"Procédé de préparation de verre fondu de composition
déterminée" La présente invention concerne la préparation de verre fondu ayant diverses compositions. Jusqu'à présent,
on a préparé des compositions de verre fondu par introduction de la composition, formée des matières premières et contenant tous les constituants voulus dans le verre, dans
un four ou appareil de fusion recevant suffisamment de chaleur pour que la composition fonde et présente une réaction de ses ingrédients, avec formation d'une masse de constituants fondus. En général, la masse fondue formée est homogénéis.ée ou affinée dans l'appareil de fusion et forme un verre fondu permettant la production d'objets en verre.
Lors de la fabrication en grandes séries de produits en verre, la préparation du verre fondu est avantageusement continue, l'ensemble de fusion ayant un réservoir
de constituants fondus dans lequel est introduite la composition, avec un débit qui dépend du débit de retrait ou d'extraction du verre fondu. Lorsque les constituants fondus sont disposés dans l'appareil de fusion, ils réagissent les uns avec les autres et forment une masse homogénéisée fondue ayant la composition voulue. Un exemple de temps de séjour des constituants, dans un appareil de fusion ayant une capacité de 150 t de verre fondu par jour, est d'environ 24 à 48 h et plus. La température des constituants fondus dans l'appareil doit être maintenue à une valeur suffisante pour qu'ils réagissent avec les ingrédients de la composition. Ainsi, une partie des constituants fondus qui
se volatilise à des températures inférieures à la température établie de fonctionnement de l'appareil, est perdue avec les ,gaz de cheminée. En conséquence, l'obtention d'une composition donnée de verre/convenant à la mise en forme nécessite la compensation de la composition formée des ingrédients, compte tenu de la proportion des constituants qui est perdue par volatilisation au cours du séjour dans l'appareil de fusion.
Les procédés connus de fusion du verre limitent les verres utilisables à ceux dont la composition ne contient que des constituants qui peuvent supporter l'atmosphère et le milieu de l'appareil de fusion. Les procédés connus de préparation de verre fondu de propriétés ou de caractéristiques particulières de mise en forme nécessitent l'introduction dans le four de tous les constituants qui doivent être présents dans la composition finale du verre fondu, afin que ce dernier possède des propriétés ou caractéristiques voulues. Les caractéristiques de volatilité, de corrosivité ou d'autres effets sur l'atmosphère rendent peu désirable la présence de ces constituants dans l'appareil de fusion avec une proportion très supérieure à celle qui est nécessaire.
En conséquence, comme on l'a noté depuis des années, on ne peut pas préparer industriellement des verres ayant certaines compositions à cause de la volatilité, de la corrosivité ou des effets de pollution de divers constituants.
Cependant, certains verres hostiles possèdent des propriétés avantageuses et on les prépare industriellement dans ces conditions difficiles, accroissant notablement leur prix. Par exemple, les compositions de verre à base de borosilicate contiennent en général des constituants vo-
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volatilisent aux températures de fonctionnement des appareils de fusion, mais réduisent aussi la durée de ces appareils par attaque chimique des matières réfractaires.
L'invention concerne un procédé de préparation de verre fondu convenant à la formation ultérieure en produits utiles. Ce procédé comprend le classement sélectif des constituants du verre fondu ayant la composition voulue en au moins deux groupes de fusion. Ces groupes sont préparés séparément, de préférence sous forme de masse fondue. Un groupe, ayant en général la plus grande masse, constitue alors un verre de base ou récepteur dans lequel les autres groupes peuvent être mélangés successivement puis homogénéisés afin
que l'ensemble forme le verre fondu de composition voulue.
Les critères de classement permettant la formation des groupes de fusion peuvent être la température de fusion des constituants, ou toute autre caractéristique de traitement mutuel telle que la corrosivité, la température de ramollissement, la volatilité, etc. Les critères de classement d'un groupe n'excluent pas obligatoirement les constituants d'autres groupes. Par exemple, lorsque les constituants sont classés en fonction de leur température de fusion, la plage de températures d'un groupe peut recouvrir celle d'autres groupes. Ainsi, deux groupes au moins peuvent contenir un même constituant.
On peut aussi considérer qu'il est souhaitable, lors de la formation d'un groupe particulier de fusion, d'incorporer un constituant qui serait normalement exclu du groupe afin qu'il facilite la fusion du groupe dans lequel il est incorporé où qu'il modifie d'une autre manière les propriétés de ce groupe afin que celui-ci ait les caractéristiques les plus avantageuses de traitement.
L'application de l'invention à la préparation d'un verre fondu destiné à la formation de fibres et contenant de
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peuvent former un groupe relativement peu volatil. Celui-ci constitue un verre sodocalcique de composition relativement courante dans l'industrie verrière et on peut le préparer sous forme d'un verre fondu de base, dans un four de fusion de production élevée du type continu courant dans l'industrie verrière. A cette composition de base fondue et formée de matières relativement non volatiles, on peut ajouter le groupe des constituants volatils soit sous forme fondue, soit sous forme d'une composition de matières premières.
