Objet en verre trempé, procédé pour sa fabrication et installation pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention comprend un objet en verre trempé, caractérisé en ce qu'il est composé d'un verre dont la température de tension est au moins égale à 506 C, l'inter valle de prise inférieur à 600 C et le coeffi cient de dilatation inférieur à 65 k 10-7. L'invention comporte aussi un procédé de fa brication de cet objet et une installation pour la mise en #uvre de ce procédé.
Un objet tel que celui que comprend l'invention est par ticulièrement désigné comme ustensile de cui sine en verre et spécialement comme ustensile destiné à être placé sur une cuisinière, se dif férenciant de ceux allant au four par le fait qu'il est soumis à une température plus élevée localisée, au lieu d'être soumis à la tempé rature uniforme relativement basse du four. L'utilisation du verre (qui diffère du quartz fondu) a jusqu'à présent été impossible pour la réalisation de tels ustensiles.
Pour tremper un verre, il y a lieu de con sidérer le "point de ramollissement", le "point de recuit" et le "point de tension" du verre particulier soumis à la trempe. Le point de ramollissement est l'état dans lequel le verre possède une viscosité de 107,6 poises, le point de recuit est l'état dans le quel le verre possède une viscosité de 1,013,4 poises, et le point de tension est l'état dans lequel le verre possède une visco sité de 1014,6 poises. Les expressions "tempé- rature de ramollissement",
"température de recuit" et "température de tension" défi nissent la température à laquelle un verre re cuit atteint les états visqueux ci-dessus indi qués.
Il n'était pas connu, avant la présente in vention, que le verre trempé subit un relâ chement de tension lorsqu'il est soumis à un chauffage répété ou prolongé à une basse tem pérature et l'ignorance de ce fait peut avoir été la cause de nombreux insuccès pour les quels aucune explication appropriée n'a pu être fournie.
La raison de ce phénomène de relâche ment ou d'abandon de tension n'est pas par faitement connue, mais on suppose qu'il est partiellement dû à un changement dans la structure moléculaire du verre causé par la trempe. Les investigations de l'inventeur ont conduit à la, conclusion que. pour chaque température, le verre possède une certaine disposition moléculaire préférée et que s'il est maintenu à une température donnée pen dant un temps suffisant, la disposition molé culaire correspondante sera, éventuellement atteinte. Bien entendu, cette condition est accélérée lorsque le verre devient moins vis queux et plus mobile, car les molécules peu vent alors se déplacer plus librement que lorsque le verre est rigide (stiff) et dur.
Par suite, en refroidissant le verre à partir d'une température élevée, comme on le fait habituel lement dans la trempe du verre, sa compa cité ou plutôt sa, rigidité (stiffness) aug mente avec une telle rapidité que le change ment correspondant dans la disposition molé culaire ne peut nécessairement pas suivre et il se produit ainsi l'effet de congélation (freezing) dans le verre d'une disposition mo léculaire se trouvant dans la région de celle qui prévaut immédiatement au-dessus du point de ramollissement, ou lorsque le verre a une viscosité d'environ 107,6 poises.
En d'autres termes, pour tremper le verre, il est nécessaire de réduire d'abord sa visco sité et l'amener à un état au-dessous de son point de recuit, soit 1013e poises et. de pré férence, près de son point de ramollissement, c'est-à-dire environ 10)7,6 poises. Ceci est ha bituellement réalisé en chauffant le verre. la température étant déterminée par les consti tuants entrant dans sa composition. Après ré duction de la viscosité du verre, on le sou met à un traitement brusque de raffermisse ment qui lui redonne sa rigidité. Ceci est ha bituellement obtenu en le refroidissant à une température de plusieurs centaines de degrés au-dessous de celle à laquelle il avait préala blement été chauffé.
Par suite, la disposition moléculaire d'un objet en verre trempé s'ap prochera davantage de celle que possédait le verre immédiatement avant la phase de dur cissement du procédé. Basé sur la théorie que la disposition moléculaire du verre trempé se rapproche de celle du verre avant la trempe, il est à noter que le verre trempé se prêtera plus facilement à un traitement de ramollisse ment et, par suite, lorsqu'il sera utilisé sous forme clé récipient chauffant, sa disposition moléculaire commencera à changer à des tenm- pératures bien au-dessous de celle à laquelle un changement serait décelé dans une pièce analogue, mais recuite.
Dans le verre trempé, les couches de sur- face sont sous compression pendant que les parties intérieures sont sous tension et, par suite, il y a deux forces agissant l'une contre l'autre, la grandeur de ces forces étant telle que lors du relâchement le plus léger clé la rigidité du verre, il s'ensuit un mouvement vers l'annulation et la stabilité. Etant donné que dans une pièce recuite en verre ne conte nant que de faibles tensions. ces forces sont plus complètement annulées. on conçoit que la rigidité de la pièce doit être beaucoup plus sévèrement perturbée. avant qu'un change ment appréciable soit détecté.
Le verre destiné à aller sur le feu attein dra cles températures comprises entre 150 et 50(I . Evidemment, un verre destiné à n'être utilisé qu'à la plus basse de ces températures pourra servir s'il possède une température de relâchement de la tension plus faible que celle demandée si on l'utilisait à des températures plus élevées. Toutefois, en pratique, les objets en verre destinés à ètre placés sur le dessus d'une cuisinière risquent, dans les mains du public. d'être soumis aux conditions les plu: sévères et, par suite. doivent avoir une tempé rature de relâchement de tension élevée.
En général. on a constaté que la. température de relâ.chernent clé la tension d'un verre trempé est d'approximativement 17.1 C au-dessous de, la température de tension du même verre. Il en résulte qu'un verre destiné à être soumis à une température de 15I) C seulement, peut avoir une température de tension de 325 C, tandis que dans le cas d'un service plus sé vère, où le verre trempé doit pouvoir atteindre une température de 500 C, il sera, choisi de manière à avoir une température de tension au moins égale ii, 675 C.
De là, l'importance d'une température de tension élevée dans le verre.
Un autre facteur à considérer dans la fa brication d'objets en verre trempé destinés à être posés sur le dessus d'une cuisinière, est l'endurance thermique de l'objet. Pour un de gré prédéterminé de trempe, elle est comman dée en premier lieu, par le coefficient de di latation thermique du verre dont l'objet est constitué, bien que l'épaisseur des parois de ce récipient et sa farmne soient également des facteurs d'un peu moindre importance. D'une façon générale, des objets en verre trempé des tinés à être chauffés sur une cuisinière doi vent être en verre ayant un coefficient de di latation thermique inférieur à 65 X l0-7 par degré centigrade ou qui ne résistera pas au choc thermique auquel de tels objets sont soumis en service.
Plus est faible le coefficient de dilatation du verre, plus grande sera l'en durance thermique de l'objet et moindre sera la nécessité de tenir compte de l'épaisseur de la paroi et de la forme de l'objet.
Etant donné que les courbes de tempéra ture-viscosité des verres de compositions dif férentes ne sont pas semblables, certaines li mites de travail doivent être observées lors qu'on fabrique des objets en verre destinés à être placés sur des cuisinières. Certains verres possédant la propriété d'avoir une vis cosité élevée aux températures atteintes sur les cuisinières, possèdent aussi une diminu tion rapide de viscosité à des températures plus élevées. D'autres verres, possédant la pre mière propriété, demandent pour les rendre utilisables des températures élevées telles qu'elles ne se prêtent pratiquement pas à la fabrication commerciale.
Tandis que des verres possédant des viscosités suffisamment élevées pour conserver leur trempe lorsqu'on les place sur une cuisinière, demandent égale ment des températures de travail plus élevées pendant la fabrication de l'objet que les verres plus communément utilisés, il est pos sible en choisissant un verre approprié, de maintenir cette dernière température dans les limites d'une opération perfectionnée mais, néanmoins, commerciale. Le dessin annexé illustre, à titre d'exem ple, ume forme d'exécution du procédé ainsi qu'une forme d'exécution de l'installation que comprend l'invention pour l'obtention d'un objet en verre trempé destiné à être posé sur la flamme libre d'une cuisinière ou sur un dispositif de chauffage électrique.
La fig. 1 est une vue schématique en plan de ladite forme d'exécution de l'installa tion pour la mise en #uvre du procédé que comprend l'invention; La fig. 2 est une vue latérale, partielle ment en coupe, d'une presse que comprend cette installation pour la fabrication d'objets en verre à partir de verres à grande viscosité; La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1; La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1; La fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 1; La fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la fig. 1; La fig, 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 1;
La fig. 8 est une vue partielle en pers pective d'une partie du récipient contenant le bain de trempe représenté sur la fig. 7. et La fig. 9 est un graphique représentant les taux de relâchement des tensions de verres divers, à différentes températures.
Pour la mise en oeuvre du procédé, on uti lise, de préférence, un verre dont la composi tion est telle qu'il possède la propriété d'avoir une température de tension élevée et une fai ble dilatation thermique. Des compositions de verres pouvant "être utilisées dans ce but, et possédant ces qualités, sont indiquées sur le tableau suivant:
EMI0003.0014
<I><U>T</U>a<U>bleau</U> <SEP> I:</I>
<tb> <I>(A_)_ <SEP> <U>(</U>B_) <SEP> (<U>C)</U> <SEP> (1ï></I>
<tb> Si02 <SEP> 56,4 <SEP> 60,5 <SEP> 62.5 <SEP> 57,1
<tb> B203 <SEP> 5,0 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 12,4
<tb> <B>A1203</B> <SEP> 23,0 <SEP> 21,4 <SEP> 15,6 <SEP> 15,5
<tb> Na2O <SEP> 0,8 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> CaO <SEP> 4,1 <SEP> 8,7 <SEP> 10,0 <SEP> 9,0
<tb> 11Ig0 <SEP> 10,7 <SEP> 5,8 <SEP> 5,0 <SEP> 5,0
<tb> Fluorine <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,0 Il est à noter que ces compositions sont toutes caractérisées par une teneur élevée en alumine et faible en alcali, et le tableau ci- caprès donne les caractéristiques des verres ayant les compositions ci-dessus.
EMI0004.0003
Tableau <SEP> Il:
<tb> Tetnpéra- <SEP> Tempéra- <SEP> Tempéra Verre <SEP> turc <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> Dilatation
<tb> tmolliasement <SEP> recuit <SEP> tensïon
<tb> (A) <SEP> 929 <SEP> 726 <SEP> 684 <SEP> 38-X-10-7
<tb> (B) <SEP> 938 <SEP> 715 <SEP> 872 <SEP> 41 <SEP> X <SEP> 10-7
<tb> (C) <SEP> 888 <SEP> 683 <SEP> 625 <SEP> 40X <SEP> 10-7
<tb> (D) <SEP> 871 <SEP> 639 <SEP> 603 <SEP> 39 <SEP> X <SEP> 10-i On remarquera que torts les verres indi qués ci-dessus possèdent des températures de tension supérieures à 60() C et que, par suite, certaines de ces compositions doivent être pré férées pour l'obtention d'objets destinés à être posés sur une cuisinière, et qui sont son- mis à un service sévère, comme,
par exemple, faire bouillir, griller et cuire des aliments, la rigidité du verre à la température à laquelle il est porté en service étant telle que toute ten dance du verre à relàcber sa tension est re tardée ou complètement arrêtée.
