Procédé de fabrication du verre et four pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication du verre et à un four pour la mise en #uvre de ce procédé.
Le but de la présente invention est, plus particulièrement, de parvenir, à l'aide d'un four continu de fusion de verre de faible ca pacité, à une production journalière qui suf fise seulement aux besoins limités d'une seule out d'un petit nombre de machines à former les articles de verrerie, ou autres unités ou opérations consommant du verre.
Les fours de fusion de verre utilisés en gé néral dans l'industrie du verre ont. de fortes capacités de production journalière, par exemple 70 tonnes ou plus dans le cas d'un four pour installation de fabrication de réci pients en verre, et même davantage dans le cas d'un four pour installation de fabrica lion de vitres. Un tel four pour installation de fabrication de récipients en verre a une longueur d'environ 6,50 m et une largeur d'environ 5,50 m. Ces grands fours présentent de nombreux désavantages dus à leur cons truction massive, à leurs besoins en chauf fage, à leurs caractéristiques de fonctionne ment, etc.
Ils sont coûteux à installer et à entretenir et ont un rendement relativement faible à moins de fonctionner aux environs de leur capacité normale. Leur rendement di minue à mesure que leur production descend au-dessous de la capacité normale. Ils créent des servitudes gênantes pour le plan d'im plantation de l'installation, le programme de fabrication, la variété d'articles produits, etc. En outre, la baisse de production est forcé ment grande quand un tel four à grande ca pacité est hors de fonctionnement pour une raison quelconque, telle que reconstruction ou réparation, et les dépenses entraînées par le passage d'une sorte de verre à une autre sont relativement élevées.
Les désavantages men tionnés ci-dessus des fours connus à grande capacité montrent qu'il existe un besoin long temps ressenti pour un four continu de fusion de verre à faible capacité dont le fonctionne ment soit adapté à l'alimentation en verre d'une seule ou d'un petit nombre de machines à. fabriquer les articles de verrerie ou d'autres unités consommant du verre.
-Malgré ce be soin d'un four à faible capacité, les conditions ordinaires qui existent à l'heure actuelle dans l'industrie du verre sont telles qu'on doit faire fonctionner un .grand four à faible rendement et d'une manière coûteuse et non rationnelle quand la, nécessité se présente de faire du verre suivant le faible débit corres pondant aux besoins en verre d'une seule ou d'un petit nombre d'unités consommant du verre.
La présente invention comprend un pro cédé de fabrication du verre, suivant lequel la composition est introduite à l'extrémité d'entrée d'un canal horizontal de fusion de la composition et d'affinage -du verre cri quan tités qui compensent le débit de verre s'écou lant du bain à l'extrémité de sortie du canal, caractérisé par le fait que l'on utilise un ca nal dont le rapport de la longueur à la lar geur est compris entre 4 et 7 pour 1, et en ce qu'on fournit de la chaleur au bain de verre contenu dans ce canal de façon à éta blir une température décroissant dans la di rection longitudinale dudit canal en sens con traire de la marche du bain, à partir d'un point de température maximum voisin (le l'extrémité de sortie du canal vers son extré mité d'entrée.
L'invention comprend aussi un four pour la mise en #uvre du procédé ci-dessus, du type comprenant un canal horizontal de fusion de la composition et d'affinage du verre, dans lequel en peut maintenir un bain de verre fondu avec, à une extrémité du canal, un dispositif des tiné à introduire la composition clans le bain, et des organes de chauffage dans le canal pour chauffer le bain du verre fondu, carac térisé par le fait que le canal a une longueur de 6 à 12 m et une largeur ne dépassant pas 2,45 m, le rapport de la longueur à la largeur étant compris entre 4 et 7 pour 1,
des organes de chauffage établissant dans le ca nal une température décroissant vers l'extré mité d'entrée de la composition à partir d'une température maximum en un point voisin de l'extrémité opposée à celle où la composition est introduite.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du four que comprend l'invention.
La fig. 1 représente, en coupe horizontale par la ligne 1-1 de la fig. 2, ladite forme d'exécution, certains éléments n'étant repré sentés que partiellement et d'autres éléments étant représentés sous une forme quelque peu schématique.
La fig. 2 est une coupe verticale longitudi nale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, la ré serve de verre ou bain dans le four étant re présentée schématiquement par une ligne droite horizontale représentant sa surface et par des flèches indiquant la direction des cou rants dans ce bain, cette figlire représentant en outre l'enfournement de la composition, 1a propulsion de la composition chargée et de la couche supérieure du verre à l'extrémité de chargement du four.
