(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス溶融炉内における溶融ガラスの槽にガス状流体を注入するためのチューブ状装置を使用するプロセスであって、
前記チューブ状装置は、前記溶融ガラスと接触する「外」壁、前記溶融ガラスに浸されている前記装置の端部まで前記ガス状流体を運ぶ軸方向に位置決めされたチューブによって形成されている「内」壁である、同心の壁の組を含み、前記内壁と前記外壁との間では、冷却剤が、一方または他方の方向に前記外壁および内壁に沿って縦方向にループ状に循環し、前記ガス状流体の前記注入端部の付近で前記循環方向が逆にされると、前記循環が前記内壁と前記外壁との間に位置決めされた「中間」壁によってもたらされ、前記ガス状流体を運ぶ前記チューブは、前記冷却剤と接触する壁を形成せず、
前記プロセスでは、十分な機械的強度を維持し、かつ前記溶融ガラスと接触する材料の腐食および浸食現象を減少させるために、前記ガラスに接触する前記壁の温度が温度限界値を超えないように前記冷却剤の前記循環が調整され、前記温度限界値は、鋼構造では約５００℃であり、好ましくは４５０℃付近であり、注入された前記ガス状流体が、蒸気、または少なくとも５０％の蒸気を含有するガス混合物であり、前記ガス状流体を運ぶ前記チューブの温度が、その全長にわたって前記ガスまたはその混合物の凝結温度Ｔ°以上であるように、前記冷却剤の前記循環が調整されていることを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
注入される蒸気の流量が最大で３．５Ｎｍ３／時に等しい、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記冷却剤が水に基づき、前記装置の出口における前記水の温度は、約５０℃以下、好ましくは４０℃付近である、請求項１又は２に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス炉内にある溶融ガラス質材にガス状流体を注入するための、特に、注入装置内で凝結するリスクのあるガス状流体を注入することを目的とした装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
具体的には、ガラス質材（フロートガラス、瓶ガラス、ガラス繊維、ガラスウールなど）の製造手順では、ガス状流体の注入は、特に炉内で溶融材料（溶融ガラス）を確実に十分に混合し（例えば米国特許第３３９７９７３号明細書、米国特許第３８５３５２４号明細書、欧州特許第２２２８３４８号明細書）、ガス形態の材料を溶融ガラスに注入し、溶融ガラスに数種のガス状流体を加えることによって、いくつかの化学平衡または反応を制御するために使用されることが非常に多い。
【０００３】
ガス状流体が溶融ガラスに入り込むと、いくつかの現象が発生し得る。最も明白な現象は、溶融ガラス内に泡が形成されることであり、それらの泡が溶融ガラス内を移動する過程で、泡のサイズが変化したり、自然展開（ｅｖｏｌｖｅ）したりすることが可能である。例えば、これらの泡の一部分は、表面に達すると溶融ガラスから脱出することがあり、別の部分は、溶融ガラス内に完全に溶解しても、または部分的にもしくは全体的に留まり得る。溶融ガラスに溶解したガスはまた、最初に形成された泡と相互作用し得るため、それらの初期の体積および化学的組成を変化させる。
【０００４】
これらの様々な現象の重要性は、多数のパラメータ、特に、装置の構造の特徴、ガス状流体を注入するためのパラメータ（一定またはパルス流量、数Ｎｍ３／時の流量は珍しくない、注入圧力、注入温度）、溶融ガラスの温度およびその粘度、密度、化学的組成などの特徴に依存する。
【０００５】
装置に対して最もよく想定される構造は、チューブ状アセンブリの形態であることが多く、そのチューブ状アセンブリを通して、ガス状流体が溶融ガラスに注入される。このチューブ状アセンブリは、溶融ガラスと接触するために、炉壁の１つを通過する。頻繁に遭遇する配置は、炉の底部（炉の炉床と呼ばれる）内において垂直位置である。この場合、装置の一方の端部は、炉の炉床の下側にあり、およびヘッドと呼ばれる他方の端部は、溶融ガラスに開口している。このヘッドは、炉床と同じ位置レベルにあるか、またはより深く溶融ガラスの塊に挿入されているかのいずれかである。溶融ガラスに装置を数十センチメートル沈めることが一般的である。例えば傾斜された非垂直的配置、またはさらには水平配置も可能である。ガス状流体は、炉の外部に配置された端部から供給され、かつガスは、ヘッドを通して溶融ガラスに注入される。
【０００６】
ヘッドと炉壁との間の装置の部分は、溶融ガラスに接触している。そのため、この部分は、１０００℃〜１５００℃の高温に、および溶融ガラスである刺激性（ｈａｒｓｈ）腐食媒体に曝される。そのような環境では、機械的におよび熱的に耐えかつ装置の腐食および浸食を防止するために、技術的に好適な構成を提供する必要がある。これには、適切な材料の選択を伴い、およびほとんどすべての場合に冷却システムを伴う。一般に使用される材料は、機械的な鋼（例えばＳＴ３７）、鋼グレード（耐熱鋼）、耐熱セラミック材料、白金またはその合金などの貴金属である。
