Procédé d'homogénéisation d'un courant de verre fondu et four pour l'exécution du procédé La présente invention est relative à un procédé d'ho mogénéisation d'un courant de verre fondu circulant de la zone de fusion d'un four vers la zone de prélèvement et progressant sur un autre courant de verre fondu plus froid que le premier et circulant en sens inverse, suivant lequel on injecte des gaz sous pression dans le verre fondu; l'invention se rapporte également à un four convenant pour l'exécution de ce procédé.
Dans les fours de fusion du verre du genre des fours à bassin, on enfourne les matières vitrifiables soit par tas successifs soit sous forme d'une couche uniforme; ces matières flottent sur le verre déjà fondu et y subissent l'action des flammes, ce qui a pour effet de les faire fondre. Au cours du chauffage et de la fusion, les composants réagissent entre eux pouf constituer le verre; il est connu qu'une partie de la silice réagit insuffisamment avec les autres constituants, entre autres avec les alcalis.
Or, comme la silice est moins dense que le verre, la partie qui a insuffisamment réagi forme une pellicule fondue hétéro gène qui subsiste à la surface- du verre; elle ne réagit et ne se mélange que difficilement avec la masse sous- jacente de sorte qu'il peut en rester une partie dans la zone de prélèvement où cette couche hétérogène est la source de défauts dans les produits finis.
Par différents moyens, on a tenté d'empêcher cette pellicule de silice de quitter le compartiment de fusion. A cet effet, notamment, on a disposé des barrages à la surface du verre fondu. Ces organes n'ont cependant qu'une efficacité relativement limitée; on constate, en effet, qu'une partie de la couche superficielle passe sous les barrages et apparaît dans le compartiment de prélève ment du verre.
On a également tenté d'éliminer la couche supérieure hétérogène en l'écrémant, c'est-à-dire en la prélevant, par exemple, en amont des barrages. On conçoit aisément que cette opération soit assez difficile à effectuer et, en outre, relativement coûteuse. On a encore proposé d'assurer le mélange de la masse de verre fondu en injectant au niveau de la sole du four des gaz sous pression qui forment des bulles dans le verre. Ce procédé ne donne pas les résultats attendus dans les fours à bassin habituels.
On sait que ces appareils contiennent une masse relativement épaisse de verre fondu; dans celle-ci, il se forme deux courants princi paux dont le premier dirigé de la zone de fusion vers la zone de prélèvement est situé au-dessus du second qui est orienté dans le sens inverse et qui est constitué de verre plus froid. Comme les bulles de gaz remontent en traver sant successivement les deux courants, elles forcent le verre plus froid situé au fond du bassin à se mélanger partiellement au courant dirigé vers la zone de prélève ment; il en résulte donc que ce procédé, loin d'assurer l'homogénéité du verre, contribue à introduire des hétéro généités dans le verre destiné à être prélevé pour être conformé.
On a également proposé de réduire sensiblement l'épaisseur du courant de verre à l'endroit où l'on injecte les gaz sous pression, de façon à constituer seulement une lame relativement mince. On conçoit aisément que par ce moyen on augmente sensiblement la vitesse du courant de sorte que le verre est soumis à l'action des bulles de gaz pendant un temps relativement court; par conséquent, l'homogénéisation est encore moins bien assurée que dans les autres procédés.
La présente invention se rapporte précisément aux procédés d'homogénéisation d'un courant de verre cir culant de la zone de fusion vers la zone de prélèvement et progressant sur un autre courant plus froid et circulant en sens inverse, procédés suivant lesquels on injecte des gaz sous pression dans le verre fondu ; elle élimine les inconvénients des procédés connus et apporte en outre des avantages importants.
Conformément à l'invention, on introduit ces gaz dans la masse de verre sensiblement au niveau de sépara- tion des deux courants. On a constaté que, dans ces condi tions, les bulles de gaz n'entraînent pas le verre relative ment froid du courant inférieur; au contraire, elles agissent efficacement pour mélanger les matières constitutives de la couche supérieure.
