(57)【要約】  減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造であって、耐火レンガの熱膨張による伸びを下方に逃すための構造が耐火レンガの伸びによって破損することが防止されたバックアップ構造、および該バックアップ構造を用いた減圧脱泡装置、ならびに該減圧脱泡装置を用いた溶融ガラスの減圧脱泡方法を提供する。  上昇管、減圧脱泡槽および下降管を有する減圧脱泡装置において、白金または白金合金製の上昇管または下降管の周囲に耐火レンガを配設してなる減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造であって、前記耐火レンガの上方には、７６０℃におけるクリープ強さ（ＪＩＳ  Ｚ２２７１：１９９３年）が３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成される熱膨張逃し部材が配設されていることを特徴とする減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇管、減圧脱泡槽および下降管を有する減圧脱泡装置において、白金または白金合金製の上昇管または下降管の周囲に耐火レンガを配設してなる減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造であって、前記耐火レンガの上方に、７６０℃におけるクリープ強さ（ＪＩＳ  Ｚ２２７１：１９９３年）が３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成される熱膨張逃し部材が配設されていることを特徴とする減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項２】
前記耐火レンガは、１５００℃における熱間線膨張率（ＪＩＳ  Ｒ２２０７：２００３年）が０．５％以上であり、圧縮強さ（ＪＩＳ  Ｒ２２０６：２００３年）が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項３】
前記耐火レンガは、アルミナ質電鋳レンガ、ジルコニア質電鋳レンガおよびアルミナ−ジルコニア−シリカ（ＡＺＳ）質電鋳レンガからなる群から選択される少なくとも１つである請求項１または２に記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項４】
前記熱膨張逃し部材は、Ｎｉ合金を構成材料とする請求項１ないし３のいずれかに記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項５】
前記上昇管または下降管の周囲に耐火レンガが複数積層されており、該耐火レンガの間および前記熱膨張逃し部材の直上にフランジが設けられており、該熱膨張逃し部材の直上のフランジの径が他のフランジの径と比較して大である請求項１ないし４のいずれかに記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項６】
前記熱膨張逃し部材と、熱膨張逃し部材の直下の耐火レンガとの間にラミング材層を設ける請求項１ないし５のいずれかに記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項７】
前記熱膨張逃し部材は減圧脱泡装置の減圧ハウジングに接合されており、該熱膨張逃し部材の減圧ハウジングとの接合に用いられる部分がステンレス鋼である請求項１ないし６のいずれかに記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項８】
前記熱膨張逃し部材の厚さが５０〜５００ｍｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のバックアップ構造を用いた減圧脱泡装置。
【請求項１０】
上昇管、減圧脱泡槽および下降管を有する減圧脱泡装置を用いて溶融ガラスを減圧脱泡する方法であって、前記減圧脱泡槽と接続する前記上昇管または前記下降管のバックアップ構造として、請求項１ないし８のいずれかに記載のバックアップ構造を用いた溶融ガラスの減圧脱泡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造、より具体的には、白金または白金合金製の上昇管または下降管のバックアップ構造に関する。また、本発明は、上昇管および下降管のバックアップ構造として、前記のバックアップ構造を用いた減圧脱泡装置および減圧脱泡方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、減圧脱泡装置の一般的構成を示した断面図である。図３に示す減圧脱泡装置１００は、溶解槽２００中の溶融ガラスＧを減圧脱泡して、次の処理槽に連続的に供給するプロセスに用いられる。図３に示す減圧脱泡装置１００において、円筒形状をした減圧脱泡槽１０２は、その長軸が水平方向に配向するように減圧ハウジング１０１内に収納配置されている。減圧脱泡槽１０２の一端の下面には垂直方向に配向する上昇管１０３が、他端の下面には下降管１０４が取り付けられている。上昇管１０３および下降管１０４は、その一部が減圧ハウジング１０１内に収納配置されている。減圧ハウジング１０１内において、減圧脱泡槽１０２、上昇管１０３および下降管１０４の周囲には、これらを断熱被覆する断熱用レンガなどの断熱材１０７が配設されている。【０００３】
減圧脱泡装置の上昇管および下降管には、白金、または白金−金合金、白金−ロジウム合金のような白金合金製の中空管が使用されている。しかしながら、白金および白金合金は高価な材料であるため、中空管の厚みは可能な限り薄くすることが望ましい。このため、白金または白金合金製の中空管の周囲にバックアップ構造を配設し、該バックアップ構造が導管の機械的強度を担うのが一般的である。
