JPS5820735A - 熱融解可能な材料の液化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス溶融法、特に溶融のｍ１段階、即ちバッ
チ材料を液化状態にする段階に＠８する。

本発明は平板ガラス、容器ガラス、ガラス繊維及び珪酸
ナトリウムガラスを含めたあらゆる稙類のガラス溶融に
適用することができる。

連続的ガラス溶融法は、従来、タンク型溶融炉内に維持
された溶融ガラスのプール上に粉末状パッチ材料を入れ
、その粉末状材料が溶融ガラスのプール中に溶融して入
る迄熱エネルヤーを加えることｔ含んでいる。

従来のタンク型ガラス溶融炉は多くの欠点をもっている
。基本的な欠点はいくかの操作（全てが互に両立できる
わけではない〕を同じ室で同時に遂行しているというこ
とでめる。例えば従来の炉の齢ｖＩ室は、ガラスパッチ
ヲ液化し、パッチ粒子を溶解し、溶融物を均質化し、そ
の溶融物から気体宮Ｍ″＠を放出させることによりガラ
ス’ｋｆｆｆ化することを行うものと考えられている。

之等の檀櫨の操作は溶融器の中で同時に行われ、又ガラ
スパッチの異なった成分は異なった溶融温度をＭするた
め、溶融器中あちこちに不均質部が存在することは篤く
に当らない。

之等の不均質性をなく丁ため□、従来溶融タンクは、ガ
ラスが成形操作へ送られる前に溶融ガラス中の流れが戒
程度の均質化を受けるのに充分な滞留時間を与えるよう
に、比較的大きな体積の溶融ｉｆ　５　ｘを含んでいる
。之等のタンク型溶融器中の再循環流は、熱エネルギー
の使用を非効率的にし、大きな体積の溶融ガラスを維持
すること自体、そのような大きな室を加熱する必要性及
び、作るのに金がかかり、成る場合には耐火材料を得る
のが困難でおるそのような大きな室を作ったり維持した
りすることの必要性を含めて、種々の困難な間融を与え
る。巣に耐大物の腐食はガラス中に汚染物を導入するこ
とになり、数年で溶融器を再建設する必要がある。更に
石灰石の如きパッチの成る成分が砂よりも早く溶融分離
し、粒状物となって溶融物中に沈降する傾向があるのに
対し、シリカの如き高融点成分は溶＃ｌＩ物の表面上で
残留未溶融スカム（θｃｕｍ）を形成し易いことが知ら
れてｂる。

このパッチ成分の凝離は更に均質性の問題を深刻にして
いる。

最近、溶融法の主たる律速段階は、部分的に溶融した液
化パッチが積み重なったパッチから流れ洛ち、パッチの
下の部分ρＩ炉の熱に＠される速度であることが見出さ
れた事柄として示されている。

溶融ガラスのプール上にパッチの層を浮かす従来のやり
方は、一つにはパッチか部分的に溶融ガラス中に浸漬さ
れることにより、流れ落ちるのを助けるのに特に役立つ
わけではなり０輸射エネルギーは、溶融ガラスのプール
からの対流熱よりも、流れ落ちにかなり効果的であるこ
とも見出されているが、従来の溶融器では、パッチの一
方の側だけしか上方の輻射熱源に曝されていなり０同様
に従来の上方からの輻射加熱では、その輻射エネルギー
が溶融される材料の方へ下方へ向けられているという点
で非効率的でおる。炉の上部構造な通ってかなりの熱エ
ネルギーが浪責芒れるばかりでなく、屋根の耐火性部材
が熱劣化を受けることが、多くのガラス溶融炉の操作上
の主たる制約の原因になっている。更に、ガラスの比教
的深く再循環する部分を上から加熱するというやり万は
、本来熱的不均一性を生じ、それが成形工程へもち越さ
れ、つくり出されるガラス製品の品質に悪影響を与える
。

従来のタンク型ガラス溶融炉の問題のいくつかを解決す
るために多くの提案かなされているが、いずれの提案も
その施行に大きな困難を伴なっているため、充分受は入
られるものは未だ見出されて込ない。例えはガラスパッ
チを傾斜路状構造体上で液化し、それを下って液体が溶
融タンク中へ流れるようにすることが提案されている（
例えは米国特許第２９６，２２７号、第７０８，３０９
号、第２，５９５，１９７号、第４．０６２，６６７号
、及び第４，１１０，０９７号）。そのような傾斜路は
受ける強力な熱及びひどい腐食条件のため、入手可能な
材料をそのような所に用いると非合理的な短い寿命しか
もたないので、そのような方法は非実用的なものになっ
ている。成る場合には、そのような傾斜路の寿命を伸ば
すためそれを冷却することが提案されているか、冷却は
溶融工程から実質的普の熱を取り出すことになり、その
方法の熱効率を低下することになる。亦、傾斜路と生成
ガラス′の各単位体積との間の比較的大きな接触面積が
、ガラスによって取り込まれる汚染物の倉に関して問題
になる。更に傾斜路による方法は、輻射源から溶融パッ
チ材料への伝達が一方向のみである。

傾斜路型溶融器の変形型が米国特許第２，４５１．５８
２号に示されている。そこではガラスパッチ材料が炎中
に分散され、傾斜上に落ちるようになっている。他のそ
のような装置の場合と同様に、その特許の装置の傾斜路
はひどい腐食とガラス汚染を受ける欠点をＭする。

回転容器中でガラスを溶融する方法も従来提案されてい
るが、その場合には溶融する材料が容器の内部表面上に
多かれ少なかれ熱源を取り囲むように薄い層として散布
されている（例えは米国特許第１，８８９，５０９号、
第１，８８９，５１１号、第２，００６，９４７号、第
２，００７，７５５号、第４，０６１，４８７号及び＃
！４，１８５，９８４号）。

傾斜路の提案と同様に、従来法の回転溶融器は、厳しい
材料耐久性の問題及び生成ガラス単位体積当りの接触表
面積が望ましくない程大きい間融をもっている。回転容
器か絶縁されている具体例では、ガラス接触表面での厳
しい条件は、最も高い耐熱材料でさえも寿命が短くなる
ことを示し、生成ガラスの実質的な汚染があることを示
している。

