<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte en générai à l'art de fondre le verre, et elle a trait plus par- ticulièrement à un procédé et à un appareillage nou- veaux et améliorés pour accroître la capacité de fusion d'un four à bassin et pour régler dans celai-ci la cir- culation du verre durant les stades continus de fusion et de raffinage.
Dans le procédé continu de fabrication du verre, la charge brute ou matière à traiter est introduite à
<Desc/Clms Page number 2>
une extrémité du bassin et est graduellement fondue et raffinée à mesure qu'elle avance lentement le long du bassin vers l'extrémité de décharge d'où elle est en- levée sous la forme de verre terminé fondu. La fusion ou liquéfaction de la charge est réalisée par de la chaleur appliquée sous la forme de flammes ou de gaz de combustion dirigés sur la surface de cette charge par des fenêtres qui s'ouvrent dans le compartiment de fusion au- dessus du niveau du verre. En général, quatre à six fe- nêtres sont agencées à intervalles le long de chacun des côtés opposés du four à bassin conventionnel.
Il est évidemment essentiel dans toute opération de fabrication du verre que les matières chargées soient complètement fondues ou fusionnées avant de sortir par l'extrémité de décharge ou de travail du four. Un des facteurs lesplus importants pour prévenir le passage de matière non fondue ou non raffinée à l'extrémité de travail, assurant ainsi la production d'une masse fondue de consis- tance uniforme et homogène, est le réglage rigoureux-, de convection qui, comme on le sait, existent dans le verre fondu. Ces courants sont généralement d'origine thermique et bien qu'ils soient d'ampleur assez faible, ils exercent une action importante sur l'homogénéité de la masse.
A l'élaboration, lorsque la matière chargée est introduite à l'extrémité de chargement ou extrémité ar- rière du bassin, le verre fondu déjà dans le compartiment de fusion'est refroidi par ia charge froide, et ainsi il s'établit un gradient de température courant sur la longueur du four. La conséquence de ceci est que l'on constate qu'une région de température maximum existe
<Desc/Clms Page number 3>
substantiellement à l'endroit de la troisième fenêtre d'un four à cinq fenêtres utilisé industriellement.
Une autre conséquence de ceci est que la tempéra bure est plus basse à l'extrémité arrière ou de chargement du four, et est plus basse à l'extrémité avant ou de décharge que la température au point ou à la région avoisinant l'em- placement de la troisième fenêtre. Puisque le verre est à sa température la plus élevée dans cette aire, il est le plus dilaté à cet endroit et il est relativement moins dense que le verre dans les aires situées de part et d'autre. En outre, étant donné que ded courants thermi- ques s'écoulent à partir d'aires relativement chaudes vers des aires relativement plus froides, on peut dire que le verre descend d'aires relativement plus chaudes, où il est le plus dilaté, vers des aires relativement froides ou il est le moins dilaté.
La région relative- ment chaude est souvent désignée par "point chaud" et on peut encore la désigner comme étant une "source", à cause du jaillissement du liquide en. cet endroit.
Le fait que le verre fondu descend réellement,en d'autres termes qu'il y a une circulation réelle vers l'arrière et vers l'avant à partir du point chaud, peut être aisément démontré en plaçant des morceaux de brique de silice sur la surface du verre. On constatera que ces morceaux se déplacent vers l'arrière dans le four s'ils sont à l'arrière du point chaud, et qu'ils progressent vers l'avant s'ils sont en avant ou en face de ce point chaud.
En plus de ce mouvement longitudinal, on consta- tera également que les morceaux de silice se déplacent aussi vers l'extérieur en direction des côtés du bassin puisque le verre auxdits côtés est relativement plus froid
<Desc/Clms Page number 4>
qu'il ne l'est pratiquement au centre. Ces phénomènes démontrent clairement qu'il existe des courante thermiques et que le verre dans le four circule continuellement sui- vant certains circuits.
