロッドを用いて制御することで、溶融ガラスの流量を制御することのできる減圧脱泡方法について提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術を用いることで、溶融ガラスの流量を制御して溶解工程が行われる溶解炉と減圧脱泡槽の液面のレベルの差を抑え、作業性を向上することができるものの、溶融ガラスの減圧度等の処理条件に応じてスクリューやロッドを適切に制御しなければならず、スクリューやロッドを適切に制御する装置を、減圧脱泡装置内に据えつけるスペースを作り、そこに組み込むのは困難であるといった問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、大型の減圧脱泡装置において、たとえ溶解炉と減圧脱泡槽の液面レベルの差を小さくするために減圧度を下げても、効果的に大流量の溶融ガラスを減圧脱泡できるガラスの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料を酸素含有率が９９体積％以上の酸素ガスと混合して溶融槽上部空間において燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解し、前記溶解槽上部空間内で、水および二酸化炭素の各ガスを溶融ガラス内に溶存するこれらの各ガス成分と平衡状態に保つ溶解工程と、この溶解工程で得られた溶融ガラスを減圧して脱泡する減圧脱泡槽と前記溶解槽との液面のレベル差を１ｍ以上、２ｍ以下とした減圧脱泡工程と、この減圧脱泡工程で得られた脱泡溶融ガラスをガラス製品に成形する成形工程とを有することを特徴とする減圧脱泡によるガラスの製造方法を提供するものである。
ここで、前記減圧脱泡工程における圧力は、０．１〜０．５気圧であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明でいう酸素ガスとは、酸素含有率が９９体積％以上のガスをいう。
また、本発明でいう「燃料を酸素ガスと混合」とは、燃料燃焼用の酸素の一部が酸素ガスにより供給される場合を含む。
以下、本発明の減圧脱泡によるガラスの製造方法について、この方法の特徴的な工程である溶解工程および減圧脱泡工程を中心に詳細に説明する。
【００１５】
溶解工程は、一例として図１に示される溶解炉１０において実施される。
図１に示される溶解炉１０は、最終製品であるガラスの種類に応じて原料を混合したバッチＢを約１５５０℃以上の高温で溶融する炉である。
溶解炉１０は、耐火物製炉材で組まれ溶融ガラスＧを満たす溶解槽２０、天井２２および燃焼用バーナー用ポート（以下、単にポートという。）１２を有する。
天井２２は、バッチＢを熱によって溶かす溶解槽空間１０ｓを形成するために溶解炉１０の上部全体を覆うものである。ポート１２は、バッチＢを溶融するための酸素ガスを混合した天然ガスによるバーナーが出口直前に設置され、バーナーの火炎によってバッチＢを溶融することのできる加熱口であり、溶解槽上部空間１０ｓの側面に設けられる。また、ポート１２は、溶融ガラスＧの流れる方向に沿って左右に各４カ所設けられており、バッチＢが前進しつつ、ポート１２から放出される火炎による熱放射あるいは伝熱によって徐々に溶融されるようになっている。
なお、溶解炉１０では天然ガスを酸素ガスと混合して燃焼させるているが、重油等の燃料油を酸素ガスと混合して燃焼させてもよい。
【００１６】
このような溶解炉１０では、最終製品であるガラスの種類に応じて原料を混合したバッチＢをバッチ投入口１４より投入機（図示せず）を用いて投入する。投入されたバッチＢは溶融ガラスＧ上に原料山１６を形成し、前進しつつ、ポート１２の出口直前で酸素ガスと混合された天然ガスがバーナーで燃焼される際に得られる高温の火炎によって、バッチＢは約１５５０℃以上に加熱され、徐々に溶融され、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に含んだ溶融ガラスＧが得られる。
【００１７】
天然ガスと酸素ガスとを混合して得られる燃焼後の気体には、天然ガスと空気とを混合してして得られる燃焼後の気体に比べて、約３．５倍の水（Ｈ2 Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）を含む。すなわち、溶解炉１０において、酸素ガスを天然ガスに混合してバーナーを用いて燃焼させることで、従来の方法である天然ガスと空気とを混合して燃焼させる場合に比べて、溶解槽上部空間１０ｓには約３．５倍の水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ) が含まれている。
溶解槽上部空間１０ｓは燃焼ガス空間であり、水（Ｈ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等のガスで充満され、これらのガスは溶融ガラスＧ内の溶存する各々のガス成分と平衡状態を保っている。酸素ガスを天然ガスに混合してバーナーを用いて燃焼させることにより、約３．５倍の含有量を有する水（Ｈ2 Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）を含むガスが溶融ガラスＧと平衡を保つ状況となっている。そのため、天然ガスに酸素ガスを混合燃焼して溶解した溶融ガラスＧには、天然ガスを空気と混合して燃焼した場合に比べて、溶融ガラスＧ内に溶存する水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）の量も多くなる。
【００１８】
以下では、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存に関してのみ記載するが、二酸化炭素（ＣＯ2 ）についても同様である。
このように水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を十分に大きくするには、燃料を酸素ガスとのみ混合して燃焼させればよいが、酸素ガスに空気を混ぜて混合比率を変えることにより、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を変化させることもできる。すなわち、必要とされる水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量に応じて酸素ガスと空気の混合比率を変化させればよい。それゆえ、溶融ガラスの種類に応じて、また、溶融ガラス内に許される気泡の混入許容範囲に応じて、酸素ガスと空気の混合比率を変化させ効率よく減圧脱泡処理することが好ましい。
【００１９】
水（Ｈ2 Ｏ）が十分に溶存した溶融ガラスＧは、溶解炉１０の原料投入口１４の反対側の溶解炉１０の底付近に設けられたスロート１８を通じて、図２に示される減圧脱泡装置脱泡装置３０に連通される。
