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

专利名称：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
技术领域：
本发明涉及在高温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an-flight melting))被知晓。与现有的利用西门子窑(日语夕一 > 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Imm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所需要的热能，缩短均质化所需的时间。作为用于形成高温气相气氛的加热单元，专利文献1、2的加热单元具备多根电弧电极(日语7 — 7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°C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。利用专利文献1、2的玻璃熔融炉制造出的约1600°C的熔融玻璃从玻璃熔融炉供应至温度调整槽或者澄清槽中，在这里冷却至可成形的温度(钠钙玻璃为约1000°C左右)。 然后，该熔融玻璃可供应至浮法锡槽、熔融成型机、轧制成型机、吹塑成型机、压模机等玻璃制品的成形单元，在这里成形为各种形状的玻璃成形体。然后，利用退火单元将玻璃成形体冷却至大致室温，其后，在经过根据需要而进行的利用切割单元的切割工序和/或其它后续工序后，制成所需的玻璃制品。可是，对于熔融玻璃的制造，除玻璃原料粒子外，玻璃碎片的利用也是不可缺少的，因此，要将空中熔化法投入实际使用，就需要一种能够并用玻璃碎片的装置。于是，专利文献1中公开了将玻璃碎片粉碎为粒径0. Imm以内的粒状，或者粉碎为粒径0. 05mm以内的粒状，使其和其它的玻璃原料粒子一起通过高温气相气氛中，聚积而形成玻璃融液的熔融玻璃的制造方法等。此外，专利文献1中还公开了在其它的场所对预先粉碎至外径Imm左右的玻璃碎片预热至约700°C后，将其直接投入熔融玻璃中进行加热的方法。同样地，专利文献2中公开了将玻璃碎片粉碎为粒径5μπι以内的粒状，使其和其它的玻璃原料粒子一起通过高温气相气氛中，聚积而形成玻璃融液的熔融玻璃的制造方法等。此外，专利文献2中还公开了在其它的场所对预先粉碎至外径5mm左右的玻璃碎片预热至约700°C后，将其直接投入熔融玻璃中进行加热的方法。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2006-199549号公报专利文献2 日本专利特开2007-297239号公报

发明内容
发明所要解决的课题在公开了并用玻璃原料粒子和玻璃碎片的熔融技术的专利文献1、2的熔融玻璃的制造方法中，无论有无预热，都有可能存在已熔融于熔融炉的熔融玻璃和投入的玻璃碎片难以均一地混合的问题。其原因在于，本来玻璃原料粒子的各粒子的尺寸最大也只有数百μ m左右，而碎片的尺寸小的在数mm，大的在数cm等级，由于它们的尺寸差异，玻璃原料粒子熔融而得的熔融玻璃和玻璃碎片熔融而得的熔融玻璃在热历史方面有些不同，因此有可能具有微妙的差异。该问题在要求有高外观品质和光学品质的玻璃制品中是重要的。然而，专利文献1、2中未公开任何对策以应对如上所述的利用玻璃碎片时的熔融玻璃的均质性下降的可能性。本发明为鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供能够维持熔融玻璃的均质性的玻璃熔融炉、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，上述熔融玻璃的制造方法为在高温气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子并使玻璃碎片成为至少表面液化的玻璃粒子，将两种玻璃粒子聚积在炉底以形成玻璃融液的方法。解决课题所采用的技术方案为了达到上述目的，本发明提供一种玻璃熔融炉，其为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液、然后将该玻璃融液排出的玻璃熔融炉，其特征为具备贯穿上述玻璃熔融炉的顶部而设置的玻璃碎片投入部；俯视时配置在上述玻璃碎片投入部的周围并且在上述玻璃熔融炉内的上部炉壁部朝下设置的多个玻璃原料粒子投入部；针对上述多个玻璃原料粒子投入部中的各个投入部设置的、用于在玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部的加热单元；聚积上述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部；以及将上述玻璃融液排出的排出部；上述玻璃碎片投入部包括将玻璃碎片朝着上述气相部以放射状的方式投入的投入单元。