(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス形成バッチ材料を溶融するための方法において、
屋根及びフロアに連結された上流装入ゾーン及び下流ゾーンを画成する少なくとも一つの壁を持ち、前記装入ゾーンを画成する前記少なくとも一つの壁に前記ガラス形成バッチ材料を装入するための少なくとも一つのバッチ装入器が設けられたガラス溶融装置に前記ガラス形成バッチ材料を装入する工程、
少なくとも一つの酸素−燃料バーナーを前記バッチ材料の上にある前記屋根に設ける工程、
前記少なくとも一つの酸素−燃料バーナーを作動する工程であって、燃料及びオキシダントの燃焼による火炎を前記バッチ材料の表面近くに当てて前記バッチ材料からガラス溶融体を形成する工程、
間隔が隔てられたバブラーを前記ガラス溶融装置内に設ける工程、及び
当てられている火炎の近くで、前記ガラス溶融体に溶けることができる少なくとも一つの流体でガラス溶融体に泡を発生する工程を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、少なくとも一つの前記バブラーからの水又は水蒸気で前記ガラス溶融体に泡を発生する工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、少なくとも一つの前記バブラーからの水素、硫化水素、酸素、ＳＯ2、ＳＯ3、及び高温の排気ガス又は煙道ガスのうちの少なくとも一つから選択されたガスで前記ガラス溶融体に泡を発生する工程を含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記ガラス溶融装置内の作動温度を約１２０４．４４℃（２２００°Ｆ）乃至約１４２６．６７℃（２６００°Ｆ）の範囲内に維持する工程を更に含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、ガラス形成バッチ材料表面又はその近くにおいて反応性中間種を完全に燃焼する工程を含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記酸素−燃料バーナーがバーナーブロック内に設けられており、更に、少なくとも一つの酸素−燃料バーナーの前記作動工程は、同じ酸素−燃料バーナーブロックから前記オキシダントを噴射する内部段階を提供する工程及び前記酸素−燃料バーナーブロックとは別に前記オキシダントを噴射する外部段階を提供する工程のうちの少なくとも一つの工程を含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記ガラス形成バッチ材料の表面で又は表面近くで燃焼を完了するための追加のオキシダントを提供するため、少なくとも一つの追加のオキシダント噴射装置を前記ガラス溶融装置の前記屋根内に提供する工程を更に含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記ガラス形成バッチ材料は少なくとも一つの装入器を通って前記ガラス溶融装置に進入し、前記ガラス溶融装置の屋根の前記少なくとも一つの酸素−燃料バーナーを前記少なくとも一つの装入器に隣接する未溶融の前記ガラス形成バッチ材料の上方において提供する工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記バーナーは、前記ガラス形成バッチ材料の前記表面に対して実質的に垂直に取り付けられている、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記バーナーは、前記ガラス溶融装置の前記下流ゾーンの方へ前記垂直方向から４５度以下の角度をなすように取り付けられている、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記オキシダントは、酸素濃厚空気、非純酸素、及び「工業用」純酸素からなる群から選択されたオキシダントである、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記燃料は、メタン、天然ガス、液化天然ガス、水素、プロパン、液化プロパンガス、ブタン、低ＢＴＵガス、都市ガス、発生炉ガス、オイル、灯油、ディーゼル燃料、又はこれらの混合物からなる群から選択された燃料である、