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WO2025220663A1 - ガラス溶解装置、及びガラス製造方法 - Google Patents

ガラス溶解装置、及びガラス製造方法

Info

Publication number
WO2025220663A1
WO2025220663A1 PCT/JP2025/014783 JP2025014783W WO2025220663A1 WO 2025220663 A1 WO2025220663 A1 WO 2025220663A1 JP 2025014783 W JP2025014783 W JP 2025014783W WO 2025220663 A1 WO2025220663 A1 WO 2025220663A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass
furnace material
molten glass
melting apparatus
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/014783
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一 増田
俊明 松山
元之 広瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Publication of WO2025220663A1 publication Critical patent/WO2025220663A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42—Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/425—Preventing corrosion or erosion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42—Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43—Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks

Definitions

  • the present disclosure relates to a glass melting apparatus and a method for producing glass.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2024-065887, filed on April 16, 2024, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes a fully electric melting furnace for melting glass, which includes a melting tank having an upper pool 2 and a lower pool 3 with a smaller internal cross-sectional area than the upper pool 2, with the upper pool 2 and lower pool 3 connected via transition bricks 6.
  • the transition bricks 6 are provided with multiple electrodes 7, which electrically heat the molten glass in the melting tank.
  • a melting tank with this type of structure is also known as a double-decker type (two-story type).
  • Patent Document 2 describes a melting furnace equipped with multiple electrodes at the bottom for producing molten glass by electrical heating.
  • the bottom of the melting furnace includes first bricks surrounding the electrodes and second bricks arranged between the first bricks, with the first bricks having better corrosion resistance than the second bricks and the second bricks having a higher electrical resistivity than the first bricks.
  • Electric melting furnaces are also used to produce glass with higher electrical resistivity than typical soda-lime glass, such as alkali-free glass.
  • electrically heating molten glass with high electrical resistivity under certain conditions, current can also flow into the furnace material surrounding the electrodes. This can result in insufficient electrical heating and a deterioration in the quality of the resulting glass.
  • furnace materials with high electrical resistivity such as dense zircon sintered bricks, for the furnace material surrounding the electrodes.
  • these low-resistivity furnace materials have relatively low corrosion resistance at high temperatures. Therefore, continued operation at high temperatures to produce high-quality glass can easily erode melting tanks made of dense zircon sintered bricks, shortening the equipment's lifespan.
  • double-decker melting tanks are prone to erosion at high temperatures due to the shape of the tank, which causes localized increases in the molten glass velocity. Therefore, there is a need for glass melting equipment that can operate at high temperatures to ensure glass quality while also maintaining a long lifespan.
  • one aspect of the present disclosure provides technology that can maintain the lifespan of glass melting equipment without reducing the quality of the glass produced.
  • One aspect of the present disclosure is a glass melting apparatus comprising a melting tank that contains molten glass and electrodes that electrically heat the molten glass, wherein the molten glass has an electrical resistivity of 0.2 ⁇ -m or greater at 1600°C; the melting tank has a first portion that surrounds the molten glass and a second portion that is located below the first portion and surrounds the molten glass with an internal cross-sectional area smaller than that of the first portion; a step is formed between the first and second portions; the electrode is positioned so as to protrude into the first portion from a hole formed in the step; the step includes at least a first furnace material that surrounds the hole and a second furnace material that forms an internal corner of the step; the first furnace material has a higher electrical resistivity than the molten glass, and the second furnace material has higher corrosion resistance than the first furnace material.
  • the lifespan of the glass melting equipment is maintained without reducing the quality of the glass produced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a glass melting apparatus according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a glass melting apparatus according to a reference example.
  • FIG. 2 is a top view of the dissolution tank shown in FIG. 1. 2 is an enlarged view of a portion of the melting tank shown in FIG. 1 near a step portion.
  • FIG. 10 is a top view of the shelf-like member.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a dissolution tank according to a modified example, which corresponds to FIG. 4 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a dissolution tank according to another modified example, and corresponds to FIG. 4 .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a glass melting apparatus according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a glass melting apparatus according to a reference example.
  • FIG. 2 is a top view of the dissolution tank shown in
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a dissolution tank according to yet another modified example, which corresponds to FIG. 4 .
  • FIG. 10 is a perspective view of a modified dissolution tank having a rectangular cross-sectional shape.
  • 10 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG . 9.
  • the glass melting apparatus 10 is an apparatus for melting glass raw material G1 to produce molten glass G2.
  • the produced molten glass G2 is subjected to subsequent processes such as forming and annealing to produce glass, and the resulting glass can be further subjected to processes such as cutting and polishing to produce desired glass articles.
  • the glass melting apparatus 10 includes a melting tank 20 that contains molten glass G2, and electrodes 30 that electrically heat the molten glass G2.
  • the glass melting apparatus 10 is preferably a fully electric melting furnace that melts glass frit G1 solely by electrically heating the molten glass G2.
  • a fully electric melting furnace is an apparatus that has only multiple electrodes 30 as a heat source for melting the glass frit G1.
  • the glass melting apparatus 10 may also include auxiliary heating means other than the electrodes 30.
  • the top of the melting tank 20 may be open, allowing the glass frit G1 to be added from above.
  • the glass frit G1 is prepared by mixing multiple materials.
  • the glass frit G1 may contain a fining agent.
  • the glass frit G1 may also contain glass cullet obtained from discarded glass in order to recycle glass.
  • the glass frit G1 may be powdered raw material or granulated raw material obtained by granulating powdered raw material.
  • the glass frit G1 is determined depending on the desired glass composition.
  • the added glass frit G1 forms a layer on the liquid surface LS of the molten glass G2.
  • the glass frit G1 gradually melts due to the heat transferred from the molten glass G2. Therefore, as shown in FIG. 1, during operation of the glass melting apparatus 10, the melting tank 20 may contain glass frit G1 and molten glass G2.
  • the molten glass G2 gradually moves downward and is removed from the outlet 24.
  • the outlet 24 may be connected to a conduit 25.
  • the molten glass G2 that flows out of the outlet 24 travels through the conduit 25 and is subjected to subsequent processes.
  • the shape of the conduit 25 is not particularly limited, and may extend linearly, or may be bent as shown in Figure 1, depending on the position of the downstream device.
  • the layer of frit G1 formed at the top of the melting tank 20 covers the liquid surface LS of the molten glass G2. This layer prevents heat and/or volatile components from escaping from the molten glass G2.
  • the layer of frit G1 may cover preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more of the area of the liquid surface LS of the molten glass G2.
  • the layer of frit G1 may also cover substantially the entire liquid surface LS of the molten glass G2.
  • the maximum surface temperature of the layer of frit G1 is preferably 500°C or less, and more preferably 350°C or less. While FIG. 1 shows the glass melting apparatus 10 used in a cold-top system, the glass melting apparatus 10 may also be used in other systems, such as a hot-top system.
  • the molten glass G2 may have an electrical resistivity (specific resistance) of 0.2 ⁇ m or more at 1600°C.
  • An example of the molten glass G2 having such a high electrical resistivity is alkali-free glass.
  • the alkali-free glass is glass that does not substantially contain alkali metal oxides such as Na2O and K2O .
  • substantially not containing alkali metal oxides means that the total content of alkali metal oxides is 0.1 mass% or less.
  • the electrical resistivity of the molten glass G2 at 1600°C may be 2.5 ⁇ m or less.
  • alkali-free glass contains, in mass % on an oxide basis, 54% to 73 % SiO2 , 10% to 23% Al2O3 , 0.1% to 12 % B2O3 , 0% to 12% MgO, 0% to 15% CaO, 0% to 16% SrO, 0 % to 15% BaO, and a total of 8% to 26% MgO, CaO, SrO, and BaO.
  • B2O3 , MgO, CaO, SrO, and BaO are not essential components but are optional components.
  • the alkali-free glass preferably contains, in mass % on an oxide basis, 58 to 66% SiO2 , 15 to 22% Al2O3 , 5 to 12 % B2O3 , 0 to 8% MgO, 0 to 9% CaO, 3 to 12.5% SrO, 0 to 2% BaO, and a total of 9 to 18% MgO, CaO, SrO, and BaO.
  • the alkali-free glass preferably contains, in mass % on an oxide basis, 48 to 59% SiO2 , 5 to 20 % Al2O3 , 16 to 25 % B2O3 , 0 to 6% MgO, 0 to 8% CaO, 0 to 15% SrO, 0 to 20% BaO, or a total of 10 to 20% MgO, CaO, SrO, and BaO.
  • the dissolving tank 20 is a so-called double-decker dissolving tank.
  • the dissolving tank 20 has a first portion P1 and a second portion P2 located below the first portion P1.
  • the first portion P1 has a first internal cross-sectional area
  • the second portion P2 has a second internal cross-sectional area, which is smaller than the first internal cross-sectional area.
