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.Procédé de fabrication de verre homogène dans la cuve " @
L'invention concerne la fabrication de verre homogène dans la cuve pour des verres industriels fabriqués en série, contrairement aux verres optiques fondus en pot et pour lesquels on s'est déjà attaché depuis longtemps à obtenir l'homogénéité ou l'homogénisation.
Le moyen qui a donné les meilleurs résultats dans ce pas but, l'agitation mécanique, ne peut/être appliqué directement à l'homogénisation du verre fondu dans la cuve,. La présente invention a pour objet les moyens nouveaux par lesquels l'agita tion mécanique donne également dans les cuves les résultats qu'en cherche à obtenir.
On a constaté que dans tous les procédés entièrement automatiques, dans lesquels la forme n'est pas donnée impérati- vement, la question de fabrication de produits homogènes est identique à celle de la fourniture , à l'endroit du travail, d'un verre homogène, c'est-à-dire chimiquement et thermique - ment uniforme 9
Dans le divers procédas d'étirage, dont les princi* Baux sont les procédés Fourcault et Libbey-Owens pour le verre en planches...,.
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en planches, et le procédé Canner pour le verre tubulaire, aussi bien qe dans l'alimentation continue de machines à verre creux telles que les.feeders ", on a cherché jusqu'ici .principalement,
par deux moyens différents à éliminer les défauts constatés, c'est-à
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dire le manque thomogénéitél,>
1) Par un recuit ultérieur dans des chambres de repos parfois très grandes, presque toujours par un chauffage ultérieur.
2)En écartant au moyen d'agents de retenue le verre qui n'est pas chimiquement et thermiquement homogène,,
Toutefois, une de ces deux mesures n'est @ radicale, soit qu'elles ne cherchent pas à empêcher le défaut de se produire, soit qu'elles ne puissent le combattre que par des moyens insuffisants. En outre elles ont de graves inconvé- nients.
Le chauffage ultérieur favorise particulièrement les phénomènes de dévitrification, car le maximum de capacité de cristallisation est inférieur dans la température au maximum de vitesse de croissance. C'est ainsi qu'un verre qui a été redroidi ? dans cette deuxième z8ne critique,-où règne une forte formation de germes,présente des phénomènes de dévitrification facilement visibles lorsqu'il est chauffé de nouveau.
En outre, au point de vue physique, la tentative d'homogénisation thermique par le chauffage doit être considé- rée comme étant extrêmement insuffisante. En effet, il n'est pratiquement possible d'apporter la chaleur que d'un coté, c'est à-dite à la surface du bain. Pour des raisons inhérentes au poicb spécifique et en partie aussi à cause de la construction de la cuve, les parties les plus chaudes flottent précisément à la surface. Le chauffage ultérieur atteint donc justement ces par- ties en premier lieu, ce qui augmente encore le manque d'homogé@ néité thermique.
Le moyen consistant à laisser reposer le verre a
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pu} .tout au plus produire un équilibre thermique entré les différentes parties du verre à condition qu'on fasse en sorte que la chaleur ne soit pas apportée ou évacuée de façon non uniforme en ce qui concerne sa répartition dans 1'espace,.
Ce moyen est efficace dans un pot, mais dans la cuve à fonction- nement continu l'écoulement du verre produit par les prélèvement continuels s'oppose à une pareille efficacité.
Quant à l'homogénisation chimique, ce moyen, le repos du verre, ne saurait la produire en aucune façon.
La tentative consistant à empêcher par un filtrage quelcon- que le verre chimiquement et physiquement non homogène de sortir par l'ouverture de travail ou de passer dans une autre partie de la cuve, est une mesure tout aussi insuffisante. Parmi les moyens de ce genre utilisés jusqu'ici et ayant eu tout au moins en par- tie ce résultat qu'on a réussi après des années d'essais à pou- voir travailler en somme avec les machines, on peut citer : l'écoulement dans les cuves à col, les arrêts à flotteur et les arrêts de toute sorte en avant des ouvertures de sortie. Par un prélèvement à une certaine profondeur on cherche à retenir au moins une partie des impuretés qui sont souvent plus légères. Si elles s'accumulent cependant par trop à la longue, on procède àun nettoyage général, par exemple par écumage, refonte, rinçage.
Ces deux derniers moyens entrâinent des arrêts graves dans le fonctionnement continu.
