JPS608692A - プラズマを利用した表層液化法と装置 - 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】 発明の背景 本発明は、溶融プロセスの第１工程として、粉末状の原
料を液化状態に変換させることに関する。

本発明は特にフラットガラス、容器ガラス、ファイバー
ガラス及び珪酸ナトリウムガラスを包含するガラスの溶
融に適用できる。しかしながら、本発明は、一般に流動
性を有する本質的に固形状態の物質を溶融流動体に熱的
に変換させることを包含する他の方法にも適用できる。

これらの他の方法には、冶金製練処理及び単−又は多重
成分のセラミンク、金属その他の材料の溶融処理が包含
される。よシ特定的には、本発明はいずれもＧ、　Ｆｉ
。

カンクル（Ｋｕｎｋｌｅ　）及び、Ｔ、　Ｍ、、　？テ
サ（Ｍａｔｅｓａ）によ゛る米国特許第４，３８１，９
３４号及び１９８６年４月４日付の米国特許出願第４８
１．９７０号各明細書に記載の発明の改良であろう 従来の連続ガラス溶融法においては、タンク形式の溶融
炉内に保たれた溶融ガラスのプールに粉末状のバッチ材
料を落としこみ、粉末状の材料が溶融ガラスのプール中
に溶けこむまで熱エネルギーが施される。

従来のタンク形式のガラス溶融炉には多くの欠点がある
。基本的欠陥は、同一チャンバー内でいくつかの操作を
同時に打９のでめるが、それらのすべてが必ずしも互に
相容性であるとは限らないことである。すなわち、従来
の炉の溶融チャンバーは、ガラスのバッチを液化し、該
バッチの粒状物を溶解し、溶融物全均質化し、しかもガ
ス状不純物を除去することによってガラスを精製するこ
ともその役割シとして期待される。これらの種々の操作
が溶融チャンバー内で同時に行われるうえ、がラスバッ
チの種々の成分が異なる融点を有するため、溶融チャン
バー内の位置によって不均質化が起きるのは当然といえ
る。

これらの不均質性を解消するため、溶融タンクは普通比
較的大容量の溶融ガラスを宮むことＶこよシ、成る程度
の均質化が達成されるに充分な滞留時間が溶融ガラス内
の流れに与えられるよりＶ（シた後、成形工程にガラス
を送り出している。タンク型溶融装置内におけるこのよ
うな再循環υＩＣは、熱エネルギ゛−の非効率的な利用
の原因とな−９、また大容量の溶融ガラスを維持するこ
と目体も、例えはそのような大きなチャンバー全加熱し
なくてはならないこと、及び大きなナヤンバー葡高価で
あって、場合によってはなかなか得がたい耐火材料で構
築及び維持しなくてはならないといった困難をもたらす
。さらにまた、耐火材料の侵食によってガラスの中に夾
雑物が導入されることもあシ、２〜６年に１度は溶融装
置を再建しなくてはならないっそのうえ、パンチの成る
成分、例えば石灰石は砂よシも早く溶融して溶融物中に
粒体として沈む傾向を有し、一方シリカのように融点が
高い成分は、溶融物の表面に未溶融残滓を形成しゃすい
。このパンチ成分の分離は不均質化の問題をさらに悪化
させることになる。

最近の発見によると、溶融法における主要な速度制約工
程は、一部溶融した液化バッチがバッチ層から流出して
パンチの下層部分を炉の熱にはらす速度であるとされて
いる。溶融ガラスのプール上にバッチの一つの層を浮か
べる従来技法にあっては、バッチが溶融ガラス内に一部
浸漬していることも原因の一部となって、流出速度を早
めるに到るｌよどの熱を伝えない。溶融ガラスのプール
からの前記の流出を誘引するのには、対流熱よシも輻射
エネルギーの方がかなシ有効であることも見いだされた
のであるが、普通の溶融装置にあっては、パンチの片面
のみが上方からの輻射熱詮にさらされるにすぎないう同
じように、慣用の上方からの輻射加熱は、その輻射エネ
ルギーのわずか一部分のみが下方の溶融すべき物質に向
けられるにすぎないので、非効率的であるっ炉の上部構
造を通してかな９の熱エネルギーが浪費されるのみなら
ず、それによって耐火性の屋根材の熱による劣化も起き
るので、多くのガラス溶融炉の操作に対する主要な制約
要素となる。をらにまた、上方から比較的深い再循環ガ
ラス塊状物を加熱しようとする試みは、と９しても熱的
不均質化を招き、成形工程にそれが持込まれ、生産され
るガラ、ス製品の品質に悪影響を及はすことになる。

従来のタンク型ガラス溶融炉の欠点のいくつかを解決す
るための多くの提案がなされたが、いずれの提案もその
実施方法に困難がりって受入られるに到らなかった。例
えば、ガラスパンチを高速道路のランプのごとく傾斜し
た構造体の上で溶融し、液を溶融タンク内に流しこむ方
法が提案きれた（例えは米国特許第２９６，２２７　；
　７０８．３０９　；２．５９３，１９７　；　４．０
６２．６６７及び４１１０．０９７号）３ランプがさら
される高い熱と烈しい腐食性の条件のため、入手しうる
２ンプ材料の寿命が短く、これらの提案を実施に移すこ
とは不可能である。成る場合には、ランプの寿命を延ば
す目的でそれを冷却することも示唆されたが、冷却によ
って溶融プロセスから実質量の熱が奪われ、プロセスの
熱効率が低下することになった。またランプと単位容量
の仕込みガラスとの接触面積が比較的広いため、どうし
ても夾雑物がガラスに吸収されるという問題が生じるっ
さらに、ランプ方式の場合、放射熱源からの溶融バッチ
原料への熱伝達は一方向性であるにすぎない。