  • the internal space of the dissolving tank 20 is narrower at the bottom than at the top.
  • the internal cross-sectional area refers to the area of a cross section of the internal space of the dissolving tank 20 taken along a plane perpendicular to the vertical direction (horizontal direction).
  • the side of the internal space of the dissolving tank 20 is called the inside, and the side facing the outside of the dissolving tank 20 is called the outside.
  • Figure 3 shows a top view of the glass melting apparatus 10 of Figure 1.
  • the first part P1 located at the top of the melting tank 20 has a rectangular cylindrical shape with a polygonal cross section.
  • An axis along the vertical direction passing through the center of the polygon of the first part P1 may be referred to as the central axis CA.
  • the second part P2 may have a bottomed shape with a rectangular cylindrical cross section.
  • the centers of the first part P1 and the second part P2 may be offset when viewed from above, but as shown in Figure 3, it is preferable that the center of the second part P2 coincides with the center of the first part P1, i.e., passes through the central axis CA.
  • the direction from the central axis CA to the outside, or the direction from the outside toward the central axis CA may be referred to as the inward/outward direction.
  • the cross-sectional shape of the first portion P1 is hexagonal in the form shown in Figure 3, but it may be a polygon other than a hexagon, for example, a triangle to a pentagon, a heptagon to a dodecagon, or a shape with ten or more triangles.
  • the polygon may have either an even number of sides or an odd number of sides.
  • the polygon is preferably a regular polygon or a polygon with each corner of a regular polygon chamfered (a polygon with alternating long and short sides). By chamfering the corners of the regular polygon, it is possible to reduce areas that cannot be heated by electrical current (dead space).
  • a step portion ST is formed between the first portion P1 and the second portion P2.
  • the step portion ST is a portion that extends horizontally, more specifically, in a direction from the central axis CA of the melting tank 20 toward the outside of the melting tank 20.
  • the step portion ST has an inner end face that is exposed to the inside of the melting tank 20 and an outer end face that is exposed to the outside of the melting tank 20.
  • the step portion ST is an annular portion that protrudes inward of the melting tank 20, and the corner portion STe of the step portion ST is also annular ( Figure 3).
  • the corner portion STe is shown in Figure 1 as a sharp portion with a right-angle cross section, the corner portion STe may be rounded or chamfered.
  • the first portion P1, the second portion P2, and the step portion ST are merely classifications used for convenience in describing the shape of the melting tank 20, and do not necessarily represent the components (parts) that are combined to manufacture the melting tank 20.
  • the step ST extends in a substantially horizontal direction, but the step ST may be inclined so that it approaches the lower side of the melting tank 20 as it extends inward.
  • substantially horizontal includes not only the strictly horizontal direction, but also a direction inclined by ⁇ 5° from the horizontal direction.
  • the step portion ST may be supported from below by a support member (not shown) provided on the outside of the second portion P2. In this case, the load of both the step portion ST and the first portion P1 disposed above it is supported.
  • Electrodes 30 for electrical heating are provided on the step ST. More specifically, the electrodes 30 are rod-shaped and are placed in holes H formed in the step ST, protruding from the holes H into the inside of the melting tank 20. The electrodes 30 may protrude directly upward from the step ST, or may protrude diagonally upward from the step ST as shown in Figure 1. If the electrodes 30 are inclined, the inclination may be 5 to 60 degrees relative to the vertical direction.
  • the electrodes 30 are provided near each vertex of the polygon of the first portion P1.
  • the cross-sectional shape of the first portion P1 may be a shape with uneven side lengths, such as a rectangle.
  • the electrodes 30 may be provided on the long sides between the vertices in addition to positions other than near the vertices, as in the embodiment shown in Figure 9 (the embodiment of Figure 9 will be described later).
  • the material of the electrodes 30 is not particularly limited, but may be, for example, molybdenum (Mo).
  • the electrodes 30 may each be held in an electrode holder 40.
  • the electrode holder 40 is provided in a hole H in the step portion ST and may have the function of holding the outer periphery of the electrode 30 as well as the function of cooling the electrode 30 and the furnace material surrounding the electrode 30.
  • the cooling function of the electrode holder 40 prevents the molten glass G2 from leaking out of the melting tank 20 through the hole H.
  • a coolant such as water is supplied to the electrode holder 40, and the coolant dissipates heat from the electrode holder 40 to the outside.
  • the electrode holder 40 may also hold the lower end of the electrode 30.
  • the glass melting apparatus 10 When the glass melting apparatus 10 is used to produce glass with high electrical resistivity, such as the alkali-free glass described above, electrical leakage to the melting tank 20 (a phenomenon in which current flows through the wall materials of the melting tank 20) is likely to occur.
  • the first furnace material br1 which has a higher electrical resistivity than the molten glass G2, can be used as the material for the step ST. It is preferable that at least the portion surrounding the electrode 30 be made of the first furnace material br1.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of a glass melting apparatus 110 according to a reference example. The conduit 25 is not shown in the glass melting apparatus 110 of Figure 2.
  • the entire step ST is made of the first furnace material br1, which has a higher electrical resistivity than the molten glass G2.
  • the configuration of the reference example, in which the entire step ST is made of a single type of furnace material, is preferable from the perspectives of reducing the complexity of manufacturing the melting tank 20 and more reliably preventing electrical leakage over a wide area.
  • “wall members” refers to the members that make up the dissolution tank 20, and includes the first side wall member 21, the second side wall member 22, the shelf-like member 23, and the bottom wall member 26, which will be described below.
  • the first furnace material br1 which has a higher electrical resistivity than the molten glass G2, often has low corrosion resistance at high temperatures.
  • the flow rate of the molten glass G2 is faster near the step ST, particularly near the inner corner STe of the step ST. Therefore, in a double-decker apparatus, the step ST, especially the corner STe, is susceptible to the force of the flow of molten glass G2 and is susceptible to erosion. Therefore, in a case where the entire step ST is made of furnace material br1 and the corner STe of the step ST is also made of furnace material br1, as in the melting tank 120 ( Figure 2) of the glass melting apparatus 110 of the reference example, corrosion is likely to progress from the corner STe of the step ST.
  • the corrosion resistance of the corner STe can be the rate-limiting factor for the life of the melting tank 20.
  • operating conditions such as the temperature and flow of the molten glass G2 are changed to prioritize maintaining the life of the melting tank 20, the quality of the molten glass, and ultimately the quality of the glass obtained from that molten glass, may not be sufficient.
  • the step ST in the melting tank 20 includes a first furnace material br1 having a higher electrical resistivity than the molten glass G2, and a second furnace material br2 different from the first furnace material br1.
  • the second furnace material br2 is made of a material that is more corrosion-resistant to the molten glass G2 than the first furnace material br1.
  • the first furnace material br1 constitutes at least the area surrounding the electrode 30, and the second furnace material br2 constitutes the inner corner STe of the step ST.
  • the life of the melting tank 20 can be maintained without changing operating conditions such as temperature.
  • the electrical resistivity of the first furnace material br1 only needs to be higher than that of the molten glass G2. For example, it may be preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, at 1600°C.
  • the electrical resistivity of the first furnace material br1 may be 100 ⁇ m or less at 1600°C.
  • a specific example of the first furnace material br1 is dense zircon fired bricks. Dense zircon fired bricks are bricks containing mainly zircon (ZrSi 4 ). The zircon content of dense zircon fired bricks is, for example, 95% by mass or more.
  • the molten glass G2 can be heated to the desired temperature, ensuring high-quality glass.
  • the second furnace material br2 is a material that has higher corrosion resistance to molten glass G2 at high temperatures, for example, 1500°C or higher, than the first furnace material br1.
  • the second furnace material may be electrocast brick, and specific examples include zirconia-based electrocast brick, alumina-based electrocast brick, alumina-zirconia-based electrocast brick, and AZS (Al-Zr-Si)-based electrocast brick. Of these, zirconia electrocast brick is preferred due to its high corrosion resistance to molten glass G2, and high-zirconia electrocast brick is more preferred. High-zirconia electrocast brick has a zirconia content of, for example, 90% by mass or more.
  • the first part P1 and the second part P2, which are connected via the step ST, may include a third furnace material br3.
  • the third furnace material br3 may be made of a material that has higher corrosion resistance to molten glass G2 than the first furnace material br1, preferably electrocast brick, and more preferably high zirconia electrocast brick.
  • the third furnace material br3 and the second furnace material br2 may be made of different materials, or may be made of the same material.
  • the conduit 25 may be made of a fourth furnace material br4.
  • the fourth furnace material br4 may be made of a different material from the first furnace material br1, the second furnace material br2, and the third furnace material br3, or may be made of the same material as any of the first furnace material br1, the second furnace material br2, and the third furnace material br3.
  • the fourth furnace material br4 may be a furnace material having a higher electrical resistivity than the molten glass G2, preferably a dense zircon fired brick, more specifically a brick containing mainly zircon (ZrSi 4 ).