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、前記ガラス形成バッチ材料は、コレット、シリカ、長石、霞石閃長岩、石灰岩、白雲岩、ソーダ灰、炭酸カリウム、硼砂、カオリン粘土、アルミナ、砒素、アンチモン、硫酸塩、硫化物、炭素、弗化物、バリウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジルコニウム酸化物、鉛酸化物、色彩形成金属酸化物、及びこれらの混合物からなる群から選択された材料である、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記ガラス形成バッチ材料は、ソーダ・ライム・シリカガラスを製造するため、シリカ、ソーダ灰、及び石灰岩を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、前記少なくとも一つの酸素−燃料バーナーを作動する前記工程は、前記少なくとも一つの酸素−燃料バーナーの下にある前記バブラーから発生した流体の泡に火炎を当てる工程を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記火炎が前記ガラス形成バッチ材料の表面に当たって接触する領域の中心に関して放射状に配置されたバブラーを提供する工程を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、溶融ガラスを前記下流ゾーンを通してガラス精製装置に供給する工程を含む、方法。
【請求項１８】
ガラス形成バッチ材料を溶融するための方法において、
ガラス溶融装置に前記ガラス形成バッチ材料を装入する工程、
燃料及びオキシダントの燃焼による火炎を前記バッチ材料の表面の近くに当てて前記バッチ材料からガラス溶融体を形成する工程、
前記当てられた火炎の近くで、前記ガラス溶融体に、前記ガラス溶融体に溶解できる少なくとも一つの流体で泡を発生する工程、及び
０．８１ｍ2（１平方フィート）の溶融面積当たり約１ｔのガラスの割合で、前記ガラス形成バッチ材料の少なくとも約９２％を溶融する工程を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記流体は、水、水蒸気、水素、硫化水素、酸素、ＳＯ2、ＳＯ3、及び高温の排気ガス又は煙道ガスのうちの少なくとも一つを含む群から選択される、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、前記ガラス溶融装置内の作動温度を約１２０４．４４℃（２２００°Ｆ）乃至約１４２６．６７℃（２６００°Ｆ）の範囲内に維持する工程を更に含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法において、反応中間体種を前記バッチ材料表面の近く、又は、その表面において完全に燃焼する工程を更に含む、方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の方法において、前記バッチ材料表面に隣接して前記火炎が当たる領域の中心に関して放射状に配置されたバブラーを提供する工程を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載の方法において、多数の火炎を当てる手段を提供する工程であって、前記ガラス溶融体に泡を発生する工程が前記多数の火炎を当てる手段の一つ以上と関連しており、前記泡が、前記多数の火炎が前記ガラス形成バッチ材料の表面又は表面近くに当たる多数の領域近くで発生する、前記多数の火炎を当てる手段を提供する工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガラス溶融器は、商業的ガラス製品の製造に適した品質レベルのガラスを製造するガラス炉と関連している。予備溶融器は、多くの商業的ガラスに対する二つの品質要件のうちの一方だけを満たすガラス炉である。二つの要件は、溶融及び精製である。溶融は、ガラス原料粒子を溶解して溶融体にし、未溶解粒子が残っていないガラスを製造することである。精製即ち精錬（当該産業では同義語として使用される）は、当該産業で一般的にぬかあわ（ｓｅｅｄ）及びふくれ（ｂｌｉｓｔｅｒｓ）と呼ばれる気泡を溶融体中からなくすことである。予備溶融器は、溶融プロセスのほとんど又は全てを完了するが精製プロセスは行わない。