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PERFECTIONNEMENT DANS LA FABRICATION ET LE TRAITEMENT AU FOUR
ELECTRIQUE DE PRODUITS TELS QUE LE VERRE.
Comme on le sait, la fabrication du verre ou produits analogues comporte généralement une succession d'opérations thermi- ques telles que la fusion, l'affinage et la mise à température de travail, qui se distinguent, notamment, les unes des autres par les températures qu'elles nécessitent.
Dans les procédés dits continus on réalise ces différentes opérations dans les zones successives d'un même bassin, l'introduc- tion des matières brutes et le prélèvement du verre ayant lieu d'une manière pratiquement continue respectivement à chacune des deux extrémités du four. Dans un tel four le niveau du verre est constant et en chaque point le régime de température ne subit en principe aucune variation.
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Dans le cas des procédés discontinus, on soumet au contraire la totalité du contenu du récipient à la môme opération thermique et l'on attend, avant d'utiliser le verre, d'avoir amené tout le contenu du récipient à l'état final désiré. Les différentes opé- rations s'échelonnent donc, dans ce cas, dans le temps, la matière à traiter étant chargée, fondue et affinée, par exemple pendant la nuit, tandis que le verre est extrait pendant la journée. Dans un tel mode de fabrication le niveau du verre est essentiellement variable et la température de la masse de verre dans son ensemble subit dans le temps des variations systématiques correspondant aux opérations à réaliser.
La présente invention se rapporte à ce mode de fabrication en discontinu et à la réalisation du chauffage au moyen d'un courant électrique amené par des électrodes en contact avec le verre et traversant ce dernier, qui est ainsi utilisé comme résis- tance. au moyen
L'invention consiste à chauffer le verre essentiellement/de deux ou plus de deux électrodes dont l'étendue qui est destinée à être en contact avec le verre est sensiblement invariable quelle que soit la hauteur du bain dans le récipient ou four.
L'invention consiste également dans un foyer ou récipient comportant deux ou plus de deux électrodes dont la partie qui est destinée à venir en contact avec le bain de verre se trouve localisée dans la partie inférieure du four ou récipient.
Il en résulte qu'au début de l'opération de fusion, lorsqu' une nouvelle quantité de matières premières est introduite dans le four ou récipient, la masse de verre fondu restant de l'opéra- tion précédente agit comme un élément chauffant de résistance sensiblement uniforme d'une extrémité à l'autre du four ou réci- pient, sans que la zone qui avoisine les électrodes joue un rôle spécialement prédominant.
De ce fait au début du cycle de fusion, la fusion se produit de façon sensiblement uniforme sur toute la surface du bain de verre, circonstance particulièrement favora- ble pour obtenir une fusion rapide des matières à fondre dans le
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cas où la couche de verre sur.laquelle reposent les matières à fondre à une faible épaisseur, et où par suite il est difficile d'avoir dans cette couche des courants de convexion capables d'uniformiser horizontalement la température du bain.
En outre, lorsque le niveau du verre s'élève dans le four ou récipient par suite du chargement et de la fusion, la surface de contact des électrodes avec le verre ne subit aucune varia- tion alors que, dans la partie du bain située entre les électro- des, la section offerte par le bain au passage du courant va elle- même en croissant. Cette augmentation de section a pour résultat, si la tension d'alimentation reste constante, une augmentation correspondante d'intensité.
Comme la surface de contact entre les électrodes et le bain ne varie pas, alors qu'au contraire dans la partie du bain située entre les électrodes l'augmentation d'intensité est accompagnée par une augmentation de section offer- te au passage du courant, il en résulte également que le rapport entre la puissance dissipée au voisinage des électrodes et la puissance dissipée entre les électrodes augmente; autrement dit le rapport entre la puissance dissipée au voisinage des électro- des et la puissance totale dissipée dans le four augmente.
Par conséquent, au fur et à mesure que le niveau du verre s'élève, la température du verre dans les zones du bain qui entourent les électrodes augmente rapidement, alors que dans les parties du bain comprises entre ces zones elle augmente moins vite ou même diminue dans certains cas. Cette augmentation de température dans des zones bien déterminées et la localisation de cet accroissement de température dans ces zones atteindront leur maximum au moment où le verre atteindra son niveau le plus élevé, c'est-à-dire au moment où la, fusion étant terminée, il y a lieu de passer à l'affinage.