Naturellement, ces courants ther-
EMI4.1
i> miques et leur action déterminant un écoulement, vers l'arrière, du verre en surface à partir du point chaud vers l'arrière du four ont une grande importance en em- pêchant la charge non fondue de descendre le four vers l'extrémité de travail.
On a proposé autrefois un certain nombre de procé- dés divers pour régler et accroître l'ampleur des cou- rants de convection. Par exemple, on brûlait des quanti- tés plus importantes de combustible à la troisième fenê- tre, avec comme conséquence que la température est plus élevée dans cette région et que les courants thermiques sont augmentés d'intensité. Ou encore, on brûlait une quantité relativement plus importante de combustible à la quatrième fenêtre par rapport aux autres fenêtres, si @ bien que l'emplacement du point chaud était déplacé vers le bas du bassin en direction de la quatrième fenêtre.
Cependant, bien que ces moyens donnent en général de bons résultats, il est difficile par ces mesures de maintenir une position constante du point chaud et, par conséquent, il peut se produire dans le bassin des courants de convec- tion variables.
En plus des moyens précédents, on a construit des fours avec des séparations ou barrages pour isoler méca- niquement l'aire dite de fusion de l'aire de raffinage de réservoir. Bien que ces moyens peuvent s'employer ef- ficacement pour circonscrire les courants thermiques et les conserver dans les limites voulues, il est relativement
<Desc/Clms Page number 5>
incommode et onéreux d'adapter ces séparations à un bassin existant. Il est également possible d'introduire au fond du four des brûleurs à gaz sous haute pression amenant des mélanges de combustible et d'air, ce qui fait que les gaz combustibles passent de bas en haut à travers le verre et,'par leur combustion, échauffent le verre.
Toutefois, l'emploi de tels gaz combustibles offre l'in- - convénient de restreindre les additions gazeuses aux pro- duits de combustion des gaz combustibles, alors que dans certain cas il est souhaitable d'éviter des additions supplémentaires de vapeur d'eau ou d'autres produits de combustion.
C'est pourquoi un objet important de la présente invention est de régler exactement la circulation du verre dans un four à bassin et de produire ainsi un verre plus homogène sans les inconvénients des techniques anté- rieures connues dans l'art.
Un autre objet de l'invention est de régler exacte- ment la circulation du verre fondu dans un four à bassin tandis que l'on augmente matériellement en même temps la capacité de fusion du bassin.
Un autre objet de l'invention est d'empêcher sub- stantiellement le passage de verre non fondu ou non raf- finé à l'extrémité de travail du four à bassin par un réglage amélioré des courants de convection circulant au sein de la masse fondue.
Un autre objet de l'invention est d'accroître la capacité de fusion du bassin et de produire une augmenta- tion de l'ampleur de la circulation du verre sans altérer substantiellement les courants thermiques normaux qui existent.dans le four en l'absence de moyens circulatoires artificiels.
<Desc/Clms Page number 6>
Un autre objet de l'invention réside dans l'apport d'un procédé et d'un appareillage pour augmenter la capa- cité de fusion de verre et pour régler les courants de convection dans un bassin à verre, où on utilise des électrodes au moyen desquelles on'fait passer un courant électrique à travers le verre fondu pour réchauffer.
Un autre objet de l'invention réside dans l'apport d'un procédé et d'un appareillage pour augmenter la ca- pacité de fusion d'un bassin et pour régler les courants de convection à 1'intérisur de celui-ci, qui consiste sub- stantiellement à la fois à chauffer et à faire circuler en outre la masse de verre dans une région étroitement adjacente à la ligne normale du point chaud dans le four, ce qui fait que la circulation du verre est augmentée sans changer pratiquement la direction de déplacement des courants thermiques normaux dans le verre.