容器の外部表面が冷却される具体例では、容器を通る熱
伝導が溶融過程から実質的量の熱エネルギーか除かれ、
それかその方法の効率に悪い影曽を与える。米国特許第
２，８３４，１５７号に示された回転溶融器装置では、
耐火物を保睦するため、溶融材料と耐火物容器との間に
冷却器が挿入されているが、そのような装置では大きな
熱損失か起きることは明らかである。米国特許＃！３，
０７７．０９４号及び第３，５１０，２８９号に示され
ているように、サイクロン型の溶融器では、容器ン静止
させたままガスによってガラスパッチ材料に回転運動が
与えられているか、サイクロン装置は上で述べた回転溶
融器の欠点を全てもっている。

成る従来技術による方法では、ガラスパッチのかたまり
の内部、か、ら外側へ溶融することにより熱エネルギー
を保存し、耐火物の接触を回避してｂる。そのような従
来法には米国特許１！　１，０８２，１９５号、第１．
＜５２１，４４６号、＃！３，１０９，０４５号、第３
，１５１．９６４号、第３，３２８，１４９号及び第３
，６８９．６７９号が含まれる。之等の提案はいずれも
電気的加熱を使用することが必要であり、パッチ材料の
初期液化は既に溶融しているガラス本体を通しての対流
又は伝導加熱に依存する。之は、輻射加熱が初期液化工
程で最も効果的であることが判明しているので不利な点
である。更に連続的方法を述べているのは列挙した特許
の最後の二つだけである。米国特許第６．６３７，３６
５号に記載された同様な装置では、予かしめ形成された
ガラスバッチのかたまりを中心から外側へ溶融するのに
燃焼熱源が用いられる一つの具体例が記載されているか
、それも亦バッチ法であり、ガラスバッチのかたまりを
溶融し・尽す前に溶融を止める必要がめる。

同じ晴受入による次の同時出願中のＩｐ＃粁出願は、従
来のタンク型溶融器で液化パッチのずれ落ちを改良する
こと罠関する：　Ｊ、、Ｔ、ハンメル（Ｈａｍｍｅｌ　
）ニヨル「ｊＪ１粍増大によるガラス溶融の改良法」と
題する１９８０年６月２日出願米国特許出願５ｅｒｉａ
１４１５５，８０２　：　ｌ−Ｐ、サボルスキー（Ｓ＋
ＬＶＯ１ｓｋｉｐ　）及びＷ、Ｗ、スブット（Ｓｃｏｔ
ｔ）による「パッチ層穿孔によるガラス溶融の改良法」
と題する１９８０年６月１６日出願の米国′特許出願５
ｅｒｉａｌ　／Ｉ６１５９，５２８　；　Ｊ、Ｊ−ハン
メル及びＪ、Ｄ。

マツケンシー（Ｍｃｋｅｎｚｉ・）による［円環体状に
パッチを形づくることによるガラス溶躯促進法」と題す
る１９８０年８月１日出願の米国特許出願５ｅｒｉａｌ
　Ａ　Ｉ　７４，４６９゜本発明ではバッチ材料を液化
する初期過程を、溶融工程の残りの部分から分け、特定
の工程の必要性に適した独特なやり方で遂行し、それに
よって液化工程がエネルギー消費及び装置規模及びコス
トをかなり経済的に縮少して行われるようにしている。

本発明の中心は、ガラスパッチ自体を支持体表面として
用い、その上でガラスバッチの液化を行わせるという概
念である。新ししパッチを既に付着していたパッチ表面
上にパッチか溶融するのと本質的に同じ速度で分布させ
ることにより液化室で定常状態を維持することができ、
それによって実質的に安定なバッチ層が一時的バッチ層
の下に維持され、液化が本質的にその一時的層に限られ
ることが判明した。即ち、一時的域の部分的に浴融した
バッチが、実質的にバッチ表面にのみ接触しながらその
表面をずれ落ち、それによって耐火物との接触による汚
染が避けられる。ガラスバッチは良好な熱絶縁体なので
、充分な厚さの安定なバッチ層を与えることは、下にお
る支持体表面が熱的劣化を受けるのを防ぐことになる。

斯様に炉の外部が腐食性溶融材料との接触から保穫され
ると同様に熱的に保ｉａ場れ、器材の条件が著しく緩和
され、炉の囲いとして軟鋼を用いることさえもできるよ
うになる。炉の建造でこのようにして達成される経済性
はかなりなものになり得る。

史に炉の囲いが安定なバッチ層の絶縁効果によって保護
されるので、支持体表面の冷却は不必要でおり、それに
よって溶融工程から有用な熱が除かれるのを避けること
ができる。

液化が行われる安定なバッチ表面は、液化ハツチが流れ
落ちるのを促進するため傾斜していてもよい。その傾斜
はガラスバッチの自然の静止角であるか、又はその角は
、予かしめ形成したバッチ層を与えるか又は回転する炉
容器の遠心力により増大するようにしてもよい。流れ落
ちる表面は、液化域から付加的溶融操作が液体に加えら
れる後の領域へ液体が自由にしたたり落ちるように、流
れに対する障害物かないのが好ましい。液化域を出る液
体は決つして完全に溶融したガラスである必要はなく、
泡を含んだ不透明な未だ溶融してない砂粒などを含有し
た液体である。しかもこの流れ落ちを液体の溶解と清澄
を完結するのに必要な付７１Ｄ的エネルイーは、従来の
タンク型溶融操作でガラスを溶融するのに必要な全エネ
ルギーの非常にわずかな部分しか占めていないことか判
明している。斯様に、本発明の比較的効率的な液化法は
、従来の溶融法の主なエネルギー消費部分に置き代るも
のである。更に流れ落ちる液体は温度及び組成が驚く程
均−であり、従って液体のどの増分も後の処理にとって
本質的（同じ必要条件をもつことが判明している。これ
により後の均質化の必要度が最も少なくなり、彼の処理
工程を、製造される製品に必要な程度迄仕上げられた溶
融ガラスへ流下液体を変えるのに特に必要な条件に正確
に合せることができる。

