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"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA TRANSFORMATION, PAR EFFET JOULE DANS LA MASSE,
DE MELANGES VITRIFIABLES EN VERRE AFFINE".
On connaît divers procédés pour transformer, par la seule inter- vention de l'énergie électrique, un mélange vitrifiable en verre affiné. Ces procédés comprennent deux phases : dans une première phase, le mélange vitrifiable subit une trans- formation plus ou moins avancée se traduisant par la formation d'une propor- tion plus ou moins importante de matière fondue ; dans une deuxième phase, on achève la fusion, puis on affine le verre.
Pour l'exécution de cette deuxième phase, les procédés en question utilisent le même mode de chauffage, c'est-à-dire la chaleur engendrée par des courants électriques circulant entre des électrodes immergées dans le bain de fusion.
Mais ces procédés connus se distinguent les uns des autres par le mode de chauffage mis en oeuvre dans la première phase et par le degré de fusion du mélange vitrifiable à la fin de cette première phase. Ce chauffage est obtenu dans les divers procédés : soit en exposant le mélange vitrifiable à la chaleur développée par l'arc électrique ; soit en faisant rayonner sur le mélange vitrifiable des resistors extérieurs portés à haute température ; soit en étalant le mélange vitrifiable sur la surface d'un bain de verre servant de resistor; soit en plaçant le mélange vitrifiable dans un champ électrique de haute fréquence;
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soit en faisant traverser le mélange vitrifiable, dans toutes ses parties, par le courant électrique.
Ces procédés connus présentent divers inconvénients dont les plus importants sont : le mauvais coefficient de transformation de l'énergie électrique en chaleur; le mauvais rendement du transfert de la chaleur au mélange vitrifiable; l'importante corrosion des matériaux réfractaires par le mélange vitrifiable; enfin, le collage de la masse aux matériaux d'en- ccinteo
La présente invention a pour objet un procédé qui remédie aux inconvénients ci-dessus rappelés et qui consiste essentiellement : à créer dans la zone centrale du mélange vitrifiable (par exemple par amorçage au moyen d'un arc électrique ou par tout autre moyen) une colonne de conducti- bilité électrique suffisante pour qu'il soit possible de la chauffer par effet Joule dans la masse en utilisant des courants électriques de fréquence et de tension industrielles;
à intensifier et à étendre le chauffage par effet Joule dans la matière de cette zone centrale de manière à réaliser un état de fusion très avancée dans un volume suffisamment important ; à inter- rompre le chauffage par effet Joule, à un moment où la matière en fusion est encore séparée des parois de l'enceinte de travail, et éventuellement de 1' atmosphère ambiante, par une certaine quantité de matière à l'état pulvéru- lent, grâce à quoi on écarte le risque de collage de la matière en fusion aux dites parois, la matière pulvérulente se comportant en outre comme ca- lorifuge ;
enfin, à transférer la matière ainsi fondue dans un bain de verre servant de resistor où s'achève la fusion et où s'effectue l'affinage, ce transfert étant fait de manière que la matière fondue entraîne une quantité aussi faible que possible du mélange vitrifiable peu ou pas transformé.
Le moment où l'on arrête le chauffage par effet Joule est déter- miné par les considérations suivantes : il y a intérêt, du point de vue de la meilleure utilisation de l'énergie électrique, à pousser aussi loin que possible le dit chauffage et à fondre, par conséquent, une partie aussi im- portante que possible de la masse de matières vitrifiables.
Mais il importe, pour qu'il ne se produise pas.de collage aux parois de l'enceinte, que la masse en fusion soit entourée d'une épaisseur suffisante de mélange vitrifia- ble encore à l'état pulvérulento
Le nouveau procédé offre l'avantage de limiter l'action de 1 énergie électrique au passage du courant dans la zone centrale du mélange vitrifiable ; de plus, les pertes de calories sont réduites en raison du fait que la température est moins élevée dans la zone périphérique qui joue le rôle de calorifuge.
L'invention a, en outre, pour objet des dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé susviséo
Ces dispositifs peuvent être réalisés de diverses manières : ils comportent, comme caractéristique générale, la combinaison, avec une enceinte en matériau non conducteur de l'électricité ouverte à sa partie supérieure, d'un système d'électrodes traversant sa paroi ou fixées sur cette paroi et de moyens permettant le transfert de la matière fondue dans le bain de verre où s'achève la fusion et où s'effectue l'affinage.