ランプ型溶融装置の変形が米国特許 ｉ　２．４５１．５８２号明細書に開示されている。そ
れによると、ガラスバンチ原Ｎ全火炎内に分散させ、傾
斜ランプの上にのせる。しかし、この場付にも同じ□よ
うにランプの腐食とガラスの夾雑物混入とが障害となる
。

また、回転容器内でガラス金溶融し、容器の内側表面に
溶融原料が薄層状に展延して熱源を囲むようにすること
を示唆した先行技術もめる（例えば、米国特許第１，８
８９，５０９　；　１．８８９，５１１；２．００６．
９４７　：　２．００７，７５５　；　４．０６１．４
８７及び４，１８５，９８４号）５　ランプ方式の場合
と同じように、これらの回転溶融装置にも、苛酷な材料
の寿命問題及び単位容量の仕込みガラスとの望ましくな
い広い接触面積といった欠点がある。

回転容器を熱の面で絶縁する態様にあっては、ガラス接
触向における苛酷な条件に起因し、最も高価な耐火拐料
でも寿命が短く、従って仕込みガラスに夾雑物が実質的
に混入されるっ外部表面から容器を冷却する態様におい
ては、容器全通しての熱伝達が溶融プロセスから実質量
の熱エネルギーを奪い、プロセスの効率に悪影響を与え
ることになる。米国特許第２，８３４．１　ｂ　７号明
細書に記載の回転式溶融装置においては、耐火材料を保
Ｉするために溶融原料と耐火容器との間に冷却器を挿入
しているが、このような装置では熱の損失が人きいこと
は明らかであるつ米国特許第３，０７７，０９４号及び
第３．５１０，２８９号各明細書に記載のサイクロン式
溶融装置においては、容器を固定し、ガスを送り込むこ
とによってガラスバッチに回転運動量を付与しているが
、これらのサイクロン式装置も、前記の回転式溶融装置
の有する欠点をそのまま全部有している。

米国特許第１，０８２．１９５　；　１，６２１，４４
６；３．１０９，０４５　；　５，１５１．９６４　：
　６．５２８．１４９及び３，６８９，６７９号各明細
書に開示されるごとく、熱エネルギーを保存し、ガラス
バッチ塊の内部から外側へ向けて溶融することによシ、
耐火材料との接触を回避する先行技術もめる。これらの
各提案は、電気的な加熱を必要とし、パンチ原料の初期
液化は、あらかじめ溶融ずみのガラス塊を通して対流又
は伝導加熱によって行われる。初期液化工程を輻射熱に
よって行う方が効率のよいことに照らし、前記の加熱方
式は不利である。更に、連続式溶融方法を開示している
のは、前記の諸特許の中で最後に挙けた２件のみである
。米国特許第３，６３７，３６５号明細書に記載の同じ
ような装置における一つの態様によれば、ガラスバッチ
の予備形成された塊状物を中心から外側へ向けて溶融す
るのに燃焼熱源を用いているが、この装置６．もやは９
バッチ方式であるし、ガラスバッチ塊が完全に溶融する
前に溶融を停止しなくてはならない。

電気的なプラズマ熱源（プラズマアーク、プラズマジェ
ット、プラズマトーチといった多くの呼称を有する）は
、きわめて高い温間が得られる故、古くから望ましい溶
融手段であることが認められていた。主な問題点は、こ
の上′）１１　ｉ％温に則１えうる容器である。溶融用
の容器全冷却し゛Ｃ容器の浸食程度を低減することが試
与られたが、熱が奪われるため、総会工程の熱効率が者
るしく低下する。

従って、プラズマ溶融は、大規模な曲用的ガラス浴融操
作等には非実用的であると考えられてきた。

電気アーク源もきわめて高い温度を生じ９るが、本発明
によるタイプの溶融工程にはプラズマ熱汀の方が有利で
ある。電気アークが不便なのは、溶融帯域自体の中に少
なくとも２個の電極をのけし溶融される物質にアークか
ら直接輻射熱を与えなくてはならないからである。これ
に対してプラズマトーチは、主溶融帯域の外側でプラズ
マを発生させ、ガス流によってそれを溶融帯域に移動さ
せる方式である。またアーク法では、アーク電極の消耗
によって００及び（又は）ＣＯ２が生成され、ガラス内
に望ましからぬ還元反応をおこす原因となる。

発明の概要 本発明においては、溶融方法における第一工程である、
ガラスバッチのごとき原料物質の液化がプラズマ熱゛源
によって実施される。プラズマ熱源を表層液化法に利用
すると有利なことが見いだされた。該方法においては、
２イニングで囲まれた中央キャビティー内に熱源が置か
れ、ライニングの少なくとも表面部分は、原料物質及び
（又は）生成物と組成を同じくする。加熱されたキャビ
ティーを取囲む原料の安定層の厚さが、容器を強制冷却
、しなくても下層の容器を熱から保護するのに充分な程
度に保たれる割合で原料物質を供給する。

