JP2020100536A - ガラス物品製造装置及びガラス物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、耐火物の浸食を抑制し、装置の迅速な立ち上げを可能とし、かつ、泡の少ないガラス物品を得られるガラス物品製造装置の提供。【解決手段】ガラス原料Ｍを溶融して溶融ガラスＧを生成する溶融炉３と、前記溶融炉にて生成された溶融ガラスＧが流れるスロート５とを有するガラス物品製造装置１であって、前記溶融炉３と前記スロート５は、ジルコニア酸化物を含有する耐火物で構成されており、前記スロート５を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、前記溶融炉３を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも高いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス物品製造装置及びガラス物品の製造方法に関する発明である。

周知のように、ガラス物品は、珪砂、石灰石、ソーダ灰、カレット等を調合、混合したガラス原料をガラス溶融炉（以下、単に「溶融炉」とも称する）で加熱溶融して溶融ガラスとし、この溶融ガラスを成形装置で所望の形状に成形することによって製造される。溶融温度はガラスの組成（品種）等によって異なるが、例えば、約１５００℃と極めて高温である。この溶融ガラスを生成するための設備としては、特許文献１に開示されているようなガラス溶融炉が広く採用されるに至っている。

溶融炉は、耐火煉瓦等の耐火物で構成されており、溶融炉の側方に位置する側壁部には、溶融ガラスを生成するためのバーナーや電極等が設置される。

そして、溶融炉で生成された溶融ガラスは、溶融炉よりも狭い空間領域を形成するスロートを経由して、成形装置に供給される。なお、スロートについても、溶融炉と同様に、耐火煉瓦等の耐火物で構成されている。

ところで、溶融ガラスの温度が１５００℃以上と非常に高い温度となる場合、溶融炉及びスロートを構成する耐火物は高熱によって浸食されやすくなる。そのため、特許文献２に開示されているように、耐熱性の高い高ジルコニア耐火物（以下、「高ＺｒＯ_２耐火物」とも称する）が溶融炉及びスロートを形成する耐火物として用いられる。また、高ＺｒＯ_２耐火物を用いることにより、溶融時に溶融ガラス中に発生する泡の量を減らすことができるという利点もある。

特開２０１４−１１１５１１号公報 特開

しかしながら、高ＺｒＯ_２耐火物は、高価であるというコスト上の問題がある。また、高ＺｒＯ_２耐火物は、低温領域から高温領域までの急激な昇温時において割れやすく、ガラス物品製造装置の立ち上げの際（稼働開始時）に、昇温速度を急激に上げられないという問題があった。

そこで、本発明の課題は、コストを抑えつつ、耐火物の浸食を抑制し、装置の迅速な立ち上げを可能とし、かつ、泡の少ないガラス物品を得られるガラス物品製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス物品製造装置は、ガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成する溶融炉と、前記溶融炉にて生成された溶融ガラスが流れるスロートとを有するガラス物品製造装置であって、前記溶融炉と前記スロートは、ジルコニア酸化物を含有する耐火物で構成されており、前記スロートを構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、前記溶融炉を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも高いことを特徴とする。

このような構成によれば、溶融炉及びスロートを構成する耐火物がジルコニア酸化物を含むため、高熱に曝されても浸食しにくいガラス物品製造装置を得ることができる。また、溶融炉を構成する耐火物のジルコニア酸化物の質量割合を、スロートを構成する耐火物のジルコニア酸化物の質量割合よりも低くしているため、コストを抑えつつ、泡の少ないガラス物品が得られる。さらに、ガラス物品製造装置の立ち上げ時に急激に昇温される溶融炉において、ジルコニア酸化物の含有量を少なくした耐火物を用いるため、耐火物が割れにくく、装置の立ち上げを迅速に行うことができる。

上記の構成において、前記スロートを構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、９０質量％以上であることが好ましい。

ジルコニア酸化物の質量割合が９０質量％以上の耐火物は、高熱時においても浸食性に優れているため、浸食しにくいガラス物品製造装置を得ることができる。

上記の構成において、前記溶融炉を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、１０質量％以上、９５質量％未満であることが好ましい。