Dans des cas isolés on utilisé;, encore un autre moyen bien connu, la "bulvérisation", dans laquelle leverre chauffé de façon à être rendu plus fluide est grossièrement mélangé mécaniquement par des bulles de vapeur d'eau. Tout le verré de la cuve est aini-
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si grossièrement- bouf versé et le cas échéant traversé encore une fois par des bulles et il faut le refondre à une haute tempé- rature et l'épurer. Ceci représente donc également une grave inte p ruption dans le service continu.
Enfin...
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Enfin on cherche aussi à stabiliser en dérangeant le moins possible les causes d'équilibre. l'état d'instabi- lité de l'écoulement des masses de verre actives sur les niasses de verre inactives et inertes, en effectuant des charges et des prélèvements aussi réguliers que possible.
Le procédé qui va être décrit est basé sur la dé- couverte fondamentale qu'il est également nécessaire de soumettr le verre en cuve à une homogénisation mécanique radicale par une agitation pour qu'il atteigne le degré nécessaire d'homo- généité thermique et chimique et à,cet effet on bombine le mo- yen connu de l'agitation mécanique avec un mode de construc- tion nouveau de la cuve permettant d'homogéniser le verre dans toute la masse utilisée et de le conserver dans cet état jus- qu'au moment de l'utilisation.
Pour obtenir le premier résultat, on effectue l'opération d'agitation dans une petite chambre séparée de forme telle que toute la quantité de verre utilisée soit obli- gée de la traverser dans un sens déterminé. Il n'y a donc au@un courant ni aucune quantité de verre qui ne soient pas remuée, et chaque quantité est-soumise à cette opération à peu près simultanément, c'est à aire au même "âge*.
On obtient le deuxième résultat, c'est à dire la conservation du verre homogène, en plaçant la chambre-d'ho- mogénisation dont il vient d'être question à l'endroit, voulu, c'est à dire à If endroit où le verre présente encore tout juste, au cours da sa formation, à une température allant généralement en baissant, le degré de fluidité nécessaire (autant que possi- ble sans chauffage ultérieure permettant encore d'obtenir dans un temps pratiquement utilisable une diffusion @ des plus petites particules en vue de l'homogénisation.
La chambre d'homogénisation doit donc se trouver
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trouver aussi près que possible du poçnt de prélèvementdé la machine, de façon que le verre puisse être amené le plus rapi- dement possible après l'homogénisation à l'état visqueux de travail qui empêche la déshomogénisation par des courants de convection, les altérations chimies, etc.,.
Le mode de construction de la cuve combiné avec cet agitateur mécanique se caractérise donc précisément par l'absence de la cuve de repos généralement utilisée jusqu'il et appelée aussi cuve de travail (working tank, refining tank).
La chambre d'homogénisation peut être montée à part devant cha- que ouverture de travail, ou bien on peut utiliser une chambre individuelle de ce genre pour une cuve, la distribution aux machines, le cas échéant, multiples qui effectuent le travail se faisant à partir de l'orifice de sortie de cette chambre.
L"agitation mécanique peut se faire aussi bien par une que par plusieurs unités d'agitateur. Dans tous ,les cas, il faut que les chemins agitateurs puissent agir dans toutes les parties de la chambre d'homogénisation. Il faut remarquer à ce sujet que par son déplacement du verre suivant son volume l'agitateur exerce aussi en dehors de son chemin d'action pro- promeut dit et dans le voisinage immédiat de celui-ci une cer- taine action qui est une sorte de "massage". Cette action est par elle même d'autant plus grande que le rapport entre le volume de l'agitateur et celui de la chambre d'homogénisation est lui- même plus grand.
La chambre d'agitation sera de préférence aussi petite que possible et tout juste assez grande pour que le verre soit agité assez longtemps à la température voulue et en tenant compte de la quantité traitée au moment envisagé.
, Si;l'on suppose que la température moyenne d'agi- tation se trouve à peu près au milieu entre la température d'épu- ration et la température de travail, on peut considérer qu'une agitation
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agitation d'une à deux heures est parfaitement suffisante.
En ce qui concerne son orifice d'entrée et son orifice de sortie, la chambre d'homogénisation doit être cons- truite de façon que le verre chaud entrant arrive autant que possible par le haut et soit autant que possible extrait en bas sous forme de verre plus froid après l'agitation. On évite ainsi que le verre chaud entrant noremonte insuffisamment homogénisé en formant un courant de convection et en passant près de l'a- gitateur.
On peut toutefoisprocéder aussi en sens inverse en, faisant en sor- te, par un isolement suffisant de la chambre d'homogénisation, que le verre ne subisse en traversant cette chambre aucune perte de chaleur telle que cette perte suffise ppur former des courants de convection.