Dans les dessins d'accompagnement : la figure 1 est une vue en hàuteur latérale d'une portion dtun four à bassin comportant une forme du moyen régulateur de circulation et de chauffage amélioré de la présente invention; la figure 2 est une coupe verticale effectuée sub- stantiellement suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe détaillée d'une forme modifiée du moyen de réglage de la circulation; la figure 4 est une vue en plan fragmentaire du moyen de réglage représenté dans la figure 3 ; la figure $ est une vue en coupe détaillée d'une autre modificat du moyen de rêglage de la circulation;
la figure 6 est une coupe longitudinale partielle
<Desc/Clms Page number 7>
effectuée suivant la ligne centrale d'un four à bassin et montrant tine forme modifiée de l'invention utilisée pour augmenter la capacité de fusion du verre du four; la figure 7 est ,une coupe transversale effectuée suivant la ligne 7-7 de la figure 6.
Suivant la présente invention, on prévoit un procédé de fusion du verre dans un four de fusion du type à bassin contenant un bain de verre fondu, procédé qui consiste à localiser sélectivement dans le bain une région de courants thermiques ascendants de verre fondu en appliquant une chas- leur extérieure au bain, et à appliquer un chauffage sup- plémentaire à l'intérieur du bain dans cette môme région de courants thermiques ascendants.
L'invention apporte également un appareillage de fusion du verre, comprenant un four du type à bassin ayant une chambre de fusion dans laquelle on introduit les ma- tières premières de fabrication du verre et qui contient un bain de verre fondu, un moyen de chauffage pour diriger de la chaleur contré la surface du bain fondu et de matières premières pour fondre ces dernières et pour produire une région de courants thermiques ascendants de verre fondu, et un moyen pour introduire de la chaleur dans la région des courants thermiques ascendants, en-dessous de la surface.
L'invention consiste en outre en un four de verrerie du type à bassin contenant un bain de verre fondu et dans lequel le verre est soumis à une fusion et à un raffinage dans des zones successives du four, en combinaison avec un moyen pour chauffer extérieurement le verre dans la zone de fusion, un moyen pour chauffer le verre dans la zone de raffinage et un moyen de chauffage par électrodes entre les
<Desc/Clms Page number 8>
zones de fusion et de raffinage.
Se référant maintenant aux dessins, et plus particu- lièrement aux figures 1 et 2, on représente une portion d'un
EMI8.1
fourra bassm contïrn 10 t:luquëy6onvient et s'adapte particu- lièrement bien la présente invention. On notera toutefois que les moyens nouveaux de réglage et de chauffage révélés ici peuvent également s'employer en relation avec des ma- tières autres que le verre et dans des fours de fusion autres que celui du type à bassin continu.
Ces fours continus comportent ordinairement un sommet ou toit 11, des parois latérales 12, des parois terminales 13, et un fond ou sole 14, le tout étant construit en un matériau réfractaire approprié. La matière formatrice de verre ou charge brute est introduite à l'extrémité de chargement 15 du four par un dispositif alimentateur (non représenté) et elle est réduite à l'état fondu dans la chambre de fusion 16 à partir de laquelle elle s'écoule dans une chambre de raffinage (non représentée) et est en- suite enlevée à l'extrémité opposée ou extrémité de sortie du four, à l'état de matière homogène. Bien que la chambre 16 soit appelée chambre de fusion, une partie de l'action de raffinage peut également s'y produire.
La chaleur pour réduire la charge en verre fondu à l'intérieur de la chambre de fusion 16 est produite par des moyens appropriés tels que des régénérateurs qui in- troduisent des gaz chauds par les fenêtres 17 et'18 débou- chant dans le bassin de fusion au-dessus du niveau du verre en mouvement dans celui-ci. Comme on 1'a signalé antérieure- ment, les fenêtres sont agencées à intervalles le long des deux côtés du four 10 et normalement il y a cinq de ces fenêtres dans un four du caractère décrit.
Pour la clarté
<Desc/Clms Page number 9>
de la description on ltuillse 10 nombre 17 pour désinger la première fenêtre et le nombre 18 pour identigfer la troisième fenêtre
Lorsque 1a charge brute est introduite dans le four
10 par l'extrémité de chement 15 du four, des tempéra- tures variables s'établissant sur toute la longueur de ce four et il se crée un point chaud ou région de tempé rature maximum substantiellement à l'endroit de la fenêtre 18 qui est la troisième fenêtre d'un four à cinq fenêtres.
