JPS6230131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は熱絶縁性粉状材料を熱的に液化する方
法および装置に関する。特に本発明は安定した粒
状の熱絶縁性の非汚染材料の層により支持された
材料の一時的な層を溶解すること、たとえば、粒
状のバツチ組成成分またはガラスのバツチのごと
き材料の層により支持されたガラスバツチの層を
液化することに特に適用可能である。

ロ 従来の技術 カンクルその他に対する米国特許第4381934号
の明細書には特定のバツチ材料を溶解室内のバツ
チ材料から成る支持表面上にて部分的に溶解され
た液化状態に変換する方法が開示されている。上
記の明細書に開示されているとおり、バツチ材料
を液化する初工程は溶解工程の残部から絶縁され
またこの特定の段階の必要に独特的に適するよう
にされ且つエネルギ消費および設備の大きさおよ
び費用をかなり節約して液化段階をおこなわせる
やり方で行われる。さらにその上に熱エネルギの
入力がこの特定の液化段階のみを行うのに用いら
れるので、この入力とその他の作動のパラメータ
との間の相互関係は従来のタンク型の溶解炉にお
けるよりもより直接的で且つ一般により複雑では
ない。

前記米国特許の好ましい実施例において、溶解
室のドラム部分は回転するように装架されてい
て、この室内へ送り込まれたバツチが前記ドラム
の回転により室側壁に押し当てて保持されて、こ
のドラムの内部に沿つて安定した層を維持するよ
うにされている。上記バツチ層が熱源を取り囲む
ように熱エネルギが前記ドラムの内部に供給され
る。液化プロセスは前記ドラムが回転している間
に静止しているふたを通してバツチを前記ドラム
に給送することおよび下方に横置したバツチ層が
実質上安定し且つ溶解されないままである間に一
時的な層内の到来したバツチ材料を溶解するよう
に熱をドラム内部に供給することとにより行われ
る。上記材料が液化されるにしたがつて、この液
化された材料は前記回転ドラムの出口端部に向け
て下方へ流れる。

前記カンクル氏の発明の方法の要点はガラスバ
ツチの液化が行われる支持表面として非汚染性
で、熱絶縁性の粒状材料（たとえばガラスのバツ
チ自体）の層を使用する着想である。新鮮なバツ
チを予め沈積されているバツチ表面上へバツチが
溶解しつつある割合と本質的に同じ割合で分布す
ることにより、定常状態が液化室内に維持され、
それにより実質上安定したバツチ層が一時的バツ
チ層の下に維持されまた液化が上記一時的層に本
質的に限定される。前記一時的層の部分的に溶解
されたバツチが実質上バツチ表面のみに接触し、
かくして耐火材との汚染接触を回避している間に
上記表面から流れ去る。ガラスバツチは良好な熱
絶縁体であるので、十分な厚さを有する安定した
バツチ層を提供することで下方に横置した支持構
造体が熱劣化から保護される。

ハ 発明が解決しようとする問題点 したがつて、溶解材料を支持し且つ／あるいは
前記室を過度の熱から保護するための非汚染性
で、できれば熱絶縁性の層を提供するに足る厚さ
の範囲内に前記安定したバツチ層を維持するため
の装置を有することが有利であろう。したがつ
て、作動パラメータが所望の厚さを維持するのに
必要とされるにしたがつて調節されることができ
るように、溶解工程の間上記の厚さを監視する方
法を有することが望ましい。

さらにその上に、その他の液化工程のパラメー
タのみならずバツチ層の厚さを有効に制御するよ
うにこの溶解装置内の変化する状態に応答してエ
ネルギとバツチの投入量のごとき作動のパラメー
タを調節するための設備を提供することが有利で
あろう。