Le procédé de fusion de verre homogène en cuve ainsi carac- térisé, et consistant à faire passer le verre épuré par un cou- rant produit par les prélèvements à travers une chambre relati- vement étroite soumise à l'action d'agitateurs mécaniques, de préf févence en descendant, et à le refroidir ensuite la plus rapide- ment possible jusqu'à la température de travail, peut encore être amélioré par des mesures appropriées et notamment par un choix judicieux du mode de construction de la cuve.
Parmi ces mesures destinées à diminuer les courants désor- donnés horizontaux et verticaux, on propose de diminuer la profon- deur du verre et de la réduire au minimum. On s'efforcera, en outre, dê supprimer les risques de courants désordonnés qui mélan- gent de nouveau le verre déjà mûr avec du verre non encore mû, en subdivisant la cuve une ou plusieurs fois, par exemple en par- tie de fusion et en partie d'épuration. Cette subdivision pourra de préférence aussi*être réalisée en ce qui concerne le foyer.
Enfin..
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Enfin des isolants appropriât empêcheront le plus possible sur les parois et au fond la formation de couches collantes constituées par du vieux verre.
Aostraction faite de ce que le verra homogénisé d'une façon si complète par le procédé qui vient d'êtredécrit n'est pratiquement pour ainsi dire pas exposé à la dévitrification qui, dans les verres industriels se produit exclusiement aux endroits non homogènes, les foyers seront en outre cons- traite autant que possible de façon que de la fusion au travail, le verre ne parcourt la succession de température que dans le sens descendant.
En plus des mesures générales indiquées dans le préambule on connait encore quelques mesures particulières concernant en partie l'agitation dans la cuge et en partie l'homogénisation, tout en différant à des points de vue essentiels du procédé proposé ici.
C'est ainsi qu'on a proposé par exemple d'agiter le mélange en fusion dans la cuve (voir gaze industry 1926, p.34 et 1922, p. 122) pour accélérer la fusion Pratiquement ceci a simplement poureffet de faciliter la montée et par suite le manque d'homo- généité, Quant à l'agitation dans la partie de la cuve où se fait l'épuration, elle est aussi sans effet avec les dimensions usi- tées jusqu'ici. Le mouvement d'agitation serait, de toute façon, ou trop grand pour donner un bon effet mécanique, ou trop petit pour atteindre suffisamment toutes les parties du verre à envisa- ger. Un agitateur traversant la cuve transversalement par un mouvement alternatif constitue notamment une mesure très impar- faite.
De toute façon, ces procédés ne tiennent pas compte du fait que pour obtenir une agitation efficace du verre en cuve, le choix de dimensions judicieuses et d'un agencement correct de la chambre dhomogénisation est d'une importance capitale.
On a
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On a égalaient cherché à prendre dans les appareils d'alimentation en verre des mesures destinées à améliorer les conditions de viscosité à l'orifice de sortie et de travail en comprenant les irrégularités thermiques du chauffage et du refroi- dissement en faisant tourner lentement une petite quantité de verre ( brevet anglais 202610 (W.I.Miller) Glass Techn. 8 228 et Brevet anglais 218888 (Pratt Rankin) Glass Techn. 9.71) immédiatement avant le travail, mais à la température de travail (haùte viscosité).Même s'il était possible d'obtenir ainsi une homogénisation thermique, il est impossible d'obtenir par une pareille mesure l'homogénisation chimique qui est beaucoup plus importante.
Revendications.
1 - Procédé de fabrication de verre homogène en cuve, carac- térisé en ce qu'on fait passer le verre au sortir des chambres de fusion et d'épuration à haute température à travers une chambre particulière dans laquelle il est soumis à une agitation mécanique la capacité de cette chambre d'homogénisation n'étant pas plus grande qu'un cinquième de la quantité journalière traitée dans la cuve en service continu, le verre étant amené immédiatement après l'homogénisation le plus rapidement possible à landroit du travail et en même temps refroiditsuffiamment.
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.Process for manufacturing homogeneous glass in the tank "@
The invention relates to the manufacture of glass that is homogeneous in the tank for industrial glasses produced in series, unlike optical glasses melted in pots and for which efforts have already been made for a long time to obtain homogeneity or homogenization.
The means which have given the best results for this purpose, mechanical agitation, cannot / be applied directly to the homogenization of the molten glass in the tank. The present invention relates to the new means by which mechanical agitation also gives in the tanks the results sought to be obtained.