【００２０】
図２に示す減圧脱泡装置３０は、溶解炉１０で得られた水（Ｈ2 Ｏ）が十分に溶存する溶融ガラス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、真空吸引されている。減圧ハウジング３２内に水平に減圧脱泡槽３４が収納配置され、その両端に垂直に取り付けられる上昇管３６および下降管３８が収納配置されている。
上昇管３６、減圧脱泡槽３４および下降管３８は、１２００〜１４００℃の高温でも溶融ガラスＧとの反応性が低く、溶融ガラスＧとの反応による不均質化を生じさせることがない耐火物製炉材によって構成され、大型の減圧脱泡装置を実現している。
【００２１】
上昇管３６は、減圧脱泡槽３４に連通しており、スロート１８を通して溶解炉１０から上流案内ピット４０に流れ込んだ脱泡処理前の溶融ガラスＧを上昇させて減圧脱泡槽３４に導入する。下降管３８は、減圧脱泡槽３４に連通し、脱泡処理後の溶融ガラスＧを減圧脱泡槽３４から下降させて、下流案内ピット４２に溜め、さらに次の成形工程であるフロートバス５２に導出する。
また、減圧ハウジング３２内の減圧脱泡槽３４、上昇管３６および下降管３８の周囲には、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材４４が配設されている。なお、減圧ハウジング３２は、金属製、例えばステンレス製であり、外部から真空ポンプ（図示せず）等によって真空吸引され、内部が減圧され、内設される減圧脱泡槽３４内を所定の減圧状態に維持する。ここで、所定の減圧状態の圧力として、０．１〜０．５気圧であることが好ましい。
【００２２】
従来、溶融ガラスを減圧脱泡するには、例えば０．１気圧以下、場合によっては、１／２０気圧程度まで減圧して脱泡しなければならなかったが、本発明では、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量が十分に大きいため、圧力が０．１気圧以上の減圧雰囲気下でも同一の減圧脱泡効果を得ることができ、しかも圧力を０．１気圧以上とすることで、以下で述べるように、大型の減圧脱泡槽の吊り上げ高さも低くなり、吊り上げ設備の大型化の問題も解決することができる。
ただし、減圧状態の圧力が０．５気圧を超えると、所望の減圧脱泡効果が得られなくなる。
【００２３】
このような減圧脱泡装置３０は、運転を開始するに先立って、流路４６を予め加熱し、溶解槽１０内の溶融ガラスＧを減圧脱泡装置３０内に導入し、すなわち、図示しないバイパスを開放して上流案内ピット４０から下流案内ピット４２内に導入し、上昇管３６および下降管３８の両下端部を溶融ガラスＧ中に浸漬する。浸漬完了後、図示しない真空ポンプを作動して、減圧ハウジング３２内を吸引口３２ｃから真空引きして、従って減圧脱泡槽３４内を吸引口４８ａおよび４８ｂから真空引きして、減圧脱泡槽３４内を所定の圧力に減圧する。
その結果、溶融ガラスＧが上昇管３６および下降管３８内を上昇し、減圧脱泡槽３４内に導入され、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４との溶融ガラスＧのレベル差Ｈが所定値となるように、減圧脱泡槽３４内に所定の深さまで満たされ、真空引きされた上部空間３４ｓが形成される。この後に、バイパスが閉止される。
なお、この上部空間３４ｓは、溶融ガラスＧ内から浮上して破泡した気体が吸引されるために必要な空間である。減圧脱泡槽３４内を溶融ガラスＧで一杯に充たさないために、あるいは、溶融ガラスＧを減圧脱泡槽３４からあふれさせないために、減圧吸引する減圧脱泡槽３４は所定の高さに吊り上げる必要があるが、本発明によって減圧脱泡槽３４内の圧力を０．１気圧以上とすることで、その高さを抑えることができる。
【００２４】
この後、溶融ガラスＧは、上流案内ピット４０から上昇管３６内を上昇して、減圧脱泡槽３４内に導入される。そして溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽３４内を流れる間に、所定の減圧条件下で脱泡処理される。すなわち、所定の減圧条件下の減圧脱泡槽３４内において、溶融ガラスＧ中の気泡は、溶融ガラスＧ中を浮上し、バリヤ５０ａおよび５０ｂに堰止められて破泡し、また、上部空間３４ｓまで浮上して、破泡する。こうして、溶融ガラスＧ中から気泡が除去される。
このように溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を通過する時間内に、気泡を溶融ガラスＧ内を浮上させて破泡させる必要があるため、減圧脱泡槽３４は、溶融ガラスＧの粘度や、減圧度、溶融ガラスＧの流れる速度等の各種パラメータによって定まる所定の長さを必要とする。
脱泡処理された溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽３４内から下降管３８に導出され、下降管３８内を下降して下流案内ピット４２内に導入され、下流案内ピット４２から、次工程の成形処理工程設備であるフロートバス５２に導出される。
なお、本発明において成形工程はフロート成形に限られず、その他の成形方法であってもよい。
【００２５】
従来においては、バッチＢの段階で清澄剤、例えば、硫酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳＯ4 ）等を少量混合添加した溶融ガラスを減圧脱泡槽３４を通過させる間に、減圧脱泡槽３４で溶融ガラス内の気泡を成長させて浮上させ減圧脱泡することで、清澄してきた。しかし、この従来の方法では、上述したように、溶解炉１０の液面高さと減圧脱泡槽３４の液面高さのレベル差Ｈを場合によっては３．５ｍにしなければならず、大型の減圧脱泡装置において大型の吊り上げ設備の確保に問題があった。
【００２６】
しかし、後述する実施例で示されるように、天然ガスと酸素ガスの混合燃焼によって得られる水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存した溶融ガラスＧの減圧脱泡処理は、従来の溶解工程による天然ガスと空気を混合燃焼して得られる水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量の少ない溶融ガラスの減圧脱泡処理に比べて、溶融ガラスＧ内の気泡を除去し易く、減圧脱泡効果を向上させることができる。その結果、減圧脱泡処理の圧力を高くしても、同一の減圧脱泡効果を保つことができ、減圧脱泡処理された溶融ガラスＧ内に混入される気泡の量を一定に保つことができる。つまり、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存する溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽１４の内部の圧力を、従来の圧力より高くしても、溶融ガラスＧ内の気泡の混入を許容範囲内に抑えることができ、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４の溶融ガラスＧの液面高さのレベル差Ｈを小さくして減圧脱泡処理を効果的に行うことができる。