ニ 問題点を解決するための手段、作用および効
果 本発明は材料の液化中に溶解しているバツチ材
料から成る一時的な層を支持するのに粒状で、熱
絶縁性の材料、たとえばガラスバツチ材料、の安
定した層を利用している型式の溶解室内の状態を
決定する方法と装置とに関する。これに制限され
ないが、本発明は安定したバツチ層が放射熱源を
取り囲むようにされた融除液化方法を制御するの
に有利に実施される。この方法は前記室内の多数
に選択された位置において、安定した一時的バツ
チ層の付近で且つその厚さに沿つた温度を測定し
て熱源に露出された、たとえば前記の一時的層の
表面のごとき露出されたバツチ表面の位置を決定
することを含んでいる。したがつて上記表面の位
置は前記室内のバツチ層の厚さを決定するのに用
いられることができる。

垂直軸線の周りに回転するように装架された溶
解室で、この室の回転で息角を増して、バツチ材
料の安定した層を室側壁に沿つて維持するように
された溶解室において、本発明は上記のバツチ層
の厚さを決定し且つ制御する方法を提供する。好
ましい一実施例においては、温度測定は予期され
たバツチの壁の厚さの範囲全体にわたる互いに半
径方向に離隔された間隔においてたとえば頂壁ま
たはふたに密接したバツチ層の頂部附近で且つこ
れより上方に離隔されて行われる。次でこれ等の
位置で測定された温度は経験的に予定された温度
プロフイルと比較される。観察された温度プロフ
イルは溶解表面の位置、したがつてバツチの壁の
厚さを表示する。かくして本発明は、バツチの壁
の厚さが予定の許される厚さ範囲内に維持される
定常状態を確実にするため温度測定を用いてプロ
セスのパラメータを制御するように実施されるこ
とができる。

本発明はさらにフイードバツク制御ループおよ
び適当な電子回路装置とを用いて作動パラメータ
を直接制御するのに測定された温度を利用するこ
とを含んでいる。

本発明を実施することにより、溶解装置内の装
態、特に前記の安定したバツチ層の厚さが溶解作
動中に監視されることができ、またエネルギ入
力、バツチ給送率、および容器の回転速度の調節
が有効なプロセス制御のため溶解装置内の検知さ
れた変化する状態に応答してなされることができ
る。

ホ 実施例 本発明のこの好ましい実施例は、米国特許第
4381934号（カンクルその他）の明細書に記載さ
れている如き融除液化方法に関連しており、その
教示はここで参考として組み入れられている。

例示の目的で本発明は参考のため本明細書に添
付されているカンクルその他への米国特許願第
481970号の明細書に開示されているものに類似し
たガラスバツチ材料を液化するための回転溶解装
置を用いて実施されるとして述べられるであろ
う。本発明が適用可能であるその他のプロセスは
冶金学的溶解型の作動および単一または多重成分
のセラミツクス、金属またはその他の材料の融解
を含むことができる。だが例示の目的で、本発明
はガラスたとえば平板ガラス、コンテーナガラ
ス、フアイバガラスまたはケイ酸ナトリウムガラ
スを溶解するための方法、特に、溶解の第１の段
階すなわちバツチ材料を液化状態にする段階に関
するとして述べられるであろう。

第１図において、この溶解装置１０は回転され
ている質量を減ずるように段付きの側壁を有して
いる鋼製のドラム１２を含むことができる。ドラ
ム１２は円形のフレーム１４上に支持され、上記
円形のフレームは中心線または前記ドラムの対称
の軸線に対応したほぼ垂直の軸線の周りに回転す
るように複数の支持ローラー１６および整列ロー
ラー１８上に装架されている。底部分２０はドラ
ム１２に分離自在に固定されることができる。底
部分２０は鋳造可能な耐火性のセメントのごとき
耐火性の材料２２の環状体で内張りされてよい。
この環状体内に耐食性の耐火材料から成るリング
様のブシユ２４が着座される。ブシユ２４はセラ
ミツクスから成る複数の切断片から構成されるこ
とができる。ブシユ２４内の中心開口２６はこの
液化室からの出口開口となつている。上向きにド
ーム形の耐火材のふた２８が周りのフレーム部材
３０を介して不動の支持を提供される。このふた
は一次バーナー３４と補助バーナー３５（第２
図）を挿入するための開口３２および３３を設け
られている。排気ガスはふた２８を貫通している
開口３６を通して排気ダクト３８内へ上向きに逸
出する。開口３６はまた原料を液化室へ給送する
のにも利用されてよく、また第１図に図示されて
いるようにこの目的で給送シユート４０が設けら
れている。このシユート４０の端部に枢動自在な
バツチ転向装置９４が配備されることができる。