A titre d'illustration seulement, sans aucun caractère limitatif de la portée de l'invention, on a représenté sur le dessin schématique annexé deux modes de réalisation d'un tel dispositif :
La fig, 1 est une coupe transversale d'un mode de réalisation simple de l'appareil, celui-ci étant en fonctionnement et la figure montrant l'état du mélange vitrifiable vers la fin de l'opération, c'est-à-dire au moment où l'on va transférer la matière fondue dans le récipient {non figuré) de fin de fusion et d'affinage;
La fig. 2 est une coupe longitudinale d'un deuxième mode de réa- lisation, l'appareil étant supposé vide ;
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La fig. 3 en est une coupe transversale.
Le dispositif de la fig. 1 comprend une enceinte 1 en matériau céramique réfractaire non conducteur de l'électricité, ouverte à la partie supérieure et dans le fond de laquelle est prévue une ouverture d'écoulement normalement fermée par un bouchon 2.
Dans le mode de réalisation simple que représente la fig. l, le dispositif comporte deux électrodes en graphite 3, mobiles, dans le sens lon- gitudinal à travers la paroi de l'enceinte et servant successivement : à amorcer et à créer la colonne de conductibilité électrique suffisante; ensuite à étendre la fusion dans un volume de mélange vitrifia- ble suffisamment important.
Pour mettre en oeuvre le procédé au moyen de ce dispositif, on. opère de la façon suivante :
Après avoir mis en contact les extrémités des électrodes 3, on remplit de mélange vitrifiable l'enceinte 1. Les électrodes ayant été connec- tées à une source de courant alternatif de fréquence et de tension industriel- les,on les écarte l'une de l'autre de manière à faire jaillir un arc électri- que entre leurs extrémités en regard, puis on augmente progressivement leur écartement jusqu'à ce que l'arc s'éteigne : le courant électrique passe alors dans la faible épaisseur de mélange vitrifiable se trouvant entre les électro- des et l'échauffe.
En continuant à écarter les électrodes, on crée rapidement une colonne de mélange vitrifiable qui est le siège d'un important dégagement de chaleur par effet Joule dans la masse.
On arrête le mouvemént des électrodes lorsque leur écartement est tel qu'il permette de fondre une quantité importante de mélange vitrifiable avec des pertes minimes de chaleur, une épaisseur convenable de mélange vitri- fiable à l'état pulvérulent étant conservée entre la surface interne de l'en- ceinte et la zone fortement chauffée par effet Joule.
Dans ces conditions, la fusion par effet Joule dans la masse s' étend graduellement, vers les couches inférieures du mélange vitrifiable, par le jeu de la gravité s'exerçant sur la zone centrale comprise entre les élec- trodes.
.Lorsque la partie inférieure du volume intéressé par la fusion ar- rive à proximité du fond de l'enceinte, l'opération est terminée. La fig. 1 montre très schématiquement l'état du mélange vitrifiable au moment considéré : on voit en F la partie du mélange vitrifiable en fusion, en P le mélange vitri- fiable resté à l'état pulvérulent et, entre les deux, la croûte T de mélange plus ou moins fritté, croûte qui, au moment de la coulée de la masse fondue, maintient en place la partie pulvérulente P et s'oppose à son entraînement par la masse fondue.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, le transfert de la masse de mélange vitrifiable dans un état de fusion très avancée dans le ré- cipient de fin de fusion et d'affinage se fait de préférence par soutirage partiel, en enlevant le bouchon 2. Si l'on utilise un bouchon en graphite et si l'on ménage l'orifice d'écoulement dans une pièce en graphite rapportée sur le fond de l'enceinte, on évite le collage de la matière fondue aussi bien au moment du débouchage qu'au moment du rebouchage de l'ouverture. Dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention,il faut régler l'écartement des électrodes en fonction de leur hauteur au-dessus de l'orifice d'écoulement et du mode de développement de la masse en fusion sous l'effet perturbateur de la gravité.
L'appareil des fig.- 2 et 3 constitue un mode de réalisation plus perfectionné de l'invention se prêtant à une utilisation industrielle plus commode.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend également une
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enceinte 1 en matériau céramique réfractaire non conducteur de l'électri- cité ouverte à sa partie supérieure.
