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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A UN PROCEDE DE FACONNAGE D'OBJETS CONFORMES
EN VERRE ET PRODUITS RESULTANTS.
La présente invention se rapporte à un procédé d'obtention d'objets conformés en verre, directement à partir de particules de matières vitrifiables et modifiant les caractéristiques du verre.
La présente invention a pour objet un procédé de fagonnage d'objets conformés en verre qui consiste : à mélanger des matières vitrifiables ayant un point de fusion, une fois combinées les unes avec les autres, d'environ 1.600 C. ou davantage ; à façonner un objet conformé avec ces ma- tières ; à chauffer rapidement cet objet jusqu'à une température supérieure à environ 1.6000C., pour faire fondre ledit objet en une masse cohérente, visqueuse ; enfin, à refroidir cette masse visqueuse au-dessous du point de fusion de la matière en fusion pour la solidifier.
Cette invention trouve une application utile dans la production d'objets conformés en verre ayant un point de fusion très élevé.
La technologie ordinaire du verre, dans laquelle on fait fondre.les matières vitrifiables,qui donnent une masse en fusion ou bain de verre, exige, à cause des limites 'pratiques de la technologie moderne du verre, que le point de fusion du verre soit relativement bas. On fait habituellement fondre les verres industriels ordinaires tels que le verre à vitrer et le verre à bouteilles, etc..,., à des températures comprises entre 1315 C. et 1340 C Dans la présente description, on assigne de tels verres par l'expression "verres à bas point de fusion".
Lors du procédé ..ordinaire ou traditionnel de la fusion du verre, on utilise des fondants qui ont eux-mêmes de bas points de fusion ou permettent, par réaction avec d'autres composants, la fabrication du verre à une température plus basse.
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Pour obtenir des articles conformés en verre tels que des fibres à point de fusion très élevé, par exemple 1650 C. environ ou davantage, la pratique actuelle consiste à réaliser des articles conformés en verre à point de fusion relativement bas et à en enlever les parties solubles par un solvant d'épuisement pour laisser subsister des parties constitutives non dissoutes à point de fusion beaucoup plus élevé que le verre d'origine. Pour illustrer ce processus, on peut citer les procédés décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Parker et autres, n 2.491.761, et Nordberg, n 2.461.841.
La présente invention a pour objet la fabrication de verres ayant un tel point de fusion ultra élevé, c'est-à-dire ayant des points de fusion d'environ 1.650 C ou davantage, directement par fusion de composants particulaires du verre et des particules du verre lui-même.
. Non seulement, la température directe et le choix de matières réfractaires à point de fusion élevé donnent, en une seule opération, ce qui, sinon, aurait exigé une série d'opérations de fabrication, mais encore, par' un contrôle approprié de la température, tant au point de vue chauffage qu'au point de vue refroidissement,'on peut passer les points de transition de manière qu'une température élevée ait pour résultat un produit convenable de température normale.
La demanderesse obtient ces résultats en formant les particules des matières vitrifiables en les broyant finement. Elle les mélange intimement et les lie pour les façonner en un objet conformé désiré. On chauffe alors cet objet conformé à des températures suffisantes pour faire fondre les particules. Lorsqu'on utilise des mélanges de particules ayant différentes compositions, dans le but d'empêcher la séparation des composants, c'est-à-dire, la fusion partielle des composants et la séparation en phases, la demanderesse utilise un dispositif de chauffage ayant une intensité telle que la masse entière soit amenée rapidement et uniformément au point de fusion de la composition. Ainsi, la masse fond en un liquide homogène de composition uniforme exempt de phase solide distincte, le liquide ayant la composition chimique que le verre solidifié qui en provient.
La composition du mélange particulaire dépend de la nature du verre que l'on désire fabriquer. C'est ainsi que, si le verre est une matière à oomposant unique, comme par exemple, de la silice, la demanderesse part d'un composé pulvérisé, par exemple, de la silice passant au tamis de 300 mailles ou plus fin, ou si elle utilise un mélange uniforme tel 'qu'un verre ou autre produit de fusion, elle part d'une telle matière sous'forme finement divisée. Toutefois, si l'on doit former le '{Terré à partir d'un mélange de matières vitrifiables de compositions différentes,'la demanderesse broie ces matières en une poudre fine et elle les mélange intimement.
Dans le but d'obtenir l'homogénéité de la composition du verre et d'éviter la séparation,indésirable en phases, il est désirable que le mélange soit aussi uniforme que possible.
Là demanderesse lie alors les matières pour façonner l'objet ayant la forme désirée, par exemple une tige, une feuille ou autre objet conformé. La demanderesse peut utiliser tout liant approprié qui est stable à la température à laquelle on expose l'objet conformé pendant le temps requis pour passer au stade de fusion. On peut utiliser des solutions diluées dé silicate de sodium et de silicate de potassium, si les silicates ne sont pas indésirables dans la masse lorsqu'on les utilise dans les proportions' nécessaires pour mouiller les particules. Suivant la composition du verre et sa tolérance à l'égard du liant, on peut utiliser comme liant de l'argile , du ciment de Portland et autres cimenrs, en réglant la teneur en eau pour donner une bonne masse cohérente et susceptible d'être extrudée.
On peut utiliser de l'eau ou un liant organique ou bien les liants adhésifs plastiques, des types thermoplastiques ou thermodurcissables. De telles compositions plastiques sont bien connues dans la technique. Par exemple, on peut utiliser les résines phénoliques, soit du type auto-durcissable, soit du type
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thermo-dureissable, le type à base d'urée formaldéhyde, ou les chlorures de polyvinyle. et le caoutchouc'chloré et autres'types de produits adhésifs, , comme, par exemple, les résines de silicone. Le liant doit, de préférence, être tel qu'il permette la mise en forme de l'objet à partir de particules de matières vitrifiables et être évaporé, brûlé ou éliminé d'une autre manière ou bien, s'il n'est pas ainsi éliminé, être d'une nature telle qu'il puisse rester inclus dans la masse du verre.
Un grand nombre de ces liants sont instables et seront déshydratés, si leur existence dépend de leur humidité, ou brûlent, s'ils sont organiques, ou se trouvent détruits d'une autre manière, ou bien ils perdent leurs propriétés liantes à des températures correspondant aux températures de fusion du verre à former ou a des températures plus basses. Dans ce cas, on incorpore également, en plus, des liants à basse température illustrés cidessus, des 'fondants d'amorgage qui, par fusion ou par réaction avec les surfaces des particules des matières vitrifiables, constituent un lien de surface entre les particules des matières vitrifiables contenues dans l'objet conformé.
On utilise ces fondants d'amorçage dans des'quantités telles qu'ils obligent une telle liaison de surface à se produire soit par fusion, soit par frittage des particules vitrifiables. Si l'on ne désire pas modifier le point de fusion du verre que l'on peut obtenir à partir des matières vitrifiables utilisées avec les fondants d'amorçage, on peut utiliser ces fondants d'amorçage en une quantité aussi faible que possible dans le but d'éviter une modification indésirable de la composition et du point de fusion du verre résultant. Ces matières fondent à une telle température qu'elles cqmplètent l'action des liants à basse température . Les particules de la masse formée sont liées entre elles sur tout leur déplacement jusqu'au stade de fusion.
Comme exemples de ces fondants d'amorçage, on peut citer : le méta-borate de sodium, le tétra-borate de sodium, l'acide borique, le sosquioxyde de bore, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le carbonate de lithium, le nitrate de sodium, le nitrate de po- 'tassium, le nitrate de lithium, des mélanges fondus des nitrates, comme, par exemple, des mélanges de nitrate de sodium et de potassium, les phosphates de sodium et de potassium, et des mélanges équimolaires de fluorure de potassium et de lithium.
