JPS5945603B2

JPS5945603B2 - 均質な無機質容塊の製造法

Info

Publication number: JPS5945603B2
Application number: JP50042455A
Authority: JP
Inventors: 晃小林; 幸雄坂口
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1975-04-08
Filing date: 1975-04-08
Publication date: 1984-11-07
Also published as: JPS51117194A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は均質な棒状溶融シリカ溶塊の製造法に係り、詳
しくは、ガス加熱炉により均質でしかも種々の寸法なら
びに形状の溶融シリカ溶塊が連続的に製造できる製造法
に係る。

溶融シリカの溶塊は連鋳用浸漬ノズルや、コークス炉等
の耐火物材料としての需要が増大し、二酸化ケイ素原料
を電気炉やガス加熱炉等で溶融して工業的に量産されて
いる。

しかし、電気炉、とくに、誘導加熱によって製造する場
合は、設備が大型化し、高価な電気エネルギーを大量に
使用することになって経済性で問題がある。

また、ガス加熱炉は設備的制約がなく小さいものでも高
温が得られるが、製造される溶融シソ力は物理的にはほ
とんど問題がないにも拘らず、原料粒子間や溶塊の内部
に不均一に空隙が残存しており、空隙のない部分の組織
でも脈理や粒状組織が認められ、均一な溶塊になってい
る溶融シリカは仲々得られない。

窯業原料用として用いる場合には、粉砕、粒度配合し、
成形焼成して成形体を得るため、問題にならないが、そ
のまま溶融体を機械加工や熱加工により工業製品に成形
する場合に大きな空隙が残り、内部歪のために亀裂が発
生して使用できない問題が発生する。

このため、従来から、ガス加熱炉により均質な溶融シソ
力の製造法が研究され、その一つの例として特公昭４６
−４２１１号公報に記載される製造法等が提案されてい
る。

しかしながら、この製造法は形状が不規則でかつ大きな
ものができにくいうえに、その製造に非常に時間がかか
るのが欠点であった。

すなわち、この製造法は、粉状石英原料をバーナの焦点
で溶融し、この溶融層を順次に積み上げて溶融シリカを
製造する方法である。

しかし、この方法では溶融されるのはバーナの焦点部分
のみで、小範囲の点溶融であるため、原料の溶融に時間
がかかり、量産に適さない。

また、この製造法は溶融層を回転体として回転溶融層の
偏心部分にバーナの焦点を結ばせて所要寸法のシリカ溶
融体を形成している。

この場合でも、溶融シリカの寸法は回転溶融層の中心軸
とバーナ焦点間の距離に規制されるため、大きな寸法の
溶融体が得られない。

本発明は上記欠点の解決を目的とし、特に、ガス加熱炉
によって原料を溶融して棒状の溶融シリカを製造する際
に、均質な溶融シリカ溶塊が連続的かつ経済的に製造で
きる方法を提案する。

以下、本発明方法について詳しく説明する。

まず、第１図において符号１はガス加熱炉を示し、この
加熱炉１の内部には溶融室７が形成され、その天井部に
貫通孔２を形成する。

この貫通孔２に合わせて多重管バーナ３を設け、このバ
ーナ３は水素ならびに酸素を供給すると共に、二酸化ケ
イ素の原料を供給する。

すなわち、バーナ３は第２図に示す如く中心筒４とその
周囲の２個の環状管５，６から構成し、中心筒４の周囲
に同心円状に内側環状管５ならびに外側環状管６を配置
する。

この中心筒４から径０．１〜１．ＯｍｍｆｆＮ度の酸
化ケイ素原料粉を連続的に加熱炉の溶融室７内に供給し
、後記の如く、溶融体８の平坦溶融表面８ａ上に均一に
分散するよう散布する。

また、内側環状管５から水素を燃料として供給し、更に
、外側環状管６からは酸素を供給し、水素と酸素を溶融
室７の全域で拡散接触燃焼させ、この際、溶融室７の側
壁部に対称的に設けられた一対の排気口９ａ、９ｂから
の排気量を例えばダンパー等によって制御して、溶融室
７の全域を１８００〜２３００℃の高温に加熱しかつ保
持する。