Par suite des courants thermiques qui s'écoulent vers l'avant et vers l'arrière en direction des aires relati- vement plus froides à partir de la ligne du point chaud, il s'établit une circulation du verre d'une manière telle que les matières complètement fondues sont entraînées vers l'avant et la charge non fondue est entraînée vers l'arrière et maintenue dans l'aire éntre la troisième fenêtre et l'extrémité de chargement jusqu'à fusion complète, après quoi elle descend dans la masse fondue et est finalement entraînée de bas en haut et ensuite vers l'avant dans la chambre de raffinage.
Cependant, il arrive parfois que les courants de convection ne soient pas d'une ampleur suffisante pour faire circuler adéquatement la masse fondue, ce qui a pour résultat que la charge non fondue va au delà de la troisième fenêtre ou du point chaud et apparaît par la suite dans la masse terminée sous la forme d'un défaut.
<Desc/Clms Page number 10>
On empêche pratiquement ici une telle situation en apportant des moyens qui augmentent ou accélèrentla cir- culation du verre sans modifier pratiquement les courants thermiques normaux qui existent dans le four en l'absence de ces moyens. On représente'dans les figures 1 et 2 un appareillage particulièrement bien approprié à cette fin, figures dans lesquelles on représente plusieurs moyens 19 de réglage de la circulatin espacés qui s'étendent à travers la sole 14 du four 10 en des points prédéterminés à l'intérieur de la chambre de fusion 16 et en une rangée transversale entre les parois latérales 12 du four.
Ces moyens 19 sont de préférence situés pratiquement sur la ligne normale du point chaud dans le four ou même légè- rement en arrière ; end'autres termes, ils sont en général situés en une rangée verticale, ou rideau, en alignement substantiel avec la troisième fenêtre 18 d'un four à cinq fenêtres.
Les moyens de réglage de la circulation 19 repré- sentés suivant une forme de réalisation de l'invention comportent plusieurs électrodes 20, en forme de tige, montées dans des supports 21 portés par la sole 14 du four et maintenues en cet endroit en une position prati- quement fixe au moyen de manchons 22 qui ont également la fonction de supporter un fil d'amenée 23 à partir d'une source convenable de courant électrique.
Bien que les élec- trodes 20 soient maintenues bloquées par les manchons 22, ' ces manchons peuvent être déserrés lorsqu'il est souhaita- ble de remplacer une électrode épuisée ou de faire avancer l'électrode dans le bain fondu, par exemple-lorsque sa portion terminale s'use. Les électrodes elles-mêmes peu- vent être constituées en un quelconque des matériaux ap- propriés divers, comme par exemple du carbone, du graphite
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
ou une combill:dGÙ11 du ces deux uabiures, ou un t.,.l..¯LLt fer-chrome, de ; al.ia;;os de platina ou de TW..:Ci..tUX j,'ç!.r(j;], du per forgé ou de l'acier, du cuivre, du nickel, du molybdène ou du zinc.
On peut utiliser diverses combinaisons électriques avec l'agencement d'électrodes représenté dans la figure
2. Par exemple les neuf électrodes qui y sont représen- tées peuvent être réparties en trois groupes de trois électrodes chacun, et chaque groupe peut être relié à un conducteur différent provenant d'une source de courant al- ternatif triphasé. Dans un tel agencement, l'électrode la plus extrême 24, sur la gauche de la figure, peut être re- liée à un conducteur il d'un câble triphasé 25. L'électrode adjacente 26 est raccordée au conducteur B du câble et l'électrode suivante 27 est alimentée par le conducteur restant Ç du câble. Les autres électrodes 28 à 33 sont raccordées de manière similaire aux conducteurs du câble.
