JPS602260B2 - 電気熔融に適した無アルカリガラス用バッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気熔融に有用な無アルカリガラス用バッチ
に関するものである。

重油燃焼タンク窯でガラスを熔融する場合、原料によっ
て熔融の難易が著しく異ることはよく知られており、場
合によってはガラスの熔融が極めて困難或は不可能にな
ることがある。

例えば、持公昭４４−５５５９には、熔融の初期に粘度
の高いガラス表面層が生じ、バッチ原料の分解によって
生成した泡は、この粘鋼なガラス層に遮られて大気中へ
の逸散が妨げられ、厚い泡の層となる。この泡の層が断
熱材として働き、熔融ガラス格に熱が伝わり難くなり、
ガラスの熔融が困難になることが記載されている。そし
て、この熔融に有害な泡の層の生成を防ぎ、ガラスの熔
融効率を高めるために、アルカリ士類金属ボレート（例
えばコレマナィト）、アルカリ士類シリケート又はアル
ミネートを原料として用いることが効果的であると述べ
ている。無アルカリガラス繊維も、重油熱暁タンク窯で
連続的に熔融されているが、そのバッチは、一般に、カ
オリンタレィ、コレマナィト、炭酸カルシウム、水酸化
アルミニウム、ドロマィト等の原料からなるものが使用
されており（例えば、第３表の番号１に示すもの）、高
品位の製品を得ている。

近年、重油燃焼の排気ガスの問題から、ガラスの電気熔
融が盛んに行なわれるようになり、無アルカリガラスも
電気熔融が試みられているが、重油燃焼タンク葉で一般
に用いられている上記バッチ（第３表番号１）を用いる
と、ガラス化反応時に発生したガスが気泡となり、この
気泡の上部に粘性の高い非通気性の層が生じ、時間の経
過とともにこの気泡が溜って大きな層に発達し、遂には
、その上部の粘性の高い層を突き破って大気中に逸散す
るとき、バッチや熔融ガラスもともに窯の上部より吹き
こぼれ、安定した熔融状態は得られない。

このような「吹き現象」はソーダガラス、棚珪酸ガラス
、鉛ガラスなどでは見られない現象である。「吹き現象
」の機構を第１図に図式的に示す。

第２図には「吹き現象」のない安定した熔解状態を示す
。第１図及び第２図において、投入されたバッチ１は、
ひび割れた凝結層２、粘性の高いガラス化反応層３及び
泡層４を経て熔融ガラス５となる。第２図に示すような
「吹き現象」のない安定した熔解状態では、ガラス化反
応層３が薄く、その下面に発生した気泡４′はガラス化
反応層３を容易に破り、競結層２のひび割れから大気中
へ逃げることができる。

このためガラス化反応層３の下に気泡の層４が生じるこ
となく、安定した熔融状態を保つ。第１図に示す場合は
、粘性の高いガラス化反応層３が次第に厚くなり、発生
した気泡４′の圧力では簡単には破れないようになる。

時間の経過とともに泡層４も厚くなり、この泡層４は断
熱層となるのでガラス化反応層３の粘性は更に高くなり
ますます破れ難くなる。そして泡層４の圧力は次第に大
きくなり、遂にはガラス化反応層３、暁結層２及びバッ
チ層１を一気に押し上げて大気中に逃げる。このとき窯
の上部からかなりの量の熔融ガラスやバッチが吹きこぼ
れる。この場合のガラス化反応層３は鉄棒で穴をあげる
ことができない程に強固な白色の層で、未熔融の石英を
多量に含むものである。発明者等は種々検討の結果、安
定した熔融状態を得るには、ガラス化反応層３をなるべ
く薄くする必要があり、そのためには、バッチに含まれ
る石英の量をできるだけ少なくすることと、原料の粒径
をできるだけ小さくすることが極めて効果的であること
を見出した。

バッチ中に含まれる石英の量をできるだけ少なくするた
めには、Ｓｉ０２と他の成分との化合物を原料として用
いるとよい。

Ｓｉ０２−ＡＩ２０３−Ｈ２０系の鉱物や、この鉱物と
石英との複合鉱物などはその一例であるが、本発明の目
的である無アルカリガラスの組成（第４表参照）から、
Ｓｉ０２／山２０３がモル比で２以上である必要がある
。このような鉱物としては、前者には、カオリン、パィ
ロフィラィト、後者には、カオリンクレィ、パイロフィ
ライトクレイなどがある。Ｓｉ０２−Ｎ２０３−日２０
系鉱物のほかに、珪灰石（Ｃａ○・Ｓｉ０２）もこの目
的に通った原料である。

