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PLRFtC'l'ION.Nët;NTS AUX FOURS L;CTHIQUS Di FUSION DESTINES NOTAMMENT A LA FABRICATION DU VERRE.
La présente invention est relative aux fours à bassin, destinés à la fusion de matières plus ou moins pulvérulentes, notamment à la fabrication du verre, dans lesquels le chauffage de la matière est effectué en faisant passer un courant électrique au travers de la masse fondue. Elle se réfère plus particulière-- ment aux procédés suivant lesquels les électrodes par lesquelles le courant électrique est introduit dans le verre sont placées dans le courant de matières, en particulier de verre, qui circule entre le compartiment où l'on enfourne les matières à fondre et le compartiment où la matière fondue est extraite, de manière à créer des zones chaudes sur le trajet de ces matières .
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Il est décrit dans le brevet belge n 423.166, du 14 août 1937 par la Demanderesse comment la ou les zones chaudes néces- saires en vue d'une opération convenable peuvent être obtenues en plaçant les électrodes dans des positions relativement rappro- chées par rapport à la longueur totale du bassin ou en donnant à ces électrodes une'surface relativement petite par rapport à la section transversale du bain entre elles.
Dans les fours du type de ceux traitant des matières plus ou moins pulvérulentes destinées à être fondues en une masse homogène, les diverses zones chaudes rencontrées par les matières au cours de leur fusion ne traitent évidemment pas des matières identiques comme état, celles situées près de l'enfournement ayant à traiter des produits plus légers que le reste du bain, hétérogènes, et en général plus'ou moins opaques aux rayons calorifiques, alors que les zones chaudes ultérieures agissent sur des matières, notamment du verre à l'état à peu près homogène et presque transparent. Il en résulte que la ou les premières zones chaudes ont, à puissance dissipée égale, une étendue d'action en profondeur sur les matières à traiter beaucoup plus limitée que les suivantes.
Comme, en particulier dans le cas du verre, les matières premières à fondre, ainsi qu'il a déjà été dit, sont plus légères que le verre et comme, d'autre part, il est essentiel en vue de la production d'un verre homogène de vitrifier ces matières aussi vite que possible et en tout cas avant qu'elles ne se soient propagées dans le bain de verre, on cherche à ce que la température élevée nécessaire à cette fusion soit développée dans la partie voisine de la surface du bain-on est donc amené à placer le plus près possible de cette surface la ou les électrodes du compartiment où s'effectue la fusion, la ou les zones chaudes correspondantes ayant une efficacité maximum sur lesdites matières qui ne quittent alors ce comparti- ment qu'après avoir été complètement fondues.
Il peut résulter de cette disposition près de la surface du bain de la ou des électrodes de fusion que.l'obstacle matériel
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ainsi opposé au passage des matières en élaboration vers;le compartiment où s'affine le verre diminue la capacité de fusion du four. La partie fusion ne traite pas tout ce que la partie affinage pourrait absorber et le débit du four s'en trouve limité.
Afin de rétablir la dite capacité de fusion du four on a été amené à disposer, dans le compartiment où s'effectue la fusion, des électrodes successives créant des zones de fusion successives placées assez profondément pour ne pas présenter un obstacle trop important au courant de matières en fusion; les matières non fondues traversant la première zone de fusion sont fondues dans les zones de fusion suivantes.
La présente invention fait appel à un autre moyen particu- lièrement avantageux au point de vue rendement du four pour effectuer une fusion convenable des matières enfournées sans diminuer la capacité de fusion du four.
Elle consiste à donner à la zone chaude qui concoure à la fusion des matièros, en principe la première zone chaude rencon- trée par les matières à fondre, une largeur plus grande que la largeur du flot de matière fondue dans tout ou partie de la zone où celle-ci s'affine.
Ceci est obtenu, conformément à l'invention, par le fait que la ou les électrodes créant cette zone chaude est ou sont dispo- sées de manière à occuper une zone dont le développement, dans le sens de la largeur du courant de matières, est plus important que celui de la zone occupée par la ou les électrodes rencontrées ultérieurement par ce courant, notamment la ou les électrodes situées dans la zone d'affinage.
Il est possible ainsi de placer très près de la surface du bain la ou les électrodes qui créent la dite zone chaude concou- rant à la fusion, dans des conditions où leur efficacité sur les matières a fondre est maximum, notamment par suite de leur effet de retenue mécanique sur ces matières. Cette efficacité est d'au- tant mieux assurée que, comme c'est généralement le cas, c'est une motte de matière enfournée, et par conséquent compacte, qui vient heurter la ou les électrodes de la dite zone.
