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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Procédé et appareil de fusion éleotrique du verre
Cette invention a trait à la fabrioation du verre par le procédé basé sur l'application d'un courant élec- trique comme agent de fusion et d'affinage, et a pour objet un procédé et un appareil perfectionnés pour cet- te fabrication.
Les buts principaux de l'invention sont dassurer: 1) une fusion très rapide de la charge; 2) une sépara- tion complète du verre réduit et fini d'avec le verre partiellement fini ; 3) une circulation du verre dans la cuve de fusion d'une manière telle que la charge in- troduite dans cette cuve se meuve vers les électrodes, ce qui refroidit et protège celles-ci; 4) légalisation de la quantité de courant électrique passant à travers les différentes parties de la charge de verre ;
5) le maximum de réduction de charge par unité dnergie éleo- trique appliquée,
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En vue de réaliser ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de fusion du verre dans un four de fusion électrique vertical consistant à maintenir une masse de verre fondu qui, entre ses extrémités supé- rieure et inférieure, possède une partie rétrécie dont la section transversale horizontale est plus petite que celle:
des extrémités, à faire passer un courant électri- que à travers la masse, entre des électrodes situées au- dessus et au-dessous de ladite section transversale ré- tréaie, la surface d'zlectrode prévue l'un des cotés de ladite partie rétrécie étant sensiblement plus grande que la section transversale de cette partie de façon à pro- duire une action débullition dans le verre situé dans la dite partie rétrécie Ce mode d'action favorise une sépa- ration effective du verre fini d'avec le verre qui con- tient encore de la charge non fondue et une grande quan- tité de gaz. Le verre fini, relativement exempt de gaz et de poids spécifique élevé, descend de la zone extrême- ment chauffée et agitée,
tandis que le verre non fini -.. plus léger -- s'élève et est maintenu dans la zone de cha- leur maximum jusqu'à ce qu'une nouvelle réduction ait eu lieu. En temps normal, la montée du verre s'effectus au centre de la section transversale de la partie rétré- oie et sa descente a'effectue dans les parties de cette section qui entourent la zone centrale.
Ceci produit une circulation très désirable du verre dans lextrémi- té supérieure de la cuve, lorsque on fait usage de pla- ques comme électrodes, comme résultat dun mouvement du verre superficiel vers les électrodes, la charge intro- duite dans la partie supérieure de la cuve (et flottant sur le contenu de la cuve) étant par suite entraînée vers les électrodes, en combinaison avec un courant de sens inverse, au-dessous de ce courant de surface.
La charge contribue ainsi à refroidit les électrodes près de la surface du verre. endroit où le surohauffage et
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la corrosion sont susceptibles d'être maximum, et la circulation du verre en regard des électrodes contri- bue aussi à maintenir les électrodes à une température plus basse que dans les cas où il ne S'effectue aucun mouvement du verre près de cette surface. On augmente aussi 'effe t de refroidissement de la charge en in- troduisant celle-ci relativement près des électrodes.
Certains modes de réalisation d'appareils permettant de mettre en pratique le présent procédé perfectionné sont représentés dans les dessins annexés dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale d'une construction de four suivant I-I, fige 2.
Fige 2 est une coupe suivant IIII, fige 1.
Fig. 3 est une coupe verticale d'une autre construc- tion de four suivant III-III, fig. 4.
Fig. 4 est une coupe suivant IV-IV, fig. 3.
Fig. 5 est une coupe verticale d'un autre mode de réalisation suivant V-V. fige 6.
Fig. 6 est une coupe suivant VI-VI, fige 5.
Fige 7 est une coupe verticale dtune autre disposa tion de four suivant VII-VII, fig. 8.
Fig. 8 est une coupe suivant VIII-VIII. fige 7.
Fig. 9 est une coupe verticale schématique d'un autre mode de réalisation du four.