Ces fondants d'amorçage ont tous un point de fusion inférieur à environ 1000 C. (c'est-à-dire 980 C. et aussi faible qu'environ 23,5 C) et fondent au-dessous de la température du point de fusion du verre, et certains de ces fondants fondent à des températures proches du point de décomposition de l'agent liant à basse température. Ainsi, le nitrate de lithium fond à 251,4 C et le mélange de NaNO3(30%) + KNO3 (70%) fond à 230,5 Le
Ces fondants d'amorçage réagissent avec les matières vitrifiables contenues dans le mélange et, ce faisant, ils cimentent ensemble les particules à point de fusion plus élevé des matières vitrifiables.
Le produit 'de réaction, à la surface, a, dans la plupart des cas, un point de fusion plus élevé que.les fondants.d'amorçage.
Avec les liants suggérés ci-dessus, on peut utiliser un appa- reillage classique d'extrusion pour 'conformer l'objet. On soumet l'article conformé d'abord à une température de traitement à chaud pour obtenir la stabilité mécanique nécessaire de l'article conformé, en comptant sur l'agent liant à basse température à ce¯ stade. Si l'on utilise les fondants d'amorgage comme on l'a décrit ci-dessus, il peut se produire une certaine altération de la configuration. On chauffe'l'objet conformé dans une zone où l'on obtient l'amorce de la fusion des fondants d'amorçage. On contrôle à cet effet la température'dans cette zone et on obtient alors une cimentation des particules de cet objet conformé.
L'objet conformé ne se trouve pas altéré sensiblement en ce qui concerne.sa forme ou ses dimensions bien 'que, par suite du ramollissement de l'objet, il puisse se produire une certaine altération de la configuration. C'est ainsi, par exemple, qu'une tige ronde
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peut prendre une section elliptique, tout en restant une tige homogène, et avoir ainsi sensiblement la même forme que l'objet initial. On peut alors faire passer l'objet conformé dans une zone dans laquelle il est presque instantanément soumis à la température élevée. La masse est ainsi rapidement portée à la température de fusion et on obtient une fusion qui donne un produit liquidé.
Lorsqu'on utilise le présent procédé pour la fabrication de , fibres de verre à température ultra élevée, le verre fond pour produire une structure allongée analogue à des tiges présentant une viscosité ou plasticité élevée.- Le verre traverse alors, sous la forme d'un fil visqueux, une zone à température élevée, pendant un laps de temps assez long pour former un fil de composition sensiblement uniforme. Si cela est nécessaire, on peut faire passer le fil pour diminuer la viscosité dans une zone à température plus- élevée où sa température est accrue, grâce à quoi le fil peut se. trouver aminci, mais avoir encore une viscosité suffisante pour être d'une structure filiforme cohérente et homogène.
Le fil pénètre dans une zone de température plus basse où il se refroidit rapidement jusqu'au-dessous du point de fusion et du point où la matière de la fibre est collante de manière à produire une structure fibreuse solide, vitreuse et non collante. Il peut alors être feutré, souflé, ou bobiné de toute manière à présent utilisée pour le traitement des fils en fibre de verre.
Ces objets de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la description qui va suivre et qui est faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue partielle en coupe verticale, représentant, sous une forme schématique, l'un des modes de réalisation de l'appareil utilisé pour la mise en oeuvre du présent procédé ; la figure 2 est une coupe faite par 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue partiellement en coupe verticale, représentant, sous une forme schématique, un autre mode de réalisation de l'appareil utilisé pour la mise en oeuvre du présent procédé : enfin, la figure 4 est une vue partiellement en coupe verticale représentant, sous une forme schématique, une variante d'appareil perne ttant d'effectuer la mise en oeuvre d'une variante du présent procédé.
L'appareil 1, à extruder en continu, peut être de n'importe quel type classique comportant un ajutage 2. Un tube de guidage 3, de n'importe quelle longueur désirée, est placé sur un four 4. On introduit la matière à extruder dans l'appareil 1 à extruder et on la fait passer de force à travers l'ajutage 2 et le tube de guidage 3 et emprunter l'ouverture 12 pratiquée dans la paroi supérieure du four. L'ouverture 12 est fermée par le rebord 13 du tube de guidage 3. Si on le désire, la chambre agrandie 6 peut être chauffée aussi bien par les gaz de combustion provenant de brûleurs 5 que par les gaz de combustion provenant de brûleurs 9 et 10. Les gaz de combustion sortent par le conduit d'évacuation 14.
Dans la partie supérieure du four, la tige extrudée 11 se trouve séchée et traitée thermiquement -pour produire une tige de résistance mécanique suffisante pour descendre suivant un'trajet vertical à travers le four. On peut, à cet effet, contrôler la température,
Dans la zone supérieure du col ou partie resserrée 8, la tige est soumise à une température suffisante pour faire fondre les fondants d'amorçage mais'à une température insuffisante pour faire fondre la masse et former le verre. La masse est ainsi chauffée jusqu'au stade d'amorçage de fusion sans aucune altération sensible de la forme de la tige.
La tige pénètre dans le stade de fusion dans la partie resserrée verticale 8 (figure 1) et se trouve instantanément chauffée par choc direct de la flamme provenant des brûleurs 9, ce qui élève la température' de la tige jusqu'au point de fusion du verre. La température' de la flamme et la faible section transversa-
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le de la tige permettant un chauffage très rapide jusqu'à la température de fusion pour donner une tige en fusion. La tige conserve sa structure à tous les stades précédant le stade de fusion.
Le verre est très visqueux à ce stade de fusion et on peut régler sa viscosité en réglant la température' de la tige au moyen des brûleurs 9 et 10 qui sont disposés le long de l'axe de la tige et du filament de manière à conserver la tige et le filament à la température d'amincissement tout le long de la tige et du filament. Le verre fond et on'règle la viscosité de manière qu'il soit, d'une viscosité lui permettant de constituer un fil cohérent, de manière qu'il s'amincisse sous l'effet de la gravité, aidé, si on le désire, par la tension d'enroulément de la bobine 15. Le fil 16 se trouve réduit de diamètre jusqu'à la dimension désirée.
Afin d'éviter des déperditions de chaleur de la part du filament au cours de son amincissement et avant qu'il atteigne le diamètre désiré, on continue à faire passer du filament, pendant son amincissement jusqu'à un tel diamètre, à l'intérieur de la zone chauffée. Le fil, une fois qu'il a atteint un diamètre désiré, passe par l'orifice 17 et sort du four, après quoi il se refroidit rapidement jusqu'à une température de solidification inférieure à la température de fusion ou au point auquel le filament est collant et est enroulé sur la bobine 15. La formation de la tige et sa progression à travers le four peuvent être poursuivies de cette manière pendant le laps de temps-voulu pour constituer la ou les bobines continues de fil.
Dans le mode opératoire illustré sur les figures 1 et 2, on obtient la chaleur par le choc direct de la flamme sur la fibre.
En utilisant le choc direct de la flamme pour produire des bobines de filaments de verre, on risque que le souffle de la flamme rompe le filament et le projette en le déchiquetant. Afin d'éviter cet inconvénient, on utilise une telle faible vitesse de flammes que l'effet de souffle ne projette pas le filament. On peut également utiliser des flammes axiales de manière que les flammes soient orientées dans une direction sensiblement parallèle au filament, et les utiliser en nombre suffisant, axialement espacé de la tige et du filament pour donner la chaleur désirée dans le four pour y maintenir la température voulue.
Si la température à atteindre permet l'utilisation de fours à moufle pour céramiques, au lieu d'envoyer la flamme directement à la tige ou fibre, on peut faire traverser à la tige ou fibre une zone à température élevée dans laquelle aucune flamme ou gaz de combustion ne sont en contact avec la tige ou fibre. Toutefois, la température du four à moufle doit être suffisante pour porter la température de la tige au point de fusion de la même manière que celle décrite pour l'action des flammes. Le stade d'amorgage de la fusion doit alors avoir été effectué en avant du four à moufle.
