熔融玻璃的减压脱泡装置的制作方法

专利名称：熔融玻璃的减压脱泡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从连续供给的熔融玻璃中除去气泡的熔融玻璃的减压脱泡装置。
背景技术：
一直以来，为了提高成形玻璃制品的品质，在通过成形装置对用熔化炉将原料熔 化而成的熔融玻璃进行成形前，采用将熔融玻璃内产生的气泡除去的澄清工序。关于该澄清工序，已知下述减压脱泡方法将熔融玻璃导入减压气氛内，在该减压 气氛下使连续流动的熔融玻璃流内的气泡长大，从而使熔融玻璃内所含的气泡上浮，在熔 融玻璃表面使气泡破泡而将其除去，然后从减压气氛中排出。在这样的澄清工序中，为了促进熔融玻璃流内的气泡的成长或使气泡破泡，提出 了各种方法。专利文献1中提出了为了改善澄清操作的性能特性而使各种澄清促进剂含于能 够玻璃化的物质、即玻璃原料中的技术方案。此外，专利文献1中，作为在减压条件下实施 澄清的过程中对气泡的成长造成影响的要素，举出了熔融体物质上方的气体的性质、即熔 融玻璃上方的气体的性质。此外，专利文献2中揭示了通过使熔融玻璃受到澄清室中的减压来破坏已产生的 泡沫的泡沫破坏方法。作为泡沫破坏方法，揭示了使用用于使气泡膨胀而破裂的机械旋转 体的方法以及使喷射流冲击泡沫的方法。专利文献1 日本专利特表2001-515453号公报专利文献2 日本专利特开2003-89529号公报发明的揭示专利文献1中，作为改变熔融玻璃上方的气体的性质的方法，举出了选择空气的 分压的方法、选择氮气型惰性气体富集的气氛的方法以及选择氮气型惰性气体的分压的方 法，但关于熔融玻璃上方的气体是怎样的性质才能促进气泡的成长这一点却完全未揭示。 此外，在减压条件下进行澄清时，来自熔融玻璃的挥发性气体成分和熔融玻璃所含的气泡 的气体成分大量释放，因此存在经选择的空气的分压和经选择的氮气型惰性气体的分压容 易下降的问题。此外，存在所选择的氮气型惰性气体富集的气氛的气体组成容易发生变化 的问题。此外，专利文献2中记载的方法在破坏澄清室内产生的泡沫方面有所不足。S卩，机 械旋转体或喷射流的使用虽然能破坏已存在于熔融玻璃上的泡沫，但会使熔融玻璃流产生 乱流，从而导致新的气泡产生。此外，在澄清室内，虽然能局部地破坏泡沫，但无法破坏在机 械旋转体或喷射流的下游侧新产生的泡沫。此外，机械旋转体的使用可能会成为熔融玻璃 的污染源，而喷射流的使用可能会使熔融玻璃的温度下降，使玻璃的品质下降。此外，理论上讲，熔融玻璃上方的气氛的真空度越高(气氛的绝对压力越低)，减 压脱泡的效果应该越好，熔融玻璃流内的气泡就越少。但实际上，气氛的真空度(气氛的绝 对压力)到达某一阶段后，气泡的生成速度超过基于破泡的气泡消失速度，熔融玻璃表面的泡层增厚，从而导致减压脱泡能力下降。该现象称为“由过度减压导致的泡层增厚”。结 果，熔融玻璃流内的气泡反而增加。因此，能够充分发挥减压脱泡的效果的气氛的真空度 (气氛的绝对压力)的范围相当狭窄，出现即使是大气压的变化等外因也可影响减压脱泡 的效果的问题。为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的是提供熔融玻璃的减压脱泡效果优 良的减压脱泡装置，更具体而言，本发明的目的是提供由过度减压导致的泡层增厚引起的 减压脱泡效果的下降得到防止的熔融玻璃的减压脱泡装置。本发明人为了实现上述目的而进行认真研究后发现，因熔融玻璃表面的气泡的破 泡而产生的气体成分滞留在减压脱泡槽内流通的熔融玻璃的上方，因而减压脱泡的效果下 降。以下，本说明书中，将因熔融玻璃表面的气泡的破泡而产生的气体成分称为“来自熔融 玻璃的气体成分”，将来自熔融玻璃的气体成分滞留在减压脱泡槽内流通的熔融玻璃的上 方的现象称为“来自熔融玻璃的气体成分的滞留”。可以认为，如果来自熔融玻璃的气体成分发生滞留，则熔融玻璃上方的气氛(减 压脱泡槽内部的熔融玻璃的上部空间)中来自熔融玻璃的气体成分的分压升高，所以上浮 至熔融玻璃表面的气泡不易破泡，减压脱泡的效果下降。此外，本发明人发现，通过消除来自熔融玻璃的气体成分的滞留，熔融玻璃表面的 破泡速度提高，可抑制由过度减压导致的泡层增厚。本发明是基于上述的本发明人的发现而完成的发明，提供一种熔融玻璃的减压脱 泡装置(以下称为“本发明的减压脱泡装置”)，包括内部的气压被设为低于大气压的使所 供给的熔融玻璃中的泡上浮并破泡的减压脱泡槽、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理前 的熔融玻璃吸引上升而导入该减压脱泡槽的上升管、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理 后的熔融玻璃从该减压脱泡槽下降而导出的下降管，其特征在于，具有通过至少2条连接 管与所述减压脱泡槽连接的中空结构的气氛控制部，在所述气氛控制部设有用于对该气氛 控制部内进行排气而减压的排气口，在所述气氛控制部设有与至少1条所述连接管的关系 满足下述(1)和(2)的第一气体供给管(1)从所述第一气体供给管供给的气流横穿将由所述气氛控制部和所述连接管形 成的开口部沿所述连接管的管轴方向延伸至所述气氛控制部内部而成的假想区域；(2)自所述第一气体供给管的前端沿该气体供给管的管轴延伸而成的假想线不通 过由所述气氛控制部和所述连接管形成的开口部。本发明的减压脱泡装置中，将所述连接管的数量设为X时，较好是所述第一气体 供给管的数量在X-I以下，但所述第一气体供给管的数量在1以上。本发明的减压脱泡装置中，较好是从所述第一气体供给管供给的气流为水蒸气浓 度在60摩尔％以下的低水分气流。本发明的减压脱泡装置中，较好是还设有向所述减压脱泡槽内的熔融玻璃的上部 空间供给水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气体的第二气体供给管。本发明的减压脱泡装置中，藉由通过从第一气体供给管以横穿假想区域的方式供 给气流而产生的文丘里效应，在气氛控制部与减压脱泡槽之间产生压力差，由该压力差产 生在气氛控制部和减压脱泡槽循环的气流。通过该气流，可以消除来自熔融玻璃的气体成 分的滞留。通过消除来自熔融玻璃的气体成分的滞留，可防止减压脱泡效果的下降。