予備溶融器から出たガラスは、別の溶融器又は精製器を通って所要レベルの精製を完了する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス溶融炉での浸漬燃焼は、燃料及びオキシダントをガラス溶融内に溶融体の底部からこれらが燃焼して燃焼生成物が溶融体を通って上昇するように導入することである。浸漬燃焼ガラス溶融の最も独特であり且つ望ましい特徴の一つは、ガラスの製造に使用される原料を比較的高度に溶融するのに必要とされる温度が低いということである。ガラス原料を１０６５．５６℃乃至１０９３．３３℃（１９５０0 Ｆ乃至２０００0 Ｆ）の温度で９２９．０３ｃｍ2 （１平方フィート）の溶融表面積当たり２ｔの速度で溶融でき、９８％乃至９９％の溶融効率が得られる（即ち未溶融原料が１％乃至２％しか残らない）ということが示されてきた。これを多くのガラスについての１５１０℃乃至１５９３．３３℃（２７５０0 Ｆ乃至２９００0 Ｆ）の溶融温度と比較する。浸漬燃焼では、未溶融部分はシリカ（砂）粒子であり、大きさがそれらの最初の状態から小さくなる。この速度でこの温度範囲内で溶融することは、任意の他の周知の溶融技術では不可能であった。
【０００３】
この程度の溶融がこのような低温で得られる主な理由は、ガスが燃焼し、溶融体を通して泡を発生することにより溶融体内で生じる激しい混合作用による。溶融ガラス及び未溶融原料粒子との間で起こる強い剪断作用が溶融作用を大きく加速する。
【０００４】
浸漬燃焼の別の優れた特徴は、ガラスの溶融に必要な作動温度が低いため、炉の冠部（ｃｒｏｗｎ）、壁、及び底部を形成する耐火材の磨耗速度が比較的低いということである。
【０００５】
多くのガラスについての浸漬燃焼の望ましからぬ特徴及び欠点は、大量の泡がガラスに入り込んでしまうということである。これらのガスは、燃焼生成物からなり、オキシダントが空気である場合には二酸化炭素及び窒素を含み、オキシダントが高純度酸素である場合には二酸化炭素を含む。燃焼ガスの成分である水蒸気は、ほとんどがガラスに溶解する。このガラスを精製する（即ちガラスからぬかあわ及びふくれを除去する）ための追加の時間は、急速低温予備溶融の利点を無効にしてしまう。
【０００６】
浸漬燃焼の第２の望ましからぬ特徴は、泡がガラスを通って上昇する際に生じる攪拌の程度である。泡は、爆発的速度で上昇することにより、ガラスの上方の炉の全ての部分、即ち冠部及び胸壁にガラスが噴出し又は飛び散る。これは、炉の耐火物にとって有害であり、炉の有効寿命を短くする。
【０００７】
浸漬燃焼溶融器及び予備溶融器の第３の望ましからぬ特徴は、ひどい騒音を発生するということである。バーナーの設計、火炎の速度、ガラス温度、及びガラス深さ等の幾つかの変数に応じ、騒音は、ガラスが溶融体表面から噴出し、次いでドブンと戻るときの大きな継続的な凄い音から、高い高周波数の軋み音までの範囲内にある。
【０００８】
泡が発生してガラス溶融ガラス炉を上昇するのは珍しいことではない。バブラーと呼ばれる一つ又はそれ以上の管を炉の底部に設置し、ガスをバブラーに通す。バブラーは、通常は、炉の幅に亘って一つ又はそれ以上の列をなして配置される。しかしながら、バブラーは、代表的には、底部全体に亘って配置されることはない。泡を発生する目的は、主に、ガラスを炉内で対流させること、即ち溶融体の上昇及び下降を大きくすることである。これにより、高温のガラスが溶融体頂部から底部に運ばれ、低温のガラスが底部から頂部に運ばれる。この作用により、溶融体内の原料の溶解速度が高くなる。泡発生で最も一般的に使用される気体状媒体は空気であり、場合によっては酸素が使用される。泡発生の一つの欠点は、浸漬燃焼と同様に、ガラスに気泡を発生するガスが窒素（空気による気泡発生の場合）又は二酸化炭素である場合に溶融体中のぬかあわ及びふくれの量が大きくなるということである。
【０００９】
火炎を直接当てる溶融方法が、ルブラン（ＬｅＢｌａｎｃ）に付与された米国特許第６，２３７，３６９号に記載されている。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。ガラスの製造に使用される原料の上方のガラス炉の屋根に設けられた一つ又はそれ以上のバーナーを用いて溶融を行うことの利点は、所与の大きさのガラス炉についての溶融速度が高くなるということである。これは、原料バッチ及びガラスに大きな熱伝達が行われるために得られる。