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Dans la partie du bain où agissent les zones chaudes d'affi- nage, le bain est partout à l'état fondu et ses diverses parties présentent entre elles des écarts de densité relativement faibles, en tous cas beaucoup plus faibles que ceux existant dans la zone de fusion entre le bain fondu et la matière non fondue. Il en résulte que les courants de convection dans la zone d'affinage et notamment au droit de chacune des zones chaudes d'affinage, parviennent aisément à amener dans cette zone chaude de la matiè- re fondue, en particulier du verre, provenant de tous les nivea aussi bien de la surface que du fond, et la matière à affiner n'est pas localisée, comme dans le cas de la fusion, à une couche de faible épaisseur.
L'action des zones d'affinage s'étend donc en profondeur ce qui permet de donner au four une largeur moins grande dans les zones d'affinage que dans les zones de fusion sans diminuer la capacité d'affinage par rapport à celle de fusion. On obtient donc dans un four suivant l'invention l'avan tage de réduire les dimensions transversales du four et les pertes de chaleur par la voûte et la sole.
En résumé l'invention permet de réaliser un four avantageux par le fait qu'il est parfaitement équilibré en ce sens que la zone de fusion est capable de fondre toute la quantité de matiè- re que la zone d'affinage peut traiter, d'où utilisation conve- nable des calories et possibilité d'avoir un four dont toutes les parties travaillent en consommant un minimum de calories.
Ces avantages,insi que d!autres caractéristiques, appa- raitront d'ailleurs clairement dans la suite de la description relative à différents fours suivant l'invention donnés simple.- ment à titre d'exemple, l'invention n'étant bien entendu pas limitée aux fours ne comportant qu'une zone chaude créée par une ou plusieurs électrodes placées dans le compartiment où s'effectue la fusion, mais s'applique également aux fours où sont créées, dans ce compartiment, deux ou plusieurs zones chaudes successives.
Dans la description donnée ci-après, on se réfère aux dessins ci-joints, et plus spécialement à la fabrication du
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verre, les dessina montrent:
Figures 1 et 2 des vues, respectivement en plan et en élévation, d'une première forme d'exécution d'un four suivant 1'invention}
Figures 3 et 4 des vues respectivement en plan et en éléva- tion en coupe, d'une seconde forme d'exécution d'un four suivant l'invention;
Figures 5 et 6 des vues respectivement en plan et en élévation en coupe, d'une troisième forme de réalisation;
Figure 7 une vue en plan d'une quatrième forme de réalisa- tion.
Dans la forme d'exécution représentée sur les figures 1 et 2, 1 représente le four à bassin dans lequel la matière à traiter est introduite par les orifices de chargement 2 et la matière élaborée est extraite par l'ouvreau 3. Dans son cheminement entre les orifices de chargement 2 et l'ouvreau 3, la matière 4 rencon- tre une zone chaude de fusion 5 obtenue par des électrodes horizontales 6 et 6a reliées chacune à un pôle d'une source de courant électrique. Cette zone chaude de fusion est composée par une gaine entourant les électrodes et par la partie du bain comprise entre elles.
Après avoir traversé ladite zone chaude, la matière fondue parcourt l'espace 7 compris entre la zone chaude 5 et la zone d'affinage représentée sur le dessin en 8, réalisée dans le verre d'une manière analogue à celle dont est réalisée la zone 5, c'est- à-aire au moyen de deux électrodes 9 et 9a reliées chacune à un pôle d'une source de courant électrique. Sur le dessin on a repré- senté une seule zone d'affinage 8, mais il est bien entendu qu'il peut y en avoir plusieurs.
Conformément à l'invention, les électrodes 6-6a engendrant la zone de fusion occupent une zone dontle développement suivant la largeur du courant de matières est plus important que celui de la zone occupée par les électrodes 9-9a engendrant la zone d'affinage
8.
Par suite du développement plus grand, la section de passage
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offerte aux matières en cours de fusion, 4, dans cette zone chaude et notamment au droit de chaque électrode, se.trouve avoir une valeur telle que ces matières ont une vitesse suffit ment faible pour être traitées convenablement tout en ayant un débit total suffisant pour ne pas ralentir le débit de verre dans les parties du four qui suivent et ne pas diminuer ainsi 'la capacité de production dudit four.