Ainsi, la tige extrudée 19 peut passer, au sortir de l'appareil 18 à extruder, par le moufle chauffé 21 disposé dans le four 20 et chauffé par le brûleur 22. Bien entendu, il est évident que dans de telles circonstances, le four et le moufle doivent être capables de résister aux températures obtenues et, sous ce rapport, ceci limite la température que l'on peut faire régner dans le moufle 21. Le filament est contenu dans une région à faible vitesse d'air et n'est pas soumis à l'effet de rupture d'un jet de gaz quelconque.
Si, au lieu de longs filaments, on désire former des'fils très courts, l'extrémité inférieure du four de la figure 1 peut être modifiée comme représenté sur la figure 4. Le four est fermé à son extrémité et un orifice latéral 26 est prévu dans la paroi opposée au brûleur 27. Le jet de la flamme provenant de 27 vient frapper la tige 11, et la rompt en filaments courts qui sont entraînés par le jet 28 contre la courroie 29 formant écran mobile et qui passe sur la boîte à vide 30 qui retient les filaments contre la courroie formant écran mobile. La flamme au cours de sa progression se refroidit de sorte que lorsque les gaz de combustion atteignent la courroie, ils se trouvent au-dessous du point de solidification de la fibre.
Les fibres s'accumulent en formant un feutre qui est entraîné vers le haut lorsque
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la courroie se déplace dans cette direction. Le feutre est enlevé de la courroie à l'extrémité de déchargement 31. La tige se forme et avance d'une fa- çon continue, si on le désire, ou pendant la période de temps que l'on désire.
La description ci-dessus de l'appareil n'est donnée simplement qu'à titre indicatif, bien que, telle que décrite, elle s'applique à une forme d'objet en verre ayant une grande utilité. Ainsi que le comprendront les techniciens, la forme de l'objet et le type de l'appareil peuvent varier. Toutefois, dans la totalité de tels objets conformés, les modes opératoires expo= sés ici'produiront un objet conformé directement à partir d'un objet moulé, extrudé ou obtenu d'une autre manière composé de matières vitrifiables ainsi qu'on 1-la décrit ici.
Le tableau suivant donne, à titre d'exemple, des composés vitrifiables qui sont disponibles pour être utilisés dans le présent procédé dans le but d'obtenir les verres à point de fusion ultra élevé convenablement façonnés par obtention directe d'objets conformés par extrusion où par obtention de ces matières en les faisant adhérer entre elles par un liant :
TABLEAU I.
EMI6.1
<tb>
<tb>
COMPOSITION <SEP> Point <SEP> de <SEP> fusion
<tb> en <SEP> C
<tb>
EMI6.2
Sra . A1203 . 25.02 1660
EMI6.3
<tb>
<tb> 3Ba,(PO) <SEP> 2.BaF2 <SEP> 1670
<tb>
EMI6.4
FeO.Cr 203 1670 Mg0.2Ti02 168o
EMI6.5
<tb>
<tb> 2SrO.SiO2 <SEP> 1700
<tb>
EMI6.6
3CaO.5Al2O, 1720 BaO.A1z03.2Si02 1720
EMI6.7
<tb>
<tb> Ba3(P04)2 <SEP> 1727
<tb>
EMI6.8
5CaO.PpO-.SiO- 1760 Ca0.2A1203 1765
EMI6.9
<tb>
<tb> BeO.SiO2 <SEP> 1755
<tb> 2CaO.TiO <SEP> 1800
<tb> CoO <SEP> 1800
<tb>
EMI6.10
3A1203 . 2Si02, 1830
EMI6.11
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 1830
<tb> A1203.Ti02 <SEP> 1860
<tb>
EMI6.12
BaO.6A1203 1860
EMI6.13
<tb>
<tb> 2MgO.SiO2 <SEP> 1890
<tb> Beo.Al2O3 <SEP> 1890
<tb>
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TABLEAU I (suite)
EMI7.1
<tb>
<tb> COMPOSITION <SEP> Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> en <SEP> C.
<tb>
CaO.TiO2 <SEP> 1975
<tb> MgO.Cr2O3 <SEP> . <SEP> 2000
<tb> Al2O3 <SEP> 2000-2030
<tb> NiO.Al2O3 <SEP> 2030 <SEP> . <SEP>
<tb>
2CaO.SiO2 <SEP> 213 <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3CaO.TiO2 <SEP> 2135
<tb> MgO.Al2O3 <SEP> 2135
<tb> CaO. <SEP> ZrO2 <SEP> 2345
<tb> ZrO2.SiO2 <SEP> 2430
<tb> Cr203 <SEP> 2435
<tb> BeO <SEP> 2520
<tb> CaO <SEP> 2570
<tb> ZrO2 <SEP> (Baddeleyite) <SEP> 2690
<tb> SrO.ZrO2 <SEP> 2700
<tb> ZrO2 <SEP> 2715
<tb> MgO <SEP> 2800
<tb>
Dans le tableau qui précède, les formules,sont données sous la forme de leurs oxydes ou composés constitutifs et peuvent représenter soit le composé ayant la formule donnée, soit un mélange des composés séparés par un point et mélangés dans les proportions molaires indiquées.
Ainsi, afin de produire les verres ci-dessus, on peut faire fondre le composé ayant les formules données ci-dessus directement en produisant le composé et en en formant l'objet, comme décrit précédemment, ou bien, on peut mélanger les oxydes ou les composés constitutifs, comme dans le cas des verres à composants multiples, c'est-à-dire ceux ayant plus de deux oxydes. Par exemple, dans le cas de SiO.Al2O3.2SiO2, on peut mélanger SrO.SiO2 avec Al2o3.SiO2 ou bien une partie en poids de SiO et une partie en poids de Al2O3 et deux parties en poids de SiO2, ou bien on peut utiliser le composé SrO.Al2O3.2SiO2.
Dans le cas des verres au phosphate, comme, par exemple, 3Ba3(PO4)2.BaF2 et 5CaO.P2O5.SiO2, on peut mélanger 3CaO.P2O5 avec 2CaO.SiO2. On peut faire d'autres mélanges, ainsi que les techniciens de ce domaine le savent.
Pour faire fondre les matières, en particulier dans le cas où l'on utilisé des compositions ayant un point de fusion supérieur à 1650 C., on utilise des flammes dont les températures disponibles sont supérieures à 1650 C. et qui sont suffisamment. élevées pour faire fondre les matières jusqu'à un état de fusion correspondant à la viscosité désirée, comme mentionné précédemment. Ainsi, les combustibles suivant donnent les températures de flamme suivantes maxima. Sur le tableau, on donne le combustible en propor-
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tions molaires, le combustible en pour cent et on indique le gaz entretenant la combustion, à savoir l'air ou l'oxygène :
TABLEAU II.
-----------
EMI8.1
<tb>
<tb> COMBUSTIBLE
<tb> COMPOSITION <SEP> % <SEP> GAZ <SEP> ENTRETENANT <SEP> TEMPERATURE <SEP> MAX.
<tb>
LA <SEP> COMBUSTION <SEP> des <SEP> FLAMMES <SEP> ( C.)