【特許文献１】米国特許第６，２３７，３６９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ガラス原料を、従来同じ温度で可能であったよりも急速に又は従来のガラス溶融温度よりも低温で溶融する方法に関する。本発明の方法には、様々なガラス溶融技術、即ち浸漬燃焼の望ましい特徴が含まれる。これには、ガラスの含水量の上昇、ガラス溶融体を通して泡を発生すること、及び火炎を直接当てる溶融方法が含まれるが、これらの技術の望ましからぬ特徴の多くをなくす。
【００１１】
本発明で使用されているように、ガラス溶融装置という用語は、上文中に説明したように、ガラス予備溶融器又はガラス溶融器（即ちガラス溶融炉）のいずれかを意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ガラス形成バッチ材料を溶融するための方法を提供する。この方法には、ガラス形成バッチ材料をガラス溶融装置に装入する工程、燃料及びオキシダントの燃焼による火炎をバッチ材料の表面の近くに当て、バッチ材料からガラス溶融体を形成する工程、及びガラス溶融体に溶解できる少なくとも一つの流体で、火炎が当たった場所の近くでガラス溶融体に泡を発生する工程が含まれる。このような流体で泡を発生することにより、ガラスが飛び散ったりガラス溶融体内にぬかあわやふくれが大量に発生したりすることなく、ガラス形成バッチ材料の溶解速度を、泡発生装置を備えていない同じシステムに対して高めるに十分な剪断作用を発生できる。
【００１３】
本発明は、更に、ガラス形成バッチ材料を溶融するための方法において、
屋根及びフロアに連結された上流装入ゾーン及び下流ゾーンを画成する少なくとも一つの壁を持ち、装入ゾーンを画成する少なくとも一つの壁にガラス形成バッチ材料を装入するための少なくとも一つのバッチ装入器が設けられたガラス溶融装置にガラス形成バッチ材料を装入する工程、
少なくとも一つの酸素−燃料バーナーをバッチ材料の上にある屋根に設ける工程、
少なくとも一つの酸素−燃料バーナーを作動し、燃料及びオキシダントの燃焼による火炎をバッチ材料の表面に当ててバッチ材料からガラス溶融体を形成する工程、
間隔が隔てられたバブラーをガラス溶融装置内に設ける工程、及び
当てられている火炎の近くで、ガラス溶融体に溶けることができる少なくとも一つの流体でガラス溶融体に泡を発生する工程を含む、方法を提供する。
【００１４】
本発明は、有利には、ガラス精製ゾーンに出るガラス中のぬかあわやふくれを大量に発生することなく実施される。更に、流体は、有利には、ガラス形成バッチ材料の溶解速度を、泡の発生を行わない同じシステムに対して高めるのに十分な剪断作用を発生するため、ガラスがガラス溶融装置の壁や屋根に飛び散らかることなく、所定速度で泡を発生する。
【実施例】
【００１５】
本発明は、好ましくは、別に設けられたガラス溶融炉又は精錬器に通されるべきガラスを溶融するためのガラス予備溶融器で実施されるが、更に、溶融ゾーン及び精錬ゾーンの両方を持つガラス溶融器にも適用できる。ガラス溶融装置でバブラーを使用することにより、ガラスバッチ原料を更に急速に及び／又は低温で溶融できる。これは、部分的には、ガラス溶融体即ちバッチでの対流を増大することによる。バブラーは、新たな低温の未溶融のバッチ材料が屋根取り付け式溶融用酸素−燃料バーナーの火炎に露呈されるように、バッチを下から混合するように作用する。これと同時に、炉冠部に取り付けられたバーナーからの火炎が、ガラス炉の従来の火炎で可能であるよりもかなり高い熱伝達をガラス及びガラスバッチに提供する。冠部を通過するバーナーからの火炎は、ほぼ全ての熱が放射のみでガラス及びガラスバッチに伝達される従来のガラス炉とは異なり、対流熱伝達及び放射熱伝達の両方によって熱をガラス及びガラスバッチに提供する。
【００１６】
本発明の方法は、ガラス中にぬかあわやふくれを発生しないように、ガラス溶融体に溶解できる流体でガラス溶融体に泡を発生する工程を含む。本発明の一実施例では、本方法は、バブラーの少なくとも幾つかで水又は水蒸気で泡を発生する工程を含む。バブラーを単に列をなして配置するのでなく、図１及び図２に示すように炉底部に亘って所定間隔で位置決めすること、及び炉の上部構造にガラスを吹き掛けたり耳障りな騒音を発生したりすることなく、浸漬燃焼で剪断作用が観察される速度で泡を発生することは、本発明の範疇に含まれる。更に、好ましくは、図１及び図２に示すように炉の天井に取り付けられた酸素−燃料バーナーの火炎を直接当てることによって溶融体にエネルギが供給される。