Pour des genres de services moins durs. on a constaté que des objets donnant satis faction peuvent être obtenus en utilisant des verres ayant les compositions et les caracté ristiques indiquées dans les tableaux suivants:
EMI0004.0006
Tableau <SEP> V:
<tb> LA) <SEP> rB) <SEP> (lC) <SEP> (D) <SEP> (E <SEP> (F') <SEP> (lG) <SEP> (H)
<tb> 245 <SEP> <SEP> C <SEP> 266 <SEP> <SEP> C <SEP> 363 <SEP> <SEP> C <SEP> 268 <SEP> C <SEP> 265 <SEP> <SEP> C <SEP> 299 <SEP> <SEP> C <SEP> 238 <SEP> e <SEP> C <SEP> 222 <SEP> <SEP> C Des expériences ont montré que la carac téristique de relâcbement de la tension d'un verre ne dépend pas entièrement de sa tem pérature de tension, mais qu'elle est aussi déterminée, dans une grande mesure, par l'é tendue de son intervalle de prise (setting range).
Les formes d'exécution de l'objet que comprend l'invention seront donc non seule ment constituées par du verre ayant une tem pérature de tension de 506 C et même plus élevée, mais possédant encore un intervalle de
EMI0004.0008
Tableau <SEP> III:
<tb> (7s) <SEP> (F) <SEP> (G) <SEP> (H)
<tb> Si02 <SEP> -80,11 <SEP> 0 <SEP> 71,0 <SEP> 72,5
<tb> A12O3 <SEP> 2,1 <SEP> 1,7 <SEP> 5,0 <SEP> 4,5
<tb> B203 <SEP> l1,4 <SEP> 13.0 <SEP> 15,0 <SEP> 12,2
<tb> Na2O <SEP> 5,7 <SEP> 4,4 <SEP> 7,5 <SEP> 8,4
<tb> K20 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> 2,3
<tb> Li2O <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> - <SEP> Tableau <SEP> IV:
<tb> Tempéra- <SEP> Tempéra- <SEP> Tempéra Verre <SEP> ture <SEP> de <SEP> turc <SEP> de <SEP> ture <SEP> de <SEP> Dilatation
<tb> ramollissement <SEP> recuit <SEP> tension
<tb> (E) <SEP> 784 <SEP> 557 <SEP> 519 <SEP> 43 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> (F) <SEP> 816 <SEP> 561 <SEP> 517 <SEP> 32X <SEP> 10-7
<tb> (G) <SEP> 744 <SEP> 542 <SEP> 506 <SEP> 5r7 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> H1) <SEP> 755 <SEP> 566 <SEP> 533 <SEP> 62 <SEP> X <SEP> 10-7 Un autre facteur que l'on suppose être im portant en ce qui concerne la sélection d'un verre devant résister au relâebement de la.
trempe, est 1e taux d'augmentation de sa vis cosité, au fur et à, mesure de l'abaissement de la température; en d'autres termes, l'inter- valle de prise (setting rate) d'un verre in diqué par la différence en degrés de tempéra- tul-e entre ses températures de ramollisse ment et de tension. Ces différences entre les températures de ramollissement et de tension des verres indiqués ci-dessus sont représen tées dans le tableau suivant: prise ne dépassant pas 300 e C.
Des essais ont montré qu'il est préférable d'utiliser du verre A pour obtenir des objets destinés à être posés sur une cuisinière, car il possède une tem pérature (le tension bien supérieure à 600 C. et un intervalle de prise (setting range) re lativement étroit de 245 e C. Le verre H, tout en ayant une température de tension de 150 e C au-dessous de celle du verre A, pos sède un intervalle de prise (setting) de 222 C et on a également constaté qu'il convenait pour la fabrication d'objets destinés à être po sés sur le feu.
Bien qu'il soit possible d'obtenir des objets destinés à être posés sur le feu avec des verres ayant des coefficients de dilatation thermi que beaucoup plus élevé que ceux indiqués sur les tableaux il et IV, la dilatation du verre dont sont constitués les objets doit être infé rieure à 65 X 10-7 par degré centigrade. Si le coefficient de dilatation était supérieur à celui ci-dessus indiqué, il deviendrait néces saire, pour que l'objet ait une endurance ther mique suffisante, d'y introduire un degré de trempe tel que, lorsque l'objet se casse, il ne se produise pas de fracture explosive telle que de petits éclats de verre risquent de vo ler dans tous les sens.
Cette fracture explo sive fait courir le risque, en particulier lors- que les objets sont utilisés dans le service do mestique, que des particules de verre soient projetées dans les aliments contenus dans d'autres récipients, ce qui constitue un dan ger pour le consommateur. En utilisant un verre ayant un faible coefficient de dilatation thermique, le degré de trempe nécessaire à l'obtention d'un article ayant une endurance thermique élevée est proportionnellement ré duit et, comme le degré de trempe est dimi nué, le danger de rupture du verre avec fracture explosive est également réduit.
On a constaté que, pour obtenir une endu rance thermique élevée, sans introduire le risque d'une fracture explosive, lorsque l'ob jet se casse, le degré maximum de tension par millimètre carré ne doit pas dépasser les valeurs données par l'équation:
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dlans laquelle T désigne la tension maxi mum en kg par mm'; n est le rapport de la compression maximum à la tension maximum; E est le coefficient d'élasticité (coefficient Young) en kg par mm@; f est la résistance à la traction du verre en kg par<U>mm';</U><B>y</B> est le rapport Poisson ou rapport de la contraction à l'extension dans un corps étiré et t est l'é paisseur du verre en mm.
On donnera ci-après des exemples spécifiques de réalisation d'ob jets en verre trempé ayant ce degré de ten sion.
Pour la mise en ceuvre du procédé que comprend l'invention, on peut utiliser la forme d'exécution de l'installation représen tée au dessin. Le verre, de préférence du verre A ci-dessus défini, est fondu dans un récipient 10 d'où on l'amène par l'intermé- diaire d'un avant-foyer 11 et d'un feeder ap proprié, à une presse 12, de préférence une presse rotative automatique, bien que tout autre mécanisme de presse approprié puisse être utilisé.
Etant donné le genre de verre et, en particulier, sa viscosité élevée et son court palier de travail, il devra être travaillé à une température de, ou voisine de<B>1300'</B> C. Le feeder sépare le verre en charges (paraisons) oui tombent dans des moules 13 portés par la presse 12 et, après compression, l'objet ainsi formé est placé soit par l'opérateur, soit au moyen d'un transporteur approprié 14, dans un four égalisateur de température 15 maintenu à une température d'environ 1000' C ou au-dessus.
Les objets en verre placés dans le four 15 ayant atteint une température appro priée, qui doit être supérieure à la tempéra ture de recuit et, de préférence, suffisamment élevée pour qu'il n'y ait pas de modification de forme desdits objets, sont ensuite enlevés du four et introduits dans un milieu réfrigéra teur qui est un sel fondu contenu dans un récipient approprié 16.
Le bain est maintenu à une température d'environ 525 C et a une densité voisine de celle du verre dont l'objet est constitué. Ce traitement provoque un brusque durcissement ou raffermissement du verre accompagné d'une augmentation<B>de</B> viscosité. Non seulement ce traitement intro duit des forces de tension et de compression dans le verre qui contribuent dans une grande mesure à son endurance thermique et à sa résistance aux chocs mécaniques, mais crée aussi dans le verre une disposition molé culaire analogue à celle qu'il possédait lors qu'il était à, l'état fortement chauffé et ra molli.
Certains mélanges de sels conviennent particulièrement bien comme bains de re froidissement, au point de vue large gamme de températures de travail et économie. Parmi ces sels, on citera les suivant: le ni trate de sodium et le nitrate de potassium mélangés, le nitrite de sodium et le nitrate de potassium mélangés, le nitrate de sodium seul, le nitrate de potassium seul, le sulfate acide d'ammonium, le nitrate de lithium, le nitrate de sodium, le nitrate de potassium et le nitrite de potassiumn mélangé, le chlo rure de potassium et le chlorure cuivreux mélangés, le chlorure de zinc seul, le chlo rure de potassium et le chlorure (le zinc mé langés, le sulfate acide de potassium, le sul fate acide de sodium, le sulfate acide (le sodium et le sulfate acide de potassium, etc.
Il est évident que diverses combinaisons des sels ci-dessus indiqués autres que celles mentionnées ci-dessus pourront être utilisées.
Une caractéristique importante consiste en ce que, par suite d'une certaine propriété des sels inorganiques fondus, la température du bain de refroidissement détermine, avec précision, le degré de trempe qui sera obtenu. C'est-à-dire que la tension finale qui sera obtenue en refroidissant un verre donné chauffé à une température donnée, dans un bain de refroidissement de sel fondu, va riera inversement avec la température du bain de refroidissement. Le degré de trempe obtenu dans les mêmes conditions en utilisant un bain d'huile est pratiquement indépen dant de la température du bain de refroidis sement et, par suite, un tel bain est d'un em ploi limité.
Après refroidissement du verre dans le bain de sel fondu ci-dessus décrit, les objet sont amenés dans un bain d'eau contenu dans un récipient 17, et destiné à dissoudre et éli miner le sel qui peut adhérer auxdits objets. Ce bain d'eau est maintenu à la température du laboratoire, de sorte que les objets sont soumis à un essai de choc thermique et ceux qui n'ont pas été correctement trempés ou qui présentent d'autres défauts se casseront, tan dis que ceux possédant 1a répartition correcte de trempe resteront intacts. On réalise ainsi une sélection automatique des objets correcte ment et incorrectement trempés.
Dans le cas du verre r1, il est nécessaire, par suite de ses caractéristiques, d'utiliser un traitement réduisant la température avant d'introduire l'objet dans le bain d'eau de la vage. Untel traitement est réalisé dans un tun nel 18 dans lequel des souffleries d'air ré duisent la. température de l'objet par rapport à celle du bain de refroidissement (environ 535 C) à une température d'environ 300 C, de sorte que lorsque des objets sont intro duits dans le bain d'eau susvisé, l'essai de choc thermique sera effectué comme indiqué.
