成果報告書詳細
管理番号20130000000740
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 エネルギーイノベーションプログラム 革新的ガラス溶融プロセス技術開発
公開日2014/9/27
報告書年度2008 - 2012
委託先名独立行政法人物質・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 一般社団法人ニューガラスフォーラム
プロジェクト番号P08019
部署名省エネルギー部
和文要約<1>:気中溶融(インフライトメルティング)技術開発/1)大型の噴霧乾燥設備によって、気中溶融に適したソーダ石灰ガラス造粒体を10 ton/lotの規模で複数回作製し、溶融量1ton/day規模の酸素炎燃焼試験炉で気中溶融実験を22回行なった。酸素バーナの開発、運転条件の適正化および炉体改造によりソーダ石灰造粒原料について溶融エネルギー原単位900kcal/kg-glassを達成した。清澄前の段階で市販ガラス並みの均質度を得た。アンバー色びんガラスと液晶用ガラスについても造粒体を作製し、1 ton/day炉で気中溶融した。液晶用については2,800kcal/kg-glass での連続溶融を確認した。アンバー色ガラスの溶融も可能であった。/2)多相交流アークプラズマと酸素燃焼炎の複合加熱において、多相アークの放電相数、シールドガス流量・流速、電極径等を最適化し、1時間以上の安定運転と電極消耗の大幅な低減化を実現した。高強度な造粒体とプラズマが硼酸の揮散抑制に有効であった。坩堝待機温度を高温にすることにより気泡が0.1vol%以下のガラスを得た。CaO-Al2O3-SiO2系およびMgO-Al2O3-SiO2系ガラスについても気中溶融できた。/3)酸素燃焼炎で気中溶融したバーナ直下からサンプリングしたソーダ石灰ガラス中に溶存しているガス種はH2O、CO2、SO2であり、若干のCOやNO、COSを含む。ガラス中に残存する気泡は主にCO2であり、副成分としてCOSおよびN2を含む。「しめ」による消泡は1300-900℃の温度域で生じ、気泡数は大きく減少し、残存気泡は平均20-30μmの大きさを持ち、内部からCO2、COS、N2が検出された。/4)気中溶融シミュレーションモデルに加え、新たに、多相プラズマ、液体燃焼、融液撹拌、耐火物侵食および動的泡層などのモデルを開発した。高精度化と高速化を図り、試験データとの整合性を確認した。/<2>:ガラスカレット高効率加熱技術開発/粒径1mm以下であればカレットの気中溶融は可能であった。粒径106-325μmのカレットを用いることによりエネルギー原単位1,080kcal/kgでの連続運転ができた。撹拌子付きの間接加熱式ロータリーキルンを開発し398℃まで相互の融着なしにカレットを予備加熱することができた。/<3>:ガラス原料融液とカレット融液との高速混合技術開発/1)物理モデル実験装置を作製し、ねじ形撹拌子の撹拌効果が高いことを確認した。板ガラスカレットと造粒原料を同時に気中溶融し、3対のねじ形撹拌子により2時間弱撹拌することにより、市販ガラス並みの均質性を得た。/2)ガラス中の泡・成分ムラを分離定量する非破壊均質性評価手法を開発した。可視画像を用いた泡解析法とシュリーレン画像を用いた成分ムラ解析法とから構成される。成分ムラについては、シュリーレン像の輝度値分布標準偏差値と本数、そして、ムラの大きさ分布を解析した。また、市販ガラス製品の均質性評価より実用ガラス品質評価指標を作成した。
英文要約Title: Energy Innovation Program/ Development for Innovative Glass-Melting Process Technology/ (FY2008-FY2012) Final Report

(1) Technology for In-flight Melting of Glass Raw Materials./ 1) Raw-material granules for soda-lime glass suitable to in-flight melting (IFM) were produced several times by using a large scale spray dryer. The 1 ton/day-scale test melting using oxy/gas-fuel combustion burner was carried out 22 times with the granules. The optimization of burner structure, furnace operating conditions and furnace design were carried out. As a result, the melting energy consumption of 900kcal/kg-glass was achieved. Without refining the homogeneity was at the same level with the commercial glass. Granules for amber color container glass and liquid crystal display glass (LCD glass) were also produced. By IFM process, the energy consumption of 2,800kcal/kg was achieved for LCD glass and the coloration was attained for amber glass./ 2) The continuous operation of hybrid plasma over one hour and the significantly reduction of electrode erosion has been attained with optimization of the number of discharge phases, shield gas flow rate and diameter of electrode. Strong granules and plasma were effective to suppress the volatilization of boron during IFM process for LCD glass. The bubble density of less than 0.1vol% was obtained. Granules in systems of CaO-Al2O3-SiO2 and MgO-Al2O3-SiO2 were converted into glasses by IFM process./ 3) Dissolved gas analysis showed the characteristic dependence of the amounts of dissolved H2O, CO2, SO2 on the specific energy consumption. Gas analysis of bubbles in the IFM glass samples showed that CO2 was always major and small amount of COS as minor. Long-term observation of bubbles in IFM glass melts showed refining behavior. “Setting” of bubbles was clearly confirmed and shrinking rate and its effective temperature range were determined./ 4) Addition of IFM simulation model, we have developed the models of multi-phase plasma, liquid fuel combustion, melt stirring, refractory corrosion and foam layer. The consistency of the simulation to the experiment data has been confirmed./ (2) Highly Effective Heating Technology for Cullet./ The cullet under 1 mm dia. can be melted by IFM and the fine cullet of 106-325 micron dia. continuously melted at 1,080kcal/kg. The fine cullet was possible to pre-heat without sticking each other to 398C by a newly developed indirect heating rotary kiln./ (3) High Speed Mixing Technology of Melts of Raw Materials and Cullet./ 1) The screw type stirrer was selected from physical model experiments. The equivalent homogeneity to commercial container-glass was obtained after the melts consisting of cullet and raw-material were mixed with the stirrer for two hours./ 2) A quality evaluation method for the glasses containing bubbles and cords has been developed. The computer aided picture analysis of visible light and schrielen pictures was employed. The standard deviation of the brightness map, the number and size distribution of cords were analyzed. Some commercial glasses were evaluated to make the quality scale.
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