It has been observed that in all fully automatic processes, in which the shape is not given imperatively, the question of manufacturing homogeneous products is identical to that of supplying, at the place of work, a glass homogeneous, i.e. chemically and thermally uniform 9
In the various drawing procedures, of which the main * Baux are the Fourcault and Libbey-Owens processes for glass in boards ...,.
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in boards, and the Canner process for tubular glass, as well as in the continuous feeding of hollow glass machines such as "feeders", has hitherto been sought mainly.
by two different means to eliminate the observed defects, that is to
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say the lack of homogeneity,>
1) By subsequent annealing in sometimes very large quiescent chambers, almost always by subsequent heating.
2) By removing with retaining agents the glass which is not chemically and thermally homogeneous ,,
However, one of these two measures is not radical, either that they do not seek to prevent the defect from occurring, or that they can only combat it by insufficient means. In addition, they have serious drawbacks.
The subsequent heating particularly favors the devitrification phenomena, because the maximum crystallization capacity is lower in temperature than the maximum growth rate. Is this how a glass that has been cooled? in this second critical zone, where there is a strong formation of germs, presents easily visible devitrification phenomena when it is reheated.
Furthermore, from the physical point of view, the attempt at thermal homogenization by heating must be considered to be extremely insufficient. Indeed, it is practically possible to bring the heat only on one side, that is to say on the surface of the bath. For reasons inherent in the specific weight and partly also because of the construction of the tank, the hottest parts float precisely to the surface. Subsequent heating therefore reaches precisely these parts in the first place, which further increases the lack of thermal homogeneity.
The means of letting the glass stand has
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at most, to produce a thermal equilibrium between the different parts of the glass, provided that care is taken that the heat is not supplied or discharged in a non-uniform manner with regard to its distribution in space.
This means is effective in a pot, but in the continuously operating vessel the flow of glass produced by the continual withdrawals is opposed to such efficiency.
As for chemical homogenization, this means, the rest of glass, cannot produce it in any way.
Equally insufficient is the attempt to prevent by any filtering any chemically and physically inhomogeneous glass from leaving the working opening or passing into another part of the vessel. Among the means of this kind used up to now and having had at least in part the result that we have succeeded after years of trials in being able to work with machines, we can cite: flow in neck tanks, float stops and stops of all kinds in front of the outlet openings. By sampling at a certain depth, we try to retain at least part of the impurities which are often lighter. However, if they accumulate too much over time, general cleaning is carried out, for example by skimming, remelting, rinsing.
These last two means lead to serious stoppages in continuous operation.
In isolated cases, yet another well known means, "bulbulization", in which the lever heated so as to be made more fluid is coarsely mixed mechanically by water vapor bubbles. All the glass in the tank is thus
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so roughly- poured broth and possibly bubbled through again and it has to be remelted at a high temperature and purified. This therefore also represents a serious interruption in continuous service.
Finally...
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Finally, we also seek to stabilize by disturbing the causes of equilibrium as little as possible. the state of instability of the flow of the active glass masses over the inactive and inert glass masses, by carrying out loads and withdrawals as regular as possible.
The process which will be described is based on the fundamental discovery that it is also necessary to subject the tank glass to a radical mechanical homogenization by stirring in order that it attains the necessary degree of thermal and chemical homogeneity. and to this end, the known means of mechanical agitation is bombarded with a new method of constructing the vessel making it possible to homogenize the glass throughout the mass used and to keep it in this state until at the time of use.
In order to obtain the first result, the stirring operation is carried out in a small separate chamber so shaped that all the quantity of glass used is obliged to pass through it in a determined direction. There is therefore no current nor any quantity of glass which is not stirred, and each quantity is subjected to this operation almost simultaneously, it is to be at the same age *.
The second result is obtained, that is to say the preservation of the homogeneous glass, by placing the homogenization chamber just mentioned in the desired place, that is to say in the place where the glass still exhibits, during its formation, at a temperature generally decreasing, the necessary degree of fluidity (as much as possible without subsequent heating still making it possible to obtain in a practically usable time a diffusion @ of the highest levels. small particles for homogenization.
The homogenization chamber must therefore be located
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find as close as possible to the sampling point of the machine, so that the glass can be brought as quickly as possible after homogenization to the viscous working state which prevents dehomogenization by convection currents, chemical alterations , etc.,.
The method of construction of the tank combined with this mechanical agitator is therefore characterized precisely by the absence of the rest tank generally used until it and also called working tank (working tank, refining tank).