Le groupe des constituants volatils peut être introduit dans la composition de verre de base fondue à tout emplacement commode en aval de la zone de fusion de ce groupe des constituants non volatils. Le groupe des constituants volatils est avantageusement introduit dans le verre fondu de base juste en aval de la gorge de sortie de l'appareil de fusion du verre de base, afin que la température de sortie et la chaleur résiduelle du verre de base soient avantageusement utilisées. Cependant, le groupe des constituants volatils peut être introduit directement dans la zone de la gorge de l'appareil dé fusion du verre de base ou à tout autre emplacement favorable ou avantageux entre la zone de fusion du verre de base et la position de mise en forme de ce verre.
La composition de base est en général le groupe
de fusion qui représente la plus grande partie volumique
de la composition totale. Ainsi, pour la plupart des.verres industriels, le rapport de la composition de base à la composition d'additif est compris entre 1/1 et 20/1.
Le procédé de préparation de verre en plusieurs étapes selon l'invention donne une certaine liberté pour la réalisatipn de l'appareil de fusion qui n'existe pas actuellement dans l'industrie verrière: Le fonctionnement et le dessin des appareils de fusion ne sont plus imposés par la composition du.verre fondu produit. Des compositions hostiles peuvent être préparées sous formé d'au moins deux groupes de fusion tels que les constituants les plus gênants, par exemple les plus volatils, ne sont pas présents dans la composition traitée et sont préparés séparément des constituants moins gênants. En général, les constituants volatils les plus importants dans les opérations modernes de préparation
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et l'oxyde de plomb PbO. Ces constituants représentent en général une petite partie de la composition totale et ont des températures de fusion relativement faibles. En conséquence, on peut les faire fondre dans un appareil spécialement prévu et de dimension inférieure à celle de l'appareil utilisé pour le verre de base et fonctionnant à température réduite..Ainsi, les pertes par volatilisation sont réduites et, comme l'appareil de traitement des matières volatiles est petit par rapport aux fours industriels à cuve, les problèmes de lutte contre la pollution sont notablement réduits.
La plupart des matières volatiles de composition de verre sont aussi des Solvants de matières réfractaires connus. En conséquence, on peut prévoir un prolongement de
la durée de l'appareil de fusion à la suite de toute réduction de la quantité de matières volatiles présente dans l'appareil de fusion. Au cours de la fusion industrielle des ver- <EMI ID=4.1>
constate que la durée de l'appareil de fusion peut être prolongée d'environ 100 % lorsque la concentration de B203
dans l'appareil de fusion est réduite de 50 %.
Selon l'invention, on peut préparer un verre de composition voulue par séparation des constituants à température élevée et à température faible en au moins deux parties, et par traitement séparé de ces deux parties, les constituants à température élevée étant traités afin qu'ils fondent. Lorsque la matière à température élevée est à l'état fondu, les matières à basse température peuvent être combinées directement à la première matière si bien que l'ensemble subit rapidement sinon immédiatement, un travail
ou mélange vigoureux par quantités élémentaires grâce à l'application de forces externes assurant une homogénéisation efficace de la combinaison. Avant dégagement important
des constituants à basse température qui peut avoir lieu lorsque la combinaison homogénéisée à haute température n'est pas utilisée directement, la température est avantageusement réduite au voisinage de la nouvelle température de ramollissement afin que les ingrédients volatils aient peu tendance à se dégager.
Une autre caractéristique selon l'invention est
que la partie à température de la composition, en absence des constituants de la partie à basse température,
peut être efficacement préchauffée, sous forme des matières premières et avant début de la transformation en une masse fondue, à une température bien supérieure à celle qui est utilisée lorsque les deux parties sont combinées dans:une composition commune, comme dans la préparation classique du verre.
La consommation d'énergie, le dégagement de gaz efflUent et la dimension de l'appareil de fusion peuvent
être réduits selon l'invention. En outre, la durée du réfractaire destiné à contenir la plus grande partie de la matière fondue peut être considérablement accrue. De plus, comme le temps de séjour des matières à basse température dans
les zones à température élevée est fortement réduit, la con-
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sommation des matières à basse température nécessaires à la formation d'une composition est bien inférieure à celle qui est nécessaire à la formation du verre au cours des procédés classiques de fusion. De telles matières à basse température sont des fondants nécessaires à l'abaissement de la température de fusion et des additifs qui améliorent la durabilité du verre final. Ces constituants sont habituellement bien plus coûteux que la matière de base de la composition, contenant de la silice. Ainsi, le prix des matières premières nécessaires à la formation d'un verre de composition voulue,
peut être réduit considérablement.
L'invention concerne ainsi un procédé de formation de verre fondu et de produits de verre, notamment mais non obligatoirement des fibres de verre, et plus précisément un procédé de suppression, de réduction ou de simplification
du traitement des effluents, rejetés dans l'atmosphère par les constituants contenant des matières volatiles de la composition, ces constituants étant ceux qui comprennent au moins 3 % d'oxyde boriqùe avec ou sans constituants contenant du fluor. Par exemple, les compositions de verre qui conviennent à la fabrication de fibres de verre au cours de la préparation de laine de verre ou d'armatures de matière plastique ou d'autres produits sont en général des borosilicates et ces compositions contiennent des constituants volatils en quantité suffisante pour que les caractéristiques de mise en forme soient modifiées, ces constituants étant l'oxy-
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aux températures de fonctionnement de l'appareil de fusion mais réduisent aussi par leur seule présence dans la matière fondùe, la durée des matières réfractaires par corrosion et attaque chimique.