Les électrodes' 28 et 31 sont raccordées au conducteur A les électrodes 29 et 32 sont raccordées au conducteur B et les électrodes restantes 30 et 33 sont alimentées par le conducteur C Avec la combinaison électrique représen- tée, des électrodes adjacentes sont toujours alimentées électriquement par des phases différentes, de manière à ce qu'un courant électrique puisse passer entre elles à travers le verre fondu.
Il existe plusieurs moyens émetteurs d'un milieu ga- zeux 34, disposés entre les électrodes 20 et formant une partie des moyens de réglage de la circulation 19, qui sont également agencés en une rangée s'étendant entre les parois latérales du four 12'généralement en alignement
EMI11.2
avec la troicicuio ténèbre 18. Les moyens éstletteurs 34
<Desc/Clms Page number 12>
sont de préférence espacés pratiquement à mi-distance entre deux électrodes adjacentes 20 et ils peuvent être constitués par des longueurs convenables de cyaux métalli- ques qui sont fixés à l'intérieur de la sole du four 14 en alignement avec sa surface supérieure.
De l'air, du gaz ou d'autres milieux de ce genre, de préférence à l'état comprimé, sont éjectés à partir des moyens 24. En outre, on peut choisir des gaz qui exercent une action réductrice, ou oxydante, ou neutre.
Il peut parfois être souhaitable de modifier l'agen- cement alterné décrit plus haut d'électrodes et de moyens émetteurs en plaçant un groupe espacé d'électrodes en une rangée s'étendant depuis chaque parois latérale du four vers l'intérieur sur une distance substantiellement égale à 1/4 ou à 1/3 de la largeur du bassin, et en plaçant entre une telle série d'électrodes, en alignement avec elles, une rangée seulement de moyens émetteurs . En d' autres termes, il peut parfois être préférable de remplacer les trois électrodes du centre (figure'2) par des moyens émet- teurs d'air et d'enlever ou de remplacer ces moyens exté- rieurement à ces trois électrodes par des électrodes supplà- mentaires.
Un tel agencement peut avoir comme avantage de fournir un supplément de chaleur au verre relativement plus froid avoisinant les parois latérales du four, d'augmenter en même temps sa circulation et aussi deréduire quelque peu la température de la masse du verre dans la portion centrale du four tout en assistant la circulation du verre en cet endroit.
On représente des formes modifiées de ltinvention dans les figures 3, 4 et 5, et en se référant aux deux premières figures, on voit que le moyen de réglage de la circulation 35 révélé ici comprend une électrode 36, en forme de tige,
<Desc/Clms Page number 13>
supportée dans un support 37 et fixée à la sole 14 du four par un manchon 38 présentant le même caractère général que décrit antérieurement. On alimente en courant électrique cette électrode au moyen d'un fil d'amenée 39 porté par le manchon 38. A distance de l'électrode 36 et suivant une dis- position généralement en cercle autour de celle-ci, il existe plusieurs tuyaux ou moyens émetceurs 40 à partir des- quels de l'air, du gaz ou d'autres milieux gazeux ou combi- naisons de ceux-ci peuvent s'écouler.
Chacun de ces tuyaux peut être relié à un tuyau général d'admission 41 raccordé à une source du milieu gazeux que l'on a choisi. Les moyens de contrôle composites 35 sont de préférence espacés en des points prédéterminés en une rangée s'étendant entre les pa- rois latérales de la chambre de fusion du four, en alignement général avec la troisième fenêtre d'un four à cinq fenêtres.
Le moyen de réglage de la circulation 42 constituant une forme supplémentaire de l'invention et représenté dans la figure 5 comporte un tube cylindrique creux 43 dont les parois 44 forment l'électrode et dont la portion centrale ouverte 45 constitue le moyen à travers lequel le milieu gazeux peut être éjecté. Le tube 43 est monté dans la sole 14 du four 10 au moyen d'un support 46 de même construction générale que les supports 21 et 37, et ce support 46 porte un manchon 47 qui amène le courant aux parois 44 du tube, qui peut supplémentairement servir de moyen d'ajustage pour le mouvement vers l'intérieur et vers l'extérieur de ce tube 43.
