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" perfectionnements à la fabrication du verre et aux appareils concernant cette fabrication."
La présente invention a pour objet des perfectionnements aux appareils et aux procédés employés pour la fusion et la fa- brication du verre et notamment pour la fabrication de verre à vitre, des émaux, des glaçures, des frittes et d'autres produits de nature vitreuse , y compris la gobeletterie ,
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les bouteilles et le verre de couleur.
La présente invention a également pour objet la fabrication du verre, coloré ou non coloré, et l'obtention de résultats plus précis et plus avantageux parmi lesquels il faut citer la fabri- cation de verres rouges, ou d'autres teintes, avec une quantité sensiblement moindre de sélénium et des autres ingrédients employés en même temps, ou des autres composants employés jusqu'à présent, ce qui permet une réduction sensible des frais.
Pour la fabrication de petites quantités de verre, on emploie généralement des creusets d'ar- gile pour recevoir les matières premières et, lors- qu'il s'agit de fabriquer des quantités plus impor- tantes, on emploie des bassins pouvant prendre la charge pour toute une journée, tandis que pour une production plus importante encore, on emploie des fours continus de plus grandes dimensions, où la matière première est introduite à l'une des extré- mités et le verre fondu est retiré à l'aütre extré- mité desdits fours. En tout cas, les matières premières sont chargées dans un réceptacle contenant une cer- taine quantité de verre sur lequel lesdites matières premières flottent pendant leur fusion.
Il en résul- te que la chaleur ne pénètre que les couches super- ficielles des matières premières et qu'une réaction chimique ne peut se produire que lorsque la chaleur peut être amenée dans l'intérieur de la masse de matiè- res premières. Par conséquent, les matières volatiles et les matières facilement fusibles qui sont contenues dans la charge sont fondues à des températures infé- rieures à celle où se produit la réaction chimique,
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ce qui les fait se dégager à l'état de vapeur ou de gaz à mesure que s'accomplit la fusion, ou bien elles s'écoulent et se séparent des matières sur lesquelles on a l'intention de les faire réagir. Ceci est vrai particulièrement dans la fabrication des verres colorés.
On a trouvé ainsi qu'en fabriquant des verres rouges ou des verres rubis, par fusion dans des creusets, des quantités excessives de sélénium doivent être incorporées dans la charge, afin qu'au moment de la fusion il en reste encore une quantité suffisante pour obtenir la couleur voulue, car ce n'est qu'à ce moment que le sélénium entre en combinaison chimique avec les autres compo- sants du verre tels que la silice, les alcalis, les oxydes alcalino-terreux ou d'autres oxydes.
Dans la fabrication de toutes espèces de verre par les procédés actuellement appliqués, les gaz qui se dégagent pendant la réaction ne peu- vent s'échapper que dans une faible proportion, et, quand il s'agit de verres de certaines compositions, le dégagement est retardé tellement qu'on doit re- courir à un raffinage complémentaire pour éviter la présence de bulles grandes ou petites.
Dans les opérations de fusion actuellement en usage, on charge les matières premières par quan- tités relativement massives qui n'exposent à la chaleur qu'une surface assez réduite. Le rendement thermique des fours actuels est médiocre.
On sait fort bien que, pour fabriquer des articles de verre tels que des bouteilles, de la gobeletterie, des appareils pour l'industrie chimique, des bonbonnes et, en général, pour fabriquer tous les
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articles produits par pression, par soufflage ou par le vide, il faut maintenir dans les fours continus un niveau constant du bain de verre, pour éviter certains effets désastreux sur les propriétés de la matière délivrée à l'extrémité de la chambre de raffinage. Cette observation s'applique particulière- ment à l'emploi d'appareils de soufflage du type de
Hartford-Empire, de Miller, de Rankin, etc..., de ma- chines à souffler automatiques du type de Owens, ainsi que des machines à étirer le verre en feuilles du type de Libby-Owens, de Fourcault, etc...
Dans ces machines, la vitesse d'écoulement du verre du four de fusion dans la chambre de raffinage ou la vitesse de passage du verre du four aux appareils de charge ou d'étirage exerce une influence non seulement sur le débit, mais aussi sur la tempéra- ture du verre. Il en résulte des inconvénients graves mais inévitables avec les fours en usage actuellement où l'on emmagasine souvent une quantité de verre dix fois plus considérable que celle qui correspond à la production de douze heures. On est conduit avec ces fours à charger plusieurs centaines de kilos de matières premières à chaque fois, à des intervalles définis, généralement toutes les 15 ou 20 Minutes.
Ces inconvénients sont évités par le procédé et par présente inv de verrerie qui font l'objet de la présente invention. Dans ce four de verrerie, le four de fusion proprement dit, la chambre de raffinage et le mode de chargement présen- tent des caractéristiques qui permettent de régler avec la plus grande précision l'alimentation en ma-
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tières premières, en quantité égaleà celle du verre retiré dudit four.
Par le procédé perfectionné qui fait l'objet de la présente invention on évite les pertes par volatilisation des produits employés pour colorer le verre; c'est ainsi qu'on arrive à produire du verre rubis avec environ un cinquième ou même un, septième de la quantité de sélénium et de ses associés le cadmium, la cryolite, etc... On réalise ainsi une économie considérable.