【００１７】
本発明によれば、ガラス原料の溶融は、従来のガラス炉よりも更に急速に及び／又はかなり低温で完了する。これは、燃焼している燃料からバッチ及び溶融体へ伝達される熱の割合を高め、かくして炉の燃焼空間の温度を上昇させる熱の割合を減少することによって行われる。バブラーは、屋根取り付け式バーナーの下に、バブラーから出てくる泡と接触する火炎を最大にするように設置されている。一実施例では、火炎がガラスバッチ又は溶融体の表面に当たって接触する領域の中心に関して放射状にバブラーを配置する。
【００１８】
酸素−燃料燃焼及び水又は水蒸気の泡発生の両方を使用することによってガラスの含水量を高めることにより、ガラスの粘度を低下し、泡による剪断作用を高め、かくして泡発生プロセス、混合プロセス、及び溶融プロセスを、従来の溶融で可能であるよりもかなり低温で及び／又は更に急速に行うことができる。本発明の方法の作動温度は、バッチ原料の少なくとも約９２％（好ましくは約９５％）を０．８１ｍ2 （１平方フィート）の溶融面積（即ち炉の急速溶融ゾーン又は予備溶融器の表面積）当たり約１ｔのガラスの速度で溶融するため、約１２０４．４４℃（２２００0 Ｆ）乃至約１４２６．６７℃（２６００0 Ｆ）、好ましくは約１２０４．４４℃（２２００0 Ｆ）乃至約１３１５．５６℃（２４００0 Ｆ）の範囲内にある。従来のガラス炉は、この速度の約１／４乃至１／２で作動する。低いガラス温度で作動することにより、ガラスが接触する、予備溶融器炉の耐火材に作用する磨耗を大幅に少なくする。更に、本発明の方法を使用することにより、予備溶融器の下流の精製タンクを従来の温度よりも低い温度で作動でき、かくしてガラスと接触する耐火材及び炉のガラス耐火材の上方の両方の磨耗速度を低下する。本発明の方法を使用する場合、精製タンクは、同じ引出し速度の従来のガラス溶融炉で現在必要とされているよりも小型化できる。
【００１９】
本発明の別の実施例では、ガラスに特定の所望の化学的特性を導入するため、特定のガス種を選択し、バブラーの一部を通して泡を発生する。この例には、溶融体の酸化状態を高めるために酸素の泡を発生すること、又は溶融体の酸化状態を還元するために水素の泡を発生することが含まれ、これらは、色彩制御／発色等の特定のガラスについての所望の特徴である。透明ガラスの場合（一般的にフリントガラスと呼ばれる）、高酸素状態では、フリントガラスに代表的に見られる少量の鉄がその二価状態、即ちＦｅ＋２から三価状態、即ちＦｅ＋３に変化する。二価状態は、ガラスに対し、三価状態よりも遙かに強い着色効果を持つ。従って、ガラスは高度に酸化させる程透明になる。琥珀色や或る種の緑色のガラスを製造するのに水素又は硫化水素の泡の発生を使用できる。
【００２０】
本発明の別の実施例では、精錬を高めるため、及び茶色（琥珀色）のガラスを製造するため、ＳＯ2  ガス又はＳＯ3  ガスで泡を発生する。ＳＯ2  又はＳＯ3  で泡を発生することにより、ソーダ・ライム・シリケイト（ｓｏｄａ−ｌｉｍｅ−ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガラスに通常加えられる（プール（Ｐｏｏｌｅ）に付与された米国特許第３，３７５，０９５号参照）硫酸ナトリウムや硫酸カルシウム等の硫化物をバッチに加える必要がなくなる。ＳＯ2  又はＳＯ3  で泡を発生することは、硫化物をバッチに加えるよりも効率的である。即ち、泡を発生した場合にＳＯ2  又はＳＯ3  が大きな割合で保持される。従って、粒状物、ＳＯ2  、及び炉のスタックから放出される硫黄を含む酸の量が減少する。更に、ガスとして泡を発生させる場合、所与のレベルで精製及び溶融を行う上でガラスが必要とする硫黄酸化物の量が、固体又は液体の硫黄含有原料として加えられる場合よりも少ない。これにより、ガラスが硫酸塩で過飽和状態になる可能性が小さくなる。ガラスが硫酸塩で過飽和状態になると、ガラス中でふくれが発生したり溶融体自体で破滅的発泡現象が起こったりする。
【００２１】
