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Procédé pour la fabrication du verre.
La présente invention est relative à un procédé pour produire un verre d'une qualité améliores et concerne plus particulièrement un procédé pour réduire les défauts présents dans le verre et dus à des cristaux qui adhèrent faiblement à la matière réfractaire siliceuse, dans un four pour la fu- sion du verre.
Lors de la production du verre, à vitres ou à glaces par exemple, lequel est, conformément à la pratique courante, du type soude-chaux-silice, on a constaté qu'une croûte cristal- line poreuse se forme sur la surface des parois réfractaires siliceuses d'un four de verrerie, au-dessus de la masse en fusion, et en particulier sur la voûte réfractaire du four.
Ce phénomène résulte probablement de l'attaque progressive de la silice par les vapeurs alcalines et sulfateuses en pro- venance du verre lui-même et des matières à fondre à partir
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desquelles le verre est produit. Ces vapeurs réagissent avec la silice présente dans la matière réfractaire, de fa- çon à constituer une phase vitreuse riche en silice, qui se recristallise partiellement, pour former une croûte siliceu- se. L'analyse de cette croûte révèle qu'elle contient un mélange polymorphe de cristaux de tridymite et de cristoba- lite, ensemble avec une phase principale ou continue vitreq- se.
On a également observé qu'après un laps de temps prolon- gé, au cours duquel l'attaque par les vapeurs alcalines et sulfateuses se poursuit probablement, la croûte subit fina- lement une destruction, ce qui aboutit à la formation d'un revêtement vitreux et dense sur la matière réfractaire.
Lorsque l'attaque de la matière réfractaire par l'alcali est rapide, la croûte en question se transforme rapidement en la couche vitreuse dense, qui recouvre la matière réfractaire.
Toutefois, lorsque l'attaque par l'alcali est progressive, la croûte continue à se former sur la matière réfractaire et, dans certaines conditions - dont on ne connaît pas la nature exacte ., on a observé que la vitesse de la formation de la phase vitreuse est supérieure à la vitesse de recrie- tallisation, de sorte que la phase principale vitreuse croit, en donnant lieu à la formation d'une croûte sous une forme gluante, qui adhère faiblement à la surface de la matière réfractaire.
On a constaté que la formation de la croûte siliceuse et, en particulier, l'apparition de la forme gluante de cette croûte, a lieu principalement dans les conditions correspon- dant à l'affinage du verre. En particulier, ce phénomène a été observé dans des fours à réfractaire en silice essentiel- lement pure, qui fonctionnent dans une gamme de températures d'affinage comprise entre environ 2.000 et 2.700 F, en pré-
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sence de verre soude-chaux-silice.
Dans un four continu de fusion et d'affinage de ce type, où le mélange de matières à fondre est introduit à une extrémité du four, est réduit à l'état de fusion dans un bassin ou chambre de fusion, d'où il s'écoule vers une section de conditionnement du verre, et est ensuite soutiré de cette dernière section sous la for- me d'une matière fondue homogène, on trouve principalement la croûte siliceuse sur la matière réfractaire située dans la section de conditionnement du four. Le verre en fusion ne reçoit aucun apport direct de chaleur dans la section de conditionnement du four, mais est seulement maintenu dans cette section pendant que sa température baisse d'une maniè- re contrôlée et jusqu'à ce que le bain en fusion est dans un état voulu pour son soutirage du four.
Bien que cei soit la fonction principale de cette section du four, celle-ci est communément désignée par les hommes de métier - et sera désignée ci-après - sous la dénomination de "section ou cham- bre d'affinage du four".
Pendant le processus de l'élaboration du verre, la croû- te siliceuse, qui adhère de façon relativement faible, s'ef- frite ou s'écaille de la surface du réfractaire siliceux et tombe dans le bain de verre en fusion. Comme les cristaux de cristobalite ou de tridymite ne se dissolvent pas aisé. ment dans le verre en fusion, ils sont emportés vers la feuil- le de verre ou un autre produit formé à partir du verre en fusion et apparaissent dans ce produit sous la forme d'inolu- sions cristallines blanches et translucides, communément dé- nommées "pierres". Ces "pierres" ou contaminations se remar- quent aisément et gâchent le verre, en le rendant inaccepta- ble du point de vue commercial.