Après lavage à l'eau, de la manière ci dessus décrite, les objets sont transférés dans un bain de vapeur 19, dans lequel leur tempé rature est portée à un degré où ils sont rapi dement séchés, après quoi ils sont amenés sur une courroie de vérification \?0, le long de laquelle ils se déplacent pour être empaquetés rapidement en vue de leur expédition et dg leur distribution.
Dans certains cas, et particulièrement lors qu9on veut; obtenir des objets destinés à être chauffés sur une cuisinière, avec des compo sitions de verre ayant un court palier de tra vail, on a trouvé avantageux de donner îi l'ob jet un degré de trempe en excès par rapport à celui qu'il doit posséder finalement et de le soumettre ensuite à un traitement ther mique, analogue à un recuit, grâce auquel la trempe est réduite à celle finalement désirée.
Dans ce cas, on choisit un verre, tel que, par exemple, le verre B ci-dessus décrit, et après avoir comprimé l'objet, on le soumet à un traitement égalisateur de température pen dant une courte période de temps, dans un four dont la température est d'environ 900 <B><I>C</I></B>. Après un tel chauffage, on soumet l'objet à n traitement de refroidissement consistant, de préférence. en un bain de sel fondu, main tenu à environ 450' C.
Ceci introduit dans l'objet un degré de tension d'environ 4 kg par mm', qui est de beaucoup supérieur à ce lui nécessaire, puisque pour le genre de ser vice auquel l'objet est destiné, il ne nécessite qu'une tension d'environ 3 kg par mm'. Après avoir ainsi trempé l'objet, on le sou met à un traitement thermique qui, par exem ple, peut consister à le chauffer à une tem pérature d'environ 535 C pendant une pé riode de 2 heures, ou à le soumettre à une température d'environ 510' C, pendant une période de 7 heures.
Ce traitement ramène la tension à environ 3 kg par<U>mm',</U> et simulta nément provoque une redisposition molécu laire ou mouvement vers la stabilisation qui réduit considérablement la tendance du verre à un nouveau relâchement de sa tension, lors qu'il est soumis aux températures qui se pré sentent sur les cuisinières ou autres fourneaux analogues. En traitant ainsi des objets en verre, il est possible de changer les caracté ristiques du verre, de telle sorte que les ob jets peuvent être soumis à des températures de service supérieures de 25 C à celles aux quelles un objet analogue initialement trempé à 3 kg par mm2 résistera avant que le relâchement de tension s e produise.
Les courbes du graphique de la fig. 9 re présentent le relâchement de la tension au bout de cent heures, des différents verres auxquels on s'est référé plus haut, à des tem pératures entre 250 et 500 C. Il est à noter que dans chaque cas, le relâchement de ten sion de 350' C n'excède pas de 30% le de gré initial de trempe introduite dans l'objet.
La presse 12 ci-dessus mentionnée com prend une embase 21 (fig. 2) portant un pla teau rotatif horizontal 22 prés de la périphé rie duquel sont montés des moules 13. Ces moules sont, de préférence, en acier spécial, contenant environ 13 % de chrome et 0,6 % de cobalt, de manière à leur permettre d'être portés à la température convenable pour com primer le verre qui, dans certains cas, exige qu'ils restent rouge cerise ou à environ 600 C.
Les surfaces de contact avec le verre des fonds des moules sont, de préférence, re couvertes de chrome parfaitement poli qui non seulement a pour objet de résister à l'u sure, mais aussi d'empêcher le verre de se coller aux moules chauffés et chaque moule est entouré par une enveloppe 23 destinée à le maintenir à une température suffisamment élevée pour le moulage correct du verre. Près de la station de chargement des moules de la presse se trouve une station de compres sion sur laquelle un piston de moulage 24 est monté de manière à descendre dans le fond du moule et à mouler la charge de verre préa lablement déposée.
De même que le fond du moule, ce piston est eii acier contenant envi ron les mêmes proportions de chrome et de cobalt, et il est maintenu à une température élevée, de manière à faciliter le moulage du verre déposé dans les fonds des moules lors que le piston descend.
Le four égalisateur de température 15 consiste en un tunnel annulaire 25 en briques réfractaires, dans lequel est logé un moufle 26. Ce moufle consiste en une capacité annu laire en forme d'U inversé en coupe trans versale, en alliage contenant environ 30 % de chrome et 20% de nickel. Sur un plateau<B>27,</B> qui tourne autour de l'axe vertical du four 15, au-dessous du tunnel 25, est monté un an neau réfractaire 28 qui ferme l'extrémité ou verte inférieure du moufle 26 et supporte l'objet lorsqu'il se trouve dans le four.
Bien entendu, le tunnel 25 est muni d'ouvertures à, travers lesquelles des brûleurs (non-repré- sentés) sont introduits en vue de maintenir l'intérieur du moufle 26 à la température voulue. L'anneau 28 est, de préférence, re couvert d'une couche de matière réfractaire pulvérisée 29 destinée à empêcher l'adhé rence du verre chauffé.
Des expériences ont montré qu'aux températures utilisées, la ma tière réfractaire pulvérisée disposée sur l'an neau doit être extrêmement réfractaire et, dans ce but, de l'alumine hydratée Al(OHF) ou un mélange de 23 % d'alumine hydratée Al(OH3), de 70% de terre à diatomées et de 7 % de feldspath conviendra admirablement. Une autre substance qui peut parfaitement être utilisée pour empêcher l'objet d'adhérer à l'anneau 28 est le sulfate de magnésium (Mg2S04) qui possède les caractéristiques de mollesse et de solubilité dans l'eau et laisse les objets déposés sur l'anneau exempts d'im perfections de surface.
En vue d'introduire l'objet dans le mou fle 26, le tunnel 25 est muni d'une ouverture destinée à recevoir les parois d'un passage 30 I qui débouche dans le moufle et prés duquel est monté un cylindre à air 31, dont le pis ton est relié à une tige 32 munie, à son extré mité extérieure, d'une tête en forme de V qui vient embrasser un objet sortant de la presse, placé soit à la main, soit par le traits- porteur 14, en face du passage 30, et pousse cet objet dans le four et sur l'anneau 28 qui l'amène devant un passage 34 (filg. 4).
A ce moment, l'objet chauffé est retiré de l'inté rieur du four au moyen d'une tête en forme de houe 35 prévue à l'extrémité d'une tige 3f) qui coulisse dans des supports 37 portés par un bâti 38. Sur la tige 36 est fixé tun sup port 39 qui, à son tour, est fixé à la tige du piston d'un cylindre à air 40, et lorsque l'air, provenant d'une source d'alimentation (non-représentée), est admis dans le cylindre. le piston exerce une traction sur la tige 3G, de sorte que la tête 35 rencontrant l'objet, l'extrait de l'intérieur du moufle, et le dé pose dans le bain de refroidissement s fig. 4).
Ce bain de refroidissement est, de préfé rence, composé approximativement dit mé eutectique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, maintenu à une tempé rature supérieure à 200 C et, dans certains cas, pouvant atteindre 525 C ou davantage, les températures et les constituants dlut bain pouvant varier suivant les cas particuliers. Toutefois, de préférence, les constituants se ront tels que la densité du bain sera voisine de celle dit verre et il est essentiel qlue le bain soit composé de matières qui, lorsqu'elles sont fondues et maintenues à la température désirée, n'attaqueront pas le verre pendant qlue ce dernier est en contact avec elles.
La cornposition du bain susvisée remplit les con ditions ci-dessus mentionnées; elle petut être facilement fondue dans un récipient en fer ordinaire et ses fumées ne sont pas nuisible pour les personnes venant en contact avec elles.
lLa plupart des sels métalliques se décom posent à un certain degré, lotit au moins lors qu'on les porte à des températures élevées. Etant donné que dans le cas de nitrates des métaux alcalins, une telle décomposition de vient appréciable à des températures voisines de 525 C et au-dessus, le bain de sel fondu a tendance à devenir alcalin lorsqu'on l'uti lise pour tremper des verres qlui nécessitent le ehauffage dlu bain à de telles température. Cette alcalinité qui. probablement, est dute àr la décomposition du bain, et à la formation dl'oxyde dle métal alcalin, provoque l'attaque et la corrosion de la surface du verre. L'alcali nité dles bains de sel fondu peut être neutralisée et la corrosion des surfaces de verre empêchée en ajoutant au bain une petite quantité de ma tière qui y formera un radical acide.
Une telle matière peut comprende un oxyde de ca ractère acidique en soi, par exemple de l'oxyde tnngstique WO3, de la silice siO-, out de l'oxyde borique B203; ou elle peut cornprendre un sel d'un acide fort et une base faible, par exemple du sulfate de calcium CaSO4, ou du sulfate de magnésium M1g S04 qui, lors (le la décomposition, seront acides. d'une manière prédominante, par libération d'un radical acide fort.
De telles additions pour la neutralisation (le l'alcalinité du bain sont, de préférence, effectuées de temps à antre, en quantité qui, habituellement, ne (loi lias être supérieures à deux fois la quantité calculée pour corriger exactement l'alcalinité connue du bain.
L'inventeur- a également constaté que lorsque certaines subsiances sont ajoutées en quantités importantes au bain de refroidisse- ment. (le sel fondu, elles augmentent l'effica- cil;
é dit bain à un degré important en permet tant rrn abaissement de la température du bain dans lequel le degré désiré de trempe de l'objet en verre peut être obtenu par immer sion.
Dans un bain ainsi traité, la tempéra ture réelle peut être maintenue à 100 C au dessous de celle nécessaire lorsque ces ma tières ne sont pas présentes; toutefois, le de gré de trempe qui sera introduit dans l'objet en verre chauffé par son immersion dans le dit bain, sera sensiblement le même que si ces substances étaient supprimées et si le bain était maintenu à sa température normale. Les matières destinées à produire ces effets doi vent être finement divisées et susceptibles d'être maintenues en suspension dans le bain fondu et elles doivent être inertes par rap port au verre.
Comme matières pouvant avan tageusement être utilisées, on citera le sulfate de calcium (CaS04), l'alumine (A1203), la silice (SiO2), la magnésie (MgO), le kaolin, le feldspath et autres matières analogues qui sont toutes inertes par rapport au verre et ne fondent qu'à des températures plus éle vées que celles utilisées ici, mais il est à noter que certaines de ces matières, par exemple le sulfate de calcium et la silice, peuvent aussi servir à neutraliser l'alcalinité du bain. Toutefois, dans le présent cas, les quantités utilisées sont plus grandes que lorsque la neutralisation de l'alcalinité est seule désirée et peuvent atteindre 5% du bain.
Il est en outre à noter que les matières ajoutées au bain de sel fondu dans le but soit de neutrali ser son alcalinité, soit d'augmenter son effi cacité par abaissement de sa température ef fective, exercent un effet de modification sur le bain en ce qui concerne son action sur le verre qui y est trempé.
