JPS5839777B2 - 溶融ガラスの製造方法およびそのための溶融炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融ガラスの製造方法およびこれに用いるガ
ラス溶融炉、特にプレートガラス製造用の溶解炉に関す
るものである。

この種の既知の溶融炉は、主として２つの部分、即ち、
溶解（ｍｅｔｉｎｇ ）および清澄（ｒｅｆｉｎｉｎｇ
）のための高温上流領域と１．ガラス調整 （ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ）のための低温下流領域
とを本質的に含んでいる。

この高温上流領域で、ガラス組成物を形成する原料が導
入され、バーナ等の加熱装置で溶解され、さらには清澄
される。

この溶解及び清澄領域は単に溶解領域とも称される。

また、前記低温下流領域では、ガラスの温度がここから
ガラスを取り出して次の製造工程（通常は作業（ｗｏｒ
ｋｉｎｇ ）部）へ送られるのに適当な、均一な温度に
下げられる。

この領域は調整領域として知られている。

即ち、ガラスは溶解、清澄、調整、作業の各領域を順に
通過する。

温度差が原因で炉内に対流が発生し、また炉からガラス
を取り出すので、ガラスは多かれ少なかれかきまぜ作用
を受ける。

特に、調整領域には、ガラス浴の高さの上側約３分の１
を占め下流方向に移動する流れ（前方流）と、浴の高さ
の下側３分の２を占める後方流とが形成される。

調整領域に横切らせて適当な位置に浮遊形または固定形
の機械的または熱的障壁を配置し、この障壁をはＸ炉の
幅全体に亘って延在させ、ガラス浴を２区域に分離し、
特にガラスの流れを表面で停止させ、低温のガラスを取
り出すことが知られている。

さらに、ガラスの流れを浴の所定深さの位置に設けた開
口に通過させること、また前方流を攪拌器で混合し、こ
の前方流を壁によって後方流から機械的に分離してガラ
スのこれら２つの流れが互に混り合うのを防止すること
も既知である。

この方法は、上流と下流とを分離する壁が著しく腐食さ
れ、また溶融ガラス浴内で修復を行うのが困難なので、
実施するのが困難である。

本発明者らは、炉の幅の中央部分のみに作用する障壁の
作用によって、前方流のある所定流れ部分を反転させて
これらをその下側の後方流により吸収するとともに溶解
領域に向けて導びき、この際側方の流れに炉から所望排
出速度のガラスを供給するのに十分な幅に亘って自由な
通路を与え得るようにすることによって、ガラスの品質
を改善できることを見出した。

本発明の方法によれば、炉内で溶融ガラスを製造するに
あたり、ガラス成分を溶解領域で溶解及び清澄し、溶融
ガラスを隣接する調整領域を経て流し、ガラスの上表面
に隣接するガラスの前方流を融解領域から調整領域への
向きに流すとともに、この前方流の下側のガラスの後方
流を反対方向に流し、上記前方流の中央部分を転換させ
てこの部分が上記後方流により捕捉され溶解領域の方へ
戻されるようにし、上記中央部分に隣接する前方流の側
方部分を転換することなく流れ続げさせる。

本発明の溶解炉は、溶解領域および調整領域を具え、こ
の炉にガラスの上方の前方流の中央部分のみを転換して
この部分を前方流の下側のガラスの後方流中に捕捉し得
るようにするための障壁（ブーム又はバリヤー）を配置
し、該障壁をガラスが炉内の平常レベルに存在する場合
に溶融ガラスの上方部分中に延在する懸垂された素子を
もって構成する。

障壁のガラスの流れ方向における位置は重要である。

実際上、溶解によりガラス粒子のある程度の失透が低温
の素子と接触した障壁の下側で生じる可能性があり、ま
た浴の下流部分の温度は、結晶粒子が炉から出るより前
にこれら粒子をがこむガラス材料中で完全に再溶解する
期間を得るのに十分なものとすることが望ましい。