勿論、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存した溶融ガラスＧを減圧脱泡するにあたって、減圧脱泡槽１４内の圧力を０．１気圧より低くしても、減圧脱泡処理を行うことができるが、０．１気圧より高い圧力で減圧脱泡処理をすることができるため、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４の液面の高さのレベル差Ｈを例えば１〜２ｍにすることができ、大型の減圧脱泡装置３０において従来必要であった巨大な吊り上げ設備を必要としない。
【００２７】
このように、溶融ガラスＧ内の水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を従来より多くすることで、溶融ガラスＧの減圧脱泡処理が優れた効果が得られるのは、以下のように説明される。
溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を流れる間に減圧脱泡される気泡には、バッチＢに起因した気泡、溶解槽２０の炉材として用いられた耐火物に起因した気泡および溶解工程で含まれる気泡がある。バッチに起因した気泡は、例えばガラス原料に不純物として含まれた炭化物や窒化物が酸化されることによって、耐火物に起因した気泡は、耐火物製炉材の表面に存在する還元状態にある炭素や窒素が酸化されることによって、また、耐火物製炉材内部の気孔であって製造段階で不可避的に存在するガスで満たされた気孔が炉材侵蝕によって炉材表面に現れ、気孔内のガスが溶融ガラスＧに放出されることによって、また、溶解工程で含まれる気泡は、溶解ガラス中に空気が巻き込まれることによってそれぞれ発生する。
【００２８】
これら気泡は、溶融ガラス内では約０．１〜０．２ｍｍ程度の小さい気泡であるものの、そのまま最終製品となった場合、視認することができ、許容範囲以上の気泡の混入は欠陥品とされ、特に窓ガラス等の透過性を問題にするガラス製品では気泡の混入は許されない。そのため、清澄剤の作用によって気泡を成長させて浮上破泡させて気泡を除去し、さらに清澄剤で除去できない気泡を減圧脱泡槽３４内で減圧することで成長させ、この成長した気泡を溶融ガラス内から浮上、破泡させて気体を吸引して脱泡するのであるが、気泡の成長が十分でない場合や新たに減圧脱泡槽３４内で発生した気泡は減圧脱泡槽３４内で十分に脱泡されず、溶融ガラス内に気泡を混入したまま次の成形工程に送られる。
【００２９】
しかし、十分な水（Ｈ2 Ｏ）を溶存する溶融ガラスＧの場合、減圧脱泡槽３４内では、水（Ｈ2 Ｏ）は気泡となって活発に溶融ガラスＧ内を浮上し、溶融ガラスＧから気体となって上部空間３４ｓに放出されるが、この水（Ｈ2 Ｏ）の気泡の活発な浮上は、溶融ガラスＧ内の気泡の浮上を促進する。また、溶融ガラスＧ内を浮上させるには小さ過ぎる気泡に水（Ｈ2 Ｏ）が入って気泡の成長を促進して気泡の浮上を促進し、その結果短時間で溶融ガラスＧ内から気泡を脱泡することができる。
【００３０】
このように、本発明では従来の溶融方法で得られる溶融ガラスに比べて、減圧脱泡工程時における圧力を高くしても効果的に減圧脱泡することができるので、大流量の溶融ガラスを処理する大型の減圧脱泡装置の場合、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４のの液面のレベル差Ｈを小さくして、減圧脱泡処理することができ、また、減圧脱泡工程時における圧力を一定とする場合には、溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を通過する時間を短くすることができるので、減圧脱泡槽３４の長さを短くすることができ、大流量の溶融ガラスＧを処理する実用的な減圧脱泡装置を構築することが可能となる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の溶融ガラスの減圧脱泡方法の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
ガラス組成が、ＳｉＯ2 ６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ９重量％、ＭｇＯ３重量％、ＳｒＯ８重量％、ＣａＯ４重量％、Ｃｌ０．２重量％となるバッチを白金るつぼで３種類の方法によって溶解して溶融ガラスを得た。
１、公知の電気炉を用いて電気加熱する電気炉加熱法
２、天然ガスに空気を混合して燃焼する天然ガス−空気燃焼法
３、天然ガスに酸素ガスのみを混合して燃焼する天然ガス−酸素燃焼法
溶融ガラスは、１５３０℃で１時間バッチを溶解して得た。
得られた溶融ガラスに溶存するガス量は、公知のＴＧ−ＭＳ法（Ｔｈｅｒｏｍｏｇｒａｖｅｍｅｔｒｉｃ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用い、昇温加熱分析により、比較測定した。測定結果は、表１に示す。その数値は、１０００℃以上で発生するガスの総和量を、電気炉加熱法によって得られるガス総和量を１．０とした相対値で表している。なお、窒素（Ｎ2 ）ガス、二酸化硫黄（ＳＯ2 ）ガスやハロゲンガス等の水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）以外のガスは「その他」としてまとめた。
また、得られた溶融ガラスは、直ちに図３に示される減圧脱泡試験機６０内の加熱炉７４内に移され、−１０ｍｍＨｇ／分の速度で加熱炉７４内を減圧し、その際発生する気泡が５ｍｍ以上となって加熱炉７４内の白金るつぼ６２の上部にたまる時の圧力を減圧圧力と定義し、減圧圧力を求めた。すなわち、同一量の気泡を発生させるのに必要な圧力を求め、この圧力が高いほど、減圧しなくても気泡を発生させ効率よく脱泡させることができることを意味している。
ここで用いられる減圧脱泡試験機６０は、図３に示されるように、真空ポンプ６４によって減圧を可能とし、減圧圧力を測定するマノメータ６６と減圧を解除するリリースバルブ６８とを有する減圧チャンバ７０、減圧チャンバー７０内に配置され、試験の対象とされる溶融ガラスを白金るつぼ６２に収めて雰囲気温度を制御する加熱ヒータ７２を有する加熱炉７４とから構成される。
