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PERFECTIONNEMENTS A LA FUSION ET AU CONDITIONNEMENT DU VERRE PAR EFFET JOULE.
La présente invention est relative à la fusion et au conditionnement du verre dans des fours, en particulier des fours dits à bassin, dans lesquels le chauffage du verre est réalisé, totalement ou partiellement en faisant passer un courant élec- trique à travers la masse de verre.'
Elle a pour but surtout de réaliser un mode de chauffage de ce genre permettant d'obtenir à l'aide de l'énergie dévelop- pée au sein même du verre, un verre de très bonne qualité, c'est- à-dire parfaitement affiné et homogène, ce résultat étant, en outre, acquis avec une consommation d'énergie inférieure à celle
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constatée dans les tentatives faites antérieurement pour obte- nir par la fusion électrique un verre bien affiné.
Elle a pour but également de conditionner certains autres facteurs de l'élaboration du verre, notamment la distribution de la température du verre en différents points du four ou bassin, ou des courants qui tendent à s'établir entre différentes parties de ce four ou bassin.
L'élaboration d'un verre de haute qualité nécessite que la masse de verre passe à un moment donné de sa fabrication par un degré élevé de température; d'autre part il convient, tant pour la qualité même du verre produit que pour réduire la consom- mation d'énergie, que le verre ne soit porté à cette température élevée que pendant une durée de temps juste suffisante pour amener la masse de verre au degré de fluidité voulu pour son affinage.
Dans le procédé antérieur, le chauffage par effet Joule a été réalisé de façon à porter à une température sensiblement uniforme toute la masse de verre située entre des électrodes placées en dehors du courant de verre s'écoulant depuis l'en- droit d'enfournement jusqu'au compartiment d'utilisation.
De ce fait, avec ce . procédé ., on ne peut que difficile- ment, d'une part donner au verre un degré de température suf4 fisamment élevé, et d'autre part lui communiquer ce degré de température pendant une durée qui ne dépasse pas celle qui convient.
Conformément à l'invention, le passage du courant dans le verre est assuré de telle manière que la chaleur produite par ce courant, au lieu d'être engendrée pratiquement d'une manière uniforme dans l'ensemble de la masse de verre, est au contraire concentrée dans certaines zone ou zones délimitées cette ou par rapport à l'ensemble de cette masse.'/ces'sones peuvent re- cevoir toute forme désirée et on peut leur faire occuper dans la masse de verre tout emplacement voulu,
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Conformément à une autre caractéristique de l'invention, une ou des zones telles que définies au paragraphe précédent est, ou sont disposées de telle sorte qu'au cours de son mouvement de dé- placement depuis l'enfournement des matières premières jusqu'au compartiment d'utilisation,
tout le verre soit amené à traverser cette ou ces zones et à y séjourner le temps nécessaire.
De cette façon on pourra obtenir un verre de qualité en portant le verre au moment voulu de son élaboration et pendant le temps nécessaire,à un degré de température beaucoup plus élevé que dans les procédés connus et cela pour une même quantité d' énergie totale libérée par le courant. En outre, en raison de la rapidité avec laquelle ce verre de qualité s'élabore, il est pos- sible de l'obtenir avec une dépense d'énergie qui est, dans son ensemble, moindre que celle des procédés antérieurs.
Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, on a recours pour réaliser le chauffage à une ou des électrodes pla- cées dans le courant de verre circulant entre l'enfournement et le compartiment de travail.
Suivant une autre caractéristique de ce mode de réalisation, la surface de contact avec le verre d'une ou plusieurs de ces électrodes est choisie de valeur suffisamment faible par rapport à la section du courant de verre entre les électrodes, pour que la densité des lignes de courant électrique dans le verre soit plus forte dans la zone voisine de cette ou ces électrodes que dans la partie comprise entre cette ou ces électrodes et d'autres électrodes.
De-cette façon l'énergie libérée par unité de volume du du verre ', et par suite la température de celui-ci,sera plus grande dans la zone qui entoure cette ou ces électrodes que dans les parties qui en sont plus éloignéeso On constitue ainsi pour la partie du bain qui se trouve au voisinage de la ou des dites électrodes une zone chaude répondant à l'invention.
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Le mode de réalisation d'une zone chaude qui vient d'être indiqué est particulièrement avantageux, car il permet de ré- gler facilement le degré de concentration de chaleur et par suite le degré de température dans cette zone en donnant à la surface de contact de la ou des électrodes avec le verre la valeur suffisamment faible qui convient.
On observera qu'une zone chaude comme ci-dessus est en relation directe avec la ou les dites électrodes et il est donc facile de donner à cette zone la forme et l'emplacement dans le bain que l'on désire ; il suffira en effet pour cela d'employer une ou des électrodes de forme voulue et de les placer à l'endroit du bain où l'on désire produire une zone chaude.
La position d'une telle zone chaude est ainsi pratique- ment indépendante de la forme générale du four ou bassin et l'on pourra de toute façon s'arranger de manière que toute la masse de verre en cours d'élaboration traverse pareille zone dans son écoulement depuis l'enfournement jusqu'à la sortie du four.
Egalement, la distribution de la température du verre aux différents points du four ou bassin peut être aisément réglée par un choix judicieux des emplacements et le condition- nement des électrodes, dont on pourra du reste changer à volon- té la position et les caractéristiques, notamment aussi facile- ment, sinon plus que si l'on opérait avec des brûleurs à gaz ou à huile mobiles au dessus du bain.