Le four représenté comprend un canal re lativement long et étroit, désigné par la réfé rence générale C et comprenant un fond plat horizontal ou sole 1, deux parois latérales longitudinales 2, un mur terminal 3 à l'extré mité arrière ou de chargement et un mur ter minal antérieur 4 à l'extrémité opposée, ou de soutirage, du canal.
Une niche 5 forme une chambre 6 débou chant en 7 sous un linteau 8 à l'extrémité arrière du four en un point intermédiaire de sa largeur. La chambre de niche 6 a un fond 9 représenté au même niveau que le fond 1 da canal et qui peut être constitué par un pro longement vers l'arrière d'une partie médiane de celui-ci.
L'extrémité avant du canal de four est en communication libre, dans sa partie médiane, avec un passage étranglé horizontal 10 con duisant à la partie inférieure d'une chambre i 1 de conditionnement du verre, le passage étranglé étant situé sous le niveau 12 de la surface du verre dans le canal du four et dans la chambre de conditionnement qui lui est reliée. Le fond du canal du four, du pas sage étranglé et de la chambre de condition nement, sont tous au même niveau, le fond 13 du passage étranglé pouvant être un prolon gement d'une partie dit fond du canal 1 et le fond 1.1 de la chambre de conditionnement un prolongement vers l'avant élargi latéralement du fond 13 du passage étranglé.
L e passage étranglé et la chambre de conditionnement sont en outre délimités par les parties de construction indiquées d'une manière générale en 15 et 16 respectivement, associées à leurs fonds respectifs et formées d'unie manière con venable quelconque connue par des éléments et matériaux convenables connus.
La cham bre de conditionnement comporte une ouver ture 17 dans une paroi verticale opposée à l'étranglement et adaptée à l'écoulement du verre dans un avant-creuset non r epi.-ésenté d'un feeder de verre on dans un autre dispo sitif analogue, et la chambre de conditionne ment est pourvue de moyens de chauffage indépendants représentés par les orifices de brûleurs 18 disposés dans les parois latérales opposées de la chambre. Une ouverture d'échappement ou de dégagement 19 est située à la partie supérieure de cette chambre.
Le four comprend un toit désigné par la référence générale R (fig. 2), comprenant une voûte cintrée transversalement 20, sup portée sur les côtés par des éléments de murs latéraux longitudinaux de faible hauteur 21, qlui à leur tour reposent sur la surface supé rieure cles murs latéraux 2 du canal du four. Cette disposition de la construction ménage un espace de chauffage ou de combustion 22 peu élevé au-dessus de la surface 12 du verre dans le canal du four et s'étendant dans le scn s longitudinal de ce canal entre un mur de fermeture transversal avant 23 et un mur clé fermeture arrière semblable 24.
Le mur transversal avant 23 peut être un prolon gement vers le haut faisant partie intégrante du mur avant 4 du canal ou peut être cons truit au-dessus de lui d'une autre manière quelconque connue. De même, le mur trans versal arrière 24 peut être une partie inté grante prolongée vers le haut du mur arrière de canal 3 ou être construit au-dessus de ce mur d'une autre manière quelconque connue. Le mur arrière 24 peut être partiellement éehancré à sa partie inférieure en 24a au- dessus clé la sortie 7 de la chambre de la ni che pour loger le linteau 8.
Les éléments 21 des parois longitudinales, disposés ,juste au-dessus des murs latéraux du canal, comprennent des blocs de brûleur 25. Ceux-ci peuvent être en nombre quelcon que et être placés dans le sens longitudinal de l'espace de chauffe du four aux distances qu'on estime le mieux appropriées au elauf- E'aIe dit four et au résultat cherché. La partie supérieure du four comprend une cheminée 26 en communication directe à sa partie infé rieure avec l'espace 22 du four à l'extrémité arrière < le celui-ci, c'est-à-dire juste au-dessus clé la partie du canal de four C dans laquelle débouche la chambre de niche.
Dans le four représenté, huit blocs de brûleur 25 équi distants sont installés dans chacun des<B>élé-</B> ments 21 des parois longitudinales, deux blocs de brûleur correspondants étant placés direc tement en face l'un de l'autre dans les deux murs latéraux, et les deux blocs .de brûleur les plus en avant étant à une distance du mur de fermeture transversal avant 23 légèrement inférieure à la distance qui sépare deux brû leurs adjacents sur une même paroi latérale, les blocs de brûleur les plus en arrière étant placés en avant du plan vertical passant par la face avant de l'ouverture inférieure .de la cheminée à une distance à peu près égale à celle qui sépare deux blocs de brûleur adja cents.