En outre, en appliquant ledit procédé et en utilisant l'appareil décrit plus loin, on peut, dans la fabrication de verres colorés à base d'oxydes de cuivre, de chrome et d'uranium, ob- tenir des résultats bien plus exacts et plus avan- tageux que par la méthode du creuset, ce résultat étant dû au mélange continuel et intime des ingré- dients pendant la fusion et églage des gaz de combustion ou de l'atmosphère qui se trou- ve au-dessus des matériaux soumis à la fusion*'
Dans la mise en oeuvre de la présente invention un support réfractaire destiné à recevoir la charge est disposé de façon à soumettre ces ma- tières à la température de fusion à mesure qu'elles se déplacent sur ce support.
Celui-ci est disposé de préférence en pente, de façon que les matières, pen- dant la phase de fusion, s'y déplacent par leur propre poids. La fusion est bien assurée de cette façon, car la charge est étalée en couche mince et elle est donc, en son ensemble, soumise directement à l'action fondante de la chaleur. Dans la pratique habituelle, la charge se présente sous forme d'une masse relativement épaisse, dont seule une surface
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réduite était exposée à la chaleur. Quand ces masses sont distribuées sur la sole du four qui fait l'ob- jet de la présente invention, les gaz peuvent se dé- gager beaucoup plus librement que dans les fours or- dinaires.
Le rendement thermique est également meil- leur dans le four qui fait l'objet de la présente in- vention que dans les fours à creuset ou dans les fours à cuve. Enfin, la production de cet appareil est très grande, ce qui lui donne un caractère très économique.
La matière fondue est reçue de préférence dans une chambre qui forme réservoir. Avant de pou- voir travailler le verre il doit être refroidi à une certaine température. Des moyens sont prévus pour effectuer ce refroidissement par radiation.
Dans ce qui suit, on a décrit un four adapté à la fabrication du verre en feuilles. C'est la fabrication où se présentent les plus grandes difficultés ; c'est celle où le niveau du verre dans la chambre de raffinage(ou la pression qui résulte de ce niveau)doit être Maintenue le plus rigoureuse- ment. De plus, il faut éviter toute dévitrification, toute altération de la masse par dissolution du réfractaire, toute imperfection due aux changements de température et toute variation (due à l'action des gaz de combustion) dans les propriétés des surfaces.
L'utilisation dudit four n'est pas limitée à cette seule application qui est exposée plus spé- cialement parce qu'elle présente les difficultés les plus grandes, parce qu'elle permet de montrer comment ces difficultés sont surmontées et parce
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qu'elle souligne l'efficacité remarquable, la grande précision et l'économie considérable que ce four permet d'atteihdre pour toutes less manipulations mécaniques ou la quantité et les caractéristiques du verre déchargé sont des facteurs importants de l'opération de façonnage.
Le four susvisé est pourvu de dispositifs perfectionnés pour. la récupération de la chaleur.
Il est bien entendu que d'autres applica- tions peuventêtre proposées sans qu'on s'écarte de la pré- sente invention.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, le mode d'exécution préféré du four de verrerie qui fait l'objet de la présente invention.
La figure 1 représente en coupe verticale et longitudinale, un four adapté à la. fabrication du verre en feuilles;
La figure 2 montre ce même four en coupe transversale suivant le ligne II-II de la figure 1; la partie placée à droite de la ligne III-III montre le déchar- gement du verre dans des formes pour la fabrication d'arti- cles moulés;
La figure 3 est une coupe horizontale de ce four suivant la ligne III-III de la figure 2 ; partie inférieure de cette coupe montre la disposition de la cham- bre de raffinage pour la fabrication du verre pour articles moulés ou soufflés;
La figure 4 montre schématiquement le dis- positif de voies employé pour le remplacement d'une sole de four de fusion;
La figure 5 montra schématiquement la posi- tion relative du four de verrerie faisant l'objet de la présente invention et d'une machine à étirer du verre en feuilles.
Le four de verrerie représenté sur le . dessin se compose essentiellement d'un four de fusion
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où la matière première est vitrifiée, d'une chambre de raffinage où s'achèvent les réactions et de dispositifs récupérateurs de chaleur.
Le four de fusion est caractérisé prin- cipalement par son dispositif d'alimentation continue de matières premières et par une sole mobile sur laquelle s'effectue la fusion continue de la matière à vitrifier,
La chambre de raffinage comprend deux sections. La première où s'effectue le raffinage proprement dit et notamment le dégagement des gaz, cette partie de la chambre étant chauffée, et une deuxième partie où la vitesse de déplacement de la masse vitreuse est diminuée et où le verre plus largement étalé est plus ou moins refroidi pour être plus facilement travaillé.
L'appareil est chauffé au mazout ou au gaz qu'on injecte dans de l'air chaud aspiré par un ventilateur et refoulé à travers deux récupéra- teurs successifs où circulent, en sens contraire, les gaz chauds s'échappant de la chambre de raffina- ge du four à fusion.
Le four de fusion est alimenté, d'une façon continue, matières premières qui peuvent comprendre, outreles différents composants habituels du verre, des déchets de verre. Ces matières se déplaçant d'une façon continue sur la sole sont rem- placées à des intervalles très rapprochés par de nouvelles charges de matières.
Ces chargements répétés transforment l'alimentation intermittente pratiquée jusqu'à pré- sent en une alimentation pour ainsi dire continue.
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En effet, les intervalles des charges ont été abaissés de 15 ou 20 minutes à un très petit nombre de secondes.
Malgré les dimensions réduites de la chambre de raffi- nage, on arrive, pour le mode de chargement préconisé, à maintenir un niveau constant dans ladite chambre. La matière première arrive, par la nochère 1, dans la tré- mie de chargement 2 adossée à la paroi antérieure du four de fusion et supportée par le bloc réfractaire 3; Un registre 4 sert à fermer l'orifice de sortie de ladite trémie. Un mécanisme dont l'organe caractéristique est un piston 5 est installé au-dessous de cette trémie. La section, la course et le nombre de coups du piston sont calculés sur la marche du four, mais peu- vent être réglés plus exactement et entre des limites assez larges par des organes non représentés.