La présente invention a principalement pour objet d'é- tablir un procédé pour produire un verre qui soit exempt
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des défauts causés par les contaminations cristallines ou "pierres".
L'invention a en outre pour objet d'établir un procédé pour réduire la formation de cristaux adhérant faiblement au réfractaire de silice d'un four pour la fusion du verre.
L'invention se propose en outre d'atteindre les objec- tif s ci-dessus en traitant le réfractaire de silice de maniè.. re à réduire ou éliminer la croûte siliceuse formée sur ce- lui-ci, ce traitement n'ayant aucun effet préjudiciable sut le verre en cours d'élaboration.
Suivant la présente invention, il est prévu un procédé pour traiter la matière réfractaire siliceuse formant la voûte et les parois latérales d'un four pour la fusion du verre, au-dessus de la masse de verre en fusion contenue dans ce four, en vue d'éliminer la formation d'une croûte aria* talline sur ce réfractaire, ce procédé étant caractérisé en ce que, après que le four a été maintenu en fonctionnement pendant une durée suffisante pour permettre la formation dans le four de vapeurs alcalines et sulfateuses, provenant du verre en fusion et des matières à fondre, on introduit dans ce dernier un gaz réducteur, destiné à maintenir un mi- lieu réducteur au voisinage dudit réfractaire à traiter,
de façon à réduire les vapeurs en question et à favoriser une réaction entre ces vapeurs et le réfractaire siliceux, ce qui a pour résultat un verre liquide agissant de manière à agglutiner la croûte ci-dessus à la surface dudit réfractai re, la quantité du gaz réducteur susdit introduite dans le four précité étant réglée de manière à maintenir l'atmosphè- re à l'état réducteur, tout en étant insuffisante pour don- ner lieu à la réduction de la masse en fusion.
Auparavant, le réfractaire siliceux d'un four à fabri- quer le verre était traité, préalablement à son installation
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dans le four, par différentes substances destinées à retar der la formation de la croûte siliceuse, en particulier dans la section d'affinage du four. Ceci ne peut être effectué que lors de la construction initiale du four ou de la recons- titution de certaines de ses parties, en procédant à ce qu'il est convenu d'appeler "réparation à froid". Au cours de cette dernière opération, on arrête la production du verre et on laisse refroidir le four, ce qui permet de reconstrui- re ces parois.
L'expérience a démontré que la formation de la croûte siliceuse,a lieu par taches plus ou moins dispersées sur le réfractaire et que la formation de cette croûte - du moins dans le sens critique en ce qui concerne les défauts du verre - commence après que le four a été en fonctionnement pendant un certain temps, L'intervalle de temps qui sépare le moment de la mise en marche du four et l'apparition de "pierres" dans le verre élaboré varie d'un cas à l'autre, Généralement, le four a plus d'une année d'Age lorsqu'on re- marque le défaut pour la première fois, bien que l'on ait observé ce défaut, dans des fours qui n'ont été en service que pendant huit mois, tandis que, d'autre part, les pierres n'ap- paraissent jamais dans certains fours.
Etant donné que la cause exacte de la formation de la croûte n'est pas entière- ment connue, il est difficile de prévoir avec quelque certi- tude si, où et quand la croûte apparaîtra ou si, au cas où elle apparaîtrait, elle contaminerait. le verre en fusion, donnant ainsi lieu à des défauts dans le verre fini.
Grâce à la présente invention, la matière réfractaire du four de verrerie est traitée d'une façon simple et peu dispendieuse, après l'apparition de la croûte, par un procé- dé qui est exécuté pendant que le four est en marche, ce qui élimine la nécessité d'appliquer un traitement préalable,
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relativement coûteux, de la matière réfractaire, ou des répa- , rations à froid du four. D'une manière générale, le procé- dé suivant l'invention consiste 1 susciter - ou, du moins, favoriser - une attaque plus poussée et plus rapide par l'al- cali, dans le but de dissoudre la croûte et de produire une surface vitrifiée sur la matière réfractaire.
