JP4821165B2 - 溶融ガラスの減圧脱泡装置、および該減圧脱泡装置を用いた溶融ガラスの清澄方法 - Google Patents
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Description
この清澄工程では、清澄剤として硫酸ナトリウム(Na2SO4)等を原料内に予め添加し、原料を溶融して得られた溶融ガラスを所定温度に一定時間貯留、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。また、大気を減圧した減圧雰囲気内に溶融ガラスを導入し、この減圧雰囲気下、連続的に流れる溶融ガラス流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させて除去し、その後減圧雰囲気から排出する減圧脱泡方法が知られている。
しかし、減圧脱泡する減圧雰囲気の圧力を必要以上に低くすると、溶融ガラス内部に新たな気泡が多数発生し、溶融ガラス表面に浮上した気泡が破泡することなく多数浮遊して泡層を形成し、この泡層の一部が溶融ガラスととも排出され、気泡を含んだ溶融ガラスとなる場合がある。また、泡層が成長すると、溶融ガラス流の液面の温度を下げて破泡を困難にし泡層を一層発達させる。その結果、減圧雰囲気の室内を破泡しない泡で一杯に満たす。そのため、この室内に一杯に満たされた泡層は、室内の天井部分に付着する不純物と接触し、最終的に溶融ガラス内にこの不純物を混入させてしまうおそれもある。そのため、減圧雰囲気の圧力を過度に低くすることは、減圧脱泡処理を効果的に行う点から好ましくない。
溶融ガラスは粘度が非常に高い流体であるため、減圧脱泡槽内における溶融ガラスの液面の高さは必ずしも一様ではない。図5に示すように、減圧脱泡槽102内における溶融ガラスGのドローダウンが原因で、溶融ガラスGの流動方向に沿って液面勾配が生じている場合がある。図5の減圧脱泡槽102では、溶融ガラスGの液面の高さtは、溶融ガラスの流動方向に対して上流側で高くなり、下流側で低くなっている。以下、本明細書において、溶融ガラスの液面勾配と言った場合、図5に示すように、溶融ガラスGの液面の高さtが上流側で高くなり、下流側で低くなっている状態を指す。
前記減圧脱泡槽は、そのガラス流路の上流側が下流側よりも高くなるように構成されていることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置(以下、「本発明の減圧脱泡装置の第1実施形態」という。)を提供する。
本発明の減圧脱泡装置の第1実施形態において、前記減圧脱泡槽は、そのガラス流路の上流側が下流側よりも高くなるように水平方向に対して傾斜していることが好ましい。
前記減圧脱泡槽の上流側を上昇させる、または前記減圧脱泡槽の下流側を下降させることにより、前記減圧脱泡槽のガラス流路を水平方向に対して傾斜させる機構を有することを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置(以下、「本発明の減圧脱泡装置の第2実施形態という。」)を提供する。
本発明の溶融ガラスの清澄方法において、前記減圧脱泡槽のガラス流路を水平方向に対して0.1〜5度傾斜させることが好ましい。
本発明の溶融ガラスの清澄方法において、前記減圧脱泡槽内における溶融ガラスの液面の高さをモニタリングし、該モニタリングの結果に基づいて、前記減圧脱泡槽のガラス流路の傾斜角度を調節してもよい。
本発明の減圧脱泡装置の第1実施形態は、減圧脱泡槽のガラス流路が、上流側が下流側よりも高くなるように傾斜した形状であるため、該ガラス流路を傾斜させるための特別な操作を行うことなしに、減圧脱泡槽内における減圧脱泡の効果を向上させることができる。
本発明の減圧脱泡装置の第2実施形態は、溶融ガラスの組成や、減圧脱泡槽内の温度若しくは圧力等に応じて、減圧脱泡槽の傾斜角度が最適になるように調節することができる。また、減圧脱泡後の溶融ガラスの気泡量や、減圧脱泡槽中の溶融ガラスの液面の状態といった、実施中の減圧脱泡処理からのフィードバックを用いて、減圧脱泡槽の傾斜角度が最適になるように調節することができる。これにより、減圧脱泡槽内における減圧脱泡効果をさらに最適化することができる。
本発明の溶融ガラスの清澄方法において、減圧脱泡槽内における溶融ガラスの高さをモニタリングして、該モニタリングの結果に基づいて、減圧脱泡槽のガラス流路の傾斜角度を調節することにより、減圧脱泡槽内における減圧脱泡効果をさらに最適化することができる。
なお、本明細書において、ガラス流路とは、減圧脱泡槽で溶融ガラスの流路をなす部分を指す。図1に示す減圧脱泡装置1の場合、中空管からなる減圧脱泡槽12の下面内側部分がガラス流路12aである。図1に示す減圧脱泡装置1では、減圧脱泡槽12の側面形状が下流方向に向けて拡径した形状をなすことにより、減圧脱泡槽12の下面、すなわち、ガラス流路12a、の上流側が下流側よりも高くなるように水平方向に対して傾斜している。