Le bloc
3 peut comprendre si, on le désire, un dispositif à circulation d'eau pour empêcher qu'il s'échauffe trop et on peut agir de même pour la portion toute voisine de la paroi antérieure du four de fusion. La matière est poussée dans le four à travers l'ouverture 6, qui a une section sensiblement plus grande que celle du piston 5. On évite ainsi le collage dudit piston aux côtés de l'ouverture en question. La matière fraîche est poussée dans un petit tas de substance meuble au sommet de la sole et entre rapidement en fusion.
Le four de fusion comprend une enceinte constituée par une sole inclinée mobile 7 et par une voûte fixe 8. La sole mobile présente deux revêtements réfractaires superposés. L'un/en contact direct avec la matière en fusion est constitué par une matière émi- nemment réfractaire, peut sensible aux changements brus- ques de température, à base de sillimanite par exemple.
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Ladite matière réfractaire présente un faible coeffi- cient de dilatation, elle est très résistante aux ac- tions chimiques et on peut lui donner le degré de porosité convenable par le procédé qui fait l'objet de la demande de brevet déposée/le 8 Septembre 1927/- sous le n 242.812. Ce revêtement peut être installé sous forme de dalles à recouvrement; on peut aussi le construire in situ, conformément à la demande de brevet. La couche inférieufe constituée par une matièr moins réfractaire, sert uniquement de supportas: cou- che supérieure.
Les matières premières sont soumises sur la sole à l'action des flammes dirigées sur elles par les tuyères 9 et ont une tendance à descendre de plus en plus vite le long de la sole, à mesure que s'accentue leur fluidité par le fait de la vitrifica- tion. Il convient cependant que la masse ait une vi- tesse sensiblement uniforme sur toute la surface de la sole. Dans ce but, l'inclinaison de la sole, qui débute par 45 environ à l'entrée du four de fusion, passe, par zones successives (ou graduellement), à un tracé sensiblement horizontal à l'autre extrémité du même four. Il est évident que pour fabriquer diverses espèces de verre, il sera nécessaire de codifier la courbe de la sole pour arriver à réaliser autant que possible la vitesse de descente uniforme désirée.
Il peut, dans certains cas, être désirable de retenir en un point déterminé de la sole la matière en fusion pour l'y soumettre plus longuement à l'action de la chaleur, cornue par exemple dans la fabrication du verre coloré.
Dans ce cas on relève rapidement en ce point le niveau de la sole en formant un barrage derrière lequel s'accu-
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mule le verre fondu et on constitue ainsi un labora- toire où peuvent s'accomplir certaines réactions. Le verre fondu se déverse ensuite par-dessus ledit barra- ge et descend le long d'une courbe appropriée dans la chambre de raffinage.
Tandis que les parois latérales du four, et même la voûte,résistent relativement bien, la sole est la partie la plus exposée à la destruction par l'ac- tion de la chaleur et l'action chimique du verre. Dans
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les fours en usage actuellementr remplacement est long, très pénible et coûteux. En effet, les fours doivent être arrêtés pendant plusieurs jours, ils doivent être vidés ou tout au moins il est nécessaire d'abaisser le niveau du verre et les pièces usées ne peuvent en être retirées qu'au prix des plus grands efforts, alors que le four est encore à une tempéra- ture qui rend le travail difficile et désagréable. Con- formément à la présente invention, la sole du four peut être remplacée presque instantanément sans interruption appréciable de la fabrication.
La sole et les rebords 10'qui sont prévus pour empêcher que le verre/déborde de ladite sole, sont portés par un chariot 13 qui se déplace sur la voie 14.
Des 5 permettent d'adapter exactement les re- bords 10'aux parois latérales 17 du four de façon à ré- duire autant que possible les joints entre la sole et les surfaces de contact de la partie fixe du four, ces
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joints étant diiient,ikÉà 4.D $autre part, le bord infé- rieur de ladite sole doits'adapter aussi exactement que possible à la partie antérieure de la chambre de raffinage pour former un joint 18 le moins épais possi-
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Lorsqu'il s'agit de remplacer une sole fort usagée, une sole de rechange, portée par un cha- riot de rechange est coulée dans une chambre de chauffa- ge 19 (Fig. 4) où elle est portée à une température voisine de celle à laquelle elle travaille dans le four.
Quand elle a atteint ce point, on pousse le chariot 13 avec la vieille sole 7 sur la table tournante 20 et on la range sur la voie 21, le chariot et la nouvelle sole étant retirés de la chambre 19, poussés d'abord par la voie 22 sur la table tournante et ensuite amenés par la voie 23 sous la voûte 8. On établit ensuite le contact de la sole avec les parties fixes du four et on lute les joints. Cette opération ne prend que quelques minutes et n'interrompt guère la marche de la fabri- cation. Il est clair que, pour des fours de petites dimensions, tels qu'on les emploie dans la fabrication des anaux et des verres colorés et pour tous les fours qui ne marchent que par périodes plus ou moins longues, on peut se dispenser de la sole mobile et la remplacer par une sole fixe.
Dans la paroi antérieure du four de fu- sion, ainsi que dans la paroi latérale 17, des regards 24 et 25 sont pratiqués pour surveiller la marche du four et des gaz.