此外，为了达到上述目的，本发明还提供一种熔融玻璃的制造方法，其特征为使用本发明的玻璃熔融炉来制造熔融玻璃。根据本发明，玻璃原料粒子在形成于玻璃原料粒子投入部下方的高温气相部中熔融，成为液态玻璃粒子。使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部利用加热单元形成于玻璃原料粒子投入部的下方。加热单元为氧燃烧器、多相电弧等离子体发生装置等，利用加热单元形成的高温气相部在氧燃烧器的情况下为火焰，在多相电弧等离子体发生装置的情况下为热等离子体。针对玻璃原料粒子投入部中的各个投入部设置加热单元，用于在各玻璃原料粒子投入部的下方分别形成上述高温气相部。下面，将利用加热单元形成的用于使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部称为加热气相部。利用玻璃碎片投入部的投入单元将玻璃碎片投入到上加热气相部中。通过俯视时在玻璃碎片投入部的周围配置多个上述玻璃原料粒子投入部，并且在各玻璃原料投入部的下方形成加热气相部，加热气相部存在于玻璃碎片投入部的斜下方而非正下方，并且在玻璃碎片投入部的周围的下方存在多个加热气相部。为了从玻璃碎片投入部向该加热气相部投入玻璃碎片，玻璃碎片投入部具有将玻璃碎片朝着加热气相部以放射状的方式投入的投入单元。根据本发明，能够在上述加热气相部对玻璃碎片进行充分加热，较好是使其至少一部分熔融。即，能够使1粒玻璃碎片的一部分(例如表面部分)乃至全部熔融，或者能够使大量的玻璃碎片的至少一部分的量的粒子熔融。作为统合了该两种熔融状态的平均值， 以下将熔融了的玻璃碎片部分的体积相对于刚投入后的玻璃碎片的体积的比例称为熔融部分体积比率。本发明具有能够使投入的玻璃碎片的该熔融部分体积比率增大的优点。玻璃原料粒子的空中熔化是针对各个玻璃原料粒子投入部和加热单元的组合 (以下，也称为玻璃原料粒子加热组合件)进行实施的。即，在1个玻璃原料粒子加热组合件中，将玻璃原料粒子从朝下设置于玻璃熔融炉的上部炉壁部的玻璃原料粒子投入部投入炉内的加热气相部，对在加热气相部中下降过程中的玻璃原料粒子加热，使其熔融而成为液态玻璃粒子。于加热气相部中生成的液态玻璃粒子落下并聚积在炉底，形成玻璃融液。本发明中，俯视时在上述玻璃碎片投入部的周围配置有多个该玻璃原料粒子加热组合件。另外，本发明的玻璃熔融炉的上部炉壁部是指玻璃熔融炉的顶部以及离顶部的内壁为Im以内的范围。另一方面，向形成于玻璃原料粒子投入部下方的上述加热气相部中投入的玻璃碎片与玻璃原料粒子同样地被加热，较好是成为至少一部分熔融的粒子，与液态玻璃粒子一起落下并聚积在炉底，形成玻璃融液。液态玻璃粒子和被加热的玻璃碎片在加热气相部中或其下方的空间中混合。此时，液态玻璃粒子的至少一部分也可附着在被加热的玻璃碎片上，与玻璃碎片成为一体。此夕卜，液态玻璃粒子的至少一部分可以合并成为更大的液态玻璃粒子，玻璃碎片的一部分也可发生合并。如上所述，通过在加热气相部中等使液态玻璃粒子和被加热的玻璃碎片以混合的状态落下、聚积以形成玻璃融液，可提高玻璃融液中的两者的混合物的均一性。此外，根据本发明，由于将玻璃碎片朝着上述加热气相部以放射状的方式投入，因此能够使玻璃碎片遍布于处在玻璃碎片投入部周围的下方的多个上述加热气相部中的所有加热气相部。另外，与现有的仅在同一地方使玻璃碎片集中落下的情况相比，玻璃碎片的落下位置较分散。所以，玻璃碎片相对于玻璃融液全体的平均玻璃组成、温度等具有异质性的情况下，玻璃融液中的该异质性被分散，玻璃融液更加迅速地变得均质。此外，根据本发明，上述投入单元较好是具备投入筒和圆锥形的导向构件，上述导向构件隔着可供玻璃碎片通过的间隙连接在上述投入筒的下部开口部，并且上述导向构件的顶部配置在上部。本发明通过在玻璃原料粒子投入部设置圆锥形的导向构件，可以使从投入筒投下的玻璃碎片沿着导向构件的圆锥面流下、以呈放射状散布的方式进入加热气相部内。藉此， 可以将玻璃碎片供应至各加热气相部，而且能够防止经加热的玻璃碎片连续地落在同一地点，因此可提高玻璃融液的均质性。此外，玻璃碎片的投入量多时，较好是间歇地投入玻璃碎片。这是因为，玻璃碎片的投入量多时，即使玻璃碎片呈放射状散布，经加热的玻璃碎片连续地落在玻璃融液表面的圆形的同一地点的倾向也会增加，有可能发生玻璃融液的均质性降低的情况。通过间歇地供应玻璃碎片，即使经加热的玻璃碎片落在同一地点，也是在时间上不连续地落下，因而可减小玻璃融液的均质性降低的可能性。此外，根据本发明，上述投入单元较好是具备投入筒和旋转单元，上述投入筒具有相对于铅垂方向以成规定角度的方式开口的投入口，上述旋转单元使上述投入筒以铅垂方向为旋转轴旋转。本发明在利用旋转单元使投入筒旋转的同时，从投入口将玻璃碎片以放射状的方式投入，藉此，可以依次将玻璃碎片供应至各加热气相部。