また、中心筒４の先端から供給される原料粉を分散する
際に、第２図に示すように、バーナの中心筒４の先端の
噴出口に角錐状若しくは円錐状の分散チップ１０を取付
げてその周囲は開口させ、分散チップ１０によって原料
粉は拡げて分散させる。

このように供給すると、原料粉は溶融室７内の溶融体８
０表面８ａに均一に分散させて連続的に供給され、原料
がこの溶融表面に接触するとただちに溶融される。

更に、溶融時には、溶融体８の気孔率を所定値以下にす
るために、溶融表面８ａのレベルを一定の価に保持する
。

また、原料粉は粒径を０．１〜１．０ｍｍ程度にするの
は粒径がこれ以下のときは加熱炉外への飛散し易く、Ｌ
Ｏｍｍ以上のときは溶融表面８ａの接触により順次に接
触できないからである。

以上の如く、原料粉を連続的に供給しかつ溶融ｉ室７
の全域において溶融表面８ａで溶融し、一方において、
その溶融表面８ａのレベルを一定に保持した状態で溶融
体８を順次かつ連続的に下降させ、この下降時に溶融体
８を外周から絞ってこの絞り冷却部８ｂのみで外周から
溶融体８を冷却する。

このように冷却すると、溶融体８の冷却は外周が絞り冷
却部８ｂに接触しているときのみであって、この冷却に
よる溶融体８０体積はほとんど変化せず、溶融室７内の
溶融状態が多少変化しても溶融体表面８ａのレベルは一
定に保たれて均質な溶塊が得られ、また、冷却に供せら
れる絞り冷却部８ｂの接触面積は小さく局部的であるた
め、溶塊は加熱炉等に付着することなく容易に取出すこ
とができる。

更に詳しく説明すると、溶融体８を局部的に絞ることな
く排出通路１ａの側壁を冷却部として全て接触させて冷
却すると、下降の間の冷却効果が太き（、その体積化に
よって溶融表面８ａのレベル変化が太き（、溶融シリカ
は温度の降下とともに粘度は急激に増加し、溶融体８が
排出通路１ａに固着し、排出が困難になる。

つまり、絞り冷却部がなく排出通路の全壁面を冷却部と
して冷却する場合は、溶融室と排出通路の断面積が同じ
としても、投原量や炉内の燃焼状態、溶融体の降下速度
の変動により容易に溶融面が変動し、溶融状態が変化す
るため均質な溶融体を得ることが困難である。

更に、本発明法の如く、溶融体８の下降時に外周から絞
って冷却する場合には、その絞り冷却部分において溶融
体８の周囲が完全にシールされで、溶融室７内の温度は
容易に高く保持できる。

また、絞り冷却の場合は、絞り冷却部で溶融体８の固着
温度以上に保持でき、溶融体の外形は上記の如く変化せ
ず、絞り冷却部の断面は溶融室より小さいため、この面
からも、投原量や炉内の燃焼状態、溶融体の降下速度が
多少変動しても、溶融体８０表面レベル８ａの変動はき
わめて少なく、均質な溶塊が製造できる。

また、上記の如く、絞って冷却する場合に、第１図に示
す如く、排出通路１ａに突起１１を突出させ、そこに絞
り冷却部８を設ける。

この突起１１は耐火物で耐摩性のものから構成し、炉壁
に対し抜差自在若しくは取替自在に構成するのが好まし
い。

なお、二酸化ケイ素原料をバーナ等によりガス加熱炉で
溶融する場合には、相当高温が必要で、この高温は通常
バーナの焦点若しくはその付近でしか得られない。

この点、本発明法においては、ガス加熱炉を下降する溶
融体８の周囲は排出通路において完全にシールされ、原
料粉が溶融される溶融表面８ａは溶融室７内で完全に密
閉されているため、水素と酸素の燃焼により溶融室７内
が１８００〜２３００℃に保持されていると、溶融表面
８ａの全域に原料粉を均一に散布するのみですみやかに
溶融し、寸法の大きい溶塊が容易に製造できる。