En particulier, on a constaté que les bulles de gaz incorporent la pellicule superficielle de verre riche en silice dans le courant supérieur de verre et en assurent le mélange intime; l'incorporation et l'ho mogénéisation se réalisent de façon très poussée malgré la densité relativement faible et la tension superficielle élevée de la pellicule.
Avantageusement, on introduit les gaz dans la masse de verre à un niveau légèrement supérieur à celui de séparation des deux courants; on évite ainsi d'introduire du verre refroidi dans le courant supérieur.
Bien que l'on puisse injecter avantageusement les gaz sous la couche de composition, on les introduit de préfé rence dans la masse de verre à une faible distance en aval de l'endroit où la fusion du mélange vitrifiable est termi née. On assure ainsi l'incorporation de la pellicule super ficielle près de l'endroit où elle se forme; on l'empêche également de se rassembler en filets sous l'effet de sa tension superficielle élevée: on comprend qu'il est plus difficile de la mélanger sous cette forme au verre.
On évite également d'incorporer des particules de mélange vitri- fiable dans le courant sous-jacent, ce qui contrecarrerait leur bonne fusion.
Avantageusement, on introduit les gaz dans la masse de verre dans les parties du courant qui alimentent la zone de prélèvement; il est connu que certaines parties se dirigent vers les parois du four où, du fait du refroidisse ment, le verre plonge pour alimenter le courant inférieur plus froid. Il est moins utile d'assurer l'homogénéisation de ces parties de courant qui n'alimentent pas directe ment les appareils de prélèvement et de conformation du verre.
De préférence, on introduit les gaz dans la masse de verre en plusieurs points, chacun d'entre eux étant écarté d'un autre d'une distance inférieure au diamètre de la zone influencée par un point d'introduction des gaz. On sait qu'en ce point, il s'élève une colonne de bulles qui exerce son action sur un cylindre vertical fictif de verre fondu. En rapprochant suffisamment les points d'intro duction, on amène ces cylindres fictifs à se recouper: on crée ainsi un rideau que le verre fondu doit traverser en subissant l'homogénéisation.
L'invention concerne également les fours pour la fusion et l'élaboration du verre, comportant une zone de fusion raccordée à une zone de prélèvement dans les quelles un courant de verre fondu circule de la première à la seconde sur un autre courant plus froid progressant en sens inverse, ces fours comportant en outre un disposi tif d'injection de gaz pourvu d'au moins un orifice d'in troduction d'un gaz sous pression dans le verre fondu; un four conforme à l'invention est remarquable par le fait que cet orifice est disposé à un niveau correspondant sensible ment à la séparation entre les deux courants. Avanta geusement ce dispositif d'injection est constitué soit par un tube en matière réfractaire poreuse soit par au moins un tube percé d'au moins un orifice débouchant à l'inté rieur du four.
La première permet de réaliser l'injection d'un grand nombre de petites bulles tandis que la seconde assure l'introduction de bulles de plus gros diamètre.
De préférence, l'orifice d'introduction des gaz sous pression est disposé à une distance de la sole du four sensiblement égale aux deux tiers de la hauteur du verre fondu contenu dans le four. On a constaté en effet qu'en introduisant les gaz à cette hauteur, on assure une excel lente homogénéisation du courant supérieur de verre.
Avantageusement, le dispositif d'injection des gaz comporte pluieurs orifices d'introduction chacun d'entre eux étant écarté d'un autre d'une distance inférieure au diamètre de la zone influencée par un orifice.
Un four conforme à l'invention comporte avanta geusement à l'intérieur de la masse de verre fondu des supports pour le dispositif d'injection. On évite ainsi que celui-ci, généralement constitué par des tubes, ne fléchisse ou ne se rompe sous l'effet combiné de son poids et du courant de verre. Ces supports peuvent être avan tageusement constitués soit par un mur ou par des piliers déposés sur la sole ou encore par une poutre éventuelle ment creuse supportée par les parois latérales du four. De préférence, un mur servant de support est percé d'au moins un orifice susceptible de laisser passer le courant de verre plus froid.