与此同时，还可将玻璃碎片的投入限定为非连续投入，使其在空间上分散，对同时投入的区域进行限定。即，如果利用旋转单元使投入筒旋转，则可将玻璃碎片供应至与投入口相对的第一个加热气相部，接着，通过投入筒的旋转，可将玻璃碎片依次供应至下一个加热气相部。由此，可依次向各加热气相部供应玻璃碎片。同时，可将玻璃碎片的投入空间分散，如果着眼于一个加热气相部时，则可间歇地供应玻璃碎片。因此，本发明可以以空间上分散且间断的方式实施玻璃碎片的投入，从而能够进一步防止熔融的玻璃碎片如上所述地连续落在相同的地点，进一步维持均质性。此外，通过改变投入筒的旋转速度，使施加在玻璃碎片上的离心力发生变化，能够使玻璃碎片的落下位置更加分散。此外，根据本发明，俯视时上述玻璃熔融炉沿着以上述玻璃碎片投入部为中心的同心圆配置上述多个玻璃原料粒子投入部。此外，本发明的上述加热单元较好是可产生氧燃烧火焰的氧燃烧器和由可产生热等离子体的一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置中的至少一种。根据本发明，在由氧燃烧器产生的氧燃烧火焰的情况下能够形成约2000°C的高温气相气氛，在热等离子体的情况下能够形成5000 20000°C的高温气相气氛。因此，可将在该气相气氛中下降的玻璃原料粒子于短时间内熔融，并且可以对玻璃碎片进行很好的加热。另外，氧燃烧器及多相电弧等离子体发生装置可以单独设置，也可以两者并用。此外， 作为加热单元使用的氧燃烧器，可使用与玻璃原料粒子投入部成为一体的燃烧器。此外，为了达到上述目的，本发明还提供一种玻璃制品的制造装置，其特征在于具备本发明的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的上述排出部的下游侧的对熔融玻璃进行成形的成形单元、对成形后的玻璃进行退火的退火单元。此外，为了达到上述目的，本发明还提供一种玻璃制品的制造方法，其特征在于包括利用本发明的熔融玻璃的制造方法来制造熔融玻璃的工序、对该熔融玻璃进行成形的工序和对成形后的玻璃进行退火的工序。根据本发明的玻璃制品的制造装置及玻璃制品的制造方法，采用上述本发明的玻璃熔融炉来制造熔融玻璃，通过成形单元对该熔融玻璃进行成形，再通过退火单元对成形后的玻璃进行退火，从而来制造玻璃制品。发明的效果如上所述，根据本发明的玻璃熔融炉及熔融玻璃的制造方法，即使在利用玻璃碎片的情况下也能够维持熔融玻璃的均质性。此外，根据本发明的玻璃制品的制造装置及玻璃制品的制造方法，利用本发明的玻璃熔融炉及制造方法，即使在利用玻璃碎片的情况下也能够维持均质性来制造熔融玻璃，因此能够生产品质良好的玻璃制品。附图的简单说明

图1为构成本发明的玻璃制品的制造装置的实施方式1的玻璃熔融炉的纵向剖视图。图2为图1所示的玻璃熔融炉的主要部分的俯视剖视图。图3为示出图1所示的玻璃碎片投入部的投入筒的结构的主要部分的放大立体图。图4为构成本发明的玻璃制品的制造装置的实施方式2的玻璃熔融炉的纵向剖视图。图5为图4所示的玻璃熔融炉的主要部分的俯视剖视图。图6为表示实施方式的玻璃制品的制造方法的实施方式的流程图。实施发明的方式下面，按照附图对本发明的玻璃熔融炉、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的优选实施方式进行说明。
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在图示的玻璃熔融炉中，形成加热气相部的加热单元由氧燃烧器构成。加热气相部由氧燃烧器的焰芯以及火焰附近的高温部构成。用于向加热气相部供应玻璃原料粒子的玻璃原料粒子投入部与氧燃烧器形成一体，在氧燃烧器出口附近供应燃烧气体的管和供应氧气的管以及供应玻璃原料粒子的管同轴构成。将该玻璃原料粒子投入部与氧燃烧器的组合称为玻璃原料粒子加热组合件。图1为构成本发明的玻璃熔融炉的实施方式1的玻璃熔融炉10的纵向剖视图，图 2为玻璃熔融炉10的除去了顶壁的主要部分的俯视剖视图。另外，图2中，下述的玻璃碎片投入部12和玻璃原料粒子加热组合件14简略地用〇标记表示。玻璃熔融炉10具备熔融槽16和出口 18，熔融槽16和出口 18由周知的耐火砖构成。此外，熔融槽16构造成长方体形，在其顶壁20沿铅垂方向贯穿顶壁20设置玻璃碎片投入部12，并且在玻璃碎片投入部12的周围分别朝下地贯穿顶壁20设置8台玻璃原料粒子加热组合件14、14……，藉此在炉内形成使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的高温气相部(即加热气相部)。如图2所示，8台玻璃原料粒子加热组合件14、14……以等间隔设置在以玻璃碎片投入部12为中心的同心圆上。另外，不仅是在顶壁20，玻璃原料粒子加热组合件14在熔融槽16的上部的侧壁17(参考图1)时也在本发明的范围之内。