The homogenization chamber can be mounted separately in front of each working opening, or an individual chamber of this kind can be used for a tank, the distribution to the machines, if necessary, multiple which carry out the work being done at from the outlet of this chamber.
Mechanical agitation can be done by one or more agitator units. In all cases, the agitator paths must be able to act in all parts of the homogenization chamber. It should be noted in this regard that by its displacement of the glass according to its volume the agitator also exerts, outside its path of action promotes said and in the immediate vicinity of this one a certain action which is a kind of "massage". The action is by itself all the greater as the ratio between the volume of the stirrer and that of the homogenization chamber is itself greater.
The stirring chamber will preferably be as small as possible and just large enough for the glass to be stirred long enough at the desired temperature and taking into account the amount being processed at the intended time.
, If; it is assumed that the mean agitation temperature is approximately in the middle between the purging temperature and the working temperature, it can be considered that an agitation
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stirring for one to two hours is perfectly sufficient.
With regard to its inlet and outlet orifice, the homogenization chamber should be constructed so that the incoming hot glass arrives as much as possible from the top and is as far as possible extracted at the bottom in the form of colder glass after shaking. This prevents the incoming hot glass from rising insufficiently homogenized by forming a convection current and passing close to the agitator.
However, it is also possible to proceed in the reverse direction, making sure, through sufficient isolation of the homogenization chamber, that the glass does not undergo any heat loss while passing through this chamber, such that this loss is sufficient to form convection currents. .
The process for melting homogeneous glass in a tank thus characterized, and consisting in passing the purified glass by a current produced by the samples through a relatively narrow chamber subjected to the action of mechanical stirrers, of preferably downward, and then cooling it as quickly as possible to the working temperature, can be further improved by appropriate measures and in particular by a judicious choice of the method of construction of the tank.
Among these measures intended to reduce the horizontal and vertical disordered currents, it is proposed to reduce the depth of the glass and to reduce it to a minimum. In addition, efforts will be made to eliminate the risks of disordered currents which again mix already ripe glass with unmature glass, by subdividing the tank one or more times, for example partly by melting and partly purifying. This subdivision can preferably also * be carried out as regards the hearth.
Finally..
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Finally, appropriate insulators will prevent as much as possible on the walls and at the bottom the formation of sticky layers made up of old glass.
Aostraction made that the glass homogenized in such a complete way by the process which has just been described is practically, so to speak, not exposed to the devitrification which, in industrial glasses occurs exclusively in non-homogeneous places, the foci will also be designed as much as possible in such a way that from melting to work, the glass only passes through the temperature sequence in the descending direction.
In addition to the general measures indicated in the preamble, some specific measures are still known concerning partly the agitation in the tank and partly the homogenization, while differing in essential points of view from the process proposed here.
Thus it has been proposed, for example, to stir the molten mixture in the tank (see gauze industry 1926, p.34 and 1922, p. 122) to accelerate the melting. Practically this simply has the effect of facilitating the rise and consequently the lack of homogeneity. As for the agitation in the part of the tank where the purification takes place, it is also ineffective with the dimensions used hitherto. The stirring movement would either be too large to give a good mechanical effect anyway, or too small to sufficiently reach all the parts of the glass to be considered. A stirrer traversing the tank transversely by a reciprocating movement constitutes in particular a very imperfect measurement.
In any case, these methods do not take into account that in order to obtain efficient agitation of the glass in the tank, the choice of judicious dimensions and a correct arrangement of the homogenization chamber is of the utmost importance.
We have
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Equal efforts have been made to take measures in glass feed apparatuses to improve the viscosity conditions at the outlet and working by understanding the thermal irregularities of heating and cooling by slowly rotating a small quantity of glass (British patent 202610 (WIMiller) Glass Techn. 8,228 and English patent 218888 (Pratt Rankin) Glass Techn. 9.71) immediately before working, but at working temperature (high viscosity). possible to obtain thermal homogenization in this way, it is impossible to obtain by such a measurement chemical homogenization which is much greater.
Claims.
1 - Process for manufacturing homogeneous glass in a tank, characterized in that the glass is passed on leaving the melting and purification chambers at high temperature through a special chamber in which it is subjected to mechanical agitation the capacity of this homogenization chamber not being greater than a fifth of the daily quantity treated in the tank in continuous service, the glass being brought immediately after the homogenization as quickly as possible to the place of work and at the same time cooled sufficiently.
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