  • the specific configuration of the melting tank 20 will be described below.
  • the melting tank 20 is composed of multiple connected components.
  • the melting tank 20 has a first sidewall member 21 that surrounds the internal space of the first portion P1 of the melting tank 20, a second sidewall member 22 that surrounds the internal space of the second portion P2 of the melting tank 20, and a shelf-like member 23 that connects the lower end of the first sidewall member 21 to the upper end of the second sidewall member 22.
  • the first sidewall member 21 has a first internal cross-sectional area
  • the second sidewall member 22 has a second internal cross-sectional area that is smaller than the first internal cross-sectional area.
  • a bottom wall member 26 is connected below the second sidewall member 22.
  • the outsides of the first sidewall member 21, the second sidewall member 22, and the shelf-like member 23 may be surrounded by a thermal insulation member (e.g., thermal bricks).
  • Figure 4 shows an enlarged view of the shelf-like member 23 and its surrounding area of the dissolution tank 20 shown in Figure 1, with the electrodes 30 and electrode holders 40 omitted.
  • the first side wall member 21, the second side wall member 22, and the shelf-like member 23 may each include multiple small members connected laterally. It is also preferable that the first side wall member 21 and the second side wall member 22 are each undivided members when viewed vertically.
  • the lines between members in Figure 4 indicate the positions where the members abut and are connected.
  • the step portion ST is made of a shelf-like member 23.
  • the shelf-like member 23 is a member extending horizontally, and the inner end surface 231 of the shelf-like member 23 is exposed inside the melting tank 20, with the inner end portion of the shelf-like member 23 forming the corner portion STe of the step portion ST.
  • the shelf-like member 23 has a first furnace material br1 surrounding at least the hole H, and a second furnace material br2 adjacent to the first furnace material br1 and including the corner portion STe of the step portion ST.
  • the first furnace material br1 and the second furnace material br2 may have the same thickness, or, as shown in Figure 4, the thickness of the second furnace material br2 may be thinner than the thickness of the first furnace material br1.
  • a step is formed on the underside 234 of the shelf-like member 23 at the boundary between the first furnace material br1 and the second furnace material br2. This allows the outer edge of the lower surface of the second furnace member br2 to abut against the inner surface of the first furnace member br1, effectively preventing leakage of molten glass.
  • the second furnace material br2 may be provided extending up to a position a distance d2 away from the inner end surface 231 of the shelf-like member 23.
  • the distance d2 may be set appropriately depending on the type of molten glass, the type of furnace material (more specifically, the electrical resistivity of the first furnace material br1, the electrical resistivity of the second furnace material br2, etc.), the arrangement of the electrodes, etc. From the viewpoint of improving corrosion resistance at high temperatures, the distance d2 may preferably be 50 mm or more.
  • the boundary line B between the first furnace material br1 and the second furnace material br2 does not necessarily have to be a straight line as shown in Figure 4, but may also be curved (an example will be described in detail later). Furthermore, the direction of the boundary line B may be parallel to the vertical direction as shown in Figure 4, but may also be tilted inward or outward at a predetermined angle, for example, 30° or less, from the vertical direction.
  • the distance d2 may be set so that the boundary between the first furnace material br1 and the second furnace material br2 is in contact with the second side wall member 22.
  • the lower end of the boundary line B as viewed in a cross section cut in the thickness direction (vertical direction) of the shelf-like member 23, may be on the upper end surface 223 of the second side wall member 22. This reduces the possibility of molten glass G2 leaking from the inside to the outside of the melting tank 20 through the boundary between the first furnace material br and the second furnace material br2.
  • the first furnace material br1 only needs to constitute an area surrounding at least the electrode 30, i.e., an area surrounding the hole H. However, it is preferable that the first furnace material br1 be provided in an area on the upper surface of the first furnace material br1 (upper surface 233 of the shelf-like member 23) that extends from the outer end surface 232 to a position at least a distance d1 inward from the hole H.
  • the shelf-like member 23 preferably consists of the second refractory material br2 and the first refractory material br1.
  • the second refractory material br2 is preferably arranged in a ring shape at the inner end of the shelf-like member 23, with the remaining portion being composed of the first refractory material br1 ( Figure 3).
  • the second refractory material br2 is shown in gray (matt finish).
  • the distance d1 i.e., the distance from the inner edge of the hole H on the upper surface 233 of the shelf-like member 23 to the second furnace material br2 (FIG. 4), can be appropriately set depending on the type of molten glass, the type of furnace material, the arrangement of the electrodes, etc. For example, if a current flows from one electrode 30 to an adjacent electrode 30 via the second furnace material br2 and takes a tentative path along which the current would most easily flow, it is preferable to set the distance d1 so that the current is prevented from flowing along the tentative path.
  • FIG. 5 shows a top view of the shelf-like member 23 and the multiple electrodes 30. For ease of understanding, FIG.
  • FIG. 5 illustrates only two of the multiple electrodes 30, and the inclination direction of the electrodes is different from that in FIG. 3.
  • D1 is the distance between the electrodes (the shortest distance when the electrodes are inclined)
  • D2 is the distance of the current path in the second furnace material br2
  • ⁇ glass is the electrical resistivity of the molten glass
  • ⁇ DZ is the electrical resistivity of the first furnace material br1
  • ⁇ HZ is the electrical resistivity of the second furnace material br2
  • k in the formula (d1 x ⁇ DZ x 2 + D2 x ⁇ HZ ) ⁇ k x (D1 x ⁇ glass ) is preferably 5 times or more, more preferably 7 times or more, and even more preferably 10 times or more.
  • k may preferably be 500 times or less, taking into consideration the size of the melting furnace 20, etc.
  • the distance d1 may be 20 mm or more and 400 mm or less.
  • the arrangement of the electrodes 30 is not particularly limited, but the current path 31 formed by electrically connecting two electrodes 30 with wiring 32 preferably runs along the polygonal side of the first portion P1 or the first sidewall member 21, as shown in FIG. 3.
  • a transformer 33 may be provided along the wiring 32. The transformer 33 applies an AC voltage to the multiple electrodes 30. The phase of the AC voltage is adjusted so that current flows through each current path 31.
  • the electrode 30 is inclined in a direction away from the wall portion of the first portion P1 as it moves upward.
  • leakage current can be further suppressed. This prevents erosion of the melting tank 20 caused by leakage current and also enables sufficient electrical heating of the molten glass.
  • Figure 6 shows a modified melting tank 20.
  • Figure 6 corresponds to Figure 4.
  • the basic structure of the melting tank 20 in the example shown in Figure 6 is similar to that shown in Figure 4, but the arrangement of the shelf-like member 23 and second side wall member 22 is different.
  • the inner end surface 231 of the shelf-like member 23 is not exposed to the interior of the melting tank 20, but faces and is connected to the outer surface 222 of the second side wall member 22.
  • the upper surface 233 of the shelf-like member 23 and the upper end surface 223 of the second side wall member 22 are flush with each other.
  • the corner portion STe of the step portion ST is formed by the upper end portion of the second side wall member 22.
  • the entire second sidewall member 22 is formed from the second furnace material br2.
  • the corner STe is formed from the second furnace material br2
  • the region from the upper end surface 223 to a position spaced a distance below the shelf-like member 23 by the second furnace material br2 may be formed.
  • forming the entire second sidewall member 22 from the second furnace material br2 is preferable because it improves the corrosion resistance of the wall in the lower portion (second portion P2) of the melting tank 20 where the flow rate of the molten glass G2 is relatively high. Furthermore, it is possible to eliminate the material boundary between the corner STe of the step ST and the bottom wall member 26, thereby reducing the possibility of the molten glass G2 leaking from the inside to the outside.
  • Figure 7 shows a melting tank 20 according to another modified example.
  • Figure 7 is a view corresponding to Figure 4.
  • the basic structure of the melting tank 20 according to the example shown in Figure 7 is the same as that shown in Figure 4, but the arrangement of the first refractory material br1 and the second refractory material br2 included in the shelf-like member 23 is different.
  • the boundary line B between the first refractory material br1 and the second refractory material br2 in the shelf-like member 23, as seen in a cross section taken in the thickness direction (vertical direction) of the shelf-like member 23, is not straight but curved.
  • the boundary line B extends downward from the upper surface 233 of the shelf-like member 23, but bends at approximately a right angle midway to extend outward, and then bends again at approximately a right angle to extend downward. Because the boundary line B between the first furnace material br1 and the second furnace material br2 has this shape, the length of the path of the boundary line B from the upper surface 233 to the lower surface 234 of the shelf-like member 23 is increased, reducing the possibility of molten glass G2 leaking from the inside to the outside at the boundary between the first furnace material br1 and the second furnace material br2.
  • the convex portion pt1 of the first refractory material br1 is formed on the upper side and the convex portion pt2 of the second refractory material br2 is formed on the lower side.
