Procédé pour la fusion du verre et four de fusion pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour la fusion du verre, dans lequel on échauffe le bain de verre par .des électrodes placées sur le trajet du verre. Elle comprend aussi un four de fusion pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans les procédés connus pour la fusion de verre, le chauffage -est réalisé en portant à haute température, dans tout son ensemble, la masse :de verre située entre des électrodes.
On a trouvé que les insuccès rencontrés dans ces procédés proviennent du fait qu'ils ne permettent que :difficilement, d'une part, -de donner au verre un -degré @de température suffisamment élevé et, :d'autre part, de lui communiquer ce degré de température pen dant une -durée qui ne dépasse pas celle qui convient.
L'élaboration :d'un verre de haute qualité nécessite, en effet, que la masse de verre passe .à un moment donné de sa fabri cation par un haut degré de température; d'autre part, il convient, tant pour la consom- mation d'énergie que pour la qualité même du verre produit, que le verre ne soit porté à cette température élevée que pendant une durée -de temps juste suffisante pour amener la masse de vez^re au degré de fluidité voulu pour son affinage.
Le procédé que comprend l'invention est caractérisé en ce qu'on soumet le verre à l'action du courant,de telle sorte que la tem pérature du verre soit plus grande dans la zone du bain qui entoure au moins l'une des électrodes que dans les parties plus éloignées de celle-ci, ce qui permet,
de porter le verre au moment voulu de son élaboration et pen dant le temps nécessaire à une température élevée.
Le four :de fusion pour la mise en ceuvre de ce procédé est caractérisé en ce que la surface de contact avec le verre, de l'une au moins de ses électrodes, a une valeur suffi samment faible par rapport à la section -de passage -du courant entre les électrodes dans le bain,
pour que la densité des lignes de courant soit plus forte dans la zone adjacente cette électrode que dans les parties éloi- gnées de celle-ci.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ples et schématiquement, quelques formes d'exécution du four de fusion que comprend l'invention.
La fi-. 1 est une vue schématique et en plan d'une première forme d'exécution consti- tuée par un four à bassin; la fig. 2 est une coupe effectuée suivant l'axe longitudinal II-II .de la fig. 1; la fig. 3 montre une vue en plan d'une seconde forme d'exécution présentant un grand nombre d'électrodes; la fig. -1 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3;
les fig. 5 et 6 montrent deux formes d'exé cution partielles comportant une électrode composée de plusieurs éléments; la fig. 7 montre une forme d'exécution partielle présentant des électrodes horizon- tales dans un plan vertical. reliées chacune à un pôle différent de la source; la fig. 8 se rapporte à une forme d'exécu tion comportant des électrodes alimentées en courant triphasé;
la fig. 9 représente schématiquement une forme d'exécution comportant des électrodes superposées; la fig. 10 est une coupe suivant la ligne X-X de la fig. 11; la fi-. 11 montre une vue partielle et en plan d'une dernière forme d'exécution.
Du fait que, selon le procédé que com prend l'invention. le verre entourant au moins l'une des électrodes est amené à une tempé rature élevée. il en résulte un gain. non seu lement dans la qualité du verre, mais aussi dans la rapidité avec laquelle ce verre de qua lité s'élabore, de sorte qu'il est possible -d'ob tenir ce verre de qualité avec une dépense d'énergie qui est, dans son ensemble., moindre que celle nécessitée par les procédés connus.
Dans le four représenté aux fig. 1 et 2, les parois de la cuve sont figurées en 1, le verre en 2, des électrodes en 3. Celles-ci sont au nombre de -deux;
elles affectent la forme de barres cylindriques disposées transversale ment au four et sont situées entre un orifice d'enfournement 4 des matières premières et tin orifice de prélèvement 5 du verre. fini.
Les lignes suivies par le courant électri que sont figurées en 6.
Ces électrodes ont des diamètres tels que leur surface en contact avec le verre est infé- rieure à la section de passage du courant dans le verre dans la zone comprise entre les deux électrodes, c'est-à-dire inférieure à la section transversale de la cuve en 7.
