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BREVET D'INVENTION FOUR POUR LE TRAITEMENT DE MATIERES A POINT DE FUSION ELEVE.
La présente invention se rapporte à des fours à résistance électrique destinés au traitement de matières à. p,oint de fusion,, élevé tel le verre, en particulier de verres à point de fusion élevé, notamment en vue de la fabrication de fibres ou fils de verre.
Il a déjà été proposé d'utiliser pour la fabrication de fibres ou fils de verre des fours dont le creuset .est pourvu d' un. revêtement métallique, ci-après dénommé récipient pu filière, établi en métaux résistant aux hautes températures, par exemple en platine ou alliage de platine et qui sont chauffés par passage du courant électrique à,, travers les parois de ce récipient ou filière.
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On paît que pour travailler convenablement un verre quelconque en vue de la fabrication de fibres de verre, il faut atteindre un état très fluide du verre. On ne peut l'obtenir qu' en élevant la température du verre jusqu'à un point situé bien au-dessus de sa température de ramollissement- Des verres du groupe du borosilioate possèdent des températures de ramollissement allant de 750 0 à 930 0 et exigent une température de travail allant de 1000 C à 1300 C.
Bien que ces températures de travail soient inférieures à la température de fusion du platine, qui est de 1755 C, et à celle d'un alliage à 90% de platine et 10% de rhodium, qui est de 1800 C, il est difficile dans certains cas d'atteindre,avec des récipients établis à l'aide de ces matières, les dites températures à l'endroit des orifices d'écoulement du récipient.
En effet,ces orifices sont situés en général dans une partie du récipient ou filière qui est nécessairement exposée à l'atmosphère et dans le cas de la fabrication de fibres de verre par étirage des filets de verre au moyen de jets gazeux provenant d'un souffleur, de grands volumes d'air se trouvent continuellement entraînés devant les orifices d'écoulement du récipient ou filière, en raison de l'action du souffleur situé au voisinage de ces orifices.
Si dans ce cas le récipient entier est chauffé à une température suffisamment élevée pour vaincre l'effet de refroidissement de l'atmosphère et pour maintenir la température de travail désirée à l'endroit des orifices d'écoulement, les parties du récipient qui sont entourées de matière calorifuge risquent d'approoher et éventuellement de dépasser les pointe de fusion des métaux ou alliages dont on dispose pour leur fabrioation.
On peut donc rencontrer de grandes difficultés à maintenir une température suffisamment élevée dans la région des orifices d'écoulement du récipient ou filière pour obtenir un écoulement libre et satisfaisant de verres à point de fusion élevé.
En outre,et en particulier lorsque la fusion est réalisée dans le récipient, il peut y avoir des difficultés à y maintenir
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les températures élevées qui sont nécessaires lorsque la surface supérieure du verre est exposée à l'atmosphère, car il risque de se produire une dévitrification du verre. Oette matière dévitrifiée est difficile à refondre et à raffiner; elle peut provoquer l'ob- struction des orifices d'écoulement et en général gênera la production.
La présente invention a pour objet un four à revêtement métal- lique, et en particulier un récipient ou filière, chauffé éleotriquement, qui ,permet de réaliser des conditions de travail très satisfaisantes en évitant les Inconvénients mentionnés ci-dessus.
A oet effet l'invention consiste, principalement.* à donner à différentes parties du récipient des conductibilités électriques en relation aveo les températures à réaliser dans ces parties en tenant compte des influences thermiques auxquelles elles sont soumises de la part des milieux environnants, telles l'enveloppe calorifuge et l'atmosphère précitées; en particulier elle consiste à donner à la partie inférieure du récipients qui comporte les orifices d'écoulement de la matière fondue, une conductibilité électrique plus élevée qu'aux autres parties de ce récipient.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, la partie du récipient comportant les orifioes d'écoulement est constituée par une matière de moindre résistance électrique que la matière constituant ses autres parties; suivant un autre mode de réalisation cette partie présente une épaisseur de paroi plue grande que les autres parties du récipient.