他方、障壁に隣接するガラスの粘度は重要な役割を果す
。

この障壁の流体力学的作用が最大の効果を発揮し得るよ
うにするためには、この粘度が１０２°５ポイズの値を
越えないようにする必要がある。

従って、本発明に係わる障壁の効率は、工業ガラスに通
常使用される組成物について、ガラスの温度が１３００
℃より実質的に低くない場合に特に良好である。

この結果、障壁を高温の溶解領域から遠くないところに
配置することができるが、このことは浴のこの部分の温
度が高いので実現が困難である。

障壁は炉の幅の中間部分に、原則として軸対称に配置す
る。

しかし、最良の位置は実験的に決定する必要がある。

前方流の側方流れまたは後方流に間接的作用が生じるの
を防止するために、障壁を炉の天井を横断する部材によ
って懸垂された素子をもって構成するのが好適である。

障壁が炉を横切る長さは炉内の位置に依存し、流れを転
換するのが望ましい流れ幅に一致する。

本発明においては、障壁の幅を浴の幅の１／４〜２／３
、好ましくは１７２〜１／３とする。

障壁の深さおよび所望に応じて温度を適当に制御して、
前方流の所望の流れ部分を障壁素子に対し直角に反転さ
せて後方流により捕捉されるようにすることができる。

必要な浸漬深さは浴中のガラスの高さの１１５〜１／２
である。

障壁の中間部分をその端部より深く位置させることがで
き、従って炉の横断面で見て障壁の下方輪郭を凸状とす
ることができる。

障壁を同時に不連続な障害物として作用する各別の素子
よりなり、これら素子をかこむガラス材料に熱作用を与
える障壁とすれば、本発明の工程の制御を容易にするこ
とができ、この場合、最高の効率を得るように上記素子
の数を選択するとともにその位置および／または温度を
各別に制御することが可能である。

これらの素子を並置された配向自在なループの形状を有
する冷却管によって形成するのが有利である。

さらに、ピンを回転させることによって、ガラスノ流れ
に対して転換作用のほかに混合作用を重復させることが
できる。

この補助的混合作用は、炉を最高能力に近い流出量で運
転する場合に有効である。

またこのことにより、着色ガラスの製造時にある色から
他の色へ移す際の時間の著しい増大を軽減することがで
き、さらに出発材料の組成物中の同質性について著しい
差が存在する場合に炉内に生じる不均質性を極めて効率
的に制御するのを補助することができる。

次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す本発明の溶解炉は２つの主要領域：溶融領
域１および調整領域２を具える。

この炉に出発材料を区域３の位置で供給し、また炉内の
溶融ガラス浴からガラスを流出路４を経て流出させる。

炉内の表面前方流の中央流れ位置に障壁５を配置する。

障壁の幅が浴の幅の約２１５となるようにして、前方流
の側方流れ６が排出の行われる流出路４に向って連続し
た通路を流れ得るようにする。

第２図に示すように、障壁５を溶融ガラス材料中に還流
７のはＸ上限位置まで延在させる。

第３図に示す炉の横方向断面図において、障壁を支持材
９で支持した複数個の素子８によって形成し、上記支持
材９を水ジヤケツト装置１０で冷却して、支持材が炉の
雰囲気内で高温にさらされて腐食するのを防止する。

障壁の他の例として示す第４図の装置は、ステンレス鋼
管を螺旋状に巻いて製造した懸垂形蛇状管１１であり、
この鋼管内に水または他の冷却流体を循環させる。

この蛇状管１１を、下流を包含するガラス浴の上方部分
に浸漬する。

蛇状管の作用は、その付近のガラスの粘度を増大し、前
方流の低温領域に到達した部分の流れが浴の下方部分に
向って配向されて後方流に捕捉されるようにすることに
ある。

第５図および第６図に示す不連続な障壁は、水の循環に
より冷却される金属管１２をループ１３の形状に配置し
た組立体によって形成する。

これらループは主としてその熱作用によってガラスに作
用する。

各ループはその面内である量のガラスを冷却し、これと
隣接ループで冷却されるガラス部分とがオーバーラツプ
して、はど連続的な障壁を形成する。

各ループはその向きを各別に調節することができる。

従って、各ループを炉の横断面に対して傾斜させること
ができ、（第６図参照）傾斜角を各ループ毎に相違させ
ることもできる。

このようにすれば障壁の有効厚さは、ループがすべて同
一平面内にある場合より大きくなり、またこの障壁はそ
れぞれの作用がオーバーラツプする一連のシャッタとし
て作用する。

