(57)【要約】【課題】エネルギ効率が良く、所望通りの良好なガラス溶解物を短時間で生成させることができ、しかも小型化できる、言い替えれば設置スペースを少なくすることができるガラス溶解炉を提供する。【解決手段】ガラス原料及び副原料からガラス溶解物を生成させるガラス溶解炉において、炉内上流部の天井壁に下向きで取付けた酸素バーナに酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給して該酸素バーナを下向きで燃焼させ、その火炎中に、ガラス原料及び副原料を気体搬送により該酸素バーナ内の流路を介し下向きで供給して溶解しつつ、その溶解物を炉内上流部の炉床壁に取付けたガス供給管から撹拌用ガスを供給して撹拌することにより均質化するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス原料及び副原料からガラス溶解物を生成させるガラス溶解炉において、炉内上流部の天井壁に酸素バーナが下向きで取付けられており、該酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されると共にガラス原料及び副原料が気体搬送により供給されるようになっていて、また炉内上流部の炉床壁にガス供給管が取付けられており、該ガス供給管から撹拌用ガスが供給されるようになっていて、該酸素バーナを下向きで燃焼させると共にガラス原料及び副原料をその火炎中に下向きで供給して溶解しつつ、該ガス供給管から撹拌用ガスを供給することにより、所要のガラス原料及び副原料を均質溶解するようにして成ることを特徴とするガラス溶解炉。
【請求項２】
炉内上流部の天井壁に下向きで取付けられた酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されると共にガラス原料及び副原料のうちで低揮発性のものが気体搬送により供給されるようになっていて、更に炉内上流部の天井壁又は側壁に原料供給管が取付けられており、該原料供給管からガラス原料及び副原料のうちで高揮発性のものが供給されるようになっていて、該酸素バーナを下向きで燃焼させると共にガラス原料及び副原料のうちで低揮発性のものをその火炎中に下向きで供給して溶解し、これと同時に炉内上流部に生成するその溶解物上に原料供給管からガラス原料及び副原料のうちで高揮発性のものを供給して溶解しつつ、ガス供給管から撹拌用ガスを供給することにより、所要のガラス原料及び副原料を均質溶解するようにした請求項１記載のガラス溶解炉。
【請求項３】
炉内上流部に他の部分よりも炉床壁を立ち上げた小プールが形成されており、該小プールを下方に臨む天井壁に酸素バーナが、また該小プールを下方に臨む天井壁又は側壁に原料供給管が、更に該小プールを形成する炉床壁にガス供給管が取付けられていて、該小プールに生成する溶解物を一時的に該小プールに貯留した後、該小プールからオーバーフローにより流出させるようにした請求項２記載のガラス溶解炉。
【請求項４】
更に炉の天井壁に小プールからオーバーフローしようとするガラス溶解物を臨んで補助酸素バーナが取付けられており、該補助酸素バーナをこれにガラス原料及び副原料を供給することなく燃焼させ、その火炎により小プールからオーバーフローしようとする溶解物を加熱するようにした請求項２又は３記載のガラス溶解炉。
【請求項５】
更に炉内上流部よりも下流側の天井壁に炉内のガラス溶解物を臨んで副酸素バーナが下向きに取付けられており、該副酸素バーナをこれにガラス原料及び副原料を供給することなく下向きで燃焼させ、その火炎により炉内のガラス溶解物を加熱するようにした請求項１〜４のいずれか一つの項記載のガラス溶解炉。
【請求項６】
酸素バーナの直下部を臨んで原料供給管が取付けられており、また該酸素バーナを直上部に臨んでガス供給管が取付けられた請求項２〜５のいずれか一つの項記載のガラス溶解炉。
【請求項７】
ガス供給管から供給される撹拌用ガスがガラス溶解炉から排出される排気ガス及び／又は該ガラス溶解炉の炉壁との熱交換により加熱されたものである請求項１〜６のいずれか一つの項記載のガラス溶解炉。