<tb>
EMI8.2
5CH 4+ 2N2 13 Air 1792 5CH4+C02 11,5 Air 1797 lOCH4+3C02 12,3 Air 1777
EMI8.3
<tb>
<tb> 5CO+2N2 <SEP> 40 <SEP> Air <SEP> 1810
<tb> 500+CO2 <SEP> 37,6 <SEP> Air <SEP> 1797
<tb> 37 <SEP> % <SEP> CO.+27,1%
<tb> H2+ <SEP> 35,9% <SEP> N2 <SEP> 41,7 <SEP> Air <SEP> 1812
<tb> 5CO-CO2 <SEP> 37,6 <SEP> Air <SEP> 1797
<tb> 5CH+N2 <SEP> 11,5 <SEP> Air <SEP> 1827
<tb> 10CH4+C02 <SEP> 10,75 <SEP> Air <SEP> 1825
<tb> 2OCH4+CO2 <SEP> 10,35 <SEP> Air <SEP> 1850
<tb> CH4 <SEP> 10 <SEP> Air <SEP> 1875
<tb>
EMI8.4
C 4 H10 3 2 Air 1895
EMI8.5
<tb>
<tb> C2H6 <SEP> 5,9 <SEP> Air <SEP> 1895
<tb> iC4H10 <SEP> 3,2 <SEP> Air <SEP> 1900
<tb> C3H6 <SEP> 4,5 <SEP> Air <SEP> 1935
<tb> C4H8 <SEP> 3,4 <SEP> Air <SEP> 1930
<tb> 9CH4+H2 <SEP> 10 <SEP> ,5 <SEP> Air <SEP> 1880
<tb>
EMI8.6
'3CH4+2HZ 13 ,
5 Air 1900
EMI8.7
<tb>
<tb> 2CH4+3H2 <SEP> 16,5 <SEP> Air <SEP> 1916
<tb> lOCO-N2 <SEP> 35,9 <SEP> Air <SEP> 1915
<tb>
EMI8.8
20CO+C02 - 35,6 Air 1890
EMI8.9
<tb>
<tb> C3H9 <SEP> 4,15 <SEP> Air <SEP> 1925
<tb> 4H2+N2 <SEP> 28,87 <SEP> Air <SEP> 1925
<tb>
EMI8.10
5CH4+02 10,t Air ¯,¯ 1955 7CH4+02 , 10,2 ' 1 . Air" 1925
<Desc/Clms Page number 9>
TABLEAU II(Suite) ----------
EMI9.1
<tb>
<tb> COMBUSTIBLE
<tb> COMPOSITION <SEP> % <SEP> GAZ <SEP> ENTRETENANT <SEP> TEMPERATURE <SEP> MAX. <SEP>
<tb>
LA <SEP> COMBUSTION <SEP> des <SEP> FLAMMES <SEP> ( C.)
<tb>
EMI9.2
- - - - - ¯¯'¯ ¯ ....
9CH4+ C2H2 9 , 7 Air .93 0 50,1%C0*5 H2+.1,, ,l N2 3 6 Air 1940
EMI9.3
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 7 <SEP> Air <SEP> 1975
<tb> 6N2+N2 <SEP> 29,5 <SEP> Air <SEP> 1960
<tb> 4CH4+O2 <SEP> 10,5 <SEP> Air <SEP> 1980
<tb> CH4+4H2 <SEP> 22 <SEP> Air <SEP> 1960
<tb> CO <SEP> 37 <SEP> Air <SEP> 2000 <SEP> ¯10
<tb> CH4+9H2 <SEP> 24 <SEP> Air <SEP> 2000
<tb> 58,5% <SEP> CO+
<tb> 41,5% <SEP> H2 <SEP> 32,6 <SEP> Air <SEP> 2004
<tb> H2 <SEP> 31, <SEP> 6 <SEP> Air <SEP> 2045
<tb> 3CH4+02 <SEP> 10,7 <SEP> Air <SEP> 2040
<tb>
EMI9.4
7GH4+3C2H2 9,3 Air 2025
EMI9.5
<tb>
<tb> CO <SEP> 32 <SEP> Air <SEP> 2100 <SEP> ¯10
<tb>
EMI9.6
3CH4+ 2C2H2 9,25 Air 2075 2CH4+3C2H ,9,1 Air 2l6? CH4 +4C2H2 ", - ? ,05 Air 2.250 C4 +,9.C2H"2 ,9 Air 2290,
EMI9.7
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 9 <SEP> Air <SEP> 23 <SEP> 25 <SEP>
<tb> H2 <SEP> O2 <SEP> 2310
<tb>
EMI9.8
CD- 30 02 2400 ;
t. 10 H2 82 02 2427 H2 67 02' (, y "2487 H2 73 - - 02' . - . 2527 H2 ,78.', 02' 2660 x # , 78 , .. ' , . , > 1 1 1 0 ' >, 2660 ' co .ò> - '- . '-' 02' 2680 10 ..t....
<Desc/Clms Page number 10>
TABLEAU II (Suite). --------
EMI10.1
<tb>
<tb> COMBUSTIBLE
<tb> COMPOSITION, <SEP> % <SEP> GAZ <SEP> ENTRETENANT <SEP> TEMPERATURE-MAX.
<tb>
LA <SEP> COMBUSTION <SEP> des <SEP> FLAMMES <SEP> ( C.)
<tb> 550 <SEP> gaz <SEP> de
<tb> ville <SEP> (138
<tb> calories) <SEP> 65 <SEP> O2 <SEP> 2730
<tb>
EMI10.2
Co ¯ 80 02 2805 10
EMI10.3
<tb>
<tb> 800 <SEP> gaz <SEP> à <SEP> l'eau
<tb> (carbure)
<tb> (201,5 <SEP> calories) <SEP> 50 <SEP> O2 <SEP> 2800
<tb>
EMI10.4
CC 60 02 2905 10
EMI10.5
<tb>
<tb> CO <SEP> 70 <SEP> O2 <SEP> 2925 <SEP> ¯10
<tb> C2 <SEP> H2 <SEP> 18 <SEP> O2 <SEP> 2927
<tb> C2H2 <SEP> 50 <SEP> O2 <SEP> 2927
<tb> gaz <SEP> naturel
<tb> (258 <SEP> calories) <SEP> 45 <SEP> O2 <SEP> 2930
<tb> C2H2 <SEP> ' <SEP> 33 <SEP> O2 <SEP> 3007
<tb> C2H2 <SEP> 44 <SEP> O2 <SEP> 3137
<tb> C2H2 <SEP> 02 <SEP> 3500
<tb> Chalumeau <SEP> à <SEP> l'hydrogène <SEP> atomique <SEP> 3760
<tb>
Il semble que, par mélange convenable de combustibles, de gaz inertes (tels que l'azote)
et de gaz entretenant la combustion (tels que l'oxygène et l'air), on peut obtenir des flammes de température maximum suffisante pour faire fondre n'importe lequel des mélanges vitrifiables énumérés ci-dessus à des températures supérieures à 1650 C en choisissant le combustible approprié pour obtenir la température particulièrement désirée.
Toutefois, la demanderesse désire surchauffer les oxydes vitrifiables au-dessus de leurs points de fusion pour élever la température du bain de verre dans le but de réduire sa viscosité à une certaine valeur de .manière qu'il s'amincisse en un fil ayant le diamètre désiré. Ainsi, la demanderesse utilise une flamme dont la température moyenne ou maximum est suffisante pour élever la température du fil jusqu'à celle de la viscosité nécessaire. On peut choisir la composition du combustible et le gaz entretenant la: combustion qui donnent la flamme ayant la température élevée désirée.
Si la flamme est dirigée contre la tige de manière qu'elle enveloppe cette dernière, elle se comporte comme un bain de gaz chauds à température constante pour élever, à la vitesse maximum la température de la tige jusqu'à la température désirée et la maintenir à une telle température. On choisit, à cet effet, la composition du combustible. Par suite, si l'on désire maintenir la température-du fil en fusion 100 C. au-dessus du point de fusion, dans le but d'obtenir la viscosité d'amincissement convenable ainsi qu'on peut la déterminer, par exemple, en réglant les températures et les ten-
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sions d'enroulement de la bobine, on utilise les compositions produisant la flamme telles que celles énumérées dans le tableau qui précède pour donner une telle température maximum.