La sole 7 du four est surmontée d'une voûte 8 où sont ménagées des tuyères 9 dont la section diffère un peu d'après la nature du combustible employé, mazout, gaz naturel, gaz de gazogène, etc... Le four représenté est étudié pour l'emploi du mazout ou du gaz naturel. L'entrée du combustible se fait à an- gle droit par rapport à l'axe de la tuyère, par des tuyaux ou brûleurs 27 et 36. La voûte est construite en
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matériaux réfractaires très'résistants. Elle est cintrée dans les grands fours, mais dans les fours de petites dimensions, on la remplace par des dalles plates réfractaires.
La charabre de raffinage est divisée en deux compartiments 28 et 29 par un mur de refend 30 au milieu duquel on réserve une communication 31 pour le passage du verre fondu du compartiment 28 au comparti- ment 29. Dans le compartiment 28 s'achève la combinaison des composants du verre et s'accomplit le dégagement des gaz produits par la réaction.
Le verre qui descend de la sole 7 trouve dans le compartiment 28 une section de plus en plus élargie et peut s'étaler ; vitesse de la masse diminue ce qui permet aux gaz de mieux s'échapper et aux molécules de mieux s'équilibrer pour fornler une masse plus homogène.
Dans le compartiment 29, le verre fondu continue de s'étaler en une masse de superficie plus grande encore et s'abaisse à la température qui convient pour le travail du verre. La chambre de raffinage tout entière est, bien entendu, revêtue de matière réfractaire mais la composition 32 dont est revêtue la cuve est constituée par la matière réfractaire la plus résistan- te afin de résister longuement aux causes de destruc- tion. un bloc réfractaire 33 appelé"flotteur"cache la partie supérieure du passage 31. Sa fonction est de régler le niveau du bain de verre dans le compartiment 28 de forcer la masse vitreuse à descendre pour la mélanger mieux lorsqu'elle entre dans le compartiment 29 et de retenir des cailloux ou d'autres corps étrangers relativement légers qui peuvent flotter à la surface du bain.
La porte 34 permet d'installer le flotteur 33
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de retirer lesdits cailloux et d'écumer le bain de verre.
Le flotteur 33 obstrue plus ou moins le passage 31 et contribue à régler le niveau du verre dans le comparti- ment 29. Il est retenu par friction contre le mur de refend 30.
En travail normal, il n'est guère nécessaire de réchauffer le verre dans la chambre de raffinage, mais dans certains cas il est nécessaire, ou il convient de le réchauffer et, dans ce but, une ou plusieurs tuyères 35, pourvuesde brûleurs 36 sont ins- tallées dans la voûte de cette chambre au-dessus du com- partiment 28. Des registres 37 peuvent fenner partielle- ment ou complètement les tuyères.
Dans la paroi postérieure du four une ou plusieurs ouvertures 38 sont pratiquées pour retirer du four d'une façon continue le verre fondu au fur et à mesure des besoins. L'enlèvement s'effectuant d'une façon tout à fait régulière, il est facile avec le: dispositif faisant l'objet de la présente invention de maintenir un niveau constant dans le compartiment 29, ce qui est une condition essentielle pour arriver à une fabrication régulière, surtout lorsqu'il s'agit de fabriquer du verre à vitres.
Le débit du combustible anené par les tuyaux ou brûleurs 27 et 36 est réglé au moyen des soupapes (ou vannes) 39 d'après la marche du four. L'air de combustion, préalablement réchauffé par les gaz chauds s'échappant du four de fusion, se mélange avec le com- bustible dans les tuyères 9 (ou 35). Un ventilateur 40 aspire de l'air déjà légèrement réchauffé qui a cir- culé entre la voûte du compartiment 29 et le bouclier en tôle 41. Ce ventilateur refoule cet air par la cana-
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lisation 42 dans le récupérateur de chaleur 43.
Des gaz chauds, partiellement refroidis déjà, circulent entre les tubes de ce réchauffeur, qui est de préférence entière- ment métallique, et abandonnent, à l'air refoulé par le ventilateur 40 à travers les tubes dudit réchauffeur, la majeure partie de la chaleur que renferment encore ces gaz, avant qu'ils soient évacués par la cheminée. L'air déjà un peu plus chaud, passe par la canalisation distri- butrice 45 et les tubulures 46, pourvues de papillons de réglage, pour entrer dans la chambre de distribution 47, où il rencontre les chicanes qui le répartissent plus uniformément.
De là, l'air passe à travers les tubes du récupérateur 49, dans la chambre 50 qui communique directement avec les tuyères et 35,. Le récupérateur est absolument tant en ce qui concerne les tubes, qu'en ce qui concerna les plaques tubulaires; il a été construit en la matière réfractaire faisant prise à froid fait l'objet la demande de brevet
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prémenticnnée. ce e matière ayant reçu le nom de "MuU L(
Le récupérateur en frinkite assure une étanchéité absolue puisque sa construction ne comprend aucun joint. Il repose sur les 51, les tasseaux 52, situés aux deux extrémités du récupérateur, servent à asurer l'é- tanchéité entre le récupérateur et la voûte, c'est-à-dire à assurer l'étanchéité de la chambre 50.
La marche des gaz s'effectue en sens inver- se de celle de l'air de combustion. Les flammes sont dirigées par les tuyères vers la sole inclinée 7 (ou éven- tuellement vers le bain de verre 'contenu dans le canpar- . timent 28) et les gaz chauds sont évacués par les carneaux
53 et 54. Ils passent ensuite entre les tubes des récupé- rateurs 49 et 43 qui sont calculés pour récupérer sensi-
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blement toute la chaleur utilisable de ces gaz avant leur évacuation par la cheminée 44.