【請求項８】
ガラス原料及び副原料のうちで高揮発性のものが、分解点又は沸点が１５００℃以下であり且つ分解生成物の沸点も１５００℃以下である物質を含むものである請求項２〜７のいずれか一つの項記載のガラス溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス溶解炉に関し、更に詳しくは加熱源としてバーナを取付けたガラス溶解炉の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス原料や副原料（以下これらをガラス原料等という）からガラス溶解物を生成させるガラス溶解炉として、炉の上流部から炉内に投入したガラス原料等を、炉の側壁に取付けたバーナで溶解するようにしたものが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。しかし、これら従来のガラス溶解炉には、炉内に投入したガラス原料等をバーナの燃焼による炉内輻射を利用して溶解するようになっているため、１）バーナとして酸素バーナを燃焼させる場合であっても、エネルギ効率が悪い、２）炉内に投入するガラス原料等には融点の異なる様々なものが含まれており、これらのなかで融点の低いものは溶解が早いが、融点の高いものは溶解が遅いので、全体としての均質溶解が難しく、均質溶解にかかる時間が長い、３）炉内に生成するガラス溶解物の上部に未溶解のガラス原料等の低温物が存在するため、ガラス溶解物中に発生するガスが抜け難く、ガス抜きにかかる時間が長い、という問題がある。従来のガラス溶解炉には、エネルギ効率が悪く、所望通りの良好なガラス溶解物を生成させるのに長い時間がかかり、結果として炉が大型になってしまうという問題があるのである。
【特許文献１】特開平１１−１１９５３号公報
【特許文献２】特開平１１−１１９５４号公報
【特許文献３】特開２００５−１５２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、エネルギ効率が良く、所望通りの良好なガラス溶解物を短時間で生成させることができ、しかも小型化できる、言い替えれば設置スペースを少なくすることができるガラス溶解炉を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記の課題を解決する本発明は、ガラス原料等からガラス溶解物を生成させるガラス溶解炉において、炉内上流部の天井壁に酸素バーナが下向きで取付けられており、該酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されると共にガラス原料等が気体搬送により供給されるようになっていて、また炉内上流部の炉床壁にガス供給管が取付けられており、該ガス供給管から撹拌用ガスが供給されるようになっていて、該酸素バーナを下向きで燃焼させると共にガラス原料等をその火炎中に下向きで供給して溶解しつつ、該ガス供給管から撹拌用ガスを供給することにより、所要のガラス原料等を均質溶解するようにして成ることを特徴とするガラス溶解炉に係る。
【０００５】
本発明に係るガラス溶解炉も、従来のガラス溶解炉と同様、加熱源としてバーナを備え、ガラス原料等からガラス溶解物を生成させるようになっている。本発明に係るガラス溶解炉は、炉内上流部の天井壁に酸素バーナが下向きに取付けられている。この酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、またガラス原料等が気体搬送により供給されるようになっていて、この酸素バーナを下向きで燃焼させるときにガラス原料等をその火炎中に下向きで供給して溶解するようになっている。かかる酸素バーナそれ自体としては、公知のものを転用でき、例えば特開平８−３１２９３８号公報、特開２０００−５５３４０号公報及び特開２０００−１０３６５６号公報等に記載されているような酸素バーナを転用できる。これらの酸素バーナは、先端部におけるノズル構造が、中心部から外周部に向かい、例えば燃料供給ノズル、一次支燃ガス供給ノズル、被処理物（ガラス原料等の粉粒状物）供給ノズル及び二次支燃ガス供給ノズルのように、複数の供給ノズルが同心円状に配列されたものからなっている。