Dans la disposition des fige 1 et 2, la cuve de fu sion représentée est construite avec des parois en ma- tière réfractaire et comprend une chambre supérieure 1 et une chambre inférieure 2 reliées par une partie ré- trécie ou col 3 dont la section transversale horizontale est plus petite que celle des deux cambres.
La charge est introduite à travere la voûte 4 du four par des goulottes 5, 5, et le verre fondu est retiré de la oham- bre inférieure 8 par un conduit d'échappement 6 et passe sous forme d'une feuille ou ruban entre des rouleaux 7,7
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refroidie par de l'eau, puis sur un tablier à rouleaux 8, par lequel il est conduit à travers un four à recuire., non représenté,, Il va de soi que tout dispositif appro- prié peut être prévu pour utiliser le Terre de la charnu bre inférieure 2, la présente invention ayant trait au dispositif servant à fondre le verre et à l'amener 4, l'état prit à servir et non au dispositif d'utilisation.
Le courant appliqué au verre que renferme la cuve est formni par trois électrodes 9, 10 et 11 en forme de plaques.' Ces électrodes sont reliées à l'enroulement de transformateur 12 par des conducteurs 13, 14, 15 et 16,
On remarquera que les électrodes supérieures sont incli- nées, de aorte que les chemins décrits par le courant à travers le verre sont plus courts entre les parties supérieures desdites électrodes et l'électrode, inférieu- re qu'entre leurs parties inférieures et l'électrode inférieure.
De cette façon, la majeure partie de l'éner- gie électrique émane de la partie supérieure desdites électrodes, et c'est cette partie des électrodes qui est refroidie par la change admise.. Un auto**transformateur
16a est de préférence intercalé entre le conducteur 14 et les conducteurs 15 et 16, afin d'assurer automatique- ment un effet d'équilibrage entre les deux électrodes 10 et 11 et l'électrode 9, le courant passant entre les deux électrodes 10, Il et l'électrode 9 étant divisé également. Ceci rend plus uniforme les conditions de chauffage qui règnent dans le four et diminue le risque de surohauffage de l'une ou ltautre des électrodes 10, 11.
Somme représenté, un courant monophasé est appliqué,, et ce courant passe entre les électrodes 10,11 d'une part et l'électrode 9 d'autre part, de sorte que la totalité du courant traverse le. col 3 de la cuve. La somme des surfaces des électrodes 10, 11 en contact avec le verre est plus grande que la section transversale du col 3,
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et il en est de même de la surface de l'électrode 9.
En raison de cette section transversale réduite du col 3 en comparaison avec les chambres 1 et 8 et de la grande surface de 1'électrode 9 en comparaison avec la section transversale réduite du, col 3, l'intensité de courant est maximum et exerce son maximum deffet de chauffage dans le col et il se produit une action d'ébullition énergique à. cet endroit et dans la masse de terre qui se trouve immédiatement au-dessus du col.
Ceci produit une température suffisante pour réduire complètement la charge dans un temps très court, l'ac- tion d'ébullition qui a.lieu dans le col et immédiate- ment au-dessus de lui ayant pour effet de séparer les parties non fondues de là, charge des parties complète- ment fondues. Le verre complètement fini descend et s'accumule dans la chambre 8 en raison de son poids spécifique plus élevé, tandis que le verre non fini, dont le poids spécifique est beaucoup plus faible en raison de la présence des gaz en solution et de la charge non fondue mélangée avec lui, tend à délever dans la chmmbre 1 où sa réduction s'achève au bout d'un certain temps.