En outre, les dites électrodes procurent un moyen simple pour contrôler ou prévenir certains courants qui. tendent à s' établir,en particulier entre le compartiment de travail, ou même d'affinage,et le compartiment de fusion, en créant grâce à elles, aux limites de ces compartiments, soit des obstacles mécaniques, soit des mouvements du verre qui s'opposent plus ou moins complètement à la propagation des dits courants de
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compartiment à compartiment; elles peuvent servir également à engendrer dans le verre des courants de convexion propres à l' homogéniser.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap- paraîtront plus clairement au cours de la description qui suit de divers agencements et formes de réalisation donnés à 'titre d'exemples, non limitatifs, et illustrés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels :
La fig.I est une vue en plan d'un four à bassin comportant application de l'invention;
La fig. 2 est une élévation en coupe suivant Il-II de la fig. I.
'La fig.3 est une vue en plan d'un four à bassin compor- tant plusieurs électrodes disposées conformément à l'invention.
La fig.4 est une élévation en coupe suivant IV - IV de la f ig. 3.
La fig. 5 est une élévation partielle en coupe d'une va- riante dans laquelle l'une des électrodes est constituée de plusieurs éléments disposés horizontalement.
La fig. 6 est une vue analogue dans laquelle les diffé- rents éléments de l'électrode sont disposés verticalement.
La fig.7 est une élévation partielle en coupe d'une autre variante dans laquelle les différentes électrodes sont dispo- sées les unes au-dessus des autres,
La fig.8 est une vue analogue d'un four comportant trois- électrodes reliées chacune à l'une des phases d'un courant triphasé.
La fig.9 est une élévation en coupe longitudinale d'un four comportant deux compartiments séparés par les électrodes elles-mêmes.
La fig.IO est une vue partielle analogue à la fig.9 d' une variante.
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La est la vue en plan correspondante.
La fig.12 représente en coupe transversale une autre forme d'exécution dans laquelle les électrodes sont disposées verti- calement,
La fig.13 est une élévation partielle en coupe suivant l' axe du bassin montrant une électrode surmontée d'une pièce for- mant barrage.
La fig.14 est une vue partielle en plan et en coupe d'un four comportant des électrodes protégées sur une partie de leur longueur par une gaine réfractaire.
Dans les figs.. I et 2 les parois de la cuve sont figurées en I, le verre en 2, les électrodes en 3. Celles-ci sont ici au nombre de deux; elles affectent la forme de barres cylindriques disposées transversalement au four et sont situées entre l'ori- fice d'enfournement 4 des matières premières et l'orifice de prélèvement du verre fini 5, de telle façon que toutes les par- ticules à fondre ou à élaborer passent dans une zone voisine de ces électrodes.
Les lignes suivies par le courant électrique sont figurées en 6.
Suivait l'invention, une ou chacune des électrodes peut re- revoir un diamètre tel que sa surface en contact avec le verre soit relativement petite par rapport à la section du courant de verre dansla partie du bassin comprise entre les deux élec- trodes, c'est-à-dire dans le cas de la figure représentée par rapport a lu section transversale du bassin en 7.
Par exemple, on u obtenu de bons résultats avec deux élec- trodes cylindriques ayant chacune une surface latérale égale au tiers de la section transversale du bassin en 7.
Il en résulte dans les zones voisines des électrodes,indi- quées par les traits pointillés 8, une concentration des lignes de courant, par suite le verre est porté à une plus haute ter:- pérature que dans la partie comprise entre ces zones. Dans les
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zones 8 elles-mêmes, la température est d'autant plus forte que le point considéré est plus proche de la surface de l'électrode et que cette surface est',-Plus réduite par rapport à la section transversale du bain entre les électrodes.
Un avantage particulier de la disposition réside dans le fait que pour une tension donnée, appliquée aux électrodes, l' intensité du courant n'est plus déterminée uniquement ou principa- lement par la résistance totale de la masse de verre comprise entre les zones qui entourent les électrodes, c'est-à-dire, en fait,par la distance qui sépare les électrodes. Dans le dispo- sitif suivant l'invention, cette intensité est au contraire liée, pour une grande partie, à la valeur de la surface des électrodes, la résistance offerte au passage du courant électrique au voi- sinage des électrodes étant d'autant plus grande que cette sur- face est plus petite.
On pourra donc, sans changer la distance qui sépare les électrodes, régler par la valeur de la surface des électrodes la résistance offerte par le four au passage du courant et adap- ter ainsi le four à toute tension industrielle donnée à priori, et produire dans le four, sans modifier cette tension, l'énergie que l'on,désire.
Le diamètre des électrodes sera d'autant plus petit que, pour une puissance donnée, la tension sera plus grande . En don- nant aux deux électrodes des diamètres de valeurs différentes, on a le moyen de répartir cette puissance d'une manière inégale entre les zones du verre qui avoisinent ces électrodes, ce qui, dans certains cas, peut être utile, par exemple si les électrodes sont situées dans des régions du four dans lesquelles les traite- ments à effectuer sur le verre sont différents,et demandent des températures différentes.
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Lrs figs. 3 et lE se rapportent à un four présentant un grand nombre d'électrodes 3, cylindriques èt horizontales,aux- quelles on a donné un diamètre suffisamment faible pour que les lignes de courant qui vont des unes aux autres soient plus res- serrées .au voisinage des électrodes que dans les parties du verre situées entre celles-ci,, 'Ces électrodes déterminent dans le verre adjacent des zones plus chaudes. Les électrodes étant réparties tout le long du trajetsuivi par le verre le long de l'axe longitudinal, on établit ainsi des zones qui s'étendent transversalement au four et qui, alternativement sont très chaudesou moins chaude s.
