JPH03183624A - ガラス溶解炉 - 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、混合体は溶解部で溶解され、前記溶解部に続
く清澄部で清澄され、その後前記清澄部に接続している
と共に深くされた溶湯深さを有する均質化部で均質化さ
れ、そしてそこから排出され、かつ混合体は溶解部の始
端に供給され、この混合体供給部の下側で電極によって
エネルギが与えられ、エネルギを与えるために前記清澄
部にバーナか備えられ、さらにその燃焼ガスと前記バー
ナに供給される燃焼空気との間での熱交換のための熱交
換装置を備えているガラス溶解炉内でのガラスの溶解の
省エネルギ方法とこの方法を実施するためのガラス溶解
炉に関する。

〔従来の技術〕

ガラス溶解炉は、一般に、復熱装置や熱回収装置と共に
運転されるにもかかわらず、比較的効率が低いという欠
点を持っている。この原因は、ガラス槽の断熱が悪いこ
とにあるのではなく、廃ガス熱量が燃焼ガスの予熱のた
めに必要な熱エネルギを大幅に上回っていることにある
。

燃焼空気の温度上昇は、このことによって熱交換を大変
費用のかかるものとし、特に欠点として有毒なＮＯＸ濃
度か強く上昇するので制約を加えられる。廃ガスの過剰
熱量を適切に利用するため、ガラス溶解槽に投入する前
に混合体も予熱する種々の試みが既に提案されている。

これらの試みは、加熱することによりいくらかの混合体
成分が溶は始めこれにより熱交換面に付着するというこ
とや、その他廃ガスと混合体が直接接触する際ある成分
量か溶は始めると共に分解も始まり、つまりある成分量
が運び去られることとなり、廃ガス中の塵埃の含有量が
許容値を越え、結果として大変効果な塵埃フィルタが必
要となるということから、うまくいかなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、上記欠点を回避し、公知の炉に較べ大
幅に良好な効率を有すると共に経済的に設置することが
でき、コントロールが難しい高い温度を持つ炉や熱交換
装置の構成部を必要とせずに特にＮＯＸ濃度が低く、廃
ガス中の塵埃量も少ないところのガラス溶解法とガラス
溶解炉を提供することである。

さらには上側炉の温度と使用されている熱交換装置（復
熱装置）内の温度は従来の炉より低くなければならない
。

上述の欠点を克服して、本発明による炉は経済的に製作
され、確実な操業が行なわれるべきであり、必要な場合
化石状燃料と電気エネルギのさらに進んだ交換が可能で
なければならない。

〔課題を解決するための手段〕

」二足課題は、本発明によれば、大部分の溶解エネルギ
の供給は前記清澄部の化石状燃料のバーナによって行な
われ、その煙ガスは混合体に対する対向流の形で前記溶
解部の上を流れ、混合体供給部の近くで排出され、清澄
部から来る流れは混合体の対向流の形で溶解部の表面を
貫流し、かつ清澄部からの輻射を清澄部の境界と溶解部
上方で吸収する手段が設けられ、これにより溶解の上側
の空間が異なる温度のゾーンに分けられ、その中で最高
温度が清澄部内に存在することによって解決される。

本発明による方法は、好ましくは、 最高温度を持つ第１ゾーンとしての清澄部においてバー
ナは窒素酸化物を減少させるため空気不足で運転され、
煙ガスの流れから見て低い温度を持つ第２ゾーンとして
の次の部においてその流入部に排出されたバーナは完全
燃焼のために過剰空気で運転されるように実施される。

本発明の課題を解決するガラス溶解炉においては、 混合体の移動の対向流としての高温の流れを作り出すた
めに溶解部床は前記清澄部から混合体投入部にかけて低
くなっており、第１ゾーンとしての清澄部と第２ゾーン
としての溶解部との間の炉の天井は溶湯表面すれすれま
で延びた少なくとも１つの輻射防壁を備え、前記混合体
供給部分において混合体供給領域に電気エネルギを与え
るための電極が備えられ、さらに燃焼空気を加熱するた
めの熱交換装置が備えられている。

混合体供給部の下側に配設された電極は、電極の近くの
清澄部側に下がっていく流れを形成し、この流れは高温
ガラス流を溶解部において下側へ偏向し、このことによ
って床を流れる清澄部への逆流を強くするべく機能し、
利点を与える。