液化した原料が流動状態ＶＣなれば直ちにそれを容器外
に流出させること、及び流出した液化原料の代シにライ
ニングの表面に追加の原料を供給することによシ、はぼ
原料の液化温度において熱が容器からすみやかに取除か
れ、そして熱源温度に関係なく、ライニングの温度は前
記の液化温度よシも高くなることはない。溶融は、ライ
ニングの冥定屡の表面上の一時的な層に実質上限定され
る。

従って、プラズマ熱源の非當に高い温度が有利に利用さ
れ、その高熱伝達率によって大量の原１−Ｆ処理が迅速
に達成され、耐火壁拐との接触による夾雑物の混入は回
避され、しかも容器を冷却°３−ることによって熱効率
を犠牲にすることもないり詳細記述 ガラスを溶融する好ましい態様を例にとって不発明を説
明しようと思うが、本発明がこのＩＦ！ｊ笈的な態様ト
カ、ガラスの溶融とかに限矩されるものでないことを理
解すべきである。

また、本発明がガラスバッチを溶融フ゛る１ば初の工程
に関するものであるため、前記の態様についての説明は
、多くのガラス溶融操作の最初の工程にのみ限定される
と思う。しかし、必要に応じて本発明の液化工程と、ガ
ラスをさらに溶融、精製、状態調整及び成形する慣用の
手段とを組合わせて用いうろことを理解すべきである。

本発明に用いうる種々のタイプのガラヌバソテ液化装置
が、本明細書の一部として参照すべきＧ、　Ｋ、カンク
ル及びＪ、　Ｍ、マテサの米国特許第４，３８１．９３
４号明細書に開示されている。

第１図は、本発明の特定的な好ましい態様を示すもので
ある。第１図中、ドラム３０は回転する塊状物の量が低
減されるように階段状の側壁を有しているうもちろん、
ドラムは円錐又は円筒状であってよいが、階段状の構造
が製造容易性及び塊状物の量の減少化の点から好ましい
。ｒラム３０１Ｊｌフレーム３１の上に支持されている
っこのフレーム３１は、複数の支持ロール３２及び心合
わせロール３３で支持されることによシ、ドラムの中心
線に相当するほぼ垂直方向の軸のまわ夛ヲ回転する。底
の部分３５には、ドラムの残シの部分から取外すことが
できる出口アンセングリが内蔵されている。ハウジング
３５は、鋳造可能な耐火セメントのごとき耐火桐材の輪
３６で内張すすることができ、その中に耐食性の耐火物
で作られた環状ブシュ３７が収められている。ブシュ３
７は複数個のセラミック片で構成されてよい。ブシュ３
１の開口中心部３８は、液化チャンバーの出口開口部を
なす。上部のドーム状の佐４０は、環状フレーム部材４
１によって固定され又いる。蓋には開口部４２があり、
その中に７０ラズマトーチ４３が挿入されるっこの態様
においでは、廃ガスは蓋４０内の開口部４４全通って上
方へ脱出し、廃ガス導管４５へ導かれる。開口部４４は
原料物質を液化チャンバーに供給するのｔこも利用３れ
、供給シュート５０がそのために設りられているっ供給
シュー）５０の下方末端部には、１」動性パンフル５１
が設けられ、液化チャンバー内へ原Ｆ）物ＩＲヲ落とし
こむ位置がそれによって調節される。

それぞれ上部及び下部の水制じ５２及び５３が設けられ
、液化チャンバーの内部を外部の周回中ｆ！Ｆから隔離
すると共に、容器から発出するすべてのちりや蒸気を捕
捉する。非溶融物質の安定層５４が液化チャンバー内に
維持され、そしてこの安定層の上に一時的な層５５が溶
融し、ブシュ出口３８を通って流下する。次いで液化物
質５６が回収容器５７の中へ落下する。

本発明の液化容器内においては、パンチ層が放射熱源を
取巻いているっこのような配置によシ、放射エネルギー
の大部分がバッチ原料の上に効率的に投与され、バンチ
層の絶縁効果を有効にオリ用することができる。絶縁性
のバンチ層によって熱源が囲まれそいるため、ハウジン
グの側壁に耐火材料を使用する必要がない。従って、ハ
ウジングはバンチ層の内部表面とほぼ平行な台形状の鏑
製容器で構成することができる。しかしながら、バンチ
層の傾斜面はハウジングの形状に対応する必要がないの
で、ハウジングは任意の形、例えば円筒又は箱形であっ
てよい。傾斜した安定なバッチ層は、液化容器の内部側
面の内張シの役目をし、ルーズなパンチ又は′あらかじ
め形成された成形ライニングで構成されてよいつ図面に
示すごとく、熱源に面したバッチ層の表面は、回転の表
面、この場合には放物形であるのが好ましい。台形及び
円筒形の表面も利用できる。所望の程度の絶縁がなされ
る限り、バッチ層の厚さが均一でなくてもよいことを・
特記すべきであるっガラスパンチの絶縁性能がすぐれて
いるため、最低の厚さが約５〜５ｃＩＩＴの程度である
安定なバンチ層であれば、鋼製ハウジングを熱による劣
化から設るのに充分うきることが見いだされた。安全の
余地を考え、約１０ｃｆｎの厚さとするのが望ましい。

好ましい態様においては、接話及び溶融ずべき原料を熱
源のまわシに回転さぜるが、この、回転は必須条件では
ないっ容器を回転させることにより、ルーズなバッチ原
料が、よシ垂直な状態で、加熱キャビティーに面した容
器の内壁に保持され、熱の伝達率がよくなるので好まし
い。急角度のバッチ表面も容器からの液化物質の排出を
促進する。