在侧壁17设置玻璃原料粒子加热组合件14时，可设在熔融槽16的在铅垂方向上距离顶壁20的内壁Im的高度内。 这是因为，当玻璃原料粒子加热组合件14设在熔融槽16的在铅垂方向上距离顶壁20的内壁超过Im处时，玻璃原料粒子加热组合件14与玻璃融液面之间的铅垂距离变得过小而与水平方向所成的角度变小，导致将玻璃粒子喷射到对面的壁面上，产生炉壁侵蚀和与之相伴的玻璃污染。玻璃原料粒子加热组合件14较好是设于熔融槽16的在铅垂方向上距离顶壁20的内壁90cm的高度内，更好是设于距离顶壁20的内壁50cm的高度内。此外，玻璃原料粒子加热组合件14的台数并不限定于8台，只要能够包围玻璃碎片投入部12，2台以上即可。此外，玻璃原料粒子加热组合件14的配置方式也不限定于同心圆上，也可以是包围玻璃碎片投入部12的方式，例如沿三角形上、四边形上、椭圆形上进行配置的方式。但是，为了将从玻璃碎片投入部12供应的玻璃碎片30、30……均等地投入利用各玻璃原料粒子加热组合件14、14……产生的火焰(加热区域)32、32……中，优选上述配置在同心圆上的方式。构造成玻璃融液G积存于熔融槽16和出口 18的各槽内，并通过出口 18使在熔融槽16中制造出的玻璃融液G流向下游。作为玻璃原料粒子加热组合件14，使用的是玻璃原料粒子投入部和用于形成加热气相部的加热单元一体形成的氧燃烧器34。该氧燃烧器34为作为无机粉体加热用燃烧器而公知的适当地配置了原料、燃料、 氧供应喷嘴的氧燃烧器。氧燃烧器34前端部的喷嘴36从中心部向外周部按照燃料供应喷嘴、一次燃烧用气体供应喷嘴、玻璃原料粒子供应喷嘴和二次燃烧用气体供应喷嘴的顺序整体以同心圆状进行排列。从喷嘴36向下喷射火焰32，通过空气搬运或者机械搬运将玻璃原料粒子从上述玻璃原料粒子供应喷嘴供应至该火焰32中。藉此，能够可靠地在短时间内将玻璃原料粒子熔融。另外，虽未图示，但在该氧燃烧器34上还连接有向玻璃原料粒子供应喷嘴供应玻璃原料粒子的原料供应系统、向燃料供应喷嘴供应燃料的燃料供应系统以及向一次燃烧用助燃气体供应喷嘴和二次燃烧用助燃气体供应喷嘴供应助燃气体的助燃气体供应系统。如上所述，在使用玻璃原料粒子投入部和加热单元一体形成的氧燃烧器34时，由于氧燃烧器34兼用作玻璃原料粒子投入部，因此不需要另外设置玻璃原料粒子投入部。然而，也可以与氧燃烧器34相邻地另外设置向氧燃烧器34的火焰32中投入玻璃原料粒子的玻璃原料粒子投入部。另外，作为加热单元，并不限定于氧燃烧器34，也可以在熔融槽16的壁面设置可产生热等离子体的由一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置，或者在熔融槽16 同时设置氧燃烧器34和上述多相电弧等离子体发生装置。还有，为了使玻璃原料粒子中含有的气体成分迅速地气化、散逸，且促进玻璃化反应，较好是将氧燃烧器34的火焰32、热等离子体的温度设定在硅砂的熔融温度以上即1600°C以上。由此，投入炉内的玻璃原料粒子可通过火焰32和/或热等离子体而迅速地气化、散逸，并且通过高温下的加热而成为液态玻璃粒子，然后落在熔融槽16的底部区域而成为玻璃融液。此外，由于液态玻璃粒子聚积形成的玻璃融液被火焰32和/或热等离子体继续加热，因此可保持在玻璃化的形态。另外， 为火焰32的情况下，在氧气燃烧时其中心温度约为2000°C ；为热等离子体的情况下，其中心温度为5000 20000°C。另外，图1、图3中，火焰32中及火焰32的下方所示的粒子38表示玻璃原料粒子已变为液态玻璃粒子的粒子、玻璃原料粒子正在变为液态玻璃粒子的过程中的粒子。认为至少火焰下方的粒子正变化为液态玻璃粒子。下面，将该图示的粒子38称为液态玻璃粒子 38。另一方面，玻璃碎片投入部12具备向炉内投入玻璃碎片30的投入单元40。该投入单元40由投入筒42、导向构件44和玻璃碎片供应部46构成。投入筒42贯穿顶壁20进行配置，在投入筒42的下部开口部42A安装有导向构件44。该导向构件44如图3所示，是形成为圆锥形的伞状构件，其顶部44A配置在上部，并且通过连接构件48以隔着可供玻璃碎片30通过的间隙45的方式连接于投入筒42。连接构件48以尽量不妨碍玻璃碎片30通过的方式、由连接在顶部44A的铅垂轴50和沿放射方向连接在铅垂轴50上的4根等长的水平轴52、52……构成。通过将该4根水平轴52、52……连接于投入筒42的内周面，可以在投入筒42的中心轴和导向构件44的中心轴重合的状态下使导向构件44连接于投入筒 42。图1中，投入筒42自顶壁20钻进熔融槽16内部侧，但也可以构造成与顶壁20的内壁面为同一面的方式。作为投入筒42的材质，可以例示经水冷的金属或者陶瓷等。此外，玻璃碎片供应部46将蓄积在料斗M内的玻璃碎片30、30……供应至投入筒42，玻璃碎片供应部46的结构被构造成具备与投入筒42连接的空气搬运系统60，并在该空气搬运系统60上连接料斗M的供应系统62。