Procédé d'affinage du verre et four pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé d'affinage du verre et comprend également un four pour la mise en ozuvre de ce procédé.
Selon des procédés connus, on chauffe une masse de verre contenue dans une chambre de fu sion au moyen d'un courant électrique alternatif principal qu'on fait passer dans cette masse entre des électrodes placées de part et d'autre d'une ou verture de soutirage de la chambre qui communique avec un conduit dans lequel on fait passer le verre fondu pour l'amener dans une seconde chambre, un courant électrique alternatif auxiliaire étant amené à circuler dans le verre logé dans ce conduit entre des électrodes amont situées de part et d'autre de ladite ouverture dans ladite chambre de fusion et une élec trode auxiliaire placée à l'aval dudit conduit, en vue de déterminer la température du verre dans la se conde chambre.
La chambre de fusion est une chambre dans la quelle les matériaux sont en général introduits à l'état solide et dans laquelle le verre sera fondu et subira un affinage plus ou moins poussé.
La seconde chambre dans laquelle le verre à l'état liquide s'écoule par le conduit pourra constituer soit un creuset d'attente (lorsque le verre est déjà suffisamment affiné dans la chambre de fusion), soit une chambre d'affinage dans laquelle se produit tout ou partie de l'affinage désiré.
Lors de la mise en oeuvre de ces procédés d'af finage, on a pu constater que même lorsque la tem pérature du verre présentait un degré suffisant d'uni formité dans une section transversale du conduit voi sine de la chambre de fusion, le verre fondu contenu dans la seconde chambre n'avait pas toujours une température présentant ce même degré d'uniformité, et des relevés de température précis ont montré que cette irrégularité pouvait déjà se constater dans la partie aval du conduit voisine de la seconde chambre.
On peut attribuer cette irrégularité de la tem pérature à une certaine instabilité dans la réparti tion du courant électrique dans la section transver sale du verre contenu dans le conduit.
En effet, si une cause extérieure quelconque produit à un moment donné une diminution de la température en un point particulier de la section du verre dans le conduit, la résistance électrique offerte par le verre augmentera en ce point et, par consé quent, le courant diminuera en cet endroit. Cette réduction du courant entraînera une réduction en core plus marquée de la température en ce point, alors que la température restera sans changement ou même augmentera en d'autres points de la section.
En fait, la concentration du courant dans une région particulière de la section du conduit résulte le plus souvent d'une déviation latérale progressive du courant qui se produit sensiblement parallèlement à la trajectoire du courant principal entre les élec trodes principales de la chambre de fusion.
Un manque d'uniformité de la température du verre dans une section droite de la seconde cham bre peut aussi provenir d'un chauffage du verre contenu dans la chambre de fusion effectué asy- métriquement par rapport à l'axe de l'ouverture de soutirage de la chambre de pression.
Si le verre situé entre l'une des électrodes principales de la chambre de fusion et le centre de l'ouverture de sou tirage est porté à une température plus élevée que le verre situé entre l'autre électrode principale et ledit centre, le courant auxiliaire qui s'écoule par le conduit et qui se divise en deux branches dans la chambre de fusion rencontrera un chemin de ré sistance moindre vers l'une des électrodes que vers l'autre (le chemin de moindre résistance traversant le verre le plus chaud). Ce déséquilibre a tendance à accentuer l'asymétrie du chauffage, ce qui accen- tuera encore la tendance du courant auxiliaire à se concentrer sur l'un des côtés du conduit.
Un chauffage asymétrique initial de la chambre de fusion pourra, par exemple, se produire si le dé phasage des courants principal et auxiliaire vient à différer sensiblement de 900. Que cela se pro duise ou non dépendra dans une grande mesure des grandeurs relatives des courants auxiliaire et princi pal.
Si le courant auxiliaire est en phase avec le courant principal, ou déphasé de 1800, les valeurs des deux courants s'écoulant dans la chambre de fusion de part et d'autre du centre de l'ouverture se ront déterminées par simple addition ou soustrac tion des courants principal et auxiliaire, et pourront ainsi différer dans une mesure suffisante pour pro voquer une asymétrie appréciable dans le chauffage lorsque le courant auxiliaitre présentera une valeur assez élevée pour affecter la température du verre dans la chambre de four.
Le manque d'uniformité de la température dans le conduit se répercute également dans la seconde chambre et lorsque cette dernière constitue un creu set hors duquel le verre est soutiré en vue de son utilisation cela peut avoir des conséquences né fastes dans la qualité du verre.