L'un ou l'autre de ces modes de réalisation, ou une association des deux, permet d'obtenir un chauffage plus intense dans et au voisinage de la partie du récipient exposée à l'atmosphère qui correspond aux orifices d'écoulement*
Une autre caractéristique de l'invention porte sur l'utilisa- tion, en association avec la partie supérieure du récipients d'un couvercle pourvu d'un revêtement intérieur destiné à empêcher l'échappement de chaleur à partir de l'intérieur du dit récipient*
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plus
L'invention est décrite ci-après de façon/détaillée en ré- férence au dessin ci-joint, sur lequel!
La fig.l est une vue en coupe verticale par l'axe du four;
La fig.2 est une vue en élévation de côté du revêtement métallique du creuset du four, ou récipient;
La fig.3 est une vue de détail en coupe, à échelle agrandie, de la partie inférieure du récipient comportant les orifices d'éooulement.
Le four représenté sur la fig.1 comporte une partie supé- rieure 11 et une partie inférieure 12, formées de matière calori- fuge réfractaire, par exemple des briques calorifuges poreuses.
Oes corps réfractaires sont supportés dans un châssis 13 au moyen de tiges 14 suspendues à un support (non représenté). La pièce réfractaire inférieure 12 présente une forme telle qu'elle peut recevoir un revêtement métallique ou récipient 16, de forme géné- rale en coin, avec des parois latérales inclinées 16 et des parois d'extrémité verticales 17. Un rebord 18 s'étend à partir du bord supérieur de ce revêtement et porte sur le réfractaire 12 sur une courte distance. Les parois latérales 16 convergent de façon à former une partie étroite 19, constituant la filière proprement dite, qui comporte les orifices d'écoulement établis sous forme d'ajutages 20, par lesquels peut s'éoouler le verre ou autre matière fondue.
Des oreilles 21 sont formées d'une seule pièce avec les parois d'extrémité 17, au voisinage de ces orifices ' d'écoulement et servent de bornes pour y attacher des conducteurs électriques par lesquels le potentiel désiré peut être appliqué sur le récipient.
Comme la partie inférieure 19 du récipient qui comporte les orifices d'écoulement 20 doit nécessairement s'étendre au-delà de la matière calorifuge qui entoure ce récipient, dans l'atmos- phère où elle sera soumise à un refroidissement plus fort que le reste du récipient, cette partie inférieure 19 est constituée de manière à engendrer plus de chaleur que les parties ou parois
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adjacentes. De cette façon,les pertes de chaleur par rayonnement et par conduction dans l'atmosphère sont compensées, pendant que le verre fondu est maintenu à ou au voisinage de la température à laquelle il a été chauffé à un niveau plus élevé dans la partie oalorifugée du récipient.
Oe but peut être atteint soit en formant la partie inférieure 19 en un métal possédant une conductibilité électrique plus grande que le corps du récipient, soit en lui donnant des parois plus épaisses qu'au reste du récipient. L'un ou l'autre de ces moyens peut être utilisé indépendamment de l'autre, ou bien ils peuvent être combinés, comme représenté sur la fig.3, pour produire un effet encore plus prononcé. En tout cas, le moyen adopté a pour résultat de produire le passage d'un courant plus intense à travers cette partie 19 qu'à. travers les parties ou parois adjacentes du récipient, en engendrant ainsi plus de chaleur par unité de surface.
Ceci compense non seulement le refroidissement de la partie 19 et des orifices d'écoulement par l'atmosphère et assure une température constante du verre fondu, mais la température du verre peut même être accrue pendant son passage à travers les orifices d'écoulement.
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, les parois et les rebords du récipient sont formés de tôles d'un alliage à 90% de platine et de 10% de rhodium, d'une épaisseur de 1 mm. Oette matière possède une résistance de 110 ohms environ par 0,3 mm. à 20 C. La partie inférieure 19 du récipient est faite en platine pur et possède une épaisseur de 1,5 à 4 fois celle des parois auxquelles elle est soudée. Le platine pur possède une résistance d'environ 60 ohms par 0,3 mm. à 20 C. De forts raccorda en platine 22, entre les oreilles 21 et les extrémités de la @ partie inférieure 19, assurent une connexion à faible résistance entre cette partie 19 et la source d'énergie électrique.