【０００６】
前記のような酸素バーナをガラス溶解炉の炉内上流部の天井壁に下向きで取付け、これに酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給して下向きで燃焼させると、火炎それ自体の温度が高くなるだけでなく、その火炎は炉内に生成するガラス溶解物の湯面をも加熱し、しかも発生する排ガス量は少なく、該排ガス中における所謂ＮＯＸ濃度も低い。かかる火炎中にガラス原料等を下向きで供給すると、該ガラス原料等は極めて短時間で溶解する。しかもこのとき、下向きで燃焼する高温の火炎中に下向きで供給したガラス原料等の水分は一気に蒸発し、ガラス原料等のうちで炭酸化合物の形態をとるものは分解してガスを放出するので、炉内に生成するガラス溶解物中のガス発生量は著しく低くなる。
【０００７】
また本発明に係るガラス溶解炉は、炉内上流部の炉床壁にガス供給管が取付けられていて、このガス供給管からは炉内上流部へ撹拌用ガスを供給するようになっている。前記したように酸素バーナを下向きで燃焼させると共にガラス原料等をその火炎中に下向きで供給して溶解しつつ、ガス供給管から炉内上流部へ撹拌用ガスを供給することにより、所要のガラス原料等を均質溶解するようになっている。
【０００８】
本発明に係るガラス溶解炉では、炉内上流部の天井壁に下向きで取付けた酸素バーナに酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給すると共にガラス原料等のうちで低揮発性のものを気体搬送により供給するようにして、この酸素バーナを下向きで燃焼させるときにガラス原料等のうちで低揮発性のものをその火炎中に下向きで供給して溶解するようにし、その一方で炉内上流部の天井壁又は側壁に原料供給管を取付け、この原料供給管からガラス原料等のうちで高揮発性のものをコンベア搬送や気体搬送等により供給するようにして、前記したように酸素バーナを下向きで燃焼させると共にガラス原料等のうちで低揮発性のものをその火炎中に下向きで供給して溶解するとき、これと同時に炉内上流部に生成するその溶解物上に原料供給管を介してガラス原料等のうちで高揮発性のものを供給して溶解するようにするのが好ましい。
【０００９】
ガラス原料等には、これを大別すると、高揮発性のもの、すなわち比較的揮発し易いものと、低揮発性のもの、すなわち比較的揮発し難いものとがある。ガラス原料等のうちで、高揮発性のものとしては、分解点又は沸点が１５００℃以下であり且つ分解生成物の沸点も１５００℃以下であるものが挙げられ、具体的には、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、無水亜砒酸、酸化アンチモン等が挙げられる。またガラス原料等のうちで、低揮発性のものとしては、前記のような高揮発性のもの以外のもので、具体的には、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、消石灰等が挙げられる。
【００１０】
ガラス原料等を高揮発性のものと低揮発性のものとに分けず、高揮発性のものも、低揮発性のものと共に、前記したように酸素バーナへ気体搬送により供給し、酸素バーナの下向きで燃焼する火炎中で溶解すると、酸素バーナの高温の火炎中で、高揮発性のものの相当部が揮発してしまい、ガラス溶解物とならないため、それを見込んで、高揮発性のものについては予め多めの量を酸素バーナへ供給することとなり、全体として歩留まりが悪くなってしまう。ガラス原料等のうちで高揮発性のものの揮発を抑え、よって全体としての歩留まりを良くするためには、前記したように、ガラス原料等のうちで低揮発性のものは気体搬送により酸素バーナへ供給し、下向きで燃焼する高温の火炎中で溶解するが、高揮発性のものは別に原料供給管から供給して溶解し、かくして別々に供給した双方の溶解物の均質化を促すため、炉床壁に取付けたガス供給管から撹拌用ガスを供給するのである。