On choisit utilement parmi les moyens qui viennent d'être décrits celui qui s'adapte le mieux aux caractéristiques particulières du four; à titre d'exemple, dans les fours les plus larges, on utilise de préférence des piliers ou un mur plutôt qu'une poutre.
Avantageusement, les supports comportent des con duites raccordées au dispositif d'injection des gaz sous pression et susceptibles de les alimenter en ces gaz. On protège ainsi ces conduites du contact avec le verre fondu et on peut également les soustraire à l'action de la cha leur en les refroidissant à l'intérieur des supports.
D'autres avantages du procédé seront mieux compris au cours de la description de quelques exemples de réalisation qui va être faite en se référant au dessin annexé.
La figure 1 est une coupe verticale d'un four conforme à l'invention.
La figure 2 est une coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est, à plus grande échelle, une coupe ver ticale d'une variante d'exécution du four suivant la figure 1.
La figure 4 est une coupe faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3.
La figure 5 est une coupe verticale d'un autre four conforme à l'invention.
La figure 6 est une coupe faite suivant la ligne VI-VI de la figure 5.
La figure 7 est, à plus grande échelle, une coupe verti cale d'une variante d'exécution d'un four suivant la figure 5.
La figure 8 est, également à plus grande échelle, une coupe faite suivant la ligne VIII-VIII d'une variante d'exécution d'un four suivant la figure 5.
Se référant aux figures 1 et 2, le four est constitué d'une cuve 1 formée par la sole 2, les bas-murs 3, la paroi frontale 4 et la paroi postérieure non représentée. A sa partie supérieure, le four est fermé par une voûte 5 portée par les piédroits 6. Une petite zone de la cuve 1 n'est pas couverte par la voûte 5 et constitue le compar timent d'enfournement 7. Dans les piédroits 6, sont pra tiquées des ouvertures 8 par lesquelles sont introduits le combustible et l'air de combustion.
Dans le prolongement de la cuve, se trouve le compar timent de prélèvement du verre non représenté.
Dans la cuve 1, des tubes 9 sont disposés dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe longitudinal du four. Les tubes 9 sont raccordés à une conduite distributrice 10 située sous la sole 2 du four et alimentée en air sous pression par un ventilateur 11. Lors du fonctionnement du four, la cuve 1 est remplie de verre fondu; on dépose des matières vitrifiables à la surface du bain dans le compartiment 7. Un dispositif d'enfournement non-figuré étale les matières sous forme d'une nappe 12 qu'il propulse à l'intérieur du four. Sous l'effet des flammes issues de la combustion du combustible introduit par les ouvertures 8, les matières vitrifiables fondent progressivement de sorte que la nappe 12 s'amin cit et s'évanouit suivant une ligne 13.
Au-delà de celle-ci, il subsiste sur le verre fondu une pellicule 14 constituée de verre léger très riche en silice. Celui-ci ne présente guère de tendance à se mélanger au verre sous-jacent à cause de sa faible densité et de sa forte tension superfi cielle; au contraire, du fait de cette dernière, le verre léger tend à se rassembler sous forme de filets qui peuvent être prélevés et incorporés dans les produits finis où ils constituent des défauts.
On constate qu'il se forme deux courants de verre: l'un est représenté par la flèche 15 et avance vers le com partiment de prélèvement, tandis que l'autre, figuré par la flèche 16 est situé sous le précédent et est orienté en sens inverse; le courant inférieur occupe généralement les deux tiers de la hauteur totale du bain de verre.