第６図の矢印によって、前方流の側方流れ１４がその軌
道に正しく沿って流れて流出口に達し、他方、障壁に衝
突する流れ１５が反転させられ、下方の後方流に吸収さ
れる状態を示す。

ループはその高さを調節することもできる。

このことによって障壁の形状をもつとも適切な形状にす
ることができる。

特に、障壁の端部の方に位置するループを中央ループと
比較して溶融ガラス材料中に浅く侵入させることができ
る。

このようにすれば、障壁の作用が炉の中央領域で一層深
くまで波及し、端部では弱くなる。

第７図に示す障壁は、炉の天井に横切らせて懸垂した泡
立器１６によって形成した主として熱の障壁である。

溶融ガラス材料を均質化するのに泡立器を使用する技術
自体は既知である。

この技術では、管を普通炉の底部付近に配置し、ガラス
材料中に連続的に泡を吹込み、これにより泡の通過する
部分のガラスを混合する。

本発明の例では、泡を射出する空気またはガス供給管を
それぞれ前方流および後方流の境界付近に延在させ、泡
の射出を所望の障壁領域の幅に等しい幅内で行う。

泡の射出速度を十分に高くして、障壁領域で前方流を反
転させるとともにこれを後方流により捕捉し得るように
し、このような作用の大部分がこの障害物自体によって
行われないようにする必要がある。

この方法＆Ｘ、能力限界で運転する溶解炉でガラスを製
造するのに特に有利である。

この場合、浴の幾何学的形状、流出速度および熱発生の
対流に従って浴内に生じる流体力学的機構が最良の品質
のガラスを保証する最適の機構から簡単にはずれる。

従って、前方流の中央流れを適当に修正することが必要
となり、障壁を介在させて通路を変形し、一層物質なガ
ラスを製造し得るような一層均衡のとれた機構を再び確
立することが必要となる。

このような観点から、それぞれ各別に高さ、温度および
方向が調節できる素子よりなる不連続な障壁であれば、
もつとも有利な配置を実験的に簡単に決めることが可能
である。

第８図に示す攪拌器１７は、回転ヘッド（図示せず）に
より水を供給される鋼管によって形成する。

これらをはｇ数字８の形状とする。この形状が特に効果
的であることを確めた。

しかし、矩形ループまたは他の形状とすることもできる
。

攪拌器はその回転に伴っである量のガラスを巻き込み、
この部分のガラスの粘度を冷却作用によって増大させる
。

前方流が攪拌器のまわりを流れ、従って攪拌器は障壁お
よび混合の二重の作用をなす。

攪拌器の回転速度を増加すると、この現象は強くなる。

攪拌器の数は、確立すべき障壁の幅によって決まる。

攪拌器の回転速度はＯから泡の包囲すなわち空洞現象が
現われる最高速度まで変えることができる。

ループの回転速度を、例えば約１ Ｏｒｐｍとすること
ができ、この値は周線速度３００ｍ／時に相当する。

攪拌器によるガラス材料との平均熱交換量を５０〜ｘｏ
ｏｔｈ／時、好ましくは７５ｔｈ／時とすることができ
、この値は攪拌器の直径が０．２５〜０．３０ｍである
場合に、冷却水の供給量を少くとも２５１：７分とする
ことを意味する。

