特許 6579116 ガラス溶解用バーナ、ガラス溶解炉、ガラス溶解方法及びガラス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6579116

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】ガラス溶解用バーナ、ガラス溶解炉、ガラス溶解方法及びガラス製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 5/235 20060101AFI20190912BHJP

   C03B 5/04 20060101ALI20190912BHJP

   F23D 14/22 20060101ALI20190912BHJP

   F23D 14/38 20060101ALI20190912BHJP

   F23D 14/48 20060101ALI20190912BHJP

   F23L 7/00 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   C03B5/235

   C03B5/04

   F23D14/22 E

   F23D14/38 B

   F23D14/48 B

   F23L7/00 A

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-563584(P2016-563584)

(86)(22)【出願日】2015年11月17日

(86)【国際出願番号】JP2015082197

(87)【国際公開番号】WO2016093022

(87)【国際公開日】20160616

【審査請求日】2018年7月30日

(31)【優先権主張番号】特願2014-249562(P2014-249562)

(32)【優先日】2014年12月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】赤木 亮介

(72)【発明者】

【氏名】松山 俊明

【審査官】 岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１１９４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５０５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００８６９４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１１８８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０２０３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ５／０４−５／１０

Ｃ０３Ｂ ５／２３５−５／２３７

Ｆ２３Ｄ １４／００−１４／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス溶解槽に設けられるガラス溶解用バーナであって、
ガラス溶解槽内に向かう噴射面、前記噴射面に開口して前記ガラス溶解槽内に燃料ガスを噴射する燃料ガス孔、及び前記燃料ガス孔に隣接し、前記噴射面に開口して前記ガラス溶解槽内に酸素ガスを噴射する酸素ガス孔を含む耐火ブロックと、
前記燃料ガス孔内に設けられ、前記燃料ガス孔を介して燃料ガスを噴射させる燃料ガスノズルと、
を有し、
前記ガラス溶解槽内では、前記燃料ガス孔から噴射された燃料ガスを前記酸素ガス孔から噴射された酸素ガスと共に燃焼させ、
前記燃料ガス孔は、所定の面取部を有することを特徴とするガラス溶解用バーナ。

【請求項2】

前記燃料ガス孔の径Ｄ、前記面取部の面取幅Ｃ、前記噴射面から前記燃料ガスノズルまでの距離Ｌとするとき、Ｃ／Ｄが０．０５〜０．３５、Ｃ／Ｌが０．０５〜０．２５、Ｄが３０〜５０ｍｍ、Ｃが１〜１５ｍｍ、Ｌが４０〜６０ｍｍ、および前記面取部の角度が３０〜６０°である請求項１に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項3】

前記面取部は、アールにより形成され、前記燃料ガス孔の径Ｄ、前記面取部の面取幅Ｃ、前記噴射面から前記燃料ガスノズルまでの距離Ｌとするとき、Ｃ／Ｄが０．０５〜０．３５、Ｃ／Ｌが０．０５〜０．２５、Ｄが３０〜５０ｍｍ、Ｃが１〜１５ｍｍ、およびＬが４０〜６０ｍｍである請求項１に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項4】

前記燃料ガスノズルは、当該燃料ガスノズルの先端における流速が９０ｍ／ｓ以下で前記燃料ガスを噴射する請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項5】

前記燃料ガスノズルは、当該燃料ガスノズルの先端における流速が４０ｍ／ｓ以上で前記燃料ガスを噴射する請求項１から４のいずれか一項に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項6】

前記燃料ガス孔は、前記燃料ガスとともに所定流量の酸素ガスが供給されるように構成され、前記燃料ガスとともに前記酸素ガスを噴射させる請求項１から５のいずれか一項に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項7】

前記酸素ガスの供給源から供給される酸素ガスの所定の割合を前記燃料ガス孔に供給するオリフィスが設けられた請求項６に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項8】

前記燃料ガスは天然ガスを含み、前記酸素ガスは酸素を含む請求項１から７のいずれか一項に記載のガラス溶解用バーナ。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のガラス溶解用バーナが設けられたガラス溶解炉。