効率を下げるバーナ部からの輻射による熱伝達は、好都
合にも清澄部と溶解部との間及び溶解部に設けられた輻
射防壁によって阻止される。

本発明による方法とガラス溶解炉の特別な利点は、廃ガ
スがガラス溶湯上に載る混合体を予熱しながら槽室間か
ら排出までに８００−１０００°Ｃに冷却され、大した
技術的困難を伴わずに復熱装置は対向流の形で空気を約
７００°Ｃに加熱することができることにある。

〔作用・効果〕

明らかなように本発明によるガラス溶解炉は、その運転
に対してこの方法に関連して、懸案の諸問題を特に利点
を与える方法でしかも最初にして解決することが出来る
。本発明による原理は、混合体をガラス溶湯上に載せ、
そこで廃ガスによって熱し、その際、廃ガスは残ってい
るエネルギを燃焼ガスの加熱のためにほぼ完全に利用す
ることができるようになるまで冷却される。槽の混合体
予熱領域において理想的な流れ場の調節とガラスの流動
性維持はその際比較的わずかな量の電気エネルギを与え
ることによって保証される。

さらに本発明による好適な実施形態としては、特許請求
の範囲第３項〜第５項及び第７項〜第１８項が参照され
る。

次に本発明の実施例を図面を用いながら詳説される。

〔実施例〕

図面によれば本発明によるガラス溶解炉は、互いにつな
がっている清澄部（２）と溶解部（３）とを有する長方
形の槽から構成され、溶解部（３）は清澄部（２）に較
べ２倍から２．５倍の長さを持っている。清澄部（２）
としてはその中にオイルやガスを燃焼させるバーナ（２
０）を配設している平らな種部が示されている。

この槽は、さらにバーナのある側に横断壁（１６）を、
そして混合体供給部側に横断壁（１７）と長手壁（１８
）を備えている。その上部炉は天井（１）によって形成
されている。溶解部床は（９）で示されている。

溶解部（第２ゾーン）（３）内には床電極（６）が設け
られており、これはこの領域、特に混合体が装填される
ちょうどその領域におけるガラス溶湯の不動化を防止す
る。この不動化は、バーナ（２０）によって高温に熱せ
られた清澄部（２）から混合体供給領域に連続して高熱
ガラスを運ぶ表面流を溶解部（３）内で調節することに
よってさらに防止される。

混合体の供給は従来の方法で横断壁（１７）の全幅でも
って行なわれる。個々には、この槽は同じ出願人の前の
出願にも記載されているように、従来の技術により構成
されているので、これ以上の記載はするに及ばないだろ
う。このことは、特に壁、丸天井、床、バーナ、電極、
及び均質化部（２ａ）の混合体供給部から離れた側の排
出部（１９）の構造にも言えることであり、さらに混合
体供給部のすぐそばにある廃ガス排出口（２２）の構造
にも言えることである。

槽内部において、清澄部（２）の供給側端部のところに
輻射防壁（５）が設けられており、これは天井から溶湯
表面（４）にぴったりのところまで延びており、輻射が
溶解部（３）に及ぶことを防止する。知られているよう
に、部屋内の温度か高い場合エネルギの大部分は輻射に
よって伝わり、このことからバーナ（２０）によって与
えられるエネルギを清澄部（２）に集中させることは本
発明の重要な点である。さらにかなりの輻射量が溶湯表
面からそして特に輻射防壁（５）から供給側へ作用する
ので、溶解部（３）は、なお混合体供給部の近くにもう
１つの輻射防壁（７）をそしてその防壁（７）と前記の
防壁（５）との間にさらにもう１つの防壁（８）を設け
ている。この構成により、特記するほどの輻射エネルギ
が混合体加熱に寄与することを確実に避けられ、これは
、実際上清澄部（２）から溶解部（３）を通って廃ガス
排出日（２２）に流れる廃ガスによってもっばら行なわ
れる。

必要により、床（９）は清澄部（２）の供給側のところ
で、しきり１４を備えることか出来る。重要なことは床
か混合体供給部の方に向って一様に低くなっていること
であり、このことで流れ状態がコントロールされ、高温
ガラスは溶湯表面を混合体供給部の方へ逆に流れ、そこ
で体電極（６）と接し、ガラスの不動化が阻止される。

清澄部（２）の床は水平に構成されている。

約９００″Ｃに冷却された廃ガスは槽から出た後復熱装
置に送られ、そこから約１５０〜２５０　’Ｃの温度で
出される。この温度でこの廃ガスか持っているエネルギ
はさらに燃焼空気に伝達される。