L'action d*ébullition, combinée avec les différences de température du verre que renferme la cuve, provoque une circulation intense le long du trajet indiqué par lesflèches de fig, 1. L'échauffement du verre dans le col 3 a pour effet de faire monter ce verre suivant la ligne axiale de ce col jusqu'à la surface, où il est dévié latéralement vers les électro- des 10 et 11. Arrivé à ces électrodes, le verre est dévié vers le bas comme indiqué par les flèches, puis repasse au milieu de la cuve, de sorte qu'Un mouvement descendant s'effectue le long des parois du col, le verre qui descend ainsi étant le verre fini dont les gaz contenus ont été expulsés dans une grande mesure,,
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La température qui règne dans la chambre 2 est sensi- @lement inférieure à celle qui règne dans le col 3 et dans la chmabre 1, la différence de température variant de 93 à 204 C. A ces températures inférieures, le gaz libre susceptible de rester dans le verre est ab- sorbé par lui, de aorte que le verre est sensiblement exempt de bulles lorsqu'il émerge de l'orifics 6,,
Le courant superficiel du verre dans la chambre 1 vers les électrodes 10, 11 a pour effet d'amener la charge admise par les goulottea 5, 5 au contact des électrodes, ce qui refroidit celles-ci et les protège contre le chauffage et la corrosion à la surface du verre, endroit où, ordinairement une corrosion ou un surchauffage destructifs sont susceptibles de se pro- duire.
Le courant descendant de verre au contact des électrodes tend aussi 4 protéger celles-ci contre le surchauffage. Ainsi quil a été indiqué précédemment,, le courant inverse du verre dans la chambre supérieu- re 1 ramène ce verre au col 3 et la partie du verre qui est finie et possède un poids spécifique relativement élevé descend à travers le col comme indiqué par les flèches, Par contre, la partie du verre qui nest pas finie ne descend pas à travers le col et continue au contraire à circuler dans la partie supérieure de la cuve jusqu'à ce qu'elle ait été complètement réduite* Le fonctionnement efficace de la cuve dépend de l'ac- tion d'ébullition énergique produite dans le col 3 en combinaison avec la circulation qui vient d'être décri- te,
et lon assure ce résultat en réglant le courant de façon à obtenir la densité nécessaire par unité de section transversale, Dans ces conditions, on peut fai- re travailler la four au maximum de sa capacité de tra- vail sans surchauffer les électrodes 10, Il* En servi- ce, la température du verre traversant la partie cen-
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trale du col 3 et de celui situé à la surface du bain que renferme la chambre 1 est plus grande que dans les autres parties de la cuve, de sorte que le verre se mou- vant entre les électrodes 9 et 10, 11 suit le trajet indiqué et que la corrosion des parois qui a lien aux angles 17,
17 du col est moindre que celle à laquelle on croirait devoir stattendre lorsquon considère que le trajet le plus court entre les électrodes 10, 11 et l'électrode 9 passe par ces angles. Si on le désire, on peut introduire la charge à travers la partie cen- trale de la voûte 4, mais la disposition indiquée dans la fig, 1 dans laquelle la charge est introduite près des électrodes 10, 11 est préférable car on constate qu'on améliore l'effet de refroidissement inhérent à l'introduction de la charge en plaçant les électrodes dans la position représentée dans cette figure.
Les électrodes 9 et 10, 11 sont de préférenae en alliage de nickel et de chrome qui ne décolore pas le verre dans les conditions de chaleur régnant normale-- ment dans la cuve et l'on maintient ces plaques à l'é- tat refroidi en les exposant directement à l'atmosphè- re sur leurs faces externes. Pour supporter l'électro- de inférieure 9, qui pourrait autrement s'infléchir lorsqu'elle estchhuffés, on dispose une série de pla- ques 18 supportées entre des fers à U 19, 19, eux-mê- mes supportés par des fers à U transversaux 20.
Fig. 3 et 4 représentent une variante dans laquel- le la construction est conforme à celle des fig. 1 et 2, excepté quton ne prévoie qu'une seule électrode 10a dans la chambre supérieure 1, au lieu des deux électron des 10, 11 de fig. 1, Aux autres égards, cette construc- tion est la même que celle des fige 1 et 8 et les mê- mes nombres de référence ont été employée pour désigner les pièces semblables.