Des regards 25a sont disposés aux endroits voulus dans les murs latéraux et terminaux de l'espace de combustion et de chauffage du four.
Les murs du four peuvent être constitués par un ou plusieurs matériaux réfractaires, et un isolement calorifique, comme indiqué par exemple en 27 dans la voûte du four, peut y être inséré ou les revêtir aux endroits voulus.
Une charpente de support 28 supporte le four et ses accessoires à la hauteur voulue au-dessus du plancher d'une usine ou d'une autre surface portante générale 29.
Un chargeur de composition représenté plus ou moins schématiquement en 30 fonc tionne en liaison avec la niche 5. Ce chargeur est d'un type connu et comprend un outil d'agitation et de propulsion du verre ou ringard 31 se déplaeant suivant un circuit fermé 32 situé (fig. 2) dans un plan vertical et comportant un trajet inférieur 32a dirigé vers l'avant, tel que l'outil plonge à une pro fondeur voulue prédéterminée dans la partie du bain de verre située dans la chambre de niche et pousse en avant le verre de la cou che superficielle du bain, de fagon à contra rier et à vaincre toute tendance à la forma tion d'un courant inverse de convection à la surface du bain de verre.
L'action de l'outil de chargement et le résultat qu'il produit se ront expliqués plus en détail ci-après en dé crivant le fonctionnement du four et le pro cédé de fabrication mis en oeuvre dans ce four. Les blocs de brûleur 25 sont constitués de telle façon qu'un orifice 33 de brûleur tra verse chacun d'eux de l'extérieur à l'intérieur, cet orifice comportant une partie terminale extérieure 33a à section réduite dans laquelle pénètre le bec de décharge d'une tuyère à combustible 34. La paroi de la partie termi nale à section réduite à l'orifice de brûleur peut s'ajuster hermétiquement autour de la partie de tuyère qui y pénètre si, comme cela est préférable, le combustible qui y arrive est constitué par un mélange convenable déjà préparé d'air et de combustible gazeux ou liquide.
La partie principale restante de cha que orifice de brûleur peut avoir une section notablement plus grande, comme représenté, pour favoriser la combustion dans l'orifice de brûleur. Un tuyau d'alimentation de combus tible 35 arrive à chaque brûleur 34 et est pourvu d'une soupape réglable 36 munie d'une manette de réglage 37.
Les tuyaux de combustible 35, représentés sectionnés près du four, peuvent être alimen tés avec un combustible tel qu'un mélange préparé d'air et de gaz ou d'huile, provenant d'une source convenable quelconque.
Le réglage individuel des soupapes dé brûleur par leurs manettes 37 permet de dé terminer et de choisir la quantité de combus tible admise par chaque orifice de brûleur dans l'espace de combustion ou de chauffage du four et, par suite, de déterminer et de choisir la température et les conditions à éta blir et à maintenir dans le four pour les opé rations de fusion et d'affinage du verre dé siré. Le gradient de température dans le four décrit peut donc être modifié pour s'adapter au mieux aux conditions requises pour di verses compositions de verre et à différents desiderata de production.
On peut prévoir en outre le réglage simul tané, si on le désire, de l'admission de com bustible par les brûleurs individuels ou par des groupes de brûleurs après que les brûleurs ont été réglés individuellement. Ainsi, les ma nettes de réglage 37 des brûleurs situés des deux côtés d'à peu près la moitié longitudi nale avant du four peuvent fonctionner en liaison au moyen d'un organe mobile de ma- n#uvre commun 38 permettant de les régler à l'unisson pour augmenter ou diminuer leurs débits individuels de combustible selon les besoins tout. en maintenant. entre ces débits les différences prédéterminées.
De même, les manettes de réglage des brûleurs situés dans à peu près la moitié longitudinale arrière du four peuvent être reliées entre elles par titi organe de manoeuvre mobile 39 pour être ré glées à l'unisson. L'organe de manceuvre 38 est un câble relié en un point intermédiaire à un organe moteur 40. Celui-ci est l'organe mo bile d'un moteur pneumatique 41 placé sous le four, et il se déplace dans une direction transversale au four sous l'action du moteur pneumatique 41.