また、白金るつぼ６２内の気泡発生状況を観察するために、減圧チャンバ７０には石英ガラス窓７５が設けられ、この石英ガラス窓７５より、光源７６からミラー７８ａを介して白金るつぼ６２内の溶融ガラスに光を当て、一方ミラー７８ｂを介して溶融ガラスの気泡発生状況をＣＣＤカメラ８０に収め、画像をビデオレコーダ８２に記録し、必要に応じてビデオプリンタ８４に出力し、また、コンピュータ８６に転送して画像処理を行うことができる。
この減圧脱泡試験機６０を用いて得られる溶存ガス量と減圧圧力についてその結果を示す。
【００３２】
【００３３】
（実施例２）
実施例１と異なる組成のガラス（ＳｉＯ2 ６１重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ２重量％、Ｎａ2 Ｏ８重量％、Ｋ2 Ｏ７重量％、ＢａＯ９重量％、ＳｒＯ８重量％、ＣａＯ２重量％、ＺｒＯ2 ３重量％、Ｓｂ2 Ｏ3 ０．２重量％）について電気炉加熱法および天然ガス−酸素燃焼法によって溶融ガラスを得、実施例１と同様に溶存ガス量と減圧脱泡試験機６０による減圧圧力を求めた。結果を表２に示す。
【００３４】
（結果）
天然ガス−酸素燃焼法によって得られた溶融ガラスに溶存する水（Ｈ2 Ｏ）の量は、電気炉加熱法および天然ガス−空気燃焼法によって得られる溶融ガラス内に溶存する水（Ｈ2 Ｏ）の量に比べて実施例１および実施例２のいずれにおいても大きく、その結果、減圧脱泡試験機６０で得られる減圧圧力は大きく、高い減圧圧力でも減圧脱泡が可能であることがわかる。
また、上記実施例２の方法で得られた溶融ガラスを減圧脱泡装置３０を用いて、１トン／ｄａｙの処理速度で連続的に処理した結果、天然ガス−酸素燃焼法によって得られた溶融ガラスは０．２８〜０．３気圧の圧力下で減圧脱泡処理しても気泡はすべて脱泡でき、気泡の混入しないガラスを生産することができた。一方、従来の電気炉加熱法では、約１ｍｍ以上の気泡が１０個／ｋｇ以上残存した。
従って、本発明の効果は明らかである。
【００３５】
以上、本発明の溶融ガラスの減圧脱泡方法について詳細に説明したが、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。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、燃料を酸素含有率が９９体積％以上の酸素ガスと混合して溶解槽上部空間において燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解した溶融ガラスを減圧して脱泡することによって、減圧脱泡効果を向上させることができ、気泡の混入しないガラスの製造を容易にし、また大型の減圧脱泡装置において、従来問題となっていた減圧脱泡槽の吊り上げ高さを抑えることができ、大流量の溶融ガラスを効果的かつ実用的に減圧脱泡してガラスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する溶解炉の一例を示す概略断面図である。
【図２】 本発明を実施する溶解炉とそれに連通した減圧脱泡装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】 溶融ガラスの減圧圧力を評価する減圧脱泡試験機の概念図である。
【符号の説明】
１０ 溶解炉
１２ 燃焼バーナー用ポート
１４ バッチ投入口
１６ 原料山
１８ スロート
２０ 溶解槽
２２ 天井
３０ 減圧脱泡装置
３２ 減圧ハウジング
３２ｃ 吸引口
３４ 減圧脱泡槽
３４ｓ 上部空間
３６ 上昇管
３８ 下降管
４０ 上流案内ピット
４２ 下流案内ピット
４４ 断熱材
４６ 流路
４８ａ、４８ｂ 吸引口
５０ａ，５０ｂ バリヤ
５２ フロートバス
６０ 減圧脱泡試験機
６２ 白金るつぼ
６４ 真空ポンプ
６６ マノメータ
６８ リリースバルブ
７０ 減圧チャンバ
７２ 加熱ヒータ
７４ 加熱炉
７５ 石英ガラス窓
７６ 光源
７８ａ、７８ｂ ミラー
８０ ＣＣＤカメラ
８２ ビデオレコーダ
８４ ビデオプリンタ
８６ コンピュータ
Ｂ バッチ
Ｇ 溶融ガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス原料を溶解した溶融ガラスから気泡を除去してガラス製品に成形する減圧脱泡によるガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラスを製造する方法は、原材料を溶融して溶融ガラスを得る溶解工程、溶融ガラス内の気泡を除去し溶融ガラスを清澄する清澄工程、溶融ガラスを所定のガラス製品の形状に成形する成形工程およびガラスの内部歪みを除去しつつ徐々に冷却する徐冷工程により構成される。
特に、気泡の混入しない高品質なガラス製品を製造するためには、これらの工程の中で、溶解工程および清澄工程が、重要な工程となる。
【０００３】
溶解工程は、珪砂、石灰石やソーダ灰等の原材料を最終ガラス製品の組成に合わせて調合、混合されたバッチを溶解炉に投入し、ガラスの種類に応じて約１４００℃以上に加熱溶融して溶融ガラスを得る工程である。例えば、公知の溶解炉内に炉の一端からバッチを投入し、重油を燃焼して得られる火炎をこの投入したバッチに吹きつけて、また、天然ガスを空気と混合して燃焼して得られる火炎を吹きつけて、約１５５０℃以上に加熱してバッチを溶かすことによって溶融ガラスを得る。また、場合によっては、公知の電気溶解炉を用いて溶融ガラスを得る。
【０００４】
清澄工程は、得られた溶融ガラスから溶融ガラス内に混入する気泡を除去して溶融ガラスを清澄する工程である。例えば清澄剤として硫酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳＯ4 ）等をバッチ内に予め０．１〜０．５重量％添加し、溶解工程で得られた溶融ガラスを所定温度に所定時間維持することで、清澄剤によって溶融ガラス内の気泡を成長させて浮上させて除去する方法が知られている。
【０００５】
また、その他の方法として、本出願人が特開平２−２２１１２９号公報に開示している減圧脱泡装置によって行われる減圧脱泡方法が挙げられる。この方法は、減圧雰囲気下、溶融ガラス内の気泡を大きく成長させて溶融ガラス内に含まれる気泡を浮上させ破泡して除去するものであり、減圧脱泡装置によって実施される。
【０００６】
しかし、前記減圧脱泡方法は、溶融ガラス内に混入する気泡を効果的に除去することができるものの、１２００〜１４００℃の溶融ガラスと接触する減圧脱泡装置の接触面は、１２００〜１４００℃の高温にもある程度耐えることができ、かつ溶融ガラスと反応しない高価な白金合金等を利用しなければならず、そのため、コストの面から大型の減圧脱泡装置によって大流量の溶融ガラスを減圧脱泡処理することはできないといった問題があった。気泡の混入の許されない光学系ガラス製品等は製造量はそれほど多くないため、白金合金等を利用した小型の減圧脱泡装置を用いれば十分であり、従来問題とならなかった。
【０００７】