On obtient ainsi un dispositif électriquement conducteur, dans lequel le trajet de moindre résistance passe par la partie exposée au plue grand effet de refroidissement. Comme le courant électrique, passant à travers un corps, est distribué dans un rapport inverse- ment proportionnel à la résistance des diverses parties du corps
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la concentration du courant et la. chaleur résultante sont plus importantes dans la partie du récipient correspondant aux orifices d'écoulement 20. Bien que le platine et l'alliage platiné-rhodium soient préférables pour un récipient ou filière de ce genre, il est évident qu'on peut utiliser de nombreux autres métaux et alliages suivant les conditions de travail rencontrées.
Bien que la concentration de courant dans la partie inférieure 19 du récipient compense effectivement les pertes de chaleur en cet endroit, il est très avantageux de prévoir un dispositif pour réduire, sinon supprimer entièrement, les pertes de chaleur à partir de la surface supérieure de la matière contenue dans le récipient.
Il est spécialement avantageux à cet effet de munir le four à résistance suivant l'invention d'un couvercle de construction spéciale. Comme représenté sur la fig.l, le corps réfractaire supérieur 11 constitue un couvercle pour la chambre de fusion du récipient 16 du corps réfractaire inférieur 12. Ce corps supérieur 11 est creusé de façon à présenter un évidement semi-cylindrique en regard de la partie supérieure de la dite chambre de fusion. Pour accroître l'efficacité du dispositif, cet évidement est muni d'un revêtement consistant en une mince feuille 23 d'alliage de platine ou d'un métal analo gue, qui restera bien poli à des températures élevées. Un canal 24, passant à travers le corps réfractaire 11, sert à l'introduction de la matière à fondre et comporte également un revêtement de métal.
Un couvercle calorifuge de ce genre sert à conserver la chaleur à l'intérieur du récipient et, en revêtant les évidements du corps 11 avec un métal qui reste brillant aux températures de travail, la chaleur de rayonnement , qui s'échapperait normalement, est réflé- ohie et renvoyée dans la matière fondue et aide à maintenir celleci à la température désirée. Oe revêtement métallique de l'ouverture de chargement empêche également la souillure du verre par des débris de matière réfractaire pendant le chargement.
Il est important que la corps formant couvercle soit supporté de manière à empêcher
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un contact entre le revêtement 23 et le récipient 15, car, à moins que ce revêtement soit spécialement prévu à cet effet, ce contact gênerait la répartition du courant et nuirait aux oarac- téristiques de fonctionnement du récipient. Bien qu'un revêtement approprié quelconque contribue à l'efficacité du dispositif, il a été constaté qu'un revêtement de forme semi-cylindrique.concentre de la façon la plus satisfaisante la chaleur de rayonnement réfléchie dans la couche supérieure du verre, où elle est le plus nécessaire.
Bien qu'il ait été décrit une forme de réalisation préférée de l'invention, il est bien entendu qu'on peut, sans s'écarter du principe de l'invention, apporter de nombreuses modifications à cet exemple de réalisation.
REVENDICATIONS
1.- Un four électrique pour le traitement, telle la, fusion, de matières à point de fusion élevé. plus particulièrement de verres, notamment à point de fusion élevé, ce four comprenant un récipient pour la matière fondue, dont les parois sont faites en un métal électriquement conducteur de manière à constituer un élément de résistance, caractérisé en ce que les différentes parties du récipient reçoivent des conductibilités électriques en relation avec les températures à réaliser dans ces parties en tenant compte des Influences thermiques auxquelles elles sont soumises de la part des milieux environnants, telles l'enveloppe calorifuge et l'atmosphère qui,, respectivement, entoure et baigne ces parties.
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OVEN PATENT FOR THE TREATMENT OF MATERIALS WITH A HIGH MELTING POINT.
The present invention relates to electric resistance furnaces for the treatment of materials. p, high melting point ,, such as glass, in particular high melting point glasses, especially for the manufacture of glass fibers or son.
It has already been proposed to use, for the manufacture of glass fibers or son, furnaces the crucible of which is provided with one. metal coating, hereinafter referred to as container or die, made of metals resistant to high temperatures, for example platinum or platinum alloy and which are heated by passing electric current through ,, through the walls of this container or die.