ジルコニア酸化物の質量割合が１０質量％以上の耐火物は高熱時においても浸食性に優れかつ溶融ガラス中の発泡を抑制する観点から好ましく、ジルコニア酸化物の質量割合が９５質量％未満の耐火物は、ガラス物品製造装置の立ち上げの際に溶融炉内に生じる急激な温度上昇に起因した耐火物の割れの抑制と耐火物に要するコストの抑制の観点から好ましい。

上記の構成において、前記溶融炉にて生成された溶融ガラスに含まれる泡を除去する清澄炉を有し、前記清澄炉を構成する耐火物が、前記スロートを構成する耐火物とは異なる耐火物であることが好ましい。

清澄炉を有することにより、清澄炉にて溶融ガラスに含まれる泡を除去することができるため、ガラス物品に含まれる泡をより減らすことができる。また、清澄炉は、前記スロートを構成する耐火物とは異なる耐火物により構成されているため、耐火物のコストを下げることも可能となる。

上記の構成において、前記成形装置は、管ガラス成形装置であることが好ましい。

管ガラスに泡が含まれることでガラス物品の品質が大きく低下するため、本発明により、品質の良い管ガラスを製造することができる。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス物品の製造方法は、上記のガラス物品製造装置によりガラス物品を製造することを特徴とする。

このような方法によれば、上記のガラス物品製造装置に係る説明で、これに対応する構成について既に述べた事項と同一の作用・効果を得ることが可能である。

本発明によれば、コストを抑えつつ、耐火物の浸食を抑制し、装置の迅速な立ち上げを可能とし、かつ、泡の少ないガラス物品を得られるガラス物品製造装置及びガラス物品の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るガラス物品製造装置を示す概略側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

図１に基づいて、本発明の実施形態に係るガラス物品製造装置１の側面視における全体構成を説明する。本実施形態においては、ガラス物品は管ガラスである。ガラス物品製造装置１は、ガラス原料Ｍをガラス物品製造装置１内に供給する原料供給装置２と、ガラス原料Ｍを溶融する溶融炉３と、溶融炉３で生成された溶融ガラスＧから泡を除去する清澄炉４と、清澄炉４で泡が除去された溶融ガラスＧが流れるスロート５と、スロート５を流れた溶融ガラスＧを、成形装置７に供給するフィーダー６と、溶融ガラスＧを管状に成形してガラス物品を製造する成形装置７とを有する。

原料供給装置２は、ガラス原料Ｍを貯蔵するとともに、原料を排出可能に構成された原料ホッパー２１を備える。ガラス原料Ｍは、原料ホッパー２１の上端より供給され、原料ホッパーの２１の下端より、貯蔵されたガラス原料Ｍが排出される。なお、ガラス原料Ｍの排出量は、図示しないコンピューターにより自動制御される。なお、図１では、２個の原料ホッパー２１のみ記載されているが、３個以上の原料ホッパー２１を有していてもよく、１個の原料ホッパー２１を備えていてもよい。なお、２個以上の原料ホッパー２１を有する場合、原料ホッパー２１毎に異なるガラス原料が貯蔵されており、管ガラスのガラス組成に応じて各原料ホッパー２１の排出量を調整することができる。

原料ホッパー２１の下部には、原料ホッパー２１より排出されたガラス原料Ｍを受け取るとともに、原料Ｍを溶融炉３まで搬送するコンベア２２が配設されている。コンベア２２は、図１のように、複数の原料ホッパー２１から排出されたガラス原料Ｍを受け取るようにしてもよいし、原料ホッパー２１の数に対するコンベア２２を設けてもよい。