前記液化室の内部を外部の雰囲気から絶縁し且
つこの容器から逸出するダストまたは蒸気を捕え
るため、それぞれ上方と下方の水封じ（シール）
４１，４２が配備されている。この上方のシール
はフレーム３０に取付けられたとい４３と、下向
きに延びた部分を上記とい４３内に容れられてい
る液体（たとえば水）内に浸漬されてドラム１２
に取付けられたフランジ４５とを含んでいる。下
方のシールも同様にとい７５と液体７７内に浸漬
されるフランジ７６とを含んでいる。

図示されているとおり、ドラム１２の内側はバ
ツチ材料の安定した層５０で内張りされている。
溶解装置１０が加熱されないうちに、前記ハウジ
ングが回転される間にばらのバツチを給送シユー
ト４０を通して給送することで、バツチ材料の安
定した層５０がこの溶解装置内に提供される。上
記のばらのバツチは第１図に図示されているよう
なほぼ放物線の輪郭を採る。上記バツチ材料は側
壁に沿つての層の凝集を容易ならしめるため、安
定層を形成する最初の段階の間に、たとえば水で
湿潤されてもよい。

この溶解工程の間、この溶解装置１０へのバツ
チの連続給送の結果、バツチの降下流が生成され
て、バツチは安定したバツチ層５０の表面全体に
わたり分配されるようになり、またたとえば一次
バーナー３４と補助バーナー３５とからの熱の作
用により、一時的な層５４内で液化されるように
なり、かくしてこの容器の底部へ流れて中心開口
２６を通り抜ける。液化されたバツチ５６は前記
出口開口から降下し、かくしてそれ以上の処理の
ため収集容器５７内に収集されることができる。
この配列によれば、溶解されつつあるバツチ材料
で熱源を取り囲むことで高い熱効率が得られ、ま
た溶解されつつある一時的バツチ層５４は上記容
器の回転によりこの容器内に分布される。かくし
てこの材料は、液化されるまでは、初期に熱に露
出された状態を保つが、その後にこの液化帯域か
ら流出する。

ガラスバツチの液化の際の特性に類似した特性
の組合わせが、セラミツク材料およびそれに類似
したものの融解および冶金学的溶解型の作動で発
見されるであろう。とうぜんながら、本発明はガ
ラスのバツチ材料の溶解に限られない。どんな材
料が液化される場合でも、本発明は粒状で、でき
れば非汚染性の材料から成る安定した層によりバ
ツチ材料の一時的な層を支持されながら行われる
液化プロセスの制御のため有利に実施されるであ
ろう。この好ましい安定した粒状の層は前記の一
時的バツチ層のための非汚染性の接触表面のみで
なく熱絶縁を提供するが最も好ましくはこの安定
層が前記バツチ材料の１つまたはそれ以上の構成
成分を含むを可とする。容器の外部の無駄な強制
冷却の必要を無くしながら層の役に立つ厚さが用
いられるように安定層として用いられる材料の熱
伝導率が比較的に低いことが望ましい。一般に粒
状の鉱物の原材料が良好な熱絶縁を提供するがあ
る場合には、非汚染性の安定層としてこの溶解工
程の中間生成物または生成物を用いることが可能
である。たとえば、ガラス製造方法において、粉
末のカレツト（ガラスくず）が安定した層を構成
することができるが、ガラスバツチと比較してガ
ラスの比較的に高い熱伝導率に起因してより厚い
層が必要とされるであろう。他方において、冶金
学的方法において、安定層として金属生成物を用
いることは容器に熱保護を提供するのに過大な厚
さを必要とするであろう。だがある種の鉱物材料
は絶縁層として申し分がないであろう。