Il en résulte, dans les zones voisines des électrodes, indiquées par les traits pointillés 8, une concentration des lignes de courant. Par suite le verre est porté à une plus haute température que dans la partie comprise entre ces zones.
Dans les zones 8 elles-mêmes, la température est -d'autant plus forte que le point considéré est plus proche de la surface de l'électrode et que cette surface est plus ré duite par rapport à la section transversale du bain entre les électrodes.
Un avantage particulier réside dans le fait que, pour une tension donnée appliquée aux électrodes, l'intensité du courant n'est plus déterminée uniquement ou principaJe- ment par la résistance totale de la masse de verre comprise entre les zones qui entourent les électrodes,
c'est-à-dire en fait par la dis- tance qui sépare les électrodes. Cette intensité est déterminée pour une grande partie par la résistance des zones chaudes qui entourent les électrodes. Cette résistance sera d'autant plus forte que la concentration des
lignes de courant y sera plus grande.
On pourra donc, sans changer la distance qui sépare les électrodes, régler par la valeur de la surface des électrodes la résistance offerte par le four au passage du courant et adapter ainsi le four à toute tension indus trielle donnée à priori, et produire dans le four, sans modifier cette tension,
l'énergie que l'on désire.
Le diamètre des électrodes sera d'autant plus petit que, pour une puissance donnée, la tension sera plus grande.
En donnant aux rayons des ,deux électrodes des valeurs diffé rentes, on a le moyen de répartir cette puis sance d'une manière inégale entre les zones du verre qui avoisinent ces électrodes, ce qui dans certains cas peut être utile, par exem ple si les électrodes sont situées dans des ré gions du four dans lesquelles les traitements à effectuer sur le verre sont différents et de mandent des températures différentes.
Les fig. 3 et 4 se rapportent à un four présentant un grand nombre d'électrodes. 1 représente le basin -du four, 2, représente le verre et 3 représente des électrodes. Celles-ci sont cylindriques et horizontales. Leur dia mètre est suffisamment faible pour que les lignes de courant qui vont des unes aux autres soient plus resserrées au i>oisïnage des "électrodes que dans les parties du verre ;si tuées entre celles-ci.
Ces électrodes d6termi- nent dans le verre adjacent des zones plus chaudes. Las électrodes étant réparties tout le long du trajet suivi par le verre le long de l'axe longitudinal, il s'établit ainsi des zones qui s'étendent transversalement au four et qui alternativement sont très chaudes et moins chaudes.
Cette répartition -de la chaleur rappelle celle que l'on réalise dans les fours à bassin du type usuel pour la fabrication du verre de qualité, fonctionnant avec -des flammes produites par des brûleurs établis dans les parois longitudinales. Dans ces fours, en effet, la flamme qui va,d'un brûleur à l'autre détermine dans le verre, à l'aplomb du par cours de ces flammes,
-les zones qui sont plus chaudes que les deux zones adjacentes situées hors du trajet de la flamme. Cette similitude entre le four représenté aux fig. 3 -et 4 et les fours à flammes, que l'expérience a montré comme les plus aptes à produire du verre de qualité, peut expliquer, tout au moins en partie, les bons résultats obtenus pratique ment au point de vue de la qualité ,du verre.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4, les électrodes sont placées près de la surface. Cette -disposition est avantageuse par le fait que les zones chaudes :sont ainsi placées sur le trajet des éléments du bain qui sont les, plus légew, c'est-à-dire le verre non élaboré, et qu'elles peuvent ainsi agir directe- ment d'une manière très efficace sur ces ma tières;
mais il est entendu que certaines des électrodes peuvent être placées en profondeur, ce qui a l'avantage d'augmenter leur effi cacité au point de vue des courants @de convexion. En effet,
un des avantages con siste dans le fait que la présence des zones chaudes au milieu d'une masse de verre moins chaude crée des courants de convexion qui peuvent être avantageusement utilisés, par exemple pour le brassage du verre.