Ainsi, par exemple, si on utilise une tige formée de ZrO2 et de SiO2 de la manière décrite ci-dessus, ce qui donne un verre au silicate de zirconium, ayant un point de fusion de 2430 , on peut utiliser une flamme d'hydrogène et d'oxygène ou une flamme d'acétylène et-d'o- xygène ou bien une flamme de CO+O2, ou encore une flamme de gaz à l'eau ou de gaz naturel avec de l'oxygène, en réglant la composition, ainsi que cela est indiqué sur le tableau pour donner une flamme ayant la température dési= rée.
En projetant la flamme contre la tige, la flamme porte cette dernière à la température désirée, mais étant donné que la température de la tige ou du fil ne peut pas dépasser la température maximum de la flamme, un réglage convenable de celle-ci pour donner la température désirée comme mentionné ci-dessus fait fondre le verre et contrôle sa viscosité aux fins'indiquées.
La vitesse d'élévation de température pour passer de la région où l'on obtient l'amorce de fusion du liant avec l'aide des fondants d'amdr- gage, à la température de fusion, doit être aussi rapide que possible afin que la tige ne passe pas par la température de transition entre ces régions assez lentement pour permettre la séparation en phases des composants liqui- des formés par fusion partielle du mélange, ce qui fait qu'une migration de la phase liquide sous l'influence de la gravité se produit et aboutit ainsi à une séparation en phases dans la tige et un défaut d'uniformité de la com- position.
En faisant passer rapidement la tige de la région de l'amorce de la fusion dans la flamme ou à la zone de fusion, à haute température, on obtient une fusion rapide et totale du mélange de verre sans séparation en phases dans le mélange.
Bien que l'on ait décrit la présente invention en ce qui con- cerne le mode de réalisation que la demanderesse préfère comme une des plus utiles applications de la présente invention, la demanderesse ne désiré pas se limiter au mode de réalisation décrit. On peut utiliser d'autres formes d'appareils pour mettre en oeuvre le présent procédé. On peut produire d'autres formes que des fils ou des filaments suivant la forme de l'ajutage d'extrusion. Certains objets conformés ne demandent pas à être extrudés mais peuvent être moulés, conformés par matrices ou obtenus d'une autre maniè- re et soumis à la projection d'une flamme et à la chaleur nécessaire pour produire du verre d'une manière équivalente à celle décrite ci-dessus en ce qui concerne la production de filaments.
Ainsi, on peut extruder ou confor- mer d'une autre manière la masse liée de matières vitrifiables en un tube, une plaque, une feuille ou un ruban, chauffer la masse pour amorcer la fusion des fondants, lorsqu'on en utilise, sans altération de la forme de l'objet, et élever la température rapidement jusqu'au point de fusion du verre pour produire une masse visqueuse, cohérente, sans altération appréciable de la forme, et refroidir la masse conformée et fondue pour solidifier l'objet con- formé extrudé, par exemple, le tube, la plaque, la feuille ou le ruban ex- trudés en verre.
Les diverses compositions de verre, les fondants et les flam- mes ont tous été donnés à titre indicatif de la présente invention.
Il est bien évident que le mode de réalisation préféré dé- crit ci-dessus et représenté sur le dessin annexé n'est donné qu'à titre indicatif et non limitatif et que l'on peut y apporter diverses modificaticns sans s'écarter pour cela de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PERFECTIONS RELATING TO A CONFORMING OBJECT SHAPING PROCESS
IN GLASS AND RESULTING PRODUCTS.
The present invention relates to a process for obtaining shaped objects made of glass, directly from particles of vitrifiable materials and modifying the characteristics of the glass.
The present invention relates to a method of forming shaped glass objects which comprises: mixing glass-forming materials having a melting point, when combined with each other, of about 1,600 ° C. or more; in shaping an object conformed with these materials; rapidly heating this object to a temperature above about 1.6000C., to melt said object into a coherent, viscous mass; finally, to cool this viscous mass below the melting point of the molten material to solidify it.
This invention finds useful application in the production of shaped glass articles having a very high melting point.
Ordinary glass technology, in which vitrifiable materials, which give a molten mass or bath of glass, are melted, requires, because of the practical limitations of modern glass technology, that the melting point of glass be relatively low. Ordinary industrial glasses such as window glass and bottle glass, etc., are usually melted at temperatures between 1315 ° C. and 1340 ° C. In the present description, such glasses are referred to by the expression "low melting point glasses".
In the ordinary or traditional process of melting glass, fluxes are used which themselves have low melting points or allow, by reaction with other components, the manufacture of glass at a lower temperature.
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In order to obtain shaped articles of glass such as very high melting point fibers, for example about 1650 ° C. or more, the current practice is to make shaped articles of relatively low melting point glass and to remove parts thereof. soluble by a stripping solvent to leave undissolved constituent parts with a much higher melting point than the original glass. Illustrative of this process are the processes described in Parker et al. US Pat. No. 2,491,761, and Nordberg, No. 2,461,841.
The present invention relates to the manufacture of glasses having such an ultra high melting point, that is to say having melting points of about 1.650 C or more, directly by melting particulate components of the glass and the particles. of the glass itself.
. Not only does the direct temperature and the choice of high melting point refractories give, in a single operation, what otherwise would have required a series of manufacturing operations, but also by 'proper temperature control. Both from the heating point of view and from the cooling point of view, the transition points can be passed so that an elevated temperature results in a suitable product of normal temperature.
The Applicant obtains these results by forming the particles of the batch materials by finely grinding them. She mixes them intimately and ties them together to shape them into a desired shaped object. This shaped object is then heated to temperatures sufficient to melt the particles. When using mixtures of particles having different compositions, in order to prevent the separation of the components, that is to say, the partial melting of the components and the separation into phases, the Applicant uses a heating device having such intensity that the entire mass is brought quickly and uniformly to the melting point of the composition. Thus, the mass melts into a homogeneous liquid of uniform composition free from a distinct solid phase, the liquid having the chemical composition as the solidified glass which results from it.
The composition of the particulate mixture depends on the nature of the glass to be manufactured. Thus, if the glass is a single-component material, such as, for example, silica, the Applicant starts with a pulverized compound, for example, silica passing through a sieve of 300 mesh or more, or if it uses a uniform mixture such as glass or other melt, it starts from such material in a finely divided form. However, if the '{Terré is to be formed from a mixture of vitrifiable materials of different compositions,' the Applicant grinds these materials into a fine powder and mixes them thoroughly.
In order to obtain the homogeneity of the composition of the glass and to avoid undesirable phase separation, it is desirable that the mixture be as uniform as possible.
Applicant then binds the materials to shape the object having the desired shape, for example a rod, leaf or other shaped object. Applicants can use any suitable binder which is stable at the temperature to which the shaped object is exposed for the time required to proceed to the melting stage. Dilute solutions of sodium silicate and potassium silicate can be used if the silicates are not undesirable in the bulk when used in the proportions necessary to wet the particles. Depending on the composition of the glass and its tolerance to the binder, clay, Portland cement and other cements can be used as a binder, adjusting the water content to give a good coherent mass which can be extruded.
It is possible to use water or an organic binder or else plastic adhesive binders, of the thermoplastic or thermosetting types. Such plastic compositions are well known in the art. For example, phenolic resins can be used, either of the self-hardening type or of the
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thermosetting, the urea formaldehyde-based type, or polyvinyl chlorides. and chlorinated rubber and other types of adhesive products, such as, for example, silicone resins. The binder should preferably be such that it allows the shaping of the object from particles of vitrifiable materials and be evaporated, burned or otherwise eliminated or, if it is not thus eliminated, be of such a nature that it can remain included in the mass of the glass.