攪拌器の回転方向を適当に選択して下記の効果を得るよ
うにする。

Ｌ ガラスを浴の中心（炉の軸線）の方向に向ける。

この場合、炉の半分づつで攪拌器の回転方向を同一にし
、障壁の上流側での攪拌器の端部の軌道を炉の軸線の方
へ向ける。

この例は一般にもつとも有利であり、障壁および混合の
２つの強い作用を得ることができる。

２、ガラスを炉の軸線から遠去かる方向へ向ける。

この場合、攪拌器の回転方向を上側とは反対の方向にす
る。

３、攪拌密封による混合作用を得る。

この場合、１つおきの攪拌器をそれぞれに隣接する攪拌
器とは反対の方向に回転させる（第２図）。

矩形ループに回転攪拌器を取付けた組合体を使用するこ
ともできる。

特に、中間部分に回転攪拌器を設は端部に矩形ループを
固定した障壁を構成することができる。

第８図においては、一連の攪拌器を直線状に配置し、９
００の角度位相差で同一方向に回転させている。

２個の攪拌器間の間隔を適当な値として、各攪拌器の作
用領域が隣接する攪拌器の作用領域と少くとも僅かにオ
ーバーラツプし得るようにする必要がある。

８０字形のループの形状がこの結果を得るのに好適であ
る。

第９図に溶解炉の天井１８の半部と、この天井に対する
攪拌器１７の位置を示す。

ブレードを９０°の角度だけずらし、その作用領域をオ
ーバーラツプさせる。

ブレードの上方先端をガラス４０レベルに一致させる。

ブレードの下方先端が、前方流と後方流とを分離する中
立表面より低くならないようにして、後方流に混合作用
を与えないようにする必要がある。

第１０図に攪拌器を装着および駆動する装置の配置を示
す。

攪拌器１７を２個の軸受１９で支持された軸１８に装着
する。

上記２個の軸受１９を支持部材２０に装着し、支持部材
２０をフック２１および突起２２によって炉の天井の開
口２４の長さ方向軸線に平行な梁２３に取付ける。

軸１８に円錐歯車２５を設け、この歯車２５をモータ２
７により軸２８を介して駆動される歯車２６によって駆
動する。

攪拌器の位相角を調節できるようにするために、軸２８
を適当な装置（図示せず）によって軸２９のまわりに回
転させることにより、歯合２６と歯車２５との掛合をは
ずし得るようにする。

攪拌器、その軸および支持部材２０よりなる組立体はす
べて適当な滑車装置によって持ち上げることができる。

耐火密閉部材３０および３１によって穴２４を確実に密
閉する。

攪拌器１１のブレードの上方先端をガラス浴３２０表面
と同一平面に配置する。

障壁の設計、すなわち攪拌器の数、速度および位置なら
びにその浸漬深さは炉の特性、ガラスの組成、炉内での
障壁の位置および望ましい正確な効果によって決まる。

なお、本発明の実施の態様は次の通りである。

（１） 溶融ガラスを転換の生じる領域内で混合する
特許請求の範囲１記載の方法。

（２）転換する前に混合によりガラス流をガラス流の中
央部分に向けて導びく前項記載の方法。

（３）転換される流れ部分だげに混合作用を付与する特
許請求の範囲および前記（１）、（２）項記載の方法。

（４）幅０．２５〜０．３０ｍのガラス流断面区域から
５０〜１ｏｏｔｈ／時、好ましくは７５ｔｈ／時の熱を
除去することによって転換領域内のガラスを冷却する特
許請求の範囲および（ｉ）〜（３）項記載の方法。

（５）障壁の流れに直角な方向の長さがガラス流の幅の
１／２〜１／３であり、障壁の浸漬深さがガラスの深さ
の約１／３である特許請求の範囲２記載の溶解炉。

（６）ガラス流に直角な面での障壁の下方輪郭が凸状で
ある特許請求の範囲２および前記（５）項記載の溶解炉
。

（７）障壁が不連続であり、各別の素子よりなる特許請
求の範囲２および前記（５）および（６）項記載の溶解
炉。

（８）障壁の下部が流体を供給される管よりなり、この
管に開口を穿孔して流体を泡の形態ではｇ障壁の幅に等
しい流れに直角な方向の幅に亘って放出し得るようにし
た特許請求の範囲２および前記（５）および（６）項記
載の溶解炉。

（９）障壁が冷却流体を含有する複数個の管により形成
された前記（７）項記載の溶解炉。

（１０）障壁が並置されたループ形状の冷却管状素子に
よって形成され、これら素子がそれぞれ各別に温度なら
びにガラス流に対しての方向および高さを制御すること
ができる前項記載の溶解炉。

（１１）ループが回転自在でこれによりガラスを攪拌す
るようにした前項記載の溶解炉。

（１２）ループが８の字形状を有する冷却管により形成
された前項記載の溶解炉。

０３）ループの８の字形状の面を隣接ループの面に対し
て所定角度の位相だけずらした前記（１１）および（１
２）項記載の溶解炉。

（１４）ループを群毎に反対方向に回転するよう駆動す
る前記０υ〜α３）項記載の溶解炉。

住ω 流れの中央部に関して互に反対側に配置されたル
ープ群が互に反対の回転方向に回転して障壁より上流の
ガラス流を炉の中央部に向って導びくようにした前項記
載の溶解炉。