On remarquera que grâce à la disposition prévue par l'in- vention on peut obtenir une répartition de la chaleur qui rap- pelle, tout au moins en plan, celle que l'on réalise au'moyen de brûleurs dans les fours à bassin du type usuel pour la fabri- cation du verre de qualité. Dans ces fours, en effet, la flamme qui va d'un brûleur; à l'autre détermine dans le verre, à l' aplomb du parcours de ces flamme , des zones qui sont plus chaudes que les deux zones adjacentes situées hors du trajet de la flamme.
Dans le mode de réalisation représenté aux figs. 3 et 4 les électrodes sont placées près de la surface. Cette disposi- tion est avantageuse par le fait que les zones chaudes sont ainsi pl cées sur le trajet des éléments du bain qui sont les plus légers, c'est-à-dire le verre non élaboré, et qu'elles peu-- vent ainsi agir directement d'une manière très efficace sur ces matières; mais il est entendu que certaines des électrodes peu- vent être placées en profondeur, ce qui a l'avantage d'augmenter leur efficacité au point de vue des courants de convexion., qui peuventêtre avantageusement utilisés, par exemple pour le bras- sage du verre.
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Mais on peut aussi se servir de ces courants pour étendre l'action de la zone chaude. En particulier-, si l'on a en vue de faire agir les zones chaudes sur le verre de surface, il n'est pas indispensable de placer les électrodes à fleur même du ni- veau du bain, c'est-à-dire de supprimer toute possibilité de passage du verre au-dessus des électrodes. Il suffit que le verre qui est entré en contact avec l'électrode elle-même et le plus qui s'est/fortement chauffé puisse monter jusqu'à la surface du bain sans se refroidir notablement, c'est-à-dire puisse monter rapidement.
Par son contact avec le verre de surface il échauffe celui-ci. de phénomène est favorisé par certaines formes données à la section de l'électrode telles que la présence de flancs ver- ticaux très lisses, ainsi évidemment que par une profondeur rela- tivement faible de la couche de verre située au-dessus de l'élec- trode.
Dans le four représenté aux figs.3 et 4, les électrodes sont disposées transversalement au four. Cette disposition faci- lite l'obtention de zones chaudes qui s'étendent elles-mêmes transversalement au four et sont,par suite,aptes à agir sur la 'totalité du verre qui s'écoule à la surface du bain en se diri- geant de l'enfournement vers le compartiment d'utilisation.
Les électrodes lorsqu'elles sont placées'au voisinage de la surface peuvent être surmontées d'une pièce en matière réfrac- taire faisant saillie hors de la surface du bain de verre et formant ainsi barrage comme le montre la fig.13, dans laquelle l'électrode est désignée par 3 et la pièce réfractaire par 18.
On peut réaliser des zones chaudes ayant 'la même disposi- tion transversale'favorable, au moyen d'électrodes qui sont, par contre, disposées individuellement suivant le sens longitudinal du four. Il suffit, dans ce cas, de placer côte à côte un nombre suffisant de ces électrodes pour que les zones chaudes: de cha- cune d'elles se rejoignent et forment dans leur ensemble une
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zone suffisamment chaude allant d'un bord à l'autre du four.
Les figs. 5 et 6 sont relatives.à une forme de réalisa- tion d'une électrode caractérisée en ce que celle-ci, au lieu de se composer d'un seul élément, se compose de plusieurs éléments, de préférence parallèles, placés à proximité les uns des autres, ces éléments étant réunis au même potentiel, de manière à consti- tuer à proprement parler une seule électrode, L'avantage de cette électrode composite est que par rapport à une électrode unique de même surface, elle intéresse une plus grande partie du bain de verre.
Un autre avantage de ce type d'électrode est qu'elle se compose d'éléments qui peuvent être remplacés individuellement, sans avoir à interrompre complètement l'alimentation en courant de l'électrode elle-même, le four continuant à être alimenté avec les éléments de l'électrode qui sont restés en place.
Les différents éléments de l'électrode peuvent s'étendre soit dans un plan horizontal, fig.5,soit dans un plan vertical, fig. 6,.
En principe on peut se contenter de réunir ces éléments au même pôle de la source électrique.
Néanmoins, le trajet entre chacun de ces éléments 9 et la ou les autres électrodes telle que l'électrode 10 peut être dif- férent d'un élément à l'autre, ce qui entraîne un certain désé- quilibre entre les éléments. On peut y remédier facilement en créant un léger dévoltage dans l'alimentation d'un ou plusieurs des éléments.
On peut, également, disposer dans un même plan vertical des électrodes horizontales reliées chacune à un pôle différent de la source de telle sorte que le courant circule directement dans ce plan, d'une électrode à l'autre. Dans ce cas, qui est représenté schématiquement par la figo7,on voit que la section offerte au passage du courant entre les électrodes 11 est très
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grande puisqu'elle n'est limitée que par la section horizontale du bassin lui-même, de sorte que la concentration de chaleur autour de l'électrode est facile à réaliser sans qu'il soit néces- saire de diminuer de beaucoup le diamètre de celle-ci.