Lors du retrait des constituants volatils des verres borosilicates et notamment de ceux qu'on utilise pour la fabrication des fibres de verre, on constate que les constituants formateurs restants peuvent pratiquement fondre dans un�four de type classique, soit parce que les constituants restants forment ce qu'on peut considérer comme un eutectique, c'est-à-dire une composition ayant la plus faible tempé-rature de liquidus, soit parce que les constituants restants au moins peuvent être suffisamment fondus dans un four classique ; cependant, dans tous les cas, les caractéristiques de mise en forme des constituants restants, à l'état fondu, ne permettent pas efficacement la manipulation et la mise
à la forme du produit voulu, notamment parce que la viscosité et/ou la température de liquidus sont excessives et ne conviennent pas à une mise en forme utilisable en pratique. Selon l'invention, les constituants volatilisables sont fondus séparément puis ajoutés à la masse fondue des constituants restants, et ils sont alors intimement mélangés, de préférence par agitation mécanique, afin que l'ensemble soit homogène et possède des caractéristiques convenables de mise en forme, permettant ensuite la formation des produits voulus.
On sait dans l'industrie que le rendement d'un procédé de préparation de verre peut être amélioré par préchauffage de la composition formée par les matières premières, avant son introduction dans l'appareil de fusion. Cependant, on sait que le gain en rendement est limité par la température de frittage de la composition particulière utilisée.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention de préparation du verre en plusieurs étapes permet l'élévation notable de la température de frittage de la composition du verre de base, par élimination sélective des ingrédients à température relativement faible de frittage tels que le carbonate anhydre de soude. Les ingrédients à faible température de frittage peuvent être traités séparément dans un groupe, avec ou sans préchauffage, de la manière la plus efficace convenant aux ingrédients particuliers. Ainsi, pour une composition voulue donnée, on peut réaliser un appareil et mettre en oeuvre un procédé de fusion donnant le meilleur rendement thermique.
Ainsi, le procédé de préparation du verre en plusieurs étapes selon l'invention ne nécessite plus la fusion de tous les constituants voulus de la composition dans un même appareil de fusion, avec une composition contenant la totalité des ingrédients. Dans le cas d'une composition vou-lue et donnée de verre, on peut préparer un appareil de fusion et mettre en oeuvre un procédé donnant les caractéristiques optimales pour la pollution, la consommation d'énergie, la durée de l'appareil de fusion ou une combinaison de ces caractéristiques, suivant le but recherché.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un diagramme des phases du système Si02-Na20-CaO, et elle représente les isothermes <EMI ID=7.1> tion de l'eutectique et les isothermes associés ;
- la figure 3 est un diagramme synoptique utilisé pour la description de l'exemple 6 ;
- la figure 4 est un graphique représentant des courbes indiquant la variation de la viscosité pour plu-
sieurs compositions fondues, considérées dans l'exemple 2 ;
- la figure 5 est une perspective d'un exemple d'appareil de formation de fibres de verre, selon l'invention;
- la figure 6 est une perspective partielle repré- sentant la configuration générale de l'appareil de mélange d'avant-corps convenant à la mise en oeuvre de l'invention ;
- la figure 7 est une vue schématique en plan de l'appareil de mélange d'avant-corps de la figure 6, et elle représente les divers éléments utilisés ;
- la figure 8 est une coupe longitudinale suivant la ligne 8-8 de la figure 7 et elle représente la circula-
tion du verre fondu ; la figure est une coupe transversale, suivant
- la figure est une coupe transversale, suivant la ligne 9-9 de la figure 7, vers la partie amont, dans l'avant-corps ;
- la figure 10 est une coupe longitudinale repré- sentant les éléments d'un appareil de fusion de verre à deux zones convenant à la mise en oeuvre de l'invention ; et <EMI ID=8.1>
que représentant les éléments d'un appareil de fusion convenant à la mise en oeuvre de l'invention.
L'invention est particulièrement utile pour la préparation des verres borosilicates couramment utilisés pour la fabrication des fibres. Cependant, comme décrit dans la suite, elle présente des avantages dans tous les domaines de l'industrie de fabrication du verre. Bien que la descriptioh qui suit concerne essentiellement les fibres de verre, il faut noter que l'invention s'applique aussi à d'autres opérations de fusion du verre.