バッチの液化はバッチの最低温度溶融成分を溶融するこ
とによって遂行される。即ち、液体はガラスの完全溶融
に必要な温度よりかなり低い温度で液化域から流出し始
め、それによって液化域の機能がバッチ液化の単位操作
に有利に限定される。

その領域では液化嘔れたパンチの増分で１流動し始める
点に相当する温度より実質的に高い温度迄加熱されるも
のは本質的に存在しない。その結果、流体はその領域を
比較的低い均一な温度で流出し、液化域内の空腔温度も
比較的低いままに留まっている。之は液化室の建造及び
そこからの熱損失の減少にとってオリ点を有する。溶融
物の成る増分を浪費的に過熱することなく、溶融過程で
主たる工程を達成することができることは、エネルギー
の保存及びバッチに時々含まれる比較的揮発性の成る成
分（例えば硫黄及びセレニウム）の揮発か抑えられるこ
とを明白に示唆している。

本発明の好ましい具体例として、液化過程の熱的効率は
輻射熱源を実質的に取り巻いている安定なバッチ層を与
えることにより更に増大する。典型的にはバッチ表面は
回転表面を構成する（例えば円筒又は円錐台）。このよ
うにして源から放出されル輻射エネルギーはバッチに＠
接当り、広い角度に亘ってバッチは溶融される。そのよ
うな装置も酸素に富む炎のような高温熱源を効率よく使
用できるようにする。なぜならそのような源からの強い
熱線の多くは、取り巻くバッチ表面に豊かに当るからで
ある。はとんどの好ましい具体例では、熱源を囲むとい
う概念が、静止角な増大するようにバッチ表面を回転さ
せることと組み合されている。

本発明はガラス溶融炉の放出を改善するために用いられ
てもよい、多くのガラスバッチ配合物中に含まれている
硫酸塩は、ガラス炉からの望ましくない放出に着しく寄
与することか知られている。

ガラスバッチに硫酸塩を含有させる主たる目的＆末、従
来のタンク形溶融器中の初期液化工程を助けることにあ
る。しかし本発明はガラスバッチを溶融するのに特に適
用されるので、バッチ中に硫酸塩を入れなくても効率的
な液化を行わせることができることが判明して込る。従
って、本発明はバッチから硫酸塩を省略することを可能
にし、それによって生ずる放出をなく丁ことかできる。

塵の発生を制御するために従来性われているように、水
でバッチを湿潤させる必要は本発明ではないことも見出
されている。水の気化は溶融器中のエネルギーを消費す
るので、水を入れないことはエネルギー節約を改善する
。一層重要なことは、乾燥パッチを用いることができる
とは、予熱されたバッチを工程へ送ってもよいことを意
味している。もしバッチを廃ガス流からの熱回収により
予熱されれば、実質的なエネルギーの節約を得ることが
できる。本方法が予熱された乾燥粒状バッチを使用でき
るということは本発明のオリ点であるのに対し、バッチ
を予熱することによって廃熱を回収するという従来法の
提案は、凝集したバッチな使用することに通常結びつい
ている。商業的規模でバッチを凝集化するコストは潜在
的なエネルギー節約を実質的に否定することが一般的に
見出されている。

本発明によるバッチの液化は、溶融ガラスのプールを含
む従来のタンク型溶融器よりはむしろ比較的小型の容器
で行われる。大きさを小さくすることにより、実質的な
構造コストが節約される。

ガラスの大きな残留プールを不必要にすることにより、
本発明では生成物の切り換えが促進される。

本発明は次のいくつかの特別な具体例についての詳細な
記載を見ることにより一層よく理解されるであろう。

本発明の原理を取り入れた多くの具体例にっ−て記述す
るが、本発明の笑施は記述された特定の構造に限定され
るものではないことを理解すべきである。亦、本発明は
ガラスバッチを液化ｊる初期工程Ｉ／ｃ関するので、具
体例の記載は、＃ｌとんどのガラス溶融操作の初期部分
のみがどうなるかということに限られるであろう。生成
＊４Ｃ必要な場合には、本発明の液化工程は、更に溶融
し、清澄化し、調整し、ガラスを成形するための従来の
手段と一緒にして用いられてもよいことは分るでおろう
。

第１図は本発明の簡単化した型を示し、この場合液化室
は耐火性煉瓦による囲い１０Ｉ／ｃよって定められてい
る。耐火性台座１１は、囲い内の溶融ガラスプールの水
準よ７り上の所迄（又は少し下の所迄）きている。台座
１１上に支持されたガラスパッチ１３の小山は、バッチ
をゆるく堆積させたもの又は半球、円錐、ピラミッド、
四面体等の形にバッチを予かしめ成形したかたまりでも
よい。

バッチの小山１３の輪郭は、スクリュー供給器１５等か
ら囲い１０の屋根の孔１６を通して供給されたバッチ１
４の落下流によって連続的にバッチを補充することによ
り実質的に安定に維持することができる。溶融のための
熱は、第１図に示されているような燃焼バーナーでもよ
い輻射エネルギー源１７又は電気アークヒーターの如き
他の輻射源によって与えられる。この具体例では、輻射
エネルギー源はパッチ小山１３の全ての側に実質的に均
一に熱を与えるように配列されているのが好ましい。バ
ッチが液化すると、流体層１８はバッチ小山１３０表面
を降下し、ガラスプール１２中に落下する。流れ１４中
に供給されるバッチと導入熱の相対酌量な調節すること
により、定常的状態が維持され、それによってバッチ小
山１３は実質的に安定したままになっていて、液化は一
時的層及び新たに導入されたパッチ流１４に実質的に局
限される。プール１２中罠流れ落ちた部分的に溶融した
バッチは、液化室から次の室１９へ送られ、残留粒子全
ての溶ｉ＊ｖ完結し、当分野でよく知られた方法によっ
てガラスを別に処理してもよい。