【請求項10】

請求項９に記載のガラス溶解炉を用い、ガラス原料を前記ガラス溶解用バーナで加熱して溶融ガラスとするガラス溶解方法。

【請求項11】

請求項９に記載のガラス溶解炉を用い、
ガラス原料を前記ガラス溶解用バーナで加熱して溶融ガラスとする溶解工程と、
前記溶解工程で得られた溶融ガラスから気泡を除去する清澄工程と、
前記清澄工程を経た溶融ガラスを板状に成形する成形工程と
を有するガラス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無アルカリガラス等の溶解槽に使用されるガラス溶解用バーナ並びにこのガラス溶解用バーナを適用したガラス溶解炉、ガラス溶解方法及びガラス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガラス溶解用バーナとして例えば日本国特開平８−２６１６６３号公報に記載のものが知られている。このガス溶解用バーナは、酸素と燃料ガスとを混合させて燃焼させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】日本国特開平８−２６１６６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高温で溶解されるガラス、例えば液晶ディスプレイ基板用の無アルカリガラス等は、通常のソーダライムガラスよりも溶解温度が約１００℃以上高く、溶解槽内において溶融ガラスからの揮散が多い。特にガラスに硼酸等が含有される場合は、揮散されやすい傾向にある。

【0005】

ガラス溶解用バーナの燃料ガス孔の周辺に、溶融ガラスから発生した揮散物が付着すると、燃料ガスノズルから噴射される燃料ガスの流れを妨げ、燃焼不良や、さらには燃焼する炎により燃焼ノズル自身を焼損させることがあり、燃焼不良や燃焼ノズルの寿命の短縮を招くことがあった。また溶解槽内からの輻射熱によっても燃料ガスノズル先端が焼損されやすい傾向にあった。燃料ガスノズルが焼損されると燃焼不良も起こりやすくなる。

【0006】

本発明は、このような実情に鑑みて提案されるものであって、高効率なガラス溶解用バーナ並びにこのようなガラス溶解用バーナを適用したガラス溶解炉、ガラス溶解方法及びガラス製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の課題を解決するために、この出願に係るガラス溶解用バーナは、ガラス溶解槽に設けられるガラス溶解用バーナであって、ガラス溶解槽内に向かう噴射面、前記噴射面に開口して前記ガラス溶解槽内に燃料ガスを噴射する燃料ガス孔、及び前記燃料ガス孔に隣接し、前記噴射面に開口して前記ガラス溶解槽内に酸素ガスを噴射する酸素ガス孔を含む耐火ブロックと、前記燃料ガス孔内に設けられ、前記燃料ガス孔を介して燃料ガスを噴射させる燃料ガスノズルと、を有し、前記ガラス溶解槽内では、前記燃料ガス孔から噴射された燃料ガスを前記酸素ガス孔から噴射された酸素ガスと共に燃焼させ、前記燃料ガス孔は、所定の面取部を有する。

【0008】

この出願に係るガラス溶解炉は、前記ガラス溶解用バーナが設けられている。この出願に係るガラス溶解方法及びガラス製造方法は、前記ガラス溶解炉を用いるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、ガラス溶解用バーナの燃料ガス孔の周辺への揮散物の付着、及び輻射熱による燃料ガスノズルの焼損を低減し、ひいては高効率なガラス溶解用バーナを提供することができる。また、本発明によると、高効率でガラスを溶解し、高効率でガラスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】酸素バーナの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は燃料ガス孔の燃料ガス出口の付近を拡大した一部拡大断面図、（ｄ）は燃料ガス出口付近の構造の他の実施の形態を説明する一部拡大断面図である。

【図2】比較例を示す図であり、従来の酸素バーナの燃料ガス出口付近を示す一部拡大断面図である。

【図3】酸素バーナを設置するガラス溶解炉の構成を示す図であり、（ａ）はガラス溶解炉を（ｂ）及び（ｃ）に示す水平面Ｎで切断した断面図、（ｂ）はガラス溶解炉を（ａ）及び（ｃ）に示す垂直面Ｍで切断した断面図、（ｃ）はガラス溶解炉を（ａ）及び（ｂ）に示す垂直面Ｌで切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係るガラス溶解用バーナ、ガラス溶解炉、ガラス溶解方法及びガラス製造方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、ガラス溶解用バーナは、燃料ガスに天然ガスを用い、酸素ガスに９３体積％以上の酸素を用いる酸素バーナを想定している。以下では、この実施の形態について説明するが、本発明のガラス溶解用バーナは酸素バーナに限定されるものではない。