L'invention vise à fournir un procédé permet tant d'obtenir une grande régularité de la tempé rature du verre dans le conduit, et partant, une meilleure qualité du verre dans la seconde chambre.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on com pare les grandeurs respectives des courants des deux branches constituant le courant auxiliaire, et en ce qu'on modifie au moins une caractéristique électrique du circuit du courant auxiliaire de ma nière à maintenir la grandeur du courant de cha cune des deux branches dans une relation déter minée.
L'invention comprend en outre un four pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Ce four comprenant une chambre de fusion présentant des électrodes principales branchées dans un circuit d'alimentation les reliant à une source de courant alternatif et qui sont disposées de ma nière qu'un courant électrique principal établi entre elles dans la masse de verre fondu contenue dans la chambre suive une trajectoire passant devant une ouverture de soutirage prolongée par un con duit par lequel le verre affiné est soutiré de la chambre de fusion,
et au moins une électrode auxi liaire disposée à l'aval de ladite ouverture de sou tirage et destinée à établir un courant électrique auxiliaire à partir de deux électrodes amont de po larité contraire situées dans la chambre de fusion,
est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour comparer les grandeurs respectives des deux branches du courant auxiliaire s'établissant dans le verre de la chambre de fusion à partir de chacune des électrodes de la chambre de fusion jusqu'à l'électrode auxiliaire et des moyens régulateurs per mettant de modifier la tension alternative appli quée à l'électrode auxiliaire par rapport auxdites électrodes amont en vue de modifier les grandeurs relatives desdites deux branches du courant auxi liaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du four pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et illustre, schémati quement, une mise en aeuvre de ce dernier.
Les fig. 1 et 2 sont respectivement des coupes longitudinale et horizontale du four.
Les fig. 3 et 4 sont des schémas de l'équipe ment électrique du four.
Les fig. 5 et 6 représentent des diagrammes électriques.
Le four représenté comprend une chambre de fusion 10 dans laquelle la fusion et l'affinage du verre sont effectués, les matériaux de charge sous forme solide étant chauffés dans cette chambre jusqu'à fusion et la masse de verre fondu subissant un affinage du fait de la température élevée à la quelle elle est maintenue.
La chambre 10 a un fond qui présente une ou verture 37 qui donne accès à un conduit 12 com muniquant à son tour, par une ouverture 39 disposée à son autre extrémité, avec une seconde chambre 11 hors de laquelle le verre, une fois fondu et affiné, est extrait en vue de son emploi.
Au voisinage des parois opposées de la chambre 10, sont disposées des électrodes 13 et 14 destinées à faire passer un courant électrique à travers le verre contenu dans la chambre 10. La chambre 11 con tient des électrodes auxiliaires 15 qui sont disposées de part et d'autre de l'ouverture 39.
Les dimensions de l'ouverture 37 et la manière selon laquelle des flux de convection s'établissent dans le verre de la chambre 10 sont précisées dans le brevet NI) 338560.
La fig. 3 représente le schéma électrique du four, la chambre de fusion 10, le conduit 12 et la seconde chambre 11 étant indiquée en trait mixte sur ce schéma.
Les résistances présentes entre les différentes élec trodes sont représentées schématiquement : soit une première résistance 17 représentant la résistance offerte par le verre en fusion contenu dans la chambre 10, une résistance 18 représentant la résistance of ferte par le verre fondu contenu dans le conduit 12 et une résistance à deux branches 19 représentant la résistance offerte par le verre fondu contenu dans la chambre 11.
Les électrodes principales 13 et 14 sont alimen tées à partir d'une source de courant alternatif cons- tituée par un transformateur monophasé T1 dont le primaire est branché sur des bornes 20 destinées à être reliées à une phase d'un réseau de distribution alternatif, et dont le secondaire est relié par des conducteurs 21 et 22 aux électrodes 13 et 14.
Les électrodes auxiliaires 15 sont mises en court- circuit par un conducteur 16 qui les relie également à l'un des pôles 23 de l'enroulement secondaire d'un transformateur T2, enroulement dont l'autre pôle 24 est connecté en parallèle avec les électrodes princi pales 13 et 14 entre les deux pôles du secondaire du transformateur T1.
Les bornes 26 du primaire du transformateur T2 seront branchées sur une autre phase du ré seau d'alimentation alternatif, de tension déphasée de 900 par rapport à la phase servant à l'alimentation du transformateur Tl. On obtient ainsi un déphasage de 900 (ou d'environ 9011) entre le courant passant entre les électrodes principales 13 et 14 à travers le verre représenté par la résistance 17, et le courant auxiliaire passant par des électrodes 15 au point d'équilibre 28 représenté par la jonction de la résis tance 18 et de la résistance 17.