Selon l'ouvrage "THE HANDBOOK OF GLASS MANUFACTURE",
1974, du Dr. Fay V. Tooley, une composition de verre peut contenir à peu près d'importe quel élément de la Classification Périodique des Eléments. Cependant, peu de compositions de verre ne contiennent pas des quantités importantes de silice de bore et de phosphore. La plupart du temps, ces éléments sont sous forme d'oxydes. L'industrie verrière appelle
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oxydes qui possèdent de faibles caractéristiques de formateur sont appelés "modificateurs", un groupe compris entre les deux précédents comprenant des matières "intermédiaires". L'ouvrage précité, à la page 3, donne la classification suivante des éléments formateurs, intermédiaires et modificateurs de verre :
TABLEAU I
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Les possibilités de formation d'un verre indiquées
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La page 5 de l'ouvrage précité énumère les composi-tions industrielles approximatives de verre du tableau II. Il faut noter sur ce tableau que les verres borosilicates et les verres au plomb contiennent de très bons formateurs,
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élément intermédiaire dans le tableau I, peut jouer le rôle d'un élément formateur. Ainsi, ces verres sont particulièrement adaptés à la préparation d'un verre par mise en oeuvre du procédé de l'invention. Chacun des verres peut être préparé sous forme de deux compositions ou groupes séparés de fusion. Par exemple, un groupe peut contenir Si02 comme
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formation d'un verre, avec réalisation de trois compositions séparées, l'oxyde formateur de la troisième étant A1203. Chacun de ces groupes peut être lui-même réalisé afin qu'il présente certains avantages de traitement suivant les contraintes particulières imposées aux fabricants.
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Les compositions pour récipients de verre indiquées
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sibilité plus avantageuse en pratique lors de la préparation de ces verres selon l'invention peut comprendre la formation
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composition exacte et le rapport de mélange peuvent être
des compromis en fonction des caractéristiques voulues de fusion pour les deux verres. Par exemple, lorsqu'on veut réduire la température de fonctionnement de l'appareil de fusion, on peut souhaiter utiliser une composition de base qui,
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une température de l'appareil de fusion comprise entre 800 et 1050[deg.]C, cette température dd fonctionnement étant la plus faible utilisable en pratique. La composition des additifs et le rapport de mélange sont fixés en conséquence.
Après la description générale de l'application du procédé de préparation de verre selon l'invention, on considère maintenant des exemples particuliers et les avantages obtenus.
EXEMPLE 1
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 877 124 et 2 882 173 décrivent des compositions de verre qui conviennent à la fabrication de produits à base de laine de verre. La préparation de ces compositions par le procédé de fusion selon l'invention est particulièrement avantageuse comme décrit dans la suite. Les compositions de verre pour laine formée de fibres contiennent en général, en pourcen- tages pondéraux, les constituants suivants :
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Le principal constituant volatil de la composition précitée est le borate de sodium qui se forme par réaction de Na20 et B203 présents dans la composition fondue. Compte tenù de la présence du borate de sodium, on peut écrire la composition sous la forme :
<EMI ID=22.1>
* constituants du borate de sodium
Selon l'invention, les constituants peuvent être classés, suivant leur volatilité relative, en deux groupes de fusion.
Groupe I (constituants non volatils)
<EMI ID=23.1>
Groupe II (constituants volatils)
<EMI ID=24.1>
La composition du groupe I peut être considérée comme un verre sodocalcique, ressemblant beaucoup aux compositions pour verre plat, et qui, bien que capables de former des-fibres, ne conviennent pas à la formation de laine d'isolation étant donné l'absence de B203. La présence
de ce dernier oxyde est nécessaire à l'obtention d'un verre ayant une bonne résistance thermique et ayant le comportement chimique superficiel nécessaire pour que les.fibres se fixent au liant à base de résine phénol-formaldéhyde. Cependant, les verres sodocalciques de silice peuvent être préparés sous une forme moins hostile que le verre borosilicate voulu pour laine.de verre, indiqué précédemment. Cependant, la composition du groupe II est très volatile et corrosive. En conséquence, on prépare les constituants du groupe II sous forme d'un verre fondu de base, dans un appareil de fusion continue-de verre courant dans l'industrie verrière. On introduit alors les constituants du groupe II
(borate de sodium) dans la composition fondue de base du groupe I, soit sous forme fondue, soit sous forme de matières premières.
Comme la composition du groupe II représente à peu près 11 % du poids total de la composition, on peut la faire fondre dans un appareil de fusion relativement petit, et à une température nettement inférieure à celle de l'appareil de la composition réceptrice. Ainsi, on peut prévoir une réduction de la perte de borate de sodium par volatilisation donc une simplification de la tache de l'appareil de lutte contre les polluants. En outre, comme le verre sodocalcique de silice du groupe I a une corrosivité qui est à peu près égale
à la moitié de celle du verre borosilicate utilisé pour la même isolation, on peut prévoir une augmentation de 100 %
de la durée des réfractaires de l'appareil de fusion.
EXEMPLE 2
Cet exemple concerne un verre borosilicate destiné à la formation de fibres textiles. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 334 961 décrit une composition de verre borosilicate couramment appelé verre E, facilement formé en fibres textiles et utilisé essentiellement comme matière d'armature pour les matières plastiques, les bandages pneumatiques, etc. Le verre E a de façon générale la composition pondérale suivante :
<EMI ID=25.1>
Les constituants volatils considérés, appartenant
<EMI ID=26.1>
conséquence, comme dans l'exemple du verre pour laine d'isolation, on peut déterminer deux groupes de fusion de la manière suivante.