復熱装置では冷却された廃ガスによって通常温度の燃焼
空気が約７００°Ｃに予熱され、パイプ配管を通ってバ
ーナ（２０）に供給される。比較的低い空気温度に基づ
いて行なわれる燃焼は、その炎温度が比較的低く、その
結果高いＮＯＸ濃度か生じないという利点がある。その
廃ガスはさらに冷却されるだけでなく、ＮｏＸａ度が非
常に低いので、本発明によるガラス溶解炉の稼働は大気
汚染の少ない地域、例えば町の中においても可能であり
、同時に廃ガス温度か低いことから塵埃フィルタの装着
も簡単に可能となる。

槽の稼働から重要なことは、溶解部（３）はその供給部
側ではもっばら混合物を予熱し、混合物の本質的な溶解
は溶解部（３）のバーナ側で始めて行なわれることであ
り、その際清澄部（２）では、公知の方法で床排出部（
１９）から排出される前にそのガラスの清澄が行なわれ
る。

清澄部（２）には、空気を床を通じて導入する複数の泡
発生手段が設けられている。この空気により、必要な場
合法電極を用いて、清澄部（２）ではガラスの循環が強
く行なわれ、清澄部内では上から下にかけてほんの少し
の温度勾配に設定することが出来る。このことによって
、溶湯表面温度は約１５５０〜１５６０’Ｃとなり、そ
の際丸天井の天井温度は清澄部温度１５８０°Ｃを上回
らないことか保証される。溶解部（３）の温度は、それ
に対して非常に低く、これは混合体供給部から清澄部（
２）にかけて１１００°Ｃから１３００℃といったとこ
ろである。

均質化部（２ａ）ではガラスの均質化が冷却されながら
行なわれるので、理想的な温度層形成とされ、循環流の
汚染そして結果として排出部（１９）にその汚染が持ち
込まれることが防止される。

輻射防壁（５）、　（７）、　（８）により混合体上の
ガス速度は約ｌＯ〜１５ｍ／ｓに調節され、これは輻射
熱伝達と共にある対流性の熱伝達も許す。輻射防壁は、
その際、例えば大きな犬小屋のアーチのようなフラジ１
〜アーチに構成される。

供給される電気エネルギは、さらにバーナによって供給
されるエネルギとの関係てＮ０Ｘ−質量流が許容値を上
回らないように選択される。

電気エネルギの割合が高い時はＮ０Ｘ−質量流は低下し
、その割合か低くなると増加する。

本発明によるガラス溶解炉は、混合体供給部において低
い温度を理由として安価な耐火材料を用いることができ
るので、経済的に製造することか出来る。

ガラス溶解炉全体が廃ガスや加熱された燃焼空気の配管
とはっきりと絶縁されていることは本発明の本質でもあ
る。にもかかわらず、これがもつエネルギ消費量を３１
００〜３４００キロジユ一ル／ｋｇガラスというこれま
で達成し得なかった値に低下させることができたのは当
業者にとって驚くべきことである。

第１ゾーンとして示される清澄部ではバーナは空気不足
で運転され、その燃焼は不完全であるので、窒素酸化物
（ＮＯＸ−化合物）は実際上発生しない。この燃焼ガス
は、それから第２ゾーン、つまり溶解部に達し、そこで
第２ゾーンの流れ始めでは、ここでは既に第１ゾーンに
おけるより約１５０″Ｃ低い温度となっているが、その
バーナは供給された炭化水素の完全燃焼を行なうために
空気過剰で運転され、効率の損失が避けられる。ここを
支配している温度が本質的に低いということから、同様
に実際上ＮＯＸは生じず、その廃ガスは大気への排出に
おいて実際上ＮＯＸなしとなっている。つまり本発明に
よるガラス溶解炉は人口密度の高い地域にも好都合に稼
働させることができる。

さらに重要なことは、高い割合のガラスカレットと通常
の混合物との混合でもって行なわれるのて、この炉を安
い基礎材料で稼働することが可能となることである。ど
んどん増えている回収された古ガラス物、これは現在ま
だ色によって分けられることができないが、これにより
種々の酸化ポテンシャルを持っカレットが溶解槽Ｇ；入
ってくる。互いに異なった酸化ポテンシャルを有するガ
ラスの反応においては、溶湯表面が強く泡立ち、これは
火炎輻射を反射し、ガラス溶湯への熱伝達を妨げる。

この泡は火炎の導入を減少させることによりよく低下さ
せられるので、この新規な槽は大量の古ガラスを投入し
て不適当な割合となっても従来の槽よりは適切に働く。

原料の品質に比較的影響されないという考えは、第４図
から第９図による装置において本質的により大きな度合
をもって有効である。ここでは戻り流が生じないので、
清澄とそしてその結果としてガラスの品質は溶解部と全
く独立して決定される。不均質な原料と強い発泡物の投
入又は多くの蒸発する水を含む苛性ソーダの投入でもガ
ラスの品質に影響せず、その際溶解部での均質化は泡発
生手段によって行なわれる。