Les pertes de cha,- leur par radiation, par convection et par conductibilité sont relativement minimes, car l'air de combustion passe au-dessus de la voûte du four de fusion, qu'au- dessus d'une partie de la voûte de la chambre de raffi- nage et, d'autre part, la chaleur perdue par une autre partie de la voûte de la même chambre est récupérée par l'air qu'aspire le ventilateur 40. Le réchauffage de l'air par la chaleur de la voûte 8 contribue à la conservation de cette voûte. Un autre ventilateur 55 aspire en 56 ces gaz presque complètement refroidis et les refoule à la cheminée par la tubulure 57 située au-dessus du registre 58. L'emploi du ventilateur 55 est indispensable pour empêcher ou réduire les pressions que le ventilateur 40 ne pourrait manquer de provoquer à l'intérieur du four.
Grâce au ventilateur 55, la pres- sion peut être très exactement réglée dans la chambre de combustion et dans les carneaux et ce n'est que dans le cas où un accident arriverait à ce ventilateur, qu'on ouvrirait le registre 58 pour remplacer, par le tirage de la cheminée, l'effet dudit ventilateur. Des manomètres enregistreurs d'une grande sensibilité sont placés à différents endroits, et notamment sur la chambre distributrice, ainsi que dans la chambre à air
50, pour contrôler le travail. L'emplacement de ces ma- nomètres est indiqué par la référence 59. Des pyromètres
60 permettent de surveiller de très près la températeur des différentes phases du travail.
Au moyen de cesappareils de contrôle on parvient à maintenir dans toutes les parties de ce four de
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verrerie les conditions les plus favorables aux diverses pha- ses de la fabrication. Le débit du ventilateur 55 doit être réglé de façon que dans le four de fusion, il ne règne, en travail normal, ni pression, ni dépression en comparaison avec la pression atmosphérique. On y arrive en maintenant à l'entrée des tubes du récupérateur en frinkite une pression de 25 à 75 millimètres d'eau.
Toutefois, lorsqu'il s'agit de réchauffer le bain de verre dans la chambre de raffinage à une température plus élevée que la normale ou de porter rapi- dément à une température plus élevée un bain refroidi, ,on peut élever légèrement la pression pour refouler de l'air chaud par les tuyères 35 dans la chambre de raffinage:
Lorsqu'il s'agit de la fabrication de verre moulé ou de verre souffléon peut recevoir le verre fondu à la sortie du four soit dans les moules 61, soit dans des pots, ces derniers étant transportés à l'atelier de soufflage' Sur les figures 2 et 3, on peut voir la disposition des fours- pour la fabrication de verre en feuilles, ainsi que celle pour la fabrication de verre pour articles soufflés ou moulés Sur la figure 5 on voit la disposition schématique d'un four 62 pour la fabrication du verre en feuilles par repport à une installation quelconque 64 destinée à aplanir et à recuire les feuilles de verre. Celles-ci sont désignées par 63 à leur sortie du four et par 65 à leur sortie des appareils 64.
Bien que le four et le procédé décrits ci- dessus se rapportent plus spééialement à la fabrication du verre en feuilles, il est clair qu'on peut non seulement les utiliser dans la fabrication de tous autres articles en verre, mais qu'on peut leur donner encore d'autres applica- tions et que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits sans qu'on s'écarté de l'objet de la présente invention.
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"improvements in the manufacture of glass and of apparatus relating to this manufacture."
The present invention relates to improvements in the apparatus and processes employed for the melting and manufacture of glass and in particular for the manufacture of window glass, enamels, glazes, frits and other products of a vitreous nature. , including gobeletterie,
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bottles and colored glass.
A subject of the present invention is also the manufacture of glass, colored or not colored, and the obtaining of more precise and more advantageous results, among which should be mentioned the manufacture of red glasses, or of other tints, with a quantity significantly less selenium and other ingredients used at the same time, or other components used so far, which allows a significant reduction in costs.
For the manufacture of small quantities of glass, clay crucibles are generally used to receive the raw materials and, when it is a question of making larger quantities, basins which can take the quantity of glass are used. load for a whole day, while for an even greater production, continuous furnaces of larger dimensions are used, where the raw material is introduced at one end and the molten glass is withdrawn at the other end - mimicry of said ovens. In any case, the raw materials are loaded into a receptacle containing a certain quantity of glass on which said raw materials float during their melting.
As a result, heat only penetrates the surface layers of the raw materials and a chemical reaction can only occur when heat can be brought into the interior of the raw material mass. As a result, the volatiles and easily meltable materials which are contained in the charge are melted at temperatures below that at which the chemical reaction takes place,
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which causes them to evolve in the state of vapor or gas as the fusion takes place, or else they flow and separate from the materials with which it is intended to react. This is particularly true in the manufacture of colored glasses.
It has thus been found that in the manufacture of red glasses or ruby glasses, by melting in crucibles, excessive quantities of selenium must be incorporated into the charge, so that at the time of melting there still remains a sufficient quantity for obtain the desired color, because only then does selenium enter into chemical combination with other glass components such as silica, alkalis, alkaline earth oxides or other oxides.
In the manufacture of all kinds of glass by the methods currently applied, the gases which are evolved during the reaction can escape only in a small proportion, and, in the case of glasses of certain compositions, the evolution is so retarded that further refining has to be used to avoid the presence of large or small bubbles.
In the smelting operations now in use, the raw materials are charged in relatively massive amounts which expose only a fairly small area to heat. The thermal efficiency of current furnaces is mediocre.