La fig. 8 se rapporte à un four alimenté en courant triphasé ; à cet effet, il présente trois électrodes 12 disposées par exem- ple suivant un même plan horizontal, en l'espèce un plan voisin de la surface du bain. Par suite de l'inégalité de longueur du'. des .
parcours entre les électrodes extrêmes et parcours entre l' électrode intermédiaire et ces dernières, il y aurait un désé- quilibre entre les trois phases., si l'on se contentait d'employer trois électrodes identiques .'On'peut rétablir l'équilibre entre les phases en donnant à l'électrode centrale 12 une surface de contact avec le verre plus faible que pour les autres, de manière à augmenter la ré- sistance du circuit qui aboutit à cette électrode centrale.
Une zone plus chaude sera a'insi créée au voisinage'de cette élec- trode qui peut être utilisée pour satisfaire aux buts de l'inven- tion. Il s'en suit qu'une alimentation triphasée est non seule- ment possible, mais avantageuse dans le système de l'invention.
Dans le dispositif représenté à la fig.8 on a supposé que les électrodes avaient la même longueur et par suite, il a suffi d' employer pour l'électrode médiane une électrode de plus faible diamètre que pour les autres,
La fig.9 est relative 'à un four dans lequel les électrodes du type superposé, telles qu'elles sont représentées aux figs. 6 et 7, sont utilisées dans un but particulier: celui de s'opposer à l'établissement de courants de verre horizontaux entre un com- partiment et l'autre du bassin.
On sait, en effet, que par suite des différences de tempé- rature qui règnent entre le compartiment de ,travail,ou même le compartiment d'affinage, et le compartiment de fusion, des cou- rants d'origine thermique s'établissent entre ces différents com-
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compartiments. Ces courants ont l'inconvénient de mélanger du verre déjà affiné à du verre qui ne l'est pas'et inversement.
Ils portent, en outre, préjudice: soit au chauffage, en ce qui concerne le compartiment de fusion, soit au refroidissement du verre, en ce qui concerne le compartiment de travail.
Pour s'opposer à ces courants, il est d'usage, dans les fours connus, de disposer des barrages matériels en réfractaires, entre les différents compartiments. ( Ce remède à l'inconvénient de créer des parois additionnelles dans le bain lui-même et par suite d'introduire des influences peu favorables pour l'homogé- néité et la pureté du verre).
Selon la présente invention, on fait obstacle à la propaga- tion des courants d'un compartiment à l'autre en disposant trans- versalement au four et à la limite qui sépare les deux comparti- ments, un barrage constitué par des électrodes 13, de préférence horizontales, disposées les unes au-dessus des autres, de manière à former une grille verticale. Les électrodes sont utilisées pour amener le courant dans le verre: soit d'un élément à l'autre, soit pour faire passer un courant -de l'ensemble des électrodes super- posées à une autre électrode 14 ou 15 dite auxiliaire. Dans l'un et l'autre cas, si l'on s'arrange pour que l'énergie développée par le courant soit concentrée autour des électrodes 13, on pour- ra réaliser une sorte de grille verticale chaude qui donnera nais- sance à des courants ascendants intenses.
Les courants horizon- taux qui tendent donc à s'établir d'un compartiment à un autre sont déviés verticalement par cet effet thermique et ne peuvent s'établir, ou du moins sont fortement réduits.
Dans cette disposition, l'effet des courants ascendants, c'est-à-dire l'interruption des courants horizontaux est facilité par le fait que l'ensemble des électrodes constitue lui-même un obstacle matériel qui réduit les sections de passage du four dans le sens horizontal; mais la présence de cet obstacle n'est pas un inconvénient comme l'est l'obstacle constitué à la manière habituel-
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le par'des éléments réfractaires généralement refroidis.
Dans -certains cas, on trouvera quelques avantages à associer les obstacles du type connu au mur thermique constitué suivant l'invention. Les figs.IO et Il donnent un exemple d'une telle réalisation. Le mur thermique 16 est disposé dans un resserre- ment de la cuve, entre les deux compartiments à isoler.'
On peut, dans certains cas, se contenter d'avoir entre les deux compartiments une seule électrode horizontale,'placée trans- versalement au bassin.
Dans ce cas, on placera l'électrode de préférence au voisi- nage du fond de la cuve, de manière à ce qu'elle intervienne par sa présence en tant qu'obstacle matériel pour arrêter le courant qui tend à s'établir dans le fond de la cuve, d'une zone à l' autre, et qu'en outre elle soit placée dans une position qui est fàvorable à la formation des courants ascendants.
On remarquera que l'obstacle ainsi créé par des électrodes immergées dans le verre, présente l'avantage que'son efficacité peut être réglée par l'intensité du courant qu'on y établit.Il est des circonstances où l'on désire donner libre cours aux cou- rants d'échange entre les compartiments de.fusion et ceux de re- pos; un tel objectif sera atteint sans changer la disposition du barrage, mais simplement en interrompant le passage du courant dans les électrodes.
Dans les différents modes de réalisation que l'on vient de décrire on a représenté des électrodes du type horizontal qui passent au travers des parois. Il a été dit que l'invention était réalisable au moyen d'électrodes horizontales disposées suivant l'axe longitudinal. Il doit être compris également que les élec- trodes peuvent être verticales comme le montre la fig.12.
Les électrodes ou certaines d'entre elles peuvent égale- ment être protégées sur une certaine longueur par une chemise réfractaire 17, comme lé montre la fig. 14 qui est une vue
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partielle en plan du bassin.,
D'une manière générale, les électrodes sont utilisées en raison de la zone chaude développée dans le verre qui les en- toure et leur position est, par suite, fonction de celle que l'on veut donner à cette zone chaude dans le bain.