高温溶融物用導管のバックアップ構造に関する特許文献１には、減圧脱泡装置の上昇管および下降管のバックアップ構造が示されている。特許文献１において、上昇管１６および下降管１８のバックアップ構造３１を支持する支持装置３０は、受板３２、押上げ手段３６を備えている。受板３２は矩形状に形成され、上昇管１６の下端部に固定されている。受板３２には断熱用のレンガ２８Ａ、２８Ａ…が載置され、断熱用のレンガ２８Ａ、２８Ａ…は上昇管１６を被覆するように、上昇管１６の周囲に配設されている。
押上げ手段３６は、コイルばね４６の付勢力によって、受板３２を上方に押し上げるように付勢している。受板３２に載置された断熱用のレンガ２８Ａが上方に押し上げられて、断熱用のレンガ２８Ａの上端部が押さえ蓋４８に当接する。これにより、上昇管１６や上昇管１６の周囲に配設された断熱用のレンガ２８Ａが支持されている。押上げ手段３６を設ける理由は、減圧脱泡装置の熱上げ時などの際に、白金製の上昇管１６および下降管１８と、断熱用のレンガ２８Ａと、の熱膨張差によって、レンガ２８Ａ間に隙間が空くのを防止するためである。レンガ２８Ａ間に隙間が空くと、白金製の上昇管１６および下降管１８が破損する場合がある。そのため、押上げ手段３６によってレンガ２８Ａを押し上げて、レンガ２８Ａの上端部を押さえ蓋４８に当接させることによって、レンガ２８Ａ間に隙間が空くことを防止する。【０００４】
特許文献１において、バックアップ構造３１は上昇管１６の外周に円板状のフランジ（突起部）１６Ａ、１６Ａ…を上下方向に所定間隔ｈをおいて備えており、上昇管１６の外周側に積層されたレンガ２８Ａ…は接触する上側のレンガ２８Ａと下側のレンガ２８Ａとの間にフランジ１６Ａが挟持されている。白金製の上昇管１６の熱膨張率は、断熱用のレンガ２８Ａ…の熱膨張率より大きいので、上下方向に隣接するフランジ１６Ａ、１６Ａ間の上昇管１６の伸びは、フランジ１６Ａ、１６Ａ間に配置されたレンガ２８Ａより大きくなる。従って、上昇管１６の軸線方向の伸びはレンガ２８Ａで抑えられて、上昇管１６の内側方向に湾曲状や波状に曲げ変形する。すなわち、上昇管１６の全体の軸線方向の伸びは積層されたレンガ２８Ａ…の伸びに相当する。これにより、上昇管１６とレンガ２８Ａとの熱膨張差は、上下方向に隣接するフランジ１６Ａ、１６Ａ間でそれぞれ分散されるので、熱膨張した上昇管１６の曲げ変形量が隣接するフランジ１６Ａ、１６Ａ間でそれぞれ均等に分散され、上昇管１６の曲げ変形量が小さく抑えられる。特許文献１では、断熱用レンガ２８Ａとして、ジルコニア系の電鋳レンガが例示されており、溶融ガラスＧに対して耐食性を備えていると記載されている。なお、上記の符号は、特許文献１における記載を示している。【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０５９０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、特許文献１のバックアップ構造において、上昇管および下降管の周囲に配設される断熱用のレンガの熱膨張による伸びが問題となりうることを見出した。
上記したように、特許文献１のバックアップ構造は、上昇管の外周に上下方向に所定の間隔をおいてフランジを設けることにより、白金製の上昇管と断熱用のレンガとの熱膨張差をフランジ間で分散させる構成であり、上昇管全体の軸線方向の伸びは上昇管の周囲に積層された断熱用のレンガの伸びに相当する。
特許文献１のバックアップ構造において、断熱用のレンガは押し上げ手段によって上方に付勢されているので、断熱用のレンガの伸びは、該レンガの上端部と当接する押さえ蓋に加わることになる。押さえ蓋は、断熱用のレンガの伸びを受け止め、下方に逃す役割を有している。断熱用のレンガの伸びが押さえ蓋の上方に位置する減圧脱泡槽まで到達すると減圧脱泡槽が破損するおそれがあるためである。このため、押さえ蓋は減圧ハウジングに溶接されている。【０００７】
電鋳レンガは、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れることから、ガラス窯の炉材として最も広く使用されており、減圧脱泡装置の上昇管および下降管のバックアップ構造としても好適な材料と考えられていた。しかしながら、電鋳レンガは、耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガに比べて熱膨張率が高い。特許文献１のバックアップ構造の断熱用のレンガとして電鋳レンガを使用した場合、熱膨張による伸びは耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガを使用した場合に比べて大きくなる。したがって、電鋳レンガが熱膨張した際に、電鋳レンガの伸びによって押さえ蓋に加わる力は耐火断熱レンガや一般的なレンガを使用した場合に比べて大きくなる。しかも、電鋳レンガは、耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガに比べて、圧縮強さのような機械的強度が大きいため、電鋳レンガの伸びが押さえ蓋に加わった際に、押さえ蓋が破損または変形するおそれがある。【０００８】
したがって、本発明は、減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造であって、耐火レンガの熱膨張による伸びを下方に逃すための構造が耐火レンガの伸びによって破損または変形することが防止されたバックアップ構造、および該バックアップ構造を用いた溶融ガラスの減圧脱泡装置、ならびに該減圧脱泡装置を用いた溶融ガラスの減圧脱泡方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成するため、上昇管、減圧脱泡槽および下降管を有する減圧脱泡装置において、白金または白金合金製の上昇管または下降管の周囲に耐火レンガを配設してなる減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造であって、前記耐火レンガの上方には、７６０℃におけるクリープ強さ（ＪＩＳ  Ｚ２２７１：１９９３年）が３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成される熱膨張逃し部材が配設されていることを特徴とする減圧脱泡装置の上昇管または下降管のバックアップ構造（以下、「本発明のバックアップ構造」という。）を提供する。本発明において、上昇管または下降管のバックアップ構造とは、上昇管および下降管のいずれか一方または両方のバックアップ構造を意味している。【００１０】