Mais on peut aussi se servir de ces cou- rants, pour -étendre l'action de la zone chaude. En particulier, si l'on a en vue de faire agir les zones chaudes sur le verre :
de surface, il n'est pas indispensable de placer les é lectro- des à fleur même du niveau du bain, c'est-à dire -de supprimer toute possibilité de passage du verre au,dessus des électrodes. Il suffit que le verre qui est entré en contact avec l'électrode elle-même et qui s'est le plus for tement chauffé,
puisse monter jusqu'à la surface du bain sans se refroidir notable ment, c'est-,à,@dire puisse monter rapidement. Ce phénomène est favorisé par certaines for mes données .à la section de l'électrode, telles que la présence ,de flancs verticaux très lisses, ainsi évidemment que par une profondeur re lativement faible de la couche -de verre située au-dessus de l'électrode.
Dans le four représenté aux fig. 3 et 4, les électrodes sont disposées transversale- ment au four. Cette disposition facilite l'ob tention de zones chaudes qui s'étendent elles mêmes transversalement au four et sont, par suite, aptes à agir sur la totalié -du verre qui s'écoule :
à la surface du bain en se dirigeant de l'enfournement vers le compartiment d'utilisation.
Mais on peut réaliser des zones chaudes ayant la même disposition transversale favo rable, au moyen d'électrodes qui sont, par contre, disposées individuellement suivant le sens longitudinal du four. Il suffit, dans ce cas, de placer côte à côte un nombre suffisant de ces électrodes pour que les zones chaudes, formées par chacune d'elles. se rejoignent et forment. dans leur ensemble une zone suffi samment chaude allant d'un bord à l'autre du four.
Les fig. 5 et 6 représentent partiellement deux formes d'exécution comportant une élec trode qui, au lieu de se composer d'un seul élément. se compose. de plusieurs éléments, de préférence parallèles, placés à proximité les uns des autres: ces éléments sont réunis au même potentiel. de manière à constituer à proprement parler une seule électrode.
L'ava.ntage de cette électrode composite est que par rapport à une électrode unique de même surface, elle intéresse une plus grande partie du bain de verre.
Un autre avantage est que cette électrode se compose d'éléments qui peuvent être rem placés individuellement, -,ms avoir à inter rompre complètement l'alimentation en cou rant de l'électrode elle-même, le four conti- nuant à être alimenté avec les éléments de l'électrode qui sont restés en place.
Les différents éléments de l'électrode peu vent s'é tendre soit dans un plan horizontal (fig. :i), soit dans un plan vertical (fig. 6). soit dans tout autre plan, combinaisons de plans que la pratique indiquera.
En principe. on peut se contenter de réu- i iir i ces CI lénients au même pôle (le la source électrique.
Néanmoins le trajet entre chacun de cas éléments 9 et une ou des autres électrodes<B>10</B> peut être différent d'un élément à l'autre, ce qui entraîne un certain déséquilibrage entre les (',l(',nients. On peut y remédier facilement en créant un léger dévoltage dans l'alimen tation d'un ou plusieurs des éléments.
Dans une autre forme d'exécution du four, dans un même plan vertical peuvent être disposées des électrodes horizontales re liées chacune. à, un pôle différent de la source. de telle sorte que le courant circule directe ment dans ce plan, d'une électrode à l'autre.
Dans un tel four. qui est représenté schéma tiquement sur la fi-. 7, on voit que le passage utilisable par le courant entre les électrodes 11 a pour section la section hori- zontale du bassin lui-même;
cette section est donc très grande vis-à-vis de la surface de chaque zone entourant chaque électrode, de sorte que la concentration de chaleur autour de chaque électrode est facile à. réaliser sans qu'il soit nécessaire de diminuer de beaucoup le diamètre de celle-ci.
La fig. 8 se rapporte à un four alimenté en courant triphasé. A cet effet, il présente trois électrodes 12 disposées suivant un même plan horizontal, en l'espèce un plan voisin de la surface du bain.
Par suite de l'inéga lité de longueur du parcours entre les élec trodes extrêmes et le parcours entre l'élec trode intermédiaire et ces dernières, il y aurait un dés équilibrage entre les trois phases, si l'on se contentait d'employer trois électrodes identiques.
