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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.