L'affinage du verre, qui est l'opération essentielle dans la formation du verre, s'effectue donc dans des conditions particulièrement favorables tant au point de vue de la qualité du verre qu'au point de vue économique; cette économie résulte du fait que le verre n'est élevé à la haute température nécessaire pour son affinage que dans des zones
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de volume faible par rapport à la masse totale du verre. En outre comme ces zones sont placées dans le fond du four, elles favori- sent la formation de courants de oonvection qui sont aptes à amener l'ensemble de la masse de verre dans les zones chaudes et à les faire passer par la température très élevée qui y règne.
De plus le verre peut être chauffé dans les zones entourant les élec- trodes à une température plus élevée que celle employée usuelle- ment pour l'affinage et ainsi le temps nécessaire à l'affinage peut être réduit.
Ces avantages, ainsi que d'autres, apparaitront plus claire- ment dans la description qui suit qui est relative à des exemples de réalisation de fours suivant l'invention.
La fig.1 est une vue en coupe d'un four conforme à l'invention représenté après que le verre fabriqué a été prélevé et que l'on a déposé dans le four la première charge de la nouvelle fusion;
La fig.2 représente le même four à un autre moment du cycle des opérations par exemple à la fin de la fusion;
Les figs. 3 et 4 sont des vues en coupe verticale et horizon- tale relatives à une autre forme d'exécution;
Les figs.6 et 6 représentent des vues en coupe horizontale et transversale d'une autre forme d'exécution.
Dans les figs. 1 et 2, 1 représente le récipient, 2 les élec- trodes qui, conformément à l'invention, ont leur surface 3, des- tinée à venir en contact avec le verre, localisée à la partie inférieure du récipient, notamment disposée au-dessous d'un plan horizontal 4 situé à une distance relativement faible au-dessus du fond du récipient.
La fig.l représente le récipient avant le début d'une nouvel- le opération de fusion. On laisse intentionnellement dans le récipient, a.près la coulée précédente, une quantité de verre suf- fisante pour constituer entre les électrodes une masse conductri- ce 6 apte à s'échauffer par le passage du courant. C'est sur cette masse conductrice que l'on dépose la première motte 6 des matériaux à fondre dans la nouvelle opération de fusion. Cette couche de verre initialement laissée dans le fond du récipient
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peut être de hauteur relativement faible puisque les électrodes ne dépassent pas le niveau 4 qui est proche du fond du récipient.
Dans la fig.l on a représenté en 5 une couche de verre initiale qui remplit cette dernière condition. Dans le cas où il s'agit de matières non encore vitrifiées, ces matières premières 6 flot- tent à la surface de la couche de verre 5 comme le représente le dessin. Le chauffage de ces matières est obtenu par leur contact avec la couche de verre fondu 5 chauffé par le passage du courant électrique.
On doit noter que la surface d'amenée de courant dans la cou- che 5 a déjà,dès le début de la fusion, la valeur totale prévue pour l'alimentation en courant du récipient dans toutes les phases du travail. Cette surface est donc de toute façon suffisante, voire importante, et permet l'introduction d'un courant d'intensité élevée. D'autre part en raison de la faible hauteur du bain de verre, la section de passage du courant électrique entre les élec- trodes a une valeur minimum qui est du même ordre de grandeur que la surface de contact des électrodes avec le verre. Il en résulte que, dans ces conditions, le système résistant constitué par les électrodes et leur surface de contact avec le bain, ainsi que par 1'ensemble du bain de verre,se comporte comme un élément chauf- fant sensiblement homogène.
La température atteinte par la coucha 6 peut ainsi avoir une valeur élevée sensiblement uniforme dans tout l'ensemble de la couche. Cette circonstance est particulière- ment favorable à la fusion régulière de la motte car du fait de la faible hauteur de la couche, on peut difficilement compter sur l'établissement de courants de verre horizontaux pour uniformiser l'action du chauffage de la couche 5 sur la motte, d'autant plus que, au commencement du cycle, c'eat-à-dire au début de l'opéra- tion de fusion, le verre qui a été conservé de l'opération précé- dente et qui est encore à la température d'utilisation,ou inférieu. re, n'est pas très chaud et par suite n'a pas la fluidité favora- ble à l'établissement des dits courants.
La fig.2 représente le four à la fin de la fusion de l'en- semble des mottes qui ont été successivement déposées à la surface
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du bain. Comme on le voit le niveau du verre est venu en 7. La section offerte par le verre au passage du courant étant devenue beaucoup plus grande qu'au début de l'opération de fusion (fig.l), la résistance de l'ensemble du four a diminué et, si la tension d'alimentation est restée constante, l'intensité absorbée par le four est devenue plus grande. Mais la surface de contact 3 des électrodes et du verre n'ayant pas varié, cette augmentation de niveau se traduit par une augmentation relative de la résistance électrique des zones de verre qui entourent les électrodes par rap- port à la résistance de l'ensemble de la masse.