Le bain de refroidissement ci-dessus décrit est placé dans un récipient qui consiste en une cuve métallique annulaire 41 (fig. 4, 7 et 8) supportée par des murs réfractaires circu laires espacés 42 et 43 constituant une cham bre de combustion au-dessous de la cuve 41. Le mur extérieur 42 comporte des ouvertures 44 à travers lesquelles passent des brûleurs t5 destinés à maintenir le bain de refroidisse ment à la température voulue.
En 46 tourne un arbre incliné muni, à son extrémité supé rieure, d'un croisillon 47 dont les bras sont munis, à leurs extrémités extérieures, de Sup- ports 48, reliés par paires, par des panneaux grillagés 49. Sur chaque support 48 est fixé, en son milieu, un bras 50 orienté vers l'exté rieur, et à l'extrémité de chaque bras 50 est figée une jambe 51. On réalise ainsi une sé rie de structures garnies, à l'avant et latéra lement, de panneaux grillagés qui coopèrent avec les panneaux 49 pour constituer cl-es sortes de paniers destinés à recevoir les ob jets.
Sur une cornière 53, fixée à l'extrémité inférieure des bras 48, pivote un châssis 54 garni d'un panneau grillagé fermant le fond de chaque panier, et sur la cornière 53 est monté un support 55, à l'extrémité supérieure duquel pivote, en son milieu, un levier 56. L'extrémité supérieure du levier se termine par un contrepoids 57, tandis que son extré mité inférieure pivote sur une extrémité d'une bielle 57' dont l'autre extrémité pivote sur un bras 58 orienté vers l'arrière par rapport au châssis 54.
On réalise ainsi un genou au moyen duquel le fond de chaque panier est retenu en position fermée pendant une cer taine partie de sa course à travers la cuve 41. Un galet 59 est prévu à l'extrémité libre de chaque panneau inférieur ou fond et, lorsque l'armature 47 tourne, les galets 59 rencontrent une came 60 portée par la cuve, et ferment les fonds immédiatement après que le contenu des paniers a été déposé.
La fermeture des fonds des paniers provoque le redressement des genoux, comme représenté sur la droite de la fig. 7 et, de cette façon, les paniers sont maintenus fermés jusqu'à ce que les contre poids 57 rencontrent une came 61 fixée sur des supports 62 qui, à leur tour, sont suppor tés par la cuve 41.A ce moment, le levier est amené dans la position représentée sur la fig. 8 et le panneau inférieur ou fond du panier bascule vers le bas, de sorte que son contenu est déposé soit dans un bain d'eau, soit dans un tunnel réducteur de température suivant le cas.
Bien entendu, le déchargement des objets se fait lorsqu'ils se trouvent au- dessus :du niveau du bain de refroidissement contenu dans la cuve 41, comme représenté sur les fig. 7 et 8. Le tunnel réducteur de température con siste en une enceinte 63 à travers laquelle se déplace une bande transporteuse sans fin ajourée 64.
Au-dessous du brin supérieur de la bande 64, et s'étendant longitudinalement de chaque côté de l'enceinte 63, sont prévu des conduits d'air<B>65</B> qui comportent des fentes longitudinales 66, orientées de ma nière à diriger des jets d'air vers le haut et vers l'intérieur, sur la face inférieure dlu brin supérieur de la bande. Ces conduits sont alimentés en air sous pression par utn distri buteur 67 qui est relié à une source d'air sous pression (non représentée). A la paroi supé rieure du tunnel sont prévus, à dles intervalles appropriés, des conduits 68 munis chacun d'un obturateur réglable 69, au moyen duquel la vitesse d'échappement de l'air depuis l'in térieur du tunnel peut, être réglée.
Les ob jets ayant été déposés sur la bande transpor teuse 64, entrent à environ 500 C dans l'en ceinte 63, où il rencontrent les jets d'air qui réduisent leur température à environ 300 C. A leur sortie de l'enceinte 63. lesdits objets sont dirigés dans la cuve 17 contenant l'eau de lavage.
Une bande transporteuse sans fin 70 se déplace dans la cuve 17 au-dessous du ni veau de l'eau qu'elle contient et les objet sont déplacés dans l'eau et finalement dépo sés sur un transporteur sans fin 71 qui se déplace dans une enveloppe 72 (fig. 6). On introduit de la vapeur à environ l00 C dans l'enveloppe 72 à travers des tuyères 73, de manière que cette vapeur entoure complète ment les objets portés par le transporteur 77. Ceci élève la température des objets à tun point où se produit leur séchage rapide, peu de temps après qu'ils ont dépassé les limites de l'enveloppe 72 et ont été déposés sur une bande ou courroie de vérification 20.
Non seu lement l'introduction des objets dans le bain de vapeur élève leur température à un point où se produit un séchage rapide, mais aussi elle sert de bain de rinçage pour éliminer toutes traces de sels ou autres résidus qui peu vent rester après lavage à l'eau. Après avoir ainsi finalement rincé et élevé la température des objets au point où se pro duit une évaporation rapide de leur humidité restante. on les dépose sur la courroie on bande de vérification 20 et on les présente absolument propres et sanitaires aux vérifi cateurs et aux emballeurs.
Facultativement, l'objet en verre qu'il s'agit de tremper est d'abord porté à une tem pérature au-dessous de la température de ra mollissement du verre, déterminée par les di vers facteurs décrits plus haut, en l'immer geant dans un bain de sel ou d'un mélange de sels inorganiques fondus, ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus. Après que l'objet a été chauffé uniformément dans ledit bain à la température voulue. on l'en retire et on l'im merge entièrement dans le bain de refroidisse ment. Ce dernier est dlu type ci-dessus dé crit mais, dans certains cas, il peut même con sister en de l'huile chauffée ou tout autre li quide de refroidissement connu.
La phase de refroidissement peut même consister à sou mettre l'objet chauffé à un soufflage d'air, d'une manière connue, la nouvelle caractéris tique de ce cas consistant dans le procédé de chauffage uniforme de l'objet, à une tempéra ture élevée, sans gauchissement ni perte de stabilité en surface.
Par exemple, on traite un verre contenant 80).9 % de Si02. 12.9 % de B2O3, 4.4% de Na20 et 1,8 ,% d'Al203. et possédant une tenm- péra.ture de ramollissement d'environ 81:3 C. tTrie plaque de ce, verre ayant une largeur de 3 em, une épaisseur de 0,75 cm et une lon- gu eut de 18 cm a été chauffée par immersion pendant 2 minutes dans un mélange fondu comprenant environ 67 % (le sulfate de so dium et<B>33%</B> de chlorure de potassium cri poids,
et contenant une petite quantité (l'oxyde tungstique, ce dernier étant ajouté par intervalles, pour maintenir le bain non- alcalin. Le bain fondu a été maintenu à. une température de 800 C et possédait une den sité d'environ 1,9 par rapport à celle d'envi ron 2,3 du verre.
Après chauffage pendant minutes, <B>ce</B> qui suffit pour donner au verre une température uniforme, la plaque a été enlevée et immédiatement refroidie dans un bain fondu comprenant environ 44% de ni- trite de sodium et 56% de nitrate de potas sium en poids, chauffé à 150 C.
Des mesures ultérieures de la plaque de verre trempé ont montré qu'elle n'avait pas subi de distorsion supérieure à quelques cen tièmes de millimètre.
La résistance mécanique aux chocs de la plaque trempée a été de beaucoup supérieure à celle des autres échantillons ayant les mêmes dimensions et qui avaient été trempés en les chauffant dans un four atmosphérique ordinaire, et en les refroidissant dans un bain d'huile 600 W. porté à<B>150'</B> C. Acci dentellement, des déformations appréciables se sont produites dans ce dernier cas, dues à ce que les échantillons avaient été chauffés dans un four ouvert, suivant la procédé ha bituel de chauffage.
Une caractéristique spéciale du procédé ci-dessus décrit consiste en ce que le bain de refroidissement, constitué par un mélange fondu de nitrate de potassium et de nitrite de sodium dissout rapidement et élimine les sels résiduels qui peuvent adhérer à l'objet en verre lorsqu'il sort du bain de chauffage avant son refroidissement, nettoyant ainsi le verre et l'exposant instantanément à l'action du bain de refroidissement.
Pour tremper des objets en verre autre que celui auquel on s'est référé ci-dessus, par exemple du verre à la chaux ordinaire qui possède une température de ramollissement d'environ 700 C, il est nécessaire d'utiliser des températures plus basses dans le bain de chauffage en vue de ne pas chauffer le verre au-dessus de son point de ramollissement. Cette méthode de chauffage est applicable pour tous les types de verre et à une grande variété de formes d'objets.
La pression de vapeur des sels utilisés dans le bain de chauffage doit être suffisam ment faible pour éviter l'évaporation exces sive aux températures utilisées; les sels, qui nécessairement adhèrent au verre lorsqu'il est retiré du bain -de chauffage, ne doivent pas réagir trop violemment avec l'agent utïlïsé pour le refroidissement et les bains ne doi vent pas être dangereux et les fumées ne doi vent pas être nuisibles à la santé.
On donnera ci-après une liste de sels et de mélanges de sels pouvant être utilisés pour remplir les conditions précitées dans les bains de chauffage: chlorure de sodium, chlorure de potassium, chlorure de sodium et chlorure de potassium mélangés -en parties égales en poids, sulfate de sodium et chlorure de so dium (2 parties pour une en poids), bromure de sodium, bromure de potassium, bromure de sodium et bromure de potassium mélan gés, bromure de sodium et sulfate de sodium mélangés, sulfate de potassium et chlorure de sodium mélangés, chlorure cuivreux, chlorure cuivreux et chlorure de potassium mélangés, chlorure de sodium,
chlorure de potassium et chlorure de strontium mélangés, phosphate monosodique, tungstate - de sodium combiné avec des chlorures ou des bromures alcalins. etc. Il va de soi que de nombreuses combinai sons autres que celles ci-dessus indiquées peu vent être utilisées.
Etant donné que les points de ramollissement et les poids spécifiques des verres varient entre de grandes limites, il est impossible de déterminer les proportions des bains susvisés qui conviendront pour tous les verres mais, pour un verre particulier, les proportions convenables peuvent facilement être déterminées par des essais. Il est en outre évident que certaines des compositions de bains de chauffage précitées peuvent égale ment convenir comme bains de refroidisse ment.
En général, on a trouvé nécessaire d'em pêcher le bain de chauffage de devenir alca lin par décomposition ou volatilisation, au moyen d'additions analogues à celles utilisées dans les bains de refroidissement ci-dessus décrits.