  • the first refractory material br1 may have the concave portion rs1 on the upper side and the convex portion pt1 on the lower side
  • the second refractory material br2 may have the convex portion pt2 on the upper side and the concave portion rs2 on the lower side
  • the first refractory material br1 and the second refractory material br2 may be engaged.
  • FIG 8 shows a melting tank 20 according to yet another modified example. Similar to the melting tank 20 according to the example shown in Figure 6, the melting tank 20 shown in Figure 8 has the inner end surface 231 of the shelf-like member 23 not exposed and connected to the second sidewall member 22, so that the corner STe of the step portion ST is formed by the upper end of the second sidewall member 22. Furthermore, the shelf-like member 23 is entirely made from the first furnace material br1, and the second sidewall member 22 is entirely made from the second furnace material br2.
  • the melting tank 20 shown in Figure 8 differs from the example shown in Figure 6 in that, when viewed in a cross section taken in the thickness direction of the shelf-like member 23, the boundary line between the shelf-like member 23 and the second side wall member 22, i.e., the boundary line B between the first furnace material br1 and the second furnace material br2, is not straight but curved. As shown in Figure 8, boundary line B extends downward from the upper surface 233, bends at approximately a right angle midway and extends outward, and then bends again at approximately a right angle and extends downward.
  • the bending of boundary line B between the shelf-like member 23 and the second side wall member 22 increases the length of the path of boundary line B when viewed in a cross section in the thickness direction, thereby reducing the possibility of molten glass G2 leaking from the inside to the outside between the shelf-like member 23 and the second side wall member 22.
  • the convex portion pt1 of the first receptacle member br1 (shelf-like member 23) and the concave portion rs2 of the second receptacle member br2 (second sidewall member 22) are engaged. This makes it difficult for the first receptacle member br1 and the second receptacle member br2 to shift vertically, resulting in a structure that is resistant to damage caused by stimuli such as vibrations.
  • Figure 9 shows a perspective view of a glass melting apparatus 10 including a melting tank 20 with a rectangular cross-sectional shape.
  • Figure 10 also shows a partial cross section taken along line A-A in Figure 9.
  • the melting tank 20 shown in Figure 9 like the melting tank 20 with a regular polygonal cross-sectional shape described above, has a first portion P1, a second portion P2 located below the first portion P1 and having a smaller internal cross-sectional area than the first portion P1, and a step portion ST formed between the first portion P1 and the second portion P2.
  • Multiple electrodes 30 are positioned protruding into the inside of the first portion P1 from holes formed in the step portion ST.
  • the step portion ST includes a first furnace material br1 that surrounds at least the hole and has a higher electrical resistivity than molten glass, and a second furnace material br2 that forms an inner corner STe of the step portion ST and has a higher corrosion resistance than the first furnace material.
  • the second furnace material br2 is shown in gray (matt finish), as in Figure 3.
  • multiple electrodes 30 are arranged along each long side of the rectangle. This allows a current path 31 of appropriate length to be formed along the long sides. Furthermore, in this embodiment, the electrodes 30 are not arranged along the short sides. Therefore, as shown in FIG. 9, the first furnace material br1 does not need to be provided along the short sides of the step portion ST to prevent electricity from flowing to the wall member.
  • the portion along the short sides of the step portion ST can be formed from the second furnace material br2. In this way, the first furnace material br1 and the second arrangement can be appropriately set depending on the arrangement of the electrodes 30.
  • the third furnace material br3 may also be made of the same material as the second furnace material br2.