It is well known that, in order to manufacture glass articles such as bottles, cup-making, apparatus for the chemical industry, carboys and, in general, to manufacture all
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Articles produced by pressure, by blowing or by vacuum, it is necessary to maintain in continuous furnaces a constant level of the glass bath, to avoid certain disastrous effects on the properties of the material delivered to the end of the refining chamber. This observation applies in particular to the use of blowing devices of the type of
Hartford-Empire, Miller, Rankin, etc., automatic blowing machines of the Owens type, as well as sheet glass stretching machines of the Libby-Owens, Fourcault, etc. type. .
In these machines, the speed of flow of the glass from the melting furnace into the refining chamber or the speed of passage of the glass from the furnace to the charging or drawing devices exerts an influence not only on the flow rate, but also on the flow rate. glass temperature. This results in serious but inevitable drawbacks with the ovens in use at present where one often stores a quantity of glass ten times greater than that which corresponds to the production of twelve hours. We are led with these ovens to load several hundred kilos of raw materials each time, at defined intervals, generally every 15 or 20 minutes.
These drawbacks are avoided by the method and hereby inv glassware which is the subject of the present invention. In this glassmaking furnace, the actual melting furnace, the refining chamber and the loading mode present characteristics which make it possible to regulate with the greatest precision the supply of material.
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raw materials, in a quantity equal to that of the glass withdrawn from said furnace.
By the improved process which is the subject of the present invention, losses by volatilization of the products used to color the glass are avoided; this is how we manage to produce ruby glass with about one-fifth or even one-seventh of the amount of selenium and its associates cadmium, cryolite, etc ... A considerable saving is thus achieved.
In addition, by applying said process and using the apparatus described below, it is possible, in the manufacture of colored glasses based on oxides of copper, chromium and uranium, to obtain much more exact results and more advantageous than by the crucible method, this result being due to the continual and intimate mixing of the ingredients during the melting and adjustment of the combustion gases or of the atmosphere which is located above the materials subjected to fusion*'
In the practice of the present invention, a refractory support for receiving the charge is arranged so as to subject these materials to the melting temperature as they move on this support.
This is preferably arranged on a slope, so that the materials, during the melting phase, move there by their own weight. Melting is well ensured in this way, since the charge is spread out in a thin layer and it is therefore, as a whole, directly subjected to the melting action of heat. In usual practice, the filler is in the form of a relatively thick mass, of which only one surface
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reduced was exposed to heat. When these masses are distributed over the hearth of the furnace which is the subject of the present invention, the gases can escape much more freely than in ordinary furnaces.
The thermal efficiency is also better in the furnace which is the object of the present invention than in crucible furnaces or in shaft furnaces. Finally, the production of this device is very large, which gives it a very economical character.
The molten material is preferably received in a chamber which forms a reservoir. Before the glass can be worked, it must be cooled to a certain temperature. Means are provided to effect this cooling by radiation.
In what follows, a furnace suitable for the manufacture of sheet glass has been described. It is the manufacture where the greatest difficulties arise; this is where the level of the glass in the refining chamber (or the pressure which results from this level) must be maintained most rigorously. In addition, any devitrification, any alteration of the mass by dissolution of the refractory, any imperfection due to temperature changes and any variation (due to the action of combustion gases) in the properties of the surfaces must be avoided.
The use of said furnace is not limited to this single application which is explained more specifically because it presents the greatest difficulties, because it makes it possible to show how these difficulties are overcome and because
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that it underlines the remarkable efficiency, the great precision and the considerable economy which this furnace allows to reach for all the mechanical manipulations where the quantity and the characteristics of the discharged glass are important factors of the shaping operation.
The above-mentioned oven is provided with improved devices for. heat recovery.
Of course, other applications can be proposed without departing from the present invention.
The accompanying drawing represents, by way of example, the preferred embodiment of the glass furnace which is the subject of the present invention.
Figure 1 shows in vertical and longitudinal section, an oven suitable for the. manufacture of sheet glass;
FIG. 2 shows this same oven in cross section along the line II-II of FIG. 1; the part to the right of line III-III shows the discharge of glass into forms for the manufacture of molded articles;
FIG. 3 is a horizontal section of this furnace along the line III-III of FIG. 2; lower part of this section shows the arrangement of the refining chamber for the manufacture of glass for molded or blown articles;
Figure 4 shows schematically the track arrangement employed for the replacement of a melting furnace hearth;
Figure 5 schematically shows the relative position of the glass furnace object of the present invention and a sheet glass drawing machine.
The glass furnace shown in the. drawing mainly consists of a melting furnace
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where the raw material is vitrified, a refining chamber where the reactions are completed and heat recovery devices.
The melting furnace is mainly characterized by its device for the continuous supply of raw materials and by a mobile hearth on which the continuous melting of the material to be vitrified is carried out,
The refining chamber has two sections. The first where the actual refining takes place and in particular the release of gases, this part of the chamber being heated, and a second part where the speed of movement of the vitreous mass is reduced and where the more widely spread glass is more or less less cooled to be more easily worked.
The apparatus is heated with oil or gas which is injected into hot air drawn in by a fan and delivered through two successive recuperators where the hot gases escaping from the chamber circulate in the opposite direction. refining of the melting furnace.
The melting furnace is continuously supplied with raw materials which may include, in addition to the various usual components of glass, waste glass. These materials moving continuously on the hearth are replaced at very short intervals by new loads of materials.
These repeated loads transform the intermittent feeding which has hitherto been practiced into a virtually continuous feeding.
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Indeed, the intervals of charges have been reduced from 15 or 20 minutes to a very small number of seconds.
