JPS6038647Y2 - シリカ溶融塊の製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はシリカ溶融塊の製造装置、特に、例えば、溶融
シリカの如き溶塊を寸法ならびに形状に抱らず均質なも
のとして製造できる製造装置に関するものである。

溶融シリカ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の増大に伴い、電気炉、ガス加熱炉
により量産されるようになった。

しかしながら、これら窯業原料用として製造される溶融
シリカは物理的にほとんど問題がないとしても、原料粒
子間や内部に不均一な空隙が残存し、また、空隙のない
部分の組織であっても脈理や粒状組織が認められる。

これを窯業原料として用いる場合には、各種のサイズに
粉砕し、粒度配合、戊形後焼威して成形体を得るので溶
融体の不均一性は問題とならないが、溶融体を直接機械
加工や熱加工して所要形状の工業製品を形成する場合は
、その工業製品中に大きな空隙が残存したり、内部歪の
ために亀裂が入り易く使用に耐えない。

このため、従来から均質に溶融シリカを製造するために
種々の研究がされており、その一例として特公昭４６−
４２１１号公報に記載されるものがある。

しかしながら、この製造法乃至製造装置では形状が不規
則で、かつ、大きなものが作りにくい上に、非常に時間
がかかり、均質な溶融シリカの量産装置としては不適当
である。

すなわち、特公昭４６−４２１１号公報に記載される製
造装置は回転自在に支持する耐火支持板の周囲を炉体で
包囲し、この耐火支持板の上部にバーナを偏心して取付
けて、このバーナの火炎焦点で石英粉末を溶融し、この
溶融層を耐火支持板上に積み上げて溶融シリカを製造す
る装置である。

しかしながら、この装置の場合は、石英粉末を溶融でき
るところはバーナの火炎焦点若しくは附近のみであり、
溶融部分はきわめて小範囲に限られるために、石英粉末
の溶融には時間がかかつて量産に適さない。

また、この製造装置では耐火支持板上のバーナ火炎焦点
に相当するところに溶融層を積み上げて溶融シリカを形
成するために、溶融シリカの形状は円柱状に限られるほ
か、その寸法は耐火支持板の中心軸とバーナの火炎焦点
との間の距離によって決まり、円柱状以外の溶融体や、
寸法の大きい溶融体を得ることは困難である。

本考案は上記欠点の解決を目的とし、特に、粉状若しく
は粒状二酸化ケイ素原料を均質に溶融し、しかも、寸法
ならびに形状の大きい溶融シリカ溶塊であっても容易か
つ経済的に製造できる溶融シリカ溶塊製造装置を提案す
ることを目的とする。

すなわち、本考案は粉状若しくは粒状原料を溶融して溶
融体が形成される溶融室の上部に燃料と共に前記原料を
溶融室内に散布するバーナを設ける一方、溶融室の底部
に前記溶融体の排出通路を設けてしかもこの排出通路に
絞り部を形成し、更に、前記バーナの下端には前記原料
の分散チップを設けると共に、前記溶融室において溶融
体の上部に燃焼ガスの排出口を設けて成ることを特徴と
する。

以下、図面によって本考案の実施態様によって説明する
。

なお、第１図は本考案の一つの実施例の断面図であり、
第２図は第１図に示すバーナの断面図である。

また、第１図および第２図において、符号１は炉体、２
は貫通孔、３はバーナ、４は中心筒、５は内側環状管、
６は外側環状管、７は溶融室、８は溶融体、９ａ、９ｂ
は排気口、１０は分散チップ、１１は絞り部、１２は溶
融体排出通路である。

第１図において例えばジルコニアレンガ等の耐火物から
炉体１を構威し、この炉体１によって包囲して略々中央
部に溶融室７を形成する。

この炉体１においてその炉頂に貫通孔２を形成し、貫通
孔２は溶融室７の略々中心に貫通すると共に貫通孔２を
介してバーナ３を挿設する。

このバーナ３は通常のバーナと相違して燃料を供給する
以外に二酸化ケイ素粉末を原料として炉内に均一に供給
できるよう構成する。

このため、バーナ３は第２図に示す如く同心円状に中心
筒４とその外側の２個の環状管５，６及び分散チップ１
０とから構威する。

このようにバーナ３を構成すると、中心筒４の上部ホッ
パ４ａから原料二酸化ケイ素粉を投入する場合は、原料
粉はバーナ３から溶融室７内にある溶融面に均一に連続
的に供給できる。