Elles peuvent donc prendre toute position voulue'o
L'invention, dans son ensemble, est particulièrement appli. cable aux fours à bassin dans lesquels tout le chauffage du ve: e est réalisé au.moyen du courant électrique apporté dans le veri par des électrodes répondant à l'invention ; mais il va de soi@ l'invention est applicable également aux fours dans lesquels d' autres moyens de chauffage sont utilisés.
C'est ainsi qu'on peut, conjointement au chauffage électrique, employer un chauffage au gaz. On peut, dans d'autres cas, réaliser le chauffage du four à la manière ordinaire, par desflammes, et utiliser un dispositif à électrodes immergées pour réaliser un obstacle perfectionné aux mouvements du verre d'un compartiment à l'autre. On pourra, également, tout en restant dans l'esprit de l'invention, réaliser le chauffage du bassin au moyen d'électrides répondant à l'invention, associées à des électrodes du type cornu, c'est-à-dire à grande surface, et ne donnant pas lieu, dans la zone qui entoure l'électrode, à une concentration de chaleur qui est une caractéristique de la présente invention.
Une disposition avantageuse consistera par exemple à combiner avec des zones chaudes réalisées dans la masse du verre, notam-
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1'10nt un vui>3imr<igo zin na CJl.1r:f'¯l(0, uol on la présente invention, pur passage de courant électrique dans cette masse, des moyens de chauffage disposés au-dessus du bain' et à l'aplomb des zones chaudes ci-dessus.
Ces moyens additionnels peuvent être, par exemple, une flamme de brûleurs gaz ou des résistors électriques formant une nappe au-dessus du bain ; peut constituer ainsi des zones localisées
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où le verre de surface est chauffé d'une manière intense.
Il est également prévu, selon l'invention, qu'on peut ac- d'une croître la concentration de chaleur dans le voisinage l'élec- trode en superposant au courant qui pénètre dans cette électrode pour passer'dans le verre un courant qui traverse l'électrode de bout en bout et chauffe celle-ci à la manière d'une résistance or- dinaire, ou résistor.
Dans le cas où l'on constitue au moyen d'une ou d'électrodes un obstacle ou une grille verticale à barreaux horizontaux pour s'opposer aux échanges de courants horizontaux, on pourra utili- ser cet obstacle ou grille soit comme il est défini plus haut, soit en faisant passer conjointement dans les barreaux un courant à la manière de résistors, soit encore en n'utilisant que cette dernière possibilité des électrodes.
L'invention, dans tout son ensemble, est réalisable avec des électrodes de toute matière appropriée ( graphite, métal,etc.).
La matière utilisée pourra d'ailleurs ne pas être semblable tout le long du four, mais pourra être différente selon que l'é- lectrode traverse le compartiment de fusion, le compartiment d'af- finage,'ou le compartiment de repos.
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REVENDICATIONS.
Résumé L - Procédé pour la fusion ou le conditionnement du verre Revendications 1,2,3 et 13. ans les fours, en particulier à bassin, chauffés totalement ou partiellement par effet Joule, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs des électrodes par lesquelles le courant électrique est introduit dans le verre sont placées dans le courant de verre qui circule entre le compartiment où l'on enfourne les matières à fondre et le compartiment où la matière fondue est extraite.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS IN THE FUSION AND PACKAGING OF GLASS BY JOULE EFFECT.
The present invention relates to the melting and conditioning of glass in furnaces, in particular so-called tank furnaces, in which the heating of the glass is carried out, totally or partially by passing an electric current through the mass of the glass. glass.'
Its main purpose is to achieve a heating mode of this kind making it possible to obtain, using the energy developed within the glass itself, a glass of very good quality, that is to say perfectly. refined and homogeneous, this result being, moreover, acquired with a lower energy consumption than that
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observed in previous attempts to obtain a well-refined glass by electric fusion.
It is also intended to condition certain other factors in the production of glass, in particular the distribution of the temperature of the glass at different points of the furnace or basin, or of the currents which tend to be established between different parts of this furnace or basin. .
The production of high quality glass requires that the mass of glass passes at a given moment in its manufacture through a high degree of temperature; on the other hand, both for the quality of the glass produced and for reducing energy consumption, the glass should only be heated to this high temperature for a period of time just sufficient to bring the mass of glass to the desired degree of fluidity for its ripening.
In the prior process, the Joule effect heating was carried out so as to bring to a substantially uniform temperature all the mass of glass situated between electrodes placed outside the glass stream flowing from the charging point. up to the operating compartment.
Because of this, with this. process., one can only with difficulty, on the one hand, give the glass a sufficiently high degree of temperature, and on the other hand communicate this degree of temperature to it for a period which does not exceed that which is suitable.
According to the invention, the passage of the current in the glass is ensured in such a way that the heat produced by this current, instead of being generated in a substantially uniform manner throughout the mass of glass, is at on the contrary, concentrated in certain zones or zones delimited this or in relation to the whole of this mass. '/ these sons can receive any desired shape and can be made to occupy in the mass of glass any desired location,
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According to another characteristic of the invention, one or more zones as defined in the preceding paragraph is, or are arranged such that during its movement of displacement from the charging of the raw materials to the compartment of use,
all the glass is brought to pass through this or these zone or zones and to stay there for the necessary time.
In this way we can obtain a quality glass by bringing the glass at the desired time of its production and for the necessary time, at a much higher temperature degree than in the known processes and this for the same amount of total energy released. by the current. In addition, because of the rapidity with which this quality glass is produced, it is possible to obtain it with an expenditure of energy which is, as a whole, less than that of the previous processes.