安い原料を投入することによる経費の節約は、泡発生で
増加するエネルギ消費の経費をはるかに補って余りある
。

次に記載することは、十分に知られた公知技術に鑑み、
本発明による炉を種々の形態に限定することである。

第４図から第９図によれば、本発明の基本は、流れ方向
に順番に並んだ３つの炉部分、ないしは種部分からなり
、溶解部（３）は清澄部（２）と均質化部（２ａ）の流
れ方向上手側に位置する。ガラス流の最高温度は清澄部
（２）の特に平らに構成された領域（３４）に現れ、そ
の加熱はバーナ（２０）及び電極（３６）によって行な
うことができる。

もし電気エネルギに較べ比較的安い従来のエネルギをバ
ーナを用いて与えるなら特に好都合であり、その際ガラ
ス溶湯の完全な温度の上昇は領域（３４）の浅い溶湯深
さによって保証される。

混合体は溶解部（３）の上流側のところで供給され、清
澄部（２）の方に運ばれる。清澄部（２）への搬送は床
くぐり抜け通路（３７）を形成するアーチ（３８）によ
って阻止され、その際アーチ（３８）は空気によって冷
却される。後で燃焼空気として用いられるこの空気は、
高い耐熱性を有する、例えばインコネル製のパイプで供
給される。

床くぐり抜け通路（３７）の後では、今はもはや混合物
と混ぜ合わされていないガラスがピストン流で上昇する
。これは、上からのエネルギの供給により、−蓄冷たい
ガラスが上に位置するように望ましい層状化が設定され
ているからである。この温度層形成によりここでも渦の
発生がないピストン流が生じる。このことは、まだ予熱
されていないガラスが本格的な清澄ゾーンに入り込むこ
と、又は既に高温に熱せられたガラスが再び清澄部（２
）の前側部で沈むことを保証する。

溶解部（３）における大変強いエネルギ供給を保証する
ために、この後側部分に天井バーナの下に泡発生手段（
２５）があり、これは、連続的に冷たいガラスが押し流
され、過熱が防止されることを保証する。同じような泡
発生手段（２５）が混合物の搬入点もしくは相応する領
域にも備えることができ、これによりここでも連続した
ガラス流が発生させられ、不動化が妨げられる。

第４図によれば、供給される混合体やカレットも予熱さ
れることができる。清澄部（２）や溶解部（３）からの
燃焼ガスは、遠心力を利用して除塵するサイクロン（２
７）を介して除塵され大気に放出される前に、混合体供
給部の領域に流し出され、対向流として混合体及びカレ
ットを通り抜けて行く。その際、除塵後の固形物はサイ
クロン（２７）から混合物サイロ（３１）に戻され、そ
のサイロから燃焼ガス流に対向しながら運び去られるか
又は落下させられる。カレット通路（２８）を送られる
カレットは燃焼ガス流によって貫流される。カレット通
路（２８）は、互いに間隔をもって内方に傾斜して配設
された個々の面、つまり板（２９）から構成されており
、燃焼ガス流は板によって形成されるスリットを通って
カレット内に入ることができる。

特別な品質のガラスを得るために、第４図によれば、均
質化部（２ａ）の床は実質的に溶解部の床の水準の下に
位置させることができる。その際一方からの混合体やカ
レットの供給や燃焼ガスの送り出しは、開口（２２）を
介して行なうことができる。

第５図と第６図に本発明による炉の簡単化された実施例
が示されており、溶解部（３）での過熱は電極（６）に
よって行なわれる。混合体は、その際溶解部（３）のか
なりの部分に延出している。溶解したガラスは第４図に
よる炉内のように床くぐり抜け通路（３７）を通って清
澄部（２）に流れ、その際上昇する間にさらに別な電極
（６）によってそして１つ以上のバーナ（２０）によっ
て表面から加熱される。又ここでは上昇の間にピストン
流が存在することになり、そのガラスは前述した溶湯の
浅いところがある領域（３４）において最大温度に達す
る。

それからガラスは、流れ方向から見て清澄部（２）の後
側部のもう１つのピストン流でさらに別な床くぐり抜け
通路（３０）へ流れ、そこから均質化部（２ａ）に流れ
る。均質化部（２ａ）には温度層の損失の補償もしくは
温度層の望ましい調節はバーナ（２０）で行なわれる。