  • one embodiment of the present disclosure may be a glass manufacturing method including producing molten glass G2 using the above-described glass melting apparatus 10, shaping the obtained molten glass G2, and cooling it to obtain glass.
  • the obtained glass can be further processed into a desired shape to obtain a glass article.
  • the glass article may be, for example, a glass plate for displays such as flat panel displays, a glass plate for electronic devices other than displays, or a laboratory instrument.
  • the shape of the glass article is not limited to a plate shape.

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Abstract

溶融ガラスを収容する溶解槽と、前記溶融ガラスを通電加熱する電極と、を備えたガラス溶解装置であって、前記溶融ガラスは、１６００℃において０．２Ωｍ以上の電気抵抗率を有し、前記溶解槽は、前記溶融ガラスを囲む第１部分と、前記第１部分の下に配置され且つ前記第１部分より小さい内断面積で前記溶融ガラスを囲む第２部分と、を有し、前記第１部分と第２部分との間に段部が形成されており、前記電極は、前記段部に設けられた孔から前記第１部分の内側へと突き出して配置され、前記段部は、少なくとも前記孔を囲む第１炉材と、前記段部の内側の角部を構成する第２炉材と、を含み、前記第１炉材は、前記溶融ガラスよりも高い電気抵抗率を有し、前記第２炉材は、前記第１炉材よりも高い耐食性を有する。

Description

ガラス溶解装置、及びガラス製造方法
　本開示は、ガラス溶解装置、及びガラス製造方法に関する。
　本願は、２０２４年４月１６日に日本に出願された、特願２０２４－０６５８８７号に基づき優先権主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、ガラスを溶解するための全電気溶解炉であって、上部プール２と、上部プール２より内断面積がより小さい下部プール３とを有し、上部プール２と下部プール３とが移行レンガ６を介して接続されている溶解槽を備えたものが記載されている。移行レンガ６には複数の電極７が設けられており、当該電極７によって溶解槽内の溶融ガラスが通電加熱される。このような構造の溶解槽は、ダブルデッカー型（二階建て型）とも呼ばれる。
　特許文献２には、通電加熱によって溶融ガラスを製造するための、底部に複数の電極を備えた溶解炉が記載されている。上記溶解炉の底部は、電極を囲繞する第一レンガと、第一レンガの相互間に配置された第二レンガとを含み、第一レンガは、第二レンガよりも耐食性に優れ、第二レンガは、第一レンガよりも電気抵抗率が高い。
中国特許第１２１７８６７号明細書 国際公開第２０１９／００４４３４号
　電気溶解炉は、一般的なソーダライムガラスよりも電気抵抗率の高いガラス、例えば無アルカリガラスの製造においても利用される。電気抵抗率が高い溶融ガラスを通電加熱する場合、条件によっては、電流が電極の周囲の炉材にも流れてしまう。そうすると、通電加熱が十分に行われず、得られるガラスの品質が低下し得る。このような現象を回避するため、電極の周囲の炉材を、電気抵抗率の高い炉材、例えばデンスジルコン焼成レンガとすることが考えられる。しかしながら、上記の電気抵抗率の低い炉材は、高温での耐食性が比較的低い。そのため、高品質のガラスを得るための高温での運転を続けると、デンスジルコン焼成レンガを用いた溶解槽の浸食が進みやすく、装置の寿命は短くなる。特にダブルデッカー型の溶解槽の場合、槽の形状に起因して溶融ガラスの速度が局所的に速くなる場所があることから、高温での浸食が進みやすい。よって、ガラスの品質を確保するための高温運転が可能であるとともに、長寿命も維持できるガラス溶解装置が求められている。
　上記の点に鑑みて、本開示の一態様は、製造されるガラスの品質を低下させることなく、ガラス溶解装置の寿命を維持できる技術を提供する。
　本開示の一態様は、溶融ガラスを収容する溶解槽と、前記溶融ガラスを通電加熱する電極と、を備えたガラス溶解装置であって、前記溶融ガラスは、１６００℃において０．２Ωｍ以上の電気抵抗率を有し、前記溶解槽は、前記溶融ガラスを囲む第１部分と、前記第１部分の下に配置され且つ前記第１部分より小さい内断面積で前記溶融ガラスを囲む第２部分と、を有し、前記第１部分と第２部分との間に段部が形成されており、前記電極は、前記段部に設けられた孔から前記第１部分の内側へと突き出して配置され、前記段部は、少なくとも前記孔を囲む第１炉材と、前記段部の内側の角部を構成する第２炉材と、を含み、前記第１炉材は、前記溶融ガラスよりも高い電気抵抗率を有し、前記第２炉材は、前記第１炉材よりも高い耐食性を有する。
　本開示の一態様によれば、製造されるガラスの品質を低下させることなく、ガラス溶解装置の寿命が維持される。
本開示の一実施形態によるガラス溶解装置の断面図である。 参考例によるよるガラス溶解装置の断面図である。 図１に示された溶解槽を上から見た図である。 図１に示された溶解槽の段部付近の部分を拡大した図である。 棚状部材を上から見た図である。 変形例による溶解槽の断面図であって、図４に対応する図である。 別の変形例による溶解槽の断面図であって、図４に対応する図である。 さらに別の変形例による溶解槽の断面図であって、図４に対応する図である。 横断面形状が長方形である、変形例による溶解槽の斜視図である。 図９のＡ－Ａ線断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。
　まず、図１を参照して、一実施形態によるガラス溶解装置の基本的な構造について説明する。ガラス溶解装置１０は、ガラス原料Ｇ１を溶解して、溶融ガラスＧ２を製造するための装置である。製造された溶融ガラスＧ２には、成形、徐冷等の後続の工程を施すことによりガラスが製造され、さらに、得られたガラスに切断、研磨等の工程を施すことにより所望のガラス物品を製造できる。
　図１に示すように、ガラス溶解装置１０は、溶融ガラスＧ２を収容する溶解槽２０と、溶融ガラスＧ２を通電加熱する電極３０と、を備える。本実施形態によるガラス溶解装置１０は、溶融ガラスＧ２の通電加熱のみでガラス原料Ｇ１を溶解させる全電気溶解炉であることが好ましい。全電気溶解炉は、ガラス原料Ｇ１を溶解させる加熱源として、複数の電極３０のみを有する装置である。但し、ガラス溶解装置１０は、電極３０以外の別の加熱手段を補助的に備えていてもよい。
　溶解槽２０の上部は開放されていてよく、ガラス原料Ｇ１を上方から投入できる。ガラス原料Ｇ１は、複数種類の材料を混ぜて調製される。ガラス原料Ｇ１は、清澄剤を含んでいてもよい。ガラス原料Ｇ１は、ガラスをリサイクルするために、廃棄されたガラスから得られたガラスカレットを含んでいてもよい。ガラス原料Ｇ１は、粉体原料でもよいし、粉体原料を造粒してなる造粒原料でもよい。ガラス原料Ｇ１は、所望されるガラスの組成に応じて決定される。投入されたガラス原料Ｇ１は、溶融ガラスＧ２の液面ＬＳの上に層を形成する。ガラス原料Ｇ１は、溶融ガラスＧ２から伝達する熱によって徐々に溶解する。よって、図１に示すように、ガラス溶解装置１０の運転中、溶解槽２０には、ガラス原料Ｇ１と溶融ガラスＧ２とが収容され得る。溶融ガラスＧ２は徐々に下方へと移動し、取出口２４から取り出される。
　取出口２４は、図１に示すように、導管２５に接続されていてよい。取出口２４を流出した溶融ガラスＧ２は、導管２５内を移動し、後続の工程に供される。導管２５の形状は特に限定されず、直線状に延在していてもよいし、後置された装置の位置によっては、図１に示すように屈曲して形成されていてもよい。
　溶解槽２０の上部に形成されたガラス原料Ｇ１の層は、溶融ガラスＧ２の液面ＬＳを覆っている。この層により、溶融ガラスＧ２から熱及び／又は揮発成分が逃げるのを抑制できる。なお、コールドトップ方式においては、ガラス原料Ｇ１の層は、溶融ガラスＧ２の液面ＬＳの面積の、好ましくは８０％以上を、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上を覆っていてよい。また、ガラス原料Ｇ１の層は、溶融ガラスＧ２の液面ＬＳの全体を実質的に覆っていてよい。また、ガラス原料Ｇ１の層は、表面の最高温度が５００℃以下であることが好ましく、３５０℃以下であることがより好ましい。図１には、ガラス溶解装置１０のコールドトップ方式による利用が示されているが、ガラス溶解装置１０は、ホットトップ方式等の別の方式で用いられてもよい。
　溶融ガラスＧ２は、１６００℃において０．２Ωｍ以上の電気抵抗率（比抵抗）を有し得る。このような高い電気抵抗率を有する溶融ガラスＧ２として、無アルカリガラスが挙げられる。無アルカリガラスとは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスのことである。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合計が０．１質量％以下を意味する。なお、１６００℃における溶融ガラスＧ２の電気抵抗率は２．５Ωｍ以下であってよい。