此外，通过消除来自熔融玻璃的气体成分的滞留，由过度减压导致的泡层增厚变 得不易发生。其结果是，可以进一步提高减压脱泡槽内的真空度，能够提高减压脱泡的效从第一气体供给管供给的气体采用水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气体 时，除了消除来自熔融玻璃的气体成分的滞留的效果之外，还可期待减压脱泡槽内的熔融 玻璃上方的气氛中的水蒸气浓度下降的效果。通过使该气氛的水蒸气浓度降低，可以防止 减压脱泡槽内的熔融玻璃表面的泡层增厚而发生暴沸，能够进一步提高减压脱泡的效果。此外，通过使该气氛的水蒸气浓度降低，可以抑制例如B、Cl、F、S等熔融玻璃中的 容易挥散的特定成分的挥散，能够抑制这些成分的挥散引起的玻璃组成的变化。附图的简单说明

图1是表示本发明的减压脱泡装置的一结构例的剖视图。图2是表示减压脱泡装置10的假想区域19的附近的局部放大图。图3是与图2同样的局部放大图。图4是与图2同样的局部放大图。图5是与图2同样的局部放大图。图6是与图2同样的局部放大图。图7是与图2同样的局部放大图。图8是表示本发明的减压脱泡装置的另一结构例的剖视图。符号的说明10，10，减压脱泡装置11 减压脱泡槽12 上升管13 下降管14:气氛控制部15，16:连接管17:排气口18:开口部19 假想区域20 第一气体供给管21 假想线24 第二气体供给管100，120:气流140 低水分气体200 熔化槽220 上游槽240 下游槽G 熔融玻璃实施发明的最佳方式以下，参照附图对本发明进行说明。
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图1是表示本发明的减压脱泡装置的一结构例的剖视图。图1所示的减压脱泡装 置10具有呈圆筒形状的减压脱泡槽11。减压脱泡槽11的内部气压被设为低于大气压，使 所供给的熔融玻璃G中的泡上浮并破泡。减压脱泡槽11上连接有上升管12和下降管13。 上升管12是使脱泡处理前的熔融玻璃G吸引上升而导入该减压脱泡槽11的熔融玻璃G的 导入单元。因此，上升管12的下端部浸渍于上游槽220内的熔融玻璃G中。熔融玻璃G从 熔化槽200被供给至上游槽220。另一方面，下降管13是使脱泡处理后的熔融玻璃G从该 减压脱泡槽11下降而导出的熔融玻璃G的导出单元。因此，下降管13的下端部浸渍于下 游槽240内的熔融玻璃G中。下游槽240内的熔融玻璃被导出至后续工序的处理槽(未图 示)°以下，本说明书中提及“上游”和“下游”时，是指在减压脱泡装置10中流通的熔 融玻璃G的流动方向的上游和下游。还有，减压脱泡槽11通常收纳于减压壳体内，通过对减压壳体进行减压吸引，从 而将减压脱泡槽11内部的气压保持在低于大气压的减压状态，但未图示。另一方面，减压 脱泡槽11未收纳于减压壳体内的情况下，通过使用真空泵等对减压脱泡槽11的熔融玻璃 G的上部空间进行减压吸引，从而将减压脱泡槽11内部的气压保持在低于大气压的减压状 态。本发明的减压脱泡装置10具有通过至少2条连接管15，16与减压脱泡槽11连接 的气氛控制部14。气氛控制部14的内部呈中空结构，设有用于对该气氛控制部14内进行 排气而减压的排气口 17。气氛控制部14形成在该气氛控制部14和减压脱泡槽11内的熔 融玻璃G的上部空间循环的气流120的通路。因此，本发明的减压脱泡装置10中，通过从 排气口 17对气氛控制部14内进行排气而减压，从而将减压脱泡槽11内部的气压保持在低 于大气压的减压状态。减压脱泡装置10具有减压壳体的情况下，通过对减压壳体进行减压 吸引，气氛控制部14内部从排气口 17被排气减压，从而使减压脱泡槽11内部的气压被保 持在低于大气压的减压状态。另一方面，减压脱泡槽11不具有减压壳体的情况下，通过使 用真空泵等从排气口 17对气氛控制部14内进行排气而减压，从而将减压脱泡槽11内部的 气压保持在低于大气压的减压状态。在这里，气氛控制部14形成在该气氛控制部14和减压脱泡槽11内的熔融玻璃G 的上部空间循环的气流120的通路，因此连接管15，16必须在减压脱泡槽11内的熔融玻璃 G的液面的上方与减压脱泡槽11连接。因此，如图1所示，将气氛控制部14配置于减压脱 泡槽11的上方是优选的形态。但是，只要连接管15，16在减压脱泡槽11内的熔融玻璃G 的液面的上方与减压脱泡槽11连接即可，也可以将气氛控制部14配置于减压脱泡槽11的 侧方。此外，为了形成在该气氛控制部14和减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间 循环的气流120的通路，连接管15，16需要至少2条。还有，图1所示的减压脱泡装置10 中，通过2条连接管15，16将减压脱泡槽11与气氛控制部14连接，但也可以通过3条以上 的连接管将减压脱泡槽11与气氛控制部14连接。此外，如果流入减压脱泡槽11的气流120的温度低，则可能会对减压脱泡槽11内 的熔融玻璃G造成不良影响，因此气氛控制部14和连接管15，16较好是具有加热机构。但 是，并不是必须在气氛控制部14和所有的连接管15，16设置加热机构，只要至少在气流120流入减压脱泡槽11的一侧的连接管(图1的情况为连接管15)设置加热机构，就可以消除 温度低的气流120流入减压脱泡槽11而对减压脱泡槽11内的熔融玻璃G造成不良影响的