本発明のバックアップ構造において、前記耐火レンガは、１５００℃における熱間線膨張率（ＪＩＳ  Ｒ２２０７：２００３年）が０．５％以上であり、圧縮強さ（ＪＩＳ  Ｒ２２０６：２００３年）が１５０ＭＰａ以上であることが好ましい。【００１１】
本発明のバックアップ構造において、前記耐火レンガは、アルミナ質電鋳レンガ、ジルコニア質電鋳レンガおよびアルミナ−ジルコニア−シリカ（ＡＺＳ）質電鋳レンガからなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。【００１２】
本発明のバックアップ構造において、前記熱膨張逃し部材は、Ｎｉ合金を構成材料とすることが好ましい。【００１３】
また、本発明は、本発明のバックアップ構造を用いた減圧脱泡装置を提供する。
また、本発明は、上昇管、減圧脱泡槽および下降管を有する減圧脱泡装置を用いて溶融ガラスを減圧脱泡する方法であって、前記減圧脱泡槽と接続する上昇管または下降管のバックアップ構造として、本発明のバックアップ構造を用いた溶融ガラスの減圧脱泡方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバックアップ構造は、減圧脱泡装置の上昇管または下降管の周囲に配設されている耐火レンガが熱膨張した際に、該耐火レンガの伸びによって熱膨張逃し部材が破損または変形することが防止されている。
また、本発明のバックアップ構造に使用する耐火レンガは、耐熱性に優れているため、減圧脱泡装置の加熱温度が上昇管または下降管の周囲に配設される耐火レンガによって制約されるおそれがない。また、本発明のバックアップ構造に使用する耐火レンガは、溶融ガラスに対する耐食性に優れているため、上昇管または下降管から溶融ガラスが漏洩した場合であっても、耐火レンガが溶融ガラスによって著しく浸食されるおそれがない。また、運転中の高温環境下においても、熱上げ時においても、耐火レンガ間の目地が開くことがない。【００１５】
本発明の減圧脱泡装置は、上昇管または下降管のバックアップとして、本発明のバックアップ構造を用いているため、熱上げ時や運転中に熱膨張逃し部材が破損するもしくは変形する、または耐火レンガ間の目地が開くといった問題が生じず、熱膨張逃し部材、耐火レンガ等を交換することなしに、長期間にわたって使用することができる。したがって、本発明の減圧脱泡装置を用いることでガラスの生産性が向上される。また、ガラスの製造コストが削減される。
また、減圧脱泡装置の温度が上昇管および下降管の周囲に配設される耐火レンガによって制約されるおそれがないため、減圧脱泡装置の温度を脱泡特性、溶融ガラスの流動特性等を考慮した最適な温度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のバックアップ構造を備えた減圧脱泡装置の断面図である。
【図２】図１の減圧脱泡装置の上昇管およびそのバックアップ構造の部分拡大図である。
【図３】減圧脱泡装置の一般的構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１：減圧脱泡装置
１１：減圧ハウジング
１２：減圧脱泡槽
１３：上昇管
１４：下降管
１５：耐火レンガ
１６：熱膨張逃し部材
１７：断熱材
１８：フランジ
２０：溶解槽
１００：減圧脱泡装置
１０１：減圧ハウジング
１０２：減圧脱泡槽
１０３：上昇管
１０４：下降管
１０７：断熱材
２００：溶解槽
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明のバックアップ構造を備えた減圧脱泡装置の断面図である。図１に示す減圧脱泡装置１は、溶解槽２０中の溶融ガラスＧを減圧脱泡して、次の処理槽に連続的に供給するプロセスに用いられるものである。
減圧脱泡装置１は、使用時その内部が減圧状態に保持される減圧ハウジング１１を有する。一般にステンレス鋼製の減圧ハウジング１１内には、円筒形状をした減圧脱泡槽１２がその長軸が水平方向に配向するように収納配置されている。減圧脱泡槽１２の下面の側端付近には、垂直方向に配向する上昇管１３および下降管１４が取り付けられている。上昇管１３および下降管１４は、その一部が減圧ハウジング１１内に収納配置されている。
減圧脱泡装置１において、減圧脱泡槽１２、上昇管１３および下降管１４は、白金または白金合金製の中空管である。
白金合金の具体例としては、白金−金合金、白金−ロジウム合金が挙げられる。また、白金または白金合金に金属酸化物を分散させてなる強化白金であってもよい。分散される金属酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3、またはＺｒＯ2若しくはＹ2Ｏ3に代表される周期表における３族、４族若しくは１３族の金属酸化物が挙げられる。【００１９】
上昇管１３および下降管１４の周囲に配設される耐火レンガ１５は、減圧脱泡装置１の使用時、１０００〜１５００℃まで加熱される。