On peut rétablir totale- ment ou partiellement l'équilibre entre phases en donnant à l'électrode centrale 11 une sur face de contact avec le verre plus faible que les autres, de manière .à augmenter la résis tance du circuit qui aboutit à cette électrode centrale.
Toutefois, la différence sera d'au tant plus faible que la résistance du verre entre les électrodes aura moins d'importance vis-à-vis de la résistance au voisinage des électrodes.
Si cette électrode réalise une con centration notable de résistance, et par suite de chaleur, les -différences entre les distan ces des électrodes entre elles ont peu d'in fluence sur la répartition de la charge entre les trois phases. Dans le four représenté à la fi-.
8, on a supposé que les électrodes avaient la même longueur et, par suite, il a suffit d'employer pour l'électrode médiane une électrode de plus faible rayon que pour les autres.
La fig. 9 représente partiellement un four comprenant des électrodes superposées, telles que celles que comportent les fours des fig. 6 et 7. Ceps électrodes sont en outre uti lisées dans un but particulier: celui de s'op poser à l'établissement de courants de verre horizontaux entre un compartiment et l'autre d u bassin.
On sait en effet que par suite des diffé rences de température qui règnent entre le compartiment de travail, ou même le compar timent !de brassage, et le compartiment de fusion, :des courants -d'origine thermique s'établissent entre ces différents comparti ments. Ces courants ont l'inconvénient de mé langer du verre,déjà. affiné à du verre qui ne l'est pas et inversement.
Ils portent en outre préjudice soit au chauffage, en ce qui con cerne le coinpaxtiment de fusion, soit au re froidissement @du verre, en ce qui concerne le compartiment de travail.
Pour s'opposer à cas courants, il -est d'usage, dans les fours connus, -de disposer des barrages matériels en réfractaires entre les ;différents compartiments. Ce remède a l'inconvénient de créer .des parois addition nelles dans le bain lui-même et par suite de donner lieu à ,des courants. de convegion peu favorables à l'homogénéité et à la pureté du verre.
Dans le four représenté en fig. 9, on fait obstacle à la propagation des courants d'un compartiment à l'autre en disposant, trans versalement au four et à la limite qui sépare les deux compartiments, un barrage constitué par desélectrodes 12, ;de préférence horizon tales, disposées les unes au-dessus des autres, de manière :
à former une grille verticale. Les électrodes sont utilisées pour amener le cou rant dans le verre: soit -d'une électrode à l'autre (comme en fig. 7), soit pour faire passer un courant de l'ensemble des électro des superposées à une autre électrode 14 ou 15 dite auxiliaire (comme en fig. 6).
Dans l'un et l'autre cas, on s'arrange pour que l'énergie développée par le courant soit con centrée autour de l'électrode. On réalise ainsi une sorte de grille verticale chaude qui donne naissance,à des courants ascendants intenses. Les courants horizontaux qui tendent donc à s'établir -d'un, compartiment .à l'autre ou à un autre sont déviés verticalement par cet effet thermique et ne peuvent s'établir,
ou -du moins ils sont fortement réduits.
Dans un tel four, l'effet des courants ascendants, c'est-à-dire l'interruption des cou rants horizontaux, est facilité par le fait que l'ensemble des électrodes constitue lui-même un obstacle matériel qui réduit les. sections de passage .du four -dans le siens horizontal;
mais la présence .de cet obstacle matériel n'est pas un inconvénient comme l'est l'obstacle cons titué à la manière habituelle par des élé ments réfractaires généralement refroidis.
Dans certains cas., on trouvera quelques avantages ;à associer les obstaclesi du type connu au mur thermique. Les fig. 10 et 11 représentent une formel id'exécution, ide ce genre. Le mur 13 ide ce four est disposé dans un resserrement de la cuva formée par des parois 16, entre les -deux compartiments à isoler.
On peut, dans certaines formes :d'exécu tion, se contenter :d'avoir entre les deux com partiments une seule électrode horizontale, placée transversalement au bassin.
Dans ce cas., on placera l'électrode de préférence au voisinage du fond de cuve, de manière à ce qu'elle intervienne par sa présence en tant qu'obstacle matériel pour arrêter le courant qui tend à s'établir dans le fond de la cuve, d'un compartiment à l'autre, et qu'en;
outre elle soit placée dans une position qui, par principe, est favorable à la formation des courants ascendants.