急 ^^ ο本发明的减压脱泡装置10中设有向气氛控制部14内供给气体的第一气体供给管 20。在这里，第一气体供给管20与至少1条连接管(图1的情况为连接管16)的关系满足 下述(1)和(2)(1)从第一气体供给管20供给的气流100横穿将由气氛控制部14和连接管16形 成的开口部18沿连接管16的管轴方向延伸至气氛控制部14内部而成的假想区域19(图 1的情况为气氛控制部14内的开口部18的上方的区域)；(2)自第一气体供给管20的前端沿该气体供给管20的管轴延伸而成的假想线 21 (参照图5)不通过由气氛控制部14和连接管16形成的开口部18。以下，对必须满足(1)、(2)的理由进行说明。如果从第一气体供给管20以横穿开口部18上方的假想区域19的方式供给气流 100，则根据伯努利法则(式(1))，第一气体供给管20的出口附近的压力下降，产生文丘里效应。ρ/ ρ +v2/2g+z =常量(1)ρ 第一气体供给管20的出口周边的压力(Pa)，P 气流100的密度(kg/m3)，g 重力加速度(m/s)，v 气流100的流速(m/s)，z 气氛控制部14内的第一气体供给管20的 出口部的高度(自气氛控制部底面的高度)(m)。其结果是，在与减压脱泡槽11之间形成压力梯度，产生开口部18附近的压力比减 压脱泡槽11的压力低的压力差。藉由该压力差，开口部18附近的压力(即连接管16侧的 压力)降低，在自由气氛控制部14和连接管15形成的开口部通过减压脱泡槽11至开口部 18的区域产生压力梯度。其结果是，产生在气氛控制部14和减压脱泡槽11内的熔融玻璃 G的上方空间循环的气流(以下称为“在气氛控制部和减压脱泡槽循环的气流”)120。在这里，形成足以产生在气氛控制部和减压脱泡槽循环的气流120的压力差所需 的气流100的流速ν根据气流100的密度P、气氛控制部14内的第一气体供给管20的出 口部的高度ζ和开口部18的面积A而不同，如果气流100的流速ν满足下述式(2)，则形成 足以产生在气氛控制部和减压脱泡槽循环的气流120的压力差。ν > A/0. 031 X [5. 487 X ICT6X (1/56. 353—1/ P ) +19. 6 X (0. 163-z) +7. 52]1/2 (2)气流100的流速ν较好是满足下述式(3)，更好是满足下述式⑷。ν > A/0. 031 X [5. 487 X ICT6X (1/56. 353-1/P )+19. 6 X (0. 163-z)+8. 42]1/2 (3)ν > A/0. 031 X [5. 487 X ICT6X (1/56. 353-1/P )+19. 6 X (0. 163-z)+9. 82]1/2 (4)产生在气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流120的结果是，消除来自熔融 玻璃G的气体成分的滞留。即，来自熔融玻璃G的气体成分不发生滞留，通过气流120被送 至气氛控制部14。送至气氛控制部14的来自熔融玻璃G的气体成分从排气口 17被释放至 外部。送至气氛控制部14的来自熔融玻璃G的气体成分的一部分有时通过气流120被送 回减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上方空间，但因为存在在减压脱泡槽11内的熔融玻璃 G的气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流120且来自熔融玻璃G的气体成分被气流120稀释，所以来自熔融玻璃G的气体成分的滞留的可能性被控制到最低限度。还有，由于 来自熔融玻璃G的气体成分被气流120稀释，因而来自熔融玻璃G的气体成分在冷却的过 程中附着于减压脱泡装置10内或在从排气口 17释放后附着于体系内的情况得到防止。可以认为，如果来自熔融玻璃G的气体成分发生滞留，则减压脱泡槽11内的熔融 玻璃G上方的气氛中，来自熔融玻璃G的气体成分的分压升高，因此上浮至熔融玻璃G表面 的气泡不易破泡，减压脱泡的效果下降。本发明的减压脱泡装置10中，来自熔融玻璃G的气体成分的滞留得到消除，因而 不会发生减压脱泡效果的下降，减压脱泡的效果优良。此外，如果来自熔融玻璃G的气体成分发生滞留，则发生由过度减压导致的泡层 增厚，减压脱泡的效果大幅下降，但在本发明的减压脱泡装置10中，来自熔融玻璃G的气体 成分的滞留得到消除，因此即使将减压脱泡槽11的真空度提高至比以往更高的程度，也可 抑制由过度减压导致的泡层增厚。因此，可将减压脱泡槽11的真空度提高至比以往更高的 程度(可将减压脱泡槽11的绝对压力降低至比以往更低的程度)，可进一步提高减压脱泡 的效果。如图1所示，产生在气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流120时，连接管 16成为将气流120从减压脱泡槽11导出的气流导出管，连接管15成为将气流120导入减 压脱泡槽11的气流导入管。因此，像图1所示的减压脱泡槽10那样具有2条连接管15， 16的情况下，必须设置与任意一方的连接管的关系满足上述(1)、(2)的第一气体供给管， 不能设置与另一方的连接管的关系满足上述(1)、(2)的第一气体供给管。另一方面，减压 脱泡槽3具有3条以上的连接管的情况下，可以设置与2条以上的连接管的关系满足上述 (1)、(2)的第一气体供给管，但不能设置与至少1条连接管的关系满足上述(1)、(2)的第 一气体供给管。S卩，本发明的减压脱泡装置中，将连接管的数量设为X时，第一气体供给管的数量 必须在X-I以下，但第一气体供给管的数量在1以上。为了形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力差，从第一气体 供给管20供给的气流100必须横穿假想区域19。