被吸引的玻璃碎片30、30……通过空气搬运被供应至投入筒42，然后在到达投入筒42的下部开口部42A时，被导向构件44的图3所示的圆锥面44B引导而将玻璃碎片流变为朝向放射方向。然后，玻璃碎片30、30……朝斜下方向被投入到在导向构件44周围形成的8束火焰32、32……中。另外，实施例中通过空气搬运来运送玻璃碎片，但也可以通过机械搬运来运送玻璃碎片。玻璃碎片的尺寸较大时，与空气搬运相比，优选机械搬运。本发明中的“玻璃碎片”是指与本发明中作为最终目的物的玻璃制品的玻璃具有的组成大致相同的玻璃组成所构成的玻璃碎片。该玻璃碎片通常是在本发明中由在熔融炉底部形成的玻璃融液制造作为最终目的物的玻璃制品的工序中产生的。但是，并不限定于此，也可以是产生自与作为本发明的最终目的物的玻璃制品的玻璃具有的组成大致相同的玻璃组成所构成的其它的玻璃制品的制造工序的玻璃碎片，或者产生自使用由本发明制得的最终目的物的玻璃制品的工序的玻璃碎片等。上述其它的玻璃制品的制造工序中的玻璃熔融炉不限定于使用了空中熔化法的玻璃熔融炉。由于玻璃碎片的玻璃组成与由玻璃原料粒子形成的玻璃的玻璃组成大致相同，因此玻璃碎片熔解形成的液态玻璃和由玻璃原料粒子形成的液态玻璃混合形成的玻璃融液的玻璃组成变得均一，并且均质化所需的热能少、所需的时间也短。玻璃碎片的玻璃组成较好是与由玻璃原料粒子形成的液态玻璃粒子的玻璃组成相同，但若在形成于熔融炉底部的玻璃融液成为玻璃制品的期间玻璃组成仅发生微小变化(例如氧化硼等挥发性气体成分的挥发等)，则这样的玻璃组成的微小差别是允许的。另外，由于玻璃碎片由已成为玻璃的物质构成，因此被加热的玻璃碎片仅通过熔解即成为液态的玻璃粒子。另一方面，玻璃原料粒子通过玻璃原料的热分解(例如由金属碳酸盐热分解为金属氧化物的热分解等)、被称为玻璃化反应的玻璃形成成分的反应及熔融等化学反应而成为液态的玻璃粒子。虽然固体粒子成为液态的玻璃粒子的机理对于玻璃原料粒子和玻璃碎片是不同的，但生成的液态的玻璃粒子为玻璃组成大致相同的液态的玻璃粒子。下面，对如上所述构成的玻璃熔融炉的作用进行说明。实施方式的玻璃熔融炉为将玻璃原料粒子熔融的熔融炉。高温气相部由8台氧燃烧器；34、34……形成，在该气相部中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子38、38……。即，从氧燃烧器34、34……将玻璃原料粒子投入炉内，利用氧燃烧器34、34……的火焰32、32……对下降中的玻璃原料粒子加热，使其成为液态玻璃粒子38、38……。液态玻璃粒子38、38…… 朝下方落下并聚积于炉底部64而形成玻璃融液G，玻璃融液G暂时积存于炉底部64。液态玻璃粒子38、38……并非必须以单个粒子形式到达炉底部64或玻璃融液G表面。也可以是2个以上的液态玻璃粒子在加热气相中融合后而落在炉底部64或玻璃融液 G表面。玻璃原料粒子的平均粒径(加权平均)较好为30 1000 μ m。更好为使用平均粒子(加权平均)在50 500 μ m的范围内的玻璃原料粒子，非常好为70 300 μ m的范围内的玻璃原料粒子。玻璃原料粒子熔融而成的液态玻璃粒子38、38……的平均粒径(加权平均)通常大多变为玻璃原料粒子的平均粒径的80%左右。在对这样的玻璃原料粒子进行加热、熔融时，在该熔融槽16中利用玻璃碎片投入部12的投入单元40将玻璃碎片朝着该投入单元40周围的8束火焰32、32……以放射状的方式投入。即，熔融槽16中，将玻璃碎片投入玻璃原料粒子加热用的火焰32中，对玻璃碎片和玻璃原料粒子一起进行空中加热。另外，图1、图3中，火焰32中及火焰32附近所示的粒子30表示玻璃碎片已变为液态玻璃的粒子、玻璃碎片正在变为液态玻璃的过程中的粒子。如下所述，玻璃碎片较好是在加热气相中至少表面液化。因此，图示的粒子30表示固体玻璃碎片(包括投入熔融槽16之前的玻璃碎片)、表面液化的玻璃碎片、整体液化的玻璃碎片等。下面，将它们统称为玻璃碎片30。投入火焰32的每一粒玻璃碎片30、30……被火焰32的高温加热，因此在每一粒被充分加热的同时，熔融部分体积比率增加。换言之，通过8束火焰32、32……的高温，每一粒玻璃碎片30、30……的表面达到1000°C以上，变为1000 · s以下的粘性流体。虽然没有必要使玻璃碎片30完全地空中熔化而达到与炉中的玻璃融液同样的状态，例如1400°C以上的温度、100 以下的粘性状态，但通过如上所述将玻璃碎片30、30……投入8束火焰 32,32……，从而使得玻璃碎片30、30……的熔融状态接近玻璃融液，与液态玻璃粒子38、 38……之间的异质性变小。玻璃碎片较好是在到达炉底的玻璃融液之前至少其表面部分发生液化，但未发生液化而到达玻璃融液也可。对于从玻璃碎片投入筒42投入的玻璃碎片30，考虑到玻璃碎片自身飞散的情况较少这一点以及在工序内或者从市场回收、储藏玻璃碎片并将玻璃碎片搬运到玻璃碎片投入口的操作上的效率，并且为了将玻璃碎片投入熔融槽16，较好是对其粒径进行规定。