Groupe I (constituants non volatils)
Constituant Plage de compositions,% Exemple de composition
<EMI ID=27.1>
Groupe II (constituants volatils)
Constituant Plage de compositions, Exemple de composition
<EMI ID=28.1>
Le regroupement indiqué des constituants très volatils du groupe II, représentant à peu près 8 % du poids
de la composition fondue voulue, capable de former des fibres, permet la préparation séparée dans un appareil relativement petit de fusion et l'addition au verre fondu de base, avec les mêmes avantages que dans la préparation du verre pour laine d'isolation.
EXEMPLE 3
Cet exemple concerne un verre destiné à des fibres textiles et formé à partir d'un verre de base de composition
<EMI ID=29.1>
la préparation des compositions de verre E comme indiqué dans l'exemple 2. On considère le diagramme des phases du système
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des matières non volatiles sous la forme :
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on obtient la composition eutectique. Ainsi, l'appareil principal de fusion utilisé pour les constituants non volatils du groupe I peut fonctionner à une température minimale.
Les constituants restants sont ajoutés à la compo-sition volatile du groupe I qui devient alors la suivante :
<EMI ID=32.1>
Un autre avantage obtenu avec cette composition permet l'utilisation de matières premières peu coûteuses telles que la colémanite comme source partielle de B203, si bien que l'acide borique relativement coûteux est nécessaire en plus faible quantité.
EXEMPLE 4
Cet exemple concerne des verres sodocalciques. Une composition courante utile pour la fabrication de verre de vitrage ou à bouteille, est la suivante :
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<EMI ID=34.1>
qui a une action très corrosive sur le réfractaire de l'appareil de fusion. Ainsi, il est avantageux que la quantité de Na20 soit réduite afin que la durée de l'appareil de fusion et donc sa rentabilité soient accrues.
Selon l'invention, on peut utiliser deux groupes de fusion qui sont les suivants :
Groupe 1 (matière fondue peu corrosive)
<EMI ID=35.1>
La matière fondue peu corrosive du groupe I représente la plus grande partie de l'ensemble et peut donc former un verre de base, préparé dans un grand appareil
de fusion continue couramment utilisé pour la préparation
du verre fondu. La durée prévue d'une campagne d'un tel appareil est allongée étant donné la réduction importante
de la corrosivité de la matière.
La matière très corrosive du groupe II peut être préparée dans un appareil relativement petit de fusion puis introduite dans le verre de base sous forme d'une matière fondue ou d'une fritte. Dans une variante, la composition
du groupe II peut être introduite dans le verre fondu de
base sous forme d'une composition de matière première si
bien que l'appareil de fusion des additifs est superflu.
EXEMPLE 5
Cet exemple concerne un verre sodocalcique eutectique. La température de liquidus du verre de base du groupe I de l'exemple 4 est estimée à 1700[deg.]C alors que celle du verre d'additif du groupe II est de 870[deg.]C. On peut réduire la température de liquidus à 1300[deg.]C environ, donnant un rendement thermique de fusion bien meilleur, par utilisation, pour le groupe I, de la meilleure composition eutectique :
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Ainsi, la composition d'additif formant le groupe II devient la suivante :
<EMI ID=37.1>
EXEMPLE 6
Cet exemple concerne un verre permettant la formation de produits divers. La figure 3 est un diagramme synoptique d'une installation de préparation de verre capable de former de la laine de verre 100, du verre textile 101, du verre E 102 et un verre chimiquement résistant C103,à partir d!un composition commune 104 de base. La composition de base peut être la suivante :
<EMI ID=38.1>
Comme cette composition mère ne contient pas de constituant volatil et corrosif, on peut prévoir une durée relativement longue de l'appareil de fusion, et le problème posé par la perte des matières volatiles et l'émission correspondante de matière polluante, est résolu.
On peut mélanger la composition mère avec les com-positions suivantes d'additif :
<EMI ID=39.1>
J
On obtient alors les compositions suivantes :
<EMI ID=40.1>
Etant donné le rapport de mélange des additifs à la composition mère, il peut être avantageux d'introduire la composition mère dans la composition d'additif 1 et 4, puis d'homogénéiser. Cependant, là composition d'additif n[deg.]2
<EMI ID=41.1>
spécialistes peuvent noter que, par mise en oeuvre de l'invention pour la formation de la composition d'additif n[deg.]1, on peut préparer la composition d'additif en plusieurs étapes. Ainsi, la composition destinée à la formation de laine de verre peut être formée par combinaison de trois compositions préparées séparément.
Presque toutes les compositions de verre peuvent être réparties en une composition de base et un ou plusieurs mélanges d'additifs, mélangées et homogénéisées et formant alors une composition prédéterminée ou voulue. Les compositions particulières du verre de base et des additifs sont dans une grande mesure fonction du but du traitement, des propriétés physiques des compositions et des matières premières disponibles. De nombreux compromis peuvent être nécessaires à l'obtention des buts voulus, quels qu'ils soient.
L'application du procédé de préparation de verre en plusieurs étapes selon l'invention permet la résolution de nombreux problèmes posés actuellement à l'industrie verrière.