Les parties du câble 38 qui partent du moteur pneumatique 41 dans deux directions opposées sont guidées et supportées par des poulies, dont certaines sont indiquées en 42, 43 et 44 des deux côtés du four à la fig. 1, et les extrémités du eâ ble portent des poids suspendus 45 qui maintiennent en ten sion les brins du câble entre lesdits poids et l'organe 40 du moteur pneumatique. Le mo teur 41 fonctionne au moment voulu sous la commande d'un mécanisme de commande 46 (fig. 2).
Celui-ci fonctionne en liaison, par exemple au moyen d'un fil conducteur indi qué en 47, avec un élément thermosensible 48 disposé dans la voûte du four, de façon à réagir aux changements de température se produisant en un point déterminé de la zone avancée ou zone d'affinage de l'espace de chauffe du four.
De l'air provenant d'un tuyau 49 arrive par un embranchement 50 au mécanisme de commande 46 et par un embranchement 51 au moteur pneumatique 41. Le moteur pneuma tique 41 est relié pour son fonctionnement au mécanisme de commande 46 par un tuyau d'air 52.
La disposition est telle que lorsque la, température à l'extrémité inférieure de l'élément thermosensible 48 s'écarte de façon appréciable d'une température prédéterminée pour laquelle le mécanisme de commande 46 a été réglé, le moteur pneumatique 41 fonc tionne de façon à, agir par l'intermédiaire de l'organe de réglage 38 pour régler à l'unisson les soupapes individuelles des brûleurs respec tifs clans le sens voulu pour rétablir la tempé rature désirée à l'extrémité inférieure des élé ments 48 et à agir par suite de faon à réta blir le gradient de température dans la partie avant on zone d'affinage de l'espace de com bustion du four.
Le câble 39 est supporté et actionné de la même façon, les organes du mé canisme mis en jeu étant semblables à ceux indiqués pour le câble 38 et identifiés sur les figures par les mêmes chiffres de référence affectés d'une prime. L'élément thermosensi ble 48', qui agit par l'intermédiaire de l'or gane de commande 46' pour commander le moteur pneumatique 4l', est situé en un point prédéterminé de la voûte du four au-dessus de la moitié arrière ou zone de fusion de l'espace (le combustion du four. Comme on le voit à la fig. 2, ces deux éléments thermosensibles 48 et 48' peuvent être situés dans la partie lon gitudinale médiane de la voûte du four.
On a déjà fait remarquer que le canal du four est relativement long et étroit et que le rapport de la longueur à la largeur est très supérieur à celui qui existe dans les fours industriels de fusion de verre à grande capa cité. Dans le four représenté, le canal a une longueur intérieure de 11 m et une largeur de 1.85 m et, par conséquent., le rapport de la longueur à la largeur est de 6 pour 1. La lon gueur maximum d'un tel canal de four est. d'environ 12 m et le minimum d'environ 6 m. La largeur peut varier de 2,45 m à 1,20 m en viron, pourvu toujours que le rapport de la longueur à la largeur soit compris entre les limites 4 : 1 et 7 : 1. La largeur du canal est choisie pour un fonctionnement avec une profondeur de verre ne dépassant pas la moi tié (le la largeur ch canal du four.
Ceci peut varier selon les dimensions du four, les besoins journaliers de production, etc. Une épaisseur de verre de 40 à 50 cm est la plus indiquée.
En fonctionnement, la zone d'affinage, e'est-à-dire environ la moitié avant du four, est chauffée de façon à maintenir la tempé rature d'affinage voulue, le point chaud étant situé bien en avant vers l'extrémité avant, de cette zone. La partie arrière ou zone de fu sion est chauffée .de façon à coopérer avec le chauffage de la zone d'affinage pour mainte nir une chute de température de l'avant à l'arrière de 18 C ou plus par mètre de Lon gueur, le gradient étant déterminé par la tem pérature requise au point chaud pour obte nir un affinage satisfaisant dans la zone d'affinage et par la température minimum permettant. la fusion et tin enfournement sa tisfaisant de la composition à l'extrémité arrière de la zone de fusion.
On peut faire varier le chauffage et le gradient décroissant de température pour obtenir les meilleurs ré sultats de fusion et d'affinage pour chacune des différentes compositions de verre et sui vant les différentes longueurs ou autres di mensions des fours ou, pour un même four, suivant les différentes quantités journalières de verre à produire.