【０００７】
材料の選択に依存して、装置を溶融ガラス内で適切な温度範囲内に維持することが望ましい。これは、一般に、装置を冷却することにより、その温度を制御することによって達成される。溶融ガラスと接触している部分が広いほど、この冷却はより効率的となるはずである。鋼製のチューブ状構成によく見られるように、特に溶接ゾーンにおいて、約５００℃未満に、好ましくは４５０℃付近に留まるように試みられている。
【０００８】
非常に一般的な１つの冷却システムは、装置内での冷却剤の強制循環によって生じる。最も一般的に使用される冷却剤は、水、油、油の混合物、シリコーン油、シリコーン油の混合物である。予想される各タイプの循環および冷却剤に関し、特に、冷却剤が、その品質および状態に悪影響を及ぼすことなく到達し得る最高温度、回路が耐える最大圧力、もたらされる流量などの動作制約がある。例えば、水に関しては、概して、装置内で約５０℃を超えないように、好ましくは４０℃付近に留まるように試みられており、冷却回路内での沈殿、堆積および目詰まりの現象を防ぐようにしている。これらの沈殿、堆積および目詰まりは、冷却回路内にホットスポットを生成することがあり、これは、水の局所的な蒸発を生じ得る。この結果、この箇所において、沈殿および目詰まりの割合、ならびに最終的にはその堆積量および硬度が増大する。この現象は、自立的であり、およびそれ自体によって加速される。時間と共に、これは局部加熱を生じて、装置が著しく損傷されたり、またはさらには破壊されたりし得る。使用される水の流量は、装置の幾何学的形状、および溶融ガラスとの接触面積、冷却回路のタイプなどに依存する。１時間当たりおよび装置当たり数千リットル程度の水の流量は、よくあることである。
【０００９】
装置の冷却の結果は、溶融ガラスに注入されることが望まれるガス状流体の温度低下である。この温度低下が大きすぎる場合、注入されたガス状流体の凝結の現象が注入装置内で起こり、かつ流体がガス状ではなく液体の形態で、溶融ガラスへ部分的にまたはさらには完全に注入されることになり得る。
【００１０】
この液体形態での注入は、概して、回避される必要がある。なぜなら、溶融ガラスと接触すると、注入流体が非常に急速に気相に戻るためである。これは、自由なサイズの大量の泡を発生させ、これは、非常の多くの場合、特に平板（フロート）ガラスの製造における完成品の欠陥の原因となる。さらに、これはまた、注入手順の不安定性につながり、圧力および流量の変動を生じ、機器内の潜在的な圧力サージをもたらす。
【００１１】
そのため、注入装置内における注入ガス状流体の凝結のこれらの現象を回避することが望ましい。この問題を解決するために、注入ガス状流体の温度が、注入動作条件（圧力、純ガスまたは様々なガスの混合物であり得る流体の特徴）によって設定されるその凝結温度を下回らないことを確実にするのが望ましい。例えば、注入ガス状流体が、蒸気、または少なくとも５０％の蒸気を含有するガス混合物である場合、温度は約１００度未満に低下しない。
【００１２】
そのため、溶融ガラス内の装置の温度を制御する必要性を考えると、その機械的強度とその腐食および浸食耐性とを保持するための装置の適切な冷却と、注入流体の温度をその凝結温度超に維持することとの間で妥協が見出される。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、ガラス炉内における溶融ガラス質材へのガス状流体の注入を可能にする一方で、冷却剤の循環が存在するにも関わらず、注入流体が装置内で確実に気相に留まるようにし、機械的強度と、溶融ガラス質材内での装置の腐食および浸食耐性とを保証する好都合な装置に関する。
【００１４】
請求項１に提示するような本発明による装置は、このタイプの装置内で使用される冷却システムに対して、注入されたガス状流体を運ぶ管を断熱するためのシステムを含むことが従来技術と異なる。この断熱システムは、ガス状流体注入管を冷却回路から分離する室で構成されている。この中空の室は、循環してもまたはしなくてもよいガス、例えば空気で満たされている。この室の幾何学的形状およびそのサイズは、望まれる断熱の程度および装置の一般的な構造に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】装置の第１の構成例を示す。
【図２】装置の第１の構成例を示す。
【図３】装置の第２の変形形態を示す。
【図４】装置の第２の変形形態を示す。
【図５】装置の第３の変形形態を示す。
【図６】装置の第３の変形形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