次に本発明の特殊な特色において、プロセスパ
ラメータはこの溶解装置内にて所望の定常状態た
とえば所望のバツチの壁の厚さを維持するように
制御されるべきである。この理由で、この溶解工
程の間バツチの壁の厚さを監視することが重要で
ある。バツチの上端縁付近の温度がドラム１２内
のバツチの壁の境界の位置の良好な表示を提供す
ることと、さらに上記ドラムの頂部におけるバツ
チの壁の境界がこのドラム全体にわたるバツチの
壁の厚さの良好な表示であることが判明してい
る。

第２図および第３図に図示されているとおり、
多数の壁熱電対６０から６５がそれぞれふた２８
に設けられている穴６６から７１を通して挿入さ
れている。中心に位置決めされている熱電対７２
がふた２８の加熱を主として検知し且つ基準温度
を提供するようにこのふたの内側の面附近の溶解
装置の温度を測定するため開口７３内に装架され
ている。熱電対６０から６５の各々はドラム１２
の回転軸線から互いに異なる半径方向の距離を離
隔されている。製造の都合上、この例示されてい
る配列では、これ等の熱電対はふた２８の外周に
よつて画成される円を横切る２つの平行な弦上に
沿つて配置されているがこれ等は任意の模様で配
列されることができる。またこれ等の熱電対は１
つの区域において一団にされる必要がないがそう
することで、これ等の熱電対の読みが相互間でよ
り調和せしめられるであろう。

上記熱電対の位置と個数とは予想されるバツチ
層の厚さ、溶解装置の大きさ、予想される出来
高、および上記の厚さの決定に必要とされる精度
の大きさのごとき因子に左右される。比較的に大
きい情報と融通性とを提供するため多数の熱電対
ができれば好ましい。できればこれ等の熱電対は
予期されるバツチ層の厚さの変動の範囲全体にわ
たり中心の空洞との界面近くのバツチ層の入口端
部に対面するように配列されることが好ましい。
これ等の熱電対はできれば互いに半径方向に一様
に離隔されることが好ましい。上記の離隔の大き
さは熱電対の個数に依存している。一例として、
添付図面に図示されている実施例では2.5センチ
メートル（１吋）の半径方向の間隔が適当である
と判明している。上記の例において、バツチの壁
の厚さは約５センチメートルから15センチメート
ルまで変化することが予想され、また５センチメ
ートルから18センチメートルの範囲の前記ドラム
からの距離で６個の熱電対が配備されている。多
数の熱電対が好ましいが、特定の溶解装置とふた
の形状とでの経験が予想されたバツチの壁の厚さ
の範囲内に位置決めされた単一の熱電体の使用を
許していることは理解されるべきである。この中
間に配置された単一の熱電対における温度の変化
はバツチの壁の厚さの変化をプロセス制御の目的
では十分に反映するであろう。かくして、単一の
バツチ壁熱電対は上方または下方のプロセス限度
を越えて増減するかどうかをある場合には決定す
るのに十分であろうが熱電対の個数を増大すれば
予想されあいすは予期された範囲外のバツチ層の
厚さに関するきわめて詳細な情報を提供する。

上記熱電対の各々はできればふた２８の熱い方
の面附近の最大作動温度たとえば約1650℃に耐え
ることが可能であることが好ましい。適当な高温
用熱電対は白金被覆チユーブ内に収容された米国
インストルーメント学会の用語にしたがつて通常
「Ｂ型」熱電対として知られている白金６％ロジ
ウム／白金30％のロジウム接続接合を含むことが
できる。壁熱電対６０−６５上の熱電対接続接合
はできればバツチ壁との接触から保護されるよう
にふたの内側の面を越えて延在しない方がよい。

温度変化に対する上記熱電対の応答時間を最大
にする目的で、測定用接続接合は熱面７４にでき
るだけ接近して位置決めされることが好ましい。
このことはこれ等を物理的損害から保護すること
と両立する。だが、前記ふたの中心の熱面近くに
バツチ壁が存在しないため内部の室温度の読みを
より正確にする目的で中央の熱電対７２の接続接
合が上記室内へ延在することができる。この中央
熱電体はまた前記の壁熱電体のため用いられたも
のに類似した保護チユーブ内に封じ込められるべ
きである。