Many of these binders are unstable and will be dehydrated, if their existence depends on their humidity, or burn, if they are organic, or are found destroyed in some other way, or they lose their binding properties at corresponding temperatures. at the melting temperatures of the glass to be formed or at lower temperatures. In this case, there is also incorporated, in addition, low temperature binders illustrated above, priming fluxes which, by melting or by reaction with the surfaces of the particles of the batch materials, constitute a surface bond between the particles of the batch materials. vitrifiable materials contained in the shaped object.
These starter fluxes are used in such amounts as to cause such surface binding to occur either by melting or by sintering the glass particles. If it is not desired to change the melting point of glass obtainable from the batch materials used with the starter fluxes, these starter fluxes can be used in as small an amount as possible in the process. object to avoid undesirable modification of the composition and melting point of the resulting glass. These materials melt at such a temperature that they complete the action of the binders at low temperature. The particles of the mass formed are linked to each other throughout their movement until the fusion stage.
As examples of these starting fluxes, mention may be made of: sodium meta-borate, sodium tetra-borate, boric acid, boron sosquioxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate. lithium, sodium nitrate, potassium nitrate, lithium nitrate, molten mixtures of nitrates, such as, for example, mixtures of sodium and potassium nitrate, sodium and potassium phosphates, and equimolar mixtures of potassium and lithium fluoride.
These priming fluxes all have a melting point below about 1000 C. (i.e. 980 C. and as low as about 23.5 C) and melt below the set point temperature. glass melts, and some of these fluxes melt at temperatures near the decomposition point of the binder at low temperatures. Thus, lithium nitrate melts at 251.4 C and the mixture of NaNO3 (30%) + KNO3 (70%) melts at 230.5 Le
These priming fluxes react with the batch materials contained in the mixture and in doing so, they cement together the higher melting point particles of the batch materials.
The reaction product, on the surface, in most cases has a higher melting point than the initiating fluxes.
With the binders suggested above, conventional extrusion equipment can be used to conform the object. The shaped article is first subjected to a heat treatment temperature to achieve the necessary mechanical stability of the shaped article, relying on the low temperature binder at this stage. If priming fluxes are used as described above, some alteration in configuration may occur. The shaped object is heated in a zone where the initiation of the melting of the priming fluxes is obtained. For this purpose, the temperature in this zone is controlled and a cementation of the particles of this shaped object is then obtained.
The shaped article is not significantly altered in shape or dimensions although, as a result of softening of the article, some alteration in configuration may occur. This is how, for example, a round rod
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can take an elliptical section, while remaining a homogeneous rod, and thus have substantially the same shape as the initial object. The shaped object can then be passed through a zone in which it is almost instantaneously subjected to the high temperature. The mass is thus rapidly brought to the melting temperature and a melting is obtained which gives a liquid product.
When the present process is used for the manufacture of ultra-high temperature glass fibers, the glass melts to produce an elongated rod-like structure exhibiting high viscosity or plasticity. The glass then passes through, in the form of a viscous yarn, a high temperature zone, for a period of time long enough to form a yarn of substantially uniform composition. If necessary, the yarn can be passed to decrease the viscosity in a higher temperature zone where its temperature is increased, whereby the yarn can shrink. find thinned, but still have sufficient viscosity to be of a coherent and homogeneous filiform structure.
The yarn enters a lower temperature zone where it cools rapidly to below the melting point and the point where the fiber material is tacky so as to produce a strong, glassy, non-tacky fibrous structure. It can then be felted, blown, or coiled in any way now used for treating fiberglass yarns.
These objects of the invention as well as others will become apparent during the description which follows and which is given with reference to the appended drawing, in which: FIG. 1 is a partial view in vertical section, showing, in one form schematically, one of the embodiments of the apparatus used for the implementation of the present method; Figure 2 is a section taken through 2-2 of Figure 1; FIG. 3 is a view partially in vertical section, showing, in a schematic form, another embodiment of the apparatus used for the implementation of the present method: finally, FIG. 4 is a view partially in vertical section showing , in schematic form, a variant of the apparatus permitting the implementation of a variant of the present method.
The apparatus 1, to be continuously extruded, can be of any conventional type comprising a nozzle 2. A guide tube 3, of any desired length, is placed on an oven 4. The material to be introduced is introduced. extrusion in the apparatus 1 to be extruded and it is forcibly passed through the nozzle 2 and the guide tube 3 and through the opening 12 made in the upper wall of the furnace. The opening 12 is closed by the flange 13 of the guide tube 3. If desired, the enlarged chamber 6 can be heated both by combustion gases from burners 5 and by combustion gases from burners 9 and 10. The combustion gases exit through the exhaust duct 14.
In the upper part of the oven, the extruded rod 11 is dried and heat-treated to produce a rod of sufficient mechanical strength to descend in a vertical path through the oven. For this purpose, the temperature can be controlled,
In the upper zone of the neck or constricted part 8, the rod is subjected to a temperature sufficient to melt the initiation fluxes, but at a temperature insufficient to melt the mass and form the glass. The mass is thus heated to the fusion initiation stage without any appreciable alteration in the shape of the rod.
The rod enters the melting stage in the vertical constricted part 8 (figure 1) and is instantly heated by direct shock of the flame coming from the burners 9, which raises the temperature of the rod to the melting point of the glass. The temperature 'of the flame and the small cross-section
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the rod allowing very rapid heating up to the melting temperature to give a molten rod. The stem retains its structure at all stages preceding the fusion stage.
The glass is very viscous at this stage of melting and its viscosity can be regulated by adjusting the temperature of the rod by means of the burners 9 and 10 which are arranged along the axis of the rod and of the filament so as to conserve the rod and the filament at the thinning temperature all along the rod and the filament. The glass melts and we adjust the viscosity so that it is, of a viscosity allowing it to constitute a coherent thread, so that it thins under the effect of gravity, helped, if desired. , by the winding tension of the coil 15. The wire 16 is reduced in diameter to the desired dimension.
In order to avoid heat loss from the filament during its thinning and before it reaches the desired diameter, one continues to pass the filament, during its thinning to such a diameter, inside of the heated area. The wire, once it has reached a desired diameter, passes through port 17 and exits the oven, after which it cools rapidly to a solidification temperature below the melting temperature or to the point at which the filament is sticky and is wound onto the spool 15. The formation of the rod and its progression through the furnace can be continued in this manner for the period of time required to constitute the continuous spool (s) of wire.
In the procedure illustrated in Figures 1 and 2, the heat is obtained by the direct impact of the flame on the fiber.
By using the direct shock of the flame to produce spools of glass filaments, there is a risk that the blast of the flame will break the filament and throw it into pieces. In order to avoid this drawback, such a low flame speed is used that the blast effect does not project the filament. One can also use axial flames so that the flames are oriented in a direction substantially parallel to the filament, and use them in sufficient number, axially spaced from the rod and the filament to give the desired heat in the furnace to maintain the temperature therein. wanted.
If the temperature to be reached allows the use of muffle furnaces for ceramics, instead of sending the flame directly to the rod or fiber, the rod or fiber can be passed through a high temperature zone in which no flame or gas of combustion are not in contact with the rod or fiber. However, the temperature of the muffle furnace should be sufficient to bring the temperature of the rod to the melting point in the same manner as that described for the action of the flames. The priming stage of the fusion must then have been carried out in front of the muffle furnace.
Thus, the extruded rod 19 can pass, on leaving the apparatus 18 to be extruded, through the heated muffle 21 disposed in the furnace 20 and heated by the burner 22. Of course, it is obvious that in such circumstances, the furnace and the muffle must be able to withstand the temperatures obtained and, in this connection, this limits the temperature which can be maintained in the muffle 21. The filament is contained in a region of low air velocity and is not not subjected to the breaking effect of any gas jet.