图1中，第一气体供给管20的前端位于 假想区域19内，以横穿该假想区域19的方式向上游方向供给气流100。图2是表示减压 脱泡装置10的假想区域19的附近的局部放大图，第一气体供给管20的前端的位置与图1 不同。图2中，第一气体供给管20的前端位于比假想区域19更靠近下游侧的位置，向上游 方向供给气流100。以横穿该假想区域19的方式向上游方向供给气流100。只要气流100 的流速足够大而能够以横穿该假想区域19的方式供给气流100，也可以是这样的配置。此外，图1的减压脱泡装置10中，通过使从气氛控制部14的上方插入的第一气 体供给管的前端向上游方向弯曲，从而以横穿该假想区域19的方式向上游方向供给气流 100，但也可以从气氛控制部14的下游侧端面沿水平方向插入第一气体供给管，以横穿该 假想区域19的方式向上游方向供给气流100。另一方面，图3是与图2同样的局部放大图，从前端位于比假想区域19更靠近下 游侧的位置的第一气体供给管20向下游方向供给气流100。该情况下，气流100未横穿假 想区域19，所以不满足上述(1)，无法形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低 的压力差。即使是与图3同样的配置，在第一气体供给管20的前端位于比假想区域19更靠近上游侧的位置且向下游方向供给气流100的情况下，气流100横穿假想区域19，所以满 足上述(1)，可以形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力差。此外，图4是与图2同样的局部放大图，第一气体供给管20的前端的朝向与图2不 同，朝向斜下方。该情况下，从第一气体供给管20供给的气流100被供给向比假想区域19 更靠近该气体供给管的一侧(下游侧)的气氛控制部14的底部，所以气流100未横穿假想 区域19，不满足上述(1)，无法形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力 差。为了形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力差，从第一气体 供给管20供给的气流100必须横穿假想区域19，气流100不能喷入连接管16。因此，必须 以自气体供给管20的前端沿该气体供给管20的管轴延伸而成的假想线21不通过开口部 18的方式配置第一气体供给管20。图5与图2同样，是图1所示的减压脱泡装置10的假 想区域附近的局部放大图。图5中，假想线21沿水平方向向上游方向延伸，不通过开口部 18，满足上述(2)。图6是与图5同样的局部放大图，第一气体供给管20的前端的朝向与图5不同， 假想线21朝向斜下方，通过开口部18，因此不满足上述(2)。图7是与图6同样的局部放大图，假想线21朝向斜下方，但气氛控制部14内的第 一气体供给管20的高度与图6的气体供给管20不同，因此假想线21不通过开口部18，满 足上述(2)。即使是与之同样假想线21朝向斜下方的情况，假想线21朝向斜下方的角度比 图6的气体供给管20小而不通过开口部18时也满足上述(2)。本发明的减压脱泡装置中以满足上述(1)、(2)的方式配置第一气体供给管即可， 并不局限于图示的形态和上述中说明的形态。图示的形态和上述中说明的形态中，气流100 的供给方向为上游方向或下游方向，但气流100的供给方向是除此以外的方向，例如可以 是图纸的纸外方向或纸内方向。该情况下，相对于开口部18在图纸的纸内侧或纸外侧配 置第一气体供给管20，以横穿假想区域19的方式向图纸的纸外方向或纸内方向供给气流 100。此外，图示的形态中，向水平方向或斜下方供给气流100，但也可以向斜上方供给 气流。但是，为了有效地形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力差，气 流100的供给方向较好是与连接管16的管轴正交的方向，即水平方向。但是，该情况下，并 不需要向严格意义上与连接管16的管轴正交的方向供给气流100，向与连接管16的管轴 大致正交的方向供给气流100即可。在这里，与连接管16的管轴大致正交的方向在将该与 管轴正交的方向设为0度时优选在士45度的范围内，较好是在士25度的范围内，更好是在 士 15度的范围内。此外，图示的形态中，将下游侧的连接管16作为气流导出管，上游侧的连接管15 作为气流导入管，但也可以将上游侧的连接管15作为气流导出管，下游侧的连接管16作为 气流导入管。该情况下，设置与连接管15的关系满足上述(1)、(2)的第一气体供给管。此外，连接管的数量在3条以上时，成为气流导出管的连接管和成为气流导入管 的连接管的配置可以适当选择。例如，图1所示的减压脱泡装置中，在上游侧的连接管15 与下游侧的连接管16之间设置第3条连接管的情况下，可以设置与连接管15，16的关系满 足上述(1)、(2)的第一气体供给管，将连接管15，16作为气流导出管，第3条连接管作为气流导入管。或者，也可以设置与第3条连接管的关系满足上述(1)、(2)的第一气体供给管， 将第3条连接管作为气流导出管，连接管15，16作为气流导入管。此外，在气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流120的方向并不局限于图示 的形态，可以是与图示的形态相反的方向。例如，将上游侧的连接管15作为气流导出管、下 游侧的连接管16作为气流导入管的情况下，在气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流 120的方向呈与图示的形态相反的方向。此外，图示的形态中，2条连接管的位置关系为上游侧和下游侧，但连接管的位置 关系并不局限于此。例如，也可以将2条连接管的位置关系设为图纸的纸外侧和纸内侧。