水又は水蒸気で泡を発生し、ガラスの含水量を高めることにより、特定の他の利点が実現される。一つの例は、ガラス中のアルカリ含有量の低下である（フェンスタマッシャー（Ｆｅｎｓｔｅｒｍａｃｈｅｒ）及びルブラン（ＬｅＢｌａｎｃ）の米国特許第３，６１７，２３１号参照）。アルカリ及び水の両方が融剤として作用し、ガラスの粘度、及び従ってガラスの溶融及び精製を行うための温度を下げる。水はアルカリよりも遙かに強力な融剤であるが、遙かに少ない量しかガラスに加えることができない。アルカリの幾分かの代わりに水を使用することにより、原料費用を低減し、ガラスと接触する耐火材への化学的攻撃を小さくし、炉スタックからの粒状物の放出を減少し、ガラスの「加工性」を向上する（ガラス製品製造の形成プロセスに従事する人により観察され、これら当業者は、ガラスが更に容易に形成され、所定形状に形成するのに適していると評している）。耐火材に対する攻撃に関し、ガラスのアルカリ成分が一定に保持された場合には、同じ粘度を維持したままガラスの温度を下げることができる。温度低下又はアルカリ含有量の低下のいずれかのパラメータに影響を及ぼすことにより、ガラスと接触する耐火物に作用する化学的攻撃が小さくなる。
【００２２】
泡をなしたガス等の流体は、バルクガラス又は炉環境内の温度に関して比較的低温であってもよく、即ちこうしたガスは加熱される。一実施例では、高温の排気煙道ガスを泡発生ガスとして使用し、熱伝達を向上する。
【００２３】
屋根取り付け式溶融用酸素−燃料バーナーでの燃焼に適した燃料には、周囲温度の又は予熱したメタン、天然ガス、液化天然ガス、プロパン、水素、液化プロパンガス、ブタン、都市ガス又は発生炉ガス等の低ＢＴＵガス、気化した又は噴霧した燃料、灯油又はディーゼル燃料、又はこれらの混合物が含まれるがこれらの燃料に限定されない。
【００２４】
好ましいオキシダントには、濾過、吸収、膜分離等で製造した酸素を約５０容量％乃至約８０容量％、好ましくは約７０容量％以上含む酸素濃厚空気、例えば真空揺動吸着プロセスで製造した、酸素を約８０容量％乃至約９５容量％含有する非純酸素、及び極低温空気分離プラントで製造した酸素を約９０容量％乃至約１００容量％含有する「工業用」純酸素が含まれる。作動中のガラス炉内に存在する燃焼生成物の量が多ければ多い程、所与のバルクガラス温度についての炉上部構造の温度が高くなる。一般的には、オキシダント中に存在する酸素の割合が高ければ高い程、炉燃焼空間温度（及びかくして以下に論じる上部構造温度）に対するバルクガラスの温度の比が高くなる。オキシダントは、周囲温度又は予熱した形態のいずれかで導入されてもよい。燃料及びオキシダントは、一般的にはバーナー組立体を通して炉に導入される。
【００２５】
バーナー組立体は、一般的には、入口開口部及び出口開口部を持つ火炎室、バーナーブロック内に形成された火炎室内に燃料を放出するためのバーナー手段、及び酸素を火炎室に放出するための手段を含むように形成されたバーナーブロックを有する。作動では、放出された酸素と放出バーナー手段が提供する燃料とを火炎室の内部で混合する。この燃焼可能な燃料及び酸素混合物に点火し、幾つかの場合に火炎室内に底部を持ち、火炎室の外側に先端部分を持つ火炎を画成する。使用されるべきバーナー組立体が二次燃焼目的の「内部段階」バーナーを備えている場合、バーナーブロックは、酸素を火炎室の外側に例えば火炎室の出口開口部周囲の酸素放出ポート等に、導くためのバイパス手段を更に含むのがよい。作動にあたっては、バーナーブロックに形成されたバイパス手段に酸素を通して酸素放出ポートに送り、これを、バーナーブロックから、火炎の一部を含み且つ炉の火炎室の外側にある下流の「第２段階」領域内に放出し、ガラスバッチ材料を加熱し又は溶融する。
【００２６】
本発明によれば、少なくとも一つの酸素−燃料バーナーが、好ましくは、バッチ原料（及び随意であるがコレット）の上方のガラス溶融装置即ち炉の天井（即ち冠部）に位置決めされ、バッチ表面に差し向けられる。バーナーは、バッチ装入体のできるだけ近くに位置決めされる。ここでは、ガラス形成材料が装入される炉壁の近くにある最も低温のバッチ材料が高い温度差により急速に溶融される。ガラス溶融炉で屋根取り付け式バーナーを使用することは、一般に譲渡された米国特許出願第０９／３７４，９２１号及び米国特許出願第０９／７９８，８２６号に更に詳細に開示されている。これらの特許出願に触れたことにより、これらの特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。