したがって、耐火レンガ１５は、耐熱性に優れていることが必要である。また、溶融ガラスＧが上方向に流動する上昇管１３および下方向に流動する下降管１４は、内部を流動する溶融ガラスＧから管壁面に加わる力が大きいため、減圧脱泡装置１の使用時、上昇管１３および下降管１４から溶融ガラスＧが漏洩する場合がある。したがって、耐火レンガ１５は溶融ガラスに対する耐食性にも優れていることが必要である。このため、本発明のバックアップ構造では、上昇管１３および下降管１４の周囲に配設される耐火レンガ１５に熱間線膨張係数および圧縮強さが特定の範囲の耐火レンガを使用することを特徴とする。なお、耐火レンガ１５の熱間線膨張係数および圧縮強さについては、後で詳述する。
耐火レンガ１５の上方には、耐火レンガ１５の熱膨張による伸びを受け止め、下方に逃すための熱膨張逃し部材１６が配設されている。また、減圧ハウジング内１１の減圧脱泡槽１２の周囲には、断熱材１７として、通常は耐火断熱レンガまたは一般的な耐火レンガが配設されている。【００２０】
図２は、図１の減圧ハウジング１１内の上昇管１３を示した部分拡大図である。以下、上昇管１３のバックアップ構造について説明するが、下降管１４のバックアップ構造も同様の構成である。
図２において、上昇管１３の外周には円板状のフランジ（突起部）１８が上昇管１３の長手方向に沿って間隔を開けて設けられている。上昇管１３の周囲には、耐火レンガ１５が上昇管１３の長手方向に沿って複数個積層させており、上昇管１３の長手方向に沿って積層された耐火レンガ１５間には、上昇管１３のフランジ１８が挟持されている。白金または白金合金製の上昇管１３と耐火レンガ１５とを比較した場合、上昇管１３の方が耐火レンガ１５よりも熱膨張率が大きい。このため、減圧脱泡装置１の使用時、熱膨張による伸びは、上昇管１３の方が耐火レンガ１５よりも大きくなる。図２に示すバックアップ構造では、上昇管１３と耐火レンガ１５との熱膨張による伸びの差は、フランジ１８間に分散される。したがって、上昇管１３全体の長手方向の伸びは、上昇管１３の周囲に配設された耐火レンガ１５の伸びに相当する。
上昇管１３の周囲に配設された耐火レンガ１５の上方には、熱膨張逃し部材１６が配設されている。熱膨張逃し部材１６は、最上部に位置する耐火レンガ１５と当接しており、減圧脱泡装置１の使用時、耐火レンガ１５の熱膨張による伸びを受け止めて、下方に逃す。このため、熱膨張逃し部材１６は、減圧ハウジング１１に溶接されている。【００２１】
上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５は、１５００℃における熱間線膨張率（ＪＩＳ  Ｒ２２０７：２００３年）が０．５％以上、好ましくは０．７％以上であり、圧縮強さ（ＪＩＳ  Ｒ２２０６：２００３年）が１５０ＭＰａ以上である。圧縮強さは２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、１５００℃における熱間線膨張率が５％以下、特に３％以下であり、圧縮強さが７００ＭＰａ以下、特に５００ＭＰａ以下であることが好ましい。
１５００℃における熱間線膨張係数が０．５％以上で、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上の耐火レンガは、気孔率の低い緻密な組織を有し、その構成相は安定な結晶組織を構成するため、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れている。また、上記の特性を有する耐火レンガは、緻密な組織を有するため、レンガの研磨を非常に精密にすることができる。そのため、お互いの接する面を高い平坦度にすることで、隙間のないレンガの積層体を構成することが可能である。したがって、上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５として好適である。【００２２】
１５００℃における熱間線膨張係数が０．５％以上で、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上の耐火レンガの具体例としては、α−アルミナ質電鋳レンガ、α，β−アルミナ質電鋳レンガ、β−アルミナ質電鋳レンガといったアルミナ質電鋳レンガ、ジルコニア質電鋳レンガ、アルミナ−ジルコニア−シリカ（ＡＺＳ）質電鋳レンガといった電鋳レンガが好ましく挙げられる。【００２３】
アルミナ質電鋳レンガの具体例としては、α−アルミナ質電鋳レンガとして、マースナイトＡ（マースナイトは登録商標、以下同じ）、モノフラックスＡ（商品名）、α，β−アルミナ質電鋳レンガとして、マースナイトＧ、モノフラックスＭ（商品名）、ジャガーＭ（商品名）、β−アルミナ質電鋳レンガとして、マースナイトＵ、モノフラックスＨ（商品名）、ジャガーＨ（商品名）が挙げられる。【００２４】
ＡＺＳ質電鋳レンガの具体例としては、ジルコナイト１６８１、ジルコナイト１６９１、ジルコナイト１７１１（ジルコナイトは登録商標、以下同じ）、モノフラックスＳ３、モノフラックスＳ４、モノフラックスＳ５（いずれも商品名）、ユニコール５０１、ユニコール１（いずれも商品名）、ＦＣ１０１、ＦＣ４１０１（いずれも商品名）、ＺＡＣ１６８１、ＺＡＣ１７１１（いずれも商品名）が挙げられる。
なお、特許文献１には、断熱用レンガとして、ジルコニア系の電鋳レンガが好ましいと記載されている。しかし、ジルコニア系のレンガであっても、熱間線膨張率や圧縮強さを満たすとは限らない。例えば、ジルコニアを非常に高純度（９５質量％程度）に含むジルコニア系レンガ（Ｘ−９５０：商品名）は、ガラスに対しての耐食性に優れるレンガであるが、熱間線膨張率は０．２程度、圧縮強さは４ＭＰａ程度であり、本発明の範囲には含まれない。【００２５】
上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５は、１５００℃における熱間線膨張係数が０．５％以上で、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上である限り特に限定されず、電鋳レンガ以外であってもよい。電鋳レンガ以外の耐火レンガ１５の具体例としては、例えば、シーマナイトレンガ等が挙げられる。【００２６】