该 情况下，在气氛控制部14和减压脱泡槽11循环的气流120的方向呈与图示的形态中的气 流120的方向正交的方向(气氛控制部14内的气流的方向和减压脱泡槽11内的熔融玻璃 G的上方的气流的方向分别为图纸的纸外侧和纸内侧或者图纸的纸内侧和纸外侧)。该情 况下，减压脱泡槽11内的气流120的方向呈与熔融玻璃G的移动方向正交的方向。像图示 的形态那样，减压脱泡槽11呈熔融玻璃G的流动方向上较长的形状的情况下，从消除来自 熔融玻璃G的气体成分的滞留方面来看，减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上方的气流120 的方向较好是与熔融玻璃G的移动方向相同的方向或相反的方向，但减压脱泡槽呈纵横方 向上的长度没有显著差异的形状(例如减压脱泡槽的平面形状为正方形、六边形、八边形 等形状)的情况下，减压脱泡槽11内的气流120的方向即使是与熔融玻璃G的移动方向正 交的方向，也可以消除来自熔融玻璃G的气体成分的滞留。在形成开口部18附近的压力比减压脱泡槽11的压力低的压力差方面，对从第一 气体供给管20供给的气流100没有特别限定。但是，气流100的成分较好是不会对熔融玻 璃G或所制造的玻璃制品以及玻璃制造设备、特别是减压脱泡装置造成不良影响的成分。 因此，较好是气流100的成分中不含具有腐蚀性、爆炸性的气体。从第一气体供给管20供给的气流100采用水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分 气体时，除了消除来自熔融玻璃G的气体成分的滞留的效果之外，还可期待减压脱泡槽11 内的熔融玻璃G上方的气氛中的水蒸气浓度下降的效果，所以优选。用作气流100的低水分气体只要水蒸气浓度在60摩尔％以下即可，没有特别限 定。作为这样的低水分气体的具体例子，可以例举大气、干燥空气、队和Ar这样的惰性气体 等。作为气流100，可以使用这些低水分气体中的1种，也可以使用多种低水分气体的混合 气体。气流100采用低水分气体时，优选水蒸气浓度在50摩尔％以下，较好是在40摩 尔％以下，更好是在30摩尔％以下，更好是在25摩尔％以下，更好是在20摩尔％以下，更 好是在15摩尔％以下，更好是在10摩尔％以下，特别好是在5摩尔％以下。减压脱泡槽11内的熔融玻璃G上方的气氛的水蒸气浓度较好是被降低至60摩 尔％以下。通过使该气氛的水蒸气浓度在60摩尔％以下，可以防止减压脱泡槽内的熔融玻 璃表面的泡层增厚而发生暴沸，能够进一步提高减压脱泡的效果。此外，因为存在该气氛的水蒸气浓度越低、则熔融玻璃表面的泡层越薄的倾向，所 以减压脱泡槽11内的熔融玻璃G上方的气氛的水蒸气浓度较好是在50摩尔％以下，更好 是在40摩尔％以下。另外，如果水蒸气浓度在30摩尔％以下，则存在泡层进一步变薄的倾 向，所以优选。
此外，如果该气氛的水蒸气浓度低，则根据玻璃组成，存在气泡一个一个地收缩或 破泡的情况，由此泡层进一步变薄，所以优选。具体来说，熔融玻璃为硼硅酸盐玻璃的情况 下，如果水蒸气浓度在30摩尔％以下，则存在气泡显著收缩的倾向。还有，这里所说的硼硅 酸盐玻璃例如具有以下的组成。组成的范围Si0255 74、A1203 10 20、B203 5 12、Α1203/Β203 :1· 5 3、Mg0 0 5、CaO 0 5、SrO 0 12、BaO 0 12、SrO+BaO :6 12 (单位为质量％ )。另外，如果减压脱泡槽11内的熔融玻璃G上方的气氛的水蒸气浓度低，则经减压 脱泡而制造的玻璃制品中不易残存被视作缺陷的尺寸的气泡，所以优选。如果该气氛的水 蒸气浓度进一步降低，则经减压脱泡而制造的玻璃制品中产生缺陷的概率进一步降低，所 以更好是在25摩尔％以下，更好是在20摩尔％以下，更好是在15摩尔％以下，更好是在10 摩尔％以下，更好是在5摩尔％以下。此外，通过使减压脱泡槽11内的熔融玻璃G上方的气氛的水蒸气浓度在60摩 尔％以下，可以抑制熔融玻璃G中的特定成分(硼等)的挥散。通过抑制硼等成分的挥发， 不仅可以防止硼等的组成变化，还可以抑制组成变化引起的平坦度的劣化。此外，由于还可以抑制易挥发的例如Cl、F、S等其他成分的挥散，因此不仅可以防 止这些成分的组成变化，还可以抑制组成变化引起的平坦度的劣化。这些C1、F、S等成分的挥散被认为受到气氛中的水分的较大影响。例如，F被认为 形成HF挥散，S被认为形成H2SO4挥散。因此，可以认为通过使减压脱泡槽11内的熔融玻 璃G上方的气氛的水蒸气浓度在某一定值以下，能够抑制上述成分的挥发和伴随该挥发的 上述成分的组成变化。此外，玻璃的特性根据其用途有非常细致的标准，玻璃的组成非常详细地确定以 符合其标准。例如，当然对于硼的含量也有标准，以往的方法中，由于硼发生挥散，因此必须 使用大量的硼作为原料。此外，以往硼挥散的量根据条件而各不相同，有时可能会超出硼的 含量的标准。本发明的减压脱泡装置中，通过抑制硼的挥散，可以解决这些问题，是有用的。从这一点来看，也可以认为本发明的减压脱泡装置特别适合用于对硼硅酸盐玻璃 进行减压脱泡的情况，更不用说一般的玻璃。用作气流100的低水分气体较好是氧浓度比空气中的氧浓度低的气体。该氧浓度 较好是在15体积％以下，更好是在10体积％以下，更好是在5体积％以下。此外，用作气 流100的低水分气体较好是不含氧的气体，例如氮气、氩气、CO2等。减压脱泡槽11由于是熔融玻璃G的导管，因此必须采用耐热性和对熔融玻璃的耐 蚀性良好的材料，可广泛地使用钼或钼合金。通过使用氧浓度比空气中的氧浓度低的气体 作为用作气流100的低水分气体，在减压脱泡槽的材质采用钼和钼合金的情况下，可以抑 制该钼的氧化，延长减压脱泡槽的寿命，并且抑制玻璃制品中由该钼产生缺陷，所以优选。作为钼合金的具体例子，可以例举钼-金合金、钼-铑合金。此外，作为用于减压 脱泡槽的耐热性和对熔融玻璃的耐蚀性良好的材料的其他例子，可以例举陶瓷类的非金属 无机材料、致密质耐火材料。作为致密质耐火物的具体例子，可以例举例如氧化铝类电铸耐 火材料、氧化锆类电铸耐火材料、氧化铝_氧化锆_ 二氧化硅类电铸耐火材料等电铸耐火 材料，以及致密质氧化铝类耐火材料、致密质氧化锆_ 二氧化硅类耐火材料和致密质氧化 铝_氧化锆_ 二氧化硅类耐火材料等致密质烧成耐火材料。