Les tubes 9 sont disposés de telle façon que leur orifice libre 17 débouche dans le verre fondu au-dessus du courant inférieur 16. L'air comprimé soufflé par le venti lateur il est amené aux tubes 9 par la conduite 10. L'air remonte ensuite dans le bain sous forme de bulles 18; celles-ci entraînent le verre fondu du courant 15 et simul tanément le mélangent intimement avec le verre léger constituant la pellicule 14. On constate d'ailleurs que toute trace de celle-ci a disparu en aval du plan des tubes 9.
Les figures 3 et 4 représentent une variante d'exé cution suivant laquelle la cuve 1 comporte une poutre creuse 19 barrant transversalement la largeur du four; elle est fixée par ancrage dans les bas-murs 3 qui sont pourvus d'orifices 20 à cet effet. La conduite 10 est dis posée dans le canal 21 situé dans la poutre 19. Les tubes 9 traversent la paroi supérieure 22 et débouchent à la partie inférieure du courant supérieur de verre 15.
Se référant aux figures 5 et 6, le four se compose sen siblement des mêmes éléments que celui qui est repré senté aux figures 1 et 2. La cuve 1 comporte un mur 23 dans lequel sont pratiquées des ouvertures 24 par lesquelles passe le courant inférieur 16. Sur le mur 23 est déposée une conduite 25 dont la partie supérieure est percée d'orifices 26 par lesquels l'air soufflé par le ventilateur 11 s'échappe sous forme de bulles 18. Les orifices 26 sont assez rapprochés les uns des autres de telle sorte que chaque filet de verre fondu qui passe au-dessus d'eux soit entraîné par des bulles provenant d'au moins deux d'entre eux. Ceci assure un mélange particulièrement efficace.
On peut également utiliser une conduite 25 fendue sur toute la longueur de la génératrice supérieure; ceci produit un réseau très serré de fines bulles dont l'effet est très énergique.
Le fonctionnement de ce four est analogue à celui qui est représenté aux figures 1 et 2. Dans ce dernier, on remarque cependant que les tubes 9 engendrant le rideau de bulles 18 est situé au-delà de la zone de la cuve 1 couverte par les flammes. Au contraire, dans le four repré senté aux figures 5 et 6, la conduite 25 est située dans la région où les flammes issues des ouvertures 8 chauffent directement le bain de verre.
La figure 7 représente une variante d'exécution sui vant laquelle deux conduites 25 sont déposées sur un mur creux 27 qui peut être refroidi par circulation d'un fluide réfrigérant, par exemple de l'air froid, à l'intérieur du canal 28. Les conduites 25 sont munies d'ajutages 29 dont l'orifice libre 30 est situé dans le courant de verre 15 et qui y amènent les bulles d'air 18. Bien qu'une seule conduite 25 soit généralement suffisante, on conçoit que l'utilisation de plusieurs d'entre elles permette d'obtenir une homogénéisation meilleure.
Conformément à la représentation de la figure 8, la conduite 25 est déposée sur des massifs 31 en matière réfractaire déposés sur la sole 2.
Par les moyens qui ont été décrits dans ces exemples de réalisation, on peut créer un rideau de bulles 18 s'éten dant sur toute la largeur de la cuve 1 du four, le long d'une ligne droite ou d'une ligne brisée ou encore d'une ligne courbe selon la disposition adoptée pour les moyens d'introduction des bulles.
On peut également rechercher quels sont les filets du courant supérieur 15 qui alimentent effectivement les appareils de prélèvement et de conformation du verre et disposer seulement les moyens d'injection des bulles de gaz sous ces filets; on sait que les autres parties du courant se dirigent vers les parois du four où le verre plonge pour alimenter le courant inférieur 16; il n'est donc pas nécessaire d'assurer l'homogénéisation de ces parties.
Il va de soi que l'on peut remplacer le ventilateur 11 par d'autres sources telles que, par exemple, un réservoir de gaz sous pression; de même, au lieu d'air, on peut utiliser d'autres gaz tels que l'anhydride carbonique ou l'azote. Toutes ces formes d'exécution ont été données à titre d'exemple et on ne sortirait pas du cadre de l'inven tion en les combinant ou en y apportant des modifications.