According to a preferred embodiment of the invention, recourse is had to carry out the heating to one or more electrodes placed in the current of glass flowing between the charging station and the working compartment.
According to another characteristic of this embodiment, the contact surface with the glass of one or more of these electrodes is chosen to be of a sufficiently low value compared to the section of the glass current between the electrodes, so that the density of the lines of electric current in the glass is greater in the region adjacent to this or these electrode or electrodes than in the portion between this or these electrode or electrodes and other electrodes.
In this way the energy released per unit volume of the glass', and consequently the temperature of the latter, will be greater in the zone which surrounds this or these electrode (s) than in the parts which are more distant from it. thus, for the part of the bath which is located in the vicinity of the said electrode (s), a hot zone corresponding to the invention.
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The embodiment of a hot zone which has just been indicated is particularly advantageous, because it makes it possible to easily adjust the degree of heat concentration and therefore the degree of temperature in this zone, giving the contact surface of the electrode (s) with the glass to the appropriate low enough value.
It will be observed that a hot zone as above is in direct relation with the said electrode (s) and it is therefore easy to give this zone the shape and the location in the bath which is desired; in fact, it will suffice for this to use one or more electrodes of the desired shape and to place them in the place of the bath where it is desired to produce a hot zone.
The position of such a hot zone is thus practically independent of the general shape of the furnace or basin and it is possible in any case to arrange such that all the mass of glass being produced passes through such a zone in its flow from the charging to the outlet of the oven.
Also, the temperature distribution of the glass at the various points of the furnace or basin can be easily adjusted by a judicious choice of the locations and the conditioning of the electrodes, the position and characteristics of which can, moreover, be changed as desired, in particular as easily, if not more so than if one operated with gas or oil burners movable above the bath.
In addition, said electrodes provide a simple means of controlling or preventing certain currents which. tend to be established, in particular between the working compartment, or even the refining compartment, and the melting compartment, by creating thanks to them, at the limits of these compartments, either mechanical obstacles or movements of the glass which s 'more or less completely oppose the propagation of the so-called
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compartment to compartment; they can also serve to generate convection currents in the glass suitable for homogenizing it.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly in the course of the following description of various arrangements and embodiments given by way of non-limiting examples and illustrated schematically in the accompanying drawings, in which :
Fig.I is a plan view of a basin oven comprising application of the invention;
Fig. 2 is a sectional elevation along II-II of FIG. I.
Fig. 3 is a plan view of a basin oven having a plurality of electrodes arranged in accordance with the invention.
Fig. 4 is a sectional elevation along IV - IV of f ig. 3.
Fig. 5 is a partial sectional elevation of a variant in which one of the electrodes consists of several elements arranged horizontally.
Fig. 6 is a similar view in which the various elements of the electrode are arranged vertically.
Fig. 7 is a partial sectional elevation of another variant in which the different electrodes are arranged one above the other,
FIG. 8 is a similar view of a furnace comprising three electrodes each connected to one of the phases of a three-phase current.
FIG. 9 is an elevation in longitudinal section of a furnace comprising two compartments separated by the electrodes themselves.
The fig.IO is a partial view similar to fig.9 of a variant.
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The is the corresponding plan view.
Fig. 12 shows in cross section another embodiment in which the electrodes are arranged vertically,
FIG. 13 is a partial elevation in section along the axis of the basin showing an electrode surmounted by a part forming a barrier.
FIG. 14 is a partial plan view in section of a furnace comprising electrodes protected over part of their length by a refractory sheath.
In figs .. I and 2 the walls of the tank are shown in I, the glass in 2, the electrodes in 3. These are here two in number; they take the form of cylindrical bars arranged transversely to the furnace and are situated between the charging opening 4 of the raw materials and the sampling opening of the finished glass 5, so that all the particles to be melted or to be developed pass into a zone close to these electrodes.
The lines followed by the electric current are shown in 6.
Following the invention, one or each of the electrodes can review a diameter such that its surface in contact with the glass is relatively small compared to the section of the glass stream in the part of the basin between the two electrodes, ie 'That is to say in the case of the figure shown with respect to the cross section of the pelvis at 7.
For example, good results have been obtained with two cylindrical electrodes each having a lateral area equal to one third of the cross section of the pelvis at 7.
This results in the areas adjacent to the electrodes, indicated by the dotted lines 8, in a concentration of the current lines, as a result the glass is taken to a higher temperature than in the part between these areas. In the
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zones 8 themselves, the temperature is all the higher as the point considered is closer to the surface of the electrode and that this surface is', - More reduced compared to the cross section of the bath between the electrodes.
A particular advantage of the arrangement lies in the fact that for a given voltage, applied to the electrodes, the intensity of the current is no longer determined solely or mainly by the total resistance of the mass of glass included between the surrounding zones. the electrodes, that is to say, in fact, by the distance between the electrodes. In the device according to the invention, this intensity is on the contrary linked, for a large part, to the value of the surface area of the electrodes, the resistance offered to the passage of electric current in the vicinity of the electrodes being all the more large as this area is smaller.
It is therefore possible, without changing the distance which separates the electrodes, to adjust by the value of the surface of the electrodes the resistance offered by the furnace to the passage of the current and thus to adapt the furnace to any industrial voltage given a priori, and to produce in the oven, without modifying this tension, the energy that we desire.