还有，图1所示的减压脱泡装置10中，与减压脱泡槽11同样，作为成为熔融玻璃 G的导管的上升管12和下降管13的材料也可以采用钼或钼合金或者致密质耐火材料。气氛控制部14、连接管15，16和第一气体供给管20不是熔融玻璃G的导管，所以 它们的材料没有特别限定，可以使用例如不锈钢、钼、钼合金等金属材料或陶瓷、氧化铝等 耐火性·耐腐蚀性材料。还有，本发明的减压脱泡装置10中，关于形成在气氛控制部14和减压脱泡槽11 循环的气流120的目的，只要可以消除来自熔融玻璃G的气体成分的滞留即可，所以实施减 压脱泡的过程中并不需要始终形成气流120。因此，只要可以消除来自熔融玻璃G的气体成 分的滞留，可以在实施减压脱泡的过程中定期地形成气流120，例如可以按照每1小时1 30秒左右的比例形成气流120。还有，由于定期地形成气流120，因此定期地从第一气体供 给管20供给气流100即可。本发明的减压脱泡装置10中，为了降低减压脱泡槽11内的熔融玻璃G上方的气 氛的水蒸气浓度，可以设置向减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间供给水蒸气浓度在 60摩尔％以下的低水分气体140的第二气体供给管。图8是表示本发明的减压脱泡装置的另一结构例的剖视图。图8所示的减压脱泡 装置10’中，从作为气流导入管的连接管15插入第二气体供给管24，该第二气体供给管24 的前端位于减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间。还有，关于从第二气体供给管24 供给的水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气体的具体例子，与关于作为气流100供给的 低水分气体所记载的例子相同。还有，第二气体供给管只要可以向减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间供给 水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气体即可，并不局限于图8所示的形态。例如，可以 将第二气体供给管从作为气流导出管的连接管16插入减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上 部空间。此外，可以将第二气体供给管从除连接管15，16以外的部分、例如减压脱泡槽11 的上游侧或下游侧的端面插入减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间。但是，像图8所 示的形态那样使低水分气体140的供给方向为不阻碍气流120 (参照图1)的方向时，不会 使气流在减压脱泡槽11内产生乱流，所以优选。此外，第二气体供给管24的出口侧的位置只要可以向减压脱泡槽11内的熔融玻 璃G的上部空间供给水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气体即可，并不局限于图8所示 的形态。例如，图8所示的形态中，第二气体供给管24的前端位于减压脱泡槽11内的熔融 玻璃G的上部空间，但第二气体供给管24的前端可以在连接管15内，也可以在连接管15 上方的气氛控制部14内。本发明的减压脱泡装置可以具有除上述以外的结构。例如，为了在熔融玻璃G的 表面(液面)附近形成气流120，可以在减压脱泡槽11顶部的内侧设置用于向下方引导气 流120的挡板。本发明的减压脱泡装置10的各构成要件的尺寸可以根据需要适当选择。不论减 压脱泡槽11是钼制或钼合金制，或者是致密质耐火材料制，减压脱泡槽11的尺寸都可以根 据所使用的减压脱泡装置和减压脱泡槽11的形状适当选择。如图1所示的圆筒形状的减 压脱泡槽11的情况下，其尺寸的一例如下。水平方向上的长度1 20m
内径0· 2 3m(截面圆形)减压脱泡槽11为钼制或钼合金制的情况下，壁厚较好是在4mm以下，更好是 0. 5 1. 2mmο减压脱泡槽并不局限于截面圆形的圆筒形状的槽，还可以是截面形状为椭圆形或 半圆形状的近似圆筒形状的槽或者截面为矩形的筒形状的槽。不论是钼制或钼合金制，或者是致密质耐火材料制，上升管12和下降管13都可以 根据所使用的减压脱泡装置适当选择。例如，图1所示的减压脱泡装置10的情况下，上升 管12和下降管13的尺寸的一例如下。内径0. 05 0. 8m，较好是 0. 1 0. 6m长度0· 2 6m，较好是0. 4 4m上升管12和下降管13为钼制或钼合金制的情况下，壁厚较好是0. 4 5mm，更好 是 0. 8 4mm。气氛控制部14、连接管15，16的尺寸可以根据所使用的减压脱泡装置、特别是减 压脱泡槽适当选择，其一例如下。气氛控制部内径0. 1 3m，较好是0. 1 2m长度0· 8 22m，较好是1 20m连接管内径0. 05 0. 5m，较好是 0. 05 0. 3m长度0· 1 lm，较好是0. 1 0. 8m第一气体供给管内径内径3 50mm，较好是5 20mm气氛控制部14、连接管15，16的壁厚根据构成材料而不同，为不锈钢制的情况下， 分别较好是以下的壁厚。气氛控制部0. 5 2mm,较好是 0. 5 L 5mm连接管0. 5 2mm,较好是 0. 5 ~ 1. 5mm第二气体供给管内径内径3 50mm，较好是5 20mm