On décrira ci-après un exemple de trempe d'objets en verre à une tension n'excédant pas le maximum donné par la formule donnée plus haut. Un objet en verre, par exemple un plat de cuisine, ayant une contenance de 1,70 litre et une épaisseur d'environ 6 mmn, en verre au borosilicate composé de 85 % de Si02, de 12,5% de B2O3 de 1.5% de Na2O, et 1 %; (le Sb203, et possédant un coefficient d'élasticité le 6310 à (3470 kg par mnm2. une résistance à la tension de 4,70 à à kg Par mm2 et tun rapport de contraction à l'extension dans un corps étiré (rapport Poisson) de 0,2 est chauffé à la température correspondant à, on voisine de celle du point de ramollissement du verre, c'est-à-dire à environ 8l0 C.
L'objet est maintenu à cette température pendant un temps suffisant pour que sa température soit parfaitement en état d'éqnilibre; à ce moment. cn arrête le chauffage et on sounet immnédia- tement l'objet au refroidissement. par exem ple. dans un bain de refroidissement liquide. comme indiqué plus haut, ou au moyen d'un soufflage d'air. Si l'on utilise un bain de re froidissement liquide, par exemple lun bain composé du niélange eutectique de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, il est chauffé à la température de 285 C cnl vue d'éviter la création d'une tension trop sévère dans le verre, c'est-à-dire une tension qui pro voquerait la rupture du verre avec fracture explosive.
Si le bain de refroidissement est composé d'une huile lourde, telle que celle connue habituellement sous le nom de 600 W.. la température du bain sera de 20C0 C. Des essais ont montré que polur un récipient en verre ayant les dimensions et la composition susvisées, la, tension réelle par mm ne dépas sera pas 2,6 hg et, bien que l'objet présente une résistance mécanique deux fois supérieure à celle d'un objet analogue mais recuit, sa rupture ne se fait pas avec fracture explosive. mais ressemble beaucoup à celle d'un objet en verre recuit. L'endurance thermique d'un ré cipient ainsi traité est égale à au moins cieux fois celle d'un récipient analogue mais recuit.
et la rupture provoquée par une cause ther mique d'une pièce ainsi trempée n'est pas dif férente de celle qui se produit lors de la rup ture, occasionnée par une cause thermique. d'une pièce recuite de mémes dimensions et constituée par une même composition de verre. Non seulement les verres au borosilicate du type susvisé peuvent posséder une plus grande résistance mécanique et une plus grande résistance thermique en les soumet tant à une trempe limitée. mais la trempe de verres à la cbaux ou autres, à lun degré limité prédéterminé, peut être effectuée avec égale ment des résultats satisfaisants.
Par exem ple, comme dans le cas ci-dessus d'un verre au boro-silicate, ainsi que clans le cas de verres à la chaux, un récipient ayant envi ron une contenance (le, 1,70 litre et une é paisseur de 6 mm et constitué par du verre ayant sensiblement la composition suivante a été traité: SiO2 72.8e6 R203 1,37 Na2O 16,29 K20 1,65 Ca0 5,00 MgO 3.36 B2O3 0.56 trn tel verre, habituellement connu sons le nom de verre à la chaux, possède lun coeffi cient linéaire de dilatation thermique de 0,00000935 par degré centigrade et se ramol lit à environ 695 C. Son coefficient d'élas ticité est (le 686t) lkg par mm2 et sa résistance ài la. traction est de 3.3 kg par miu2.
L'objet est chauffé à une température de<B>69.5</B> C pendant une durée de 10 minutes on jusqu'à ce qu'il atteigne sensiblement une tempéra ture d'équilibre, et il est immédiatement plongé dans 11n bain de refroidissement colis- titué par du nitrate de sodium et dit nitrate de potassium. maintenu à une température d'environ 405 C.
On obtient ainsi un réci pient cri verre trempé qui. tout en ayant une endurance thermique de 170 C supérieure à celle d'un récipient analogue. en ver#e au horo-silicate recuit, avant la composition pré citée, a une résistance mécanique qui est en- N-iron deux fois celle du récipient en verre au borosilicate recuit précité et, qui, néanmoins.
lorsqu'il se rompt. produit une fracture lion- explosive ressemblant à celle se produisant clans un récipient recuit. Par l'expression "endurance thermique" utilisée ici, il faut entendre la température la plus élevée à laquelle un récipient en verre peut être porté et ensuite plongé dans de l'eau glacée, sans qu'il se rompe.
L'expression "fracture explosive" utilisée ici définit le résultat de l'état de trempe du verre, avec une énergie potentielle du système de tension, suffisante pour le rompre en mor ceaux d'approximativement 3 cm'. lorsqu'il est percé au centre d'une face.
Au lieu du bain de trempe formé de ni trate de sodium et de nitrate de potassium, auquel on s'est référé ci-dessus, on peut utili ser avantageusement un bain de nitrate de sodium seul. Le nitrate de sodium fond initialement à une température de 308' C et est utilisé comme bain à une température de 560 C. A cette température, il se produit une légère décomposition, de sorte qu'il se forme une certaine quantité de nitrite de so dium, la réaction continuant jusqu'à ce qu'un état d'équilibre s'établisse entre le nitrite de sodium et le nitrate de sodium et l'atmo sphère régnant au-dessus du bain. Dans ces conditions, le point de fusion du bain descend finalement à environ 295 C.
Les avantages du nitrate de sodium sont les suivants: 1 Son prix est peu élevé, environ la moi tié de celui d'un bain formé de nitrate de po tassium et de nitrate de sodium; 2 La température de congélation de 295 C constitue une base pour la tempéra ture de l'objet lorsqu'il entre dans le bain d'eau, assurant ainsi un essai de cycle ther mique parfaitement défini. Ceci est obtenu en réglant le refroidissement de l'objet dans le four à tunnel, à la suite de l'opération de re froidissement, de telle sorte qu'il se produise juste une légère cristallisation du sel de re froidissement sur les bords de l'objet lors qu'il entre dans le bain d'eau.
D'autres bains de chauffage appropriés sont les suivants: un mélange de sulfate de sodium et de sulfate de potassium (Na2S04 et K'S04); un mélange de chromate de so- dium et de chromate de potassium (NaCrO4 et NCrO4) et un mélange de sulfate de po tassium et de sulfate de magnésium (K2S04 et MgS04).
Tempered glass object, process for its manufacture and installation for the implementation of this process. The present invention comprises an object made of tempered glass, characterized in that it is composed of a glass whose tension temperature is at least equal to 506 C, the setting interval less than 600 C and the coeffi cient of expansion less than 65 k 10-7. The invention also comprises a method of making this object and an installation for implementing this method.
An object such as that which the invention comprises is particularly designated as a glass cooking utensil and especially as a utensil intended to be placed on a stove, differing from those going to the oven by the fact that it is subjected to higher temperature localized, instead of being subjected to the relatively low uniform temperature of the oven. The use of glass (which differs from molten quartz) has hitherto been impossible for the realization of such utensils.
In tempering glass, the "softening point", "annealing point" and "stress point" of the particular glass being tempered should be considered. The softening point is the state in which the glass has a viscosity of 107.6 poises, the annealing point is the state in which the glass has a viscosity of 1.013.4 poises, and the stress point is l state in which the glass has a viscosity of 1014.6 poises. The expressions "softening temperature",
"Annealing temperature" and "tension temperature" define the temperature at which a re-baked glass reaches the viscous states indicated above.
It was not known prior to the present invention that tempered glass undergoes stress relief when subjected to repeated or prolonged heating at low temperature, and the ignorance of this fact may have been the culprit. cause of numerous failures for which no suitable explanation could be provided.
The reason for this phenomenon of loosening or releasing of tension is not entirely known, but it is believed to be partly due to a change in the molecular structure of the glass caused by the tempering. The inventor's investigations led to the conclusion that. for each temperature the glass has some preferred molecular arrangement and that if it is maintained at a given temperature for a sufficient time the corresponding molecular arrangement will eventually be achieved. Of course, this condition is accelerated when the glass becomes less screwy and more mobile, because the molecules can then move more freely than when the glass is rigid (stiff) and hard.
Consequently, by cooling the glass from a high temperature, as is usually done in tempering glass, its compactness, or rather its stiffness, increases with such rapidity that the corresponding change in the molecular arrangement cannot necessarily follow and there is thus the freezing effect in the glass of a molecular arrangement lying in the region of that which prevails immediately above the softening point, or when the glass has a viscosity of about 107.6 poises.
In other words, in order to toughen the glass, it is necessary to first reduce its viscosity and bring it to a state below its annealing point, ie 1013th poises and. preferably near its softening point, i.e. about 10) 7.6 poise. This is usually done by heating the glass. the temperature being determined by the constituents entering into its composition. After reducing the viscosity of the glass, it is subjected to a sudden hardening treatment which restores its rigidity. This is usually achieved by cooling it to a temperature several hundred degrees below that to which it had previously been heated.
As a result, the molecular arrangement of a tempered glass object will come closer to that of the glass immediately before the hardening phase of the process. Based on the theory that the molecular arrangement of tempered glass approximates that of glass before tempering, it should be noted that tempered glass will lend itself more easily to softening treatment and hence when used under As a heated vessel, its molecular arrangement will begin to change at temperatures well below that at which a change would be detected in a similar part, but annealed.
In tempered glass, the surface layers are under compression while the interior parts are under tension, and hence there are two forces acting against each other, the magnitude of these forces being such that when from the slightest release key the rigidity of the lens, there follows a movement towards cancellation and stability. Since in an annealed glass part containing only low tensions. these forces are more completely canceled out. it is understood that the rigidity of the part must be much more severely disturbed. before any appreciable change is detected.
Glass intended to go on the fire will reach temperatures between 150 and 50 (I. Obviously, a glass intended to be used only at the lowest of these temperatures can be used if it has a release temperature of voltage lower than that required if used at higher temperatures. However, in practice, glassware intended to be placed on top of a range may be subject to exposure in the hands of the public. under the most severe conditions and therefore must have a high voltage release temperature.
In general. it was found that the. key release temperature the tension of a tempered glass is approximately 17.1 C below, the tension temperature of the same glass. It follows that a glass intended to be subjected to a temperature of 15I) C only, can have a tension temperature of 325 C, while in the case of a more severe service, where the tempered glass must be able to reach a temperature of 500 C, it will be, chosen so as to have a voltage temperature at least equal to ii, 675 C.
Hence the importance of a high tension temperature in the glass.
Another factor to consider in making tempered glass items for use on a stove top is the thermal endurance of the item. For a predetermined degree of tempering, it is controlled in the first place, by the thermal expansion coefficient of the glass of which the object is made, although the thickness of the walls of this container and its size are also factors of 'a little less important. In general, tempered glass articles intended to be heated on a stove should be made of glass having a thermal expansion coefficient of less than 65 X 10-7 per degree centigrade or which will not withstand the thermal shock to which such objects are submitted in service.
The lower the coefficient of expansion of the glass, the greater the thermal durability of the object and the less need to take into account the thickness of the wall and the shape of the object.