バツチ壁境界の温度はこの溶解工程中にこの位
置における温度を測定する間前記室の頂部近くの
バツチ壁境界の位置の目による観察により初めに
決定される。このように、測定された温度とバツ
チの境界帯域とは直接的に相関されることができ
る。この配列によれば、バツチ壁境界またはその
近くの、たとえば一時的層５４の近くで測定され
た温度が、変化する作動状態とは実質上係りのな
い、与えられた室およびふたの外形のための経験
的に決定可能な温度であることが判明されてい
る。前記ふたの外形すなわちドーム形か平形であ
るかがこの経験的に決定された溶解表面温度の絶
対値に影響を与えることが観察されている。

溶解表面の位置を知ることの重要さは溶解装置
１０の作動についての以下の説明に照らしてきわ
めて完全に理解されるであろう。説明を明快なら
しむる目的で、先ず初めに、与えられた出来高が
望まれ、したがつてこの溶解装置に進入するバツ
チの割合および組成が一定に維持され且つさらに
ドラムの回転速度もまた一定に保たれると仮定さ
れる。

このように仮定されれは、バツチの壁の厚さは
主として溶解率の関数であり、またこの溶解率は
この溶解装置への熱エネルギの入力の量と仕方と
の関数である。余りにも高過ぎる溶解率はその結
果として安定したバツチ層の厚さを減ずることに
なり、その結果ドラムを損傷することにもなる溶
解装置の側壁の熱絶縁を失わせることになる。溶
解率が余りにも低く過ぎるとその結果効率を低下
させる。より詳細には、バツチの壁の厚さが増す
につれて、前記一時的層の表面積が減じ、その結
果、輻射熱に露出されるバツチが少くなり、ふた
温度が高くなり、ふたに対する損傷のおそれとと
もに好ましからぬ溶解率の減少を生ずることにな
る。したがつて、プロセスを制御する、すなわ
ち、バツチの壁の厚さを容認し得る範囲内に維持
する一方法はエネルギ入力率を厚さの増減に応答
して調節することである。従来の自動プロセス制
御装置がこの目的で用いられてよい。さもなけれ
ば、転向装置９４により決定されたところに応じ
てバツチ給送送率あるいはバツチ給送装置を変え
るためバツチの壁の厚さに応答する制御装置が提
供されることができる。

熱エネルギ源として燃料焚きバーナーたとえば
バーナー３４および３５を用いた場合、バツチの
壁の厚さの変化に応答して燃焼率を調節すること
が望ましい。たとえば、バツチの壁の厚さが増大
しその結果溶解に利用可能なバツチ層の表面積が
それに対応して減ぜられた場合、たとえばドラム
の回転速度のごときその他のプロセスパラメータ
を変更することなく燃料焚き率およびバツチ給送
率を一定に保つことで、バツチ壁を好ましい厚さ
より大きい厚さまで、またたとえば中央熱電対７
２により溶解装置２８の内部の熱面付近で測定さ
れるごとき溶解装置内の望ましい温度以上の温度
まで、増大せしめることができる。他方におい
て、燃料焚き率の増大が特定のバツチ給送率で到
来するバツチを溶解するのに必要とされる以上で
あれば中央熱電対７２における温度もまた増加す
るであろう。

バツチの壁の厚さの減少を迅速に検知すること
およびたとえば燃料の焚き率を減ずることでプロ
セスパラメータを変更することとに失敗するとバ
ツチの壁は好ましい厚さ以上の厚さを有するよう
にされるであろう。前記のとおり、厚過ぎるかま
たは薄過ぎる壁の厚さは溶解装置のふた２８およ
び／あるいはドラム１２を加熱させるようになる
であろう。

以上の説明からみて、ふたの中心の温度の増加
のみでは焚き過ぎ状態と焚き不足状態とを見分け
られず、したがつて、この中心の温度増加はプロ
セスの制御にとつて十分ではないことは注目され
るべきである。他方において本発明の実施は、こ
の溶解装置の中心に近い、たとえば熱電対７２に
おける温度が課題である場合、厚過ぎるバツチ壁
と薄過ぎるバツチの壁との辨別によりこの溶解装
置内の状態の正確な実態を提供する。