Dans une opération type de fabrication d'un verre ordinaire calcosodi- que au moyen du four représenté sur le des sin, on obtient un verre de bonne qualité uni forme à assez bas prix pour pouvoir concur rencer commercialement les fours classiques à grande capacité en faisant. fonctionner les organes de combustion de faon à obtenir un point. chaud de 1h27 C dans l'espace de com bustion de la zone avant ou zone d'affinage en un point situé entre la face avant et les seconds brûleurs, comme indiqué à la fig. 2, et les autres températures indiquées- en degrés centigrades aux différents points de la.
Ion gneur du four de l'extrémité de sortie du passage étranglé à l'avant à l'extrémité de sor tie .du passage d'enfournement de la composi tion au droit de l'entrée inférieure du con duit de cheminée à l'arrière. Les gaz dans la cheminée sont à une température encore infé rieure et sortent de la cheminée à une tempé rature phis basse d'environ 110 à 170 C que clans les fours de récupération classiques. Les températures aux différents points de la sur face du verre dans le canal du four sont voi sines des températures aux points correspon dants de l'espace de chauffage du four situés immédiatement au-dessus.
Les températures indiquées à la fig. 2 pour différents points de cet espace donnent donc une indication géné rale des températures des points de la surface du verre situés immédiatement en dessous.
Comme il a été dit précédemment, le gra dient décroissant de température du point chaud à l'extrémité du chargement du four tend à produire un courant de convection à la surface du verre dans le sens des tempéra tures décroissantes. Ceci crée une difficulté qui est surmontée grâce à l'utilisation d'un chargeur connu appelé chargeur à enrobage de la composition .
L'outil mobile d'agitation du verre ou ringard 31 de ce chargeur se dé place dans un plan vertical dans le sens des aiguilles d'une montre le long d'un circuit fermé 32 (fig. 2) comportant un trajet infé rieur 32a tel que lorsqu'il est parcouru par le ringard, celui-ci plonge dans le verre de la niche à une profondeur prédéterminée, par exemple 5 cm, et exerce sur le verre qu'il ren contre une force de propulsion vers l'avant suffisante pour vaincre la tendance à la for mation à la surface du verre d'un courant de convection vers l'arrière produit par le gra dient décroissant de température entre le point chaud et l'extrémité de chargement du four.
La composition qui, pendant le fonction nement du chargeur 30, est déposée sur le verre dans la niche dans la partie arrière du trajet de propulsion du verre vers l'avant par le ringard, comme indiqué en 53 sur la fig. 2, est poussée vers l'avant sous l'action du rin gard dans la niche dans le courant de verre créé par le ringard, de telle fanon qu'elle est enrobée par doses successives, comme indiqué en 54.
La force exercée sur le verre visqueux se trouvant sur ce trajet par les mouvements du ringard vers l'avant le fait avancer, comme indiqué par les flèches alignées près de la surface du verre à la fig. 2, et les doses de composition enrobées sont poussées vers l'avant ou entraînées avec le verre superficiel, se transformant peu à peu en verre nouvelle ment fondu au fur et à mesure de leur avan cement.
La chute de température entre le point chaud et l'extrémité avant du canal du four et dans le verre dans le passage étranglé tend à produire vers ce passage et dans ce passage un àvaneement du verre aidé par l'as piration produite dans le verre par l'écoule ment de sortie ou autre soutirage de verre de la chambre de conditionnement.. Il se forme certains courants de convection locaux, comme indiqué par les flèches courbes dans la zone 55 au-dessus du niveau du passage étranglé à l'extrémité avant du canal du four.
Il se forme dans les couches inférieures du verre des contre-courants dirigés vers le verre de la niche, comme indiqué par des flèches de la fig. 2, pour balancer le mouvement vers l'avant des couches supérieures du verre entre la niche et le point chaud et le mouvement d'écoulement en avant du verre affiné vers le passage étroit submergé 10 et dans ce passage.
La propulsion du verre superficiel de la niche et de l'extrémité du chargement du four vers le point chaud, et ].'entraînement vers l'avant de la composition introduite par ce verre de surface se déplaçant vers l'avant, permettant de choisir et d'utiliser un gradient décrois sant convenable de température vers l'extré mité du chargement pour obtenir des résultats de fusion de la composition et d'affinage du verre satisfaisants et cependant suffisamment économiques au point. de vue de la consom mation de combustible pour que la production du verre dans un four à. faible capacité puisse concurrencer les fours à grande capacité connus.