【0012】

（酸素バーナ）
図１は、本実施の形態の酸素バーナの構成を示す図である。図１（ａ）の斜視図に示すように、酸素バーナは、略直方体の形状を有する耐火ブロック１０を含んでいる。耐火ブロック１０は、煉瓦などの耐火物で作成することができる。

【0013】

耐火ブロック１０は、燃料ガス出口１３ａ及び酸素出口１４ａが形成された噴射面１１と、燃料ガス入口１３ｂ及び酸素入口１４ｂが形成され、噴射面１１に対向する背面１２とを有している。噴射面１１は、略平坦な形状であり、溶融ガラスを収容する溶解槽内に向かって配置される。噴射面１１において、燃料ガス出口１３ａと酸素出口１４ａとは隣接して形成されている。燃料ガス出口１３ａと酸素出口１４ａとのそれぞれの中心間距離は、好ましくは８０〜１８０ｍｍ、より好ましくは１００〜１５０ｍｍである。該中心間距離が８０ｍｍ以上だと、耐火ブロック１０を成形するに際し、耐火ブロック１０の割れが発生するのを防止できる。該中心間距離が１８０ｍｍ以下だと、燃料ガスと酸素を充分に混合でき、酸素燃焼を安定させることができる。これにより、酸素燃焼の熱効率を向上させ、窒素酸化物の発生も低減される。

【0014】

耐火ブロック１０には、噴射面１１に形成された燃料ガス出口１３ａと背面１２に形成された燃料ガス入口１３ｂとを連通し、燃料ガス入口１３ｂから供給された燃料ガスを燃料ガス出口１３ａに送る所定径の燃料ガス孔１３が形成されている。

【0015】

図１（ｂ）の断面図に示すように、燃料ガス孔１３内にはこの燃料ガス孔１３と同軸上に、所定径を有する燃料ガスノズル１７が設けられている。また、燃料ガスノズル１７と燃料ガス孔１３の壁面との間には、所定の間隙が形成されている。燃料ガスノズル１７は、例えばカンタルやインコネルのような耐熱合金を用いて作成される。

【0016】

酸素バーナに燃料ガス入口１３ｂから供給された燃料ガスは、燃料ガス孔１３内の燃料ガスノズル１７を通じて送られる。また、燃料ガスノズル１７と燃料ガス孔１３の壁面との間隙には、酸素バーナに供給される酸素の一部の所定量が燃料ガスノズル１７に沿って送られると好ましい。燃料ガス出口１３ａからは、燃料ガス入口１３ｂに供給された燃料ガス、好ましくは前記燃料ガスと所定量の酸素の混合物の燃料ガスが噴射面１１に略垂直な方向に噴射される。

【0017】

本発明に係る酸素バーナは、４００〜１５００ｋＷの燃焼領域（３２〜１２０Ｎｍ^３／ｈ）で使用できるが、揮散物付着やノズル焼損は、特に８７５ｋＷ以下の低燃焼領域（７０Ｎｍ^３／ｈ以下）で使用する際に発生しやすいことを見出した。即ち、燃料ガスノズルから噴射される燃料ガスの流速が遅い条件で使用する際に、揮散物付着やノズル焼損が発生しやすい。

【0018】

したがって、本実施の形態の酸素バーナにおいては、燃料ガスノズル１７から噴射される燃料ガスの流速が遅い条件である、燃料ガスノズル１７の先端において好ましくは９０ｍ／ｓ以下、より好ましくは８０ｍ／ｓ以下、さらに好ましくは７０ｍ／ｓ以下の範囲における使用において、特に効果を奏する。ここで、ノズル焼損を効果的に抑えるには、前記流速は、好ましくは４０ｍ／ｓ以上、より好ましくは４５ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは５０ｍ／ｓ以上である。