また容器を回転することにより、容器の内部のまわシに
供給流を容易に分配することができる。これに対し、予
備成形バッチは、急傾斜を得るだめの回転を必要としな
い。好ましい態様においては、ドラムの軸と、これに一
致する回転軸とは垂直である。しかし場合によっては、
軸が垂線に対しである角度で傾斜していてもよい。円筒
回転の傾斜角度は、液化バッチを円筒から流出させたい
速度によってきまる。遠心力によってルーズなバッチが
内壁に保持されるような速度で円筒を回転させるべきで
ある。最低速度は、円筒の有効直径によってきまるっ計
算された概算値を下記に示す：直　径　１分画シの回転
数 ０．５ｍ　６０ １．０ｍ　４３ ２、Ｏｒｎ：　３７ 容器を加熱する前に、ハウジングを回転させている開に
ルーズなバッチを供給することによシ、答器内にバッチ
の安定層を準備する。第１図に示されるとおシ、ルーズ
なバッチは一般に放物形でおる。ルーズな乾燥バッチの
形態は５次のような回転速度との関係を有する： Ｈ＝μＲ＋（２π２ω２Ｒ”）／ｇ 大人中 Ｈ−回転軸に平行な方向におけるパンチ表面上の成る点
における高さ； Ｒ−該点における回転軸からの半径距離：μ＝摩擦係数
； ω＝角速度；　及び ｇ−重力の加速度。

早那係数は、乾燥ガラスパンチについてはおおむね６５
°である息角の接線として考えてよい。前記の方程式を
利用することにより、選択された回転速度における回転
容器の適当な諸元を選ぶことができ、あるいは逆に、所
与の容器Ｖこついての適当な回転速度を決定することも
できるっこれらの関係から、一般に好ましい急な傾斜と
するには、口伝速度を早くする必要があシ、そして速度
Ｕ　ＶＣおいては、傾斜は単に息角のみによってきまる
（バッチ層の予備形成がないものとして〕ことが判る。

加熱中に１Ｍ１図の容器にバッチを連続供給することに
よシ、パンチの落下流が生じ、それが安定なバッチ層の
表面上に広く分配され、熱の作用によって一時的な層５
５として液化され、容器の下方へ流下して開口部３８を
通シ抜けるっ操作東バンチの供給速度と加熱速度との間
のバランスを保つことによシ、バッチ層が安定に保たれ
、その表面上において、新しく供給されるバッチが溶融
して該表面上を円筒の下方末端部へ向けて流下するのを
助けるようにするっ液化したバッチは滴粒５６として出
口開口部を通って落下し、容器内に回収されて更に加工
される。

プラズマ熱源は、多くの供給元から市販されておシ、種
々の出力水準及び形状を有している。

図面に例示したプラズマトーチは、［サーマル・アーク
（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｒｃ　）　Ｍ　−８０５０Ｎ　Ｊ
Ｑ名でニューハンゾシア州ウェストレバノンのサーマル
・ダイナミック社（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃ　
Ｃｏｒｐ、　）から販売されている。このプラズマトー
チの主要構成要素は、陰極体６０及び陽極体６１でめっ
て、これらは−緒にボルト締めされている。陰極体６０
は一般に絶縁物質製の円部形部材であって・中心孔６２
を有し、その中に陰極ホルダー６３が入る。陰極ホルダ
ー６３は、その中の環状通路６５に水（好ましくは脱イ
オン水）の流れを供給する冷却水供給導管６４に連結し
ている。冷却水は、陰極体６０の側面にある孔６６から
Ｓ、’＃６７を通って外へ流出する。導管６γによって
水は陽極体６１に運ばれ、環状通路１０を通って循環さ
れるっ別の導管（図示せず）により、水は陽極体６１か
ら排水路へ運はれるか、又は再循環のため熱間換器へ運
ばれる。

陰極７１が陰極ホルダー６３の末端の凹みの甲に収めら
れている。絶縁物質のリング７２が陽極体と陰極との間
を隔てている。ガス供給導管７３が陰極体６０を貫通す
る孔７４に連結している。

孔７４は陽極体６１とリング７２との境界部に遅する。

前記の境界部には、１個の環状溝とそれに連結したａ数
個の接線方向の溝とが設けらＪＬ、でれによシ、陽極体
６１内に保持されたインサートライナー１８によって画
定される出ロノス゛ルのオリフイス７７の中へ向かって
、ガスが陰極７１の先端部のまわりを回って均一に流出
する。

陰極７１は高圧電位の負の側に連結され、陽極体６１は
正の側に連結される。ノズル７７へ進入するガスの通路
を横切シ、陰極１１とインサートライナー１８との間で
アークが発生する。アークによってガスの原子が励起さ
れ、それによって原子が電子を発散し、イオン、電子、
それに場合によっては中性原子の混合物からなるプラズ
マ流を生成する。高度に励起された粒子間の衝突に起因
してプラズマから、及び電子とイオン化された原子との
組替えから強力なエネルギーが放射される。

プラズマからのエネルギー放出は、燃焼によるそれよシ
もはるかに多量である。イオン化が開始されると、局部
的な温度が５．［Ｊ　００°Ｋを超えるのが普通であり
、従ってプラズマの熱源は一般に約５．０００°Ｋ又は
それ以上の温度になることによって特徴づけられる。