【００１１】
本発明に係るガラス溶解炉において、前記した酸素バーナ、原料供給管及びガス供給管は、いずれも炉内上流部の炉壁に取付けられている。これらはその性質上、相互に関係する位置に取付けられていることが好ましいが、酸素バーナの直下部を臨んで原料供給管が取付けられており、また該酸素バーナを直上部に臨んでガス供給管が取付けられているのが好ましい。酸素バーナの下向きで燃焼する高温の火炎の先にガラス原料等のうちで低揮発性のものの溶解物を生成させ、その上にガラス原料等のうちで高揮発性のものを供給して溶解し、これらを直下のガス供給管から供給した撹拌用ガスにより撹拌して均質化するのである。
【００１２】
ガス供給管から供給する撹拌用ガスとしては、空気や不活性ガス、例えば窒素ガスを使用できる。かかる撹拌用ガスは、室温乃至常温のものを供給することもできるが、供給した相対的に低温の撹拌用ガスにより炉内にガラス溶解物の不都合な凝固物が生成しないようにするため、ガラス溶解炉から排出される排気ガス及び／又は該ガラス溶解炉の炉壁との熱交換により加熱されたものを供給するようにするのが好ましく、具体的には３００℃以上に加熱されたものを供給するようにするのがより好ましい。またガス供給管から供給する撹拌用ガスは、これによりガラス溶解物の撹拌を行なって均質化を促すため、ガラス溶解物中にてできるだけ大きい気泡径となるようにするのが好ましく、具体的には平均で２mm以上の気泡径となるようにするのがより好ましい。
【００１３】
本発明に係るガラス溶解炉では、炉内上流部に他の部分よりも炉床壁を立ち上げた小プールを形成するのが好ましい。小プールが形成された上流部の炉床壁は他の部分すなわち中流部や下流部の炉床壁よりも高い位置にあり、言い替えれば、平面状の天井壁から見て、小プールが形成された上流部の炉床壁は浅いところにあり、他の部分すなわち中流部や下流部の炉床壁は深いところにある。小プールはガラス溶解物を一時的に貯留するためのもので、一時的に貯留したガラス溶解物はオーバーフローにより流出させる。炉内上流部にかかる小プールを形成する場合、該小プールを下方に臨む天井壁に酸素バーナを取付け、また該小プールを下方に臨む天井壁又は側壁に原料供給管を取付けて、更に該小プールを形成する炉床壁にガス供給管を取付ける。これらの好ましい取付け位置については前記したことと同様である。小プールはガラス溶解物を一時的に貯留し、貯留したガラス溶解物をオーバーフローにより流出させるためのもので、これによりガラス原料等の均質溶解を更に促し、また生成したガラス溶解物からのガス抜きを促すことができる。
【００１４】
本発明に係るガラス溶解炉において、炉内上流部に前記したような小プールを形成する場合、炉の天井壁に小プールからオーバーフローしようとするガラス溶解物を臨んで補助酸素バーナを取付け、該補助酸素バーナをこれにガラス原料等を供給することなく燃焼させ、その火炎により小プールからオーバーフローしようとする溶解物を加熱するようにするのが好ましい。これにより生成したガラス溶解物が小プールから円滑にオーバーフローして流出するのを促すことができる。
【００１５】
炉内上流部に小プールを形成する場合も、また形成しない場合も、本発明に係るガラス溶解炉では、炉内上流部よりも下流側の天井壁に炉内のガラス溶解物を臨んで副酸素バーナを下向きで取付け、該副酸素バーナをこれにガラス原料等を供給することなく下向きで燃焼させ、その火炎により炉内のガラス溶解物を加熱するようにするのが好ましい。ガラス溶解物からのガス抜きを促すと共に、何らかの原因で前記した酸素バーナの燃焼量を絞り、その結果として炉内のガラス溶解物に対する加熱が不足することとなるときは、副酸素バーナを下向きで燃焼させて不足分を補うことができるようにするのである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るガラス溶解方法によると、ガラス原料等からガラス溶解物を生成させるに際してエネルギ効率が良く、所望通りの良好なガラス溶解物を短時間で生成させることができ、しかも小型の、言い替えれば設置スペースの少ないガラス溶解炉を用いることができるという効果がある。