JPH0280328A - 熔融硝子の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は製品の泡、コート９等の品質が問題となる硝子
製造分野における熔融硝子の処理方法に関する。

〔従来の技術〕

硝子の熔解及び清澄工程については、その歴史は古く、
高温溶解炉という古典的設備と、これを扱う操作が同工
程技術の中心となって来た。

これに対し、この熔解清澄工程に、機械的強制力をもっ
た装置を導入し、従来からの古典的熱反応、熱対流等に
のみ頼るだけでな（、近代的メカニズムを利用して、こ
の工程の効率化ないし対象とする製品の品質改善を進め
ようとする各種の試みが近来進められており、その一つ
として硝子熔解槽内の熔融硝子中に噴気孔からガスを強
制的に噴出させることによって、気泡を発生させ、同気
泡の浮上によってバブリングを行なうバブラ一方式が挙
げられる。

現用のバブラーシステムについて、それが開発された時
の目的と、現在実用されているものの効用について簡単
に説明すると、当初の目的は熔解槽底部に設けられた多
数個のバブラー噴気孔から垂直上方に向ってガスを噴出
させ、それＫよって発生する多数の気泡の界面を利用し
て、熔融硝子中に熔解しているガス成分を、熔融硝子の
自由上表面からだけでなく、この気泡中へも拡散させ結
局炉内雰囲気中への放散効果を向上させることＫあった
とも云われている。しかし、工業的実用例に於ては、た
とえ多数個のバブラーノズルからの泡発生を行っても、
この気泡が熔融硝子中に形成する界面の表面積の総和は
、硝子素地の上記自由上表面のそれとの対比に於て極め
て小さく、バブラー気泡界面を通じての硝子素地内溶解
ガス成分の拡散放出については、殆んどその効果を期待
することはできなかった。

ただ、熔解槽内に生ずる硝子素地の熱対流罠よる渦流と
上記バブラーシステムによって生ずる人工的渦流との組
合せによって、熔解槽内のこの領域における渦流の安定
度を高めることによって、製品の品質保持についてもそ
の安定性を向上させつる効果は認められており、現用バ
ブラーシステムのより大きい効用としては、製品の品質
欠点として挙げられる硝子成分の局所的不均質性に基づ
く脈理（ヨード）に対し、バブラーシステムがこの部位
に発生させる上記の人工的渦流によって硝子素地中に活
溌な混合攪拌が生じ、との脈理を消去させる点にある。

この他に、脈理消去の為の機械的手段としては、素地中
で攪拌翼を廻転させるスターラージステムも広く実用化
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術に於ては、バブラーシステムもスターラージス
テムも熔融硝子の混合攪拌というメカニズムについては
実用上効果を発揮しているが、硝子製品の最も基本的な
品質欠点である泡について、明確なメカニズムを背景と
した改善については手ぎ届いていない。

熔融硝子中に含まれる泡についてみると、そこに含まれ
る泡のうち径の太きいものは成型工程に至る前に浮上消
滅するが、径の小さいものが、残って成型されてしまう
ことＫなる。この際径が小さい泡は、ｐ＝−（ｐ：内圧
、Ｔ：表面張力、ｒ二半径）という物理法則に基づきｒ
が小さくなる程、外周の熔融硝子に対するガスの浸透圧
が太き（なり微小泡を囲む熔融硝子中に溶は込んで気泡
の径は更に小さくなり究極的に消滅してゆく、所謂、抱
締めが行われることが理想的であるが、実際は微小気泡
中のガス濃度とこれを取囲む熔融硝子中に溶解している
ガスの濃度とのバランスによって最終製品中に泡が残る
ことになる。

上記のガスの滲透拡散に関する化学的バランスから最終
製品中の泡の残存率を低下させる為には、硝子の熔融清
澄工程において熔融硝子中に溶解しているガスの熔融硝
子中の濃度の飽和率を低く抑えることから基本的に重要
である。

上記の熔融硝子中に、溶解しているガス成分を拡散排除
してその濃度を低下させるという泡品質改善へのアプロ
ーチを考察すると、それ自体は液中の溶解ガスを気液界
面を通じて気体中に拡散させるという物理化学的プロセ
スであって、この拡散の効率自体を促進する機械的手段
を見出すことは難しい。

ここに於て、解決すべき課題は熔融硝子中に機械的方法
で強制的に、いかにして気泡を多数分散させるかという
手段についての解決策を見出すことである。ただ単純に
機械的方法で熔融ガラスのように表面張力の大きい液中
罠多数の気泡を分散させようとすると、これには膨大な
機械的エネルギーが必要とされる。