このようなバーナーをガラス溶融炉の天井に取り付けるための方法は、更に、一般に譲渡された米国特許第０９／６４４，５７０号に開示されている。同特許出願に触れたことにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。剪断及び混合作用を得るために溶融体中で泡を発生する、本発明の方法に従ってガラスバッチ材料を溶融するための屋根取り付け式直接火炎を当てる方法の使用により、ガラスへのエネルギ伝達が更に急速になり且つ効率的になり、所与のバルクガラス温度についての上部構造の温度を低くする。バーナーがガラス溶融面に関して水平方向に又は僅かに角度をなした従来の火力式ガラス溶融炉で泡の発生を使用しても、この最適のバルクガラス温度／上部構造温度比を得ることはできない。
【００２７】
創意工夫された方法である少なくとも一つの屋根取り付け式酸素−燃料バーナーを使用することにより、放射熱伝達成分に加え、顕著な対流熱伝達を提供する。この対流熱伝達は、一酸化炭素、水素、及びヒドロキシル・ラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌｓ）等の反応中間体種をガラスバッチ表面で又はその近くで二酸化炭素や水蒸気等の安定した燃焼生成物と衝突させ及び最終的に反応させることにより生じる。この種の熱伝達は、酸素−燃料バーナーが一体である（バーナーブロック内で一体である）か或いは外部段階（バーナーブロックとは別体である）であるかのいずれかである場合に高められ、ガラス表面に達するまで燃焼の一部を遅延することにより火炎温度及び放射熱損を下げる。その結果、炉上部構造への熱伝達が減少する。バーナーが外部段階式である場合、随意であるが、前記ガラス形成材料の表面のところで又はその近くで燃焼を完了するために追加のオキシダントを提供するため、少なくとも一つの第２オキシダント噴射装置が溶融装置の屋根に設けられる。
【００２８】
火炎自由噴射領域で制御された部分燃焼を行うことにより、ガラス形成原料の表面のところで燃焼を制御下で行うことができ、これによって、燃焼プロセスをガラス形成原料の表面の近くで行う。燃焼プロセスをガラス形成原料の表面の近くで行うことにより、ガラス形成原料の表面のところに高い温度勾配を発生し、これによって対流熱伝達を改善する。自由噴射領域で制御された部分燃焼を行うことにより、燃焼ガス及び燃焼生成物の化学的解離を行うのに適当な温度を発生する。これらの解離した種は、ガラス形成原料の比較的低温の表面に衝突した後、部分的に発熱再結合反応を生じ、ガラス形成原料の表面にかなりの熱を発生する。発熱反応による熱により対流熱伝達プロセスが更に大きくなる。
【００２９】
本発明の一実施例では、バーナーはガラス形成材料の表面に対して実質的に垂直に取り付けられているが、垂直方向からガラス溶融装置即ち炉の下流ゾーンの方向へ最大４５度以下の角度をなすように取り付けられていてもよい。
【００３０】
ガラス形成原料は、ガラスの製造で代表的に使用される原料の混合物であってもよい。ガラス形成原料（即ちバッチ）の組成は、製造されるガラスの種類で決まるということは理解されよう。通常は、材料組成は、とりわけ、一般的にコレットと呼ばれるスクラップガラスを含むシリカ含有材料を含む。長石、霞石閃長岩、石灰岩、白雲岩、ソーダ灰、炭酸カリウム、硼砂、カオリン粘土、及びアルミナを含むがこれらに限定されない他のガラス形成材料を使用してもよい。ガラスの特性を変化させるため、少量の砒素、アンチモン、硫酸塩、硫化物、炭素、弗化物、及び／又は他の成分を加えてもよい。更に、特殊目的のガラスについては、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、及び鉛の酸化物を加えてもよく、所望の色彩を得るために他の色彩形成金属酸化物を加えてもよい。
【００３１】
本発明は様々なガラス配合物に適用できるけれども、ソーダ・ライム・シリカ（ｓｏｄａ−ｌｉｍｅ−ｓｉｌｉｃａ）ガラスと呼ばれるガラスに特に適している。このガラスは、三つの基本的な成分、即ちシリカ（砂）、ソーダ灰、及び石灰岩から製造される。ほぼ全ての壜及びガラス板（例えば窓ガラス）、及びほとんどの食器用ガラスはソーダ・ライム・シリカガラスでできている。
【００３２】