艮口， 较好是将玻璃碎片的短径(a)控制为0. Imm < a < 50mm。通过改变网眼的筛孔径(开孔) 的尺寸，使具有短径(a)的玻璃碎片留在筛中，或者使其通过筛子来进行筛选。即，本发明的玻璃碎片较好为留在网眼的筛孔径(开孔)的尺寸为0. Imm的筛中、并且通过网眼的筛孔径(开孔)的尺寸为50mm的筛的玻璃碎片。从对玻璃碎片进行上述操作的角度考虑，短径(a)更好为0. 5mm < a < 30mm。从对玻璃碎片进行上述操作的角度考虑，短径(a)非常好为 5mm < a < 20mmo此外，由于火焰32、32……的高温及来自炉壁的辐射热使玻璃碎片30、30……的落下位置的玻璃融液G的液面成为炉内温度最高的部分，因此即使在熔融部分体积比率低的情况下，玻璃碎片30、30……也可以高效地熔融。此外，由于玻璃原料粒子和玻璃碎片30、30……一起被火焰32、32……熔融，因此在加热气相中液态玻璃粒子38、38……与异质的玻璃碎片30、30……混合，混合后的熔融物落向玻璃融液G的液面。玻璃碎片通过玻璃原料粒子加热组合件14而变成的至少表面液化的玻璃粒子也可以在到达玻璃融液G的表面之前其2个以上融合，然后融合后的粒子落在玻璃融液G 上。由于该至少表面液化的玻璃粒子是较大的粒子，因此下落中的液态玻璃粒子容易相互接触，在多个液态玻璃粒子接触时会有发生融合而形成更大的液化玻璃粒子或块状物的情况。还有许多液化的玻璃粒子形成为一体的液体流而到达玻璃融液G的情况。另外，如上所述，较好是能通过火焰32的高温使玻璃碎片30在其下降中完全熔融，但由于玻璃碎片30的尺寸远远大于微粒状的液态玻璃粒子38的尺寸，因此玻璃碎片难以完全熔融。换言之，如果大量且连续地将玻璃碎片30、30……供应至各火焰32、32……， 则熔融部分体积比率低的玻璃碎片30、30……将逐渐滞留在熔融玻璃G的同一区域内，因此成为导致熔融效率下降、阻碍均质性的原因。为了消除该不良情况，较好是以间断和/或空间上分散的方式投入玻璃碎片30。于是，单位时间内玻璃碎片的投入量多时，较好是通过间歇地将玻璃碎片30、 30……同时供应至各火焰32、32……，将玻璃碎片30的投入时间间断。
S卩，如果间歇地将玻璃碎片30从玻璃碎片供应部46供应至投入筒42，则可间断地将玻璃碎片30、30……同时供应至各火焰32、32……，因此能够防止在玻璃融液G的同一区域内发生的玻璃碎片30、30……的滞留，进一步维持玻璃融液G的均质性。如上所述，没有必要在利用玻璃原料粒子加热组合件的加热气相中使玻璃碎片30 完全液化，但通过如上所述配置多个氧燃烧器34、34……，可提高玻璃碎片30的熔融率，因此能够减少用于玻璃融液均质化的二次加热所需的热量。而且，通过增加氧燃烧器34的支数，能够对玻璃碎片30、30……进行均等的加热，因此可进一步提高熔融率。另外，随着氧燃烧器30使用支数的增加，还能够将氧燃烧器30改变为小能力型的氧燃烧器。藉此，能够节约氧燃烧器30所使用的燃料。因此，根据该玻璃熔融炉，能够以维持均质性的方式将玻璃碎片30投入熔融槽16 并将其熔融。藉此，便能够有效地并用玻璃原料粒子和玻璃碎片，因而适合作为用于进行数十吨/天以上以及数百吨/天以上的玻璃制品生产的大规模熔融炉。 此外，氧燃烧器34并不是仅对玻璃碎片30单独进行预热，其还对玻璃原料粒子38 和熔融槽16内的玻璃融液G进行加热，因此，与设置在炉外的玻璃碎片的预热装置在功能上完全不同。图4为构成本发明的玻璃熔融炉的实施方式2的玻璃熔融炉70的纵向剖视图，图 5为玻璃熔融炉70的主要部分的俯视剖视图，对于与图1、图2所示的玻璃熔融炉10相同或者类似的构件标以相同的符号，省略对其说明。玻璃熔融炉70具备1台玻璃碎片投入部72和3台玻璃原料粒子加热组合件14、 14……，它们被设置为分别朝下贯穿熔融槽74的顶壁76。此外，虽然3台玻璃原料粒子加热组合件14、14……以等间隔配置在以玻璃碎片投入部72为中心的同心圆上，但并不限定于同心圆上，也不限定于3台。此外，在玻璃碎片投入部72还设有投入单元78。该投入单元78由投入筒80、旋转单元82和玻璃碎片供应部46构成，上述投入筒 80具有相对于铅垂方向以成规定角度的方式开口的投入口，上述旋转单元82使上述投入筒80以铅垂方向为旋转轴旋转。投入筒80沿铅垂方向贯穿顶壁76进行设置，并且以通过安装在顶壁76上的轴承 84而以铅垂轴为中心自由旋转的方式进行设置。该投入筒80的下部形成为弯向大致水平方向，在其端部形成投入口 80A。此外，在投入筒80的炉外的外周部设有齿轮86，齿轮88 与该齿轮86啮合，该齿轮88与电动机90的输出轴连接。因此，如果驱动电动机90，则其动力通过齿轮88、86传至投入筒80，所以投入筒80可以将铅垂轴作为中心以规定的旋转速度进行旋转。