【0019】

また、耐火ブロック１０には、噴射面１１に形成された酸素出口１４ａと背面に形成された酸素入口１４ｂとを連通し、酸素入口１４ｂから供給された酸素を酸素出口１４ａに送る所定径を有する酸素孔１４又は酸素ガス孔が形成されている。この酸素孔１４は、燃料ガス孔１３よりも実質的に大きな径を有している。燃料ガスに対して、酸素は２．０〜２．５倍の流量を必要とするからである。これにより、燃料ガスと酸素を充分に混合でき、酸素燃焼を安定させ、窒素酸化物の発生も低減される。

【0020】

この酸素孔１４は、酸素出口１４ａに達するまで燃料ガス出口１３ａに向けて傾斜する傾斜部１４ｃと、酸素入口１４ｂから傾斜部１４ｃに達するまで燃料ガス孔１３に略平行な水平部１４ｄとを有してよい。酸素出口１４ａからは、噴射面１１に垂直な方向から燃料ガス出口１３ａの方向にやや屈曲した傾斜部１４ｃの軸方向の向きに酸素が噴射される。水平部１４ｄを有さずに傾斜部１４ｃだけであってもよい。傾斜部１４ｃの水平に対する傾斜角は０°超、７°以下が好ましく、１〜６°がより好ましく、２〜５°がさらに好ましい。該傾斜角が０°超だと、燃料ガスと酸素を充分に混合でき、酸素燃焼を安定させることができる。該傾斜角が７°以下だと、火炎の長さを適切に制御することができ、酸素燃焼の熱効率を向上させることができる。

【0021】

燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａから噴射された燃料ガス及び所定量の酸素の混合物と、酸素孔１４の酸素出口１４ａから噴射された酸素は、溶解槽内において徐々に交差して共に次第に燃焼する。したがって、本実施の形態の酸素バーナでは、高熱の発生が抑えられ、窒素酸化物の発生も低減される。
燃料ガス孔１３に接続する流路には、酸素の供給源（不図示）から酸素バーナに供給される酸素の所定の割合が、燃料ガス孔１３に向かうように絞り（オリフィス）が設けられてもよい。オリフィスの径が大きいと、燃料ガス孔１３に向かう酸素の流量が多くなる。また、オリフィスを設けた場合に比べて、オリフィスを設けない方が、酸素の流量が多い。

【0022】

図１（ｃ）は、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａの付近を拡大した一部拡大断面図である。本実施の形態の酸素バーナは、燃料ガス出口１３ａにおいて、噴射面１１と燃料ガス孔１３とが交わる部分を面取した面取部１８を有している。

【0023】

面取部１８を含む燃料ガス出口１３ａ付近の構造は、燃料ガス孔１３の径Ｄ、面取部１８の面取幅Ｃ及び面取角α、燃料ガスノズル１７の内径ｄ、噴射面１１から燃料ガスノズル１７までの距離Ｌを用いて規定することができる。ここで、面取幅Ｃは、燃料ガス孔１３の径方向の面取部１８の寸法であり、燃料ガス孔１３を延長して噴射面１１と交差してなす径Ｄの第１の円周と、面取部１８が噴射面１１と交差して前記第１の円周の外周側になす第２の円周との間隔として規定することができる。また、面取角αは、面取部１８と燃料ガス孔１３の壁面がなす角度であり、燃料ガス孔１３の軸を含む面内において面取部１８の壁面が燃料ガス孔１３の壁面となす鋭角として規定することができる。

【0024】

本実施の形態の酸素バーナは、Ｃ／Ｄが０．０５〜０．３５、Ｄが３０〜５０ｍｍ、Ｃが１〜１５ｍｍ、Ｌが４０〜６０ｍｍ、面取角αが３０〜６０°の範囲にあると好ましい。また、Ｃ／Ｄが０．１〜０．３さらには０．１５〜０．２５、Ｄが３０〜４０ｍｍ、Ｃが４〜１２ｍｍさらには６〜１０ｍｍさらには７〜９ｍｍ、Ｌが４５〜５５ｍｍ、面取角αが４０〜５０°の範囲にあることがより好ましい。