L'invention est basée sur l'observation que le sulfite de sodium réagit, dans des conditions adéquates, avec la croûte d'anhydride salicique, en produisant un verre de silicate de sodium, qui sert initialement à "coller" la croûte à la matière réfractaire et à l'empêcher ainsi de s'effriter ou de s'écailler, pour tomber dans le verre en fusion. On a également observé que, lors de la production du verre dans un four de fusion et d'affinage du type continu, la matière réfractaire siliceuse, dans uh four vieilli, se sature de condensat de vapeurs de sulfate de sodium, lequel est rela- tivement inerte et ne réagit aucunement de façon appréciable avec la croûte siliceuse.
Partant de cette observation, la présente invention vise à traiter la matière réfractaire en réduisant ce condensat de sulfate de sodium, assimilé dans la matière réfractaire, ainsi que les vapeurs de sulfate de sodium, dans le four, pendant qu'ils sont en contact avec la croûte, à la suite de quoi. et,ainsi qu'on l'a constaté, une action vigoureuse a lieu, avec formation de verre de si- licate de sodium sur les parois intérieures du four.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, ce verre de silicate de sodium agit comme un adhésif dans ses premiers stades, de manière à empêcher la croûte de tomber de la voûte et des parois du four et, de plus, au bout d'un bref laps de temps, forme un revêtement vitrifié dense sur la matière réfractaire, en la protégeant contre les attaques ultérieures par les vapeurs alcalines et sulfateuses.
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Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le problème de la contamination du verre est lié principalement à la croûte formée sur la matière réfractaire dans la section d'affina- ge du four. On a supposé longtemps que le maintien d'une atmosphère réductrice dans le bassin d'affinage d'un four avait une action préjudiciable sur le verre produit, parce qu'il en résulte une réduction du verre en fusion, ce qui a pour effet un défaut ou contamination dénommée générale- ment "bulles". Toutefois, dans des conditions convenable- ment contrôlées, on peut créer et maintenir une atmosphère réductrice dans l'extrémité d'affinage du four, sans influ- encer défavorablement le verre.
Cette atmosphère réductri- ce est réalisée grâce à l'emploi d'un gaz réducteur quelcon- que ou d'une source quelconque de gaz réducteur, telle que, par exemple, l'oxyde de carbone, l'hydrogène, l'anhydride sul- fureux ou des hydrocarbures et l'ammonium dissocié, ces gaz étant introduits dans la chambre d'affinage d'un four de ver- rerie, d'une manière étroitement contrôlée, de sorte que l'atmosphère devient d'une nature réductrice, en particulier au voisinage de la matière réfractaire à traiter, cette ma- tière étant contrôlée dans des limites adéquates, de maniè- re à ne pas provoquer la réduction de la masse de verre en fusion.
Une méthode pratique, efficace et aisément contrôlée, pour produire une atmosphère réductrice dans la chambre d'af- finage, consiste à brûler le gaz naturel, à l'intérieur de la chambre d'affinage, dans un brûleur air-gaz, ajusté de ma- nière à produire une flamme à léger déficit d'air. De cet- te façon, la flamme est dirigée vers la zone à traiter et l'atmosphère est ainsi concentrée principalement à proximité de la matière réfractaire.
De plus, en faisant fonctionner le brûleur par cycles "fermé-ouvert" déterminés sélective-
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ment en fonction du temps, on peut contrôler l'atmosphère ré- ductrice dans des limites telles qu'elle n'exerce sur le verre: en fusion qu'un effet préjudiciable très minime, voire nuit ainsi qu'on l'a dit plus haut, flamme gaz natu-
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, la flamme de gaz natu- rel pauvre en air entratne la formation d'un verre de sili- cate de sodium sur les parois du four, par une réaction chi- mique entre le condensat liquide de sulfate de sodium, les vapeurs alcalines et sulfateuses et la silice, réaction qui s'exprime probablement par l'équation suivante :
Na2SO4 + SiO2 + CO # Na2SiO3 + SO2 + CO2
La description ci-après sera donnée à titre d'un exem- ple d'un mode de réalisation de la présente invention, exem- ple qui s'est avéré satisfaisant. Cependant, cet exemple ne doit pas être considéré comme limitant l'invention, des équivalents adéquats pouvant être inclus dans le cadre de cet.* te description.