D'une manière générale, l'obstacle ainsi créé par des électrodes immergées dans le verre, présente l'avantage que son efficacité peut être réglée par l'intensité du courant qu'on y établit.
Il est des circonstances où l'on désire donner libre cours aux courants d'échange entre les compartiments de fusion et ceux de repos; un tel objectif sera atteint sans changer la disposition :du barrage, mais simplement en interrompant le passage du courant idans les électrodes.
Dans les différentes. formes d'exécution du four que l'on vient de décrire, on a repré senté des électrodes du type horizontal qui passent au travers des, parois. Il a été dit qu'on peut employer -des électrodes horizon tales disposées suivant l'aïe longitudinal. Il doit être compris également que les électrodes peuvent être verticales.
D'une manière générale, les électrodes sont utilisées en raison de la zone chaude dé- v eloppée dans le verre qui les entoure et leur position est, par suite, fonction de celle que l'on veut donner à cette zone chaude dans le bain. Elles peuvent donc prendre toute posi tion voulue.
Les formes d'exécution du four selon l'in vention sont particulièrement des fours à bassin dans lesquels tout le chauffage du verre est réalisé au moyen du courant électri- que apporté dans le verre par des électrodes. Mais il va de soi que certaines formes d'exé cution peuvent être constituées par des fours dans lesquels d'autres moyens de chauffage sont utilisés en plus des électrodes. C'est ainsi qu'on peut, conjointement au chauffage électrique, employer un chauffage au gaz.
On peut. dans d'autres formes d'exécution, réali ser le chauffage du four à. la manière ordi naire, par des flamme, et utiliser des élec trodes ifmergées pour réaliser un obstacle perfectionné aux mouvements du verre d'un compartiment à l'autre, ainsi que pour créer, autour d'au moins une de ces électrodes, une zone dans laquelle la densité des lignes de courant soit plus forte.
On pourra également réaliser le chauffage du bassin au moyen d'électrodes ayant une surface de contact avec le verre suffisamment faible par rap port à la section de passage du courant entre les électrodes dans le bain, ces électrodes étant associées à des électrodes du type connu, c'est-à-dire à grande surface, et ne donnant pas lieu, dans la zone qui entoure l'électrode, à la concentration de chaleur qui est la caractéristique desdites électrodes à faible surface de contact.
Dans une forme d'exécution particulière, des zones chaudes réalisées dans la masse du verre, et au voisinage de sa surface, par passage de courant électrique dans cette masse, sont combinées avec des moyens de chauffage disposés au-dessus du bain et à l'aplomb de zones chaudes ci-dessus. Ces moyens additionnels peuvent être, par exem ple, des flammes de brûleurs à gaz ou des résistors électriques formant une nappe au dessus du bain et constituant ainsi des zones localisées où le verre de surface est chauffé d'une manière intense.
Dans d'autres formes d'exécution, on peut accroître la concentration de chaleur dans le voisinage de l'électrode en superposant au courant qui pénètre dans cette électrode pour passer dans le verre, un courant qui traverse l'électrode de bout en bout et chauffe celle-ci à. la manière d'une résistance ordinaire ou résistor.
Dans une forme d'exécution spéciale du procédé que comprend l'invention, dans la quelle on constitue au moyen d'électrodes une grille verticale à barreaux horizontaux pour s'opposer aux échanges de courants horizon taux, on obtient un résultat, dans certains cas, suffisant, en se contentant de faire pas ser un courant dans les électrodes à la ma nière de résistors, sans que le courant passe d'une électrode à l'autre à travers la masse de verre.
Dans les différentes formes d'exécution décrites, les électrodes peuvent être de toute matière appropriée (graphite, métal, etc.). La matière utilisée pourra d'ailleurs ne pas être semblable tout. le long du four, mais pourra être différente selon que l'électrode traverse le compartiment de fusion, le com partiment d'affinage, ou le compartiment de repos. D'excellents résultats ont été obtenus par les inventeurs avec l'emploi d'électrodes en graphite.