【0025】

Ｃ／Ｄは、小さすぎると、燃料ガス孔１３の先端となる燃料ガス出口１３ａ付近に揮散物が付き易くなる。またＣ／Ｄが大き過ぎると、後述する溶解槽１１０に構成された溶解室１００からの輻射が燃料ガス孔１３の内部まで届き易くなり、燃料ガスノズル１７が焼損するリスクがある。Ｃ／Ｄが上記範囲にあると、ガスの流れのよどみがなくなり、溶融ガラスから発生した揮散物の付着が抑制されるため、好ましい。

【0026】

また、Ｄが上記範囲にあると、燃料ガスノズル１７に直接溶解室１００からの輻射熱を抑制し、かつ、燃料ガスノズル１７の燃料ガス及び所定量の酸素による冷却で、ノズルの焼損を抑制できるため、好ましい。Ｃが上記範囲にあると、溶解室１００からの輻射熱を受けやすくなり、溶融ガラスから発生した揮散物の付着が抑制されるため、好ましい。Ｌが上記範囲にあると直接溶解室１００からの輻射熱を受けにくくなるので、好ましい。面取角αが上記範囲にあると溶解室１００からの輻射熱を受けやすくなり、溶融ガラスから発生した揮散物の付着が抑制されるため、好ましい。

【0027】

また、Ｃ／Ｌは、０．０５〜０．２５であり、好ましくは０．１〜０．２、より好ましくは０．１２〜０．１８である。Ｃ／Ｌが小さすぎると、燃料ガスの流速が落ちて、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近に揮散物が付き易くなる。またＣ／Ｌが大き過ぎると、溶解室１００からの輻射が燃料ガス孔１３の内部まで届き易くなり、燃料ガスノズル１７が焼損するリスクがある。

【0028】

本実施の形態の酸素バーナは、このような面取部１８を有することにより、溶融ガラスが収容される溶解室１００から燃料ガス孔１３に輻射熱が入り易くなっている。したがって、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近は温度が高くなり、溶融ガラスからの揮散物の付着が低減されている。

【0029】

また、面取部１８によって燃料ガス孔１３から噴射される燃料ガス及び所定量の酸素がよどみなく流れるようになり、溶融ガラスからの揮散物の付着がさらに低減される。ただし、面取部１８の面取幅Ｃ及び面取角αは、燃料ガスノズル１７に直接輻射熱が到達して燃料ガスノズル１７が焼損することがないような範囲に設定される。
また、燃料ガスノズル１７の内径ｄは、好ましくは８〜１５ｍｍである。内径ｄは、より好ましくは１０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下である。内径ｄが８ｍｍ以上だと、燃料ガスと酸素が良く混合し、燃焼火炎の加熱効率が高くなる。内径が１５ｍｍ以下だと、燃焼火炎が安定し、燃料ガスノズル１７の焼損を低減できる。

【0030】

図１（ｄ）は、酸素バーナの燃料ガス出口１３ａ付近の構造の他の実施の形態を説明する一部拡大断面図である。図１（ｄ）に示す他の実施の形態においては、燃料ガス出口１３ａにおいて、噴射面１１と燃料ガス孔１３とが交わる部分を面取りした面取部（以下、アール部１９ともいう）を有している。

【0031】

アール部１９を含む燃料ガス出口１３ａ付近の構造は、燃料ガス孔１３の径Ｄ、面取幅Ｃ、燃料ガスノズル１７の内径ｄ、噴射面１１から燃料ガスノズル１７までの距離Ｌを用いて規定することができる。ここで、面取幅Ｃは、燃料ガス孔１３の径方向の面取部の寸法であり、燃料ガス孔１３を延長して噴射面１１と交差してなす径Ｄの第１の円周と、アール部１９が噴射面１１と交差して前記第１の円周の外周側になす第２の円周との間隔として規定することができる。

