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PROCEDE D'INTRODUCTION DE LA CHARGE'DANS LES FOURS DE VERRERIE ET APPAREILLAGE
EN PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE.
La. présente invention concerne les procédés et dispositifs d'alimentation en matières premières d'appareils d'élaboration associés et, plus particulièrement, l'introduction de la charge de matières pre- mières dans les fours de fusion du verre.
L'appareillage selon l'invention comprend un agitateur en- traîné mécaniquement auquel on imprime des mouvements périodiques com- mandés à l'intérieur d'une "niche" ou prolongement d'un four de fusion du verre, cet agitateur plongeant dans le verre fondu du four pendant cha- que cycle de son mouvement en enveloppant ou enrobant de petites portions de la charge de matières premières au moyen de verre fondu pendant les...:: cycles successifs de ce mouvement. La charge de matières premières peut être introduite de façon continue ou intermittente, à volonté, dans le verre fondu voisin de l'agitateur par tous moyens convenables conçus pour commander la vitesse d'écoulement de la charge de matières premières.
Un des buts de la présente invention est d'obtenir une fu-- sion économique de la charge, ainsi que sa dissolution ultérieure dans le verre fondu du four, en introduisant de petites portions de cette char- ge dans la couche supérieure du verre fondu, en utilisant avantageusement par ce moyen la chaleur du bain de verre fondu auquel la charge est ajou- tée et en mettant cette charge en contact avec des matières qui condui- sent relativement bien la chaleur, et de prévoir un procédé et un dispo- sitif d'introduction de la charge conçus pour permettre le chargement d'un four de fusion du verre au prix d'un minimum de production de poussières dans le volume d'air qui se trouve au-dessus du niveau du verre contenu dans le four.
A cet effet, et pour d'autres raisons encore, l'invention comprend un procédé de chargement d'un four de fusion du verre avec une charge de matières premières, procédé selon lequel on place la charge de matières premières sur la surface du verre fondu et on déplace le verre voisin au moyen d'un agitateur de manière à former une poche de verre fon-
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du qui englobe à son intérieur les matières premières.
L'invention comprend également un appareillage permettant la mise en oeuvre de ce procédé, qui comprend un agitateur mobile, un mécanisme relié en entraînement avec cet agitateur auquel il fait décri- re en mouvement périodique une courbe fermée dans une portion du four, par exemple dans une "niche", de sorte que ledit agitateur soit immergé en partie dans le verre fondu du four pendant une partie de son trajet et se déplace au-dessus du niveau du verre fondu pendant le reste de son trajet le long de ladite courbe, et un dispositif distributeur de la charge conçu pour commander l'écoulement de la charge dans le four immédiatement en arrière et près du point de cette courbe auquel l'agi- taeur commence son cycle de déplacements.
La description qui va suivre, en regard des dessins-anne- xés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'in- vention peut être mise en pratique.
La figure 1 est une vue en élévation latérale du disposi- tif en position de travail dans une "niche" ou chambre de chargement d'un four de fusion du verre associé, une partie du dispositif étant arrachée pour en montrer les moyens d'entraînement, cette figure montrant égale- ment en traits interrompus l'une d'un certain nombre de trajectoires pré- déterminées d'un agitateur entraîné mécaniquement qui forme une partie du dispositif.
La figure 2 est une vue du dispositif suivant 2-2 de la figure 1 montrant certains éléments associés qui assurent l'entraînement de l'agitateur.,
La figure 3 est une vue en élévation, par 3-3 de la figure 1, montrant le mécanisme qui permet de soulever et abaisser l'extrémité avant des organes d'entraînement de l'agitateur, une partie du mécanisme étant représentée en coupe verticale en vue de montrer la construction intérieure de ce dispositif.
La figure 4 est une vue en coupe verticale de plusieurs portions de charge enrobées de verre fondu résultant des mouvements pé- riodiques continus de l'agitateur, le dessin du verre et de la charge représentés étant caractéristique de la forme qui résulte d'un écoule- ment intermittent de la charge dans le four.
La figure 5 est une vue en coupe verticale de plusieurs portions de charge enrobées de verre fondu, le dessin du verre et de la charge représentés étant caractéristique d'un écoulement continu de la charge dans le four.