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明に係るガラス溶解炉を一部縦断面で略示する全体図である。図１に略示したガラス溶解炉１１は炉内上流部の天井壁に酸素バーナ２１が下向きで取付けられており、また上流部よりも下流側の天井壁に副酸素バーナ２２が下向きに取付けられていて、炉内下流部の天井壁に排気口３１が設けられている。酸素バーナ２１及び副酸素バーナ２２はシリンダ機構２４，２５を介して天井壁に取付けられており、昇降可能となっていて、それらの先端部と炉内のガラス溶解物Ａの湯面との間の距離が可変となっている。
【００１８】
酸素バーナ２１は、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル、一次支燃ガス供給ノズル、被処理物（ガラス原料等）供給ノズル、二次支燃ガス供給ノズルの順で複数の供給ノズルが同心円状に配列されたものからなっている。そして酸素バーナ２１及び副酸素バーナ２２には吸着式酸素発生装置４１から燃焼制御ユニット４２を介し酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、また燃料タンク４３から燃焼制御ユニット４２を介し燃料ガスが供給されるようになっている。更に酸素バーナ２１にはガラス原料等のうちで低揮発性のものが気体搬送で供給されるように気体搬送系５１が接続されている。気体搬送系５１の上流側にはドライヤ付きコンプレッサ５２が接続されており、その途中に原料供給系６１が接続されている。原料供給系６１は、ガラス原料等のうちで低揮発性のものを貯留するホッパ６２、ホッパ６２に接続された定量切出装置６３、定量切出装置６３に接続された振動篩６４、振動篩６４に接続された定量供給装置６５、振動篩６４で篩分けられた粗大物を破砕して振動篩６４の上流側に戻す破砕機６６を備えている。また排気口３１には排気系３２が接続されており、排気系３２には熱交換器８４、冷却塔３３、集塵装置３４、吸引ファン３５及び煙突３６がこの順で接続されている。
【００１９】
また炉内上流部の側壁に原料供給管７１が酸素バーナ２１の直下部を臨んで取付けられており、原料供給管７１には原料供給系７２が接続されている。原料供給系７２は、ガラス原料等のうちで高揮発性のものを貯留するホッパ７３、このホッパ７３に接続されたスクリューコンベア７５を備えている。
【００２０】
更に炉内上流部の炉床壁にガス供給管８１が酸素バーナ２１を直上部に臨んで取付けられており、ガス供給管８１にはガス供給系８２が接続されている。ガス供給系８２は、空気を送り込むためのファン８３、このファン８３に接続された前記の熱交換器８４を備えている。
【００２１】
以上説明した図１のガラス溶解炉１１では、炉内上流部の天井壁に下向きで取付けた酸素バーナ２１へ燃焼制御ユニット４２を介し燃料ガス及び酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給して酸素バーナ２１を下向きで燃焼させ、その火炎中に、ホッパ６２に貯留しておいたガラス原料等のうちで低揮発性のものを原料供給系６１及び気体搬送系５１を経由する気体搬送により酸素バーナ２１内の前記した被処理物供給ノズルを介し下向きで供給して溶解し、この際に発生する排ガスを排気口３１から排気系３２を介し放出すると共に、ホッパ７３に貯留しておいたガラス原料等のうちで高揮発性のものを原料供給系７２を介して原料供給管７１から酸素バーナ２１の直下部のガラス溶解物上へ供給して溶解し、またこれらに併せて、熱交換器８４で排気ガスと熱交換して加熱した空気をガス供給系８２を介しガス供給管８１から酸素バーナ２１を直上部に臨んで供給することによりガラス溶解物を撹拌して均質化している。
【００２２】