【0032】

他の実施の形態の酸素バーナにおいても、本実施の形態と同様に、Ｃ／Ｄが０．０５〜０．３５、Ｄが３０〜５０ｍｍ、Ｃが１〜１５ｍｍ、Ｌが４０〜６０ｍｍの範囲にあると好ましい。また、Ｃがアール部１９の略半径であると好ましい。また、Ｃ／Ｄが０．１〜０．３さらには０．１５〜０．２５、Ｄが３０〜４０ｍｍ、Ｃが４〜１２ｍｍさらには６〜１０ｍｍさらには７〜９ｍｍ、Ｌが４５〜５５ｍｍの範囲にあることがより好ましい。また、Ｃ／Ｌは、０．０５〜０．２５であり、好ましくは０．１０〜０．２０、より好ましくは０．１２〜０．１８である。

【0033】

このようにアール部１９を設ける他の実施の形態においても、図１（ｃ）に示したような面取部１８を設けた酸素バーナと同様に、輻射熱による燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近の揮散物の付着の低減、及びアール部１９でのよどみない流れによる揮散物の付着の低減がもたらされる。

【0034】

図２は、比較例として、所定の面取部又は所定のアール部が設けられてない従来の酸素バーナの燃料ガス出口付近を示す一部拡大断面図である。面取部等を設けない場合には、燃料ガス出口１３ａから燃料ガス孔１３に到達する輻射熱の量は制限され、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近の温度が上昇しにくい。また、燃料ガス孔１３から噴射される燃料ガス及び所定量の酸素は燃料ガス出口１３ａ付近で流れに乱れが生じる。このため、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近には、溶融ガラスからの揮散物が付着する傾向がある。

【0035】

（ガラス溶解炉）
図３は、本実施の形態の酸素バーナを設置する溶解槽を備えるガラス溶解炉の構成を示す図である。図３（ａ）は、ガラス溶解炉を図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す水平面Ｎで切断した断面図である。図３（ｂ）は、ガラス溶解炉を図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す垂直面Ｍで切断した断面図である。図３（ｃ）は、ガラス溶解炉を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す垂直面Ｌで切断した断面図である。

【0036】

このガラス溶解炉９０は、ガラス原料を加熱し溶解して溶融ガラスにする溶解炉である。好ましくは、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板に用いる実質的にアルカリ金属イオンを含まない（例えばＮａ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物が好ましくは０．１質量％以下）無アルカリガラスの溶解に使用されるものである。

【0037】

無アルカリガラスには、例えば、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：５４〜７３％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２３％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１２％、ＭｇＯ：０〜１２％、ＣａＯ：０〜１５％、ＳｒＯ：０〜１６％、ＢａＯ：０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８〜２６％を含有するものが含まれる。

【0038】

無アルカリガラスは、通常のソーダライムガラス等のアルカリ含有ガラスに比べてガラス溶解温度が１００℃以上高いという性質があり、無アルカリガラスに含有される硼酸等の成分が揮散しやすい性質がある。

【0039】

ガラス溶解炉９０は、内部に溶融ガラス１０１を収容する溶解槽１１０を有している。溶解槽１１０は、底壁部５１と側壁部５２によって溶融ガラス上部に空間が設けられた箱状であり、溶融ガラス１０１は溶解槽１１０内で水平な液面１０２を形成している。

【0040】

溶解槽１１０は、上部を覆うアーチ状の天井部５３とともに一体的に形成された溶解室１００を構成している。底壁部５１、側壁部５２及び天井部５３は、煉瓦などの耐火物によって作成される。

【0041】

溶解槽１１０には、上流側の側壁部５２の溶融ガラス１０１の液面１０２の上にガラス原料１０３を供給する原料供給口５６が設けられている。また、溶解槽１１０には、下流側の側壁部５２の液面１０２の下に溶融ガラス１０１を排出する排出口５７が形成されている。

【0042】

溶解槽１１０には、溶解槽１１０内を加熱する加熱源として、側壁部５２において溶融ガラス１０１の液面１０２の上に、溶融ガラス１０１に対して一方の側に上流から下流の方向に、溶解槽１１０内に向けて火炎（フレーム）を形成する複数のバーナ３１〜４０が設けられている。また、溶融ガラス１０１に対して溶解槽１１０の他方の側にも同様に複数のバーナ４１〜５０が設けられている。これらの複数のバーナ３１〜４０、４１〜５０には、前述した酸素バーナを使用することが好ましい。