此外，投入筒80的上端部通过回转接头92与玻璃碎片供应部46的空气搬运系统60连接。根据由此构成的投入单元78，如果驱动电动机90，则可如上所述将蓄积在料斗M 内的玻璃碎片30、30……通过空气搬运供应至投入筒80，并且使投入筒80旋转。因此，玻璃碎片30、30……会被供应至旋转中的投入筒80内，通过空气搬运力、重力、离心力等从投入口 80A依次朝着3束火焰32、32……投射。即，如果利用电动机90使投入筒80旋转，则玻璃碎片30、30……会被投射至与投入口 80A相对的第一个火焰32，接着，通过投入筒80 的旋转而被依次投射至下一个火焰32。藉此，玻璃碎片30、30……可被依次投射到各火焰 32,32……，从而可分散玻璃碎片30、30……的投入空间，此外，如果着眼于一个火焰32，则是间歇地供应玻璃碎片30。因此，根据该熔融槽74，能够以空间上和间断的方式投入玻璃碎片30，因此能够进一步防止玻璃碎片30、30……滞留在玻璃融液G的同一区域内，且能够进一步维持玻璃融液G的均质性。另外，图4中虽然示出了形成有一个投入口 80A的投入筒80，但投入口 80A的数目也可以是两个以上。换言之，通过使投入筒80的下部形成为两叉状或三叉状等，可增加投入口 80A的数目。图6为表示实施方式的玻璃制品的制造方法的实施方式的流程图。图6中，除了作为玻璃制品的制造方法的构成要素的熔融玻璃制造工序(Si)、利用成形单元的成形工序 (S2)和利用退火单元的退火工序(S3)之外，还示出了根据需要使用的切割工序及其它后续工序(S4)。在图1 图5的熔融槽16、76中熔融的玻璃融液G经过出口及未图示的导管结构被送至成形单元进行成形(成形工序)。成形后的玻璃通过退火单元进行退火而使成形后固化的玻璃的内部不残存残留应力(退火工序)，再根据需要进行切割(切割工序)，并经过其它后续工序而成为玻璃制品。例如，平板玻璃的情况下，利用成形单元将玻璃融液G成形为玻璃带，将其通过退火单元退火后，切割成所需的大小，并根据需要进行研磨玻璃端部等后续加工，从而获得平板玻璃。通过本发明的熔融玻璃制造方法制造的熔融玻璃只要是通过空中加热熔化法制造的熔融玻璃，在组成方面都没有限制。所以，也可以是钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃。此外， 所制造的玻璃制品的用途不局限于建筑用和车辆用，可以例举平板显示器用及其它各种用途。建筑用或车辆用的平板玻璃所用的钠钙玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成Si02 =65 75%、Al2O3 :0 3%、CaO :5 15%、MgO 0 15%, Na2O 10 20%、K2O 0 3%、Li2O 0 5%、Fii2O3 0 3%、11 0 5%、 0 3%、BaO :0 5%、SrO :0 5%、B2O3 :0 5%、ZnO :0 5%、ZrO2 :0 5%、SnO2 0 3%、S03 0 0. 5%。液晶显示器用的基板所用的无碱玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成:Si02 :39 70%、A1203 :3 25%、B203 :1 20%、Mg0 :0 10%、 CaO 0 17%、SrO 0 20%、BaO 0 30%。等离子体显示器用的基板所用的混合含碱玻璃的情况下，以氧化物基准的质量百分比表示,较好是具有下述组成50 75%、A1203 0 15%、Mg0+Ca0+Sr0+Ba0+ai0 6 24 %、Na2CHK2O :6 24 %。作为其它用途，耐热容器或者物理化学用器具等所用的硼硅酸盐玻璃的情况下， 以氧化物基准的质量百分比表示，较好是具有下述组成SiA =60 85%、Al2O3 :0 5%、 B2O3 5 20%、Na2CHK2O :2 10%。本实施方式虽然对玻璃原料粒子加热组合件及玻璃碎片投入部在铅垂方向上朝下设置的实施方式进行了说明，但并不限定于此，只要是朝下，则也可以是玻璃原料粒子加热组合件及玻璃碎片投入筒倾斜设置的实施方式。本实施方式虽然对玻璃原料粒子加热组合件和玻璃碎片投入部两者都设置于玻