Comme représenté les électrodes 6 et 6a de fusion sont disposées près de la surface du bain, tandis que les électrodes d'affinage 9 et 9a peuvent être placées, si on le désire, à un niveau inférieur. Les électrodes de fusion peuvent être constitu@ ées chacune en deux parties reliées l'une et l'autre au même pôle de la source de courant.
Dans la forme d'exécution représentée figures 3 et 4,, les mêmes références désignent les marnes éléments que ceux de la forme d'exécution qui vient d'être décrite. Les matières enfour- nées rencontrent d'abord une zone chaude produite autour d'une seule électrode horizontale 6 en donnant à cette électrode, ainsi qu'il a déjà été indiqué, une surface de dimensions rédui- tes par rapport à la section transversale du bain après cette électrode.
Après avoir traversé la zone de fusion et .1' espace 7, la matière fondue pénètre dans la zone d'affinage 8.
Conformément à l'invention, la longueur utile de l'électro- de 6 créant la zone de fusion est plus importante que celle de l'électrode 9 de la zone d'affinage.
L'électrode de fusion 6 est disposée près de la surface du bain, l'électrode d'affinage 9 pouvant elle-même, comme repré- senté, être placée à un niveau plus bas.
Dans les figures 5. et 6, où les mêmes éléments que ceux précédemment décrits sont désignes par les mêmes références, le ralentissement opposé à l'acheminement de matières enfournées et les zones chaudes que l'on désire créer pour la fusion et l'affinage sont réalisés par des électrodes constituées par des éléments verticaux 6', 9' plongeant dans le bain et par la
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juxtaposition des zones chaudes élémentaires 5' et 8' engendrées par ces éléments.
Les éléments 6' pénè tr ent à une faible profondeur dans le bain, les éléments 9' peuvent pénétrer plus profondément dans le bain, le taux de concentration d'énergie au voisinage de chaque électrode étant facilement réglé par la profondeur à laquelle on enfonce l'une ou l'autre des électrodes formées par les éléments 6',9'.
Tant pour les éléments d'électrodes 6' que pour les élé- ments d'électrodes 9', ces éléments sont séparés les uns des autres et permettent à la matière fondue de passer en surface.
Dans le mode de réalisation représenté figure 7, l'obten- tion d'une électrode d'étendue convenable suivant la largeur du courant de matière, dans la zone de fusion, est réalisée en divisant le four en plusieurs compartiments tels que 10-10a dans chacun desquels est disposée une électrode de fusion et qui dé- bouchent dans une partie commune 11. Dans cette partie commune, de largeur moins grande que la largeur totalisée des comparti- ments 10-10a, le mélange des courants de verre provenant de ces compartiments contribue à réaliser l'homogénéisation du verre.
Le flot résultant de vorre pause minuits par la zone d'affinage 8.
Cette réalisation permet d'augmenter la largeur de la zone de fusion sans avoir besoin d'augmenter la portée à fran- chir par chaque électrode horizontale. Elle permet également de diviser la matière à traiter le long de la zone de fusion, d'assurer facilement l'égalité de travail le long de cette zone et de remédier le cas échéant aux irrégularités accidentelles en introduisant plus de matière à traiter dans un compartiment que dans l'autre.
Un autre avantage de cette disposition est que l'on peut facilement réaliser la fusion au moyen d'électrodes de polari- tés ou de phases différentes. Dans le cas de la figure 7, on peut relier chacun des ¯é,léments 6 à. une phase différente d'une source triphasée et relier l'électrode 9 à la troisième phase.
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De la sorte deux électrodes sont plus particulièrement consacrées à la fusion, la troisième servant à l'affinage. La partie la plus importante de l'énergie se trouve donc développée dans la partie du four correspondant à la fusion, qui est précisément celle où l'apport de calories doit être maximum; le rendement du four se trouve encore amélioré.
Le four représenté figure 7, alimenté en courant triphasé, a une disposition telle que l'équilibrage des phases peut être facilement réalisé.
Pour une source de courant d'alimentation à une seule phase, chacune des électrodes uniques peut être remplacée par une paire d'électrodes, les deux électrodes de chaque paire étant des électrodes de pdàrités opposées, comme dans la fig.l.
Bien que dans la fig.7, on ait représenté un compartiment de fusion à deux branches, il va de soi qu'un nombre de branches supérieur à deux pourrait être prévu.