Les fige 5 et 6 représentent un mode de réalisation -IL-
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légèrement modifié qui ressemble généralement à celui des fige 3 et 4 mais dans lequel on prévoit une élec- trode d'arc supplémentaire 11a qui peut être considé- rée comme substituée à l'électrode-plaque 11 des fig.
1 et 2,, On remarquera que les connexions électriques sont semblables à. celles indiquées au sujet des fig. 1 et 2. Dans les fig, 7 et 8, on a représenté une autre variante dans laquelle on ne prévoit qu'une seule élec- trode supérieure constituée par un charbon à arc 11a,
Fig. 9 représente schématiquement un autre mode de réalisation qui diffère des modes de réalisation précédemment décrits principalement par Inapplication de deux électrodes-plaques 9 à l'extrémité inférieure de la cuve au lieu de l'électrode @ des fig. 1 à 8.
Comme représenté, les électrodes 9a sont situées sur les cotés de la cuve dans des plane sensiblement paral- lèles à ceux des électrodes 10, 11, Dans cette disposi- tion, la charge est introduite par la goulotte 5 au centre de la paroi supérieure de la cuve et le verre fondu est retiré par l'ouverture 6a de la paroi infé- rieure.
Le terme "verre" est appliqué ici dans son sens gé- néral et s'entend pour toutes les matières qui possèdent beaucoup sinon la totalité des caractéristiques du ver- re ordinaire mais qui ne sont usuellement pas désignées sous cette appellation, comme c'est le cas des émaux vitreux qui sont une sorte de verre et du silicate de soude quelquefois appelé verre soluble. Dans toutes ses phases, le procédé est aussi bien. applicable à la fu- sion de ces matières quaux matières qui sont toujours désignées sous l'appellation de verre.
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APPLICATION FOR A PATENT OF INVENTION Method and apparatus for electrically melting glass
This invention relates to the manufacture of glass by the process based on the application of an electric current as a melting and refining agent, and relates to an improved method and apparatus for such manufacture.
The main objects of the invention are to ensure: 1) a very rapid melting of the charge; 2) complete separation of reduced and finished glass from partially finished glass; 3) circulation of the glass in the melting tank in such a way that the charge introduced into this tank moves towards the electrodes, which cools and protects them; 4) legalization of the amount of electric current passing through the different parts of the glass charge;
5) the maximum load reduction per unit of electrical energy applied,
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With a view to achieving these objects, the present invention relates to a method of melting glass in a vertical electric melting furnace consisting in maintaining a mass of molten glass which, between its upper and lower ends, has a narrowed part of which the horizontal cross section is smaller than that:
ends, in passing an electric current through the ground, between electrodes situated above and below said retracted cross section, the electrode surface provided on one side of said narrowed part being substantially larger than the cross-section of this part so as to produce a boiling action in the glass situated in said constricted part This mode of action promotes effective separation of the finished glass from the glass which con - still holds unmelted charge and a large quantity of gas. The finished glass, relatively free of gas and of high specific weight, descends from the extremely heated and agitated zone,
while the unfinished - .. lighter - glass rises and is held in the maximum heat zone until further reduction has taken place. Normally, the rise of the lens takes place at the center of the cross section of the shrunken part and its descent takes place in the parts of this section which surround the central zone.
This produces a very desirable circulation of the glass in the upper end of the tank, when plates are used as electrodes, as a result of movement of the surface glass towards the electrodes, the charge introduced into the upper part of the tank. tank (and floating on the contents of the tank) being consequently drawn towards the electrodes, in combination with a current in the opposite direction, below this surface current.
The charge thus helps to cool the electrodes near the surface of the glass. place where overheating and
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corrosion is likely to be maximum, and the circulation of the glass opposite the electrodes also helps to maintain the electrodes at a lower temperature than in cases where there is no movement of the glass near this surface. The cooling effect of the charge is also increased by introducing the latter relatively close to the electrodes.
Certain embodiments of apparatus for carrying out the present improved method are shown in the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a vertical section of a furnace construction along I-I, fig 2.