Despite the small dimensions of the refining chamber, it is possible, for the recommended loading mode, to maintain a constant level in said chamber. The raw material arrives, through the nochère 1, in the loading hopper 2 leaned against the front wall of the melting furnace and supported by the refractory block 3; A register 4 serves to close the outlet orifice of said hopper. A mechanism whose characteristic member is a piston 5 is installed below this hopper. The section, the stroke and the number of strokes of the piston are calculated on the operation of the furnace, but can be adjusted more exactly and between fairly wide limits by members not shown.
The block
3 can comprise, if desired, a device for circulating water to prevent it from heating up too much and the same can be done for the portion directly adjacent to the front wall of the melting furnace. The material is pushed into the oven through the opening 6, which has a section substantially larger than that of the piston 5. This prevents sticking of said piston to the sides of the opening in question. The fresh material is pushed into a small pile of loose material at the top of the hearth and quickly melts.
The melting furnace comprises an enclosure formed by a movable inclined hearth 7 and by a fixed vault 8. The mobile hearth has two superimposed refractory linings. The one in direct contact with the molten material is constituted by an eminently refractory material, which may be sensitive to sudden changes in temperature, based on sillimanite for example.
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Said refractory material has a low coefficient of expansion, it is very resistant to chemical actions and can be given the suitable degree of porosity by the process which is the subject of the patent application filed on September 8, 1927. / - under number 242.812. This coating can be installed in the form of overlapping slabs; it can also be built in situ, in accordance with the patent application. The lower layer, made up of a less refractory material, serves only as a support: upper layer.
The raw materials are subjected on the hearth to the action of the flames directed at them by the nozzles 9 and have a tendency to descend more and more quickly along the hearth, as their fluidity is accentuated by the fact of vitrification. However, the mass should have a substantially uniform velocity over the entire surface of the hearth. For this purpose, the inclination of the hearth, which begins with approximately 45 at the entrance to the melting furnace, passes, in successive zones (or gradually), to a substantially horizontal path at the other end of the same furnace. It is obvious that in order to manufacture various species of glass, it will be necessary to codify the curve of the sole in order to achieve as much as possible the desired uniform rate of descent.
It may, in certain cases, be desirable to retain the molten material at a determined point on the hearth in order to subject it there for a longer time to the action of heat, retort for example in the manufacture of colored glass.
In this case, the level of the sole is quickly raised at this point, forming a barrier behind which
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The molten glass mules and thus constitutes a laboratory in which certain reactions can be accomplished. The molten glass then flows over said barrier and descends along a suitable curve into the refining chamber.
While the sidewalls of the furnace, and even the roof, hold up relatively well, the hearth is the part most exposed to destruction by the action of heat and the chemical action of glass. In
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replacement ovens are long, very tedious and expensive. Indeed, the furnaces must be stopped for several days, they must be emptied or at least it is necessary to lower the level of the glass and the worn parts can only be removed at the cost of the greatest efforts, whereas the oven is still at a temperature which makes work difficult and unpleasant. In accordance with the present invention, the furnace hearth can be replaced almost instantly without appreciable interruption in manufacturing.
The sole and the flanges 10 'which are provided to prevent the glass / overflowing from said sole, are carried by a carriage 13 which moves on the track 14.
5 allow the edges 10 'to be exactly adapted to the side walls 17 of the oven so as to reduce as much as possible the joints between the floor and the contact surfaces of the fixed part of the oven, these
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joints being diiient, ikÉ to 4.D $ on the other hand, the lower edge of said hearth must adapt as exactly as possible to the anterior part of the refining chamber to form a gasket 18 which is as thin as possible.
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When it comes to replacing a very worn hearth, a spare hearth, carried by a spare cart is cast in a heating chamber 19 (Fig. 4) where it is brought to a temperature close to the one she is working on in the oven.
When it has reached this point, the carriage 13 with the old hearth 7 is pushed onto the turntable 20 and it is stored on the track 21, the carriage and the new hearth being withdrawn from the chamber 19, first pushed by the track 22 on the turntable and then brought through track 23 under the vault 8. Contact is then made between the floor and the fixed parts of the furnace and the seals are read. This operation only takes a few minutes and hardly interrupts the production process. It is clear that, for ovens of small dimensions, such as they are used in the manufacture of anal and colored glasses, and for all ovens which operate only for more or less long periods, it is possible to dispense with the sole. mobile and replace it with a fixed sole.
In the front wall of the melting furnace, as well as in the side wall 17, manholes 24 and 25 are provided to monitor the progress of the furnace and of the gases.
The hearth 7 of the furnace is surmounted by a vault 8 where nozzles 9 are formed, the section of which differs a little according to the nature of the fuel used, fuel oil, natural gas, gasifier gas, etc. designed for the use of fuel oil or natural gas. The fuel is entered at a right angle to the axis of the nozzle, through pipes or burners 27 and 36. The vault is constructed from
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very resistant refractory materials. It is bent in large ovens, but in small ovens, it is replaced by flat refractory slabs.
The refining chamber is divided into two compartments 28 and 29 by a partition wall 30 in the middle of which a communication 31 is reserved for the passage of molten glass from compartment 28 to compartment 29. In compartment 28 the combination is completed. of the components of the glass and the evolution of the gases produced by the reaction takes place.
The glass which descends from the sole 7 finds in the compartment 28 an increasingly enlarged section and can spread out; speed of the mass decreases which allows the gases to escape better and the molecules to balance themselves better to form a more homogeneous mass.