このプラズマトーチには、任意の不活性ガス、例えはア
ルコゞン、ヘリウム又は窒素を用いることができる。使
用できる他のガス類には、酸素、−酸化炭素、二酸化炭
素及び水蒸気が包含される。

成る種のガス、特に酸化性のがヌの場合には、ここに例
示したものとは別の設Ｈによる市販のトーチを用いるべ
きである。水素又はメタンのごとき燃焼性のがスも利用
でき、その場合、プラズマに酸素を供給すると、ガスが
燃焼し、）０ラズマによるものと燃焼によるものとのエ
ネルギー放出の組合わせが得られる。酸素は、トーチ自
体の外側の下流において、ノズルＴＩから供給すること
ができる。ガラスの溶融に最も重装と思われるガスはヘ
リウムと水蒸気とである。なぜかというと、それらのガ
スの気泡は溶融ガラス内に拡散させやすいので、ガラス
の精製作業が容易になるためである。さらにまた、これ
らの精製容易なガスを使用すると、窒素や二酸化炭素の
ような精製しにくいガスを液化チャンバーのキャビティ
ーから一掃するのに役立ち、溶融物中にそれらが混入す
るのが防止され、従って精製の必要性が低減される。

従来の燃焼熱源を用いる溶融装置は、実質的な量のガス
が原料として必要であるため、大量のエネルギーが廃ガ
スに含まれて溶融装置から運び出される。従来のガラス
溶融炉における廃ガスの容量及びそれに含まれるエネル
ギー量は莫大でろって、この種の炉の主要経費が本来浪
費されるこの莫大な量のエネルギーを少しでも回収しよ
うとすることに費やされるはどである。これらの熱回収
装置（例えば再生装置又は復熱装置）は高価であるうえ
、所望するほどのエネルギー回収効果を示さない。所与
の量のエネルギー出力に対し、プラズマ熱源は、燃料／
空気燃焼熱源のガス消費量のなん分の一°かを必要とす
るにすぎず、また燃料／酸素燃焼熱源に較べてもガス消
費量が少なくてすむ。従って、プラズマ熱源を用いる場
合には、屍ガスに伴って溶融帯域から失われる熱がはる
かに少ないので、熱回収のための装置を特に設けなくて
も全体の熱効率は悪くならない。

プラズマトーチは、種々の寸法及び栴造、ならびに種々
の最大出力を有するものが販売されている。特定の用途
に鐘適なプラズマトーチを選択することは当業者の裁量
範囲内であシ、処理される特定のバッチ原料を液化する
に必要な熱量、所望の原料処理率及び液化容器の大きさ
によってきまる。

砂、ソーダ灰及び石灰石を主成分とする典型的なガラス
バンチ配合の場合、ソーダ灰が最初に溶融し、次に石灰
石、そして最後に砂が溶融する。

物理的な溶融現象には化学的な相互作用が伴い。

特に溶融アルカリ類によって砂粒が侵され、シリカの融
点よシも低い温度で砂粒が溶解する。このプロセスの成
る中間温度において１反応及び溶融物質の不均質混合物
の液体相が糸の大半を占め、流動体として流動用能にな
りはじめる。バ、ツナが流動性になりはじめる温度は、
個々のバッチ配付、特に融点が一番低い成分の量及び融
、点によってきまる。低い添置で溶融するのが最も舊Ｊ
（ｊｔでりる成分はソーダ灰であって、１５６４°ＦＣ
８５１℃）で溶融する。理論的には、充分な量のソーダ
灰を言むバッチは、ソーダ灰の融点で液化しはじめそう
なものであるが、商用的なバッチ配付を用いた経験によ
ると、実際の温度はそれよシも多少高く、典型的なフラ
ットガラスノ々ノテについて２０００゜〜２１００下（
１０９０°〜１１５０°Ｇ）でめる。

このことは、バッチの溶融が種々の成分間の一連の複雑
な相互作用の結果によるものであって、個個の成分の物
理的性質が示されないものと思われる。また、ソーダ灰
の量が不充分でめっても、溶融時には他の残りの未溶融
成分が溶融ソーダ灰の中に随伴される。さらにまた、本
発明においては、従来の溶融装置による過熱現象を解消
できるのでろるが、本発明で観察される溶融物の流下温
度は、液化開始温度を正確に示すものではなく、液化後
においても多少の加熱がなされるものと思われる。

例えば苛性ソーダや硼酸のように、ガラスバッチに含ま
せる場合がある融点の低い他の成分は、ソーダ灰よりも
さらに低い融点を有し、流下開始剤として別の挙動をボ
す。一方、フラットガラスとは別のタイプのガラスの場
合には、溶融させるのにさらに高い温度が必！でりる。

商用的に大規模に製造される多くのタイプのガラスに対
し、液化チャンバーから排出される液化バッチの温度を
約１６００°〜２４００°Ｆ（８７０°〜１６１５℃）
とすることによシ、本発明の方法を操作すれば充分であ
ろうと思われる。

本発明においては、液化パッチが流動状態になるや否や
液化帯域から外へ排出されるので、流化帝液から排出さ
れる流動体は、特定のバッチ配合の液化温度、普通のフ
ラットガラスであれはおおむね約２１００°Ｆ（１１５
０℃）に近いほぼ均一な温度を有している。従来のガラ
ス溶融装置内で到達する温度よυもかなシ低い液化温度
において、熱が液化帯域から外へ移されるので、熱源の
温度に関係なく、液化容器の温度は比較的低めに維持さ
れる。その結果、従来の浴融装置に較べて祠科条件が緩
和され、高温熱源のオリ用が可能となる。