The diameter of the electrodes will be all the smaller as, for a given power, the voltage will be greater. By giving the two electrodes diameters of different values, we have the means of distributing this power unevenly between the areas of the glass which adjoin these electrodes, which, in certain cases, can be useful, for example if the electrodes are located in regions of the furnace in which the treatments to be carried out on the glass are different, and require different temperatures.
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Lrs figs. 3 and 1E relate to a furnace having a large number of electrodes 3, cylindrical and horizontal, which have been given a diameter small enough so that the current lines which go from one to the other are tighter. in the vicinity of the electrodes than in the parts of the glass situated between them, 'These electrodes determine hotter zones in the adjacent glass. The electrodes being distributed along the path followed by the glass along the longitudinal axis, zones are thus established which extend transversely to the furnace and which, alternately are very hot or less hot.
It will be noted that by virtue of the arrangement provided for by the invention, it is possible to obtain a distribution of heat which, at least in plan, recalls that which is achieved by means of burners in the basin ovens of the tank. standard type for the manufacture of quality glass. In these ovens, in fact, the flame which goes from a burner; to the other determines in the glass, in line with the path of these flames, areas which are hotter than the two adjacent areas located outside the path of the flame.
In the embodiment shown in Figs. 3 and 4 the electrodes are placed close to the surface. This arrangement is advantageous in that the hot zones are thus placed in the path of the elements of the bath which are the lightest, that is to say the unfinished glass, and that they can thus act directly in a very effective manner on these matters; but it is understood that some of the electrodes can be placed in depth, which has the advantage of increasing their efficiency from the point of view of convection currents., which can be advantageously used, for example for the soldering of heat. glass.
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But we can also use these currents to extend the action of the hot zone. In particular, if the aim is to make the hot zones act on the surface glass, it is not essential to place the electrodes flush with the bath level, that is to say eliminate any possibility of the glass passing over the electrodes. It is sufficient that the glass which has come into contact with the electrode itself and the most which has / strongly heated can rise to the surface of the bath without cooling noticeably, that is to say can rise quickly.
By its contact with the surface glass, it heats the latter. This phenomenon is favored by certain shapes given to the section of the electrode such as the presence of very smooth vertical sides, as well as obviously by a relatively shallow depth of the glass layer located above the elec- trode. - trode.
In the oven shown in Figs.3 and 4, the electrodes are arranged transversely to the oven. This arrangement makes it easier to obtain hot zones which themselves extend transversely to the furnace and are, therefore, able to act on all of the glass which flows on the surface of the bath as it moves towards from the charging station to the use compartment.
The electrodes when placed in the vicinity of the surface may be surmounted by a piece of refractory material protruding from the surface of the glass bath and thus forming a barrier as shown in fig. 13, in which the The electrode is designated by 3 and the refractory part by 18.
Hot zones can be produced having the same favorable transverse arrangement by means of electrodes which are, on the other hand, individually arranged along the longitudinal direction of the oven. In this case, it suffices to place a sufficient number of these electrodes side by side so that the hot zones: of each of them join together and form as a whole a
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sufficiently hot area going from one side of the oven to the other.
Figs. 5 and 6 relate to an embodiment of an electrode characterized in that the latter, instead of consisting of a single element, consists of several elements, preferably parallel, placed close to the from each other, these elements being united at the same potential, so as to constitute, strictly speaking, a single electrode. The advantage of this composite electrode is that compared to a single electrode with the same surface, it concerns a greater part of the glass bath.
Another advantage of this type of electrode is that it consists of elements that can be replaced individually, without having to completely interrupt the current supply to the electrode itself, the furnace continuing to be supplied with the parts of the electrode that have remained in place.
The various elements of the electrode can extend either in a horizontal plane, fig. 5, or in a vertical plane, fig. 6 ,.
In principle, we can be satisfied with bringing these elements together at the same pole of the electrical source.
However, the path between each of these elements 9 and the other electrode (s) such as electrode 10 may be different from element to element, resulting in some imbalance between the elements. This can be easily remedied by creating a slight devoltage in the supply of one or more of the elements.
It is also possible to have horizontal electrodes each connected to a different pole of the source in the same vertical plane, so that the current flows directly in this plane, from one electrode to the other. In this case, which is shown schematically by figo7, it can be seen that the section offered to the passage of the current between the electrodes 11 is very
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large since it is limited only by the horizontal section of the basin itself, so that the concentration of heat around the electrode is easy to achieve without the need to greatly reduce the diameter of the electrode. this one.
Fig. 8 relates to a furnace supplied with three-phase current; for this purpose, it has three electrodes 12 arranged for example along the same horizontal plane, in this case a plane close to the surface of the bath. As a result of the length inequality of '. of.
path between the end electrodes and path between the intermediate electrode and the latter, there would be an imbalance between the three phases., if one were content to use three identical electrodes. "One" can re-establish the equilibrium. between the phases, giving the central electrode 12 a smaller contact surface with the glass than for the others, so as to increase the resistance of the circuit which leads to this central electrode.
A warmer zone will thus be created in the vicinity of this electrode which can be used to satisfy the purposes of the invention. It follows that a three-phase supply is not only possible, but advantageous in the system of the invention.
In the device shown in fig. 8, it was assumed that the electrodes had the same length and therefore, it was sufficient to use for the middle electrode an electrode of smaller diameter than for the others,
FIG. 9 relates to a furnace in which the electrodes of the superimposed type, as shown in FIGS. 6 and 7, are used for a particular purpose: that of opposing the establishment of horizontal glass currents between one compartment and the other of the basin.