实施例以下，基于实施例对本发明进行具体说明。但是，本发明并不局限于此。实施例中，使用Fluent进行减压脱泡槽内的熔融玻璃G的上部空间的气流分析， 对从第一气体供给管向假想区域供给气流而产生的文丘里效应以及基于由文丘里效应产 生的在气氛控制部和减压脱泡槽内的熔融玻璃的上部空间循环的气流的来自熔融玻璃的 气体成分的滞留的消除进行评价。还有，作为减压脱泡装置，使用下述装置作为模型像图 8所示的减压脱泡槽10那样，从第一气体供给管20向与下游侧的连接管16的开口部18上 方的假想区域19供给气流100，从自上游侧的连接管15插入减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间的第二气体供给管24供给低水分气体24。或者，使用下述装置作为模型与 图8不同，将第一气体供给管20设于上游侧的连接管15的上方来供给气流100，从自下游 侧的连接管16插入减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间的第二气体供给管24供给 低水分气体24。还有，气流100和低水分气体140都供给N2而模型化。作为模型使用的减压脱泡装置10的各部的尺寸如下。减压脱泡槽11 全长10m，内径lm(截面半圆形状)气氛控制部14 全长10m，内径2m(圆筒形状)连接管15，16 全长0. 8m，内径0. 3m(圆筒形状)连接管15，16分别设于减压脱泡槽11的顶部，具体为与减压脱泡槽11的上游侧 端部相距0. Im的位置和与下游侧端部相距0. Im的位置。排气口 17 内径0. 05m(圆筒形状)，设于气氛控制部14的长边方向的中央位置的 顶部。第一气体供给管20 与图8不同，将内径Φ5πιπι的圆形的不锈钢制喷嘴沿水平方 向从气氛控制部14的下游端中央插入。不论将第一气体供给管20设于下游侧或上游侧中 的任一方，第一气体供给管的前端的位置都为自开口部18向下游侧5mm、自气氛控制部14 的底面高IOmm的位置。第二气体供给管24 将内径Φ 15mm的圆形的不锈钢制喷嘴经由连接管15从气氛 控制部14的顶部插入减压脱泡槽11的熔融玻璃G的上部空间。第二气体供给管24的前 端的位置为自减压脱泡槽11的上部壁面向下方IOmm的位置。对于减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的上部空间内的压力恒定且气氛控制部14内 恒定为压力350mmHg、温度1400°C的情况进行了分析。气流分析采用非反应化学物种的输送模型、标准k_ ε模型、标准壁函数。不考虑 入口扩散、扩散能量，其他设定参数采用默认值。气流分析的流体物性采用Fluent数据库 内的由N2和挥散H2O形成的混合物的值(下述)。粘度1.72 X IO"5 [kg/m · s]热导率0.0454 [ff/m · K]质量扩散系数2·88Χ l(T5[m7S]密度P =pMw/RT (非压缩性理想气体方程)比热Cp =Σ JiC^i(基于化学物种的比热的质量分数平均式)[J/kg · K]虽然认为从减压脱泡槽11内的熔融玻璃G挥散S03、02、B203、H2O等多种气体，但 本分析中为了方便而假设仅H2O以2. OONL/分钟挥散。以下，本说明书中，将从减压脱泡槽11内的熔融玻璃G挥散的气体简称为“挥散气 体，，。不考虑减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的流动，挥散气体和从第二气体供给管供给 的N2通过速度边界条件定义。气流分析中，作为来自减压脱泡槽11内的熔融玻璃G的挥散气体的浓度，对熔融 玻璃G上方的气氛的挥散气体的平均浓度(以下也称“熔融玻璃G上方的挥散气体的平均 浓度”)进行了评价。还有，将熔融玻璃G的液面附近(熔融玻璃的液面上方5mm处)的挥 散气体浓度作为评价指标。
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此外，对气氛控制部14与连接管15的开口部附近的压力以及气氛控制部14与连 接管16的开口部18附近的压力(以下，前者也称“上游侧开口部压力”，后者也称“下游侧 开口部压力”)进行了评价。此外，对从减压脱泡槽11介以连接管15向气氛控制部14排出的气体量以及从减 压脱泡槽11介以连接管16向气氛控制部14排出的气体的流量(以下，前者也称“上游侧 排出流量”，后者也称“下游侧排出流量”)进行了评价。(实施例1、2、3、4、5及比较例1)实施例1中，将第一气体供给管20设置于下游侧的连接管16的上部，以体积流量 2NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度、上游侧开口 部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评价。实施例2中，将第一气体供给管20设置于下游侧的连接管16的上部，以体积流量 IONL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度、上游侧开口 部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评价。实施例3中，将第一气体供给管20设置于下游侧的连接管16的上部，以体积流量 15NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度、上游侧开口 部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评价。实施例4中，将第一气体供给管20设置于下游侧的连接管16的上部，以体积流量 50NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度、上游侧开口 部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评价。