しかし、最近では、建築用や自動車用の廉価なガラスのように大量生産するものにおいても、脱泡効率の高い減圧脱泡方法で清澄工程を行うことが求められるようになってきたが、このような大量生産が必要とされるガラス製品に対して小型の減圧脱泡装置を用いて製造することは困難であった。その結果、大型の減圧脱泡装置を利用することが望まれてきた。
また、減圧脱泡装置は、減圧雰囲気下で溶融ガラス内に含まれる気泡を成長させて大きくするものであるため、減圧度（前記減圧雰囲気の圧力と大気圧の差）に対応して、減圧脱泡する減圧脱泡槽内の溶融ガラスの液面は、溶解工程における溶融ガラスの自由液面に比べて高い位置にあり、前記自由液面から例えば３．５ｍの高さに位置する場合がある。このような場合、この液面の高さに合わせて減圧脱泡槽も吊り上げなければならない。小型の減圧脱泡装置では、減圧脱泡槽も小さいため、減圧脱泡槽を吊り上げて前記自由液面から例えば３．５ｍの高さに減圧脱泡槽内の溶融ガラスの液面レベルを維持することはそれほど困難ではない。しかし、大型の減圧脱泡装置では、減圧脱泡槽も大きくなり、減圧脱泡槽を例えば３．５ｍも吊り上げ、場合によっては減圧度に応じてその高さを変えることができるようにするため、巨大な設備が必要となる。
【０００８】
一方、減圧度を下げて上記液面のレベル差を小さくすることもできるが、その場合減圧脱泡効果を一定に確保するためには、減圧脱泡槽を長くして溶融ガラスが減圧脱泡槽内を通過する時間を長くする必要があり、大流量の溶融ガラスを脱泡処理する大型の減圧脱泡装置において減圧脱泡槽を長くしなければならない。そのため、大型の減圧脱泡装置を長手方向に伸ばして一層大型化することになり、たとえ減圧脱泡槽の吊り上げ高さを抑えたとしても、長手方向に巨大な吊り上げ設備が必要となる。
【０００９】
このような巨大な吊り上げ設備が必要となる問題に対して、特開平５−２６２５３０号公報では、溶融ガラスを減圧脱泡槽に導入する上昇管内にスクリューを設けて、これを回転することにより上昇する溶融ガラスの流れに抵抗を与え、一方溶融ガラスを減圧脱泡槽から導出する下降管内にスクリューを設けて、これを回転することにより下降する溶融ガラスの流れを加速させることで、上記液面のレベル差を抑える減圧脱泡方法およびその装置について提案している。つまり、この方法および装置を用いることで、減圧度を下げることなく上記レベル差を小さくすることができるのである。
また、特開平７−２９１６３５号公報では、減圧脱泡槽へ導入する溶融ガラスの流路の断面積をロッドを用いて制御することで、溶融ガラスの流量を制御することのできる減圧脱泡方法について提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術を用いることで、溶融ガラスの流量を制御して溶解工程が行われる溶解炉と減圧脱泡槽の液面のレベルの差を抑え、作業性を向上することができるものの、溶融ガラスの減圧度等の処理条件に応じてスクリューやロッドを適切に制御しなければならず、スクリューやロッドを適切に制御する装置を、減圧脱泡装置内に据えつけるスペースを作り、そこに組み込むのは困難であるといった問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、大型の減圧脱泡装置において、たとえ溶解炉と減圧脱泡槽の液面レベルの差を小さくするために減圧度を下げても、効果的に大流量の溶融ガラスを減圧脱泡できるガラスの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料を酸素含有率が９９体積％以上の酸素ガスと混合して溶融槽上部空間において燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解し、前記溶解槽上部空間内で、水および二酸化炭素の各ガスを溶融ガラス内に溶存するこれらの各ガス成分と平衡状態に保つ溶解工程と、この溶解工程で得られた溶融ガラスを減圧して脱泡する減圧脱泡槽と前記溶解槽との液面のレベル差を１ｍ以上、２ｍ以下とした減圧脱泡工程と、この減圧脱泡工程で得られた脱泡溶融ガラスをガラス製品に成形する成形工程とを有することを特徴とする減圧脱泡によるガラスの製造方法を提供するものである。
ここで、前記減圧脱泡工程における圧力は、０．１〜０．５気圧であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明でいう酸素ガスとは、酸素含有率が９９体積％以上のガスをいう。
また、本発明でいう「燃料を酸素ガスと混合」とは、燃料燃焼用の酸素の一部が酸素ガスにより供給される場合を含む。
以下、本発明の減圧脱泡によるガラスの製造方法について、この方法の特徴的な工程である溶解工程および減圧脱泡工程を中心に詳細に説明する。
【００１５】
溶解工程は、一例として図１に示される溶解炉１０において実施される。
図１に示される溶解炉１０は、最終製品であるガラスの種類に応じて原料を混合したバッチＢを約１５５０℃以上の高温で溶融する炉である。
溶解炉１０は、耐火物製炉材で組まれ溶融ガラスＧを満たす溶解槽２０、天井２２および燃焼用バーナー用ポート（以下、単にポートという。）１２を有する。
天井２２は、バッチＢを熱によって溶かす溶解槽空間１０ｓを形成するために溶解炉１０の上部全体を覆うものである。ポート１２は、バッチＢを溶融するための酸素ガスを混合した天然ガスによるバーナーが出口直前に設置され、バーナーの火炎によってバッチＢを溶融することのできる加熱口であり、溶解槽上部空間１０ｓの側面に設けられる。また、ポート１２は、溶融ガラスＧの流れる方向に沿って左右に各４カ所設けられており、バッチＢが前進しつつ、ポート１２から放出される火炎による熱放射あるいは伝熱によって徐々に溶融されるようになっている。
なお、溶解炉１０では天然ガスを酸素ガスと混合して燃焼させるているが、重油等の燃料油を酸素ガスと混合して燃焼させてもよい。
【００１６】
このような溶解炉１０では、最終製品であるガラスの種類に応じて原料を混合したバッチＢをバッチ投入口１４より投入機（図示せず）を用いて投入する。投入されたバッチＢは溶融ガラスＧ上に原料山１６を形成し、前進しつつ、ポート１２の出口直前で酸素ガスと混合された天然ガスがバーナーで燃焼される際に得られる高温の火炎によって、バッチＢは約１５５０℃以上に加熱され、徐々に溶融され、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に含んだ溶融ガラスＧが得られる。
【００１７】
天然ガスと酸素ガスとを混合して得られる燃焼後の気体には、天然ガスと空気とを混合してして得られる燃焼後の気体に比べて、約３．５倍の水（Ｈ2 Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）を含む。すなわち、溶解炉１０において、酸素ガスを天然ガスに混合してバーナーを用いて燃焼させることで、従来の方法である天然ガスと空気とを混合して燃焼させる場合に比べて、溶解槽上部空間１０ｓには約３．５倍の水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ) が含まれている。
