ガラス溶融の低温省力化による清澄への影響に関する研究

• 研究課題/領域番号: 11650856
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 矢野 哲司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (90221647)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2000年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 1999年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: ガラス溶融 / ソーダ石灰ガラス / 直流通電 / 酸素気泡 / 色消し / 清澄 / 気泡

研究概要

本研究は、ガラスの製造プロセスにおいて最も多くのエネルギーを消費する「溶融」過程の温度を低下させ、省エネルギー化をはかった場合に生じる「多量の気泡の残留」という問題点を解決するために、新しい溶融技術の開発につながる基礎データを収集し、その応用性を評価することを目的として行ったものである。
実験では、工業的に広く製造・利用されているソーダ石灰ガラス(Na_2O-CaO-SiO_2系)を対象とし、このガラスを現在溶融過程で取られている1500℃よりも200℃以上低い1200〜1300℃の低温下におき、白金電極を挿入して数ボルトという低電圧を印可させた。ガラス融液中において生じる電気化学反応を観察し、生成する酸素気泡の挙動について評価した。
その結果、陽極界面において平均直径約1mmの酸素気泡が連続的に生成され、融液内を上昇するとともに、対流を生成する変化を観測した。気泡の浮上速度は1250℃で約3mm毎分、1300℃で約10mm毎分であり、上昇して表面に達した気泡は、液面において泡層を形成し、通電後は速やかに消失することがわかった。これより、通常取られている溶融清澄槽の低温領域の状態で処理を行っても、電気化学的に生成される酸素気泡が大きく、高い上昇速度を持たせることが可能であるためガラス中に残留してしまうことはなく、融液中に対流を誘起することで微小な泡の取り込みおよびその上昇の促進効果をもたらすことが予測された。0.5mm以下の径を持つ極めて微細なガラスカレットの再溶融により意識的に微細な気泡を含ませたガラス融液を生成して通電処理を施した結果、短時間に大部分の微細な気泡の消失が確認され、清澄作用を補助する技術となる可能性が極めて高いことが示された。また、含有する鉄不純物の酸化還元平衡を移行させる効果も確認され、無色ガラスのための色消し技術としての可能性も確認された。