また、導管５ａから例えば水素の如き燃料を供給し、導
管６ａから酸素を供給する場合は、燃料は内側環状管５
を経て、酸素は外側環状管６を経てバーナ３の先端で拡
散接触して燃焼し、溶融室７に入り、その全域は均一に
高温度に加熱され、例えば１８００〜２３００°Ｃ程度
に容易に維持できる。

また、溶融室７が該温度範囲であると、均質な溶融シリ
カ溶塊が製造できる。

すなわち、溶融室７内に二酸化ケイ素粉末等を溶融する
場合に、溶融室の温度が１８００℃以下に降下すると、
二酸化ケソ素粉末の溶融度にむらが生じ易く、溶融体が
不均質となるだけでなく、後述の如く排出通路１２から
溶融体を下降するときにその下降に円滑を欠き易い。

また、溶融室７の温度が２３００°Ｃ以上になると、炉
材が溶融体と反応し、混入するだけでなく、炉の寿命が
著しく短くなる。

以上の如く、溶融室ならびにバーナを構威し、この溶融
室７の底部から下向きに排出通路１２を形成し、この排
出通路１２から溶融室７内に溶融体８を順次に下降し、
さらに、排出通路１２の一部は絞ってその内壁面に絞り
部１１を構成する。

このように排出通路１２ならびに絞り部１１を構成する
場合は、下降する溶融体８によって溶融室７は完全にシ
ールされるほか、溶融体８は冷却されて固形状態として
容易に排出でき、原料粉は一定レベルの溶融面のもとて
溶融でき均一な溶融シリカ溶塊が製造できる。

すなわち、溶融室の底部から下向きに形成された排出通
路に何んらの絞り部を形成することなく溶融体を排出す
る場合は、排出通路壁面に溶融体８の全外周は接触しつ
つ下降し冷却するが、溶融シリカは元来高温でも高い粘
度を有し、かつ、温度が下がると粘度は急に大きくなる
ため、溶融体は排出通路に固着し易い。

これを強制的に降下させると炉材が破壊されるので連続
生産は不可能となる。

また、絞り部がなく排出通路の全壁面に溶融体が接触し
つつ冷却する場合は、溶融槽と排出通路の断面積が同じ
であるため、投原量や炉内の燃焼状態、溶融体の下降速
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。

これに対し、本考案装置の如く、排出通路１２に絞り部
１１が形成されている場合は、下降する溶融体８の周囲
は完全にシールでき、溶融室７からはほとんど熱が飛散
することがない。

このため、溶融室７は容易に高温度に保持できると同時
に適正温度に制御できる。

また、この点から、バーナ３から原料粉を均一に散布す
ると、溶融室７の全域で原料粉は溶融できる。

また、排出通路１２に絞り部１１が存在する場合に、こ
の絞り部１１によって冷却されるのは溶融体８の一部で
あり、しかも、固着温度以上でかつ外形の変化しない温
度に維持できる。

又、絞り部により溶融槽より排出通路を小さくしている
ので、投原量や燃焼状態及び溶融体の降下速度が変動し
ても溶融面の変動はきわめて少なく、溶融状態を一定に
維持できる。

従って、上記構成の装置によると均質な溶塊が製造でき
るほか、この溶塊は排出通路１２に固着することなくス
ムースに排出することができる。

また、上記の如く排出通路１２に絞り部１１を構成する
場合に、絞り部１１は炉体１に対し抜差自在に構成する
のが好ましい。

何故ならば溶塊の寸法や形状を変化させるときに絞り部
１１を取替えることによって絞り部１１間の距離が容易
に変化させることができ、絞り部１１は他の部分の炉体
１に比べて著しく摩滅し易いからである。

また、上記の通りに構成される溶融室７にはそれぞれ両
側に排気口９ａ、９ｂを設けて燃焼の排ガスを排出し、
さらに、排気口９ａ、９ｂには例えばダンパ（図示せず
）等を設けて排ガス速度を制御するのが好ましい。

すなわち、バーナ３の中心筒４から投原された原料粉は
溶融室７内で溶融するが、原料粉の粒径があまり小さい
と排気口９ａ、９ｂから飛散し易い。

この点から原料粉の粒径は１．０〜０．１ｒｆｒＩｎ程
度が好ましいが、この場合でもダンパの開度を適当に調
整して排ガスの速度を制御すれば原料粉の飛散は十分に
防止できる。