溶融炉３の底部３１ａ、天井部３１ｂ、及び側面３１ｃは耐火物（以下、「第一耐火物」とも記載する）により構成されている。また、側面３１ｃの一部には開口が設けられ、当該開口より、原料Ｍが供給される。また、溶融炉３の底部３１ａより、複数本の発熱体３２が、天井部３１ｂ側に向けて伸びている。発熱体３２に電気を通電することにより、発熱体３２が最大で１８００℃程度まで加熱される。このことにより、溶融炉３に供給された原料Ｍを加熱して、溶融ガラスＧを生成する。
なお、発熱体３２は、天井部３１ａや側面３１ｃより伸びていてもよい。例えば、発熱体３２が側面３１ｃより伸びる場合、電気を通電して加熱する以外にも、バーナーによって加熱することができる。本実施形態において、発熱体３２により溶融ガラスＧが１５００℃まで加熱される。

また、溶融炉３を構成する第一耐火物としては、例えば、煉瓦、不定形耐火物等が挙げられる。本実施形態において、溶融炉３を構成する第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は１０質量％以上である。ジルコニア酸化物を１０質量％以上含む第一耐火物は、原料Ｍの加熱による熱によって浸食されにくい。そのため、長期間にわたって溶融炉３を使用できる。また、第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が１０質量％以上であると、溶融ガラスＧに含まれる泡の量を減らすことができる。なお、ジルコニア酸化物の質量割合は、２０質量％以上であることがより好ましい。

また、本実施形態において、第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は９５質量％未満である。ガラス物品製造装置１の立ち上げを行う場合、立ち上げ前の低い温度から１５００℃までの急激な温度変化に耐火物が曝されると耐火物が割れやすくなり、特に、耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が高いと、上記の割れの傾向が顕著になる。ジルコニア酸化物の質量割合が９５質量％未満の耐火物を用いることは、このような問題の発生を抑制する観点から好ましい。

スロート５の底部５１ａ、及び天井部５１ｂは耐火物（以下、溶融炉３の第一耐火物と区別するために、「第二耐火物」とも記載する。）により構成されている。そして、清澄炉４の側面３１ｃに設けられた開口を通じて、スロート５と清澄炉４とが連結してある。スロート５の高さは、溶融炉３及び清澄炉４の高さよりも低く、溶融炉３及び清澄炉４の溶融ガラスＧの液面よりも低い。そのため、スロート５は、溶融ガラスＧにより充満されている。

また、スロート５を構成する第二耐火物としては、例えば、煉瓦、不定形耐火物等が挙げられる。本実施形態において、第二耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が９０質量％以上である。ジルコニア酸化物を９０質量％以上含む耐火物は、溶融ガラスＧの熱によって浸食されにくい。そのため、長期間にわたってスロート５を使用できる。また、耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が９０質量％以上であると、溶融ガラスＧに含まれる泡の量を減らすことができる。なお、ジルコニア酸化物の質量割合は、９２質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上がさらに好ましい。

なお、本実施形態において、スロート５を構成する第二耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、溶融炉３の第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも高い。耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が高いと、熱により浸食されにくくなるものの、ガラス物品製造装置１の立ち上げ時等の急激な温度上昇に曝されると割れやすくなる。特に、溶融炉３の温度は、スロート５に比較して急激に変化しやすいため、溶融炉３を構成する第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合を、スロート５を構成する二耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも低くすることにより、溶融炉３の第一耐火物が割れるのを抑制することができる。また、スロート５は、溶融炉３と比較して熱により浸食されやすい傾向にあることから、スロート５を構成する第二耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合を、溶融炉３を構成する第一耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも高くすることにより、スロート５の熱による浸食を効率的に抑制することができる。

清澄炉４の底部４１ａ、天井部４１ｂ、及び側面４１ｃは耐火物（以下、溶融炉３の第一耐火物及びスロート５の第二耐火物と区別するために、「第三耐火物」とも記載する。）により構成されている。また、側面４１ｃの一部及び溶融炉３の側面３１ｃの一部には開口が設けられ、この開口によって、溶融炉３と清澄炉４とが連結されており、溶融炉３から清澄炉４に溶融ガラスＧが供給される。また、清澄炉４内には、溶融ガラスＧを攪拌して溶融ガラスＧに含まれる泡を除去するスターラ４２が設けられる。スターラ４２は、貴金属等の耐熱性の材料により構成されている。なお、清澄炉４は、図示しない清澄剤投入部より、酸化スズや、不活性ガスを投入して溶融ガラスＧを清澄してもよい。