La puissance dis- sipée au voisinage des électrodes se trouve donc augmentée en valeur absolue par suite de l'augmentation de l'intensité et en plus en valeur relative par suite de la variation relative de la résistance du bain indiquée plus haut.
Il résulte de ceci qu'il se crée dans la masse de verre des zones de température très élevée, et limitées à certaines par- ties du bain qui sont les parties avoisinant les électrodes et figurées en 8 sur la fig.2. Ces zones à température très élevée sont très favorables à l'obtention d'un bon affinage.
De plus les courants de convection qui, dans ce cas, sont nécessaires pour faire bénéficier l'ensemble de la masse du verre du degré de température très élevé procuré par les zones voisines des électrodes, sont facilités par le fait qu'il existe une notable hauteur de verre au-dessus de ces zones chaudes 8.
On peut agir sur la direction des courants de convection, provenant des zones chaudes créées à la partie inférieure du bain, en disposant dans d'autres parties du bain, aux emplacements con- venables, des électrodes qui créent des zones chaudes dans leur voisinage.
On peut noter que la température engendrée dans les zones avoisinant les électrodes peut être réglée à l'avance, pour une tension d'alimentation donnée, par la valeur de la surface de contact des électrodes avec le bain.
Pour faciliter encore l'affinage, des électrodes auxiliaires,
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à faible surface de contact avec le verre, donc engendrant des zones chaudes, peuvent être placées près de la surface du bain.
Les figs. 3 et 4 sont relatives à un mode de réalisation de l'invention suivant lequel, en vue de favoriser les mouvements du verre, et en particulier son passage dans les zones voisines des électrodes, ces dernières'sont écartées à la fois du fond du four 1 et des parois latérales. De cette façon on évite que le verre qui est au voisinage des parois du four ne se trouve au-dessus des zones chaudes 8 engendrées par les électrodes, de sorte que ce verre qui naturellement tend à se refroidir par suite du voisinage des parois n'est pas sollicité par le mouvement ascendant du verre chaud et correspondante peut descendre jusqu'au dessous de l'électrode/et se réchauffer au -ci .
'contact de celle#. Les courants ascendants de verre chaud et descen- dants de verre froid ne se contrarient donc pas et l'on obtient une circulation particulièrement active qui est favorable non seulement aux échanges de chaleur mais également au brassage mécanique de la masse du verre et par suite à son homogénéisation.
On obtient également ce résultat que le courant de verre chaud provenant des zones entourant les électrodes n'étant pas refroidi par-le voisinage des parois peut parvenir à la surface du bain avec pratiquement toute la chaleur acquise lors de son passage au travers de ces zones, ce qui est favorable â l'affinage car le départ des bulles à la surface du bain est alors particulièrement facilité.
Dans la fig.3 on a représenté en 9 le niveau de verre, corres- pondant par exemple à la fin de la fusion ou aux opérations d'affina, ge, en 2 les électrodes, en 10 la sole du four, en 11 les parois latérales. Comme représenté, chaque électrode, tout en étant dispo- sée dans la partie inférieure du four est, conformément à l'inven- tion, située à une certaine distance de la sole 10 et de la paroi latérale 11. La voûte du four est représentée en 12 et on a représenté par 13 une ouverture par laquelle on peut introduire les matières à traiter ou extraire le verre terminé. Dans la forme d'exécution représentée, les électrodes 2 sont dans le même plan horizontal et s'étendent sur toute la largeur du four.
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En outre les électrodes sont placées aux deux extrémités du four de manière à obtenir une action de chauffage direct qui s'étende à la plus grande partie de ce four.
Bien entendu d'autres électrodes peuvent être prévues entre les deux électrodes 2. Le cas de plusieurs électrodes peut être envisagé pour l'alimentation en courants polyphasés et pour l'alimentation en courants triphasés*
Il a été reconnu qu'une valeur convenable pour l'intervalle entre l'électrode et la paroi de la cuve tant latéralement qu'au- dessous de l'électrode pouvait être de 15 centimètres environ.
Les figs. 5 et 6 concernent une forme d'exécution de l'inven- tion pour le cas des courants triphasés. Le four présente en plan une forme hexagonale. Il comporte trois électrodes 2 disposées suivant trois des côtés non consécutifs de cet hexagone. Les parois 14 qui sont parallèles aux électrodes se trouvent à une certaine distance des électrodes. De même le fond 15 du four est à une cer- taine distance en dessous des électrodes 2. On obtient en ce qui concerne les courants de convection les mêmes résultats que ceux qui ont été indiqués au sujet de la disposition représentée figu- res 3 et 4.