以下、本明細書において、「減圧脱泡槽のガラス流路の傾斜」と言った場合、ガラス流路の上流側が下流側よりも高くなるように、水平方向に対して傾斜していることを表す。
傾斜角度αが上記の範囲であれば、減圧脱泡槽12内において、溶融ガラスGの液面勾配が生じることがなく、減圧脱泡槽12内における減圧脱泡効果が、部位を問わず最適化される。また、減圧脱泡装置1における溶融ガラスGの流動特性に悪影響を及ぼすことがない。
また、減圧脱泡槽12の断面形状は、円形または楕円形の他、矩形、六角形、八角形等の多角形をなしていてもよい。
また、減圧脱泡槽は、溶融ガラスの流路として機能すればよく、その形状は中空管からなるものに限定されない。例えば、中空管の上部が取り去られた、断面形状が半円形等をした凹部をなすものであってもよい。
水平方向における長さ:1〜20m
内径:0.2〜3m
ガラス流路12aの高低差:10〜100mm
減圧脱泡槽が白金系の材料で構成される場合、肉厚は4mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.2mmである。
減圧ハウジング11は、金属製、例えばステンレス製であり、減圧脱泡槽12を収容可能な形状および寸法を有している。上昇管13および下降管14は、溶融ガラスの流路をなす中空管である。したがって、上昇管13および下降管14の構成材料には、耐熱性に優れた材料が用いられる。上昇管13および下降管14の構成材料としては、具体的には、減圧脱泡槽12の構成材料として例示したものを用いることができる。なお、上昇管13および下降管14の構成材料が白金系の材料である場合、一般に断面形状が円形の中空管である。一方、上昇管13および下降管14の構成材料がセラミックス系の非金属無機材料である場合、一般に断面形状が矩形の中空管である。上昇管13および下降管14の寸法は、使用する減圧脱泡装置に応じて適宜選択することができる。例えば、上昇管13および下降管14の寸法は以下のように構成することができる。
内径:0.05〜0.8m、より好ましくは0.1〜0.6m
(断面形状が矩形の中空管の場合は一辺の長さ)
長さ:0.2〜6m、より好ましくは0.4〜4m
上昇管13および下降管14が白金系の材料で構成される場合、その肉厚は0.4〜5mmであることが好ましく、より好ましくは0.8〜4mmである。
断熱材15の構成材料としては、公知の種々のレンガを用いることができる。
図2は、本発明の減圧脱泡装置の第2実施形態の構成例を示した図である。図2に示す減圧脱泡装置1′は、ガラス流路傾斜機構20を有する点以外は従来の減圧脱泡装置と同様の構成である。図2に示す減圧脱泡装置1′において、ガラス流路傾斜機構20は、減圧ハウジング11の下面側に固定され、該減圧ハウジング11を支持するスクリュージャッキ21,22と、該スクリュージャッキ21,22が固定された台座23と、で構成される。図2には、2基のスクリュージャッキ21,22が示されているが、図中スクリュージャッキ21,22の裏側に当たる位置にも2基のスクリュージャッキが設置されており、計4基のスクリュージャッキで減圧ハウジング11を支持している。
図3では、スクリュージャッキ22を縮めて減圧ハウジング11の下流側を降下されることによって、上流側の部位が下流側の部位よりも高くなるように、減圧ハウジング11を水平方向に対して傾斜させているが、減圧ハウジング11の上流側に固定されたスクリュージャッキ21を伸ばして減圧ハウジング11の上流側を上昇させることでも、上流側の部位が下流側の部位よりも高くなるように、減圧ハウジング11を水平方向に対して傾斜させることができる。
また、減圧ハウジング11を傾斜させるための機構自体も、スクリュージャッキ21,22と、台座23とに限定されない。他の例としては、油圧ジャッキ、水圧ジャッキまたは空圧ジャッキのような他のジャッキ手段を使用する方法、偏心カムを利用する方法等が挙げられる。また、スクリュージャッキを固定する位置も図2および図3に示すような、減圧ハウジングの下面側に限定されない。例えば、減圧ハウジングの上面側にスクリュージャッキを固定した吊り下げ式の構造であってもよい。
また、下降管の出口部分等で、減圧脱泡後の溶融ガラス中の気泡量を確認して、その結果に基づいて減圧脱泡槽のガラス流路の傾斜角度を調節することもできる。例えば、溶融ガラス中の気泡量が増加した場合、減圧脱泡槽内で溶融ガラスの液面勾配が生じ、減圧脱泡槽の下流側の溶融ガラス中で新たな気泡が発生していることが原因である場合も考えられる。この時、減圧脱泡槽のガラス流路を傾斜させていない場合には、ガラス流路を水平方向に対して傾斜させることによって、溶融ガラス中での気泡の発生を解消することができる。一方、ガラス流路を水平方向に対して傾斜させている場合には、ガラス流路の傾斜角度をより大きくすることで、溶融ガラス中での気泡の発生を解消することができる。
(実施例)
実施例では、図2に示す減圧脱泡装置1′を用いて溶融ガラスの減圧脱泡を実施した。減圧脱泡装置1′の各部寸法および構成材料は以下の通りであった。
減圧ハウジング11:ステンレス製