図２は本発明に係る他のガラス溶解炉を一部縦断面で且つ一部省略して略示する全体図である。ここでは説明の便宜上、図１と同じものについては図１と同じ符号にａを付けて示した。また図１と同じ構成部分については図示と説明を省略した。図２に略示したガラス溶解炉１１ａは、炉内上流部に小プール１２が形成されている。小プール１２は、上流部の炉床壁１３をそれよりも下流側の他の部分の炉床壁よりも立ち上げ、立ち上げた炉床壁１３の下流側に堰１４を立設することにより形成されている。言い替えれば、平面状の天井壁から見て、小プール１２が形成された上流部の炉床壁１３は浅いところにあり、下流側の他の部分の炉床壁は深いところにある。
【００２３】
小プール１２を直下に臨む炉内上流部の天井壁には酸素バーナ２１ａが下向きで取付けられており、また上流部よりも下流側の天井壁に副酸素バーナ２２ａが下向きで取付けられていて、更に小プール１２の堰１４をオーバーフローするガラス溶解物を臨んで補助酸素バーナ２３が取付けられ、炉内下流部の天井壁に排気口３１ａが設けられている。酸素バーナ２１ａ、副酸素バーナ２２ａ及び補助酸素バーナ２３はシリンダ機構２４ａ，２５ａ，２６を介して天井壁に取付けられており、昇降可能となっていて、それらの先端部と炉内のガラス溶解物Ｂ，Ｃの湯面との間の距離が可変となっている。
【００２４】
酸素バーナ２１ａ、副酸素バーナ２２ａ及び補助酸素バーナ２３には酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、また燃料ガスが供給されるようになっている。更に酸素バーナ２１ａにはガラス原料等のうちで低揮発性のものが気体搬送で供給されるようになっている。また炉内上流部の小プール１２を臨む側壁に原料供給管７１ａが酸素バーナ２１ａの直下部を臨んで取付けられており、原料供給管７１ａからはガラス原料等のうちで高揮発性のもが供給されるようになっている。更に炉内上流部の小プール１２を形成する炉床壁１３にガス供給管８１ａが酸素バーナ２１ａを直上部に臨んで取付けられており、ガス供給管８１ａはガラス溶解炉１１ａの側壁に密着して延設されていて、その基端部に空気を送り込むためのファン８３ａが接続されている。
【００２５】
以上説明した図２のガラス溶解炉１１ａでは、炉内上流部の小プール１２を直下に臨む天井壁に下向きで取付けた酸素バーナ２１ａへ燃料ガス及び酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給して酸素バーナ２１ａを下向きで燃焼させ、その火炎中に、ガラス原料等のうちで低揮発性のものを気体搬送により酸素バーナ２１ａ内の前記した被処理物供給ノズルを介し下向きで供給して溶解し、この際に発生する排ガスを排気口３１ａから放出すると共に、ガラス原料等のうちで高揮発性のものを原料供給管７１ａから酸素バーナ２１ａの直下部における小プール１２のガラス溶解物Ｂ上へ供給して溶解し、またこれらに併せて、ガラス溶解炉１１ａの側壁と熱交換して加熱した空気をガス供給管８１ａから酸素バーナ２１ａを直上部に臨む小プール１２のガラス溶解物Ｂ中へ供給することによりガラス溶解物Ｂを撹拌して均質化している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るガラス溶解炉を一部縦断面で略示する全体図。
【図２】本発明に係る他のガラス溶解炉を一部縦断面で且つ一部省略して略示する全体図。
【符号の説明】
【００２７】
１１，１１ａ  ガラス溶解炉
１２          小プール
１４          堰
２１，２１ａ  酸素バーナ
２２，２２ａ  副酸素バーナ
２３          補助酸素バーナ
３１，３１ａ  排気口
３２          排気系
４１          吸着式酸素発生装置
４２          燃焼制御ユニット
５１          気体搬送系
６１，７２    原料供給系
６２，７３    ホッパ
６３，７４    定量切出装置
６５          定量供給装置
７１，７１ａ  原料供給管
８１，８１ａ  ガス供給管
８３，８３ａ  ファン
８４          熱交換器
【図１】
2008285381.tif 000003
【図２】
2008285381.tif 000004