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It is believed that in order to properly work any glass for the manufacture of glass fibers, it is necessary to achieve a very fluid state of the glass. This can only be achieved by raising the temperature of the glass to a point well above its softening temperature. Glasses of the borosilioate group have softening temperatures ranging from 750 0 to 930 0 and require a working temperature ranging from 1000 C to 1300 C.
Although these working temperatures are lower than the melting temperature of platinum, which is 1755 C, and that of an alloy of 90% platinum and 10% rhodium, which is 1800 C, it is difficult in certain cases of reaching, with containers made using these materials, the said temperatures at the location of the outlets of the container.
In fact, these orifices are generally located in a part of the container or die which is necessarily exposed to the atmosphere and in the case of the manufacture of glass fibers by drawing the glass strands by means of gas jets coming from a blower, large volumes of air are continuously entrained in front of the flow openings of the container or die, due to the action of the blower located in the vicinity of these orifices.
If in this case the entire vessel is heated to a temperature high enough to overcome the cooling effect of the atmosphere and to maintain the desired working temperature at the location of the outlets, the parts of the vessel which are surrounded of heat-insulating material may approach and possibly exceed the melting points of the metals or alloys available for their fabrication.
Great difficulties may therefore be encountered in maintaining a sufficiently high temperature in the region of the flow openings of the container or die to obtain a free and satisfactory flow of high melting point glasses.
In addition, and in particular when the melting is carried out in the container, there may be difficulties in maintaining there
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the high temperatures which are necessary when the upper surface of the glass is exposed to the atmosphere, as there is a risk that devitrification of the glass will occur. This devitrified material is difficult to remelt and refine; it can cause obstruction of the flow holes and will generally interfere with production.
The subject of the present invention is a metal-coated furnace, and in particular a container or die, electrically heated, which allows very satisfactory working conditions to be achieved while avoiding the drawbacks mentioned above.
To this effect the invention consists, mainly. * In giving different parts of the container electrical conductivities in relation to the temperatures to be achieved in these parts, taking into account the thermal influences to which they are subjected from the surrounding environments, such as the aforementioned heat-insulating envelope and atmosphere; in particular, it consists in giving the lower part of the receptacle, which comprises the outlets for the flow of the molten material, a higher electrical conductivity than the other parts of this receptacle.
According to one embodiment of the invention, the part of the container comprising the flow orifioes consists of a material of lower electrical resistance than the material constituting its other parts; according to another embodiment, this part has a greater wall thickness than the other parts of the container.
Either of these embodiments, or a combination of the two, results in more intense heating in and around the part of the container exposed to the atmosphere that corresponds to the outlets *
Another feature of the invention relates to the use, in conjunction with the upper part of the receptacle, of a cover provided with an interior lining for preventing the escape of heat from the interior of said receptacle. *
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more
The invention is described in detail below with reference to the accompanying drawing, in which!
Fig.l is a vertical sectional view through the axis of the furnace;
Fig.2 is a side elevational view of the metal lining of the furnace crucible, or vessel;
FIG. 3 is a detailed sectional view, on an enlarged scale, of the lower part of the container comprising the discharge openings.
The furnace shown in FIG. 1 comprises an upper part 11 and a lower part 12, formed of refractory heat-insulating material, for example porous heat-insulating bricks.
These refractory bodies are supported in a frame 13 by means of rods 14 suspended from a support (not shown). The lower refractory piece 12 has a shape such that it can receive a metallic liner or container 16, generally wedge-shaped, with inclined side walls 16 and vertical end walls 17. A rim 18 extends. from the top edge of this liner and bears over the refractory 12 for a short distance. The side walls 16 converge so as to form a narrow part 19, constituting the die itself, which comprises the flow orifices established in the form of nozzles 20, through which the glass or other molten material can flow.
Lugs 21 are integrally formed with end walls 17 in the vicinity of these flow openings and serve as terminals for attaching electrical conductors through which the desired potential can be applied to the container.