实施例5中，将第一气体供给管20设置于上游侧的连接管15的上部，以体积流量 15NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度、上游侧开口 部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评价。实施例6中，将内径Φ20πιπι的第一气体供给管20设置于下游侧的连接管15的上 部，以体积流量50NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散气体的平均 浓度、上游侧开口部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进行了评 价。实施例7中，将内径Φ 5mm的第一气体供给管20设置于内径Φ 0. 2m的上游侧的 连接管15的上部，以体积流量2NL/分钟供给作为气流100的N2，对熔融玻璃G上方的挥散 气体的平均浓度、上游侧开口部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流 量进行了评价。比较例1中，不从第一气体供给管20供给气流100，对熔融玻璃G上方的挥散气体 的平均浓度、上游侧开口部压力、下游侧开口部压力、上游侧排出流量和下游侧排出流量进 行了评价。还有，实施例1 7中的熔融玻璃G上方的挥散气体的平均浓度以将比较例1中 的挥散气体的平均浓度设为100时的相对值表示。此外，上游侧开口部压力(Pa)和下游侧 开口部压力(Pa)的值以与减压脱泡槽11内的基准压力(46662Pa = 350mmHg)的差表示。 此外，还表示上游侧开口部与下游侧开口部的压力差(不具有第一气体供给管20的一侧的 开口部压力(Pa)-具有第一气体供给管20的一侧的开口部压力(Pa))。结果示于下述表1。还有，实施例1 7的结果为开始供给气流100后达到稳定状态时的值。[表1]
权利要求
一种熔融玻璃的减压脱泡装置，包括内部的气压被设为低于大气压的使所供给的熔融玻璃中的泡上浮并破泡的减压脱泡槽、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理前的熔融玻璃吸引上升而导入该减压脱泡槽的上升管、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理后的熔融玻璃从该减压脱泡槽下降而导出的下降管，其特征在于，具有通过至少2条连接管与所述减压脱泡槽连接的中空结构的气氛控制部，在所述气氛控制部设有用于对该气氛控制部内进行排气而减压的排气口，在所述气氛控制部设有与至少1条所述连接管的关系满足下述(1)和(2)的第一气体供给管(1)从所述第一气体供给管供给的气流横穿将由所述气氛控制部和所述连接管形成的开口部沿所述连接管的管轴方向延伸至所述气氛控制部内部而成的假想区域；(2)自所述第一气体供给管的前端沿该气体供给管的管轴延伸而成的假想线不通过由所述气氛控制部和所述连接管形成的开口部。
2.如权利要求1所述的熔融玻璃的减压脱泡装置，其特征在于，将所述连接管的数量 设为X时，所述第一气体供给管的数量在X-I以下，但所述第一气体供给管的数量在1以 上。
3.如权利要求1或2所述的熔融玻璃的减压脱泡装置，其特征在于，从所述第一气体供 给管供给的气流为水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气流。
4.如权利要求1 3中的任一项所述的熔融玻璃的减压脱泡装置，其特征在于，还设有 向所述减压脱泡槽内的熔融玻璃的上部空间供给水蒸气浓度在60摩尔％以下的低水分气 体的第二气体供给管。
5.一种熔融玻璃的减压脱泡方法，它是采用权利要求1 4中的任一项所述的减压脱 泡装置的熔融玻璃的减压脱泡方法，其特征在于，以满足下式的条件从所述第一气体供给 管供给气流ν > A/0. 031 X [5. 487X ICT6X (1/56. 353-1/P )+19. 6X (0. 163_ζ)+7· 52]1/2 ；ν 第一气体供给管的气流的流速(m/s)，P 第一气体供给管的气流的密度(kg/m3)， ζ:气氛控制部内的第一气体供给管的出口部的高度(m)，A:开口部的面积(m2)。
全文摘要
本发明提供由过度减压导致的泡层增厚引起的减压脱泡效果的下降得到防止的熔融玻璃的减压脱泡装置。一种熔融玻璃的减压脱泡装置，包括内部的气压被设为低于大气压的使所供给的熔融玻璃中的泡上浮并破泡的减压脱泡槽、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理前的熔融玻璃吸引上升而导入该减压脱泡槽的上升管、与所述减压脱泡槽连接的使脱泡处理后的熔融玻璃从该减压脱泡槽下降而导出的下降管，其特征在于，具有通过至少2条连接管与所述减压脱泡槽连接的中空结构的气氛控制部，在所述气氛控制部设有用于对该气氛控制部内进行排气而减压的排气口，在所述气氛控制部设有与至少1条所述连接管的关系满足下述(1)和(2)的第一气体供给管(1)从所述第一气体供给管供给的气流横穿将由所述气氛控制部和所述连接管形成的开口部沿所述连接管的管轴方向延伸至所述气氛控制部内部而成的假想区域；(2)自所述第一气体供给管的前端沿该气体供给管的管轴延伸而成的假想线不通过由所述气氛控制部和所述连接管形成的开口部。
文档编号C03B5/225GK101959807SQ20098010697
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月29日
发明者佐野胜彦, 山下达也, 广濑元之, 野尻裕 申请人:旭硝子株式会社