Since the temperature-viscosity curves of glasses of different compositions are not similar, certain working limits must be observed when making glass articles for use on stoves. Certain glasses possessing the property of having a high screw cosity at the temperatures reached on the stoves, also have a rapid decrease in viscosity at higher temperatures. Other glasses, having the first property, require to make them usable high temperatures such that they hardly lend themselves to commercial manufacture.
While glasses having viscosities high enough to retain their temper when placed on a stovetop also require higher working temperatures during article manufacture than the more commonly used glasses, it is possible to choosing a suitable glass, to maintain the latter temperature within the limits of a perfected operation but, nevertheless, commercial. The appended drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the method as well as an embodiment of the installation that the invention comprises for obtaining a tempered glass object intended to be placed on the open flame of a stove or on an electric heating device.
Fig. 1 is a schematic plan view of said embodiment of the installation for carrying out the method which the invention comprises; Fig. 2 is a side view, partially in section, of a press included in this installation for the manufacture of glass articles from high viscosity glasses; Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1; Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 1; Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 1; Fig. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. 1; FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of FIG. 1;
Fig. 8 is a partial perspective view of part of the container containing the quenching bath shown in FIG. 7. and FIG. 9 is a graph showing the stress release rates of various glasses at various temperatures.
For carrying out the process, a glass is preferably used, the composition of which is such that it has the property of having a high tensile temperature and a low thermal expansion. Glass compositions which can be "used for this purpose, and which have these qualities, are shown in the following table:
EMI0003.0014
<I> <U> T </U> a <U> bleau </U> <SEP> I: </I>
<tb> <I> (A _) _ <SEP> <U> (</U> B_) <SEP> (<U> C) </U> <SEP> (1ï> </I>
<tb> Si02 <SEP> 56.4 <SEP> 60.5 <SEP> 62.5 <SEP> 57.1
<tb> B203 <SEP> 5.0 <SEP> - <SEP> 5.2 <SEP> 12.4
<tb> <B> A1203 </B> <SEP> 23.0 <SEP> 21.4 <SEP> 15.6 <SEP> 15.5
<tb> Na2O <SEP> 0.8 <SEP> 0.6 <SEP> - <SEP> CaO <SEP> 4.1 <SEP> 8.7 <SEP> 10.0 <SEP> 9.0
<tb> 11Ig0 <SEP> 10.7 <SEP> 5.8 <SEP> 5.0 <SEP> 5.0
<tb> Fluorite <SEP> - <SEP> 1.5 <SEP> 1.5 <SEP> 1.0 It should be noted that these compositions are all characterized by a high alumina and low alkali content, and the table below gives the characteristics of glasses having the above compositions.
EMI0004.0003
Table <SEP> It:
<tb> Tetnpéra- <SEP> Tempera- <SEP> Tempera Glass <SEP> Turkish <SEP> of <SEP> ture <SEP> of <SEP> ture <SEP> of <SEP> Dilation
<tb> tmolliasement <SEP> annealing <SEP> tension
<tb> (A) <SEP> 929 <SEP> 726 <SEP> 684 <SEP> 38-X-10-7
<tb> (B) <SEP> 938 <SEP> 715 <SEP> 872 <SEP> 41 <SEP> X <SEP> 10-7
<tb> (C) <SEP> 888 <SEP> 683 <SEP> 625 <SEP> 40X <SEP> 10-7
<tb> (D) <SEP> 871 <SEP> 639 <SEP> 603 <SEP> 39 <SEP> X <SEP> 10-i It will be noted that the glasses indicated above have tension temperatures greater than 60 () C and that, consequently, some of these compositions should be preferred for obtaining objects intended to be placed on a stove, and which are subject to severe service, such as,
for example, boiling, grilling and cooking food, the rigidity of the glass at the temperature to which it is brought in service being such that any tendency of the glass to release its tension is delayed or completely stopped.
For less harsh kinds of service. it has been found that objects giving satisfaction can be obtained by using glasses having the compositions and characteristics indicated in the following tables:
EMI0004.0006
Table <SEP> V:
<tb> LA) <SEP> rB) <SEP> (lC) <SEP> (D) <SEP> (E <SEP> (F ') <SEP> (lG) <SEP> (H)
<tb> 245 <SEP> <SEP> C <SEP> 266 <SEP> <SEP> C <SEP> 363 <SEP> <SEP> C <SEP> 268 <SEP> C <SEP> 265 <SEP> <SEP > C <SEP> 299 <SEP> <SEP> C <SEP> 238 <SEP> e <SEP> C <SEP> 222 <SEP> <SEP> C Experiments have shown that the voltage release characteristic of A glass does not depend entirely on its tension temperature, but that it is also determined, to a large extent, by the extent of its setting range.
The embodiments of the object which the invention comprises will therefore not only consist of glass having a tension temperature of 506 ° C. and even higher, but still having an interval of
EMI0004.0008
Table <SEP> III:
<tb> (7s) <SEP> (F) <SEP> (G) <SEP> (H)
<tb> Si02 <SEP> -80.11 <SEP> 0 <SEP> 71.0 <SEP> 72.5
<tb> A12O3 <SEP> 2.1 <SEP> 1.7 <SEP> 5.0 <SEP> 4.5
<tb> B203 <SEP> l1.4 <SEP> 13.0 <SEP> 15.0 <SEP> 12.2
<tb> Na2O <SEP> 5.7 <SEP> 4.4 <SEP> 7.5 <SEP> 8.4
<tb> K20 <SEP> 0.6 <SEP> - <SEP> 1.5 <SEP> 2.3
<tb> Li2O <SEP> 0.1 <SEP> - <SEP> - <SEP> Table <SEP> IV:
<tb> Tempera- <SEP> Tempera- <SEP> Glass tempera <SEP> ture <SEP> of Turkish <SEP> <SEP> of <SEP> ture <SEP> of <SEP> Dilation
<tb> softening <SEP> annealing <SEP> tension
<tb> (E) <SEP> 784 <SEP> 557 <SEP> 519 <SEP> 43 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> (F) <SEP> 816 <SEP> 561 <SEP> 517 <SEP> 32X <SEP> 10-7
<tb> (G) <SEP> 744 <SEP> 542 <SEP> 506 <SEP> 5r7 <SEP> x <SEP> 10-7
<tb> H1) <SEP> 755 <SEP> 566 <SEP> 533 <SEP> 62 <SEP> X <SEP> 10-7 Another factor which is assumed to be important in the selection of a glass to resist the release of the.
quenching, is the rate of increase in its screw cosity, as the temperature decreases; in other words, the setting rate of a glass is indicated by the difference in degrees of temperature between its softening and tensile temperatures. These differences between the softening and tensile temperatures of the glasses indicated above are shown in the following table: setting not exceeding 300 e C.
Tests have shown that it is preferable to use A glass to obtain objects intended to be placed on a stove, because it has a temperature (the voltage well above 600 C. and a setting range ) relatively narrow 245 e C. The H glass, while having a tensile temperature of 150 e C below that of the A glass, has a setting interval of 222 C and it has also been observed that it was suitable for the manufacture of articles intended to be put on the fire.
Although it is possible to obtain articles intended to be placed on the fire with glasses having thermal expansion coefficients much higher than those indicated in Tables II and IV, the expansion of the glass of which the articles are made must be less than 65 X 10-7 per degree centigrade. If the coefficient of expansion were greater than that indicated above, it would become necessary, for the object to have sufficient thermal endurance, to introduce a degree of quenching such that, when the object breaks, it do not cause an explosive fracture such that small shards of glass may fly in all directions.
This explosive fracture poses the risk, in particular when the objects are used in the domestic service, that glass particles are thrown into the food contained in other containers, which constitutes a danger for the consumer. . By using glass having a low coefficient of thermal expansion, the degree of hardening necessary to obtain an article having high thermal endurance is proportionately reduced and, as the degree of hardening is decreased, the danger of breaking the glass. glass with explosive fracture is also reduced.
It has been found that, in order to obtain a high thermal endurance, without introducing the risk of an explosive fracture, when the object breaks, the maximum degree of tension per square millimeter must not exceed the values given by the equation :
EMI0005.0004
where T denotes the maximum tension in kg per mm '; n is the ratio of maximum compression to maximum tension; E is the elasticity coefficient (Young coefficient) in kg per mm @; f is the tensile strength of glass in kg per <U> mm '; </U> <B> y </B> is the Poisson ratio or the ratio of contraction to extension in a stretched body and t is the thickness of the glass in mm.
Specific examples of embodiments of tempered glass objects having this degree of tension will be given below.
For the implementation of the method that comprises the invention, one can use the embodiment of the installation shown in the drawing. The glass, preferably glass A defined above, is melted in a vessel 10 from which it is fed, by means of a fore-hearth 11 and a suitable feeder, to a press. 12, preferably an automatic rotary press, although any other suitable press mechanism could be used.
Given the type of glass and, in particular, its high viscosity and its short working level, it must be worked at a temperature of or close to <B> 1300 '</B> C. The feeder separates the glass into charges (parisons) yes fall into molds 13 carried by the press 12 and, after compression, the object thus formed is placed either by the operator or by means of a suitable conveyor 14, in a temperature equalizing oven 15 maintained at a temperature of about 1000 ° C or above.
The glass objects placed in the furnace 15 having reached an appropriate temperature, which must be higher than the annealing temperature and, preferably, high enough so that there is no change in shape of said objects, are then removed from the oven and placed in a refrigerating medium which is a molten salt contained in a suitable container 16.
The bath is maintained at a temperature of approximately 525 ° C. and has a density close to that of the glass of which the object is made. This treatment causes a sudden hardening or firming of the glass accompanied by an increase in <B> in </B> viscosity. This treatment not only introduces tensile and compressive forces in the glass which contribute to a great extent to its thermal endurance and its resistance to mechanical shocks, but also creates in the glass a molecular arrangement similar to that which it possessed while in, the strongly heated and softened state.
Certain salt mixtures are particularly suitable as cooling baths, from the point of view of a wide range of working temperatures and economy. These salts include the following: sodium nitrate and potassium nitrate mixed, sodium nitrite and potassium nitrate mixed, sodium nitrate alone, potassium nitrate alone, ammonium acid sulfate , lithium nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate and potassium nitrite mixed, potassium chloride and cuprous chloride mixed, zinc chloride alone, potassium chloride and chloride (zinc mixtures, potassium acid sulfate, sodium acid sulfate, acid sulfate (sodium and potassium acid sulfate, etc.
It is obvious that various combinations of the salts indicated above other than those mentioned above could be used.