極めて微細な原料を使用すれば、バッチ中に石英がかな
り含まれていても安定した熔融状態を得ることができる
。しかし、原料を或る程度以上に微粒に粉砕することは
極めて困難であり、経済的に甚だ不利である。例えば、
石英、カオリン及びパィロフィラィトについていえば、
これらの鉱物の粉砕に関係のある特性（硬度、男開）は
第１表のとおりである。第１表 第１表によって明らかなように、石英は非常に硬く、努
開もないので、石英を経済的に微粒に粉砕することは難
しい。

カオリンやパイロフイライト（Ｓｉ０２−山２０３−日
２０系の鉱物）と石英との複合鉱物であるカオリンクレ
ィやパイロフィラィトクレィは、単体の石英に比べれば
粉砕し易いが、１０ム以下の微粒にすることは経済的に
不利である。したがって、熔解性を良くするためには、
バッチ中に含まれる石英の量をできるだけ少なくする方
が有利である。例えば、前述のカオリンクレィやパイロ
フイラィトクレィは平均粒径を１５仏程度とし、カオリ
ン、パィロフィラィトなどの比較的粉砕し易い原料は平
均粒径を５仏程度にしても、珪砂などの原料はできるだ
け使わずに、バッチ中に含まれる石英の量をガラス１０
碇轍こ対して３５部以下にすれば、安定した熔融状態が
得られることを確めた。粉砕及び熔解性の点から、Ｓｉ
０２−Ｎ２０３−日２０系鉱物と石英との複合鉱物は、
Ｓｉ０２一ＡＩ２０３−ＱＯ系鉱物が２５重量パーセン
ト以上含まれていることが望ましい。カオリン（山２０
３・筏ｉ０２・２日２０）又はパィロフイラィト（山２
０３・時ｉ０２１日２０）と石英との複合鉱物であるカ
オリンクレィ及びパィ。

フィラィトクレィの化学組成及びクレイ中に含まれる石
英の量を第２表に示す。第２表 （重量※） 原料の種々の組合せについて熔融した結果を第３表に示
す。

数値はガラス１０の部‘こ対する部数を示し、（ ）内
の数値はその原料の平均粒蚤（ｒ）を表わす。それぞれ
のバッチ中に含まれる石英の量をガラス１００部に対す
る部数で付記した。各組合せに共通のドロマィト８部及
びソーダ＊灰０．＄織ま記載を省略した。１７眺Ｗの電
気熔融窯を用い、十分熔融したガラスの、安定した熔融
状態における最大引上量をｋ９′ＫＷでそれぞれ示した
。

「不能」とあるのは、「吹き現象」が激しく、熔融状態
が不安定で、ガラスの引上げが不可能であったことを示
す。３ 熔融して得たガラスは、ほぼ第４表に示す組成のもので
あった。

第４表 第３表に明らかであるが、コレマナィトは電気熔融にお
いては熔解性を低下させた。

重油燃焼窯においては、前述の特公昭４４−５５５９に
記載されているように、コレマナィトは熔融に有害な泡
層の生成を防ぎ、ガラスの熔融効率を著しく高める原料
として用いられているが、電気熔融祭においては、コレ
マナィトを含むバッチの場合、非常に硬い焼結層２（第
１図参照）が生じ、発生した気泡４′は、硬い暁縞層２
で裏打ちされたガラス化反応層３を破ることができず、
厚い泡層４をつくり、遂には前述の「吹き現象」を起す
にいたる。この「吹き現象」はコレマナィトの代りに非
晶質棚酸カルシウム（例えば、重量パーセントで、Ｂ２
０３４６．０、Ｃａ０３６．３、Ｈ２０１７．４を含む
もの）を用いることにより解決できることが分った。以
上のような検討を重ね、発明者等は次の結論を得た。