本発明の特色を例証するため本発明の上記の実
施例が提供されたが本発明はこれ等に制限され
ず、本発明の範囲は特許請求の範囲により画定さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が組込まれることのできる溶解
容器の好ましい実施例の横断面図、第２図は第１
図の溶解容器のふたの平面図で、本発明にしたが
つたバツチ壁の厚さ検知装置の代表的配列を示し
た図、第３図は第２図の３−３線に沿つた拡大横
断面図で、本発明にしたがつた好ましいバツチの
壁厚さ検知装置の配列の詳細を示した図である。 １０……溶解装置；１２……鋼製ドラム；１４
……円形のフレーム；１６……支持ローラー；１
８……整列ローラー；２０……底部分；２２……
耐火材料の環状体；２４……リング様ブシユ；２
６……中心開口；２８……上向きドーム形ふた；
３０……フレーム部材；３２，３３……ふた開
口；３４……次バーナー；３５……補助バーナ
ー；３６……開口；３８……排気ダクト；４０…
…給送シユート；４１，４２……上方と下方の水
シール；４３……とい；４２……フランジ；５０
……バツチ材料の安定層；５４……一時的層；５
６……液化バツチ；５７……収集容器；６０〜６
５……壁熱電対；６６〜７１……ふたに設けられ
た穴；７２……中心に位置決めされた熱電対；７
３……開口；９４……転向装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱絶縁性粉状材料を熱的に液化する方法にし
   て、支持表面上に熱絶縁性粉状材料から成る内張
   りを維持する段階と、前記内張り上に一時的な層
   を形成するため前記内張り上に熱絶縁性粉状材料
   を給送する段階と、前記一時的層を液化し且つ前
   記内張りから流出させるように前記一時的層を加
   熱する段階と、前記内張りの端部から離隔され且
   つこれに対面する位置における温度を測定するこ
   とによつて前記内張りの厚さを測定する段階と、
   この測定された内張り厚さに応じて前記液化処理
   を制御する段階とを含む、熱絶縁性粉状材料を熱
   的に液化する方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   前記の温度測定がバツチの壁の厚さの方向に離隔
   された多数の位置で行われる方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   前記内張りが中心の空洞の周りに回転され且つ前
   記温度測定が静止位置で行われる方法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の方法において、
   前記回転が実質上垂直の軸線の周りに行われ、前
   記熱絶縁性粉状材料が前記内張りの上方部上へ給
   送され、また前記温度測定が前記内張りの上端部
   で行われる方法。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   加熱の割合が前記温度測定段階で検知されたとお
   りに溶解表面の厚さに応じて制御される方法。 ６ 特許請求の範囲第４項記載の方法において、
   前記内張りが回転ドラム内に維持され、また静止
   したふたが前記ドラムの上端部における前記ドラ
   ム部分に対して離隔された関係をなして支持さ
   れ、また前記監視段階が前記ふた部分の内側の面
   に沿つた所定の半径方向に離隔された間隔で実施
   される方法。 ７ 熱絶縁性粉状材料を熱的に液化する装置にし
   て、側壁および該側壁から離隔された頂壁を有
   し、該側壁上に熱絶縁性粉状材料の内張りを維持
   する溶解室と、前記内張り上に一時的な層を形成
   するため前記内張り上に熱絶縁性粉状材料を給送
   する給送装置と、前記一時的層を液化し且つ前記
   内張りから流出させるように前記一時的層を加熱
   する加熱装置と、前記内張りの端部から離隔され
   且つこれに対面する前記頂壁の部分に設けられて
   該部分における温度を測定することにより前記内
   張りの厚さを測定する装置と、前記測定された内
   張り厚さに応じて前記加熱装置を制御する装置と
   を含む、熱絶縁性粉状材料を熱的に液化する装
   置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の装置において、
   前記溶解室の側壁が前記一時的層を前記室の回転
   によつて前記側壁に沿つて保持されるように中央
   の空洞の周りに回転可能に設けられている装置。