即ち粘性流体である熔融硝子中には、機械力によって気
泡を作りにくいことを考慮し、本発明は、以下述べるよ
うに噴気管から熔融硝子中へのガスの噴出を改良するこ
とによって、上記の問題点を解決しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、硝子熔解槽の底部から同熔解槽内の熔融硝子
中に挿入された噴気管からガスを熔融硝子中に強制的に
噴出させることによって、熔融硝子中圧気泡を発生させ
、同気泡の浮上によって７２プリン／を行なう熔融硝子
の処理方法において、上記噴気管からガスをほぼ水平に
、即ち、水平、又は水平に対しやや斜め上方もしくはや
や斜め下方に噴出させるようにした。

〔作用〕

本発明においては、バズリン／に使用されるガスの噴出
方向をほぼ水平、即ち、水平又は水平に対しやや斜め上
方もしくはやや斜め下方にすることによって、気泡はほ
ぼ水平方向に向って形成される。噴出ガスの流れの運動
量のベクトルは水平又は水平に近い方向を有しているた
めに、ガスの噴出量を大きくしても、従来の垂直方向へ
の気泡噴出の方式に比べて噴出気流が熔融硝子中にその
上表面に直通するガス流路を形成すること、所謂吹き抜
けと呼ばれる現象を抑制することができる。

即ち、従来の垂直上方への噴出方式に比して相当噴出流
速を大きくしても、吹き抜けを生ずることなくバブリン
グが継続される。

液槽に適用されるバブラーシステムの実用例は、硝子熔
解槽のみならず、広範に亘っているのが現状であるが、
その場合に要求されるのは、噴出口端面部のガス流の全
圧＝静圧＋動圧は、同噴出口端面部にがかる液槽の液圧
を超えていることである。

本発明では、噴出流速を大きくすることが可能になる結
果、この噴出流の全圧の構成においては、従来の浮力に
よる気泡離脱の方式においては靜圧分がその殆んどを占
めていたのに対し、動圧分をもって全圧の主体とするこ
とが可能となる。

このために、本発明では、このガス噴流の径を小さくし
てバブリングを継続することが可能となり、この小径の
噴流の流路に外からかかる熔融硝子の液静圧によって、
このガス噴流は分断されて径の小さい気泡が形成される
ことになる。

従って、本発明においては、バズリング用噴出ガスの量
の上限を大きくすると共に発生浮上する気泡の径を小さ
くし、バブリンダ効果が増大されることＫなる。

〔実施例〕

本発明の第一の実施例を第１図ないし第３図によって説
明する。

第１図に示すように、流量計５及び圧力計２６を備えた
空気、Ｈｅ、０２．Ｈ２Ｏ等のガスの供給管Ｕは、硝子
熔解槽の熔解域と清澄域との間の脱気渦流域に設けられ
た噴気管としての複数のセラミックス製ノぐブラー管３
に接続されている。

セラミックス製バブラー管３は、第２図に示すように、
熔解槽の炉底部散見１を貫通して熔融硝子２内に上方に
延びており、その周囲は熔解槽の炉底部散見１を貫通し
冷却水を循環させる二重水冷外套管４によって取囲まれ
ている。同バブラー管３の上端部に水平方向に伸びる噴
射管３ｂが設けられ、同噴射管３ｂの先端は二重水冷外
套管４の外壁に開口して噴出口３ａを形成している。

本実施例においては、ガス供給管冴からバブラー管３に
供給されたガス５は、噴出口３ａより水平方向に噴出さ
れて熔融硝子２中にほぼ水平方向に並んだ独立気泡６が
形成される。この気泡６は、第３図に示すように、ノミ
プリング管３の噴出口３ａより離脱して浮上するときに
、これに伴って誘起される気泡６周囲の熔融硝子２の上
昇流を駆動源とする熔融硝子２の攪拌が行なわれる。上
記気泡６は第３図に示すように熔融硝子２中を上昇し、
その自由上表面に達して破裂して、その中のガスを熔解
槽上部空間の雰囲気中に放出する。

このよう圧水平方向に形成された気泡６における噴出ガ
ス流（第２図中矢印ａで示す）の運動量のベクトルは水
平の方向を有しているために、ガスの時間当りの噴出量
を多くしても、噴出管末端の噴出口径を適当な小径に保
つ限り噴出ガス流の運動量が大きくなる程、気泡の水平
方向における引きち切れは起っても噴出された気流が熔
融硝子２の内部を上表面に向って吹抜けることはない。