13璃熔融炉的顶部的实施方式进行了说明，但并不限定于此，由于只要两者在玻璃熔融炉的上部即可，因此例如也可以是玻璃碎片投入部设置于玻璃熔融炉的顶部而玻璃原料粒子加热组合件设置于玻璃熔融炉的侧壁部的实施方式。本实施方式对熔融槽的顶面做成平面形状的情况进行了说明，但不限定于此，熔融槽的顶面也可以做成拱形、穹顶形等。此外，本实施方式对在玻璃熔融炉中有1个由玻璃碎片投入部和配置在其周围的多个玻璃原料粒子加热组合件构成的组合的玻璃熔融炉进行了说明，但也可以在玻璃熔融炉中设置多个这样的组合。例如，图2和图5中，玻璃熔融炉10虽然具有1个由玻璃碎片投入部12(72)和多个玻璃原料粒子加热组合件14、14……构成的组合，但并不限定于此， 也可以在玻璃熔融炉设置2个以上这样的组合。产业上利用的可能性利用本发明制造的熔融玻璃可使用浮法锡槽、熔融成型机、轧制成型机、吹塑成型机、压模机等成形装置成形为各种形状的玻璃制品。另外，在这里引用2009年7月27日提出申请的日本专利申请2009-174324号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。符号的说明10…玻璃熔融炉、12···玻璃碎片投入部、14···玻璃原料粒子加热组合件(玻璃原料粒子投入部及用于形成高温气相部的加热单元)、16…熔融槽、17…侧壁、18…出口(排出部)、20···顶壁、30···玻璃碎片、32···火焰、34···氧燃烧器(加热单元)、36…喷嘴、38···液态玻璃粒子、40···投入单元、42···投入筒、44···导向构件、46···玻璃碎片供应部、48···连接构件、50···铅垂轴、52···水平轴、54···料斗、60···空气搬运系统、62···供应系统、64···炉底部、 70…玻璃熔融炉、72···玻璃碎片投入部、74···熔融槽、76···顶壁、78···投入单元、80···投入筒、82···旋转单元、84···轴承、86···齿轮、88···齿轮、90···电动机、92···回转接头。
权利要求
1.一种玻璃熔融炉，为在玻璃熔融炉内的气相气氛中使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子、再使该液态玻璃粒子聚积在玻璃熔融炉的底部以形成玻璃融液、然后将该玻璃融液排出的玻璃熔融炉，其特征在于，具备贯穿所述玻璃熔融炉的顶部而设置的玻璃碎片投入部；俯视时配置在所述玻璃碎片投入部的周围并且在所述玻璃熔融炉内的上部炉壁部朝下设置的多个玻璃原料粒子投入部；针对所述多个玻璃原料粒子投入部中的各个投入部设置的、用于在玻璃原料粒子投入部的下方形成使玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子的气相部的加热单元；聚积所述液态玻璃粒子以形成玻璃融液的炉底部；以及将所述玻璃融液排出的排出部；所述玻璃碎片投入部包括将玻璃碎片朝着所述气相部以放射状的方式投入的投入单兀。
2.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述投入单元具备投入筒和圆锥形的导向构件，所述导向构件隔着可供玻璃碎片通过的间隙连接在所述投入筒的下部开口部，并且所述导向构件的顶部配置在上部。
3.如权利要求1所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述投入单元具备投入筒和旋转单元，所述投入筒具有相对于铅垂方向以成规定角度的方式开口的投入口，所述旋转单元使所述投入筒以铅垂方向为旋转轴旋转。
4.如权利要求1 3中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，俯视时所述玻璃熔融炉沿着以所述玻璃碎片投入部为中心的同心圆配置所述多个玻璃原料粒子投入部。
5.如权利要求1 4中任一项所述的玻璃熔融炉，其特征在于，所述加热单元为可产生氧燃烧火焰的氧燃烧器和由可产生热等离子体的一对以上的电极构成的多相电弧等离子体发生装置中的至少一种。
6.一种熔融玻璃的制造方法，其特征在于，使用权利要求1 5中任一项所述的玻璃熔融炉制造熔融玻璃。
7.一种玻璃制品的制造装置，其特征在于，具备权利要求1 5中任一项所述的玻璃熔融炉、设置于该玻璃熔融炉的所述排出部的下游侧的对熔融玻璃进行成形的成形单元、对成形后的玻璃进行退火的退火单元。
8.一种玻璃制品的制造方法，其特征在于，包括利用权利要求6所述的熔融玻璃的制造方法制造熔融玻璃的工序、对该熔融玻璃进行成形的工序和对成形后的玻璃进行退火的工序。
全文摘要
本发明提供在将玻璃原料粒子和玻璃碎片熔融来制造熔融玻璃的装置及其方法中，能够维持熔融玻璃的均质性的玻璃熔融炉等。根据本发明，从由氧燃烧器(34、34……)和玻璃原料粒子投入部构成的玻璃原料粒子加热组合件(14)将玻璃原料粒子投下，并且在由氧燃烧器(34、34)的火焰(32、32……)形成的高温气相中使该玻璃原料粒子成为液态玻璃粒子(38、38……)。在对玻璃原料粒子进行加热、熔融时，利用玻璃碎片投入部(12)的投入单元(40)将玻璃碎片(30、30……)朝着该投入单元周围的多个火焰(32、32……)以放射状的方式投入。
文档编号C03B5/235GK102471112SQ20108003374
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年7月27日
发明者大川智, 宫崎诚司, 田中千禾夫, 酒本修 申请人:旭硝子株式会社