溶解槽上部空間１０ｓは燃焼ガス空間であり、水（Ｈ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等のガスで充満され、これらのガスは溶融ガラスＧ内の溶存する各々のガス成分と平衡状態を保っている。酸素ガスを天然ガスに混合してバーナーを用いて燃焼させることにより、約３．５倍の含有量を有する水（Ｈ2 Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）を含むガスが溶融ガラスＧと平衡を保つ状況となっている。そのため、天然ガスに酸素ガスを混合燃焼して溶解した溶融ガラスＧには、天然ガスを空気と混合して燃焼した場合に比べて、溶融ガラスＧ内に溶存する水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）の量も多くなる。
【００１８】
以下では、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存に関してのみ記載するが、二酸化炭素（ＣＯ2 ）についても同様である。
このように水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を十分に大きくするには、燃料を酸素ガスとのみ混合して燃焼させればよいが、酸素ガスに空気を混ぜて混合比率を変えることにより、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を変化させることもできる。すなわち、必要とされる水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量に応じて酸素ガスと空気の混合比率を変化させればよい。それゆえ、溶融ガラスの種類に応じて、また、溶融ガラス内に許される気泡の混入許容範囲に応じて、酸素ガスと空気の混合比率を変化させ効率よく減圧脱泡処理することが好ましい。
【００１９】
水（Ｈ2 Ｏ）が十分に溶存した溶融ガラスＧは、溶解炉１０の原料投入口１４の反対側の溶解炉１０の底付近に設けられたスロート１８を通じて、図２に示される減圧脱泡装置脱泡装置３０に連通される。
【００２０】
図２に示す減圧脱泡装置３０は、溶解炉１０で得られた水（Ｈ2 Ｏ）が十分に溶存する溶融ガラス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、真空吸引されている。減圧ハウジング３２内に水平に減圧脱泡槽３４が収納配置され、その両端に垂直に取り付けられる上昇管３６および下降管３８が収納配置されている。
上昇管３６、減圧脱泡槽３４および下降管３８は、１２００〜１４００℃の高温でも溶融ガラスＧとの反応性が低く、溶融ガラスＧとの反応による不均質化を生じさせることがない耐火物製炉材によって構成され、大型の減圧脱泡装置を実現している。
【００２１】
上昇管３６は、減圧脱泡槽３４に連通しており、スロート１８を通して溶解炉１０から上流案内ピット４０に流れ込んだ脱泡処理前の溶融ガラスＧを上昇させて減圧脱泡槽３４に導入する。下降管３８は、減圧脱泡槽３４に連通し、脱泡処理後の溶融ガラスＧを減圧脱泡槽３４から下降させて、下流案内ピット４２に溜め、さらに次の成形工程であるフロートバス５２に導出する。
また、減圧ハウジング３２内の減圧脱泡槽３４、上昇管３６および下降管３８の周囲には、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材４４が配設されている。なお、減圧ハウジング３２は、金属製、例えばステンレス製であり、外部から真空ポンプ（図示せず）等によって真空吸引され、内部が減圧され、内設される減圧脱泡槽３４内を所定の減圧状態に維持する。ここで、所定の減圧状態の圧力として、０．１〜０．５気圧であることが好ましい。
【００２２】
従来、溶融ガラスを減圧脱泡するには、例えば０．１気圧以下、場合によっては、１／２０気圧程度まで減圧して脱泡しなければならなかったが、本発明では、水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量が十分に大きいため、圧力が０．１気圧以上の減圧雰囲気下でも同一の減圧脱泡効果を得ることができ、しかも圧力を０．１気圧以上とすることで、以下で述べるように、大型の減圧脱泡槽の吊り上げ高さも低くなり、吊り上げ設備の大型化の問題も解決することができる。
ただし、減圧状態の圧力が０．５気圧を超えると、所望の減圧脱泡効果が得られなくなる。
【００２３】
このような減圧脱泡装置３０は、運転を開始するに先立って、流路４６を予め加熱し、溶解槽１０内の溶融ガラスＧを減圧脱泡装置３０内に導入し、すなわち、図示しないバイパスを開放して上流案内ピット４０から下流案内ピット４２内に導入し、上昇管３６および下降管３８の両下端部を溶融ガラスＧ中に浸漬する。浸漬完了後、図示しない真空ポンプを作動して、減圧ハウジング３２内を吸引口３２ｃから真空引きして、従って減圧脱泡槽３４内を吸引口４８ａおよび４８ｂから真空引きして、減圧脱泡槽３４内を所定の圧力に減圧する。
その結果、溶融ガラスＧが上昇管３６および下降管３８内を上昇し、減圧脱泡槽３４内に導入され、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４との溶融ガラスＧのレベル差Ｈが所定値となるように、減圧脱泡槽３４内に所定の深さまで満たされ、真空引きされた上部空間３４ｓが形成される。この後に、バイパスが閉止される。
なお、この上部空間３４ｓは、溶融ガラスＧ内から浮上して破泡した気体が吸引されるために必要な空間である。減圧脱泡槽３４内を溶融ガラスＧで一杯に充たさないために、あるいは、溶融ガラスＧを減圧脱泡槽３４からあふれさせないために、減圧吸引する減圧脱泡槽３４は所定の高さに吊り上げる必要があるが、本発明によって減圧脱泡槽３４内の圧力を０．１気圧以上とすることで、その高さを抑えることができる。
【００２４】
この後、溶融ガラスＧは、上流案内ピット４０から上昇管３６内を上昇して、減圧脱泡槽３４内に導入される。そして溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽３４内を流れる間に、所定の減圧条件下で脱泡処理される。すなわち、所定の減圧条件下の減圧脱泡槽３４内において、溶融ガラスＧ中の気泡は、溶融ガラスＧ中を浮上し、バリヤ５０ａおよび５０ｂに堰止められて破泡し、また、上部空間３４ｓまで浮上して、破泡する。こうして、溶融ガラスＧ中から気泡が除去される。