第２図に示された装置では、耐火性囲い２０によって定
められた液化室は、バッチ小山２２が乗っている棚部分
２１を含む。パッチ小山は、実質的に一方向に下方へ傾
斜し、バーナー２３の如き輻射熱源に向いた表面を与え
ている。付図に示す如く、バッチ小山は粉末バッチ材料
の自然の静止角をとることがある。液化バッチ層２４は
、バッチ小山２２及び底部出口開口２６の所にある耐火
性リップ２５上を流れ落ちる。該開口を通って液体は液
化室から続く処理領域へ送られ、その領域では後の室２
８中に溶融液体２７のプールを伴なっている。パッチ自
体が絶縁体として働くので、囲いの棚部分２１のほとん
どが作られている耐火材料は、特別な耐熱性をもつ必要
はなく、それによって経済的な材料を用いることができ
る。小さなリップ領域２５の所だけはバンチ小山が比較
的薄く、溶融材料が支持耐火物に接触するので、溶融石
英又は溶融鋳造アルミナの′如き溶融ガラスとの接触に
適した耐久性のある耐火物材料を与えるのがよい。約６
鋸以上のパッチの層の下では、下にある耐火物に対する
熱的耐久性の要件は無視してもよい。第２図に示す如く
、排気燃焼ガスは煙道２９によって液化￥から逃げるよ
うにしてもよい。別法として、燃焼ガスは出口開口２６
を通って下流の室２８へ行き、その熱エネルギーをそこ
でもつと消費するようにしてもよい。安定なバッチ小山
２２と一時的液体層２４との間に実質的に固定された界
面な維持するために、パッチを連続的に溶−領域へ送る
。パッチは適当な機械的手段により溶融領域上に分布さ
せてもよく、歳は図示した如く、導入するパッチを燃焼
炎で分散させてもよい。パッチはスクリュー搬送機３０
によって液化室の内部へ伸び、バーナー２３の近くに開
口しているセラミック管３１へ送られてもよい。

第６図には第２図の具体例を変えたものが示されている
。耐火性囲諭３５は液化室を定め、そこでパッチ３６が
水平の棚ではなく急に傾斜した表面３７上に支持されて
いる。パッチ３６には、バッチ層を堅い板に予かしめ成
形することによりゆるいパッチの静止角より鋭い傾斜が
与えられている。ガラスパッチは水で湿らせであるパッ
チを成形することにより予かしめ成形されていてもよい
。バッチ層３６は耐火性リップ状片４１によって適所に
維持してもよく、そのリップ状片は、前述の種類の溶融
ガラス接触に適した材料であるのが好ましい。第３図に
例示した輻射熱源の例は、液化室へ伸びた一対の電極３
Ｂ及び３９によって生じた電気アークである。第２図又
は第６図の液化室は溶融域が拡げられるように、複数の
輻射熱源を含んでいてもよい。ゆるい／々ラッチパッチ
層３６上に付着し、液化し、液体層４０とかつて流れ落
ち、それは底部出口開口４２を通って液化室から送られ
、後の処理のため室４４内の溶融ゾール４３中に巣めら
れるようにしてもよい。ゆるいパッチはスクリュー供給
ｗ＆４５によって液化室の頂部を通る開口４６へ送られ
てもよい。第６図の具体例の溶融表面の比較的急な傾斜
は、溶融領域上に入るパッチの分布を簡単にするのと同
様、液化パッチの流下を促進する利点をもつ。成る場合
には傾斜がほとんど垂直に近いか垂直であるようにする
のが望ましい。。

第４図の具体例はバッチ層が輻射熱源を取り囲んでいる
好ましい特徴をもっている。そのような配列は輻射エネ
ルギーの一層大きな部分が生産的にパッチ材料に当る結
果を与え、バッチ層の絶縁効果を一層よく利用すること
ができるので有利である。熱源は絶縁性のバッチ層で取
り囲まれているので、耐火性材料が第４図の具体例で囲
いの側壁に用いられる必要はない。従って囲いは例示の
如く円錐台形をもち、バッチ層の内面に全体的に平行に
なっている鋼容器５０からなっていてもよい。しかしバ
ッチ層の傾斜表面は囲いの形に相当する必要はなく、囲
いは円筒状又は箱型のようなどんな型をとっていてもよ
い。セラミック耐火性材料の覆い５１が、液化容器の上
端を囲むように与えられていてもよい。パッチ５２は製
型振動供給機５３から覆い５１中の環状開口５４を通っ
て送られ、パッチが容器の上端を入ってその上縁の周り
に実質的に均一に分布されるようにしてもよい。傾斜し
た安定なバッチ層５５が液化容器の内部の側壁を裏打し
ているようになっており、それはゆるいパッチからなっ
ていてもよく、或は予かしめ成形された成形裏打であっ
てもよい。図に示した如く、熱源に面したバッチ層の表
面は、この場合には囲い５０の形と平行な円錐台状の形
をした回転面であるのが好ましい。放物面及び円筒面を
用いてもよい。しかし、中心の熱源から均一に熱を受け
とるためにバッチ層の形として回転面が好ましいが、他
の非回転面、例えば逆ビラミツに型又は四面体型のよう
なものが用いられてもよいことは分るであろう。亦バッ
チ層は、最小の厚さが希望する程度の絶縁を与えるのに
充分なものである限り、均一な厚みをもっている必要は
ないことも１められるであろう。ガラスパッチは優れた
絶縁性をもつために、最低の厚さが約５ｃｍ〜５ｃｒｎ
位である安定なバッチ層で、ひどい熱劣化から鋼製囲い
を保護するのに適切以上であることが判明している。液
化室の底の耐火性セラミック套管５６は、バッチ層５５
を適所に維持するのを助け、套管中の中心開口５７が液
化室からの出口開口を定める。バーナー５８の如き輻射
エネルヤー源が液化室内でその室中へ供給されたパッチ
を溶融するための熱を与え、一時的層５９を形成する。

一時的層５９は液体になり、出口開口５７を通って下方
へ流れる。液化パッチは後の処理のため室６１に入って
いるゾール６０中に捕捉される。液化域からの燃焼ガス
も開口５７を通過し、室６１から煙道６２を通って排出
されてもよい。別法として排気口は覆い５１を通って設
けられてもよい。