Un des avantages de la disposition représentée dans les figu- res 5 et 6 est que les parois 16 du four entre les électrodes sont des surfaces planes. L'absence de toute saillie ou partie rentrante est favorable à la conservation des parois qui,comme c' est le cas,sont en contact avec les parties du bain parcourues par le courant électrique.
Il doit être entendu que la présente invention est applicable aussi bien à des récipients en forme de cuve et qui peuvent avoir de grandes dimensions tels que ceux appelés communément "bassin journalier" ou "day-tank", qu'à des récipients plus petits en forme de pots.
L'invention peut être également appliquée au chauffage du verre dans des pots contenus dans un four à pots. Par exemple le four peut être maintenu à une température nécessaire pour la fusion
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des matières premières, mais trop basse pour l'affinage du verre, cette haute température nécessaire pour l'affinage étant seulement engendrée à l'intérieur des pots eux-mêmes par des électrodes disposées conformément à l'invention.
Dans tous les cas on peut être amené, pour l'utilisation du verre terminé, à déplacer le récipient et à l'incliner en vue de déverser le verre dans les appareils d'utilisation ou façonna- ge du verre. Pour ce genre d'utilisation il est prévu que les électrodes peuvent être séparées des conducteurs d'amenée de courant au four.
L'alimentation des électrodes peut être faite au moyen d'amenées de courant métalliques qui pénètrent dans le bain par sa surface supérieure et sont bien entendu isolées du bain dans leur trajet entre la surface et les électrodes. Ces amenées de courant sont @ de préférence refroidies par circulation d'eau de façon à éviter,une corrosion trop rapide-de l'isolant.
Ces électrodes peuvent être en graphite puisque, au cours des diverses opérations elles peuvent être maintenues constamment recouvertes par la matière fondue, c'est-à-dire être mises à l'abri de l'air. Ces électrodes, introduites dans des ouvertures pratiquées dans les parois latérales du four, peuvent être en une seule pièce et s'étendre pratiquement d'un bord à l'autre du four.
Au lieu de cette disposition,chaque électrode peut être constituée par deux éléments situés dans le prolongement l'un de l'autre et introduits par des ouvertures se faisant vis à vis de façon à se rencontrer ou presque se rencontrer à l'intérieur du four. Dans un cas comme dans l'autre ces dispositions permettent d'obtenir un chauffage uniforme sur toute la largeur du four.
Dans ce qui précède on a considéré que les électrodes étaient alimentées sous potentiel constant; dans ce cas le réglage, en fonctionnement, du chauffage du verre compris entre les électrodes peut être obtenu, pour une hauteur déterminée du niveau de verre dans le four, par variation de distance entre électrodes. Dans le cas où on dispose d'une source à potentiel variable, ce réglage
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peut être obtenu par simple variation de la tension d'alimentation des électrodes.
Il a été reconnu que la résistance entre électrodes dépendait dans une large mesure de la surface de contact des électrodes avec le verre. En conséquence, lorsqu'il est fait usage de courants polyphasés l'équilibrage des phases peut être obtenu en donnant des valeurs convenables aux surfaces des différentes électrodes.
REVENDICATIONS
EMI10.1
( 1.- Procédé pour la fabrication et le traitement du verre et (matières analogues dans lequel on effectue successivement dans le (temps les différentes opérations thermiques nécessaires à cette (fabrication ou traitement de telle sorte qu'à un même instant tout (le contenu du récipient dans lequel sont placées ces matières soit (soumis à la même opération thermique, et dans lequel le chauffage (des matières est effectué au moyen d'un courant électrique traver- (sant cette matière à la manière d'une résistance, ce procédé oon- (sistant à réaliser ce chauffage essentiellement au moyen d'électro- (des dont la surface de contact avec le bain est sensiblement inva- ( (riable, quelle que soit la hauteur du bain dans le récipient ou ( (four.
(( ( 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le ( fait que l'on dispose les électrodes en des emplacements surmontés ( par des zones du bain non directement soumises à l'influence re- rlc;:;UÎ>'l ( ( froidissante des parois du four ou récipient.
( 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par une ( disposition isolée des électrodes dans le bain de verre, de manière que ce dernier entoure les dites électrodes sur tout leur pourtour.
4.- Four ou récipient pour la fabrication et le traitement du (verre et matières analogues, dans lequel on effectue successive- ment dans le temps les différentes opérations thermiques nécessai- (res à cette fabrication ou traitement de telle sorte qu'à un môme (instant tout le contenu du récipient dans lequel sont placées ces (matières soit soumis à la même opération thermique, et dans lequel (le chauffage des matières est effectué au moyen d'un courant