また、清澄炉４を構成する第三耐火物としては、例えば、煉瓦、不定形耐火物等が挙げられる。本実施形態において、第三耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は１０質量％以上である。ジルコニア酸化物を１０質量％以上含む耐火物は、溶融ガラスＧの熱によって浸食されにくい。そのため、長期間にわたって清澄炉４を使用できる。また、第三耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合が１０質量％以上であると、溶融ガラスＧに含まれる泡の量を減らすことができる。なお、ジルコニア酸化物の質量割合は、２０質量％以上であることがより好ましくい。

フィーダー６は、スロート５と連結しており、スロート５より溶融ガラスＧが供給される。フィーダー６の内部は、耐火物や貴金属等により構成されている。フィーダー６の溶融ガラスＧは、後述する成形装置７に供給されるように、スロート５の反対側は開放されている。

成形装置７は、フィーダー６より排出された溶融ガラスＧを管状に成形する。フィーダー６の下方には、耐火物により形成された略円柱状のスリーブ７１が配置されており、スリーブ７１は、円柱状の延伸方向に沿った軸を中心に回転可能に構成されており、当該軸に沿って空気を噴射するように構成されている。空気を噴射しつつ回転し、そしてスリーブ７１上に溶融ガラスＧが供給されることにより、管ガラスＴが成形される。また、溶融ガラスＧやフィーダー６内部が急激に冷えないようにするため、フィーダー６及びスリーブ７１は、マッフル炉７２内に収容されており、マッフル炉７２の内部は数百℃に加熱される。

このようにして成形された管ガラスＴは、後の工程で切断、洗浄等が行われる。

次に、当該ガラス物品製造装置１を用いたガラス物品（管ガラスＴ）の製造方法について説明する。

まず、原料Ｍが投入される前のガラス物品製造装置１の温度を、常温から１０００℃以上まで昇温する。昇温後、溶融炉３に原料Ｍを投入し、原料Ｍを溶融し、溶融ガラスＧを生成する。溶融炉３で溶融ガラスＧが生成したのち、溶融ガラスＧは、清澄炉４まで流れる。溶融ガラスＧは、清澄炉４にて清澄される。その後、清澄された溶融ガラスＧは、スロート５を経由してフィーダー６にまで流れる。そして、溶融ガラスＧは、フィーダー６からスリーブ７１上に供給され、スリーブ７１により管状に成形された管ガラスＴとなる。

なお、本実施形態では、成形装置７は管ガラスの成形装置であったが、板ガラス等の成形装置であってもよい。また、清澄炉４はなくてもよい。

１…ガラス物品製造装置
３…溶融炉
４…清澄炉
５…スロート

Claims (6)

1. ガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成する溶融炉と、
   前記溶融炉にて生成された溶融ガラスが流れるスロートとを有するガラス物品製造装置であって、
   前記溶融炉と前記スロートは、ジルコニア酸化物を含有する耐火物で構成されており、前記スロートを構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、前記溶融炉を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合よりも高い、
   ガラス物品製造装置。
2. 前記スロートを構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、９０質量％以上である、
   請求項１に記載のガラス物品製造装置。
3. 前記溶融炉を構成する耐火物に含まれるジルコニア酸化物の質量割合は、１０質量％以上、９５質量％未満である、
   請求項２に記載のガラス物品製造装置。
4. 前記溶融炉にて生成された溶融ガラスに含まれる泡を除去する清澄炉を有し、
   前記清澄炉を構成する耐火物が、前記スロートを構成する耐火物とは異なる耐火物である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス物品製造装置。
5. 前記成形装置は、管ガラス成形装置である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス物品製造装置。
6. 請求項１〜５に記載のガラス物品製造装置によりガラス物品を製造するガラス物品の製造方法。