[发明专利]玻璃熔融炉、熔融玻璃的制造方法、玻璃制品的制造装置以及玻璃制品的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在高温的气相气氛中将玻璃原料粒子形成为液态的玻璃粒子来制造熔融玻璃的玻璃熔融炉、利用该玻璃熔融炉的熔融玻璃的制造方法、具备该熔融炉的玻璃制品的制造装置以及使用上述制造方法的玻璃制品的制造方法。

背景技术

专利文献1、2中揭示了一种玻璃熔融炉，该玻璃熔融炉作为在高温的气相气氛中将玻璃原料粒子熔融、聚积来制造熔融玻璃的玻璃熔融炉，在玻璃熔融炉的顶部具备玻璃原料粒子投入部和用于形成将玻璃原料粒子熔融的高温气相气氛的加热单元。

该玻璃熔融炉为以下装置：将从玻璃原料粒子投入部投入炉内的玻璃原料粒子在利用加热单元加热的高温气相气氛中熔融以形成液态玻璃粒子，再使液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉底部以形成玻璃融液，然后将玻璃融液暂时积存在玻璃熔融炉底部后将其排出。此外，这样的熔融玻璃的制法作为玻璃的空中熔化法(日语：気中溶融法(In-flight melting))被知晓。与现有的利用西门子窑(日语：シ一メンス窯)的熔融法相比，通过该空中熔化法，能够将玻璃熔融工序的能源消耗降低至1/3左右并且能在短时间内熔融，从而被认为能够实现熔融炉的小型化、蓄热室的省略、品质的提高、CO₂的削减、玻璃品种的变更时间变短。这样的玻璃的空中熔化法作为节能技术受到关注。

可是，从玻璃原料粒子投入部投入的玻璃原料粒子一般使用制粒成粒径1mm以下的粒子。投入到玻璃熔融炉中的玻璃原料粒子在高温的气相气氛中下降(飞翔)期间一粒一粒熔融而成为液态玻璃粒子，液态玻璃粒子向下方落下而聚积在玻璃熔融炉底部，从而形成玻璃融液。由该玻璃原料粒子生成的液态玻璃粒子也表现为玻璃液滴。为了在高温的气相气氛中在短时间内由玻璃原料粒子生成液态玻璃粒子，玻璃原料粒子的粒径须为如上所述的很小的粒径。此外，一般的情况下，由每个玻璃原料粒子生成的每个液态玻璃粒子须为具有大致相同玻璃组成的粒子。

由于玻璃原料粒子和液态玻璃粒子都是很小的粒子，因此在玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子时所产生的分解气体成分不会被封闭在生成的液态玻璃粒子的内部而是几乎全部都被排放到液态玻璃粒子外部。因此，在液态玻璃粒子聚积的玻璃融液中产生气泡的可能性很小。

另一方面，各玻璃原料粒子为构成原料成分大致均一的粒子，由此产生的各液态玻璃粒子的玻璃组成也彼此均一。由于液态玻璃粒子间的玻璃组成的差异较小，因此在大量的液态玻璃粒子聚积而形成的玻璃融液内产生玻璃组成不同的部分的可能性较小。因此，现有的玻璃熔融炉所必需的用于使玻璃融液的玻璃组成变得均质的均质化技术在空中熔化法中根本不需要。即使出现少数的液态玻璃粒子与其它大部分的液态玻璃粒子在玻璃组成上不同的情况，由于液态玻璃粒子为粒径很小的粒子，因此由玻璃组成不同的少数液态玻璃粒子产生的在玻璃融液中的玻璃组成的异质区域也很小，因而该异质区域容易在短时间内变得均质而消失。这样，空中熔化法中能够减少玻璃融液的均质化中所需要的热能，缩短均质化所需的时间。

作为形成高温气相气氛的加热单元，专利文献1的玻璃熔融炉具备多根电弧电极(日语：ア一ク電極)、氧燃烧喷嘴，通过多根电弧电极形成的热等离子体电弧、使用氧燃烧喷嘴的氧燃烧火焰(Flame)在炉内形成约1600℃以上的高温气相气氛。通过向该高温气相气氛中投入玻璃原料粒子，使玻璃原料粒子在高温气相气氛内变化为液态玻璃粒子。此外，作为专利文献1中使用的玻璃原料粒子，从能够在短时间内变化为液态玻璃粒子、产生气体的排放容易的角度考虑，使用粒径为0.5mm(加权平均)以下的粒子。而且，从因玻璃原料粒子的微粉化而引起的成本上升以及生成的液态玻璃粒子间的玻璃组成变化减小的角度考虑，使用粒径为0.01mm(加权平均)以上的粒子。

另一方面，作为加热单元，专利文献2的玻璃熔融炉具备朝下安装在玻璃熔融炉的顶壁上的氧燃烧器。该氧燃烧器与气体供应系统及原料供应系统连接以供应氧浓度90容量％以上的助燃气体和玻璃原料。因此，通过该玻璃熔融炉，可在使氧燃烧器燃烧而向下形成火焰的同时，从氧燃烧器将玻璃原料粒子向下供应到其火焰中，在火焰中生成液态玻璃粒子，将生成的液态玻璃粒子聚积在火焰正下方的炉底部，从而形成玻璃融液。该氧燃烧器以贯穿玻璃熔融炉的顶壁的上游侧壁面的方式进行配置。此外，专利文献2的玻璃熔融炉中，设置有将在玻璃原料熔融时产生的废气排放到炉外的排气口。该排气口设置在玻璃熔融炉的顶壁的下游侧壁面并且与抽风机连接，通过驱动抽风机，将玻璃熔融炉内的废气吸引至烟道而排出。