An important feature is that, owing to a certain property of molten inorganic salts, the temperature of the cooling bath determines, with precision, the degree of quenching which will be obtained. That is to say that the final tension which will be obtained by cooling a given glass heated to a given temperature, in a cooling bath of molten salt, will be inversely with the temperature of the cooling bath. The degree of quenching obtained under the same conditions using an oil bath is practically independent of the temperature of the cooling bath and, therefore, such a bath is of limited use.
After cooling the glass in the molten salt bath described above, the objects are brought into a water bath contained in a container 17, and intended to dissolve and remove the salt which may adhere to said objects. This water bath is kept at laboratory temperature, so objects are subjected to a thermal shock test and those which have not been properly soaked or have other defects will break, tan say those with the correct temper distribution will remain intact. An automatic selection of the correctly and incorrectly hardened objects is thus achieved.
In the case of r1 glass, it is necessary, due to its characteristics, to use a treatment reducing the temperature before introducing the object into the water bath of the vage. Such treatment is carried out in a tunnel 18 in which air blowers reduce the. temperature of the object relative to that of the cooling bath (about 535 C) at a temperature of about 300 C, so that when objects are introduced into the aforementioned water bath, the thermal shock test will be performed as indicated.
After washing with water, as described above, the articles are transferred to a steam bath 19, in which their temperature is brought to a degree where they are quickly dried, after which they are conveyed on a belt. verification \? 0, along which they travel to be quickly packaged for shipment and distribution.
In some cases, and particularly when you want; to obtain objects intended to be heated on a stove, with glass compositions having a short working level, it has been found advantageous to give the object a degree of hardening in excess of that which it should finally possess and then subject it to a thermal treatment, analogous to annealing, by which the quenching is reduced to that finally desired.
In this case, a glass is chosen, such as, for example, glass B above described, and after having compressed the object, it is subjected to a temperature equalizing treatment for a short period of time, in a oven with a temperature of approximately 900 <B><I>C</I> </B>. After such heating, the object is preferably subjected to n consistent cooling treatment. in a molten salt bath, hand held at about 450'C.
This introduces into the object a degree of tension of about 4 kg per mm ', which is much greater than that necessary, since for the kind of service for which the object is intended, it only requires tension. of about 3 kg per mm '. After having thus soaked the object, it is subjected to a heat treatment which, for example, may consist in heating it to a temperature of about 535 C for a period of 2 hours, or in subjecting it to a temperature of about 535 C for a period of 2 hours. temperature of about 510 ° C, over a period of 7 hours.
This treatment reduces the tension to about 3 kg per <U> mm ', </U> and simultaneously causes a molecular rearrangement or movement towards stabilization which considerably reduces the tendency of the glass to release its tension again, when 'it is subjected to temperatures which are present on stoves or other similar stoves. By treating glass objects in this way, it is possible to change the characteristics of the glass, so that the objects can be subjected to operating temperatures 25 C higher than those at which a similar object initially tempered at 3 kg. per mm2 will resist before the tension release occurs.
The curves of the graph of FIG. 9 re show the release of the tension after one hundred hours, of the different glasses referred to above, at temperatures between 250 and 500 C. It should be noted that in each case, the release of tension of 350 ° C does not exceed 30% the initial temper of the quench introduced into the object.
The press 12 mentioned above comprises a base 21 (fig. 2) carrying a horizontal rotating plate 22 near the periphery of which molds 13 are mounted. These molds are preferably made of special steel, containing approximately 13. % chromium and 0.6% cobalt, so as to allow them to be brought to the suitable temperature to compress the glass which in some cases requires them to remain cherry red or at around 600 C.
The glass contact surfaces of the mold bottoms are preferably covered with perfectly polished chrome which not only serves to resist wear, but also to prevent the glass from sticking to the heated molds and each mold is surrounded by an envelope 23 intended to maintain it at a temperature high enough for the correct molding of the glass. Near the mold loading station of the press there is a compression station on which a molding piston 24 is mounted so as to descend into the bottom of the mold and to mold the previously deposited glass charge.
Like the bottom of the mold, this piston is made of steel containing approximately the same proportions of chromium and cobalt, and it is maintained at a high temperature, so as to facilitate the molding of the glass deposited in the bottoms of the molds when the piston goes down.
The temperature equalizing furnace 15 consists of an annular tunnel 25 of refractory bricks, in which is housed a muffle 26. This muffle consists of an annular capacity in the form of an inverted U in cross section, made of an alloy containing about 30% of chromium and 20% nickel. On a plate <B> 27, </B> which rotates around the vertical axis of the furnace 15, below the tunnel 25, is mounted a refractory ring 28 which closes the lower end or green of the muffle 26 and supports the object when it is in the oven.
Of course, tunnel 25 is provided with openings through which burners (not shown) are introduced in order to maintain the interior of muffle 26 at the desired temperature. The ring 28 is preferably covered with a layer of sprayed refractory material 29 to prevent the adhesion of the heated glass.
Experiments have shown that at the temperatures used, the sprayed refractory material placed on the ring must be extremely refractory and, for this purpose, hydrated alumina Al (OHF) or a mixture of 23% hydrated alumina Al (OH3), 70% diatomaceous earth and 7% feldspar will do admirably. Another substance which can perfectly be used to prevent the object from adhering to the ring 28 is magnesium sulfate (Mg2S04) which has the characteristics of softness and solubility in water and leaves the objects deposited on it. ring free from surface imperfections.
In order to introduce the object into the muffle 26, the tunnel 25 is provided with an opening intended to receive the walls of a passage 30 I which opens into the muffle and near which is mounted an air cylinder 31, whose udder is connected to a rod 32 provided, at its outer end, with a V-shaped head which embraces an object emerging from the press, placed either by hand or by the carrier line 14, opposite passage 30, and pushes this object into the oven and onto the ring 28 which brings it in front of a passage 34 (filg. 4).
At this moment, the heated object is withdrawn from the interior of the oven by means of a hoe-shaped head 35 provided at the end of a rod 3f) which slides in supports 37 carried by a frame 38 On the rod 36 is attached tun support 39 which, in turn, is attached to the piston rod of an air cylinder 40, and where the air, coming from a power source (not shown ), is admitted into the cylinder. the piston exerts a traction on the rod 3G, so that the head 35 meeting the object, extracts it from the inside of the muffle, and deposits it in the cooling bath s fig. 4).
This cooling bath is preferably composed approximately of so-called meutectic sodium nitrate and potassium nitrate, maintained at a temperature above 200 ° C. and, in some cases, which may reach 525 ° C. or more, the temperatures and the constituents of the bath may vary according to the particular cases. However, preferably the constituents will be such that the density of the bath will be close to that of said glass and it is essential that the bath is composed of materials which, when melted and maintained at the desired temperature, will not attack. the glass while the latter is in contact with them.
The above-mentioned bath arrangement fulfills the above-mentioned conditions; it can be easily melted in an ordinary iron vessel and its fumes are not harmful to persons coming into contact with them.
Most metal salts decompose to some degree, at least when brought to high temperatures. Since in the case of alkali metal nitrates such decomposition occurs appreciable at temperatures around 525 ° C and above, the molten salt bath tends to become alkaline when used for soaking. glasses which require heating the bath to such temperatures. This alkalinity which. probably, is due to the decomposition of the bath, and the formation of the alkali metal oxide, causing etching and corrosion of the glass surface. The alkali nity of molten salt baths can be neutralized and corrosion of glass surfaces prevented by adding a small amount of material to the bath which will form an acid radical in the bath.
Such a material may include an acidic oxide per se, eg, synthetic oxide WO3, silica siO3, or boric oxide B203; or it may consist of a salt of a strong acid and a weak base, for example calcium sulfate CaSO4, or magnesium sulfate M1g S04 which upon decomposition will be predominantly acidic by release of a strong acid radical.
Such additions for neutralization (the alkalinity of the bath are preferably made from time to time, in an amount which usually does not (lias law be greater than twice the amount calculated to exactly correct the known alkalinity of the bath). bath.
The inventor has also found that when certain subsiances are added in large quantities to the cooling bath. (molten salt, they increase the efficiency;
Said bath to a large degree allows both a lowering of the temperature of the bath in which the desired degree of tempering of the glass object can be obtained by immersion.
In a bath thus treated, the actual temperature can be maintained at 100 ° C. below that required when these materials are not present; however, the degree of tempering which will be introduced into the heated glass object by its immersion in said bath, will be substantially the same as if these substances were removed and if the bath were maintained at its normal temperature. The materials intended to produce these effects must be finely divided and capable of being kept in suspension in the molten bath and they must be inert with respect to the glass.
As materials which can advantageously be used, there will be mentioned calcium sulphate (CaSO4), alumina (A1203), silica (SiO2), magnesia (MgO), kaolin, feldspar and other similar materials which are all inert. compared to glass and only melt at temperatures higher than those used here, but it should be noted that some of these materials, for example calcium sulphate and silica, can also be used to neutralize the alkalinity of the gas. bath. However, in the present case, the amounts used are greater than when neutralization of the alkalinity alone is desired and can reach 5% of the bath.
It should also be noted that the materials added to the molten salt bath for the purpose of either neutralizing its alkalinity, or increasing its efficiency by lowering its effective temperature, exert a modifying effect on the bath in that respect. which concerns its action on the glass which is tempered therein.
The cooling bath described above is placed in a container which consists of an annular metal vessel 41 (fig. 4, 7 and 8) supported by spaced circular refractory walls 42 and 43 constituting a combustion chamber below. of the tank 41. The outer wall 42 has openings 44 through which pass burners t5 intended to maintain the cooling bath at the desired temperature.
At 46 turns an inclined shaft provided, at its upper end, with a spider 47, the arms of which are fitted, at their outer ends, with Supports 48, connected in pairs, by mesh panels 49. On each support 48 is fixed, in its middle, an arm 50 oriented outwardly, and at the end of each arm 50 is fixed a leg 51. A series of lined structures is thus produced, at the front and laterally, mesh panels which cooperate with the panels 49 to form cl-es kinds of baskets intended to receive the objects.
On an angle 53, fixed to the lower end of the arms 48, pivots a frame 54 furnished with a mesh panel closing the bottom of each basket, and on the angle iron 53 is mounted a support 55, at the upper end of which pivots , in its middle, a lever 56. The upper end of the lever ends in a counterweight 57, while its lower end pivots on one end of a connecting rod 57 ', the other end of which pivots on an arm 58 oriented towards the rear relative to the chassis 54.
A knee is thus produced by means of which the bottom of each basket is retained in the closed position for a certain part of its travel through the tank 41. A roller 59 is provided at the free end of each lower panel or bottom and, when the frame 47 rotates, the rollers 59 meet a cam 60 carried by the tank, and close the bottoms immediately after the contents of the baskets have been deposited.