第４図は液化域の軸上に中心的に配置された一つの熱源
５８を示しているが、複数の熱源が斜めに向けて配備さ
れていてもよいことは分るであろう。

第５図に関し、そこには回転液化域を特徴とする一具体
例が示されている。熱源を溶融すべきパッチ材料で取り
囲むことにより肯い熱効率が得られ、溶融された一時的
バッチ層が容器内圧その回転により分布さ糺る。回転容
器はモーター６６１Ｃよって回転される傾斜した鋼円筒
６５からなる。

ゆるいガラスバッチがスクリュー供給器６７に！つて円
筒の開口上端へ送られてもよい。容器が加熱される前に
、パッチ６８の絶縁層が容器内に蓄積する。操作中、パ
ッチの供給速度と加熱速度とは、層６８が安定していて
新たに供給されたパッチが溶融される表面として働き、
円筒の下端へ向けて流れるように、互に均衡がとられる
ようにする＠燃焼バーナー６９の如き輻射熱源が、円筒
のどちらかの端から円筒の軸に沿った方向に向けら、れ
ている。第５図に示す如く、バーナー６９は耐火性囲い
ＴＯ中に取り付けられており、その囲いは円筒６５の下
端を閉鎖している。燃焼がスは円筒の軸方向に送られ、
円筒の上端を覆っている排出箱７１中へ上端を通って逃
げる。排気ガスは箱７１から煙突７２へ込られてもよい
。回転円筒の下端には溶融ガラスとの接触に適した耐火
性セラミックブツシュ７０がとりつけである。バーナー
囲い７０と円筒の底部内縁との間に間１１７４が、准化
バッチ７５ｖ逃がすために設けられており、その液化バ
ッチは室１７に入っている収業ゾール７６中へ落ち、そ
こで溶融物は後の処理にかけられてもよい。回転円筒の
傾斜角は、液化バッチが円筒から流出するのに望ましい
速度によって決定される。円筒はゆるいパッチが遠心力
によって内壁に対して保持されるような速度で回転すべ
きである。最小の速度は円筒の有効直径に依存するであ
ろう。推定計ｊ１．値を次に示す。

直　径　　　　　１分当りの回転 ０．５　ｍ　　　　　　　　６０ ＬＯｍ　　　　　　　　４３ ２．０　ｍ　　　　　　　　３７ 第６図に示す好ましい具体例は、ガラスバッチが中心熱
源を取り囲み、垂直軸の周りに回転する液化室を特徴と
している。この具体例の回転溶融器８０は、＠製内筒８
１と銅製床８２とからなる囲いを有する。囲いには枠８
４に固定された複数のローラー８３によって垂直の支持
が与えられている。複数の体向ローラー８５は囲いの配
列を維持する。囲いの回転は例えばローラー８３又は８
５ケモーター（図示してない）によって駆動することに
よって与えられてもよい。床８２中の中心の開口には中
心開口８７を有する溶融ガラスとノ凄触に適した耐火性
セラミックブツシュ８６がとりつけである。後に記載す
る目的のため、枠８４を支持するための適当な構造体が
備えられていてもよく、全液化構造体８０を比較的小型
にするのが好ましい。従って上部昇降機が、枠８４の上
部に固定された付属部材８８に組み合されていてもよい
。容器の上端は耐火性蓋９０によって閉されていてもよ
く、その蓋は枠により静止するように支持されていても
よい。４Ｍ９０には中心孔９１がおいていて、その孔を
通してバーナー９２或は他の輻射加熱器が挿入されても
よい。別法として複数の熱源が用いられてもよい。蓋に
は供給開口９３も設けてあり、それによってバッチがス
クリュー供給機９４等から容器の内部へ供給される。容
器を加熱する前に、バッチ９５の安定な層が、囲いを回
転しながらゆる諭ノタッチを供給することにより容器中
に形成される。ゆるいバッチは第６図に示す如く全体的
に放物線、状輪郭をとる。

ゆるい乾燥したバッチがとる形は、回転速度に次の如く
関連している。

Ｈ＝μＲ＋（２π２ω２Ｒ２）　／　ｆここで、Ｈ＝回
転軸に平行な方向のパッチ表面上の点の縄さ； Ｒ＝回転軸からその点迄の径方向の距離；μ＝摩擦係赦
； ω＝角速度； ｆ＝重力の加速度。

摩擦係数は静止角の正接としてとってもよく、真燥ガラ
スパッチの場合その角は典型的には約３５゜である。上
記式ケ、選定された回転速度に対して適切な回転容器の
大きさを選択するため、或は逆に与えられた容器に適し
た回転速度を決定するために用いてもよい。この関係は
傾斜が大きくなる程（之は一般に好ましい）速い回転速
度を必要とし、速度零ではその傾斜、は第４図の具体例
の場の如く（バッチ層を予かしめ形成しないものと仮定
して）静止角によってのみ決定されることを示している
。

加熱中、第６図の容器へ連続的にバッチを供給すること
により、安定なバッチ層の表面上に分散されて熱の作用
により一時的層９Ｔとして液化されるバッチ９６の降下
流を与えることになり、その流れは容器の底へ流れて開
口８７を通過する。

液化パッチは出口１０から液滴となって落ち、更ｉｃ処
理するため容器１００内のゾール９９中に捕集されても
よい。液化容器内の燃焼による排気ガスも開口８７な通
過し、煙道１０１を通って排出されてもよい。別法とし
て排出口を蓋９０を通してあけてもよい。

第７図及び第８図には第６図の具体例の回転溶融器と、
液化ノ々ツチの溶融を完結するだめの従来の手段と？−
緒にした組み合ぜが示されている。

残留砂粒子な溶融し、回転溶融器８０から出てきた液化
バッチを清澄化するため、縞７図に示すように従来の構
造をもつ上部加熱炉１１０が配備されている。炉は溶融
物のゾール１１１を有し、それには当分野でよく知られ
ているように、一つ以上の１ｔ１］面口１１２又は端部
口が設けてあり、そこから炎が浴ｍｌ物上へ送られ、そ
れに熱を与えるようになっている。炉は従来の入口拡大
部１１３をもっていてもよいが、そのような所にバッチ
を供給するのではなく、一つ以上のバッチ液化器から出
たものを開口１１４を通して炉へ送ってもよい。

