成果報告書詳細
管理番号20110000001333
タイトル*平成22年度中間年報 革新的ガラス溶融プロセス技術開発
公開日2011/8/30
報告書年度2010 - 2010
委託先名社団法人ニューガラスフォーラム 独立行政法人物質・材料研究機構 国立大学法人東京工業大学 旭硝子株式会社 東洋ガラス株式会社
プロジェクト番号P08019
部署名エネルギー対策推進部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
A.インフライトメルティング(気中溶融)法により原料を溶融する技術
A-1.プラズマ・酸素燃焼炎加熱のハイブリッド化技術(東京工大 渡辺研究室)
インフライトメルティングの高温熱源として開発中の多相交流アークと燃焼炎との組み合わせによるハイブリッド化技術について、エネルギー利用の効率向上のために、電極消耗、溶融炉の熱量収支、溶融粒子特性、および多相アークの放電現象の観点から検討を行った。
電極消耗については、ハイブリッド運転時における電極消耗と運転諸条件の関係を調べた。その結果、酸化雰囲気が強く、より熱的に過酷雰囲気であるハイブリッド運転においても、電極突出し長さが10 mm 以下の条件においては、多相アークのみの運転と同等の消耗速度が得られた。
このことより、アルゴンガスによる電極シールドの有効性がハイブリッド運転時においても確認できた。
溶融炉の熱量収支に関しては、熱量計測システムを確立し、ハイブリッド溶融炉のエネルギー収支を検討した。発生した熱量のうち約6 割が排ガス(今回の実験系では600℃程度)として排出されることから、実用化時における排熱の利用は不可欠と考えられた。
インフライト中の粒子の様子を観察・解析するために、カナダTecnar 社のDPV-2000(平成21年度購入)によって、個々の粒子の温度、速度、粒径を計測した。測定値を適切な方法で較正することによって、インフライト中の無アルカリ粒子の平均温度として2,300-2,500℃、平均速度として10 m/s の値を得た。
多相アークを高速度カメラ観察し、得られた画像データを解析することによって多相アーク挙動を検討した。放電配置を変化させることでアーク存在領域(高温領域)が制御可能であり、よりハイブリッド運転に適した多相アークの電極配置が示唆された。
英文要約Technology for In-flight Melting of Glass Raw Materials. /1) A 12-phase AC arc with an oxygen burner was developed to apply in glass in-flight melting. The electrode erosion rate was investigated and results showed that the electrode erosion rate was less than 50 mg/min. The average temperature and velocity of in-flight melted alkaline-free glass particles were 2300-2500 C and 10 m/s, respectively. /2) An in-flight melted alkaline free borosilicate glass block was obtained, and the target amount of the bubbles of less than 0.1 vol% has been achieved when the receiver crucible was kept at 1640 C. The water concentration in the in-flight melted glass by using RF plasma was as little as 1/3 against the commercial glass. /3) Using a 1 ton/day in-flight test melter, the granulated soda-lime raw material (average particle size; 120 um) has been successfully melted with energy of 1,070 kcal/kg-glass as the rough melt. The alkaline vaporization was very low. /4) 30 tons granules of soda-lime raw materials were produced for 1 ton/day test melter. It was found that the vitrification reaction on in-flight melting was almost completed before landing. /5) In-flight melted soda-lime-silica glasses were remelted for the observation. The employment of alumina-based bricks and sapphire windows enabled to observe the bubbles clearly for more than 22 hours. The remelting showed the fining of bubbles as the shrinkage of bubble and the decrease of the number of bubbles in glass. Gas analysis of the residual bubbles clearly showed that CO2 and COS are the main constituents of gas inside bubbles. /6) A program for the real time simulation of the melter behavior, the mathematical formulation of the unsteady foam layer to improve the prediction accuracy, and the program improvement of the multi-phase plasma model were performed. /B. Highly Effective Heating Technology for Cullets. /1) The small cullets melted continuously by the in-flight melting with energy of 1,420 kcal/kg-glass. Cullets of 1mm or less in the diameter were preliminary heated up to 430 C by improving the preheating device. /C. High Speed Mixing Technology of Melts of Raw Materials and Cullets. /1) A remarkable effect of homogenizing was confirmed by the stir by a couple of screw type stirrer set up in the homogenizing zone. /2) The method to analyze the size distribution of the fluctuation of glass components has been developed. The evaluation of the glass uniformity by the method showed that the stirring in the 1 ton/day melter promoted the homogenization of the glasses.
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