図１に示すように、予備溶融器即ちガラス溶融器炉１の急速溶融ゾーンは、好ましくは、屋根取り付け式酸素−燃料バーナー２を含む。ガス・バブラー管３即ち「バブラー」が炉１のフロアに位置決めされている。ガス、水、又は水蒸気等の流体の泡１０がバブラー３から予備溶融器又は溶融ゾーン内のガラス浴８即ちバルクガラスに進入する。泡１０は、溶融を促進するため、ガラス浴の表面即ちガラス線４に浮いた原料即ち未溶融ガラスバッチ材料６と接触してこれを沈めるようにガラス浴８の混合を補助する。酸素−燃料バーナー２が酸素及び燃料（天然ガス又はオイル等）の燃焼により発生する火炎７が炉の燃焼室９を横切り、ガラス線４の近くの原料即ち未溶融ガラスバッチ材料６に当たる。
【００３３】
図２に示すように、原料ホッパ５内に収容された原料即ち未溶融ガラスバッチ材料６を、実質的にガラス線４のところで、ガラス炉１の予備溶融器即ち急速溶融ゾーンに装入する。材料は、ａ）屋根取り付け式酸素−燃料バーナー２からの酸素及び燃料（天然ガス又はオイル等）の燃焼による炉の燃焼室９内の火炎７をガラス線４近くの未溶融材料６に当てること、及びｂ）溶融したガラス８を未溶融材料６と接触させて混合する、炉１のフロアに設けられたバブラー管３からのガス、水、又は水蒸気等の流体の泡１０の作用の組み合わせによって急速に溶融される。ガラスバッチ８は装入器の下流に（矢印８ａで示すように）、予備溶融器の場合にはガラス出口１１まで流れ、ガラス溶融器の場合にはガラス出口１２まで流れる。
【００３４】
急速ガラス溶融装置内に多数の屋根取り付け式バーナーを設けることは本発明の範疇に含まれる。一つ以上のバーナーが、バーナーと関連したバブラーを備えており、これらのバブラーは、関連したバーナーの火炎がバッチ材料の表面又は表面近くに当たる場所にある多数の領域近くで泡を発生する。
【００３５】
溶融したガラス浴は下流に流れ、ガラス溶融炉の精製ゾーンに入るか或いは従来のガラス炉又はガラス精製装置に予備溶融器から流入する。本発明の方法によれば、精製を行うために炉が受け取るガラス浴内のバルクガラスは、従来の炉で代表的に受け取られたぬかあわ及びふくれの約５０％乃至約８０％以下を含む。これにより、高品質のガラスが製造される。ガラス溶融体とは対照的に、ガラス容器製品で代表的に受け入れられるぬかあわの量は、２８．３４９５ｇ（１オンス）のガラスにぬかあわが２７個含まれる程度であり、フロートガラス製品では更に少ないのがよい。
【００３６】
本発明の一実施例では、従来のガラス溶融器即ち「装入器」に又はガラス精製装置内に溶融ガラスを供給するため、この予備溶融器のフロアに位置決めされたバブラーと関連した屋根取り付け式酸素−燃料バーナーを持つ急速予備溶融器を取り外し自在に位置決めできる。装置は、ガラス溶融器又は精製装置と係合したり係合解除したりするように移動自在であるように、ホイール、レール、軌道、又は空気流パッドに取り付けることができる予備溶融器は、複数のこのような装置の一つであり、ガラス溶融器又は精製装置に連結された共通のチャンネルに供給する。このような形体により、炉に供給する予備溶融器の保守、修理、又は交換を行うためのガラス炉停止時間を減少し又はなくす。
【００３７】
本発明は上述の特定の実施例に限定されず、変形、変更、及び特許請求の範囲によって定義された等価の実施例を含むということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の方法に従って作動している急速予備溶融器の部分断面斜視図である。
【図２】本発明の方法に従って作動している急速予備溶融器の概略長さ方向側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  炉、溶融器、又は予備溶融器
２  酸素−燃料バーナー
３  バブラー管
４  ガラス線（溶融器内のガラスの表面又は管）
５  原料ホッパ
６  原料即ち未溶融ガラスバッチ材料
７  酸素−燃料バーナーからの火炎
８  ガラス浴
８ａ  ガラス浴流れ
９  炉の燃焼室
１０  バブラーを通るガス及び／又は水及び／又は水蒸気の泡
１１  予備溶融器のガラス出口
１２  溶融器のガラス出口
【図１】
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【図２】
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