【0043】

本実施の形態の溶解槽１１０においては、上述した面取部１８を有する酸素バーナを使用し、バーナ３１〜４０、４１〜５０への硼素などの揮散成分の堆積を低減している。これによって、バーナ３１〜４０、４１〜５０の障害を抑制し、寿命を延長するとともに、安定した燃焼を確保している。

【0044】

溶解槽１１０には、側壁部５２の溶融ガラス１０１の液面１０２の上であって、バーナ３１の上流に第１の排気口５４が、バーナ４１の上流に第２の排気口５５が設けられている。これら第１の排気口５４と第２の排気口５５は、溶解槽１１０内で火炎の燃焼などによって発生した排ガスを外部に排出している。

【0045】

さらに、溶解槽１１０には、底壁部５１において上流側から下流側に向かう略中央に、溶融ガラス１０１中にバブル１１３を生成するバブラー５９が設けられている。バブラー５９は、噴出するガスによるバブル１１３で溶融ガラス１０１に循環流１１５、１１７を形成し、溶融ガラス１０１を均質化している。

【0046】

なお、バーナ３１〜４０、４１〜５０のすべてに酸素バーナを使用しなくてもよい。バーナ３１〜４０、４１〜５０の一部には、空気バーナとして知られている先行技術に属するバーナを使用してもよい。

【0047】

空気バーナは、燃料ガスと空気を混合して噴射し、共に燃焼させるものである。空気バーナは、耐火ブロックの噴射面に空気供給孔に連通する噴射口が形成され、この噴射口の内部に燃料ガスノズルが設けられている。噴射口からは、空気供給孔から供給される空気と燃料ガスノズルから供給される燃料ガスとの混合物が噴射される。

【0048】

このような空気バーナを溶解槽１１０のバーナ３１〜４０、４１〜５０の一部に使用することにより、溶融ガラス１０１に含有される水分の量を制御することができる。また、空気バーナは大流量の空気を供給し、酸素バーナと比較すると、噴射面の開口の径は大きく、開口から噴射される燃料ガスと空気の混合物の流速も大きい。このため、空気バーナの噴射口や燃料ガスノズルの周辺に揮散物は付着しにくい。

【0049】

（ガラス製造方法及びガラス溶解方法）
本実施の形態のガラス製造方法は、ガラス溶解炉９０の溶解槽１１０に供給したガラス原料１０３を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスの気泡を除去して溶融ガラスを清澄する清澄工程と、清澄後の溶融ガラスを所定形状に成形する成形工程とを含んでいる。

【0050】

これらの工程のうち、溶解工程は、溶解槽１１０の原料供給口５６から供給されたガラス原料１０３をバーナ３１〜４０、４１〜５０を用いて加熱して溶融ガラス１０１とするガラス溶解方法を含んでいる。溶解工程で得られた溶融ガラス１０１は、溶解槽１１０の排出口５７から取り出されて次の清澄工程に送られる。

【0051】

このガラス溶解方法によると、溶解槽１１０に備えられるバーナ３１〜４０、４１〜５０には前記酸素バーナを使用し、揮散成分の堆積が低減されているため、ガラス原料１０３を安定して高効率に溶解することができる。

【0052】

清澄工程は、溶解工程で得られた溶融ガラスを清澄槽に供給し、溶融ガラス内の気泡を浮上させて除去する工程である。気泡の浮上を促進させる方法としては、例えば清澄槽内を減圧して脱泡する方法などがある。成形工程は、清澄後の溶融ガラスを所定の板厚の板状に成形する工程である。板状に成形する方法としては、例えば周知のフロート法や、フュージョン法がある。

【0053】

このガラス製造方法は、溶解槽１１０にてガラス原料１０３を溶融ガラス１０１にする溶解工程において、溶解槽１１０に備えられるバーナ３１〜４０、４１〜５０に前記酸素バーナを使用し、揮散成分の堆積が低減されている。したがって、ガラス原料１０３を安定して高効率に溶解することができ、ひいてはガラスを高効率に製造することができる。

【実施例】

【0054】

（実施例）
本実施の形態の酸素バーナを適用した実施例１〜３について説明する。この実施例１〜３は、前述の溶解槽１１０に設けられたバーナ３１〜４０、４１〜５０の少なくとも一つに適用されるものである。