On considère d'abord le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 900 264. Ce brevet décrit un procédé de modification de la composition du verre, dans un four à
cuve fonctionnant de façon continue, entre une composition "normale" et une composition anti-éblouissante et inversement, sans arrêt et nettoyage coûteux de la cuve. Le passage de la qualité "normale" à la qualité anti-éblouissante, selon ce brevet, nécessite une réduction de 0,355 % de Fe203 dans la cuve. Le brevet indique qu'il faut une période de 72 h pour la modification, avec formation d'une grande quantité de déchets de verre. L'invention permet la formation d'un verre de base à partir duquel on peut préparer un verre normal, un verre anti-éblouissant ou un verre très antiéblouissant; par mélange au verre de base d'une composition convenable d'additif. Ainsi, la longue période de modification ou le temps d'arrêt de la cuve, n'est plus nécessaire, et la quantité des déchets est notablement réduite.
On considère maintenant le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 934 444. Ce brevet décrit un procédé permettant la réduction de la perte de B203 par volatilisation à partir d'une cuve de fusion de verre. Cependant, ce brevet nécessite d'abord la synthèse de borax et d'acide borique, formant un polyborate de sodium qui peut alors être utilisé comme ingrédient de la composition. Ce traitement préalable des matières premières accroît le coût de la préparation du verre et réduit le rendement thermique global. Le problème peut être résolu de façon plus efficace et économique par mise en oeuvre de l'invention, comme indiqué dans l'exemple 1.
On considère maintenant le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 411 031. Ce brevet tient compte des variations des compositions de verre d'optique par volatilisation des constituants. Le procédé de l'invention peut être appliqué comme indiqué précédemment à la résolution du problème des pertes de matière volatile.
On considère aussi les économies d'énergie obtenues
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préchauffage de la composition, avant son introduction dans l'appareil de fusion. Ce brevet indique qu'il ne faut pas préchauffer les granulés de la composition jusqu'à leur température de fusion ou de frittage car ils deviennent alors collants et leur transport est difficile. La température à laquelle la composition peut être préchauffée est limitée
par la température la plus basse de frittage des ingrédients combinés. L'application du procédé de l'invention permet la séparation des ingrédients à faible température de frittage
de la composition de base, si bien que la température à laquelle cette composition peut être préchauffée est accrue. Ainsi, le rendement thermique peut être amélioré. En outre, comme les matières volatiles retirées sont habituellement
les constituants les plus corrosifs des réfractaires et comme les émissions volatiles attaquent le toit de la cuve, leur retrait assure des économies supplémentaires par prolongation de la durée de l'appareil de fusion.
Lors de la mise en oeuvre du procédé en plusieurs étapes de préparation de verre selon l'invention, le mélange et l'homogénéisation de compositions fondues ayant des propriétés nettement différentes, notamment de viscosité, de poids spécifique, de température de ramollissement, de température de travail; de température de liquidus, de tension <EMI ID=43.1>
lasticité et de résistivité électrique, sous forme d'une composition utilisable de verre ayant des propriétés différentes de celles des compositions mélangées, sont souvent nécessaires. En conséquence, le mélange des compositions fondues et leur travail afin qu'elles forment la composition finale voulue
de verre sont importants.
On considère la figure 4 qui réprésente des courbes représentatives viscosité-température, à l'état fondu, pour les compositions du groupe I, du groupe II et du produit final homogénéisé de l'exemple 2. Les courbes représentant un verre à 96 % de silice et la silice fondue permettent la détermination d'une relation entre les courbes.
La viscosité de la composition réceptrice du groupe I, à 1473[deg.]C, est égale à 2,50 et celle de la composition d'additif du groupe II à 1093[deg.]C est égale à 0,50. Le produit final homogénéisé a une viscosité de 2,50 à 1282[deg.]C. Ainsi,
le mélange des additifs du groupe II à la composition réceptrice du groupe I peut être comparé au mélange d'éthylèneglycol à du sirop de mais à la température ambiante.
Les figures 5 à 9 représentent un appareil qui
s'est révélé satisfaisant au cours de la production de fibres textiles, selon l'invention. Le procédé et l'appareil décrit en référence aux figures 5 à 9 sont déjà décrits dans le brevet principal et permettent la mise en oeuvre de la présente invention. On constate que le mélange mécanique des compositions fondues est particulièrement avantageux juste après leur association. On constate que cette technique est nécessaire afin que les compositions ne puissent pas présenter de stratification qui pourrait ensuite rendre pratiquement impossible le mélange.
La figure 5 représente un exemple d'appareil de fabrication de fibres de verre. Un four électrique continu
10 reçoit la composition de matières brutes par une trémie transversale 11. Le verre fondu quitte le four 10 et s'écoule dans l'avant-corps 12. Une zone de mélange de verre fondu est placée en aval du four 10 dans l'avant-corps 12
et elle est indiquée par les agitateurs spiralés 15 et 16. ' On considère dans la suite une description détaillée de la zone de mélange et du rôle des agitateurs. La composition fondue formée par les additifs est préparée dans un appareil séparé 20 et elle est introduite dans la zone de mélange par un conduit convenable 21. L'action combinée de mélange et
de pompage des agitateurs 15 et 16 assure le mélange de la composition fondue d'additif avant la composition fondue de base et l'homogénéisation sous forme d'un verre final fondu. Celui-ci passe dans l'avant-corps 17 de distribution et parvient aux positions 22 et 23 permettant la formation de fibres de verre.