図２において、上昇管１３の径方向に見た場合、上昇管１３の周囲には１層の耐火レンガ１５が示されている。これは上昇管１３と耐火レンガ１５との位置関係を示しているのであって、必ずしも、上昇管１３の周囲に１層の耐火レンガ１５が配設されることを意図しているのではない。
一般に、減圧脱泡装置の上昇管および下降管のバックアップ構造では、組成が同一または組成が異なる断熱材が複数用いられ、それらは上昇管および下降管の径方向に沿って、層をなすように配設されている。本発明においても、図２における耐火レンガ１５として、組成が同一または組成が異なる複数の耐火レンガを上昇管１３の径方向に沿って層をなすように配設してもよい。【００２７】
上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５は、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れているため上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５として好適である。
しかしながら、１５００℃における熱間線膨張率が０．５％以上と大きいため、熱膨張による伸びが耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガに比べて大きい。したがって、耐火レンガ１５が熱膨張の伸びによって熱膨張逃し部材１６に加わる力は耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガを使用した場合に比べて大きくなる。しかも、耐火レンガ１５は、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上と高いため、耐火レンガ１５の熱膨張による伸びが熱膨張逃し部材１６に加わった際に、熱膨張逃し部材１６が破損または変形するおそれがある。【００２８】
本発明のバックアップ構造では、熱膨張逃し部材１６が７６０℃におけるクリープ強さ（ＪＩＳ  Ｚ２２７１：１９９３年）が３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択された材料で構成されることを特徴とする。なお、クリープ強度測定において３５ＭＰａとは、３５ＭＰａの応力を７６０℃において１０００時間かけた場合に、１％の伸びを生じることを意味する。したがって、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上とは、３５ＭＰａの応力を７６０℃において１０００時間かけた場合の伸びが１％以下であることを意味する。
熱膨張逃し部材１６が７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成されていれば、熱膨張逃し部材１６が十分なクリープ強さを有している。その結果、耐火レンガ１５の伸びが加わることによって、熱膨張逃し部材１６が破損または変形することが防止される。
熱膨張逃し部材１６は、７６０℃におけるクリープ強さが６０ＭＰａ以上、特には１００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以下の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成されていることが好ましい。【００２９】
減圧脱泡装置１の使用時、上昇管１３の周囲に配設される耐火レンガ１５は、１０００〜１５００℃まで加熱される。この際、耐火レンガ１５の上方に配設される熱膨張逃し部材１６の温度は、７００〜１２５０℃に達する。熱膨張逃し部材１６は、減圧脱泡装置の使用時に該部材１６が経験しうる温度に耐え得る耐熱性を有していることが必要である。
熱膨張逃し部材１６が７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成されている場合、７００〜１２５０℃の温度に耐え得る耐熱性を有している。
減圧脱泡装置１の使用時に熱膨張逃し部材１６が経験する温度は、バックアップ構造の構成、例えば、上昇管１３の周方向に配設する耐火レンガ１５の数や、耐火レンガ１５の種類、またはバックアップ構造のサイズによって異なり、７００℃程度になる場合もあれば、１２５０℃に達する場合もありえる。熱膨張逃し部材１６は、減圧脱泡装置１の使用時に、該部材１６が実際に経験しうる温度に耐え得る耐熱性を有するように材料選定することが必要である。したがって、熱膨張逃し部材１６が必ず１２５０℃の温度に耐え得る耐熱性を有することを要求されるわけではない。【００３０】
熱膨張逃し部材１６を構成する材料、すなわち、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料の具体例としては、金属材料に関して、Ｎｉ合金（インコネル（登録商標、以下同じ）、ヘインズアロイ（登録商標、以下同じ）、ハステロイ（登録商標、以下同じ））、Ｃｏ合金（ヘインズアロイ、ステライト（登録商標））等が挙げられる。一方、セラミクス材料に関して、ＳｉＣ、アルミナ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2等が挙げられる。これらの中でも、入手しやすさや、耐食性および構造体への加工しやすさに優れることからＮｉ合金が好ましく、中でもインコネルおよびハステロイが好ましい。【００３１】
本発明のバックアップ構造において、上昇管１３または下降管１４の周囲に配設される耐火レンガ１５には、１５００℃における熱間線膨張率が０．５％以上で、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上の耐火レンガを用いることが好ましいが、耐火レンガ１５の外側には、耐火レンガ１５とは物性（１５００℃における熱間線膨張率、および圧縮強さ）が異なる耐火レンガが配設されていてもよい。