Fig 2 is a section along IIII, Fig 1.
Fig. 3 is a vertical section of another furnace construction according to III-III, fig. 4.
Fig. 4 is a section along IV-IV, fig. 3.
Fig. 5 is a vertical section of another embodiment along V-V. freeze 6.
Fig. 6 is a section along VI-VI, fig 5.
Fig. 7 is a vertical section of another furnace arrangement along VII-VII, fig. 8.
Fig. 8 is a section along VIII-VIII. freeze 7.
Fig. 9 is a schematic vertical section of another embodiment of the oven.
In the arrangement of figs 1 and 2, the fusion vessel shown is constructed with walls of refractory material and comprises an upper chamber 1 and a lower chamber 2 connected by a constricted part or neck 3, the cross section of which horizontal is smaller than that of the two arches.
The charge is introduced through the vault 4 of the furnace via chutes 5, 5, and the molten glass is withdrawn from the lower chamber 8 via an exhaust duct 6 and passes in the form of a sheet or ribbon between rolls 7.7
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cooled by water, then onto a roller apron 8, by which it is led through an annealing furnace., not shown ,, It goes without saying that any suitable device can be provided to use the earth of the lower flesh 2, the present invention relates to the device for melting the glass and bringing it 4, the state took to serve and not to the device for use.
The current applied to the glass contained in the tank is formed by three electrodes 9, 10 and 11 in the form of plates. These electrodes are connected to the transformer winding 12 by conductors 13, 14, 15 and 16,
It will be noticed that the upper electrodes are inclined, so that the paths described by the current through the glass are shorter between the upper parts of said electrodes and the electrode, lower than between their lower parts and the lower part. lower electrode.
In this way, the major part of the electric energy emanates from the upper part of said electrodes, and it is this part of the electrodes which is cooled by the admitted exchange. An auto ** transformer
16a is preferably interposed between the conductor 14 and the conductors 15 and 16, in order to automatically ensure a balancing effect between the two electrodes 10 and 11 and the electrode 9, the current flowing between the two electrodes 10, It and the electrode 9 being divided equally. This makes the heating conditions prevailing in the oven more uniform and reduces the risk of overheating of one or the other of the electrodes 10, 11.
As shown, a single-phase current is applied ,, and this current passes between the electrodes 10,11 on the one hand and the electrode 9 on the other hand, so that all of the current passes through the. neck 3 of the tank. The sum of the surfaces of the electrodes 10, 11 in contact with the glass is greater than the cross section of the neck 3,
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and the same is true of the surface of electrode 9.
Due to this reduced cross section of neck 3 in comparison with chambers 1 and 8 and the large area of electrode 9 in comparison with the reduced cross section of neck 3, the current intensity is maximum and exerts its force. maximum heating effect in the neck and a vigorous boiling action occurs at. this location and in the mass of earth immediately above the pass.
This produces a temperature sufficient to completely reduce the load in a very short time, the boiling action which takes place in the throat and immediately above it having the effect of separating the unmelted parts of it. there, loads completely melted parts. Completely finished glass descends and accumulates in chamber 8 due to its higher specific weight, while unfinished glass, which has a much lower specific weight due to the presence of the gases in solution and the charge unmelted mixed with it, tends to rise in room 1 where its reduction is completed after a certain time.
The boiling action, combined with the differences in temperature of the glass contained in the tank, causes intense circulation along the path indicated by the arrows in fig, 1. The heating of the glass in the neck 3 has the effect of causing mount this lens along the axial line of this neck up to the surface, where it is deflected laterally towards the electrodes 10 and 11. Arrived at these electrodes, the glass is deflected downwards as indicated by the arrows, then passes again in the middle of the vessel, so that a downward movement takes place along the walls of the neck, the glass which thus descends being the finished glass from which the contained gases have been expelled to a great extent,
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The temperature prevailing in chamber 2 is significantly lower than that prevailing in neck 3 and in chamber 1, the temperature difference varying from 93 to 204 C. At these lower temperatures, the free gas liable to remain in the glass is absorbed by it, so that the glass is substantially free of bubbles when it emerges from the orifics 6 ,,
The surface current of the glass in the chamber 1 towards the electrodes 10, 11 has the effect of bringing the charge admitted by the gutters 5, 5 into contact with the electrodes, which cools the latter and protects them against heating and corrosion. on the surface of the glass, a place where destructive corrosion or overheating is usually likely to occur.