次に、上記構成の本考案装置についてその使用態様を通
じて効果を説明すると、次の通りである。

まず、バーナの中心筒４から原料二酸化ケイ素粉、内外
環状管５，６から水素ならびに酸素を供給し、溶融室７
内で水素と酸素を燃焼させると同時に溶融室７内の全域
に原料粉を散布して溶融する。

なお、原料粉を均一に散布するにはバーナ３の先端に分
散チップ１０を取付ければ容易に原料粉は散布できる。

次に、原料粉の溶融面を一定レベルに保持して溶融体８
を順次かつ連続的に下降−させ、この下降の間に絞り部
１１から溶融体８を冷却し、絞り部１１を経由した溶融
体８は大気中で冷却して均質な溶融シリカ溶塊を製造す
る。

このように原料粉を溶融して本考案装置によって製造す
ると、容易に寸法ならびに形状の大きい均質な溶融シリ
カ溶塊が製造できると同時に、比較的短時間で均質な溶
融シリカ溶塊が製造できる。

二酸化ケイ素をバーナ等で溶融するには相当に高温が必
要でしかもこのような高温度は一般にバーナ火炎の焦点
でしか得られない。

このために、従前のものでは特公昭４６−４２１１１号
公報に示す如く、バーナ火炎の焦点で原料粉を溶融して
いる。

しかしながら、バーナの火炎の焦点で溶融する場合は、
溶融区域がせまく限定されているため、溶融が比較的長
時間かかる。

これに対し、本考案装置の場合は、下降する溶融体８の
周囲は絞り部１１によってシールされて溶融室７は完全
に密閉される。

このため、溶融室７は均一に高温に維持されており、高
温溶融室の全域に散布された原料粉は均一に溶融し、そ
の溶融は短時間で行なわれると共に、容易に寸法の大き
い均質な溶融シリカ溶塊が製造できる。

次に、上記構成の本考案装置の一例を実際の使用例につ
いて説明する。

安定化ジルコニアレンガによって第１図に示す構造の炉
体１を構築し、炉体１の排出通路１２に断面寸法２４０
Ｘ ３４０ｍｍの絞り部１１を設けると共に溶融室７
の寸法を３６０ Ｘ ４６−にし、頂部には第２図に示
す構造のバーナ３をセットした。

この構成の装置において、バーナ３の中心筒４から朝鮮
珪石（粒径１．ＯＯ，１，ｍｍ）を２０ｋｇ／時の割合
で投原すると同時に、内外両環状管５，６から水素ガス
４ＱＮｄ／時、酸素ガス２ＯＮｄ／時の各割合で供給し
たところ、溶融室７内は１９５０〜２０５００Ｃに保持
されて溶融された。

次に、溶融体８を排出通路１２から１２〜１３ｃｍ／時
の割合で下降させ、この際、バーナ３の先端から４０−
で絞り部１１から１５−のところに原料粉の溶融面を維
持して溶融を続け、断面寸法３３０×２３−の角柱状溶
融シリカを製造した。

最後に、このように製造した溶融シリカの真気孔率を求
めたところ、３．０〜５．５％であり、工業製品に加工
しても全く問題がなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一つの実施例の断面図、第２図は第１
図に示す実施例のバーナの断面図である。 符号１・・・・・・炉体、２・・・・・・貫通孔、３・
・・・・・バーナ、４・・・・・・中心筒、５・・・・
・・内側環状管、６・・・・・・外側環状管、７・・・
・・・溶融室、訃・・・・・溶融体、９ａ。 ９ｂ・・・・・・排気口、１０・曲・分散チップ、１１
・・間絞り部、１２・・・・・・溶融体排出通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 粉状若しくは粒状原料を溶融して溶融体が形威される溶
   融室の上部に燃料と共に前記原料を溶融室内に散布する
   バーナを設ける一方、溶融室の底部に前記溶融体の排出
   通路を設けてしかもこの排出通路に絞り部を形威し、更
   に、前記バーナの下端には前記原料の分散チップを設け
   ると共に、前記溶融室において溶融体の上部に燃焼ガス
   の排出口を設けて成ることを特徴とするシリカ溶融塊の
   製造装置。