On fait passer un brûleur réglable approprié à gaz ha. turel à travers une paroi de protection de la chambre d'af- finage d'un four pour la fusion et l'affinage du verre, du fype continu* Le rapport air-gaz du brûleur est réglé de telle manière qu'une grande flamme touffue et lumineuse ba- laie la surface à traiter, sans entrer en contact avec la masse de verre en fusion. On effectue périodiquement dès analyses pour favoriser le contrôle de l'atmosphère de la chambre d'affinage, afin de maintenir un milieu réducteur ap- proprié. Ce contrôle est effectué en réglant le rapport air-gaz du brûleur et, de plus, en réglant la quantité d'air extérieur pénétrant dans le four.
L'admission de l'air dans le four sera évidemment réglée moyennant ouverture et ferme- ture des divers orifices et grâce à des joints de dilatation que comportent normalement de tels fours. Les feuilles de
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verre sont inspectées pendant toute la durée du traitement de la matière réfractaire, de sorte que l'on peut procéder à des réglages appropriés en vue de contrôler l'atmosphère dans la chambre d'affinage dans le cas où un effet préju- diciable quelconque¯apparat%rait dans le verre.
Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, et afin d'empêcher un effet préjudiciable sur le verre produit, le brûleur est actionné suivant des cycles ouvert-fermé à intervalles relativement brefs. Les observations ont démontré que la durée optimale des périodes de ce cycle varie d'un four à l'autre, les limites extrêmes étant, d'une part, des cycles ayant des périodes "ouvert" et "fermé" égales de trente mi- nutes chacune et, d'autre part, des cycles ayant une période "ouvert" de cent minutes, suivie d'une période "fermé" de vingt minutes.
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On a constaté que, lorsque le brûleur est allumé, il se forme sur la matière réfractaire un verre de silicate de sodium de conistance gluante, lequel colle en fait la croûte à la matière réfractaire, ce qui a pour résultat de réduire notablement l'apparition de pierres dans le verre produit, cette réduction allant dans la plupart des cas jusqu'à zéro.
Lorsque le brûleur est fermé, le nombre de pierres diminue graduellement, mais, simultanément, une nouvelle quantité de vapeurs de sulfate de sodium pénètre dans le four, et la matière réfractaire absorbe une plus grande quantité de con- , densat. Ainsi, lorsque le brûleur est remis en action, la quantité de verre liquide agissant de manière à agglutiner la croûte à son support est plus importante..
On a observé que, après que la chambre d'affinage a été soumise, pendant un certain laps de temps, à l'atmosphère réductrice contrô- lée, un revêtement vitreux dense recouvre complètement la surface de la matière réfractaire, empêchant ainsi les va-
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peurs alcalines et sulfateuses d'attaquer la silice, ce qui empêche à son tour la formation de la croûte siliceuse pen- dant le restant de la vie du four.
REVENDICATIONS
1, Procédé pour traiter la matière réfractaire siliceu- se formant la voûte et les parois latérales d'un four pour la fusion du verre, au-dessus de la masse de verre en fusion contenue dans ce four, en vue d'éliminer la formation d'une croûte cristalline sur ce réfractaire, caractérisé en ce que, après que le four a été maintenu en fonctionnement pen- dant une durée suffisante pour permettre la formation dans le four de vapeurs alcalinea et sulfateuses, provenant du verre en fusion et des matières à fondre, on introduit dans ce dernier un gaz réducteur, destiné à maintenir un milieu réducteur au voisinage dudit réfractaire à traiter, de fa- çon à réduire les vapeurs en question et à favoriser une réac- tion entre ces vapeurs et le réfractaire siliceux,
ce qui a pour résultat un verre liquide agissant de manière à ag- glutiner la croûte ci-dessus à la surface dudit réfractaire, . la quantité du gaz réducteur susdit introduite dans le four précité étant réglée de manière à maintenir l'atmosphère à. l'état réducteur, tout en étant insuffisante pour donner lieu à la réduction de la masse en fusion.