D'une manière générale, le dispositif décrit ci-dessous comprend un bâti de support principal, indiqué dans son ensemble par A, qui sert à la mise en place et supporte un mécanisme d'entraînement B qui imprime des mouvements périodiques à un embiellage C portant un agitateur D, cet agitateur exécutant un cycle correspondant de mouvements d'enrobage de la charge à l'intérieur d'une "niche" E d'un four de fusion du verreo Un dispositif distributeur de charge F, de tout type désiré, peut être disposé de façon convenable pour fournir un écoulement réglé de la charge dans le four de fusion, près de l'agitateur.
Sur la figure 1, la forme de réalisation préférée selon la présente invention comprend un socle de base rigide 1 sur lequel est fixé un bâti rectangulaire vertical ouvert 2 qui supporte un ensemble ré- ducteur de vitesse 3 à roue et vis tangente, entraîné par une courroie 4 en forme de V qui s'enroule sur une poulie réglable 5 entraînée par un moteur électrique 6. Ainsi qu'il est représenté sur les figures 1 et 2, le réducteur 3 comprend un arbre mené 7 sur lequel des bras entraîneurs 8 et 9 sont fixés à des positions angulaires correspondantes, les extré- mités extérieures de ces bras d'entraînement étant montées pivotantes sur
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les côtés respectifs d'un châssis rectangulaire mobile, désigné dans son ensemble par 10, en 11 et 12 respectivement.
La partie avant du châssis 10 est articulée sur des bielles 13 et 14, au moyen de blocs supports 13a et 14a respectivement, les extrémités inférieures de ces bielles étant articulées sur un élément de base 15, en 16 et 17 respectivement.
(Voir figures 1, 2 et 3).
Des conduites parallèles 20 et 21 sont fixées de façon ré- glable et amovible sur le châssis 10 au moyen de plaques de fixation 18 et 19, ces conduites étant vissées à leurs extrémités extérieures dans un agitateur creux 22 de forme rectangulaire et obturées à leurs extré- mités opposées par des moyens convenables tels qu'indiqués en 23 et 24 respectivement. Une paire de tuyaux flexibles 25 et 26 respectivement, qui conduisent un fluide, peuvent être reliés par des moyens convenables aux conduites 20 et 21, ainsi qu'il est représenté en 27 et 28 respecti- vement, pour faire circuler constamment un fluide de refroidissement dans les conduites et l'agitateur associé 22 pour éviter leur surchauf- fe pendant le fonctionnement du dispositif.
Ainsi qu'il est représenté sur la figure 1, les bras 8 et 9 sont animés d'un mouvement de rotation continu, l'extrémité associée du châssis 10 étant ainsi soumise à un déplacement circulaire. L'extré- mité opposée du châssis 10 oscille périodiquement, à l'intérieur d'un angle limité, autour de pivots 16 et 17 sous l'action des mouvements os- cillants des bielles associées 13 et 14. En raison de ses liaisons avec le châssis 10, l'agitateur 22 se déplace le long d'une trajectoire fer- mée, plongeant pendant une partie de son trajet dans le bain de verre 29 contenu dans la "niche" 30 d'un four de fusion du verre généralement dé- signé par 31.
Cette "nichew peut être disposée soit sur le côté du four de fusion,soit à l'arrière, comme on le désire, l'emplacement n'ayant aucune conséquence notable sur le fonctionnement du dispositif décrit ci- après. Un manteau 32 peut être prévu pour séparer la "niche" du four de fusion du verre proprement dit, de la manière habituelle.
Un mécanisme à roues dentées et tiges filetées est prévu, selon la présente invention, pour faciliter le soulèvement et l'abaisse- ment de l'extrémité avant (située à droite dans le cas de la figure 1) du châssis 10. Ce mécanisme peut comprendre une paire de tiges élévatrices filetées 33 et 34, fixées sur l'élément de base 15 et mises en position à l'aide d'ouvertures filetées percées. dans des¯couronnes dentées 35 et 36 respectivement qui sont supportées coaxialement par des piliers creux 37 et 38 respectivement, les extrémités inférieures de ces tiges des- cendant à l'intérieur des piliers creux, ainsi qu'il est représenté sur la figure 3.
L'ensemble de transmission 35 peut être muni de trous 39 destinés à recevoir des clés de serrage qui peuvent être utilisées pour faire tourner la roue dentée et, par ce moyen, faire monter ou descendre la tige filetée associée 33, comme on le désire. Une chaîne à rouleaux 40 peut engrener avec les couronnes dentées 35 et 36 pour imprimer les mou- vements de montée et de descente à la tige élévatrice 34 correspondant aux mouvements imprimés à la tige 33 par la rotation de la roue dentée 35, ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus. Un loquet 41 peut être arti- culé sur une partie de la couronne 35 de manière à pouvoir s'engager dans l'une des encoches 42 d'une série prévue dans un rebord supérieur 37a du pilier creux 37. (Voir figures 1 et 3).