　無アルカリガラスは、例えば、酸化物基準の質量％の表示で、ＳｉＯ２を５４％～７３％、Ａｌ２Ｏ３を１０％～２３％、Ｂ２Ｏ３を０．１％～１２％、ＭｇＯを０％～１２％、ＣａＯを０％～１５％、ＳｒＯを０％～１６％、ＢａＯを０％～１５％、ＭｇＯとＣａＯとＳｒＯとＢａＯを合計で８％～２６％含有する。ここで、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯは、必須成分ではなく、任意成分である。なお、高い歪点と高い溶解性とを両立させる観点からは、無アルカリガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２を５８～６６％、Ａｌ２Ｏ３を１５～２２％、Ｂ２Ｏ３を５～１２％、ＭｇＯを０～８％、ＣａＯを０～９％、ＳｒＯを３～１２．５％、ＢａＯを０～２％、ＭｇＯとＣａＯとＳｒＯとＢａＯとを合計で９～１８％を含有することが好ましい。さらに、特に高い歪点を得たい場合には、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２を５４～７３％、Ａｌ２Ｏ３を１０．５～２２．５％、Ｂ２Ｏ３を０．１～５．５％、ＭｇＯを０～１０％、ＣａＯを０～９％、ＳｒＯを０～１６％、ＢａＯを０～２．５％、ＭｇＯとＣａＯとＳｒＯとＢａＯを合計で８～２６％を含有することが好ましい。また、無アルカリガラスは、低い誘電損失又は低い伝送損失を得るという観点からは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２を４８～５９％、Ａｌ２Ｏ３を５～２０％、Ｂ２Ｏ３を１６～２５％、ＭｇＯを０～６％、ＣａＯを０～８％、ＳｒＯを０～１５％、ＢａＯを０～２０％、ＭｇＯとＣａＯとＳｒＯとＢａＯを合計で１０～２０％を含有することが好ましい。
　本実施形態による溶解槽２０は、いわゆるダブルデッカー型の溶解槽である。溶解槽２０は、第１部分Ｐ１と、第１部分Ｐ１の下に配置された第２部分Ｐ２とを有する。第１部分Ｐ１は第１内断面積を有し、第２部分Ｐ２は第２内断面積を有しており、第２内断面積は第１内断面積よりも小さい。すなわち、溶解槽２０の内部空間は、下側の方が上側よりも狭くなっている。なお、本明細書において、内断面積とは、溶解槽２０の内部空間を、上下方向に直交する面に沿った方向（横方向）で切った断面の面積を指す。また、溶解槽２０の内部空間の側を内側、溶解槽２０の外部の側を外側と呼ぶ。
　図３に、図１のガラス溶解装置１０を上から見た図を示す。図３に示すように、溶解槽２０の上部に位置する第１部分Ｐ１は、断面が多角形である角筒形状を有する。第１部分Ｐ１の多角形の中心を通る上下方向に沿った軸線を、中心軸線ＣＡと呼ぶ場合がある。第２部分Ｐ２は、横断面が角筒形である有底形状を有していてよい。上から見て第１部分Ｐ１の中心と第２部分Ｐ２の中心とはずれていてよいが、図３に示すように、第２部分Ｐ２の中心が、第１部分Ｐ１の中心に一致する、すなわち中心軸線ＣＡを通ることが好ましい。中心軸線ＣＡから外側へ向かう方向、又は外側から中心軸線ＣＡに向かう方向を、内外方向と呼ぶ場合がある。
　第１部分Ｐ１の横断面形状は、図３に示す形態では六角形であるが、六角形以外の多角形、例えば、三角形から五角形、七角形から十二角形、又は十三角形以上の形状であってもよい。上記多角形は、偶数角形と奇数角形のいずれでもよい。上記多角形は、溶融ガラスＧ２の温度分布の対称性などの観点から、正多角形、又は正多角形の各角を面取りした多角形（長辺と短辺を交互に有する多角形）であることが好ましい。正多角形の各角を面取りすることで、通電加熱できない場所（デッドスペース）を減らすことができる。
　上述のように第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との内断面積に差があるため、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間には、段差がある。すなわち、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に、段部ＳＴが形成されている。本明細書では、段部ＳＴは、横方向に沿って、より具体的には、溶解槽２０の中心軸線ＣＡから溶解槽２０の外部へと向かう方向に延在する部分である。そして、段部ＳＴは、その内側において、溶解槽２０の内側に露出する端面を有し、外側において、溶解槽２０の外部に露出する端面を有する。また、段部ＳＴを上から見ると、溶解槽２０の内方にせり出した環状部分となっていて、段部ＳＴの角部ＳＴｅも環状に形成されている（図３）。図１では、角部ＳＴｅは断面が直角の尖った部分として示されているが、角部ＳＴｅは、丸められている又は面取りされていてもよい。なお、第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２、及び段部ＳＴは、溶解槽２０の形状を説明するための便宜上の区分であり、溶解槽２０の製造のために組み合わせる部材（パーツ）を必ずしも表さない。
　なお、図１に示すように、段部ＳＴは、略水平方向に延在する部分であるが、段部ＳＴは、内方に向かうほど溶解槽２０の下側に近付くように傾斜していてもよい。なお、本明細書において、「略水平方向」には、厳密な水平方向のみならず、水平方向から±５°傾斜した方向も含まれるものとする。
　また、段部ＳＴは、第２部分Ｐ２の外側に設けられた支持部材（図示せず）によって、下から支持されていてよい。その場合、段部ＳＴ、及びその上に配置されている第１部分Ｐ１の荷重が共に支持される。
　通電加熱用の複数の電極３０は、段部ＳＴに設けられている。より具体的には、電極３０は棒状であり、段部ＳＴに形成された孔Ｈに配置され、孔Ｈから溶解槽２０の内側へと突き出して配置されている。電極３０は、段部ＳＴから真上に、又は、図１に示すように段部ＳＴから斜め上方に傾斜して突き出していてよい。なお、電極３０が傾斜している場合、その傾斜は、上下方向に対して５～６０°であってよい。
　また、図３に示す形態では、電極３０は、第１部分Ｐ１の多角形の各頂点の近傍に設けられている。電極３０が、多角形の頂点の近傍に設けられることで、通電加熱できない場所（デッドスペース）を低減できる。なお、第１部分Ｐ１の横断面形状は、長方形等の、辺の長さがが均一でない形状である場合もある。その場合には、適切な距離の通電経路３１を得るために、図９に示す形態のように、頂点近傍以外の位置に加えて、長辺上で頂点同士の間に電極３０を設けてもよい（図９の形態については後述）。また、電極３０の材質は、特に限定されないが、例えばモリブデン（Ｍｏ）であってよい。
　電極３０はそれぞれ、電極フォルダ４０内に保持されていてよい。電極フォルダ４０は、段部ＳＴの孔Ｈに設けられていて、電極３０の外周を保持する機能ともに、電極３０及び電極３０を囲む炉材を冷却する機能を備えていてもよい。電極フォルダ４０の冷却機能により、溶融ガラスＧ２が孔Ｈを介して溶解槽２０の外部に漏出するのを防止できる。電極フォルダ４０には、水等の冷媒が供給され、冷媒は、電極フォルダ４０の熱を外部に排出する。なお、電極フォルダ４０は、電極３０の下端を保持してもよい。
　ガラス溶解装置１０が、上述の無アルカリガラスのような電気抵抗率の高いガラスの製造に用いられる場合、溶解槽２０への漏電（電流が溶解槽２０の壁部材に流れてしまう現象）が発生しやすい。これに対し、上記現象を防止するため、段部ＳＴを構成する材料として、溶融ガラスＧ２よりも高い電気抵抗率を有する第１炉材ｂｒ１を使用できる。少なくとも電極３０を囲む部分が第１炉材ｂｒ１から構成されていると好ましい。ここで、図２に、参考例によるガラス溶解装置１１０の断面図を示す。なお、図２のガラス溶解装置１１０おいて、導管２５の図示は省略する。図２に示す参考例によるガラス溶解装置１１０は、段部ＳＴの全体が、溶融ガラスＧ２よりも高い電気抵抗率を有する第１炉材ｂｒ１からなっている。段部ＳＴ全体を１種類の炉材からなるようにした参考例による構成は、溶解槽２０の製造における煩雑さが少ない、広い範囲での漏電をより確実に防止できるという観点では好ましい。なお、本明細書における「壁部材」とは、溶解槽２０を構成する部材であって、後述の第１側壁部材２１、第２側壁部材２２、棚状部材２３、及び底壁部材２６を含む。
　しかしながら、溶融ガラスＧ２よりも高い電気抵抗率を有する第１炉材ｂｒ１は、高温での耐食性が低いものが多い。また、段部ＳＴのあるダブルデッカー型の溶解槽では、溶融ガラスＧ２の流速は、段部ＳＴの付近、特に段部ＳＴの内側の角部ＳＴｅの付近で速くなる。そのため、ダブルデッカー型の装置では、段部ＳＴの、特に角部ＳＴｅが溶融ガラスＧ２の流れによる力を受けやすく、浸食されやすくなっている。よって、参考例によるガラス溶解装置１１０の溶解槽１２０（図２）のように、段部ＳＴ全体が炉材ｂｒ１から構成されていて、段部ＳＴの角部ＳＴｅも炉材ｂｒ１から構成されている場合、段部ＳＴの角部ＳＴｅから進みやすい。別の言い方をすると、角部ＳＴｅの耐食性が溶解槽２０の寿命の律速となり得る。これに対し、溶解槽２０の寿命の維持を優先させるべく溶融ガラスＧ２の温度や流れ等の稼働条件を変更した場合、溶融ガラスの品質、ひいては当該溶融ガラスから得られるガラスの品質が十分得られない可能性がある。
　再び図１を参照すると、本開示の一実施形態によるガラス溶解装置１０においては、溶解槽２０での段部ＳＴが、溶融ガラスＧ２よりも高い電気抵抗率を有する第１炉材ｂｒ１と、第１炉材ｂｒ１と異なる第２炉材ｂｒ２とを含む。第２炉材ｂｒ２は、第１炉材ｂｒ１よりも、溶融ガラスＧ２に対する耐食性が高い材料である。図１に示すように、第１炉材ｂｒ１は、少なくとも電極３０を囲む領域を構成しており、第２炉材ｂｒ２は、段部ＳＴの内側の角部ＳＴｅを構成する。本実施形態では、高い耐食性を有する第２炉材ｂｒ２が角部ＳＴｅを構成することで、溶融ガラスＧ２の流れの力を受けやすく劣化しやすい角部ＳＴｅの耐食性を向上できる。そのため、温度等の稼働条件を変更しなくとも、溶解槽２０の寿命を維持できる。