A l'extrémité opposée du manchon 47 il y a un tuyau d'entrée d'air 48 pour fournir de l'air comprimé, du gaz ou d'autres mélanges à partir d'une source appropriée à la portion centrale ouverte 45 du tube 43 et sur la circonfé- rence du manchon il existe un fil d'amenée 49 relié inté- rieurement aux parois 4 du tube et extérieuroment à une
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
source de courant c:l.',¯c cri L14'. Les 1U,.v'::r.i.i.tu..;c d t rIE:C G1'W ! . ayant la composition décrire .flréc';d(i!1..rlUllt; yC:LtVC:I L Gare utilisés dans la fabrication du tube 43 et l'on peut employer divers moyens d'ajustage pour compenser l'usure .c1 ri l'électrode.
Les moyens de contrôle 42 sont agences dans
1a sole du four en des emplacements substantiellement les méme que ceux des autres moyens décrits plus haut.
Les divers moyens de réglage de circulation et de renfoncement de.chauffage comme décrits et représentés plus haut dans les dessins d'accompagnement ont un mode .de fonctionnement qui est essentiellement le même pour toutes les formes de l'invention. Lorsque le courant est appliqué aux électrodes 20 ou 36, ou aux parois 44 des tubes 43, et qu'en même temps on fait s'écouler un milieu gazeux à partir des moyens émetteurs 34 ou 40, ou à partir de la portion centrale ouverte 45 des tubes 43, la masse de verre fondue dans une aire entourant les moyens de circulation est amenée à se déplacer suivant une direction généralement circulaire à partir de ces moyens Spécifiquement,
les élec- trodes imposent un chauffage additionnel localisé en faisant passer un courant électrique à travers le verre qui se trouve entre elles et qui est chauffé par résistance à une tempé- rature plus élevée par le passage du courant à travers le verre. Ce chauffage supplémentaire crée des courants de con- vection thermiques qui s'ajoutent aux courant thermiques normal.ement créés.
Le résultat de cet accroissement de l'ampleur des courants dans le bain fondu est que le verre complètement fondu et moins dense est entraîné vers l'avant et, essentiellement, en même temps, la charge non fondue de- meurant sur la surface du bain fondu estentraînée vers 1'ar- rière de la région du point chaud et est soumise continuelle- ment à la temp@rature plus élevée de cette aire jusque ce
<Desc/Clms Page number 15>
qu'elle fonde et descende dans la masse fondue, après quoi elle est aussi entraînée vers l'avant de la région relati- vement plus chaude du bassin. L'écoulement continu de la charge et du verre fondu est représenté par les floches dans la figure 1.
En même temps que l'on applique de la chaleur par les électrodes, de l'air comprimé ou gaz ou autres milieux si- milaires circulent de bas en haut dans la masse de verre à partir de moyens émetteurs,ou tuyaux pour fournir un apport mécanique supplémentaire aux courants thermiques existants.
Des bulles se forment à partir de l'air ou autre substance gazeuse introduite sous pression dans le verre et, lorsque ces bulles s'élèvent, il se produit un mouvement du verre qui entoure immédiatement les bulles. Normalement ces bulles continueraient directement leur trajet verticalement jusqu'à la surface, mais en raison des courants de convection addi- tionnels provoqués par les effets calorifiques des électrodes, les bulles sont généralement entrainées dans les directions desdits courants de convection et déplacent le verre porté par les bulles dans les mêmes directions générales.
Cependant, comme l'effet de refroidissement du milieu gazeux est plus que compensé par l'effet calorifique créé par le passage d'un courant électrique à travers le verre fondu entre les électrodes, il est peu probable que le verre soit refroidi dans l'aire entourant les jets gazeux. Ainsi les inconvé- nients d'un refroidissement par les moyens gazeux et ltincon- vénient de l'incapacité d'obtenir la circulation maximum désirée par les électrodes seules, sont ici éliminés de manière pratiquement complète par l'emploi localisé simul- tané de gaz et de chaleur comme supplément aux courants thermiques normaux, sans diminuer leur efficacité essentielle.