Ce loquet, lorsqu'il est engagé dans l'une des encoches, agit comme moyen de verrouillage positif pour éviter toute rotation indésirable des roues dentées.
Une plate-forme fixe 43 peut être boulonnée sur l'extrémi- té supérieure du châssis 2 et un dispositif distributeur de charge, dé- signé dans son ensemble par 44,peut y être fixé, le dispositif distribu- teur utilisé dans la présente forme de réalisation étant un transporteur vibrateur Jeffrey Traylor, modèle 2A, construit par la Jeffrey Manufactu- ring Company de Columbus, Ohio.
Ce transporteur vibrateur est conçu pour fournir un écoulement réglé de matières premières de charge à un couloir
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distributeur 45 dont l'extrémité inférieure est située entre les condui- tes 20 et 21, ainsi qu'il est représenté en 46. Ce couloir est disposé de manière à distribuer l'écoulement réglé de la charge sur la surface du verre contenu dans la "niche", à proximité et en arrière du trajet de l'agitateur 22 ainsi qu'il est indiqué en 46a. (Voir figures 1 et 2).
Le transporteur vibrateur, utilisé dans la forme de réali- sation préférée de la présente invention, comprend une trémie 47 à l'in- térieur de laquelle peut être emmagasinée une provision de ,matières de charge et un pont vibrateur 48 qui est relié en fonctionnement avec un ensemble vibrateur électrique 49. Cet ensemble vibrateur imprime des vibrations commandées au pont vibrateur, engendrant ainsi un écoulement réglé des matières de charge dans le couloir 45. Comme moyens de comman- de destinés à régler les caractéristiques de fonctionnement du transpor- teur vibrateur, on peut prévoir dans le circuit électrique du vibrateur un chronomètre électrique 50 disponible dans le commerce et un rhéostat de commande 51.
Le chronomètre électrique 50, qui est un compteur Fle- xipulse fourni par la Eagle Signal Corporation de Moline, Illinois, peut être réglé de manière à exciter de façon intermittente l'ensemble vibrateur électrique 49, les périodes pendant lesquelles l'ensemble vi- brateur est excité étant de durée prédéterminée. Il est également possi- ble de régler le chronomètre de manière à actionner le transporteur vi- brateur de façon continue, si on le désire. Le rhéostat de commande 51 peut être un ensemble usuel et peut être réglé à volonté pour commander la vitesse d'écoulement des matières de charge dans le couloir de guida- ge. Un interrupteur usuel 51a peut également être intercalé dans le circuit si on le désire.
Un écran anti-radiations 53 peut être placé à l'extrémité avant du transporteur vibrateur pour éviter la surchauffe du transpor- teur par l'énergie de rayonnement qui émane de la "niche" du four de fusion du verre.
Ainsi qu'il est indiqué en traits interrompus sur la fi- gure 1, l'agitateur, en raison de ses liaisons avec l'embiellage décrit ci-dessus est contraint à décrire une trajectoire fermée à l'intérieur de la niche, cet agitateur-plongeant relativement profond dans le verre fondu au commencement de sa course vers l'avant, puis se déplaçant vers l'avant et vers le haut de manière à s'élever progressivement au-des- sus du bain de verre jusqu'à la fin de ce mouvement vers l'avant, puis se déplaçant vers l'arrière dans l'air situé au-dessus du bain de verre pour retourner à son point de départ et descendre à nouveau dans le verre fondu.
En vue d'obliger l'agitateur à se déplacer le long d'autres trajectoires prédéterminées, une série de réglages de la position des blocs supports 13a et 14â peuvent être effectués grâce aux moyens de réglage usuels, tels que 54, prévus à l'extrémité avant du châssis 10.
Lorsque les blocs supports se déplacent vers l'arrière, ce qui est per- mis par les moyens de réglage 54, le trajet de l'agitateur 22 est mo- difié de façon prédéterminée; par exemple, l'agitateur, pendant la.pre- mière partie de sa course dans le bain de verre, plonge plus profondé- ment dans le verre et, pendant sa course à l'intérieur du bain de verre, monte plus rapidement qu'il n'est indiqué sur le trajet représenté figu- re 1. En plus du changement de forme du trajet effectué de la manière qui vient d'être décrite, la trajectoire tout entière peut être.abais- sée par rapport au niveau du verre au moyen des tiges de réglage file- tées et des roues dentées associées représentées sur les figures 1 et 3 et décrites en regard de ces figures.