装置の構成および動作の例を以下に説明する。図１および図２に、第１の構成例を与える。装置は、概して、垂直に配置され、および炉の底部を通り抜ける。それを構成する材料は、一般に機械的な鋼（例えばＳＴ２７）であるが、他のグレードの鋼および／または白金ならびにその合金などの貴金属としてもよい。部分７は、溶融ガラスの外側、炉の炉床の下側に配置されている。装置のヘッドと呼ばれる部分８は、溶融ガラス槽の表面に最も近い装置の部分である。ガス状流体は、中心部分４を通って溶融ガラスに注入される。装置のヘッド８と炉の炉床との間で、装置は溶融ガラスと接触する。
【００１７】
非常に熱い溶融ガラス（１０００℃〜１５００℃）と材料とのこの接触のために、装置を冷却する必要がある。頻繁に使用される１つの方法は、装置内で冷却剤５を循環させることを含む。この流体は、例えば水である。２つの循環が可能である。図１に示すように、冷却剤が中心を通って入り、かつ外壁に沿って移動することによって再び出るか、または図２に示すように、冷却剤は、外壁に沿って移動することによって入り、かつ中心を通って装置から再び出るかのいずれかである。ガス状流体注入管を冷却回路から断熱するために、冷却回路と注入回路との間に断熱ゾーンが配置される。このゾーンは、ガス、例えば空気で満たされた断熱室６の形態を取る。この室は、実質的に装置の全長１にわたって存在する。この第１の変形形態では、この断熱室６は、装置のヘッド８の前方で終わる。冷却剤の循環に対する２つの形態は、中心注入チューブの断熱の観点から等しくない。図２の形態は、中心チューブの断熱に関してより良好な結果を与える。
【００１８】
図３および図４には、装置の第２の変形形態が提示される。動作方法および一般的特徴は、第１の変形形態と同様である。相違は、装置のヘッド８および断熱室６の形状にある。具体的には、この場合、断熱室６は装置のヘッド８まで続いており、これは先の変形形態と異なる。ここでも、冷却回路５は、２つの異なる方向に作製され得る。図３におけるように中心から外側の方へ、または図４におけるように外側から中心の方へのいずれかである。先の変形形態におけるように、これらの２つの進行方法は、中心のガス状流体注入部分４の断熱の観点から等しくない。図４の変形形態が最も効果的である。寸法３、すなわち装置のヘッド８における冷却剤チャネルの通過距離は、この変形形態では１０ｍｍ程度である。
【００１９】
図５および図６には、第３の変形形態が提示される。これは、距離３が２０〜３０ｍｍと長いことが先の変形形態と異なる。先の変形形態に関しては、冷却剤の２つの方向の循環が可能である。初めの２つの変形形態に関しては、図６の変形形態が最も効果的である。装置のヘッド８における冷却チャネル５のこの修正により、ヘッド８における流速を低下させることが可能になる。その結果、ヘッド８における冷却効率を低下させるだけでなく、出口に近い中心注入管４の断熱も改善される。この距離３を最適にするものは、装置の外殻を容認可能な温度レベルに維持する必要性と、前記ガス状流体の凝結の現象を回避するために、注入されたガス状流体の十分な温度を保持しようとする要望との妥協である。鋼の製作の場合、特に溶接ゾーンにおいて、金属部分が約５００℃の温度を超えないように試みられる。例えば、注入蒸気の場合、注入装置内でその温度を約１００℃超に維持するように試みられる。
【００２０】
提示した３つの変形形態に関し、装置の全長１、すなわち２つの端部７および８の間は、概して、１．５０ｍ付近である。中心ガス状流体注入管４の直径２は、約５〜１０ｍｍである。溶融ガラスと接触する装置の部分、すなわち装置のヘッドと炉壁との間の部分は、約０〜０．６ｍである。溶融ガラスに注入されるガス状流体４の流量は、０〜３．５Ｎｍ３／時である。注入蒸気の場合、注入温度は少なくとも１００℃である。注入圧力は、１バールと４〜５バールとの間である。
【００２１】
上述の通り、特に鋼の製作に関して、装置の冷却が必要である。冷却剤として水を使用する場合、一般的に、水の温度が確実に約５０℃を超えないようにして、無機物質の沈殿および堆積ならびに冷却回路の目詰まりの問題を回避する。これらの堆積および目詰まりは、最終的には、冷却水と装置との間の不十分な熱交換の原因となる。これらの堆積および目詰まりが停滞すると、水がさらに蒸気に変わり、沈殿率および堆積率を増大させ、さらに冷却を低下させ、そのため、現象を自立させてそれを加速させる結果となる。これは、装置の破損、冷却回路からの漏れ、溶融ガラスへの冷却水の流入、および溶融ガラスにおける欠陥の生成を引き起こし得る。概して、これらの欠陥は、泡、金属混在物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）、金属酸化物混在物などの形態を取り得る。これらの欠陥は、特に平板ガラスの生産物では許容できないため、禁止される必要があることは明らかである。冷却剤の温度のこの規制は、冷却剤の十分な流量によって実施される。冷却剤として水を使用する場合、標準的な流量は、１０００〜４０００リットル／時であり、および好ましくは２０００リットル／時付近である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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