減圧脱泡槽12:白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)製
長さ:6m
内径:0.6×0.4m(楕円形状、長径が水平方向に平行になるように設置)
肉厚:1mm
上昇管13,下降管14:白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)製
長さ:3m
内径:0.3m
肉厚:1mm
スクリュージャッキ21,22を操作して、図3に示すように減圧ハウジング11を傾斜させた。傾斜角は0.4度であった(減圧ハウジング11の上流側と、下流側との高低差40mm)。
減圧ハウジングを傾斜させた状態、溶融ガラスの減圧脱泡を以下の条件で実施した。
減圧脱泡槽12内温度:1400℃
減圧脱泡槽12内圧力:180mmHg(240hPa)
溶融ガラス:無アルカリガラス、
流量:50トン/日
下降管14の出口部分で溶融ガラス中の気泡量を測定した(気泡密度をエッジライト法により測定した)。その結果、溶融ガラス中における気泡の発生量は通常よりも少なかった。
実施例で使用した減圧脱泡装置を用いて、実施例と同じ条件で溶融ガラスの減圧脱泡を実施した。但し、減圧ハウジング11は傾斜させなかった。下降管14の出口部分で溶融ガラス中の気泡量を測定したところ、通常よりも気泡量の増加が認められた。減圧ハウジング11の傾斜の有無を除くと実施例と全く同じ条件で実施していることから、比較例では、減圧脱泡槽12内で溶融ガラスの液面勾配が生じ、溶融ガラスの液面の高さが低くなった減圧脱泡槽12の下流側において、減圧脱泡の効果が過剰になり、溶融ガラス内部で新たな気泡が発生したものと推測される。
11:減圧ハウジング
12:減圧脱泡槽
12a:ガラス流路
13:上昇管
14:下降管
15:断熱材
20:ガラス流路傾斜機構
21,22:スクリュージャッキ
211:ピン受け
221:コロ受け
3:溶解槽
4:上流ピット
5:下流ピット
100:減圧脱泡装置
101:減圧ハウジング
102:減圧脱泡槽
102a:ガラス流路
103:上昇管
104:下降管
105:断熱材
300:溶解槽
400:上流ピット
500:下流ピット
Claims (6)
- 真空吸引される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスの減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この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前記減圧脱泡槽に導入する導入手段と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡後の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から導出する導出手段と、を有する溶融ガラスの減圧脱泡装置であって、
前記減圧脱泡槽は、そのガラス流路の上流側が下流側よりも高くなるように構成されていることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置。 - 前記減圧脱泡槽は、そのガラス流路の上流側が下流側よりも高くなるように水平方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 真空吸引される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスの減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この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前記減圧脱泡槽に導入する導入手段と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡後の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から導出する導出手段と、を有する溶融ガラスの減圧脱泡装置であって、
前記減圧脱泡槽の上流側を上昇させる、または前記減圧脱泡槽の下流側を下降させることにより、前記減圧脱泡槽のガラス流路を水平方向に対して傾斜させる機構を有することを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の減圧脱泡装置を用いて溶融ガラスを清澄する方法。
- 前記減圧脱泡槽のガラス流路が水平方向に対して0.1〜5度傾斜していることを特徴とする請求項4に記載の溶融ガラスを清澄する方法。
- 前記減圧脱泡槽内における溶融ガラスの液面の高さをモニタリングし、該モニタリングの結果に基づいて、前記減圧脱泡槽のガラス流路の傾斜角度を調節することを特徴とする請求項4または5に記載の溶融ガラスを清澄する方法。
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