α６）ループの回転方向がガラスを炉の中央部分から側
方部分に向って分離する傾向を有する前記０頒記載の溶
解炉。

Ｃ１７） 障壁が一列のループよりなり、ループが交
互に８の字形の回転自在ループおよび固定ループよりな
る前記（９）〜（Ｌ６）項記載の溶解炉。

０８）回転ループの周速度が２００〜４００ｍ／時であ
る前記（１０）〜（１６）項記載の溶解炉。

（１９）回転ループがそれぞれ垂直軸に装着され、該垂
直軸がモータから動力を伝動する横方向伝動軸に連結さ
れ、該伝動軸と上記垂直軸との掛合を自在にはずすこと
ができこれにより回転ループの角度位置を変換し得るよ
うにした前記０１）〜α８）項記載の溶融炉。

（４）伝動軸が垂直支持材に枢着され、伝動軸に設けた
円錐歯車と垂直軸に設けた円錐歯車とが噛合するように
した前項記載の溶解炉。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の障壁を設けた溶融炉を示す線図的平面
図、第２図は第１図の溶融炉の長さ方向の縦断面図、第
３図は溶融炉の横方向に見た炉の天井から懸垂したれん
が障壁を示す横断面図、第４図は冷却蛇状体よりなる障
壁を示す炉の横断面図、第５図は各別の素子よりなる障
壁を示す正面図、第６図は傾斜させた各別の素子よりな
る障壁およびガラス流の方向を示す平面図、第７図は泡
立器よりなる障壁を示す炉の横断面図、第８図は一列に
配置され適当な角度位相差で並置された一連の回転攪拌
器を示す正面図、第９図は第８図の攪拌器を炉の天井に
配置した状態を示す炉の一部の横断面図、および第１０
図は第８および９図の攪拌器を装着および駆動する装置
を示す線図的配置図である。 １・・・・・・溶融領域、２・・・・・・調整領域、３
・・・・・・供給部、４・・・・・・流出路、５・・・
・・・障壁、６・・・・・・前方流、７・・・・・・後
方流、８・・・・・・素子、９・・・・・・支持材、１
０・・・・・・ジャケット、１１・・・・・・蛇状管、
１２・・・・・・管、１３・・・・・・ループ、１４・
・・・・・側方流れ、１５・・・・−・中央流れ、１６
・・・・・・泡立器、１７・・・・・・８の字形攪拌器
、１８・・・・・・垂直軸、１９・・・・・・軸受、２
０・・・・・・支持部材、２１・・・・・フック、２２
・・・・・・突起、２３・・・・・・梁、２４・・・・
・・開口、２５ 、２６・・・°・・歯車、２１・・・
・・・モータ、２８・・・・・・横方向軸、２８・・・
・・・軸、３０．３１・・・・・・密閉部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内で溶融ガラスを製造するにあたり、ガラス成分
   を溶解及び清澄領域で溶解及び清澄し、溶融ガラスを溶
   解及び清澄領域に隣接する調整領域を経て流し、ガラス
   の上表面に隣接するガラスの前方流を溶解及び清澄領域
   から調整領域の方向へ流すとともに、この前方流下側の
   ガラスの後方流を反対方向に流し、上記溶解及び清澄領
   域と上記調整領域の間で、上記前方流の中央部分を下側
   方向に転換させてこの部分が上記後方流により捕捉され
   溶解及び清澄領域の方へ戻されるようにし、上記中央部
   分に隣接する前方流の側方部分を転換することなく流れ
   続げさせることを特徴とする溶融ガラスの製造方法。 ２ 溶融ガラスを製造する溶融炉において、上記溶融炉
   が加熱手段を有する溶解及び清澄領域と該溶解及び清澄
   領域より温度の低い調整領域とを有し、上記三領域の間
   の位置から前記溶融炉の中央部分に上方から懸垂された
   ブーム又はバリヤーを前記溶融炉を横切って配置し、該
   ブーム又はバリヤーは前記溶融炉幅の１／４〜２／３の
   幅を有しかつ前記溶融炉内に形成されるガラス流の深さ
   の１１５〜１／２の深さまで延在することを特徴とする
   ガラス溶融炉。