Lorsque l'agitateur se déplace périodiquement le long de sa trajectoire, il plonge dans le bain de verre, engendrant dans le verre fondu un léger courant qui oblige la charge fournie à la "niche" par le couloir de guidage 45 à se déplacer progressivement vers l'avant, en ar- rière de l'agitateur mobile Pendant le mouvement périodique suivant
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vers l'avant de l'agitateur, les matières de charge sont enrobées de verre fondu en même temps que des matières premières de charge supplémentaires pénètrent dans la "niche" en arrière de l'agitateur. La figure 5 représen- te le dessin résultant des enrobages de charge 55 dans le verre fondu 56 après une série de mouvements périodiques de l'agitateur.
On notera que la forme représentée est engendrée lorsque l'agitateur est en mouve- ment continu et que le transporteur vibrateur, qui fournit les matières de charge au couloir de guidage, fonctionne de façon constante.
Si le transporteur vibrateur est actionné par intermittences, une forme d'enrobage peut être engendrée dont le dessin est analogue à celui qui est représenté sur la figure 4. La comparaison des figures 4 et 5 montre que, en raison du fonctionnement intermittent du disposi- tif distributeur de charge, des irrégularités sont engendrées dans le des- sin de la. charge enrobée, certaines des cloisons de séparation en verre fondu étant plus importantes, ainsi qu'il est indiqué en 57 et 58, que les autres épaisseurs de verre fondu résultant de l'action d'enveloppement de l'agitateur en l'absence de charge. Le fonctionnement intermittent du distributeur de charge peut être utilisé de façon avantageuse pour fa.ciliter la répartition d'une série de poches de charge dans l'étendue du four, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Il est remarquable qu'un dispositif de distribution de charge du type ci-dessus mentionné ne recouvre pas la surface du verre contenu dans la "niche" et le four d'une couche de charge. En effet, dans la plupart des fours de verrerie à marche continue qui sont chauffés au- dessus du niveau du bain, la transmission de la chaleur au bain de verre fondu est gênée par une telle couche isolante de matières premières de charge. Des poches de verre fondu enrobant la charge, qui résultent de l'utilisation du présent dispositif, ont des caractéristiques de conduc- tion de la chaleur relativement bonnes car le verre fondu possède une conductibilité thermique élevée par rapport aux matières premières de charge et favorise la transmission de chaleur depuis la région située au-dessus du niveau du verre, jusque dans le bain.
De la chaleur peut également être soutirée par la charge au bain de verre adjacent. La disposition avantageuse de matières transmettant relativement bien la chaleur, au voisinage des matières de charge, conduit à une économie dans le fonctionnement du four.
L'enrobage de charge dans le verre fondu aide à éviter la séparation des constituants de la charge, ce qui se produit souvent dans les fours de verrerie chargés par des dispositifs qui tendent à recouvrir le verre fondu d'une couche de matières de charge. Lorsqu'une masse de. matières de charge repose sur la surface du verre, les constituants de la charge qui fondent à basse température tendent souvent à diffuser et à se séparer des constituants les plus réfractaires de la charge avant que ces derniers ne commencent à fondre. Dans la. plupart des.charges de verrerie, les fondants ont des températures de fusion plus basses que la silice et les autres constituants de la charge.
Lorsque la tempéra- ture du bain s'élève, les fondants tendent souvent à se séparer des con- stituants les plus réfractaires de la charge, ce qui empêche une réac- tion chimique proprement dite. L'enrobage de matières de charge dans le verre fondu maintient physiquement tous les constituants en contact intime. Ainsi, même si les fondants peuvent diffuser plus tôt que les autres constituants, la séparation de ces fondants est évitée par l'en- chevêtrement physique de tous les constituants, qu'ils soient à l'état fondu ou solide. L'empêchement d'une telle séparation a pour résultat normal un verre à finition plus homogène et il est considéré généralement comme un facteur important car il évite la formation d'une écume indé- sirable de silice au-dessus du niveau de fusion du four.
Le mouvement de l'agitateur a une tendance inhérente à soulever le verre dans la "niche" et donne une meilleure homogénéité
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du verre fini, d'autant qu'un verre qui n'est pas homogène résulte souvent d'une mauvaise répartition de la siliceo Le brassage assuré par l'agita teur aide à éviter de telles conditions et tend également à empêcher le verre de se figer dans la "niche", ce qui se produit quelquefois dans le cas de verres qui présentent de hautes teneurs en silice et de faible te- neur en fondants et sont relativement très visqueux à l'état fondu, tels que certains verres aux boro-silicates.