次に、実施例について説明する。

まず、安定化ジルコニアレンガを用いて第１図に示す通
りのガス加熱炉１を築炉し、この加熱炉において、断面
形状２４０Ｘ３４０ｍｍの凸段部を構成して突起１１と
し、そこに、冷し金により絞り冷却部を設け、溶融室７
は断面形状３６０×４６０關のものとした。

また、この加熱炉の頂部には第２図に示す通りのバーナ
をセットし、このバーナから水素ガス４ＯＮｍ／時、酸
素ガス２ＯＮｍ” ／時の割合で送給して燃焼し、炉
内温度を１９５０〜２０５０℃に保持した。

次に、バーナの中心筒４から粒径１〜０．１ｍｍの朝
鮮珪石を２０ｋｇ／時の速度で投原した。

この際、朝鮮珪石の溶融は、バーナの先端から４００朋
でしかも突起１１から上方に１５０ｍｍのところの位置
に溶融面８ａが維持されるよう行なって、断面寸法３３
０ｍｍ×２３０ｍｍの溶融シリカの角柱状溶塊を１２〜
１３ｃｆＩＬ／時の速度で下降させた。

以上の操作を経て得られた溶塊につき、真気孔率を求め
たところ、３．０〜５．５％であって、十分に均質のも
のであった。

また、溶塊から実際に板を切り出して溶接加工により成
形品にしたが、全（問題がなく、耐熱容器等の用途にも
供することができた。

また、上記のところと同様な方法によって粒径１ｍｍ
１Ｊ上の朝鮮珪石と粒径０．１ｍｍ以下の朝鮮珪石と
を溶融して角柱溶塊を製造した。

この結果、粒径１間以上のものから得た溶塊ではやや粒
状組織がみられたが、あまり問題がなかった。

また、粒径Ｑ、１ｍｍ以下のものは排気口の調整を
誤ると多くが飛散し易くなり、同時に加熱炉内での均一
散布にもやや問題が残った。

また、上記のところでは炉内温度を１８００℃以下に降
下させたところ、溶融温度にややむらが生じ、溶塊の降
下に円滑を欠き易かった。

また、炉内温度を２３００℃以上に上昇させたところ、
炉材が溶損する現象が発生し、炉材が溶融体中に混入し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する際に使用するガス加熱炉の
一例の断面図、第２図は第１図に示すガス加熱炉のバー
ナの断面図である。符号１・・・・・・ガス加熱炉、２・・・・・・貫通孔
、３・・・・・・バーナ、４・・・・・・中心筒、５，
６・・・・・・環状管、７・・・・・・溶融室、８・・
・・・・溶融体、８ａ・・・・・・表面、８ｂ・・・・
・・絞り冷却部、９ａ、９ｂ・・・・・・排気口、１０
・・・・・・分散チップ、１１・・・・・・突起。

Claims

【特許請求の範囲】

１内部に原料の溶融室を具え側壁部に一対の排気口が
対称的に形成されたガス加熱炉の上部中心部に多重管バ
ーナを設け、このバーナにおいてその中心筒から原料と
して径０．１〜１ｍｍの二酸化ケイ素原料を溶融室内の
溶融体の平坦溶融表面上に全体だわたり均一に分散する
よう、連続的に供給してこの溶融表面において二酸化ケ
イ素原料を溶融する一方、前記中心筒を囲む内側環状管
から水素ガス、この内側環状管を囲む外側環状管から酸
素をそれぞれ溶融室に供給して燃焼させると共に、前記
各排気口からの排気を調整して溶融室内温度を１８００
〜２３００℃に保持し、更に、固気溶融体は加熱炉の炉
底から連続的に降下させつつ排出し、しかも、この炉底
からの排出時に溶融体の外周に炉底の絞り冷却部のみを
接触させて冷却して溶融体の外周を凝固させ、その後、
外周を空冷することを特徴とする均質な棒状溶融シリカ
溶塊の製造法。