溶融し、清澄化したガラスは炉から成形室へ調整器又は
前炉１１５によって送られてもよい。炉、１１０の機能
は主に溶融物の温度を上昇し、残留する砂粒子を溶解す
るのに光分な残留時間を与え、溶融物からガス状含有物
を放出するのに充分な滞留時間を与えることにある。之
等の機能は従来の溶融炉で遂行されていた機能のわずか
な部分を占め、従って炉１１０は同じ生産性をもつ従来
の炉の大きさの個分−かでよい。換言すれば本発明のバ
ッチ液化手段は従来の平板ガラス溶融炉の半分から２７
３に置き代ることができるものと推定され、それに相当
して構造コストを節約し、エネルギーを一層有効に使用
することができる。大規模な商業的ガラス製造操作の炉
へ液化パッチを与えるため、一つの液化容器を用いても
よいが、複数又は一層小さな装置を与えるのが一般に一
層経済的である。例えば、１日数百トン位の生産量を与
えるためには、約三つ又は四つの液化装置を用いるのが
好ましいであろう。各液化装置ｔは小型にし、営繕の必
要から一つの装置を取り外して予備の装置をその代りに
入れ、それによってガラス製造操作の休止を最小にする
ようにするのが好ましい。複数の液化装置を使用するこ
とによって、操作中の装置数を増減することによりガラ
ス製造操作の全生産量を変える経済的な手段も与えられ
る。

第８図には、上部燃焼加熱ではなく電気的加熱を用いて
、一つ以上の回転液化装置８０から出てきたものの溶融
及び清澄化を完結するための別の装置が例示されている
。電気溶融器１２０は、複数の電極１２２が挿入された
耐火性容器１２１からなり、その電極によって熱エネル
ギーがジュール熱による抵抗加熱により溶融物に与えら
れる。

一つ以上の液化装置からの液化バッチは、開口１２３を
通って電気溶融器中に入れてもよい。電気加熱器により
溶融温度を上昇させた後、溶融物の流れを液面下の通路
１２４を通して清澄域１２５へ送り、そこで溶融物から
ガス状含有物を放出させるようにする。第７図及び第８
図に示した配列では、回転液化装置８０が好ましい具体
例として例示されているが、ここに記載した他の液化装
置をその代りに用いてもよいことは理解さるべきである
。

砂、ソーダ灰及び石灰から主になる典型的なガラスバッ
チ配合物では、ソーダ灰が先ず溶融し始め、次いで石灰
が溶け、最後に砂が溶ける。物理的な溶融は化学的作用
を伴い、特に溶融アルカリが砂粒子を侵食し、シリカの
融点より低い温度でその溶解を行うことができる。この
過程の成る中間点では、反応し溶融する材料の不均質な
混合物の液相が優勢になり始め、材料が液体として流動
できるようになる。バッチが流動可能になる温度は特定
のバッチ配合に依り、特に最低融点成分の量と溶融温度
に依存するであろう。最も普通の低温溶融成分はソーダ
灰であり、之は８５１°ｄ（１５６４１？）で溶融する
。理論的には充分な量のソーダー灰を有するバッチは、
ソーダ灰溶融温度で液化してもよいはずであるが、商業
的なバッチ配合物による経験では典型的な平板ガラスバ
ッチに対する温度はいくらか高く、１０９０”０（２０
００”Ｆ）〜１１５０℃（２１００″Ｆ）であることが
示されている。之は、バッチの溶融が種種の成分の間の
複雑な一連の相互作用であるということによって説明し
てもよく、個々の成分の物理的性質が示されるわけでは
ない。存在するソーダ灰が不充分であると、溶融し九時
未溶融材料の残留物をそれ自身が含むことになるであろ
う。更に本発明は従来の溶融器の過熱の多くを回避でき
るようにするが、本発明で観察される流下温度は液化の
開始を真に表しているのではなく、液化後の少量の加熱
を含んでいてもよい。苛性ソーダ及び硼酸の如きガラス
バッチで時々用いられる他の低温溶融成分は、ソーダー
灰よりもつと低い溶融温度をもっており、流下開始剤と
して異なった挙動をすることがある。他方、平板ガラス
以外の成る種類のガラスは、溶融するのに一層高い温度
な必壺とする。１６５０℃（６００・０１Ｆ）より低い
温度で液化するバッチ配合物と共に本発明を用いるのが
好ましい。商業的に大規模に作られる多くの種類のガラ
スにとって、本発明は約８７０℃（１６００−Ｆ’）〜
１２６０℃（２り００°Ｆ）で液化室からしたたり洛ち
る液化バッチを用いて満足に操作されるものと期待でき
るであろう。

本発明では液化バッチはそれが流体状態に達するや否や
液化域からしたたり落ち、従って液化域からしたたり落
ちる流体は、特定のバッチ配合物の液化温度、典型的に
は従来の平板ガラスの場合約１１５０”（３（２１００
°Ｆ’）、に近いほとんど均一な温度を有する。熱は、
従来のガラス溶融器で得られる温度よりかなり低い液化
温度にある液化域から伝達されるので、液化容器の温度
は熱源の温度上は無関係に比較的低く維持することがで
きる。その結果、従来の溶融器に比較して器材の条件は
少なくなり、高温熱源を使用することができるようにな
る。高温熱源によって与えられる一層大きな熱線は、生
産速度を増大させるので有利である。′ｆｊ６温熱源の
例は、燃焼空気の一部又はその全部の代りとして酸素を
供給した燃焼バーナーである。酸素の使用も、燃焼ガス
の体積を減じ、それによって微細なバッチ材料が排気ガ
ス流中に乗る傾向を少りくすることができるので、本発
明にとって有利である。このことは、塵の形成を防ぐた
め水でバッチを湿潤させる従来のやり方に対して、液化
容器へ乾燥パッチゲ供給するのが好ましいやり方である
点で特に軍費である。更に空気の代りに酸素を用いるこ
とは、ガラス中に窒素含有気泡を生ずる可能性を減する
ものと考えられる。