We know, in fact, that as a result of the temperature differences which prevail between the working compartment, or even the refining compartment, and the melting compartment, currents of thermal origin are established between these different com-
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compartments. These streams have the drawback of mixing glass which is already refined with glass which is not, and vice versa.
They are also detrimental: either to the heating, as regards the melting compartment, or to the cooling of the glass, as regards the working compartment.
To oppose these currents, it is customary, in known furnaces, to have material dams in refractory material, between the different compartments. (This remedy has the disadvantage of creating additional walls in the bath itself and consequently of introducing influences which are not very favorable for the homogeneity and the purity of the glass).
According to the present invention, the propagation of currents from one compartment to another is obstructed by placing transversely in the oven and at the limit which separates the two compartments, a barrier formed by electrodes 13, preferably horizontal, arranged one above the other, so as to form a vertical grid. The electrodes are used to bring the current in the glass: either from one element to another, or to pass a current - from all the electrodes superimposed on another electrode 14 or 15 called auxiliary. In either case, if we arrange for the energy developed by the current to be concentrated around the electrodes 13, we will be able to produce a sort of hot vertical grid which will give rise to intense updrafts.
The horizontal currents which therefore tend to establish themselves from one compartment to another are deflected vertically by this thermal effect and cannot be established, or at least are greatly reduced.
In this arrangement, the effect of the updrafts, that is to say the interruption of the horizontal currents is facilitated by the fact that the set of electrodes itself constitutes a material obstacle which reduces the passage sections of the furnace. in the horizontal direction; but the presence of this obstacle is not a disadvantage as is the obstacle constituted in the usual way.
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the par'des refractory elements generally cooled.
In some cases, some advantages will be found in associating obstacles of the known type with the thermal wall formed according to the invention. Figs.IO and Il give an example of such an achievement. The thermal wall 16 is placed in a recess of the tank, between the two compartments to be insulated.
In certain cases, it is possible to be satisfied with having between the two compartments a single horizontal electrode, placed transversely to the basin.
In this case, the electrode will preferably be placed near the bottom of the tank, so that it intervenes by its presence as a material obstacle to stop the current which tends to be established in the tank. bottom of the tank, from one zone to another, and that in addition it is placed in a position which is favorable to the formation of updrafts.
It will be noted that the obstacle thus created by electrodes immersed in the glass has the advantage that its efficiency can be regulated by the intensity of the current established therein. There are circumstances in which it is desired to give free rein. exchange currents between the fusion compartments and the rest compartments; such an objective will be achieved without changing the arrangement of the dam, but simply by interrupting the flow of current through the electrodes.
In the various embodiments which have just been described, horizontal type electrodes have been shown which pass through the walls. It has been said that the invention was achievable by means of horizontal electrodes arranged along the longitudinal axis. It should also be understood that the electrodes can be vertical as shown in fig.12.
The electrodes or some of them can also be protected over a certain length by a refractory jacket 17, as shown in FIG. 14 which is a view
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partial in plan of the pelvis.,
In general, the electrodes are used because of the hot zone developed in the glass which surrounds them and their position is, therefore, a function of that which one wishes to give to this hot zone in the bath.
They can therefore take any position they want'o
The invention, as a whole, is particularly applicable. cable to basin ovens in which all the heating of the ve: e is carried out au.moyen of the electric current brought into the veri by electrodes corresponding to the invention; but it goes without saying @ the invention is also applicable to ovens in which other heating means are used.
Thus, together with electric heating, gas heating can be used. In other cases, it is possible to heat the oven in the ordinary way, by means of flames, and to use a device with submerged electrodes to provide an improved obstacle to the movements of the glass from one compartment to another. It is also possible, while remaining in the spirit of the invention, to heat the pool by means of electrids corresponding to the invention, associated with electrodes of the horn type, that is to say with large surface, and not giving rise, in the area surrounding the electrode, to a concentration of heat which is a characteristic of the present invention.
An advantageous arrangement will consist, for example, of combining with hot zones produced in the mass of the glass, in particular
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1'10nt un vui> 3imr <igo zin na CJl.1r: f'¯l (0, uol on the present invention, pure passage of electric current in this mass, the heating means arranged above the bath 'and plumb with hot areas above.
These additional means can be, for example, a flame of gas burners or electrical resistors forming a sheet above the bath; can thus constitute localized zones
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where the surface glass is heated in an intense way.
It is also provided, according to the invention, that it is possible to increase the concentration of heat in the vicinity of the electrode by superimposing on the current which enters this electrode to pass through the glass a current which. crosses the electrode from end to end and heats it in the manner of an ordinary resistor, or resistor.
If, by means of one or more electrodes, an obstacle or a vertical grid with horizontal bars is formed to oppose the exchanges of horizontal currents, this obstacle or grid can be used either as it is defined. above, either by causing a current to pass jointly through the bars in the manner of resistors, or even by using only the latter possibility of the electrodes.
The invention, as a whole, is achievable with electrodes of any suitable material (graphite, metal, etc.).
The material used may moreover not be similar throughout the furnace, but may be different depending on whether the electrode passes through the melting compartment, the refining compartment, or the rest compartment.
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CLAIMS.
Summary L - Process for melting or conditioning glass Claims 1, 2, 3 and 13. In furnaces, in particular basin furnaces, totally or partially heated by the Joule effect, characterized by the fact that one or more of the electrodes by which the electric current is introduced into the glass are placed in the glass current which circulates between the compartment where the material to be melted is placed in and the compartment where the molten material is extracted.
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