The downward flow of glass in contact with the electrodes also tends to protect them from overheating. As previously indicated, the reverse flow of the glass in the upper chamber 1 returns this glass to the neck 3 and the part of the glass which is finished and has a relatively high specific gravity descends through the neck as indicated by the arrows, On the other hand, the part of the glass which is not finished does not descend through the neck and on the contrary continues to circulate in the upper part of the tank until it has been completely reduced * The efficient operation of the tank depends on the vigorous boiling action produced in neck 3 in combination with the circulation which has just been described,
and this is achieved by adjusting the current so as to obtain the necessary density per unit of cross-section. Under these conditions, the furnace can be operated to the maximum of its working capacity without overheating the electrodes 10. * In service, the temperature of the glass passing through the central part
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trale of neck 3 and that located on the surface of the bath contained in chamber 1 is larger than in the other parts of the tank, so that the glass moving between electrodes 9 and 10, 11 follows the path indicated and that the corrosion of the walls which relates to the angles 17,
17 of the neck is less than that which one would think one would have to expect when one considers that the shortest path between the electrodes 10, 11 and the electrode 9 passes through these angles. If desired, the charge can be introduced through the central part of the vault 4, but the arrangement shown in fig, 1 in which the charge is introduced near the electrodes 10, 11 is preferable because it is found that the cooling effect inherent in the introduction of the charge is improved by placing the electrodes in the position shown in this figure.
The electrodes 9 and 10, 11 are preferably made of a nickel and chromium alloy which does not discolor the glass under the heat conditions normally prevailing in the tank and these plates are kept in the cooled state. by exposing them directly to the atmosphere on their external faces. In order to support the lower electrode 9, which could otherwise bend when heated, a series of plates 18 are placed, supported between U-irons 19, 19, themselves supported by irons. U cross 20.
Fig. 3 and 4 show a variant in which the construction conforms to that of FIGS. 1 and 2, except that only one electrode 10a is provided in the upper chamber 1, instead of the two electrons of 10, 11 of fig. 1, In other respects this construction is the same as that of Figs 1 and 8 and the same reference numbers have been used to designate like parts.
Figs 5 and 6 represent an embodiment -IL-
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slightly modified which generally resembles that of figs 3 and 4 but in which an additional arc electrode 11a is provided which can be considered as a substitute for the plate electrode 11 of figs.
1 and 2 ,, Note that the electrical connections are similar to. those indicated in relation to figs. 1 and 2. In FIGS, 7 and 8, another variant has been shown in which only one upper electrode is provided, consisting of an arc carbon 11a,
Fig. 9 schematically shows another embodiment which differs from the previously described embodiments mainly by the nonapplication of two plate electrodes 9 at the lower end of the tank instead of the electrode @ of FIGS. 1 to 8.
As shown, the electrodes 9a are located on the sides of the tank in planes substantially parallel to those of the electrodes 10, 11. In this arrangement, the charge is introduced through the chute 5 at the center of the upper wall of the tank. the vessel and the molten glass are withdrawn through the opening 6a in the bottom wall.
The term "glass" is applied here in its general sense and is understood to include all materials which possess many if not all of the characteristics of ordinary glass but which are not usually referred to by this designation, as is. the case of vitreous enamels which are a kind of glass and sodium silicate sometimes called soluble glass. In all its phases, the process is just as good. applicable to the melting of these materials to materials which are always referred to as glass.