耐火レンガ１５として、１５００℃における熱間線膨張率が０．５％以上で、圧縮強さが１５０ＭＰａ以上の耐火レンガを用いるのは、上昇管１３の周囲に配設されるため、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に特に優れていることが要求されるからである。したがって、耐火レンガ１５の外側に配置される耐火レンガは、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性がより劣る耐火レンガ（以下、「他の耐火レンガ」という場合もある。）であってもよい。このような他の耐火レンガの具体例としては、例えば、耐火断熱レンガや一般的な耐火レンガが挙げられる。【００３２】
耐火レンガ１５の外側に他の耐火レンガを配設する場合、その種類は特に限定されず、炉材やバックアップ構造として使用される耐火断熱レンガまたは一般的な耐火レンガから広く選択することができる。耐火断熱レンガの具体例としては、例えば、ジルコンレンガやムライトレンガ等が挙げられる。また、一般的な耐火レンガとしては、例えば、粘土質レンガ等が挙げられる。
耐火レンガ１５の外側に他の耐火レンガを配設する場合、組成が同一または組成が異なる複数の耐火レンガを上昇管１３の径方向に沿って層をなすように配設してもよい。
これらの他の耐火レンガを耐火レンガ１５の外側に配設する場合、他の耐火レンガは高温のガラスに対して耐食性が劣る場合が多い。もし、溶融ガラスが白金を破って他の耐火レンガにまで到達すると、他の耐火レンガが侵食され、装置に大きいダメージを与える可能性がある。【００３３】
特に、熱膨張逃し部材１６が金属部材から形成されている場合、溶融ガラスの滲み出しが止まりにくいという問題がある。減圧脱泡槽で溶融ガラスが白金から滲み出してくると、減圧脱泡槽のみならず上昇管および／または下降管に溶融ガラスが流れ落ちることになる。そのとき、熱膨張逃し部材１６が金属部材であると、ガラスの滲み出しを止める効果がレンガよりも低いため、金属部材である熱膨張逃し部材１６を伝って、レンガよりも容易にガラスが滲み出す可能性がある。
上記のような問題点を解決するための一つの方法として、熱膨張逃し部材１６の直上にフランジを設け（図２には不図示）、該フランジの径を他のフランジの径と比較して大きくする方法が例示される。具体的には、フランジの径は、上昇管の径の１．２〜２倍程度の大きさとなっていることが好ましい。熱膨張逃し部材１６の直上のフランジの径が他のフランジと比較して大きいことにより、熱膨張逃し部材１６とフランジとが両方とも金属となる結果、なじみがよくなるため、溶融ガラスの滲み出しを最小限に抑えることが可能となる。【００３４】
また、上記のような問題点を解決するためのもう一つの方法として、熱膨張逃し部材１６と、熱膨張逃し部材１６の直下の耐火レンガとの間にラミング材層を設ける方法が例示される。このラミング材層は、非常に緻密なラミング材の充填がなされ、耐蝕性に優れるもので、各レンガ層の目地部分への溶融ガラスＧの流入を防止し、その背後へのしみ出しを防止するためのものである。
なお、ここで用いられるラミング材とは、耐火性骨材と硬化材等を混合した粉体の耐火物材に少量の水を添加して混練し充填されるもので、加熱によってセラミックボンドができ、強度を出すものを言う。このようなラミング材としては、例えばアルミナ系（Ａｌ２Ｏ３）ラミング材、ジルコニア−シリカ系（ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）ラミング材、およびアルミナ−ジルコニア−シリカ系（ＡＺＳ；Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）ラミング材が挙げられ、好適な具体例としてはアルミナ系ではＣＭＰ−ＡＨ，ジルコニア−シリカ系ではＺＲ−２０００、およびアルミナ−ジルコニア−シリカ系ではＺＭ−２５００（いずれも旭硝子（株）製）が例示される。また、このようなラミング材としては、この他特公昭５７−２６６６号公報に開示された、（モノまたはジ）アルミン酸カルシウムまたはシリコアルミン酸カルシウムを主成分として含む製鉄アルミナ質スラグ、（モノまたはジ）アルミン酸カルシウム型アルミナ質セメント、シリコアルミナ質セメントおよび高温焼成マグネシアなどのアルカリ土類無機物質と、シリカ、酸化クロムおよびアルミナなどの超微粉末と、不活性充填剤とからなり、従来よりカルシウム含有量および混練水量が少なく、高強度で耐熱性および耐浸食性に優れたセメントも例示される。【００３５】
このようなラミング材のうち、従来のアルミナセメントの替わりに、微量の活性超微粉末をベースとした結合材が用いられるラムクリートと呼ばれるキャスタブル炉材が好ましい。さらに、特に有効なラミング材としては、ローセメントタイプラミング材と呼ばれるものを挙げることができ、超微粉末をベースとし、３〜６％の少量の水添加とバイブレータ施工によって非常に緻密な充填がなされ、耐蝕性および耐熱性に優れた物性を得ることができる。好適な具体例としては、ホワイトラム（商品名）が例示される。このように、通常のキャスタブル炉材に用いる混練水量約１０〜１５％に対して３〜１０％、好ましくは３〜６％と低い混練水量のラミング材を使用するのは、高熱で含有水分が蒸発した場合、ひび割れして溶融ガラスが滲み出しやすくなるのを防ぐためである。なお、一連の管路に使用されているレンガの主成分を主成分としたラミング材を使用することが望ましい。例えば、アルミナ系電鋳耐火レンガを使用している場合は、ラミング材としてアルミナ系のＣＭＰ−ＡＨを使用するのが好ましい。
各層のレンガを上述の方法で組みあげた後、粉体のラミング材に３〜６％の少量の水添加を行ない、各レンガ層間の隙間に充填し、更にその隙間に棒状バイブレータを入れ、振動による粉体の流状効果を利用して、隙間内にラミング材を稠密かつ均一に充填させる。ラミング材は３〜４時間で硬化し、耐蝕性の強い緻密なラミング材層ができる。【００３６】