If, instead of long filaments, it is desired to form very short yarns, the lower end of the oven of Figure 1 can be modified as shown in Figure 4. The oven is closed at its end and a side port 26 is provided. provided in the wall opposite the burner 27. The jet of the flame coming from 27 strikes the rod 11, and breaks it into short filaments which are driven by the jet 28 against the belt 29 forming a mobile screen and which passes over the box. vacuum 30 which retains the filaments against the movable screen belt. The flame as it progresses cools down so that when the combustion gases reach the belt they are below the solidification point of the fiber.
The fibers accumulate forming a felt which is drawn upwards when
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the belt moves in that direction. The felt is removed from the belt at the discharge end 31. The rod forms and advances continuously, if desired, or for the period of time desired.
The above description of the apparatus is given merely as a guide, although, as described, it applies to a form of glass object having great utility. As technicians will understand, the shape of the object and the type of device may vary. However, in all of such shaped articles, the procedures set forth herein will produce a shaped article directly from a molded, extruded or otherwise obtained article composed of vitrifiable materials as described above. described here.
The following table gives, by way of example, vitrifiable compounds which are available for use in the present process for the purpose of obtaining the ultra high melting point glasses suitably shaped by direct obtaining shaped articles by extrusion where by obtaining these materials by making them adhere to each other by a binder:
TABLE I.
EMI6.1
<tb>
<tb>
COMPOSITION <SEP> Melting point <SEP> of <SEP>
<tb> in <SEP> C
<tb>
EMI6.2
Sra. A1203. 25.02 1660
EMI6.3
<tb>
<tb> 3Ba, (PO) <SEP> 2.BaF2 <SEP> 1670
<tb>
EMI6.4
FeO.Cr 203 1670 Mg0.2Ti02 168o
EMI6.5
<tb>
<tb> 2SrO.SiO2 <SEP> 1700
<tb>
EMI6.6
3CaO.5Al2O, 1720 BaO.A1z03.2Si02 1720
EMI6.7
<tb>
<tb> Ba3 (P04) 2 <SEP> 1727
<tb>
EMI6.8
5CaO.PpO-.SiO- 1760 Ca0.2A1203 1765
EMI6.9
<tb>
<tb> BeO.SiO2 <SEP> 1755
<tb> 2CaO.TiO <SEP> 1800
<tb> CoO <SEP> 1800
<tb>
EMI6.10
3A1203. 2Si02, 1830
EMI6.11
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 1830
<tb> A1203.Ti02 <SEP> 1860
<tb>
EMI6.12
BaO.6A1203 1860
EMI6.13
<tb>
<tb> 2MgO.SiO2 <SEP> 1890
<tb> Beo.Al2O3 <SEP> 1890
<tb>
<Desc / Clms Page number 7>
TABLE I (continued)
EMI7.1
<tb>
<tb> COMPOSITION <SEP> Point <SEP> of <SEP> fusion <SEP> into <SEP> C.
<tb>
CaO.TiO2 <SEP> 1975
<tb> MgO.Cr2O3 <SEP>. <SEP> 2000
<tb> Al2O3 <SEP> 2000-2030
<tb> NiO.Al2O3 <SEP> 2030 <SEP>. <SEP>
<tb>
2CaO.SiO2 <SEP> 213 <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3CaO.TiO2 <SEP> 2135
<tb> MgO.Al2O3 <SEP> 2135
<tb> CaO. <SEP> ZrO2 <SEP> 2345
<tb> ZrO2.SiO2 <SEP> 2430
<tb> Cr203 <SEP> 2435
<tb> BeO <SEP> 2520
<tb> CaO <SEP> 2570
<tb> ZrO2 <SEP> (Baddeleyite) <SEP> 2690
<tb> SrO.ZrO2 <SEP> 2700
<tb> ZrO2 <SEP> 2715
<tb> MgO <SEP> 2800
<tb>
In the preceding table, the formulas are given in the form of their constituent oxides or compounds and can represent either the compound having the given formula, or a mixture of compounds separated by a dot and mixed in the molar proportions indicated.
Thus, in order to produce the above glasses, the compound having the formulas given above can be melted directly by producing the compound and forming the object thereof, as previously described, or the oxides or oxides can be mixed or constituent compounds, as in the case of multicomponent glasses, that is to say those having more than two oxides. For example, in the case of SiO.Al2O3.2SiO2, SrO.SiO2 can be mixed with Al2o3.SiO2 or one part by weight of SiO and one part by weight of Al2O3 and two parts by weight of SiO2, or one can use the compound SrO.Al2O3.2SiO2.
In the case of phosphate glasses, such as, for example, 3Ba3 (PO4) 2.BaF2 and 5CaO.P2O5.SiO2, 3CaO.P2O5 can be mixed with 2CaO.SiO2. Other mixtures can be made, as technicians in this field know.
To melt the materials, in particular in the case where one uses compositions having a melting point higher than 1650 C., one uses flames whose available temperatures are higher than 1650 C. and which are sufficient. high to melt the materials to a melt state corresponding to the desired viscosity, as previously mentioned. Thus, the following fuels give the following maximum flame temperatures. On the table, we give the fuel in proportion
<Desc / Clms Page number 8>
molar ratios, the fuel in percent and the gas supporting combustion, namely air or oxygen, is indicated:
TABLE II.
-----------
EMI8.1
<tb>
<tb> FUEL
<tb> COMPOSITION <SEP>% <SEP> GAS <SEP> MAINTAIN <SEP> TEMPERATURE <SEP> MAX.
<tb>
THE <SEP> COMBUSTION <SEP> of the <SEP> FLAMES <SEP> (C.)
<tb>
EMI8.2
5CH 4+ 2N2 13 Air 1792 5CH4 + C02 11.5 Air 1797 lOCH4 + 3C02 12.3 Air 1777
EMI8.3
<tb>
<tb> 5CO + 2N2 <SEP> 40 <SEP> Air <SEP> 1810
<tb> 500 + CO2 <SEP> 37.6 <SEP> Air <SEP> 1797
<tb> 37 <SEP>% <SEP> CO. + 27.1%
<tb> H2 + <SEP> 35.9% <SEP> N2 <SEP> 41.7 <SEP> Air <SEP> 1812
<tb> 5CO-CO2 <SEP> 37.6 <SEP> Air <SEP> 1797
<tb> 5CH + N2 <SEP> 11.5 <SEP> Air <SEP> 1827
<tb> 10CH4 + C02 <SEP> 10.75 <SEP> Air <SEP> 1825
<tb> 2OCH4 + CO2 <SEP> 10.35 <SEP> Air <SEP> 1850
<tb> CH4 <SEP> 10 <SEP> Air <SEP> 1875
<tb>
EMI8.4
C 4 H10 3 2 Air 1895
EMI8.5
<tb>
<tb> C2H6 <SEP> 5.9 <SEP> Air <SEP> 1895
<tb> iC4H10 <SEP> 3.2 <SEP> Air <SEP> 1900
<tb> C3H6 <SEP> 4.5 <SEP> Air <SEP> 1935
<tb> C4H8 <SEP> 3,4 <SEP> Air <SEP> 1930
<tb> 9CH4 + H2 <SEP> 10 <SEP>, 5 <SEP> Air <SEP> 1880
<tb>
EMI8.6
'3CH4 + 2HZ 13,
5 Air 1900
EMI8.7
<tb>
<tb> 2CH4 + 3H2 <SEP> 16.5 <SEP> Air <SEP> 1916
<tb> lOCO-N2 <SEP> 35.9 <SEP> Air <SEP> 1915
<tb>
EMI8.8
20CO + C02 - 35.6 Air 1890
EMI8.9
<tb>
<tb> C3H9 <SEP> 4.15 <SEP> Air <SEP> 1925
<tb> 4H2 + N2 <SEP> 28.87 <SEP> Air <SEP> 1925
<tb>
EMI8.10
5CH4 + 02 10, t Air ¯, ¯ 1955 7CH4 + 02, 10.2 '1. Air "1925
<Desc / Clms Page number 9>
TABLE II (Continued) ----------
EMI9.1
<tb>
<tb> FUEL
<tb> COMPOSITION <SEP>% <SEP> GAS <SEP> MAINTAIN <SEP> TEMPERATURE <SEP> MAX. <SEP>
<tb>
THE <SEP> COMBUSTION <SEP> of the <SEP> FLAMES <SEP> (C.)