高温熱源によって大量の熱が一度に供給されるので、原
料処理速度を高めうるという第１」点が得られる。また
本発明でプラズマトーチを用いる別の利点は、燃焼ガス
の容積を低減できるので、微粉状のバッチ原料が廃ガス
流中ｌＣ随ｔｒ＝される量奮低減しうろことである。こ
のことは、従来の方式ではダスト化を防止するために仕
込原料を水で湿潤させたのに対し、乾燥状態のバッチを
液化容器に仕込むことができるという点で、きわめて意
義がある。

フラットガラスの商用的製造に用いられるバッチ配合の
一例を下記に示す： 砂　１００重量部 ソーダ灰　３１３．５ 石灰石　８４ 白雲上　２４２ べんがら　０．７５ 前記のバッチ配合から得られるガラスの組成は、おおむ
ね下記のとおシである： ８１０２　重量で７６．１０％ Ｎａ２Ｏ１５−７ｂ％ ＯａＯａ、ａ　５　％ ＭｇＯ３，８５係 ＡＴｏＯｓ　Ｏ，１０チ Ｆｅ２Ｏ３０，１０Ｔ。

前記のバッチ配合を用いた場合における液化帯域から流
出する液化パッチは、主として液体であって（重量を基
準にしで）、約１５車量係又はそれ以下の結晶性シリカ
（すなわち、溶解してない砂粒）を含む。液体相は主と
して二珪酸ナトリウムであり、パンチのソーダ灰部分の
ほとんど全部と大部分の石灰石及び白雲上とがそれに含
まれている。しかし、この流動体はきわめて泡を多く含
み、溶融ガラスの密度が約２．５　＆／ｃｙｎ”でめる
のにズ・１し、約１゜９ｇ／ｃｍ３の程度の密度を有す
るにすぎない。

ガラスバッチの液化に関して本発明を今まで説明してき
たが、本発明の原理が他の原料、・特に最初は流動性の
固形（すなわち、粒状又は粉末状）でわっで、流動性の
液体状態に熱で溶融される原料に対しても同じように適
用できることを理乃トずべきである。液化チャンバー内
の溶融面の上に原料を均一に分配するためには、流動性
であることが供給原料にとって好ましい％注である。典
型的には、供給原料は主として微細な固体で構成される
が、液体部分を含んでいてもよい。液化チャンバー内に
液体流を含む複数個の流れを供給することも本発明の範
囲内である。一般に、本発明に用□いられる組合わせ供
給原料は、液化物質に較べて安定層の表面を流下する摩
擦抵抗が大であることを特徴とする。従って、原料は液
化されるまで流下しないで熱にさらされ、液化後にはじ
めて液化帯域から外へ流出する。セラミック原ｙ＃＋等
の溶融及び冶金における溶融操作においても、ガラスバ
ッチの液化処理におけると同じような性能の組合わせが
認められる。

どのような原料が処理されるにせよ、容器の内側に保持
される原料と本質的に同一組成の実質的に安定な層にょ
シ、容器は内部の熱から絶縁される。安定層として用い
られる物質の熱伝達率が比較的低く、そのため外部から
容器を強制的に冷却する無駄な経費を浪費せずに、実施
可能な層の厚さで断熱効果を奏しうろことが望ましい。

一般に、粒状又は粉末状の鉱物性の原料が良好な断熱効
果を示すが、非汚染性安定層として、溶融プロセスの申
開生成物又は生成物を断熱材として用いることもできる
。例えばガラス製造工程にあっては、粉砕された再生用
層ガラス（スクラップガラス）で安定層を構成できるが
、ガラスバッチに較べてガラスの熱伝達率が高いので、
層の厚さを厚目にすることが必要である。一方冶金工程
においては、安定層として金属生成物を用いる場合、容
器を熱カラ保護−Ｊるのに非常に厚い層を使わなくては
ならないが、鉱石物質の中には絶縁層として良好なもの
もある。

商用的なガラス製造操作においては、ガラスパンチはし
ばしば実質量の再生用層ガラス、すなわち、スクラップ
ガラスを含んでいる。本発明は、電通の屑ガラソ宮有パ
ンチに適用することかでき、また屑が２スのみを溶融す
るのにも利用できる。

供給前に屑ガラスを他のパンチ成分と混合してもよ込し
、又は屑ガラスを別の流れとして液化帯域に供給するこ
ともできる。

本発明の特色は、安定層によって支持され、その上を流
動する一時的な層の中で溶融が起きることである。用語
「一時的」及び「安定性」は相対的なものでろって、一
時的な層と安定な層との間に明確な物理的区別を定義す
ることは必ずしも容易でないことを理解すべきである。

「一時的」及び「安定」という定義を用いているが、そ
れらの間の境界に多少の変動がおることを排除するもの
ではない。根本的な区別は、一時的な層として記載され
る領域が溶融及び流動することを特徴とするのに対し、
安定層と称される領域の少なくとも大部分は仕込み原料
流の溶融及び流動に参画しないことである。一時的な層
が安定層の「上」にあるといわれ゛るが、それらの層の
中間層も理論的には成立つものであシ、そのよりな可能
性も本発明の範囲内であると理解すべきである。例えば
、溶融表面の上に積層的に複数種の成分を供給すること
も本発明の範囲内に包含されるう 安定層の目的は、仕込原料流と非汚染的な接触を保つこ
とにある。従って、安定層の組成は、処理される原料と
本質的に同じ組成であるのが望ましい。しかしながら、
本発明の概念においては、前駆体又は誘導体物質が「木
質的に同一組成」を有するものと考えられることを理解
すべきである。