Un déphasage exacte ment de 900 assure qu'en tout temps les grandeurs (mais pas nécessairement les phases) des courants résultants totaux dans la résistance 17, c'est-à-dire dans le verre de la chambre. de fusion, des deux côtés du point d'équilibre 28, sont égaux. Un écart limité peut toutefois être toléré sans qu'il en résulte une asymétrie préjudiciable dans l'effet de chauffage produit dans la chambre du four de part et d'autre du point 28.
C'est ainsi que si le courant auxiliaire est petit par rapport au courant principal (dans le rapport de 1 à 16 par exemple), une avance ou un retard de phase de l'ordre de 30 par rapport au dé phasage de 90,1 souhaité peut se présenter sans qu'il en résulte une différence de chauffage préjudiciable dans les deux moitiés de la chambre 10 du four.
En parallèle avec la résistance 17 (électrodes 13, 14), est branchée une inductance Ll munie de plu sieurs touches 27 disposées de part et d'autre de son point central et le coulisseau 25 relié à la borne 24 du secondaire du transporteur T2, peut être amené à coopérer avec l'une quelconque de ces touches.
La touche centrale de l'inductance Ll corres pond au point d'équilibre électrique entre les élec trodes 13 et 14 et présente en tout temps un poten tiel égal à celui du point 28 où la résistance 18 peut être considérée comme rejoignant la résistance 17 et qui correspond au centre de l'ouverture par laquelle le verre accède de la chambre 10 au conduit 12.
Il peut se produire que la résistance du verre en fusion ne soit pas régulière, ce qui peut provo quer un chauffage asymétrique de la chambre 10.
On peut constater un échauffement asymétrique en comparant les grandeurs des courants passant par chacun des conducteurs 21 et 22 alimentant les électrodes 13 et 14 au moyen de transformateurs d'intensité CT1 et CT2 disposés sur ces conducteurs et dont le secondaire alimente un ampèremètre dif férentiel Al qui indiquera directement la diffé rence entre les deux courants, indépendamment de leur déphasage.
On pourra corriger toute déviation en dépla çant le coulisseau 25 de l'inductance Ll d'un côté ou de l'autre de manière à rétablir l'égalité entre les courants passant par les conducteurs 21 et 22. Il y a généralement un certain retard avant que l'effet de ce réglage se fasse sentir, de sorte que si l'ampèremètre A1 présente un écart à partir de sa sa position de référence, il est indiqué de déplacer le coulisseau 25 puis de le laisser dans sa nouvelle ;position pendant un certain temps (15 à 30 mi nutes) avant de procéder à une nouvelle lecture de l'ampèremètre pour vérifier si l'inégalité entre les deux courants a bien été corrigée.
On a représenté aux fig. 5 et 6 le diagramme des tensions pour différentes conditions de marche du four. Dans ces diagrammes, la tension appliquée entre les électrodes 13 et 14 à partir du transforma teur T1 est représentée par le vecteur 13, 14 - VTl - et la.tension produisant le courant auxi liaire, par le vecteur VT2.
Le diagramme de la fia. 5 est celui qui se pré sente lorsque l'équilibre est réalisé, c'est-à-dire lors que le courant auxiliaire est uniformément réparti dans la section droite du conduit, ou tout au moins lorsque la plus grande densité de courant se trouve dans l'axe dudit conduit.
Le diagramme de la fig. 6 représente les condi tions qui résultent d'un déplacement du coulisseau 25 vers la droite du point d'équilibre électrique de l'inductance Ll (fig. 3).
On voit que ce déplacement a eu pour effet de diminuer le vecteur de tension 15, 14 et d'aug menter le vecteur de tension 15, 13. Ce déséqui libre aura pour effet de tendre à augmenter le courant auxiliaire dans le conduit sur le côté de gauche de ce dernier (fig. 3).
Des transformateurs d'intensité supplémentaire CT3 et CT4 permettent, en outre, de mesurer le courant principal et le courant auxiliaire.
Dans une variante, les électrodes auxiliaires 15 pourraient être remplacées par une électrode unique disposée dans la chambre 11, de préférence dans le plan de symétrie de l'ouverture du conduit 12. Des électrodes auxiliaires supplémentaires pourraient en outre, être prévues sur les côtés du conduit 12.
Le schéma de la fig. 4 concerne un dispositif de contrôle qui permet d'obtenir automatiquement l'équilibre des courants. Les transformateurs d'inten sité CTl et CT2 sont reliés à un circuit de comparai son indiqué en 55 qui comprend deux transfor mateurs reliés, l'un au transformateur CT1, et l'autre, au transformateur CT2,
ces transformateurs présen tant le même rapport de transformation et leurs enroulements secondaires étant connectés à des cir cuits de redresseur couplés de manière que les ten- sions redressées produites soient introduites en oppo sition dans une résistance.