平板ガラスの商業的製造で用いられるバッチ配合物の一
例を次に示す。

砂　　　　　　　　１０００重量部 ソーダ灰　　　　　　３１３．５ 石灰石　　　　　　　　８４ ドロマイト　　　　　　２４２ べんがら　　　　　　　　ｉｔＯ；７．５上記バッチ配
合物は大体次のようなガラスを生ずる。

８ｉ０２　　　　　　　７３．１０重Ｊｌｔ％Ｎａ２Ｏ
１３，７５％ ａａｏ　　　　　　　　　　　　　ｓ、ａ　５　％Ｍｇ
Ｏ３，８５係 Ａｌ２Ｏ３０−１０係 Ｆｅ２Ｏ３ｏ、ｉ　　Ｏ係 本発明の液化域から流出する液化バッチは、上記バッチ
配合物を用いると、主に液体（重量基準）であり、含ま
れる結晶質シリカ（即ち未溶融砂粒子）は約１５重量係
以下である。液化相は主に二珪酸ナトリウムであり、バ
ッチのはとんど全てのソーダ灰部分及びほとんどの石灰
石とドロマイトとを含んでいる。しかしその流体は極め
て泡立っており、溶融ガラスが約２−５　ｔ／ｃｍ３の
密度をもつのに対して典型的には約１．９　ｆ／ａｎ”
位の密度しかもたない。

その液体を完全に溶融したガラスに変えるため付加的な
エネルギーを・それに賦与しなければならないが、全エ
ネルギー消費の主たる部分は、バッチ液化工程で消費さ
れること、及び本方法のその工程部分は従来のタンク型
溶融器に比較して本発明の液化法により実質的に一層効
率よく遂行されるものと推定される。ガラスを完全に溶
融するために必要な全エネルギーに対して理論的に誘導
される値は、生成されるガラスの重量について０．７　
Ｘ　１０’　Ｋｅａｌ／ｌ　（２，５Ｘ　Ｉ　Ｑ’　Ｂ
ＴＵ／ｌ　）である。本発明の液化域を出る材料の溶融
を完了するためには理論的に０．１　Ｘ　１０’　ＫＣ
ａｌ／ｌ　（０，５６Ｘｌ　０６ＢＴＵ／ｌ　）即ち、
全理論的エネルギー必要量の約１４幅が必要であること
が計算されている。

現時点での技術水準の効率で操作される従来の上部加熱
型タンク溶融炉では、全エネルギー消費量は生ｂｙする
ガラスの重量につき、典型的には約１．７５　Ｘ　１０
’　Ｋｃａｌ／ｌ　（６，２５Ｘ　１０’　ＢＴＵ／ｌ
　）であることが判明している。一方、本発明の液化法
は典型的には約１．２６　Ｘ　１０６Ｋｃａｌ／ｌ　（
４，５Ｘ１Ｑ６　ＢＴυ／１　）の消費をすることが判
明している。

従って、本発明により行われる液化工程は、従来の浴融
器で必要なエネルギーの約７２俤を消費しなから浴融の
約８６％を達成していることが分る。

本発明の全工不ルイー効本は液化バッチの溶融を完全に
するために用いられる特定の方法の効率忙依存するであ
ろう。しかしもし後の工程の効率が従来のタンク型溶融
器の効率以下であれば、本発明によりガラスを溶融する
ための全エネルギー消費は、約１．５　Ｘ　１０’　Ｋ
ｃａｌ／ｌ　（５，４Ｘ　１０’ＢＴＵ／ｌ　）即ち、
従来の溶融法で用いられるエネルヤー童の約８６係忙な
るであろう。実際、本発明のバッチ液化と一緒にして用
いられた後の処理工程のエネルギー効率は、従来の溶融
法よりも一層よくなるものと考えられている。なぜなら
残留砂粒子を溶融し、溶融物からガス状包含物を除去す
る特別の仕事に対して特に適用される条件を与えればよ
いからである。更に、従来の溶融法に対して上で用いた
エネルギー消費の数字は、排気ガスからの熱回収を含ん
でいるのに対し、本発明の液化工程に対する数字は含ん
でいないからである。従って本発明の方法と従来の熱回
収手段とを用いれば、そのエネルギー必要量は更に低く
なると予想することができる。

１１１ｇ６図の具体例のパイロット規模の試みでは、４
６ｍ（１８ｉｎ）の高さで６４ｃＩｎ（２５，２５１ｎ
）の内径をもつ鋼製円筒ドラム１８を用いた。そのドラ
ムの内壁を覆うゆるいバッチの安定な層を形成するのに
最適なＶラム回転速度は、４２〜４８回転／分の範囲に
あることが分った。底部出口開口は２０ｃｍ（８ｔｎ）
の直径をもっていた。バーナーは天然ガスと酸素とｔ化
学量論的比率で燃焼させ、生成した液化パッチの重量に
ついて１．２×１０’　Ｋｃａ：Ｌ／ｌ　（４，５Ｘ　
１０’　ＢＴＵ７ｔ）の熱を消費した。得られた最大生
産速度は液化バッチの重量について２．８　ｔ／日であ
った。