また、このガス噴流の流路に加わる熔融硝子の液静圧に
よってガス噴流は分断されて径の小さい気泡が形成され
る。

更に、本実施例に於ては、バブラー噴出ガス量を大きく
することができることによって、浮上する気泡の時間当
りの容積が誘起する熔融硝子２のこの部位における局所
的上昇流が強化される。これに加えて、従来法に於ては
、上記気泡のバブラー管３からの離脱は気泡の静的浮力
との釣合で行われていたのに対し、本実施例に於ては、
上記のように、ガスの噴流する慣性力が気泡のバブラー
管３からの離脱を促すことになる。即ち、噴出流の有す
る動圧が熔融硝子２内に生ずる渦流の強さを決めるのに
関る形となる。

この結果、従来のバブラーシステムが、その目的として
きたバブラーによって形成される熔融硝子２内の渦流圧
よる硝子素地の攪拌混合均質化がより活溌罠行われるこ
とになる。

本発明の第二の実施例を第４図によって説明する。

本実施例は、上記第一の実施例に比してバブラー管３の
噴出口近傍の構造を次のように変更したものである。

即ち、バブラー管３をセラミックス製とし、その上端部
に水平方向に軸を有する噴出口３ａを設け、このバブラ
ー管３の外周に近接して二重水冷外套管４の内管４ａを
配置し、同外套管４の外管４ｂと内管４ａとの間に中間
の管４ｃを配置することによって、上記の管４ａ　ｒ　
４ａ間に冷却水の上昇通路を、また上記の管４ｃ　＊　
４ｂ間に冷却水の下降通路を設けた二重水冷外套管４が
形成されている。また、セラミックス製バブラー管３の
上端部には、上記のよ５に水平方向に噴出口３ａが設げ
られ、同噴出口３ａ　に対応する位置で内管４ａに開口
すると共に水平方向に外方に延びて外管４ｃに開口する
外方に向ってラッパ状に拡大する截頭円錐状のガス噴出
路４ｄが設けられている。

本実施例は、第一の実施例における噴出口部の構造を上
記のように変更したもので、その作用及び効果について
は、第一の実施例と本質的に変るところはない。

従来の垂直方向上方にガスを噴出するバブラー管におい
ては、全バブラー管から噴出されるガス量の合計は、０
．０４　Ｎｍ”／ｍｍ程度であったが、上記第−及び第
二の実施例では、全バブラー管３からの噴出ガス量合計
Ｖを約５倍、即ち、 Ｖ　＝　０．０４　ｘ　５　＝　０．２　Ｎｍ”／ｆＮ
Ａ８　Ｌ　Ｋ　増大サレタ。

このように噴出ガス流の流量、したがって、噴出流の運
動量が増大されても、噴出方向が水平方向であるために
浮上する気泡は分断細分化されバブリング継続に問題が
生ずることはなかった一方、噴出ガス流量の増加によっ
て、従来のバブラ一方式に比べて、第一、第二の実施例
においては硝子熔解槽においてこのバズラージステムに
よる強力かつ活溌な強制的渦流の安定的継続が認められ
た。

なお、上記各実施例において使用されるガスとしては、
従来から７２ノリング用に使用されている空気を用いて
もよいが、空気の中の０□は硝子に対して溶は易いが、
Ｎ２は硝子製品中の泡の成分として重要な消去対象であ
るので、溶解しているガスを気泡中に拡散放出させた上
調子炉内雰囲気中に放散させるという方式において利用
するガスとしては、熔融ガラスに溶は易いＨｅ　、　Ｎ
２０　、０２等を使用するのがよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ガスをほぼ水平方向に
噴気管から噴出することによって、噴出ガスの量及びそ
の運動量を大きくしても、噴出流の熔融硝子上表面への
吹き抜けが起きることなく、逆に、発生する気泡の径を
小さくしつつ、気泡ガス量を増大させることができる。

この結果、従来のバズラージステムの硝子素地の攪拌混
合による硝子素地の均質化の促進について、従来法に比
して格段罠高い攪拌効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例に使用される装置の全体
の説明図、第２図は本発明の第一の実施例に使用される
装置の要部の縦断面図、第３図は上記第一の実施例にお
ける気泡の移動・浮上を示す説明図、第４図は本発明の
第二の実施例に使用される装置の要部の縦断面図である
。 １・・・熔解槽底部散見、　　　２・・・熔融硝子。 ３・・・バブラー管、　　　　　　３ａ・・・噴出口。 ４・・・二重水冷外套管、５・・・ガス、６・・・気泡
。 代理人　　弁理士　坂　間　　　暁 外２名 を 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硝子熔解槽の底部から同熔解槽内の熔融硝子中に挿入さ
   れた噴気管からガスを同熔融硝子中に強制的に噴出する
   ことによって、熔融硝子中に気泡を発生させ、同気泡の
   浮上によってバブリングを行なう熔融硝子の処理方法に
   おいて、上記噴気管から上記熔融硝子中にほぼ水平にガ
   スを噴出させることを特徴とする熔融硝子の処理方法。