Les extrémités de cette résistance sont reliées par des conducteurs 56 et 57 à un relais 58 qui pré sente une armature susceptible d'être déplacée dans un sens ou dans l'autre à partir d'une position centrale de repos, selon que le conducteur 56 est positif par rapport au conducteur 57.
Le relais 58 présente trois contacts auxquels sont reliés les conducteurs 59, 60 et 61. Les con ducteurs 59 et 61 sont reliés au moteur d'un régu lateur réversible 62 dont l'autre borne est reliée par un conducteur 63 à l'une des bornes d'une paire de bornes 64 reliées au réseau d'alimentation, l'autre de ces bornes étant reliée au conducteur 60.
Selon que le conducteur 56 est positif ou né gatif par rapport au conducteur 57, le relais établit un circuit entre les conducteurs 59 et 60 ou 60 et 61, ce qui amène le moteur à tourner dans un sens ou dans l'autre.
Comme indiqué par la ligne mixte 65, le mo teur est accouplé mécaniquement avec le coulisseau 25. Pour éviter un sur-réglage, on peut prévoir un interrupteur à temps retardé coopérant avec le cou- lisseau 25, cet interrupteur étant monté en série avec l'enroulement d'excitation du relais 58, c'est-à- dire en série dans les conducteurs 56 et 57, de telle sorte que cet interrupteur soit ouvert lorsque le cou- lisseau se déplace d'une distance correspondant à l'écart entre deux touches successives 27.
Le dispo sitif à temps retardé de cet interrupteur sera réglé de manière à l'empêcher de se refermer pendant un temps déterminé de manière que la nouvelle position du coulisseau puisse se manifester dans le sens d'un retour à l'égalité entre les courants dans les con ducteurs 21 et 22.
Dans une variante, on pourrait supprimer l'in ductance réglable Ll et alimenter les bornes 26 du transformateur T2 sur la seconde phase du courant alternatif d'alimentation par l'intermédiaire d'un dis positif de déphasage réglable destiné à remplir le 'même rôle.
Le dispositif de déphasage pourrait également être appliqué au transformateur Tl (ou même aux deux transformateurs T2 et T1), bien qu'il soit géné ralement moins indiqué d'alimenter ainsi le transfor- !rnateur T1 du fait de l'intensité plus grande du courant principal que du courant auxiliaire qui peut être, par exemple, dans un rapport de 16 à 1.
Dans une variante du four, la chambre 11 pourrait encore être suivie d'un creuset ou d'un autre conduit destiné à permettre de mieux contrôler la température du verre affiné.
Grâce aux dispositifs électriques de réglage dé crits, il est aisé de maintenir les deux branches cons titutives du courant auxiliaire établies de part et d'autre de l'ouverture de soutirage 37 dans une re lation correspondant à une répartition déterminée du courant électrique dans le verre du conduit.
En général, on cherchera à obtenir une réparti tion régulière du courant dans ce conduit, ou tout au moins, à ce que la zone de plus grande densité coïncide toujours avec l'axe du conduit.
Pour un four de construction parfaitement symé trique, cette répartition régulière correspondra nor malement à un équilibre entre les deux courants. Il peut toutefois exister des causes de perturbations permanentes ou accidentelles qui nécessitent l'éta blissement d'un déséquilibre momentané ou perma nent dans ces courants pour maintenir cette répar tition régulière.
Il n'est pas indispensable que le courant auxiliaire soit introduit dans la chambre de fusion par les mêmes électrodes que le courant principal. Dans une variante on pourrait prévoir dans la chambre 10 des électrodes supplémentaires pour le courant auxiliaire. Ces électrodes supplémentaires pourraient être disposées au voisinage des électrodes principales, leurs faces de contact étant disposées, par exemple, dans le même plan que celles de ces dernières. La surface de contact de ces électrodes auxiliaires pourra être plus petite que celle des électrodes principales, ces surfaces étant choisies en principe en rapport avec le courant réduit qu'elles transmettent.
Le four représenté convient notamment à l'affi nage des verres au borosilicate et, dans ce cas, le courant auxiliaire sera réglé par exemple de manière que le verre dans la chambre 11 ait une viscosité d'environ 1000 poises. On a constaté, si l'on menait les opérations d'affinage dans la chambre de fusion 10 à une température d'environ 16001, et que l'on contrôlait la diminution de température le long du conduit de manière que la viscosité mentionnée ci- dessus soit atteinte dans la seconde chambre, que le verre extrait de cette dernière en vue de sa mise en forme était homogène et présentait une teneur en grains suffisamment basse.