As the lower part 19 of the container which has the outlets 20 must necessarily extend beyond the heat-insulating material which surrounds this container, into the atmosphere where it will be subjected to a stronger cooling than the rest of the container, this lower part 19 is formed so as to generate more heat than the parts or walls
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adjacent. In this way, heat losses by radiation and conduction in the atmosphere are compensated for, while the molten glass is maintained at or near the temperature to which it was heated at a higher level in the insulated part of the glass. container.
This object can be achieved either by forming the lower part 19 of a metal having greater electrical conductivity than the body of the container, or by giving it thicker walls than the rest of the container. Either of these means can be used independently of the other, or they can be combined, as shown in Fig. 3, to produce an even more pronounced effect. In any case, the means adopted results in producing the passage of a more intense current through this part 19 than. through adjacent parts or walls of the container, thereby generating more heat per unit area.
This not only compensates for cooling of part 19 and the flow ports by the atmosphere and ensures a constant temperature of the molten glass, but the temperature of the glass can even be increased as it passes through the flow ports.
In the preferred embodiment of the invention, the walls and rims of the container are formed from sheets of an alloy of 90% platinum and 10% rhodium, with a thickness of 1 mm. This material has a resistance of about 110 ohms by 0.3 mm. at 20 C. The lower part 19 of the container is made of pure platinum and has a thickness of 1.5 to 4 times that of the walls to which it is welded. Pure platinum has a resistance of about 60 ohms per 0.3mm. at 20 C. Strong platinum connections 22, between the ears 21 and the ends of the lower part 19, provide a low resistance connection between this part 19 and the source of electrical energy.
An electrically conductive device is thus obtained, in which the path of least resistance passes through the part exposed to the greatest cooling effect. As the electric current, passing through a body, is distributed in an inversely proportional relation to the resistance of the various parts of the body
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the concentration of the current and the. The resulting heat is greater in the part of the container corresponding to the outlets 20. Although platinum and the platinum-rhodium alloy are preferable for such a container or die, it is obvious that many can be used. other metals and alloys depending on the working conditions encountered.
Although the concentration of current in the lower part 19 of the vessel does compensate for the heat loss there, it is very advantageous to provide a device for reducing, if not entirely eliminating, the heat loss from the upper surface of the vessel. material contained in the container.
It is especially advantageous for this purpose to provide the resistance furnace according to the invention with a specially constructed cover. As shown in fig.l, the upper refractory body 11 constitutes a cover for the melting chamber of the receptacle 16 of the lower refractory body 12. This upper body 11 is hollowed out so as to have a semi-cylindrical recess facing the part. upper part of said fusion chamber. To increase the efficiency of the device, this recess is provided with a coating consisting of a thin sheet 23 of platinum alloy or an analogous metal, which will remain well polished at high temperatures. A channel 24, passing through the refractory body 11, serves for the introduction of the material to be melted and also has a metal coating.
Such a heat-insulating cover serves to retain heat inside the vessel and, by coating the body recesses 11 with a metal which remains shiny at working temperatures, the radiant heat, which would normally escape, is reflected. - ohie and returned to the molten material and help maintain it at the desired temperature. The metal coating of the loading opening also prevents soiling of the glass by refractory debris during loading.
It is important that the cover body is supported so as to prevent
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contact between the coating 23 and the container 15, since, unless this coating is specially provided for this purpose, this contact would interfere with the distribution of the current and adversely affect the operating characteristics of the container. Although any suitable coating contributes to the effectiveness of the device, it has been found that a semi-cylindrical shaped coating most satisfactorily concentrates the reflected radiant heat in the top layer of the glass, where it is most satisfactorily concentrated. is most needed.
Although a preferred embodiment of the invention has been described, it is of course possible, without departing from the principle of the invention, to make numerous modifications to this exemplary embodiment.
CLAIMS
1.- An electric furnace for the treatment, such as melting, of materials with a high melting point. more particularly of glasses, in particular of high melting point, this furnace comprising a receptacle for the molten material, the walls of which are made of an electrically conductive metal so as to constitute a resistance element, characterized in that the different parts of the receptacle receive electrical conductivities in relation to the temperatures to be achieved in these parts, taking into account the thermal influences to which they are subjected from the surrounding environments, such as the heat-insulating envelope and the atmosphere which, respectively, surrounds and bathes these parts .
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