このように溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を通過する時間内に、気泡を溶融ガラスＧ内を浮上させて破泡させる必要があるため、減圧脱泡槽３４は、溶融ガラスＧの粘度や、減圧度、溶融ガラスＧの流れる速度等の各種パラメータによって定まる所定の長さを必要とする。
脱泡処理された溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽３４内から下降管３８に導出され、下降管３８内を下降して下流案内ピット４２内に導入され、下流案内ピット４２から、次工程の成形処理工程設備であるフロートバス５２に導出される。
なお、本発明において成形工程はフロート成形に限られず、その他の成形方法であってもよい。
【００２５】
従来においては、バッチＢの段階で清澄剤、例えば、硫酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳＯ4 ）等を少量混合添加した溶融ガラスを減圧脱泡槽３４を通過させる間に、減圧脱泡槽３４で溶融ガラス内の気泡を成長させて浮上させ減圧脱泡することで、清澄してきた。しかし、この従来の方法では、上述したように、溶解炉１０の液面高さと減圧脱泡槽３４の液面高さのレベル差Ｈを場合によっては３．５ｍにしなければならず、大型の減圧脱泡装置において大型の吊り上げ設備の確保に問題があった。
【００２６】
しかし、後述する実施例で示されるように、天然ガスと酸素ガスの混合燃焼によって得られる水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存した溶融ガラスＧの減圧脱泡処理は、従来の溶解工程による天然ガスと空気を混合燃焼して得られる水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量の少ない溶融ガラスの減圧脱泡処理に比べて、溶融ガラスＧ内の気泡を除去し易く、減圧脱泡効果を向上させることができる。その結果、減圧脱泡処理の圧力を高くしても、同一の減圧脱泡効果を保つことができ、減圧脱泡処理された溶融ガラスＧ内に混入される気泡の量を一定に保つことができる。つまり、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存する溶融ガラスＧは、減圧脱泡槽１４の内部の圧力を、従来の圧力より高くしても、溶融ガラスＧ内の気泡の混入を許容範囲内に抑えることができ、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４の溶融ガラスＧの液面高さのレベル差Ｈを小さくして減圧脱泡処理を効果的に行うことができる。
勿論、水（Ｈ2 Ｏ）を十分に溶存した溶融ガラスＧを減圧脱泡するにあたって、減圧脱泡槽１４内の圧力を０．１気圧より低くしても、減圧脱泡処理を行うことができるが、０．１気圧より高い圧力で減圧脱泡処理をすることができるため、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４の液面の高さのレベル差Ｈを例えば１〜２ｍにすることができ、大型の減圧脱泡装置３０において従来必要であった巨大な吊り上げ設備を必要としない。
【００２７】
このように、溶融ガラスＧ内の水（Ｈ2 Ｏ）の溶存量を従来より多くすることで、溶融ガラスＧの減圧脱泡処理が優れた効果が得られるのは、以下のように説明される。
溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を流れる間に減圧脱泡される気泡には、バッチＢに起因した気泡、溶解槽２０の炉材として用いられた耐火物に起因した気泡および溶解工程で含まれる気泡がある。バッチに起因した気泡は、例えばガラス原料に不純物として含まれた炭化物や窒化物が酸化されることによって、耐火物に起因した気泡は、耐火物製炉材の表面に存在する還元状態にある炭素や窒素が酸化されることによって、また、耐火物製炉材内部の気孔であって製造段階で不可避的に存在するガスで満たされた気孔が炉材侵蝕によって炉材表面に現れ、気孔内のガスが溶融ガラスＧに放出されることによって、また、溶解工程で含まれる気泡は、溶解ガラス中に空気が巻き込まれることによってそれぞれ発生する。
【００２８】
これら気泡は、溶融ガラス内では約０．１〜０．２ｍｍ程度の小さい気泡であるものの、そのまま最終製品となった場合、視認することができ、許容範囲以上の気泡の混入は欠陥品とされ、特に窓ガラス等の透過性を問題にするガラス製品では気泡の混入は許されない。そのため、清澄剤の作用によって気泡を成長させて浮上破泡させて気泡を除去し、さらに清澄剤で除去できない気泡を減圧脱泡槽３４内で減圧することで成長させ、この成長した気泡を溶融ガラス内から浮上、破泡させて気体を吸引して脱泡するのであるが、気泡の成長が十分でない場合や新たに減圧脱泡槽３４内で発生した気泡は減圧脱泡槽３４内で十分に脱泡されず、溶融ガラス内に気泡を混入したまま次の成形工程に送られる。
【００２９】
しかし、十分な水（Ｈ2 Ｏ）を溶存する溶融ガラスＧの場合、減圧脱泡槽３４内では、水（Ｈ2 Ｏ）は気泡となって活発に溶融ガラスＧ内を浮上し、溶融ガラスＧから気体となって上部空間３４ｓに放出されるが、この水（Ｈ2 Ｏ）の気泡の活発な浮上は、溶融ガラスＧ内の気泡の浮上を促進する。また、溶融ガラスＧ内を浮上させるには小さ過ぎる気泡に水（Ｈ2 Ｏ）が入って気泡の成長を促進して気泡の浮上を促進し、その結果短時間で溶融ガラスＧ内から気泡を脱泡することができる。
【００３０】
このように、本発明では従来の溶融方法で得られる溶融ガラスに比べて、減圧脱泡工程時における圧力を高くしても効果的に減圧脱泡することができるので、大流量の溶融ガラスを処理する大型の減圧脱泡装置の場合、溶解炉１０と減圧脱泡槽３４のの液面のレベル差Ｈを小さくして、減圧脱泡処理することができ、また、減圧脱泡工程時における圧力を一定とする場合には、溶融ガラスＧが減圧脱泡槽３４を通過する時間を短くすることができるので、減圧脱泡槽３４の長さを短くすることができ、大流量の溶融ガラスＧを処理する実用的な減圧脱泡装置を構築することが可能となる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の溶融ガラスの減圧脱泡方法の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
ガラス組成が、ＳｉＯ2 ６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ９重量％、ＭｇＯ３重量％、ＳｒＯ８重量％、ＣａＯ４重量％、Ｃｌ０．２重量％となるバッチを白金るつぼで３種類の方法によって溶解して溶融ガラスを得た。
１、公知の電気炉を用いて電気加熱する電気炉加熱法