本発明のバックアップ構造において、耐火レンガ１５の上方に配設される熱膨張逃し部材１６は、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択される材料で構成されることが必須であるが、図２で熱膨張逃し部材１６として示されている構造全てが上記した材料で構成されている必要はない。
熱膨張逃し部材１６が７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択された材料で構成されることが必要なのは、上昇管１３および下降管１４の周囲に配設される耐火レンガ１５の上方に配設されるため、クリープ強さが特に優れていることが必要であるからである。
したがって、図２で熱膨張逃し部材１６として示される構造であっても、減圧ハウジング１１と溶接する部分は７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ未満の金属材料またはセラミクス材料で構成されていてもよい。【００３７】
また、熱膨張逃し部材１６が７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択された材料で構成されることが必要なのは、１５００℃における熱間線膨張率および圧縮強さが大きい耐火レンガ１５の熱膨張による伸びに対して十分なクリープ強さを有していることが必要だからである。したがって、耐火レンガ１５の外側に他の耐火レンガが配設されている場合、図２で熱膨張逃し部材１６として示される構造であっても、これら他の耐火レンガ上方に位置する部分は、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ未満の金属材料またはセラミクス材料で構成されていてもよい。【００３８】
このように図２で熱膨張逃し部材１６として示される構造は、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ以上の金属材料またはセラミクス材料から選択された材料で構成され、耐火レンガ１５の上方に配設される部分（熱膨張逃し部材本体）と、７６０℃におけるクリープ強さが３５ＭＰａ未満の金属材料またはセラミクス材料で構成されており、耐火レンガ１５の外側に他の耐火レンガを配設する場合には、該他の耐火レンガの上方に配設され、かつ、減圧ハウジング１１との接合に用いられる部分（以下、「接合部材」ともいう。）と、が接合されたものであってもよい。この場合、他の部分を構成する金属材料またはセラミクス材料としては、例えば金属材料に関して、ステンレス鋼などの耐熱合金が挙げられる。一方、セラミクス材料に関して緻密質耐火レンガが挙げられる。接合部分をステンレス鋼とすると、ステンレス鋼が適度の柔軟性を有することにより、耐火レンガ１５の熱膨張をある程度吸収することができる効果が得られるため好ましい。
なお、熱膨張逃し部材本体と接合部材とは、溶接や、ボルト、ビス等の固定治具による機械的な接合方法等、公知の方法を用いて接合される。【００３９】
本発明のバックアップ構造は、減圧脱泡装置の上昇管および下降管のバックアップ構造にとって有用な他の構成を含んでいてもよい。このような他の構成の具体例としては、例えば、特開平９−５９０２８号に記載の押上げ手段のように、コイルばね等の付勢力によって、耐火レンガ１５を上方に押し上げて、耐火レンガ１５の上端部を熱膨張逃し部材１６に当接させる構成を有していてもよい。また、特開平９−５９０２８号の減圧ハウジングのように、上昇管および下降管の長手方向の熱膨張および収縮を吸収させるために、減圧ハウジングの上昇管および下降管を収容する部分を筒状ベローズ構造としてもよい。【００４０】
図２に示すバックアップ構造では、耐火レンガ１５の熱膨張による伸びを熱膨張逃し部材１６によって下方に逃すため、耐火レンガ１５の伸びは減圧ハウジング１１の下端側、特に底部に加わることとなる。この減圧ハウジング１１の下端側の強度対策として、減圧ハウジング１１の下端側に冷却管を配し、該冷却管に水または空気を流することによって、減圧ハウジング１１の下端側を冷却してもよい。減圧ハウジング１１の構成材料であるステンレス鋼のような金属材料は、温度が高くなるほど機械的強度が減少する。しかし、このように冷却管を配して冷却することによって、耐火レンガ１５の伸びが加わる減圧ハウジング１１の下端側の機械的強度の低下を防止することができる。【００４１】
また、図２に示すバックアップ構造では、耐火レンガ１５の側面と減圧ハウジング１１との間に空隙部分が存在しているが、この空隙部分にキャスタブル耐火物、プラスチック耐火物およびラミング材のような不定形耐火物を充填してもよい。【００４２】
本発明のバックアップ構造において、耐火レンガ１５および熱膨張逃し部材１６の寸法は、それらを構成する材料、上昇管１３、下降管１４、減圧ハウジング１１といった減圧脱泡装置１の他の要素の寸法および構成材料等に応じて適宜選択することができる。例えば、熱膨張逃し部材１６の厚さは、その設備規模にもよるが、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以上であることが好ましく、２００ｍｍ以上であることが機械的な強度の点で好ましい。また、熱膨張逃し部材１６の厚さは、典型的には５００ｍｍであることが好ましい。
溶解槽から供給される溶融ガラスとの温度差が生じることを防止するために、減圧脱泡槽は、内部が１１５０℃〜１５５０℃、特に１２００℃〜１４００℃の温度範囲になるように加熱されていることが好ましい。なお、溶融ガラスの流量が１〜２００トン／日であることが生産性の点から好ましい。