当業者には明白なように、他の種々の修正、変更を本発
明の範囲から離れることなく加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱源によって取り囲まれた高くなったバッチ
の堆積物を特徴とする本発明の第一の具体例の垂直断面
図である。 第２図は傾斜したパッチ表面を特徴とする本発明の第二
の具体例の垂直断面図である。 第３図は密になった鋭く傾斜したパッチ表面を特徴とす
る本発明の第三の具体例の垂直断面図である。 第４図は熱源を取り巻く円錐台状パッチ表面を特徴とす
る本発明の第四の具体例の垂直断面図である。 第５図は傾斜した回転炉が円筒状パッチ表面を与える本
発明の第五の具体例の垂直断面図である。 第６図は垂直回転軸の周りに回転するドラムが、熱源の
周りの回転放物面であるパッチ表面を与える本発明の好
ましい具体例の垂直断面図である。 第７図は、第６図の具体例のバッチ液化器と共に操作す
るのに用いられる燃焼溶融炉を概略的に表す垂直断面図
である。 第８図は、第６図の具体例のバッチ液化器と共に操作す
るのに用いられる電気溶融炉を概略的に表す垂直断面図
である。 １１・・・台座、１３．２２．３６．６８．９６・・・
堆積したパッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　ガラスバッチを液化する方法において、液化
   域中で堅固な支持体に乗せたガラスパッチの安定なかた
   まりを与え、然もそのガラスパッチの安定なかたまりの
   表面がその縁の万へ下へ傾斜するようにしてあり、その
   癲斜した表面へ一時的ガラスバッチ層を付着させ、液化
   域に熱を与えて該一時的バッチ層を溶融流体にし、その
   溶融流体が該安定なパッチのかた１りの傾斜した表面を
   流下して該縁を越えて該液化域から出るようにし、そし
   てパッチの安定なかたまりの体に’ｌ実質的に一定に維
   持するのに充分な速度で史にガラスパッチを該傾斜した
   表面へ供給することによって一時的ガラスバッチ層を連
   続的に補充する諸工程からなるガラスパッチ液化法。 （２）熱が輻射エネルギー源によって液化域へ与えられ
   、パッチの安定なかたまりの少なくとも一部が輻射エネ
   ルギー源を取り囲んでいる前記第１項に記載の方法。 （３）ハツチの安定なかたまりが金ＪＩＩｇ答器によっ
   て支えられ、そのパッチの安定なかたまりが液体域内の
   熱からその金属容器を熱的に保護するのに充分な厚さを
   維持している前記第２項に記載の方法。 （４）　　パッチの安定なかたまりの傾斜した表面が回
   転面である前記第２項に記載の方法。 （５）金属容器とパッチの安定なかたまりを輻射エネル
   ギー源の周りで回転させる前記第３項又は第４項に記載
   の方法。 （６）金属容器が傾斜した円筒状管で、その管の軸の周
   りに回転するようになっている前記第５項に記載の方法
   。 （７）　　金属容器が円筒状又は円錐状ドラムからなり
   、その軸が実質的に垂直になっている前記第５項に記載
   の方法。 （８）　　パッチの安定なかたまりが少なくとも６ｃＩ
   ＩＬ厚の層である前記第３項に記載の方法。 （９）ハツチの安定なかたまりが、パッチを自然に静置
   した角より大きな角度で傾斜している前記第１虫に記載
   の方法。 Ｑｌ　　熱が酸素に富む燃焼炎により与えられる前記第
   １項に記載の方法。 ０１）バッチが本質的に硫黄を含まない前記第１項に記
   載の方法。 ａり　　一時的層に供給されたバッチが乾燥している前
   記第１項に記載の方法。 （１３１一時的バッチ層の補充が、一時的バッチ層の表
   面の実質的に全ての部分へバッチを分布させることから
   なる前記第１項に記載の方法。 ０４）一時的バッチ層の補充が、傾斜した一時的バッチ
   層の上部へバッチの流れを付層させ、それによって付着
   したバッチの各部分が一時的パッチ層の下方部分上へ流
   れ落ちるようにすることによって行われる前記第１６項
   に記載の方法。 Ｑ５１　一時的バッチ層の補光、府、バッチの流れをガ
   ス流によって一時的バッチ層上へ分散させることからな
   る前記第１３項に記載の方法。 αＱ　ガス流が燃焼炎を有する前記第１５項に記載の方
   法。 ａη　液化域から流れ出る溶融液体が未溶融バッチ材料
   の実質的部分を含む前記第１項に記載の方ム囲　液化域
   から流出する溶融流体を次に付加的熱的エネルギーに当
   て、バッチ材料の完全溶融を行わせる前記第１７項に記
   載の方法。 Ｑｌ　　安定なバッチのかたまりの周期的なわずかな侵
   食が起き、追加のバッチを供給する速度を制御すること
   によって、安定なバッチのかたまりと一時的パッチ層と
   の間に実質的に一定の界面を維持するようにする前記第
   １項に記載の方法。 （２Ｕｌ安定なバッチのかたまりの侵食でとられた材料
   が、液化域から送られる溶融流体中に、その組成に実質
   的に影響を与えることなく乗せられる前記第１９項に記
   載の方法。 ■υ　ガラスバッチを、そのガラスパッチと実質的に同
   じ組成を有する支持体表面上に供給し、該支持体表面上
   のガラスパッチを輻射エネルギーに当て、ガラスパッチ
   を溶融した流動可能な混合物にし、その流動可能混合物
   を該支持体表面からしたたり落し、バッチ供給速度を、
   支持体表面が実質的に静的に維持されるように制御する
   ことにより、ガラスパッチを液体にする工程からなるガ
   ラス溶融法。 ＠　支持体表面が傾斜している前記第２１項に記載の方
   法。 （ハ）支持体表面か凹状回転表面である前記第２２項に
   記載の方法。 （至）支持体表面を回転させる前記第２６項に記載の方
   法。 し均　支持体表面からしたたり落ちる流動可能流体が未
   溶融バッチの粒子を含む前記第２１項に記載の方法。 西　ガラスパッチの本体を囲いの中で加熱し、そのバッ
   チ本体の表面部分を、バッチの成る取分か浴融し始めて
   表面部分が未溶融バッチ粒子を含む流動可能流体へ変る
   温度へ加熱し、その温度が２６００°Ｆ’に超える前に
   囲いから流体をしたたり落し、そして囲い内の該バッチ
   本体へｌ々ラッチ添加して、囲い内の熱へ曝されたバッ
   チの表面積を実質的に一定に保つようにする諸工程から
   なるガラス溶融法。 （２７）　　流動可能流体中の溶融成分が、ソーダ灰、
   苛性ソーダ、又は硼酸を含む前記第２６項に記載の方法
   。 （２樽　　流動可能流体中の未溶融粒子か砂粒子を含む
   前記８ｇ２７項に記載の方法０ し坤　バッチ本体が輻射熱源に回いた傾斜した表面を肩
   する前記第２６項に記載の方法。 （至））バッチ本体へバッチを追加することが、傾斜し
   た表面へバッチを付着させることからなる前記第２９項
   に記載の方法。 ６υ　バッチが平板ガラスバッチである前記第１項、第
   ２１項又は第２６項のいずれかに記載の方法。