On a également constaté qu'il était avantageux d'utiliser le dispositif d'alimentation selon la présente invention en combinaison avec des fours régénérateurs, car l'un dès facteurs qui limitent la pé- riode de fonctionnement normale et continue d'un four régénérateur est l'aveuglement des régénérateurs par des particules qui y sont transportées par les gaz du four, particules provenant de la charge. Il est évident, d'après la description précédente de l'enrobage auquel la charge est sou- mise,qu'une surface minima de la charge est exposé à l'air situé au-des- sus du verre contenu dans le four, ce qui tend à protéger la charge contre l'action des flammes des sources chauffantes qui sont normalement prévues dans un four de verrerie.
On a constaté, en pratique , que cet enrobage protecteur de la charge dans le verre fondu réduit matérielle- ment la formation de poussières'dans le four et prolonge la période de fonctionnement continu pendant laquelle un four régénérateur peut être utilisé. Il est considéré comme raisonnable de laisser une petite surfa- ce de la charge exposée à l'air du four pour permettre la libération des gaz dégagés pendant la fusion de la charge.
Une particularité importante de la présente invention est la mesure de la commande qui peut être exercée sur la distribution des matières de la charge à l'intérieur du four de fusion du verre. Dans la plupart des fours de fusion du verre à fonctionnement continu, les cou- rants de convexion normaux à la surface supérieure du verre fondu rayon- nent à l'extérieur dans toutes les directions à partir d'une région cen- trale de l'intérieur du four.
Ainsi, puisque la "niche" est normalement disposée à l'arrière du four ou sur un de ses côtés, il est évident que les courants de convexion normaux de la couche superficielle du verre tendent à se déplacer en direction de la "niche". Une particularité im- portante de la présente invention réside dans le fait que l'action de l'agitateur qui enrobe des portions de charge dans le verre fondu est telle qu'elle tend à déplacer les portions de charge enrobées résultantes vers l'intérieur, en direction du centre du four, dans le sens contrai- re au courant de convexion normal de ce four. De tels déplacements de la charge facilitent sa dissolution lorsque le point de fusion est at- teint, puisqu'il se produit une action de lavage par le verre fondu du four entre les portions de matières de charge enrobées.
Les mouvements contraires de la charge sont également importants lorsqu'on utilise un fonctionnement intermittent du dispositif d'alimentation. La forme des portions de charge enrobées qui en résulte, ainsi qu'il est représenté sur la figure 4, présente par intervalles des portions de verre fondu d'épaisseurs relativement grandes. Comme l'agitateur continue ses mouve- ments périodiques, la plupart des poches enrobées résultantes se dépla- cent vers l'extérieur et pénètrent dans le four de verrerie en raison de la composante de déplacement de l'agitateur vers l'avant.
Il existe une tendance des poches enrobées à se séparer aux endroits où le verre fondu est le plus épais, causée par le fonctionnement intermittent du dispositif d'alimentation, en raison de l'effet des courants de convexion sur la plu- part des poches et, en même temps, des petites "îles" de charges enrobées sont distribuées dans le four de verrerie par ces courants de convexion.
Comme les matières premières de charge, lorsqu'elles pénètrent dans le four de verrerie,sont à une température relativement plus basse que le verre fondu qui y est contenu et qu'elles ont un effet de refroidisse- ment sur le verre, il est évident qu'une telle distribution uniforme de la charge à l'intérieur du four de verrerie permet une utilisation uni-
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forme en toutes proportions de la chaleur du four de verrerie, ce qui per- met de maintenir l'équilibre thermique et de produire un verre homogène.
D'après la description précédente de l'appareillage repré- senté et les modes de mise en oeuvre de la présente invention, il est évident pour les techniciens que les réglages prévus peuvent être utili- sés de la façon nécessaire pour adapter le dispositif d'alimentation aux conditionnements de fonctionnement des différents fours de verrerie.
Ainsi, la vitesse de fonctionnement de l'agitateur peut être modifiée comme on le désire grâce à la poulie réglable 5 et la forme et la dispo- sition de la trajectoire de l'agitateur peuvent être modifiées au moyen de tiges filetées 33 et 34 et grâce aux moyens de réglage représentés en 54. La vitesse de distribution des matières de charge au four de verrerie peut être réglée selon la puissance du four au moyen du rhéo- stat 51 et du réglage du chronomètre 50.
REVENDICATIONS.