<tb>
EMI9.2
- - - - - ¯¯'¯ ¯ ....
9CH4 + C2H2 9, 7 Air .93 0 50.1% C0 * 5 H2 + .1 ,,, l N2 3 6 Air 1940
EMI9.3
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 7 <SEP> Air <SEP> 1975
<tb> 6N2 + N2 <SEP> 29.5 <SEP> Air <SEP> 1960
<tb> 4CH4 + O2 <SEP> 10.5 <SEP> Air <SEP> 1980
<tb> CH4 + 4H2 <SEP> 22 <SEP> Air <SEP> 1960
<tb> CO <SEP> 37 <SEP> Air <SEP> 2000 <SEP> ¯10
<tb> CH4 + 9H2 <SEP> 24 <SEP> Air <SEP> 2000
<tb> 58.5% <SEP> CO +
<tb> 41.5% <SEP> H2 <SEP> 32.6 <SEP> Air <SEP> 2004
<tb> H2 <SEP> 31, <SEP> 6 <SEP> Air <SEP> 2045
<tb> 3CH4 + 02 <SEP> 10.7 <SEP> Air <SEP> 2040
<tb>
EMI9.4
7GH4 + 3C2H2 9.3 Air 2025
EMI9.5
<tb>
<tb> CO <SEP> 32 <SEP> Air <SEP> 2100 <SEP> ¯10
<tb>
EMI9.6
3CH4 + 2C2H2 9.25 Air 2075 2CH4 + 3C2H, 9.1 Air 2l6? CH4 + 4C2H2 ", -?, 05 Air 2.250 C4 +, 9.C2H" 2, 9 Air 2290,
EMI9.7
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 9 <SEP> Air <SEP> 23 <SEP> 25 <SEP>
<tb> H2 <SEP> O2 <SEP> 2310
<tb>
EMI9.8
CD-30 02 2400;
t. 10 H2 82 02 2427 H2 67 02 '(, y "2487 H2 73 - - 02'. -. 2527 H2, 78. ', 02' 2660 x #, 78, .. ',.,> 1 1 1 0' >, 2660 'co .ò> -' -. '-' 02 '2680 10 ..t ....
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TABLE II (Continued). --------
EMI10.1
<tb>
<tb> FUEL
<tb> COMPOSITION, <SEP>% <SEP> GAS <SEP> MAINTAIN <SEP> TEMPERATURE-MAX.
<tb>
THE <SEP> COMBUSTION <SEP> of the <SEP> FLAMES <SEP> (C.)
<tb> 550 <SEP> gas <SEP> from
<tb> city <SEP> (138
<tb> calories) <SEP> 65 <SEP> O2 <SEP> 2730
<tb>
EMI10.2
Co ¯ 80 02 2805 10
EMI10.3
<tb>
<tb> 800 <SEP> gas <SEP> to <SEP> water
<tb> (carbide)
<tb> (201.5 <SEP> calories) <SEP> 50 <SEP> O2 <SEP> 2800
<tb>
EMI10.4
CC 60 02 2905 10
EMI10.5
<tb>
<tb> CO <SEP> 70 <SEP> O2 <SEP> 2925 <SEP> ¯10
<tb> C2 <SEP> H2 <SEP> 18 <SEP> O2 <SEP> 2927
<tb> C2H2 <SEP> 50 <SEP> O2 <SEP> 2927
<tb> natural <SEP> gas
<tb> (258 <SEP> calories) <SEP> 45 <SEP> O2 <SEP> 2930
<tb> C2H2 <SEP> '<SEP> 33 <SEP> O2 <SEP> 3007
<tb> C2H2 <SEP> 44 <SEP> O2 <SEP> 3137
<tb> C2H2 <SEP> 02 <SEP> 3500
<tb> Torch <SEP> to <SEP> atomic hydrogen <SEP> <SEP> 3760
<tb>
It appears that, by proper mixing of fuels, inert gases (such as nitrogen)
and combustion-sustaining gases (such as oxygen and air), flames of maximum temperature sufficient to melt any of the batch mixtures listed above can be obtained at temperatures above 1650 C by choosing the appropriate fuel to achieve the particularly desired temperature.
However, the Applicant wishes to superheat the vitrifiable oxides above their melting points in order to raise the temperature of the glass bath with the aim of reducing its viscosity to a certain value so that it thins into a wire having the highest temperature. desired diameter. Thus, the applicant uses a flame, the average or maximum temperature of which is sufficient to raise the temperature of the wire to that of the necessary viscosity. The composition of the fuel and the gas supporting the combustion can be chosen which give the flame having the desired high temperature.
If the flame is directed against the rod so that it envelops the latter, it behaves like a hot gas bath at constant temperature to raise, at maximum speed, the temperature of the rod to the desired temperature and maintain it. at such a temperature. The composition of the fuel is chosen for this purpose. Therefore, if it is desired to maintain the temperature of the molten wire 100 ° C. above the melting point, in order to obtain the suitable thinning viscosity as can be determined, for example, by adjusting the temperatures and
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When winding the coil, flame-producing compositions such as those listed in the above table are used to give such a maximum temperature.
Thus, for example, if a rod formed of ZrO2 and SiO2 is used in the manner described above, resulting in a zirconium silicate glass, having a melting point of 2430, a hydrogen flame can be used. and oxygen or an acetylene and-oxygen flame or a CO + O2 flame, or a water gas or natural gas flame with oxygen, by adjusting the composition , as indicated in the table to give a flame having the desired temperature.
By projecting the flame against the rod, the flame brings the latter to the desired temperature, but since the temperature of the rod or the wire cannot exceed the maximum temperature of the flame, a suitable adjustment thereof to give the desired temperature as mentioned above melts the glass and controls its viscosity for the purposes indicated.
The rate of temperature rise to go from the region where the initiation of melting of the binder with the aid of the amalgamation fluxes is obtained to the melting temperature should be as fast as possible so that the rod does not pass through the transition temperature between these regions slowly enough to allow phase separation of the liquid components formed by partial melting of the mixture, so that migration of the liquid phase under the influence of gravity occurs and thus results in phase separation in the rod and lack of uniformity of composition.
By rapidly passing the rod from the region of initiation of fusion into the flame or to the fusion zone, at high temperature, rapid and complete fusion of the glass mixture is achieved without phase separation in the mixture.
Although the present invention has been described with respect to the embodiment which Applicant prefers as one of the most useful applications of the present invention, Applicants do not wish to be limited to the embodiment described. Other forms of apparatus can be used to carry out the present method. Other shapes than threads or filaments can be produced depending on the shape of the extrusion nozzle. Some shaped articles do not need to be extruded but can be molded, die-formed or otherwise obtained and subjected to the projection of a flame and the heat necessary to produce glass in a manner equivalent to that described above with regard to the production of filaments.
Thus, the bonded mass of batch materials can be extruded or otherwise shaped into a tube, plate, sheet or ribbon, heated to initiate melting of the fluxes, when used, without alteration of the shape of the object, and raising the temperature rapidly to the melting point of the glass to produce a viscous, coherent mass without appreciable alteration of shape, and cooling the shaped and molten mass to solidify the object con - extruded formed, for example, the extruded glass tube, plate, sheet or tape.
The various glass compositions, fluxes and flames have all been indicative of the present invention.
It is obvious that the preferred embodiment described above and represented in the appended drawing is given only as an indication and not limiting and that various modifications can be made to it without deviating for this. of the spirit and scope of the invention.
CLAIMS.
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