換言すれば、溶融又は反応によって生じる生成物が、仕
込み原料流の中に有意量の異物を尋人するものでない限
り、安定層は原料物質、生成物質、中間体、又は別の形
のそれらの混合物であってよい。また、安定層について
のこの組成上の条件は、仕込み原料流と直接接触する表
面部分、又は仕込み原料流中に浸食混入される恐れのあ
る表Ｕｉｉ直下部分のみに適用されるものであること全
理解すべきである。従って、浸食が起こりうる部分より
も下層の安定層部分には、別の物質を用いることができ
る。そのような深層部分は、容器を保護するための絶縁
層として主に機能するので、断熱性能に基づいて選ばれ
た物質（例えば、砂又はセラミック粒子）で構成されて
よいが、包含される温度において１表面層を汚染させる
ことがないように組成の面での相容性を有していなくて
はならない。

前掲の特許請求の範囲において定義された本発明の範囲
から逸脱することなしに、前記の態様についての修正及
び変更を行うことが可能であることは、当業者にとって
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の好ましい態様の垂直断面
図で１ハ垂直回転軸のまわりを回転するドラムによシ、
プラズマ熱源のまわりを回転する放物面であるバンチ表
面が形成されている状況が示されている。 第２図は、本発明に用いうるプラズマトーチの特定態様
の拡大断面図である。 図中、３０・・・ドラム；３１・・・環状フレーム；３
２・・・支持ロール；３３・・・心合わせロール；３５
・・・下部ハウジング；３６・・・耐火材の輪；３７・
・・ブシュ；３８・・・中心開口部；４０・・・蓋；４
１・・・環状フレーム；４２・・・開口部；４３・・・
プラズマトーチ；４４・・・開口部：４５・・・廃ガス
用導管；５０・・・供給シュー）；５１・・・可動パン
フル；５４・・・安定層；５５・・・一時的な層；５６
・・・液化した物質；５７・・・回収容器（以上第１図
）；６０・・・陰極体；６１・・・陽極体；６３・・・
陰極ホルダー：６４・・・冷却水供給管；７１・・・陰
極；７３・・がヌ供給管ニア７・・・オリフィス；７８
・・・インザートライナー（以上第２図）。 代理人　浅　利　皓 ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）熱溶融性物質を液化するに当シ、側壁要素で囲ま
   れたキャビティーの内部へプラズマ流を向け、側壁要素
   とキャビティーとの間の絶縁安定層２イニングにより、
   プラズマによる実質的な熱的劣化から側壁要素を保護し
   、キャビティーに面したライニングの表面層を溶融性物
   質と本質商に同一の組成に保ち、該表面層の上に一時的
   な層が形成され、かつ、表面層が実質的に一定に保たれ
   るような速度で溶融性物質を表面層の上に供給すること
   によシ、前記の一時的な層をプラズマの熱で液化させ、
   キャビティーから流出させることを特徴とする液化方法
   。 （２）熱溶融性物質を液化するに当り、側壁要素で囲ま
   れたキャビティーの内部へプラズマ流を向け。 側壁要素に対する強制された冷却を行うことなしに、側
   壁製糸とキャビティーとの間の絶縁安定層ライニングに
   より、プラズマによる実質的な熱的劣化から側壁要素を
   保護し、キャビティーに面したライニングの表面層を溶
   融性物質と本質的に同一の組成に保ち、表面層の上に一
   時的な層が形成されるように溶融性物質をライニングの
   表面層の上に供給することによシ、前記の一時的な層を
   ７０ラズマの熱で液化させ、キャビティーから流出させ
   ることを特徴とする液化方法。 （３）　ヘリウム又は水蒸気の流れの中にプラズマ金生
   成させる特許請求の範囲（１）の方法。 （４）　ヘリウム又は水蒸気の流れの中にプラズマを生
   成させる特許請求の範囲（２）の方法。 （５）燃焼ガスの流れの中にプラズマを生成させ、キャ
   ビティー内でガスを燃焼させる特許請求の範囲（υの方
   法。 （６ン　燃焼ガスの流れの中にプラズマを生成させ、キ
   ャビティー内でガスを燃焼させる特許請求の範囲（２）
   の方法。 （７）　キャビティーのまわシに側壁要素を回転させる
   特許請求の範囲（１）の方法。 （８）　キャビティーのまわシに側壁要素を回転させる
   特許請求の範囲（２）の方法。 （９）　溶融性物質がガラスバッチからなる特許請求の
   範囲（１）の方法。 αｃｌｌ　溶融性物質がガラスバッチからなる特許請求
   の範囲（２）の方法。 α優　安定層ライニングを少なくとも３（１ｍの厚さに
   保つ特許請求の範囲（９）の方法。 ｑ′４　安定層ライニングを少なくとも６ｃｍの厚さに
   保つ特許請求の範囲一の方法。 α→　液化した物質を約１６１５℃以下の温度でキャビ
   ティーから流出きせる特許請求の範囲（９）の方法。 α◆　液化した物質を約１６１５℃以下の温度でキャビ
   ティーから流出させる特許請求の範囲ａりの方法。 ０４　プラズマ流の内部の温度を少なくとも５０００°
   Ｋにする特許請求の範囲（１）の方法りαＱ　プラズマ