　第１炉材ｂｒ１の電気抵抗率は、溶融ガラスＧ２の電気抵抗率よりも大きければよいが、例えば、１６００℃において、好ましくは５Ωｍ以上、より好ましくは１０Ωｍ以上であってよい。また、第１炉材ｂｒ１の電気抵抗率は、１６００℃において１００Ωｍ以下であってよい。第１炉材ｂｒ１の具体例としては、デンスジルコン焼成レンガが挙げられる。デンスジルコン焼成レンガは、主にジルコン（ＺｒＳｉ４）含むレンガである。デンスジルコン焼成レンガにおけるジルコンの含有率は、例えば９５質量％以上である。このように、第１炉材ｂｒ１が、溶融ガラスＧ２よりも電気抵抗率の高い材料を含むことで、通電加熱中に、溶解槽２０の炉材に意図せず電流が流れてしまうことを防止できる。よって、溶融ガラスＧ２を所望の温度に加熱でき、得られるガラスの高い品質を確保できる。
　第２炉材ｂｒ２は、第１炉材ｂｒ１よりも、高温での、例えば１５００℃以上での溶融ガラスＧ２に対する耐食性が高い材料である。第２炉材は、電鋳レンガであってよく、具体例としては、ジルコニア系電鋳レンガ、アルミナ系電鋳レンガ、アルミナ・ジルコニア系電鋳レンガ、ＡＺＳ（Ａｌ－Ｚｒ－Ｓｉ）系電鋳レンガ等であってよい。このうち、溶融ガラスＧ２に対する耐食性が高いことから、ジルコニア質電鋳レンガが好ましく、ハイジルコニア質電鋳レンガがより好ましい。ハイジルコニア電鋳レンガは、ジルコニアの含有率が、例えば９０質量％以上のものである。
　なお、段部ＳＴを介して接続されている第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２は、第３炉材ｂｒ３を含んでいてよい。第３炉材ｂｒ３は、第２炉材ｂｒ２と同様に、溶融ガラスＧ２に対する耐食性が第１炉材ｂｒ１よりも高い材料、好ましくは電鋳レンガ、より好ましくはハイジルコニア電鋳レンガであってよい。また、第３炉材ｂｒ３と第２炉材ｂｒ２とは異なる材料であってもよいが、同じ材料とすることができる。
　導管２５は、第４炉材ｂｒ４から構成されていてよい。第４炉材ｂｒ４は、第４炉材ｂｒ４は、第１炉材ｂｒ１、第２炉材ｂｒ２、及び第３炉材ｂｒ３とは異なる材料であってもよいし、第１炉材ｂｒ１、第２炉材ｂｒ２、及び第３炉材ｂｒ３のいずれかと同じ材料であってもよい。例えば、第４炉材ｂｒ４は、溶融ガラスＧ２の電気抵抗率よりも大きい炉材、好ましくはデンスジルコン焼成レンガ、より具体的には、主にジルコン（ＺｒＳｉ４）含むレンガであってよい。
　さらに以下、溶解槽２０のより具体的な構成について説明する。図１に示すように、溶解槽２０は、複数の部材（パーツ）が接続されてなる。溶解槽２０は、溶解槽２０の第１部分Ｐ１の内部空間を囲繞する部材である第１側壁部材２１と、溶解槽２０の２０の第２部分Ｐ２の内部空間を囲繞する部材である第２側壁部材２２と、第１側壁部材２１の下端部と第２側壁部材２２の上端部とを接続する棚状部材２３とを有する。第１側壁部材２１は第１内断面積を有し、第２側壁部材２２は第２内断面積を有しており、第２内断面積は第１内断面積よりも小さい。さらに、第２側壁部材２２の下には、底壁部材２６が接続されている。また、第１側壁部材２１、第２側壁部材２２、及び棚状部材２３の外側は、保温部材等（例えば、保温レンガ）によって囲まれていてもよい。
　図４に、図１に示す溶解槽２０のうち棚状部材２３及びその周辺の部分の拡大図であって、電極３０及び電極フォルダ４０の図示を省略した図を示す。第１側壁部材２１、第２側壁部材２２、及び棚状部材２３はいずれも、横方向に接続された複数の小部材を含んでいてよい。また、第１側壁部材２１及び第２側壁部材２２はそれぞれ、上下方向見て分割されていない部材とすることが好ましい。図４における部材間の線は、部材同士が当接して接続されている位置を指す。
　図４に示す形態では、段部ＳＴが、棚状部材２３からなる。棚状部材２３は、横方向に沿って延在する部材であり、棚状部材２３の内端面２３１は溶解槽２０の内部に露出していて、棚状部材２３の内端部が、段部ＳＴの角部ＳＴｅを構成している。棚状部材２３は、少なくとも孔Ｈを囲む第１炉材ｂｒ１と、第１炉材ｂｒ１に隣接し且つ段部ＳＴの角部ＳＴｅを含む第２炉材ｂｒ２とを有する。第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２とは同じ厚さになっていてもよいが、図４に示すように、第２炉材ｂｒ２の厚さが第１炉材ｂｒ１の厚さより小さくなっていてもよい。すなわち、棚状部材２３の下面２３４には、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との境界において段差が形成されている。これにより、第２炉材ｂｒ２の下面の外側の端縁が第１炉材ｂｒ１の内面に当接することになり、溶融ガラスの漏れを有効に防止できる。
　また、第２炉材ｂｒ２は、棚状部材２３の内端面２３１から距離ｄ２離れた位置までわたって設けられていてよい。距離ｄ２は、溶融ガラスの種類、炉材の種類（より具体的には、第１炉材ｂｒ１の電気抵抗率、第２炉材ｂｒ２の電気抵抗率等）、電極の配置等に応じて適宜設定され得る。距離ｄ２は、高温での耐食性の向上という観点から、好ましくは５０ｍｍ以上であってよい。
　第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との境界線Ｂは、必ずしも図４に示すように直線でなくともよく、屈曲していてもよい（後に一例について詳述）。また、境界線Ｂの方向は、図４に示すように上下方向に平行であってよいが、上下方向から所定角度、例えば３０°以下で内側又は外側に傾いていてもよい。
　上記距離ｄ２は、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との境界が、第２側壁部材２２と接するように設定されてもよい。すなわち、棚状部材２３の厚さ方向（上下方向）に切った断面で見た境界線Ｂの下端が、第２側壁部材２２の上端面２２３上にあるようになっていてもよい。これにより、第１炉材ｂｒと第２炉材ｂｒ２との境界から溶融ガラスＧ２が、溶解槽２０の内側から外側へと漏れる可能性を低減できる。
　本実施形態では、第１炉材ｂｒ１は、少なくとも電極３０を囲む領域、すなわち孔Ｈを囲む領域を構成していればよいが、第１炉材ｂｒ１は、第１炉材ｂｒ１の上面（棚状部材２３の上面２３３）において、外端面２３２から、少なくとも孔Ｈから内方へ距離ｄ１離れた位置までにわたる領域に設けられていることが好ましい。
　図４に示すように、棚状部材２３が、第２炉材ｂｒ２と第１炉材ｂｒ１とからなることが好ましい。そして、溶解槽２０を上から見て、第２炉材ｂｒ２が、棚状部材２３の内端部に環状に配置され、それ以外の部分が第１炉材ｂｒ１から構成されることが好ましい（図３）。図３においては、第２炉材ｂｒ２をグレー（梨地）で示す。
　上記の距離ｄ１、すなわち、棚状部材２３の上面２３３において孔Ｈの内方の端縁から第２炉材ｂｒ２までの距離（図４）は、溶融ガラスの種類、炉材の種類、電極の配置等に応じて適宜設定され得る。例えば、１つの電極３０から隣接する電極３０に第２炉材ｂｒ２を介して電流が流れたとして電流が最も流れやすい仮の経路を取った場合に、当該仮の経路に電流が流れることが阻止されるように設定することが好ましい。ここで、図５を参照して、好ましい距離ｄ１について説明する。図５には、棚状部材２３及び複数の電極３０を上から見た図を示す。図５においては、説明を分かり易くするため、複数の電極３０のうち２つを図示し、電極の傾斜方向も図３とは異なっている。図５に示すように、電極間の距離（電極が傾斜している場合は最短距離）をＤ１、第２炉材ｂｒ２における電流経路の距離をＤ２、溶融ガラスの電気抵抗率をρglass、第１炉材ｂｒ１の電気抵抗率をρＤＺ、第２炉材ｂｒ２の電気抵抗率をρＨＺとした場合に、Ｄ１×ρglassの値に対して、ｄ１×ρＤＺ×２＋Ｄ２×ρＨＺの値が十分に大きくなることが好ましい。より具体的には、式　（ｄ１×ρＤＺ×２＋Ｄ２×ρＨＺ）≧ｋ×（Ｄ１×ρglass）　におけるｋが、好ましくは５倍以上、より好ましくは７倍以上、さらに好ましくは１０倍以上であってよい。ｋを上記範囲とすることで、電流が第２炉材ｂｒ２に流れてしまうことを防止できる。また、ｋは、溶解槽２０の規模等を考慮して、好ましくは５００倍以下であってよい。距離ｄ１は、具体的には、２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であってよい。
　なお、本実施形態における電極３０の配置は特に限定されないが、２つの電極３０が配線３２で電気的に接続されて形成される通電経路３１は、図３に示すように、第１部分Ｐ１又は第１側壁部材２１の多角形の辺に沿っていると好ましい。配線３２の途中には例えばトランス３３が設けられていてよい。トランス３３は、複数の電極３０に交流電圧を印可する。各通電経路３１に電流が流れるように、交流電圧の位相が調節される。
　図１に示す形態では、電極３０は、上方に向かうほど第１部分Ｐ１の壁部から離れる方向に傾斜している。電極３０の上端を電極３０の下端よりも溶解槽２０の第１側壁部材２１から離すことで、漏電をさらに抑制できる。そのため、溶解槽２０の漏電に起因する浸食を抑え、また溶融ガラスの十分な通電加熱も可能となる。
　図６に、変形例による溶解槽２０を示す。図６は、図４に対応する図である。図６に示す例による溶解槽２０の基本的な構造は、図４に示す形態と同様であるが、棚状部材２３及び第２側壁部材２２の配置が異なっている。図６に示す例では、棚状部材２３の内端面２３１は、溶解槽２０の内部には露出しておらず、第２側壁部材２２の外面２２２に対向し、接続されている。そして、棚状部材２３の上面２３３と第２側壁部材２２の上端面２２３とは面一になっている。このように、図６に示す例では、段部ＳＴの角部ＳＴｅを構成するのは、第２側壁部材２２の上端部となっている。