清澄部（２）のアーチ（３８）及び床も耐熱材料製のパ
イプで送られてくる冷たい燃焼空気によって冷却される
。

第７図から第９図によれば、溶解部（３）での混合体の
溶解はここでも電極（６）を介しての電気エネルギの供
給によって行なわれ、清澄部（２）を通り抜ける流れは
、第５図と第６図との関連で述べられたように、最初は
上りに次には下りに方向付けられたピストン流を用いて
実現する。

均質化部（２ａ）としてバーナ（２０）と間接加熱手段
（２６）を有する好ましくは間接加熱される好ましくは
作業槽が用いられる。

均質化部あるいは作業槽からガラスを取り出さないまま
でも戻り流を確実に防止するために清澄部（２）におい
て耐火材料から作られた流れを狭める手段（４１）が配
設され、この手段は流れ込んでくるガラス流を２つに分
流し、又水平の渦形成を許さない。バーナ（２０）を介
して清澄部（２）に供給されるエネルギにより望まれる
温度層が休止時間の間も渦を生じずに維持されるので、
この実施例は断続的に取り出しを行なう炉のために特に
良く適している。その際、間接的な加熱は、均質化部（
２ａ）ないしは作業槽内での望ましい温度層が取り出し
なしでも維持されることを保証する。その温度はここで
は貫流がなくても望ましい方法で調節される。

本発明の本質は、清澄部において所定の温度層を渦の発
生を回避しながら調節することにあり、このことは、加
熱時と冷却時においてもそして溶湯深さが浅いことから
最大温度領域においても達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス槽の縦断面図、第２図は第
１図のものに類似するガラス槽の断面平面図、 第３図は本発明によるガラス槽の他の実施例の断面平面
図、 第４図は本発明によるガラス溶解炉の縦断面図、 第５図は本発明による他の実施例の溶解槽の縦断面図、 第６図は第５図による槽の平面図、 第７図は非連続的な取り出しに適した溶解槽の縦断面図
、 第８図は第７図による槽のガラス溶湯の表面高さにおけ
る断面平面図、 第９図は第７図による槽のガラス溶湯の表面高さより高
い位置での断面平面図である。 （１）・・・・・・炉の天井、（２）・・・・・・清澄
部、（３）・・・・・・溶解部、（４）・・・・・・溶
湯表面、（５）・・・・・・輻射防壁、（６）・・・・
・・電衡、（９）・・・・・・溶解部床。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶解部と、より深くされた溶湯深さを持つ均質化部
   と、前記溶解部と前記均質化部との間に配設され浅い溶
   湯深さを持つと共に化石状燃料エネルギを与えるための
   バーナを設けている清澄部を備え、燃焼ガスの排出と混
   合体の投入が前記溶解部の始端領域で行なわれるガラス
   溶解炉において、 前記混合体の移動の対向流としての高温の 流れを作り出すために溶解部床（９）は前記清澄部から
   混合体投入部にかけて低くなっており、第１ゾーンとし
   ての清澄部（２）と第２ゾーンとしての溶解部（３）と
   の間の炉の天井（１）は溶湯表面（４）すれすれまで延
   びた少なくとも１つの輻射防壁（５）を備え、前記混合
   体供給部分において混合体供給領域に電気エネルギを与
   えるための電極（６）が備えられ、さらに燃焼空気を加
   熱するための熱交換装置が備えられ、かつ前記溶解部（
   ３）と清澄部（２）との間に床くぐり抜け通路（３７）
   が配設されていることを特徴とするガラス溶解炉。 ２、前記清澄部（２）と均質化部（２，２ａ）との間に
   さらに床くぐり抜け通路（３０）が配設されていること
   を特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉。 ３、前記くぐり抜け通路（３７）のアーチ（３８）を構
   成する耐火材料内に冷却する燃焼空気を流通させるため
   の管路（３９）が配設されていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載のガラス溶解炉。 ４、前記清澄部（２）と均質化部（２，２ａ）との間の
   床くぐり抜け通路（３０）のアーチにも冷却用管路（３
   ９）が配設されていることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のガラス溶解炉。 ５、前記均質化部（２ａ）は作業槽として形成されてい
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガ
   ラス溶解炉。 ６、前記清澄部（２）は平らな領域（４）において流れ
   を狭める手段（４１）を備えていることを特徴とする請
   求項１〜５のいずれかに記載のガラス溶解炉。 ７、前記溶解部（１）の流れ方向下流側に天井バーナ（
   ２４）とこの各天井バーナの下に泡発生手段（１５）が
   配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   かに記載のガラス溶解炉。