   流の内部の温度を少なくとも５００００ｘにする特許請
   求の範囲（２）の方法。 （Ｉ′Ｉ）安定層ライニングの表面層及び下層部分を粉
   末物質で構成する特許請求の範囲（１）の方法。 ９１９　安定層ライニングの表面層及び下層部分を粉末
   物質で構成する特許請求の範囲（２）の方法。 回　熱溶融性物質を液化するための装置であって、中央
   キャビティーを取囲む側壁要素を有する容器、前記の溶
   融性物質と組成の面で相容性を有する粒子状物質の安定
   な表面層からなる、キャビティーに面したＩＨＩＩ壁要
   素上のライニング（但し、該ライニングは、キャビティ
   ー内の溶融熱から側壁要素を熱的に保護するに充分な厚
   さを有するものとする）、前記の表面層の上に追加的な
   溶融性物質を供給するだめの要素、前記の追加的な溶融
   性物質をその液化温度に加熱するだめのプラズマ流をキ
   ャビティー内へ向けるためのプラズマトーチ−友素、及
   びキャビティーから液化物質全流出させるだめの出口開
   口部を含んでいることを特徴とする装置。 翰　輻射エネルギー源のまわシに側壁擬木及びその上の
   ２イニングを回転させるだめの要素も宮まれでいる特許
   請求の範囲αつの装置。 （財）　側壁要素が金属製でるる特許請求の範囲一の装
   置っ （イ）　ライニングが熱溶融性物質から本質的になる特
   許請求の範囲０９）の装置。 （至）表面層がライニングの下層部分と異なっておシ、
   そして液化物質が下層部分によって汚染さ、れるのを防
   止するに充分な厚さを表面層が有している特許請求の範
   囲αＯの装置っ （財）実質的に垂直な軸のまわシを回転するように側壁
   要素が据付けられている特許請求の範囲（イ）の装置。 に）　２イニングが少なくとも３ｃｍの厚さである特許
   請求の範囲（イ）の装置。 に）　側壁要素が円筒又は円錐形をなす特許請求の範囲
   α９の装置。 に）溶融性物質がガラスバッチ混合物からなる特許請求
   の範囲一の装置。 剛　溶融性物質が再生用ガラス屑からなる特許請求の範
   囲０つの装置。 （ハ）　ライニングの下層部分が粒状又は粉末状でろる
   特許請求の範囲（ハ）の装置っ （イ）　ライニングの下層部分が砂からなる特許請求の
   範囲（ハ）の装置。 ０■　熱溶融性物質を液化するに当り、側壁要素で囲ま
   れたキャビティーの内部へ少なくとも５０００’　Ｋの
   温度を有するプラズマ流を向け、キャビティー内の熱か
   ら側壁要素が熱的に保獲芒れるように、キャビティーに
   面した側壁要素の上に安定層ライニングを維持し、該安
   定層の上に溶融性物質を供給し、プラズマからの熱によ
   って該物質を液化させ、液化した物質をキャビティーか
   ら排出させ、安定層ライニングか実質的に一屋に保たれ
   るようＶＣ１前記の供給及び排出の速度を相互に実質的
   に等しく保ち、そして安定層２イニングが２４００’Ｆ
   （１３１５℃）をこえるのを防止する割合でキャビティ
   ーから熱が除去式れるに充分な排出速度を保つことを特
   徴とする液化方法。 ６擾　溶融性物質がガラスバッチである特許請求の範囲
   ０りの方法。 に）液化物質が安定層ライニングの傾斜したｍｉｆＩｉ
   上を流下し、チャンバーの下部末端の出口から外へ流出
   することからなる特許請求の範囲０のの方法Ｑ０４　キ
   ャビティーのまわシに側壁要素を回転させる特許請求の
   範囲０１の方法。 （ハ）　熱溶融性物質を液化するに当シ、絶縁性の安定
   層ライニングで囲まれたキャビティー内にプラズマ流を
   向け、溶融性物質がプラズマからの熱によって液化され
   てキャざティーから流出するように溶融性物質を前記ラ
   イニングの表面の上に供給し、そして該ライニングが実
   質的に一定に保たれるに充分な速度で溶融性物質の供給
   を行うことを特徴とする液化方法。 Ｃ３Ｑ　キャビティーに面した安定層２イニンクノ少な
   くとも表面部分が、組成の面で熱溶融性物質と相容性を
   有する物質からなる特許請求の範囲０うの方法。 ６η　安定層ライニングが溶融性物質と本質的に同じ組
   成を有する特許請求の範囲（ハ）の方法。 （ハ）強制された外部からの冷却を行うことなしにライ
   ニングを実質的に一定に保つ特許請求の範囲く埒の方法
   。 ０１　安定ライニングをガラスバッチで構成する特許請
   求の範囲０７）の方法。 ０（）　プラズマ流が少なくとも５０００’にの温度を
   有するようにし、そして安定層ライニングが２４００’
   Ｆ　（１３１５℃）をこえるのを防止するに充分な割合
   で液化物質をキャビティーから排出させる特許請求の範
   囲００の方法。 ＆ｌＩＪ　溶融性物質がガラスパンチである特許請求の
   範囲ｅｌｌの方法っ （６）　鋼製の壁体合有する容器の壁体上に安定層ライ
   ニングを保持し、そして該安定層ライニングの浮式を、
   鋼製容器が熱で劣化されるのを防止するのに充分なもの
   とする特許請求の範囲Ｃ１５の方法。