【0055】

本実施例１の酸素バーナは、図１（ｃ）に示したような面取部１８が設けられ、面取角αは４５°であり、面取幅Ｃは８ｍｍである。また、燃料ガス孔１３の径Ｄは３７ｍｍ、燃料ガス出口１３ａから燃料ガスノズル１７までの距離Ｌは５２ｍｍ、燃料ガスの天然ガスの供給量は４０Ｎｍ^３／ｈ（流速は４７ｍ／ｓ）である。他の仕様は表１の実施例１の部分に記載された通りである。実施例２は、燃料ガスの天然ガスの供給量が５０Ｎｍ^３／ｈ（流速は５９ｍ／ｓ）であり、他の仕様は実施例１と同じである。また、実施例３は、燃料ガスの天然ガスの供給量が７０Ｎｍ^３／ｈ（流速は８３ｍ／ｓ）であり、他の仕様は実施例１と同じである。なお、使用条件の流速は、燃料ガスノズル１７の先端部における燃料ガスの流速である。流速［ｍ／ｓ］は、燃料ガス供給量と燃料ガスノズル径ｄ［ｍ］を用いて、以下の式により算出される。
流速［ｍ／ｓ］＝供給量［Ｎｍ^３／ｈ］／（３６００×π×ｄ^２×０．２５×３）

【0056】

このような酸素バーナを所定期間にわたり稼働させたところ、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近への揮散物の付着は所定量より少なく、燃料ガスノズル１７の焼損も避けられた。したがって、本実施の形態の酸素バーナにおいては、本発明の面取部１８を設けることにより揮散物の付着及び燃料ガスノズル１７の焼損が低減されることが確認された。

【0057】

【表1】

【0058】

（比較例）
ここで、比較のために面取部を設けない酸素バーナの例を表１の比較例１〜５の部分に示した。燃料ガス孔１３の径Ｄ、燃料ガス出口１３ａから燃料ガスノズル１７までの距離Ｌは実施例１と同じである。

【0059】

表１の使用条件のオリフィスにおいて、数値を記載しない例（比較例３〜５）ではオリフィスを設けていない。

【0060】

比較例５は、燃料ガスノズル１７の焼損が低減されたが、燃料ガス孔１３の燃料ガス出口１３ａ付近への揮散物の付着の低減は良好でなかった。比較例１〜４は、燃料ガス孔１３への揮散物の付着の低減と燃料ガスノズル１７の焼損の低減のいずれも良好ではなかった。

【0061】

なお、上述の実施の形態においては、酸素バーナとして燃料ガス孔１３及び酸素孔１４がそれぞれ１個であるものを示したが、本発明はこのような構成に限定されない。燃料ガス孔１３及び酸素孔１４はいずれも１個以上であればよく、例えば燃料ガス孔１３が３個であり酸素孔１４が２個であってもよい。

【0062】

また、上述の実施の形態のガラス溶解炉９０の溶解槽１１０においては、図３に示すようにバーナ３１〜４０、４１〜５０に酸素バーナを配置したが、本発明はこのような構成に限定されない。無アルカリガラスの溶解に適切であれば、空気バーナ及び酸素バーナを他の配置にすることもできる。

【0063】

さらに、上述の実施の形態の酸素バーナにおいては、燃料ガスに天然ガス、酸素ガスに酸素を使用することを想定していたが、本発明はこのような構成に限定されない。他の燃料ガスや酸素ガスを使用することもできる。

【0064】

本出願は、２０１４年１２月１０日出願の日本特許出願、特願２０１４−２４９５６２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

【符号の説明】

【0065】

１０ 耐火ブロック
１１ 噴射面
１２ 背面
１３ 燃料ガス孔
１３ａ 燃料ガス出口
１３ｂ 燃料ガス入口
１４ 酸素孔
１４ａ 酸素出口
１４ｂ 酸素入口
１７ 燃料ガスノズル
３１〜４０、４１〜５０ バーナ
９０ ガラス溶解炉
１０１ 溶融ガラス
１１０ 溶解槽

【図1】

【図2】

【図3】