L'enceinte porte des tourillons creux 3' reposant dans des paliers 4 On peut la faire tourner de 180 et la vider de son contenu en agissant sur la poignée 5,
Dans ce mode de réalisation, l'appareil comporte des électro- des principales et des électrodes auxiliaires. Les électrodes principales 6, en graphite, sont fixées sur les parois extrêmes de l'enceinte;
ces électrodes n'occupent pas toute la surface de la section transversale, de manière à ménager un espace 7 entre leur périphérie et la surface interne de l'enceinte, grâce à quoi la zone périphérique du mélange vitrifiable ne se trouve pratiquement pas soumise à l'effet Joule,
Les deux électrodes auxiliaires, ou d'amorçage, 8, également en graphite, traversent les électrodes 6 et peuvent être déplacées suivant leur axe, en vue de leur rapprochement ou de leur éloignement (voir fig.2), à l'intérieur des tubes 9 en acier réfractaire dont les collerettes 9 sont reliées aux électrodes fixes 6;
ces tubes constituent les amenées de cou- rant à ces électrodes,
Entre les tourillons creux 3' et les tubes en acier 9 sont disposés des manchons 10 en matériau céramique isolant ou en silice vitreu- se qui isolent électriquement les tourillons des tubes précités.
Le dispositif que l'on vient de décrire est enfermé dans une chambre 11 située au-dessus du récipient d'utilisation (non figuré) du pro- duit sortant de l'enceinte. Un registre 12 ferme la dite chambre à sa partie inférieure. Un autre registre 13 est prévu à la partie supérieure du dispo- sitif. Ces registres 12 et 13 forment, avec les parois 14, une enveloppe ca- lorifuge autour de l'enceinte..
Avec le dispositif des fig. 2 et 3, on opère de la façon sui- vante :
Après avoir mis en contact les extrémités des électrodes auxi- liaires 8, on manoeuvre le registre 13 et on remplit de mélange vitrifiable l'enceinte 1. Les électrodes ayant été connectées à une source de courant alternatif de fréquence et de tension industrielles, on écarte l'une de 1' autre les électrodes auxiliaires de la manière exposée plus haut à propos de la fig.. 1 en agissant progressivement jusqu'à ce qu'elles soient venues au droit des électrodes principales fixes 6 qui, elles, assurent l'extension de la fusion.
L'opération se poursuit dans les mêmes conditions et avec les mêmes avantages qu'avec le dispositif de la fig, l, jusqu'à ce qu'une quan- tité convenable de mélange vitrifiable ait été fondue, une épaisseur conve- nable de mélange vitrifiable à l'état pulvérulent étant conservée entre la surface interne de l'enceinte et la zone fortement chauffée par effet Joule.
On transfère alors le contenu de l'enceinte dans le récipient de fin de fusion et d'affinage, après enlèvement du registre 12, en faisant basculer l'enceinte de 1800 autour de ses tourillons au moyen de la poignée 5. L'enceinte se vide complètement, la masse fondue entraînant avec elle la matière restée à l'état pulvérulent. Ce léger inconvénient est largement compensé par le fait que l'appareil des fig. 2 et 3 est d'une utilisation industrielle très commode. La quantité de matière restant à l'état pulvéru- lent et ainsi entraînée peut varier.
A titre d'indication seulement, sans aucun caractère limitatif des conditions de mise en oeuvre de l'invention, on peut préciser que le pourcentage, en poids, de la couche périphérique pulvérulente qui évite le collage aux parois de l'enceinte est de l'ordre de 20% du poids total de mélange vitrifiable introduit dans l'enceinte;
Avec l'un ou l'autre mode de réalisation, après transfert de la masse fondue, il suffit, pour que le dispositif soit prêt à fonctionner de la même manière, de remettre les électrodes 3 ou 8 en contact dans la zone centrale et de garnir à nouveau l'enceinte de mélange vitrifiable.
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Il est bien entendu que les détails de réalisation décrits et figurés n'ont été donnés qu'à titre d'illustration et qu'on pourrait les modifier de diverses manières ou remplacer certains éléments ou moyens par des éléments ou moyens équivalents sans que l'économie de l'invention s'en trouve,pour cela, altérée.
C'est ainsi, notamment, qu'avec le dispo- sitif des figo 2 et 3 : on peut, pour créer dans la zone centrale la colonne de con- ductibilité électrique suffisante, remplacer les électrodes mobiles par un resistor que l'on chauffe électriquement et que l'on retire lorsque les couches de mélange vitrifiable qui l'entourent sont suffisamment chaudes pour pouvoir être chauffées par effet Joule dans la masse par le courant passant entre les deux électrodes fixes; dans une variante ne comportant pas d'électrodes mobiles, on ' ne garnit d'abord l'enceinte du mélange vitrifiable que jusqu'au niveau du centre des électrodes fixes 6, après quoi on dépose sur ce premier lit de mélange, d'une électrode à l'autre, une lame de verre portée à haute tem- pérature et prise dans un four auxiliaire ;
on achève le remplissage de l'enceinte en mélange vitrifiable. On met alors les électrodes sous ten- sion : un courant électrique important traverse de bout en bout la lame de verre et la chauffe par effet Joule.
R E S-U M E .
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