　図６に示す例では、第２側壁部材２２の全体が第２炉材ｂｒ２から形成されているが、角部ＳＴｅが第２炉材ｂｒ２から構成されているのであれば、第２側壁部材２２の全体ではなく、第２側壁部材２２の少なくとも上端部のみを第２炉材ｂｒ２から構成し、第２側壁部材２２のそれ以外の部分を別の炉材から構成してもよい。例えば、上端面２２３から、棚状部材２３の厚さに等しい距離下方に離れた位置までの領域を、第２炉材ｂｒ２から構成してもよい。但し、第２側壁部材２２の全体を第２炉材ｂｒ２から構成することで、溶解槽２０において溶融ガラスＧ２の速度が比較的速い下側の部分（第２部分Ｐ２）における壁部の耐食性を向上できるので、好ましい。また、段部ＳＴの角部ＳＴｅから底壁部材２６までの間の材料の境目をなくすことができるので、溶融ガラスＧ２が内側から外側に漏れる可能性を低減できる。
　図７に、別の変形例による溶解槽２０を示す。図７は、図４に対応する図である。図７に示す例による溶解槽２０の基本的な構造は、図４に示す形態と同様であるが、棚状部材２３に含まれる第１炉材ｂｒ１及び第２炉材ｂｒ２の配置が異なっている。図７に示す例では、棚状部材２３において、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との、棚状部材２３の厚さ方向（上下方向）で切った断面で見た境界線Ｂが直線状ではなく、屈曲している。より具体的には、境界線Ｂは、図７に示すように、棚状部材２３の上面２３３から下方に延在しているが、途中でほぼ直角に屈曲して外方に延び、さらにほぼ直角で屈曲して下方に延在している。第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との境界線Ｂがこのような形状になっていることで、棚状部材２３の上面２３３から下面２３４までの境界線Ｂの経路の長さが大きくなり、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との境界にて溶融ガラスＧ２が内側から外側へと漏れる可能性を低減できる。
　また、図７に示す例では、内外方向で見て、第１炉材ｂｒ１の凸部ｐｔ１と第２炉材ｂｒ２の凹部ｒｓ２とが、第１炉材ｂｒ１の凹部ｒｓ１と第２炉材ｂｒ２の凸部ｐｔ２とが、係合している。このような係合により、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２とが上下方向でずれにくくなるので、図４に示す形態と比較して、振動等の刺激に対しても壊れにくい溶解槽２０が得られる。なお、図７に示す例では、第１炉材ｂｒ１の凸部ｐｔ１が上側に、第２炉材ｂｒ２の凸部ｐｔ２が下側に形成されているが、第１炉材ｂｒ１が上側に凹部ｒｓ１を、下側に凸部ｐｔ１を有し、第２炉材ｂｒ２が上側に凸部ｐｔ２を、下側に凹部ｒｓ２を有していて、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２とが係合していてもよい。
　図８に、さらに別の変形例による溶解槽２０を示す。図８に示す溶解槽２０は、図６に示す例による溶解槽２０と同様に、棚状部材２３の内端面２３１が露出しておらず、第２側壁部材２２に接続されているので、段部ＳＴの角部ＳＴｅを構成するのは、第２側壁部材２２の上端部となっている。また、棚状部材２３全体が第１炉材ｂｒ１から形成されており、第２側壁部材２２全体が第２炉材ｂｒ２から形成されている。
　図８に示す溶解槽２０が図６に示す例と異なる点は、棚状部材２３の厚さ方向で切った断面で見て、棚状部材２３と第２側壁部材２２との間の境界線、すなわち第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２との間の境界線Ｂが直線状ではなく、屈曲している点である。図８に示すように、境界線Ｂは、上面２３３から下方に延在し、途中でほぼ直角に屈曲して外方に延び、さらにほぼ直角に屈曲して下方に延びている。このように、棚状部材２３と第２側壁部材２２との境界線Ｂが屈曲していることで、厚さ方向の断面で見た境界線Ｂの経路の長さが大きくなり、棚状部材２３と第２側壁部材２２との間から溶融ガラスＧ２が内側から外側へと漏れる可能性を低減できる。また、別言すると、図８に示す例では、第１炉材ｂｒ１（棚状部材２３）の凸部ｐｔ１と、第２炉材ｂｒ２（第２側壁部材２２）の凹部ｒｓ２とが係合している。よって、第１炉材ｂｒ１と第２炉材ｂｒ２とが上下方向でずれにくくなり、振動等の刺激に対しても壊れにくい構造となっている。
　以上説明した実施形態は、横断面形状が正多角形の溶解槽２０に基づくものであったが、それ以外の横断面形状を有する例として、図９に、横断面形状が長方形の溶解槽２０を含むガラス溶解装置１０の斜視図を示す。また、図１０に、図９のＡ－Ａ線断面を部分的に示す。
　図９に示す溶解槽２０も、上述の横断面形状が正多角形の溶解槽２０と同様に、第１部分Ｐ１と、第１部分Ｐ１の下に配置され且つ第１部分Ｐ１より小さい内断面積を有する第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に形成された段部ＳＴとを有し、複数の電極３０が、段部ＳＴに設けられた孔から第１部分Ｐ１の内側へと突き出して配置されている。そして、段部ＳＴは、少なくとも孔を囲む、溶融ガラスよりも高い電気抵抗率を有する第１炉材ｂｒ１と、段部ＳＴの内側の角部ＳＴｅを構成する、第１炉材よりも高い耐食性を有する第２炉材ｂｒ２と、を含む。図９では、図３と同様に第２炉材ｂｒ２をグレー（梨地）で示す。
　図９に示す形態では、電極３０は、長方形の各長辺に沿って複数配置されている。これにより、長辺に沿って適切な長さの電流経路３１を形成することができる。また、本形態では、電極３０は、短辺に沿って配置されていない。そのため、図９に示すように、段部ＳＴの短辺に沿った部分には、電気が壁部材に流れてしまう現象を防止するための第１炉材ｂｒ１は設けられていなくともよい。段部ＳＴの短辺に沿った部分は第２炉材ｂｒ２から形成することができる。このように、電極３０の配置に応じて、第１炉材ｂｒ１及び第２の配置を適宜設定することができる。なお、本形態でも、第３炉材ｂｒ３は第２炉材ｂｒ２と同様の材料であってよい。
　さらに、本開示の一実施形態は、上述のガラス溶解装置１０を用いて溶融ガラスＧ２を製造し、得られた溶融ガラスＧ２を成形し、冷却してガラスを得ることを含む、ガラス製造方法であってよい。得られたガラスをさらに、所望の形状に加工して、ガラス物品を得ることができる。ガラス物品は、例えば、フラットパネルディスプレイ等のディスプレイ用ガラス板、ディスプレイ以外の電子機器用ガラス板、および理化学器具であってよい。但し、ガラス物品の形状は、板形状には限定されない。
　以上、本開示を実施形態に基づき説明したが、本開示はこれらの実施形態によって限定されるものではない。また、上記実施形態は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、様々な変更、修正、置換、付加、削除、及び組合せ等が可能であり、それらも本開示の技術的範囲に属する。
１０　ガラス溶解装置
２０　溶解槽
２１　第１側壁部材
２２　第２側壁部材
２３　棚状部材
２６　底壁部材
３０　電極
４０　電極フォルダ
２２２　第２側壁部材の外面
２２３　第２側壁部材の上端面
２３１　棚状部材の内端面
２３２　棚状部材の外端面
２３３　棚状部材の上面
２３４　棚状部材の下面
ｂｒ１　第１炉材
ｂｒ２　第２炉材
Ｇ１　ガラス原料
Ｇ２　溶融ガラス
Ｈ　孔
Ｐ１　第１部分
Ｐ２　第２部分
ＳＴ　段部
ＳＴｅ　段部の角部

Claims (9)

  1. 　溶融ガラスを収容する溶解槽と、前記溶融ガラスを通電加熱する電極と、を備えたガラス溶解装置であって、
    　前記溶融ガラスは、１６００℃において０．２Ωｍ以上の電気抵抗率を有し、
    　前記溶解槽は、前記溶融ガラスを囲む第１部分と、前記第１部分の下に配置され且つ前記第１部分より小さい内断面積で前記溶融ガラスを囲む第２部分と、を有し、前記第１部分と第２部分との間に段部が形成されており、
    　前記電極は、前記段部に設けられた孔から前記第１部分の内側へと突き出して配置され、
    　前記段部は、少なくとも前記孔を囲む第１炉材と、前記段部の内側の角部を構成する第２炉材と、を含み、
    　前記第１炉材は、前記溶融ガラスよりも高い電気抵抗率を有し、
    　前記第２炉材は、前記第１炉材よりも高い耐食性を有する、ガラス溶解装置。
  2. 　前記第１炉材は、デンスジルコン焼成レンガであり、
    　前記第２炉材は、電鋳レンガである、請求項１に記載のガラス溶解装置。
  3. 　前記電鋳レンガは、ジルコニア質電鋳レンガである、請求項２に記載のガラス溶解装置。
  4. 　前記溶解槽は、前記第１部分を構成する第１側壁部材と、前記第２部分を構成する第２側壁部材と、前記第１側壁部材の下端部と前記第２側壁部材の上端部とを接続する棚状部材と、を有し、
    　前記棚状部材の内端部が、前記段部の前記角部を構成する、請求項１に記載のガラス溶解装置。
  5. 　前記溶解槽は、前記第１部分を構成する第１側壁部材と、前記第２部分を構成する第２側壁部材と、前記第１側壁部材の下端部と前記第２側壁部材の上端部とを接続する棚状部材と、を有し、
    　前記第２側壁部材の上端部が、前記段部の前記角部を構成する、請求項１に記載のガラス溶解装置。
  6. 　前記第２側壁部材が、前記第２炉材から構成される、請求項５に記載のガラス溶解装置。
  7. 　前記第１炉材と前記第２炉材とが互いに隣接し、
    　前記溶解槽の上下方向に沿った断面で見て、前記第１炉材と前記第２炉材との境界が屈曲している、請求項１に記載のガラス溶解装置。
  8. 　前記溶融ガラスは、無アルカリガラスである、請求項１に記載のガラス溶解装置。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載のガラス溶解装置を用いて前記溶融ガラスを製造し、
    　前記溶融ガラスを成形し、冷却してガラスを得るここと、を含む、ガラス製造方法。
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