Closing the bottoms of the baskets causes the knees to straighten, as shown on the right in fig. 7 and, in this way, the baskets are kept closed until the counterweights 57 meet a cam 61 fixed on supports 62 which, in turn, are supported by the tub 41. At this time, the lever is brought into the position shown in fig. 8 and the lower panel or bottom of the basket tilts downwards, so that its contents are deposited either in a water bath or in a temperature reducing tunnel as the case may be.
Obviously, the objects are unloaded when they are above: the level of the cooling bath contained in the tank 41, as shown in FIGS. 7 and 8. The temperature reducing tunnel consists of an enclosure 63 through which moves an endless perforated conveyor belt 64.
Below the upper strand of the strip 64, and extending longitudinally on each side of the enclosure 63, are provided air ducts <B> 65 </B> which have longitudinal slots 66, oriented in the same direction. necessary to direct jets of air upwards and inwards, on the underside of the upper strand of the strip. These conduits are supplied with pressurized air by a distributor 67 which is connected to a source of pressurized air (not shown). At the upper wall of the tunnel are provided, at appropriate intervals, ducts 68 each provided with an adjustable shutter 69, by means of which the speed of exhaust of the air from the interior of the tunnel can be regulated. .
The objects having been deposited on the conveyor belt 64 enter at approximately 500 ° C. in the enclosure 63, where they encounter the air jets which reduce their temperature to approximately 300 C. On leaving the enclosure 63 said objects are directed into the tank 17 containing the washing water.
An endless conveyor belt 70 moves in the tank 17 below the level of the water it contains and the objects are moved in the water and finally deposited on an endless conveyor 71 which moves in a tank. envelope 72 (fig. 6). Steam at about 100 ° C. is introduced into the jacket 72 through nozzles 73 so that this steam completely surrounds the objects carried by the conveyor 77. This raises the temperature of the objects to the point where their drying occurs. fast, shortly after they have passed the limits of envelope 72 and have been deposited on a check tape or belt 20.
Not only does the introduction of the objects into the steam bath raise their temperature to a point where rapid drying occurs, but also it serves as a rinsing bath to remove all traces of salts or other residues which may remain after washing in the oven. the water. After thus finally rinsing and raising the temperature of the objects to the point where rapid evaporation of their remaining moisture occurs. they are placed on the belt and checked tape 20 and presented absolutely clean and sanitary to the inspectors and packers.
Optionally, the glass object to be tempered is first brought to a temperature below the softening temperature of the glass, determined by the various factors described above, by immersing it. geant in a bath of salt or of a mixture of molten inorganic salts, as explained above. After the object has been heated evenly in said bath to the desired temperature. it is removed and it is completely immersed in the cooling bath. The latter is of the type described above, but in some cases it may even consist of heated oil or any other known coolant.
The cooling phase can even consist in subjecting the heated object to a blast of air, in a known manner, the new characteristic of this case consisting in the process of uniform heating of the object, to a temperature. high, without warping or loss of surface stability.
For example, a glass containing 80) .9% SiO2 is treated. 12.9% of B2O3, 4.4% of Na20 and 1.8% of Al203. and having a softening temperature of about 81: 3 C. A glass plate having a width of 3 cm, a thickness of 0.75 cm and a length of 18 cm was heated. by immersion for 2 minutes in a molten mixture comprising approximately 67% (sodium sulphate and <B> 33% </B> potassium chloride by weight,
and containing a small amount (the tungstic oxide, the latter being added at intervals, to maintain the non-alkaline bath. The molten bath was maintained at a temperature of 800 C and had a density of about 1.9. compared to that of approx. 2.3 of glass.
After heating for minutes, <B> this </B> sufficient to give the glass a uniform temperature, the plate was removed and immediately cooled in a molten bath comprising about 44% sodium nitrite and 56% nitrate. of potas sium by weight, heated to 150 C.
Subsequent measurements of the tempered glass plate showed that it had not undergone any distortion greater than a few hundredths of a millimeter.
The mechanical impact resistance of the quenched plate was much higher than that of other samples of the same dimensions which had been quenched by heating them in an ordinary atmospheric furnace, and cooling them in a 600 W oil bath. brought to <B> 150 '</B> C. Accidentally, appreciable deformations occurred in the latter case, due to the samples having been heated in an open oven, following the usual heating process.
A special feature of the above described process is that the cooling bath, consisting of a molten mixture of potassium nitrate and sodium nitrite, dissolves rapidly and removes residual salts which may adhere to the glass object when it leaves the heating bath before it cools, thereby cleaning the glass and instantly exposing it to the action of the cooling bath.
For tempering glass objects other than that referred to above, for example, ordinary lime glass which has a softening temperature of about 700 C, it is necessary to use lower temperatures in the glass. the heating bath so as not to heat the glass above its softening point. This heating method is applicable for all types of glass and a wide variety of shapes of objects.
The vapor pressure of the salts used in the heating bath must be low enough to avoid excessive evaporation at the temperatures used; the salts, which necessarily adhere to the glass when removed from the heating bath, must not react too violently with the agent used for cooling and the baths must not be dangerous and the fumes must not be harmful to health.
The following is a list of salts and salt mixtures which can be used to fulfill the above conditions in heating baths: sodium chloride, potassium chloride, sodium chloride and potassium chloride mixed - in equal parts by weight , sodium sulfate and sodium chloride (2 parts to one by weight), sodium bromide, potassium bromide, sodium bromide and potassium bromide mixed together, sodium bromide and sodium sulfate mixed, potassium sulfate and chloride mixed sodium, cuprous chloride, mixed cuprous chloride and potassium chloride, sodium chloride,
mixed potassium chloride and strontium chloride, monosodium phosphate, tungstate - sodium combined with alkali chlorides or bromides. etc. It goes without saying that many combinations of sounds other than those indicated above can be used.
Since the softening points and specific weights of glasses vary between wide limits, it is impossible to determine the proportions of the above-mentioned baths which will be suitable for all glasses but, for a particular glass, the suitable proportions can easily be determined by tests. It is further evident that some of the above heating bath compositions may also be suitable as cooling baths.
In general, it has been found necessary to prevent the heating bath from becoming alkaline by decomposition or volatilization, by means of additions analogous to those used in the cooling baths described above.
An example of tempering glass objects at a voltage not exceeding the maximum given by the formula given above will be described below. A glass object, for example a cooking dish, having a capacity of 1.70 liters and a thickness of about 6 mmn, borosilicate glass composed of 85% Si02, 12.5% B2O3 of 1.5% of Na2O, and 1%; (the Sb203, and having a coefficient of elasticity 6310 at (3470 kg per mnm2. a tensile strength of 4.70 at to kg per mm2 and the ratio of contraction to extension in a stretched body (Poisson ratio ) of 0.2 is heated to the temperature corresponding to, one close to that of the softening point of the glass, that is to say to about 810 C.
The object is maintained at this temperature for a sufficient time for its temperature to be perfectly in a state of equilibrium; at the moment. The heating is stopped and the object is immediately turned off on cooling. for example. in a liquid cooling bath. as indicated above, or by means of an air blast. If a liquid cooling bath is used, for example a bath composed of the eutectic mixture of sodium nitrate and potassium nitrate, it is heated to a temperature of 285 C cnl in order to avoid the creation of a voltage. too severe in the glass, that is to say a tension that would cause the glass to break with explosive fracture.
If the cooling bath is made from a heavy oil, such as that commonly known as 600 W ... the bath temperature will be 20C0 C. Tests have shown that a glass vessel of the dimensions and above composition, the actual tension per mm will not exceed 2.6 hg and, although the object has a mechanical strength twice that of a similar object but annealed, its rupture does not occur with explosive fracture . but looks a lot like that of an annealed glass object. The thermal endurance of a container thus treated is equal to at least two times that of a similar container but annealed.
and the breakage caused by a thermal cause of a part thus quenched is not different from that which occurs during the breakage, caused by a thermal cause. of an annealed part of the same dimensions and consisting of the same glass composition. Not only can borosilicate glasses of the above-mentioned type possess greater mechanical strength and greater thermal resistance by subjecting them to both limited temper. but tempering of glass or the like to a predetermined limited degree can be carried out with satisfactory results as well.
For example, as in the above case of a borosilicate glass, as well as in the case of lime glasses, a receptacle having about a capacity (le, 1.70 liters and a thickness of 6 mm and consisting of glass having substantially the following composition has been treated: SiO2 72.8e6 R203 1.37 Na2O 16.29 K20 1.65 Ca0 5.00 MgO 3.36 B2O3 0.56 trn such glass, usually known by the name of glass lime, has a linear coefficient of thermal expansion of 0.00000935 per degree centigrade and softens at approximately 695 C. Its elasticity coefficient is (686t) lkg per mm2 and its tensile strength is. of 3.3 kg per miu2.
The object is heated to a temperature of <B> 69.5 </B> C for a period of 10 minutes or until it substantially reaches an equilibrium temperature, and it is immediately immersed in a bath of cooling packaged with sodium nitrate and called potassium nitrate. maintained at a temperature of about 405 C.
This gives a cry tempered glass container. while having a thermal endurance of 170 C higher than that of a similar container. annealed horosilicate glass, prior to the above composition, has a strength which is approximately twice that of the aforementioned annealed borosilicate glass vessel and, nevertheless.
when it breaks. produces a lion-explosive fracture resembling that occurring in an annealed vessel. By the term "thermal endurance" as used herein is meant the highest temperature to which a glass container can be brought and then immersed in ice water, without it breaking.
The term "explosive fracture" as used herein defines the result of the tempered state of the glass, with a potential energy of the tension system, sufficient to break it into pieces of approximately 3 cm. when drilled in the center of a face.
Instead of the quenching bath formed from sodium nitrate and potassium nitrate, referred to above, a bath of sodium nitrate alone can advantageously be used. Sodium nitrate initially melts at a temperature of 308 ° C and is used as a bath at a temperature of 560 C. At this temperature a slight decomposition occurs, so that a certain amount of sodium nitrite is formed. dium, the reaction continuing until a state of equilibrium is established between the sodium nitrite and the sodium nitrate and the atmosphere reigning above the bath. Under these conditions, the melting point of the bath eventually drops to about 295 C.
The advantages of sodium nitrate are as follows: 1 It is inexpensive, about half that of a bath formed from potassium nitrate and sodium nitrate; 2 The freezing temperature of 295 C forms a basis for the temperature of the object as it enters the water bath, thus ensuring a perfectly defined thermal cycle test. This is achieved by adjusting the cooling of the object in the tunnel kiln, following the cooling operation, so that just a slight crystallization of the cooling salt occurs at the edges of the cooling salt. object as it enters the water bath.
Other suitable heating baths are as follows: a mixture of sodium sulfate and potassium sulfate (Na2SO4 and K'SO4); a mixture of sodium chromate and potassium chromate (NaCrO4 and NCrO4) and a mixture of potassium sulphate and magnesium sulphate (K2SO4 and MgSO4).