Ｓｉ０２／ＡＩ２Ｑがモル比で２以上のＳｉ０２一山２
０３一日２０系鉱物と石英との複合鉱物で、該Ｓｉ０２
−ＡＩ２０３一ＱＯ系鉱物を重量パーセントで２５％以
上含む原料（例えばカオリンクレィ、パイロフィライト
クレイなど）と、Ｓｉ０２／ＡＩ２０３がモル比で２以
上のＳｉ０２一ＡＩ２０３一日２０の系鉱物（例えばカ
オリン、パイロフィライトなど）と非晶質側酸カルシウ
ム（例えば重量パーセントで、＆０３４６．０、Ｃａ０
３６．３日２０１７．４を含むもの）とを主原料とする
バッチが、無アルカリガラスの電気熔融に最適である。
上記バッチの各原料の粒経をできるだけ細かくし、バッ
チ中に含まれる石英の量をできるだけ少なくすれば、良
好な熔融状態がより容易に得られる。しかし、先に述べ
たように原料を細かくすることは容易ではなく、経済的
に極めて不利である。そこで、経済的見地より、比較的
粉砕し易い上記Ｓｉ０２−山２０３−日２０系鉱物は平
均粒径を５ｒ程度以下にし、やや粉砕し難い原料である
Ｓｉ０２一Ｎ２０３−Ｈ２０系鉱物と石英との複合鉱物
は平均粒径を１５ム程度以下にし、蓬砂などの原料はで
きるだけ少なくして、バッチ中に含まれる石英の量をガ
ラス１０暁部‘こ対し３５部程度に押えれば実用上十分
である。粒度分布は狭い方がより良好な結果が得られる
ことはいうまでもない。

しかし、工業的な規模における粉砕で狭い粒度分布のも
のを得ることは、技術的にも経済的にも困難であり、或
る程度粒度分布が広くなるのは止むを得ない。しかし、
平均粒径が上記のようにそれぞれ５山以下又は１５ム以
下であっても、例えば５０ムというような大きい粒径の
ものの混入は、熔融状態に悪影響を及ぼし好ましくない
。上記バッチには、必要に応じて、ドロマィト、ソーダ
灰、珪灰石、炭酸カルシウムなどを加えることができる
。

一般に、電気熔融業の電極は、ガラス液面から約３０伽
以上深い位置に設ける。このような従来の電気熔融窯で
は、本発明にかかる上記バッチの熔融効率は著しく低く
、熔融が困難な場合もあった。本発明者等は種々研究の
結果、電極をガラス液面から約２０弧（電極の中心まで
の距離）より浅い位置に設けることにより、熔融効率を
著しく改善３することに成功した。

第３表に示すものは、電極をガス液面から約１１肌の位
置に設けた電気熔融窯で熔融したもので、極めて安定し
た熔融状態が得られた。しかし、この場合でも、従釆か
ら重油燃焼窯で用いられているバッチ（第３表、番号１
）は、「吹き現象」が起り、熔融不能であった。一般の
電気熔融窯で行なわれているように、熔融槽の底部の電
極に僅かの電力を加え、作業槽へ流れるガラスの粘性を
調整したが、熔融槽底部の温度が高くなり過ぎるとＩＪ
ボイルが起り、作業槽の熔融ガラス面に多数の気泡が生
じ、作業槽の熔融ガラス面が一定に保たれず、ガラスの
温度が不安定で成形作業に支障があった。前記の、ガラ
ス液面から約２０弧より浅い位置に設けた電極と、熔融
槽底部との間に極〈僅かな電力を付加する補助的な電極
を設けても差支えない。

以上述べたように、本発明は、Ｓｉ０２／ＡＩ２０３が
モル比で２以上のＳｉ０２−ＡＩ２０３−比○系鉱物と
石英との複合鉱物で、該Ｓｉ０２−Ｎ２０３一日２０系
鉱物を重量パーセントで２５％以上含む原料と、Ｓｉ０
２／山２０３がモル比で２以上のＳｉＱ／ＡＩ２０３一
日２０系鉱物と、非晶質棚酸カルシウムとを含む電気熔
融に通した無アルカリガラス用バッチを提供するもので
ある。

本発明により高品位の無アルカリガラス繊細を経済的に
有利に得ることができる。なお、ガラス繊維の成形は一
般の方法によった。

【図面の簡単な説明】

第１図は「吹き現象」を図式的に示した断面図、第２図
は安定した熔融状態を図式的にした断面図である。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モル比でＳｉＯ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３≧２のＳｉＯ
   ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿３−Ｈ＿２Ｏ系鉱物と石英との複合
   鉱物で、該ＳｉＯ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿３−Ｈ＿２Ｏ系鉱
   物を２５重量パーセント以上含む原料と、モル比でＳｉ
   Ｏ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３≧２のＳｉＯ＿２−Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３−Ｈ＿２Ｏ系鉱物と、非晶質硼酸カルシウムとを主
   原料とする電気熔融に適した無アルカリガラス用バツチ
   。