La figure 6 est une perspective avec des parties arrachées de la zone de mélange de l'avant-corps, après retrait des agitateurs 15 et 16 permettant ainsi l'observation claire de la configuration et de l'orientation des blocs 13 et 14 de mélange. Le verre s'écoule de façon générale du coin supérieur gauche de la figure 6 au coin inférieur
3 comme indiqué par la flèche 30. Les blocs 13 et 14 de mélange sont identiques, la seule différence étant leur orientation dans le canai de l'avant-corps. En conséquence, on ne décrit que le bloc 13 puisque le bloc 14 est identique, mis à part son orientation et son rôle.
Le bloc 13 est disposé transversalement dans le canal de l'avant-corps et sa face amont 31 constitue une barrière ou un barrage pour le courant de verre fondu de base. Un puits cylindrique 33 d'agitateur est disposé entre la face supérieure 32 du bloc 13 et une fente 34 qui, avec
le fond de l'avant-corps, délimite un passage rectangulaire disposé le long du canal de l'avant-corps et débouchant à
la face aval 35 du bloc.
Le bloc 14, analogue au bloc 13, est placé en
aval de ce dernier et a une fente 34a débouchant vers l'amont, en face de la fente 34 du bloc 13. Des blocs 361 et
36r de blocage ayant une face inclinée 371, 37r entre les parois latérales de l'avant-corps et son fond, forment en combinaison avec le fond de l'avant-corps, un canal de circulation communiquant avec les fentes 34 et 34a des blocs
13 et 14.
Les figures 7 et 8 sont des coupes en plan et en élévation respectivement des blocs 13 et 14 comportant des agitateurs 43 et 44 à vis qui comprennent une ailette spiralée enroulée sur un arbre central entraîné en rotation c omme indiqué par les flèches de la figure 7, par tout dispositif convenable, par exemple un moteur électrique et un réducteur
(non représentés). Le bloc amont 13 constitue un barrage pour le verre fondu de base si bien que celui-ci déborde sur le bloc et pénètre dans la région d'action de l'agitateur 43. Jusqu'en amont de celui-ci, la composition fondue d'additif est introduite dans la composition de base par un conduit 21 lorsque cette dernière passe sur la partie amont du bloc 13. Les additifs fondus pénètrent de préférence sous la surface de la composition de base comme représenté. et
L'agitateur 43 mélange le verre de base/les additifs et pompe le mélange vers l'aval dans le bloc 13 si bien que le verre s'échappe vers l'aval par la fente 34. Les blocs 361 et 36r canalisent la plus grande partie du mélange vers la fente 34a du bloc 14 qui constitue un orifice d'entrée de ce dernier.- Comme indiqué par la flèche 45 de la figure 8, une partie du verre fondu quittant la fente 34 remonte et est renvoyée dans le bloc 13, étant ainsi recyclée dans l'agitateur 43.
La partie du mélange fondu qui est canalisée vers la fente 34a est ensuite mélangée par l'agitateur 44 lors de son pompage vers le haut dans le bloc 14. La composition finale fondue quitte la face supérieure du bloc 14 et s'écoule sur celle-ci. Une partie du verre quittant la face supérieure du bloc 14 s'écoule vers l'amont, la plus grande partie représentée par la flèche 46 revenant vers l'orifice 34a du bloc 14 et étant recyclée alors qu'une petite partie remonte en amont comme indiqué par la flèche 48 et repasse dans le bloc 13. Le reste de la composition fondue, comme indiqué par la flèche 47, s'écoule vers l'aval, jusqu'à l'avantcorps 17 de distribution. Les flèches 45, 46 et 48 représentent des courants de verre inverses qui assurent l'établissement d'un barrage ou d'un front fluide à la partie supérieure du bloc 13 comme indiqué par le trait pointillé 50.
En amont du front 50, le verre de base est vierge. Ainsi,
la présence de ce front provoque l'écoulement du verre de base non mélangé dans le bloc 13 en court-circuit des circulations de fluide. Dans une variante, un barrage matériel peut être réalisé à la partie supérieure du bloc 13 et assure ainsi la circulation du verre de base non mélangé dans ce bloc.
La figure 10 est une coupe latérale d'un four à deux zones convenant aussi à la mise en oeuvre de l'invention. La chambre principale 60 de fusion peut assurer un chauffage électrique par effet Joule ou un chauffage par un combustible fossile, selon le cas, pour la fusion des ingrédients. Les ingrédients fondus s'écoulent alors dans la gorge immergée 61 et remontent par la colonne 62 puis sont aspirés ou attirés par l'agitateur 23 qui pompe vers le bas. La composition d'additif qui est destinée à transformer les ingrédients fondus préparés dans la zone 60 en composition finale voulue pour le verre travaillé ou produit est de préférence introduite en amont de l'agitateur 63, par un conduit convenable 64.
Le mélange forcé de la composition fondue de base, lorsqu'elle remonte dans la colonne 62, peut être avantageux, et peut être obtenu à l'aide d'un agitateur assurant un pompage vers le haut. Ainsi, le temps de séjour de la composition fondue de base dans la zone 60 peut être réduit.