In compartment 29, the molten glass continues to spread out in an even larger surface mass and drops to the temperature suitable for working the glass. The entire refining chamber is, of course, coated with refractory material, but the composition 32 with which the vessel is coated is made from the most resistant refractory material in order to withstand the causes of destruction for a long time. a refractory block 33 called a "float" hides the upper part of the passage 31. Its function is to adjust the level of the glass bath in the compartment 28 to force the vitreous mass to descend to mix it better when it enters the compartment 29 and retain pebbles or other relatively light foreign objects that may float on the surface of the bath.
Door 34 is used to install float 33
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removing said pebbles and skimming the glass bath.
The float 33 more or less obstructs the passage 31 and helps to regulate the level of the glass in the compartment 29. It is retained by friction against the partition wall 30.
In normal operation, it is hardly necessary to heat the glass in the refining chamber, but in some cases it is necessary, or it should be reheated and, for this purpose, one or more nozzles 35, provided with burners 36 are installed in the vault of this chamber above compartment 28. Dampers 37 can partially or completely shut off the nozzles.
In the rear wall of the furnace one or more openings 38 are made to continuously withdraw molten glass from the furnace as and when required. As the removal is carried out in a completely regular manner, it is easy with the device forming the object of the present invention to maintain a constant level in the compartment 29, which is an essential condition for achieving a regular manufacturing, especially when it comes to making window glass.
The flow of fuel anené by the pipes or burners 27 and 36 is regulated by means of the valves (or valves) 39 according to the operation of the furnace. The combustion air, preheated by the hot gases escaping from the melting furnace, mixes with the fuel in the nozzles 9 (or 35). A fan 40 draws in air already slightly heated which has circulated between the vault of compartment 29 and the sheet metal shield 41. This fan delivers this air through the duct.
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lisation 42 in the heat recovery unit 43.
Hot gases, already partially cooled, circulate between the tubes of this heater, which is preferably entirely metallic, and give up, to the air discharged by the fan 40 through the tubes of said heater, most of the heat. that these gases still contain, before they are evacuated through the chimney. The air, which is already a little warmer, passes through the distribution pipe 45 and the pipes 46, provided with regulating butterflies, to enter the distribution chamber 47, where it meets the baffles which distribute it more evenly.
From there, the air passes through the tubes of the recuperator 49, into the chamber 50 which communicates directly with the nozzles and 35 ,. The recuperator is absolutely both with regard to the tubes, as with regard to the tube plates; it was constructed from the cold set refractory material is the subject of the patent application
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previously. this material having received the name of "MuU L (
The frinkite recuperator ensures absolute tightness since its construction does not include any seal. It rests on the 51, the cleats 52, located at both ends of the recuperator, serve to ensure the seal between the recuperator and the vault, that is to say to ensure the tightness of the chamber 50.
The gas flow is reversed from that of the combustion air. The flames are directed by the nozzles towards the inclined hearth 7 (or possibly towards the glass bath 'contained in the compartment 28) and the hot gases are discharged through the flues.
53 and 54. They then pass between the tubes of recuperators 49 and 43 which are calculated to recover sensi-
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all the usable heat of these gases before their evacuation through the chimney 44.
The heat losses by radiation, by convection and by conductivity are relatively minimal, because the combustion air passes over the top of the melting furnace, than over part of the top of the melting furnace. the refining chamber and, on the other hand, the heat lost by another part of the vault of the same chamber is recovered by the air drawn in by the fan 40. Reheating of the air by the heat of the vault 8 contributes to the conservation of this vault. Another fan 55 sucks in these almost completely cooled gases at 56 and delivers them to the chimney through the pipe 57 located above the register 58. The use of the fan 55 is essential to prevent or reduce the pressures that the fan 40 could not. fail to provoke inside the oven.
Thanks to the fan 55, the pressure can be very precisely regulated in the combustion chamber and in the flues and it is only in the event of an accident happening to this fan that the register 58 will be opened to replace it. by the draft of the chimney, the effect of said fan. Highly sensitive recording manometers are placed in different places, and in particular on the distribution chamber, as well as in the air chamber
50, to control the work. The location of these gauges is indicated by the reference 59. Pyrometers
60 allow the temperature of the different phases of labor to be monitored very closely.
By means of these control devices it is possible to maintain in all parts of this furnace
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glassware the most favorable conditions at the various stages of manufacture. The flow rate of the fan 55 must be adjusted so that in the melting furnace, there is, in normal operation, neither pressure nor depression in comparison with atmospheric pressure. This is achieved by maintaining a pressure of 25 to 75 millimeters of water at the inlet of the frinkite recuperator tubes.
However, when it comes to reheating the glass bath in the refining chamber to a temperature higher than normal or quickly bringing a cooled bath to a higher temperature, the pressure can be slightly increased to pushing hot air through the nozzles 35 into the refining chamber:
When it comes to the manufacture of molded glass or blown glass can receive the molten glass at the outlet of the furnace either in the molds 61 or in jars, the latter being transported to the blowing workshop. Figures 2 and 3, we can see the arrangement of the ovens for the manufacture of sheet glass, as well as that for the manufacture of glass for blown or molded articles In Figure 5 we see the schematic arrangement of an oven 62 for the manufacture of sheet glass by reporting to any installation 64 intended to flatten and anneal the glass sheets. These are designated by 63 when they leave the oven and by 65 when they leave the devices 64.
Although the furnace and method described above relate more specifically to the manufacture of sheet glass, it is clear that they can not only be used in the manufacture of all other glass articles, but that they can be used. give still further applications and that modifications can be made to the described embodiments without departing from the object of the present invention.