２、天然ガスに空気を混合して燃焼する天然ガス−空気燃焼法
３、天然ガスに酸素ガスのみを混合して燃焼する天然ガス−酸素燃焼法
溶融ガラスは、１５３０℃で１時間バッチを溶解して得た。
得られた溶融ガラスに溶存するガス量は、公知のＴＧ−ＭＳ法（Ｔｈｅｒｏｍｏｇｒａｖｅｍｅｔｒｉｃ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用い、昇温加熱分析により、比較測定した。測定結果は、表１に示す。その数値は、１０００℃以上で発生するガスの総和量を、電気炉加熱法によって得られるガス総和量を１．０とした相対値で表している。なお、窒素（Ｎ2 ）ガス、二酸化硫黄（ＳＯ2 ）ガスやハロゲンガス等の水（Ｈ2 Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2 ）以外のガスは「その他」としてまとめた。
また、得られた溶融ガラスは、直ちに図３に示される減圧脱泡試験機６０内の加熱炉７４内に移され、−１０ｍｍＨｇ／分の速度で加熱炉７４内を減圧し、その際発生する気泡が５ｍｍ以上となって加熱炉７４内の白金るつぼ６２の上部にたまる時の圧力を減圧圧力と定義し、減圧圧力を求めた。すなわち、同一量の気泡を発生させるのに必要な圧力を求め、この圧力が高いほど、減圧しなくても気泡を発生させ効率よく脱泡させることができることを意味している。
ここで用いられる減圧脱泡試験機６０は、図３に示されるように、真空ポンプ６４によって減圧を可能とし、減圧圧力を測定するマノメータ６６と減圧を解除するリリースバルブ６８とを有する減圧チャンバ７０、減圧チャンバー７０内に配置され、試験の対象とされる溶融ガラスを白金るつぼ６２に収めて雰囲気温度を制御する加熱ヒータ７２を有する加熱炉７４とから構成される。
また、白金るつぼ６２内の気泡発生状況を観察するために、減圧チャンバ７０には石英ガラス窓７５が設けられ、この石英ガラス窓７５より、光源７６からミラー７８ａを介して白金るつぼ６２内の溶融ガラスに光を当て、一方ミラー７８ｂを介して溶融ガラスの気泡発生状況をＣＣＤカメラ８０に収め、画像をビデオレコーダ８２に記録し、必要に応じてビデオプリンタ８４に出力し、また、コンピュータ８６に転送して画像処理を行うことができる。
この減圧脱泡試験機６０を用いて得られる溶存ガス量と減圧圧力についてその結果を示す。
【００３２】
（実施例２）
実施例１と異なる組成のガラス（ＳｉＯ2 ６１重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ２重量％、Ｎａ2 Ｏ８重量％、Ｋ2 Ｏ７重量％、ＢａＯ９重量％、ＳｒＯ８重量％、ＣａＯ２重量％、ＺｒＯ2 ３重量％、Ｓｂ2 Ｏ3 ０．２重量％）について電気炉加熱法および天然ガス−酸素燃焼法によって溶融ガラスを得、実施例１と同様に溶存ガス量と減圧脱泡試験機６０による減圧圧力を求めた。結果を表２に示す。
（結果）
天然ガス−酸素燃焼法によって得られた溶融ガラスに溶存する水（Ｈ2 Ｏ）の量は、電気炉加熱法および天然ガス−空気燃焼法によって得られる溶融ガラス内に溶存する水（Ｈ2 Ｏ）の量に比べて実施例１および実施例２のいずれにおいても大きく、その結果、減圧脱泡試験機６０で得られる減圧圧力は大きく、高い減圧圧力でも減圧脱泡が可能であることがわかる。
また、上記実施例２の方法で得られた溶融ガラスを減圧脱泡装置３０を用いて、１トン／ｄａｙの処理速度で連続的に処理した結果、天然ガス−酸素燃焼法によって得られた溶融ガラスは０．２８〜０．３気圧の圧力下で減圧脱泡処理しても気泡はすべて脱泡でき、気泡の混入しないガラスを生産することができた。一方、従来の電気炉加熱法では、約１ｍｍ以上の気泡が１０個／ｋｇ以上残存した。
従って、本発明の効果は明らかである。
【００３５】
以上、本発明の溶融ガラスの減圧脱泡方法について詳細に説明したが、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。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、燃料を酸素含有率が９９体積％以上の酸素ガスと混合して溶解槽上部空間において燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解した溶融ガラスを減圧して脱泡することによって、減圧脱泡効果を向上させることができ、気泡の混入しないガラスの製造を容易にし、また大型の減圧脱泡装置において、従来問題となっていた減圧脱泡槽の吊り上げ高さを抑えることができ、大流量の溶融ガラスを効果的かつ実用的に減圧脱泡してガラスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する溶解炉の一例を示す概略断面図である。
【図２】 本発明を実施する溶解炉とそれに連通した減圧脱泡装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】 溶融ガラスの減圧圧力を評価する減圧脱泡試験機の概念図である。
【符号の説明】
１０ 溶解炉
１２ 燃焼バーナー用ポート
１４ バッチ投入口
１６ 原料山
１８ スロート
２０ 溶解槽
２２ 天井
３０ 減圧脱泡装置
３２ 減圧ハウジング
３２ｃ 吸引口
３４ 減圧脱泡槽
３４ｓ 上部空間
３６ 上昇管
３８ 下降管
４０ 上流案内ピット
４２ 下流案内ピット
４４ 断熱材
４６ 流路
４８ａ、４８ｂ 吸引口
５０ａ，５０ｂ バリヤ
５２ フロートバス
６０ 減圧脱泡試験機
６２ 白金るつぼ
６４ 真空ポンプ
６６ マノメータ
６８ リリースバルブ
７０ 減圧チャンバ
７２ 加熱ヒータ
７４ 加熱炉
７５ 石英ガラス窓
７６ 光源
７８ａ、７８ｂ ミラー
８０ ＣＣＤカメラ
８２ ビデオレコーダ
８４ ビデオプリンタ
８６ コンピュータ
Ｂ バッチ
Ｇ 溶融ガラス
Claims (2)
- 燃料を酸素含有率が９９体積％以上の酸素ガスと混合して溶融槽上部空間において燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解し、前記溶解槽上部空間内で、水および二酸化炭素の各ガスを溶融ガラス内に溶存するこれらの各ガス成分と平衡状態に保つ溶解工程と、この溶解工程で得られた溶融ガラスを減圧して脱泡する減圧脱泡槽と前記溶解槽との液面のレベル差を１ｍ以上、２ｍ以下とした減圧脱泡工程と、この減圧脱泡工程で得られた脱泡溶融ガラスをガラス製品に成形する成形工程とを有することを特徴とする減圧脱泡によるガラスの製造方法。
- 前記減圧脱泡工程における圧力が、０．１〜０．５気圧である請求項１に記載の減圧脱泡によるガラスの製造方法。
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