L'agitateur 63 qui pompe vers le bas mélange initialement la composition de base et les additifs et transmet le mélange à la zone 65 d'affinage. Suivant la volatilité
des ingrédients mélangés, présents dans la zone 65, la disposition d'un capot et de conduits associés destinés
à transporter les matières volatiles dégagées à un épurateur, non représenté, peut être avantageuse.
Le mélange provenant de la zone 65 d'affinage
passe dans le canal 70 d'entrée et un agitateur 71 le chasse par pompage vers le haut si bien qu'il est homogénéisé finalement et s'écoule dans l'avant-corps 72 de distribution sous forme d'un verre fondu qui peut être travaillé et ayant les caractéristiques voulues pour la mise en forme du <EMI ID=44.1>
produit.
.L'appareil de là figuré 10 peut subir de nombreuses modifications améliorant son fonctionnement. Par exemple, des électrodes de chauffage peuvent être disposées dans la colonne 62 afin qu'elles maintiennent la température des ingrédients de base depuis leur-sortie de la chambre 60 ou élèvent cette température et facilitent ainsi le mélange des additifs à la composition de base. Un appareil mécanique ou thermique de mélange peut être ajouté à la zone 65 d'affinage afin que la vitesse d'homogénéisation soit accrue
et le temps de séjour réduit.
Suivant la composition utilisée et les propriétés de celle-ci telles que la Viscosité ou le poids.spécifique, l'introduction de constituants fondants peut par exemple être avantageuse dans la zone de la gorge 61 de l'appareil de fusion afin que la viscosité de la composition de base soit réduite avant introduction d'autres additifs. Ainsi, la composition de base peut être préparée au mélange des autres ingrédients d'additifs provenant du conduit 64.
La figure 11 représente un appareil permettant la mise en oeuvre de l'invention et qui est particulièrement avantageux lors de l'homogénéisation de trois groupes d'ingrédients dont l'un peut être sous forme des matières brutes, avec homogénéisation sous forme d'une composition de verre voulue pour la formation d'un produit. Une composition fondue 80 de base est préparée dans un appareil de fusion non représenté et pénètre dans l'avant-corps 81.
Un bloc 82 de mélange est placé dans cet avant-corps et
est disposé à la manière d'un barrage, transversalement à l'avant-corps; de la même manière que le bloc 13 de la figure 8. Un passage cylindrique 84 est disposé entre la face supérieure 83 du bloc 82 et une sortie 85, comme dans le
cas du bloc 13 de la figure 9. Un agitateur 86 est monté dans le passage 84 et il permet le mélange, l'homogénéisation et le pompage forcé vers le bas des ingrédients fondus, dans le passage 84 et vers la sortie 85 puis la partie aval de l'avant-corps.
Une première composition d'additifs est préparée sous forme fondue, comme indiqué par la référence 90, dans un appareil de fusion 91, et elle s'écoule vers un orifice
92 dé sortie. Une seconde composition d'additif préparée sous forme fondue comme indiqué par là référence 95, dans un appareil séparé de fusion non représenté, s'écoule par une buse 96 qui passe dans là composition 90 et dans l'orifice
92 de sortie et transmet un courant 97 de composition
fondu 95 au centre du courant 98 de la composition 92 qui entoure totalement le courant 97, l'ensemble formant un courant composite 100. Celui-ci qui comprend les deux compositions d'additif, s'écoule dans le courant fondu de la composition de base, en amont de l'agitateur 86 qui l'attire avec la composition fondue de base. L'agitateur 86 mélange et homogénéise les trois compositions fondues et forme la composition finale voulue pour les produits. L'appareil de la figure 11 peut être particulièrement avantageux lorque la composition fondue 95 est très volatile, car elle peut être totalement entourée par le courant fondu 98 qui empêche les pertes de matière volatile provenant du courant 97.
La composition 95 peut être préparée dans un appareil de fusion du type décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n[deg.] 3 429 972 qui convient à la préparation de compositions fondues d'ingrédients minéraux ayant des températures de fusion relativement élevées, notamment
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ingrédients non fondus comme décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n[deg.] 2 371 213.
L'appareil de la figure 11 peut être avantageusement modifié en vue du traitement d'une composition de verre formée à l'aide de deux groupes d'ingrédients fondus. Les appareils 91 et 96 de fusion peuvent être utilisés pour la préparation des compositions de base et d'additif respectivement. Le courant composite 100 peut alors parvenir directement à un appareil convenable de mélange de type connu, par exemple d'un type décrit dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique n[deg.] 3 942 968, 3 811 861, 3 725 025, 3 486 874, 3 174 729, 3 057 175, 2 730 338, 2 716 023, 2 688 469,
2 577 920, 2 570 079, 2 569 459 et 2 520 577.
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à la préparation du verre fondu une grande liberté-pour la composition. On peut non seulement réaliser des verres particuliers de base afin d'améliorer la'rentabilité de l'opération de fabrication du verre, mais encore des ingrédients très volatils tels que l'eau peuvent être incorporés à la composition fondue.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.