<Desc/Clms Page number 16>
La modification de l'invention représentée dans les figures 6 et 7 est principalement destinée à renforcer la capacité de fusion d'un bassin de fusion régénérateur de type conventionnel semblable au bassin 50 (figure 6), le- quel est du type couramment employé pour la production de verre en feuille ou en plaque. Le bassin 50 est substan- tiellement rectangulaire en coupe transversale et il a une paroi de fond 51, des parois latérales opposées verticales 52, et un toit voûté 53. La portion intérieure 54 du bassin, les extrémités de cette portion intérieure étant définies par une paroi terminale 55 et une voûte suspendue 56, est chauffée au moyen de flammes sortant transversalement à travers le bassin à partir d'une série de cinq fenêtres 57 prévues dans chacune des parois latérales du bassin et disposées les unes en face des autres.
Lorsqu'on fond du verre par un systëme régénérateur à feu ouvert de ce genre, les flammes chauffent le toit du bassin 53 jusqu'à incan- descence et le toit a son tour irradie de'la chaleur vers le bas sur la surface 58 d'un bain fondu de verre 59 contenu dans le bassin.
Le chauffage du bain de verre en dessous de sa surface supérieure est réalisé principalement par rayonnement étant donné que le verre, même lorsqu'il est fondu, est un con- ducteur médiocre de la chaleur et que par conséquent l'action des flammes en soi chauffe uniquement de manière effective la surface immédiate du bain.
En quelques mots, suivant la présence forme de réli- sation de l'invention, le point chaud estsélectivement localisé dans une région voulue du verre fondu par le chauffage propre du four, et le verre dans cette région est alors chauffé par résistance, ce qui au; mente la capacité de fusion du bassin.
<Desc/Clms Page number 17>
Tout. comme la forme de réalisation de l'invention représentée Dans les figures 1 et 2, le point chaud D du bassin 50 peut être localise substantiellement en alignement avec la fenêtre moyenne ou troisiùme fenêtre 60, en réglant le volume des flammes sortant des fenêtres respectives 57 du four.
En d'autres termes, les fenêtres seront allumées de manière à ce que le toit du four au-dessus du point chaud D soit relativement plus chaud que les portions restantes du toit et, par suite du cheminement transversal des flammes à ltintérieur dù bassin, spécialement si la fenêtre centrale 60 de chaque côté du bassin est allumée à un taux d'émission de chaleur plus élevé que les fenêtres restantes, il y a formation d'une aire transversale à haute incandescence dans le toit substantiellement sur toute la largeur du bassir. et immédiatement au=dessus d'une région transversale reso 6 en bain qui devient alors le point chaud.
Cette aire trans- versale du toit irradie de la chaleur vers le bas dans le @ bain et produit une région substantiellement de même étendue de courants thermiques ascendants opposés qui constituent le point chaud D.
Comme mentionné antérieurement, comme le verre est maintenant le plus chaud dans l'aire D il est dilaté et moins dense que le verre dans les aires situées de part et d'autre du point chaud. Par conséquent, le verre fondu a tendance à descendre depuis le point chaud vers les aires plus froides sur chacun de ses côtés. Les flèches en poin- tillés le long de la surface du bain dans la figure 6 indi- quent les courants thermiques de verre fondu qui s'écoulent vers l'arrière en direction de l'extrémité.de chargement ou doghouse 61 du bassin, et les flèches pleines le long de la surface montrent les courants thenniques qui sont dirigés
<Desc/Clms Page number 18>
vers l'extrémité de décharge du bassin et dans la direction de la "traction" exercée sur le bain par suite de la décharge du verre en cet endroit.
Conformément à cette forme de réalisation de l'invention, le verre fondu formant les courant thermiques, dans la région du point chaud localisé sélectivement, est chauffé par résis- tance à une température :plus élevée, ce qui fait que la capa- cité de fusion du bassin est augmentée et en même temps les courants thermiques sont maintenus dans leur trajet normal.