減圧脱泡方法を実施する際、減圧ハウジングを外部から真空ポンプ等によって真空吸引することによって、減圧ハウジング内に配置された減圧脱泡槽の内部を、所定の減圧状態に保持する。ここで減圧脱泡槽内部は、３０〜４６０ｍｍＨｇ（４０〜６１３ｈＰａ）に減圧されていることが好ましく、より好ましくは、減圧脱泡槽内部は１００〜３１０ｍｍＨｇ（１３３〜４１３ｈＰａ）に減圧されていることが好ましい。【００４３】
本発明によって脱泡されるガラスは、加熱溶融法により製造されるガラスである限り、組成的には制約されない。したがって、ライムシリカ系ガラスやホウケイ酸ガラスのようなアルカリガラスであってもよい。特に、清澄工程の際に気泡が除去されにくく、しかも、ディスプレイガラス基板等のように特に欠点が少ないことが要求される用途に使用される無アルカリガラスが好適である。また、無アルカリガラスである場合、減圧脱泡時の温度をある程度の温度まで上げることが必要であり、その点を考慮すれば、本発明の効果がより大きく発揮される。【００４４】
減圧脱泡槽の寸法は、減圧脱泡槽の構成材料が白金系の材料であるか、セラミックス系の非金属無機材料であるかによらず、使用する減圧脱泡装置に応じて適宜選択することができる。図１に示す減圧脱泡槽１２の場合、その寸法の具体例は以下の通りである。
水平方向における長さ：１〜２０ｍ
一辺の長さ（断面が矩形の場合）：０．１〜５ｍ
内径（断面が円形または楕円形の場合、楕円形の場合は平均径）：０．１〜５ｍ
減圧脱泡槽１２が白金系の材料で構成される場合、肉厚は４ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．２ｍｍである。
減圧ハウジング１１は、金属製、例えばステンレス鋼製であり、減圧脱泡槽を収容可能な形状および寸法を有している。上昇管１３および下降管１４は、一般に断面形状が円形の中空管である。上昇管１３および下降管１４の寸法は、使用する減圧脱泡装置に応じて適宜選択することができる。例えば、上昇管１３および下降管１４の寸法は以下のように構成することができる。
内径：０．０５〜２ｍ、より好ましくは０．１〜１ｍ
（断面形状が矩形の中空管の場合は一辺の長さ）
長さ：０．２〜７ｍ、より好ましくは０．４〜５ｍ
肉厚：０．４〜５ｍｍ、より好ましくは０．８〜４ｍｍ
【実施例】
【００４５】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例）
実施例では、図１に示す減圧脱泡装置１を用いて溶融ガラスの減圧脱泡を実施した。減圧脱泡装置１において、上昇管１３および下降管１４のバックアップ構造は、図２に示すバックアップ構造である。
減圧脱泡装置１の各部寸法および構成材料は以下の通りである。
減圧ハウジング１１：ステンレス鋼製
減圧脱泡槽１２：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）製
（寸法）
長さ：２ｍ
内径：１２０ｍｍ
肉厚：１ｍｍ
上昇管１３，下降管１４：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）製
（寸法）
長さ：３ｍ
内径：８０ｍｍ
肉厚：１ｍｍ
フランジ１８：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）製
内径８２ｍｍ、外径１０２ｍｍ、肉厚１ｍｍのドーナツ状のフランジを、上昇管１３および下降管１４の外周に、上昇管１３および下降管１４の長手方向に沿って間隔３００ｍｍで溶接した。【００４６】
バックアップ構造の各構成の寸法および材質は以下の通りである。
耐火レンガ１５：、内径８２ｍｍ、外径６００ｍｍ、高さ３００ｍｍのドーナツ形状のＡＺＳ質電鋳レンガ（ジルコナイト１７１１（旭硝子株式会社製）、１５００℃における熱間線膨張率（ＪＩＳ  Ｒ２２０７：２００３年）：０．８％、圧縮強さ（ＪＩＳ  Ｒ２２０６：２００３年）：３５０ＭＰａ）を使用し、これを減圧ハウジング１１内の上昇管、下降管の周囲に６段積層させた。なお、減圧脱泡槽１２の周囲に配設される断熱材１７には、粘土質レンガを使用した。
熱膨張逃し部材１６：インコネル製（７６０℃におけるクリープ強さ：１２０ＭＰａ）の熱膨張逃し部材本体とステンレス鋼製の接合部材とを溶接したものを使用した。熱膨張逃し部材本体は内径３００ｍｍ、外径６００ｍｍ、厚さ１００ｍｍのドーナツ形状をしたものである。接合部材は平面形状が正方形で内部に開口部を有する枠状部材であり、一辺の長さは８００ｍｍ、厚さは１００ｍｍである。熱膨張逃し部材本体と接合部材とは溶接されている。接合部材は減圧ハウジング１１に溶接されている。また、熱膨張逃がし部材本体が前記耐火レンガ１５の上方に配設されるようにした。【００４７】
溶融ガラスの減圧脱泡を以下の条件で実施した。
減圧脱泡槽１２内温度：１４００℃
減圧脱泡槽１２内圧力：１８０ｍｍＨｇ（２４０ｈＰａ）
溶融ガラス：無アルカリガラス
流量：１トン／日
使用開始から６ヶ月後、熱膨張逃し部材本体および接合部材のいずれにも破損、変形は認められなかった。【００４８】
（比較例）
熱膨張逃し部材本体がステンレス鋼製（ＳＵＳ３１０Ｓ、７６０℃におけるクリープ強さ：３２ＭＰａ）である点以外は実施例と同様の構成とし、減圧脱泡を実施した。
使用開始から６ヶ月後、熱膨張逃し部材本体に顕著な変形が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のバックアップ構造は、減圧脱泡装置の上昇管または下降管の周囲に配設されている耐火レンガが熱膨張した際に、該耐火レンガの伸びによって熱膨張逃し部材が破損または変形することが防止されているので、溶融ガラスの減圧脱泡装置に適用できる。
なお、２００５年６月２８日に出願された日本特許出願２００５−１８８１２１号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2007000844.tif 000006
2007000844.tif 000007
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