Le moyen pour chauffer le verre par résistance comprend plusieurs électrodes verticales 62 espacées, faisant saillie à travers la paroi de fond du bassin et s'étendant verticale- ment sur une distance limitée dans le bain de verre fondu.
Comme on peut le voir dans la figure 7, ces électrodes peuvent être du type représenté dans la figure 2 et elles sont espa- cées suivant une ligne transversale s'étendant substantielle- ment sur la largeur du bassin entre les parois latérales et à l'intérieur de la région de point chaud D, en étant englo- bée dans cette région. On peut utiliser divers agencements de raccordement des électrodes pour réaliser le chauffage par résistance du verre au moyen de l'effet joule, et le système électrique représenta dans la figure 7 n'explique qu'une forme pouvant être utilisée. Comme on le voit, l'élec- trode la plus extrême 63 sur la gauche de la figure et l'élec- trode 64 immédiatement sur la droite de la ligne centrale du bassin sont alimentées par un conducteur A d'un câble 65 raccordé à une source de courant alternatif triphasé.
Les électrodes 66 et 67 adjacentes et sur la droite des électrodes 63 et 64 sont raccordées au second conducteur B du câble 65, tandis que les deux autres électrodews 68 et 69 sont alimentées le troisième conducteur Ç du câble.
<Desc/Clms Page number 19>
Lorsqu'une motte 70 de matières premières de fabri- cation du verre, ou charge, est introduite dans le bassin par son doghouse 61, la motte par suite de la pression exer- cée par les mottes suivantes, est poussée en avant dans 1'in- térieur du bassin ou chambre de fusion 54 pour être exposée aux flammes sortant des fenêtres 57 destinées à rayonner de la chaleur dirigée vers le bas depuis le toit du bassin.
Cette action de chauffage par le haut, qui fond et liquéfie la charge, est renforcée par les courants thermiques dirigés vers l'arrière (flèches en pointillés) du verre fondu qui agissent sur les portions de la charge en dessous de .- sur- face du bain. On comprendra aisément que si le chauffage du bain par le haut est maintenu relativement constant, en ce qui concerne l'apport de chaleur par le haut au bassin, la capacité de fusion du bassin peut être accrue en augmentant la température du verre contenu à l'intérieur des courants thermiques mobiles qui sont en contact avec les matières chargées devant être fondues.
Pour décrire de manière plus adéquate le procédé de l'invention, la portion 71 de l'intérieur du bassin entre le doghouse et le point chaud (figure 6) sera considéré comme étant la zone de fusion, tandis que la portion 72 à la droite du point chaud sera considérée comme la zone de raffinage. Chose bien connue dans 1'art, 1a zone de fusion est la portion du bassin dans lamelle la fusion de la charge pour verre s'opère, alors que la zone de raffinage est la portion du bassin dans laquelle les graine et les bulles résultant de l'action de lafusion sont éliminés.
Suivant le procédé de l'invention, le verre fondu à l'intérieur des courancs thermiques ascendants dans la zone de. fusion est chauffé par résistance avant d'atteindre la surface du bain de verre, dans 1a région du oint chaud, au moyen de courants électriques passant entre les électrodes
<Desc/Clms Page number 20>
62 et à travers le verre fondu. Comme on le voit dans les figures 6 et 7, les électrodes sont situées dans les couches inférieures du bain.
Par conséquent, après avoir été chauffé par résistance, le verre à l'intérieur des courants ther- miques a une plus grande tendance à s'élever vers la sur-- face du bain.
Lorsque le verre chauffé par résistance approche de la surface, il absorbe davantage de la chaleur rayonnante provenant de la région du toit qui surplombe immédiatement le point chaud et, en atteignant la surface et en étant entraîné vers l'arrière en direction du doghouse, le verre dans les courants est supplémentairement chauffé par les flammes sortant des fenêtres les plus proches du doghouse.
Au contact de la portion de la motte 70 en-dessous de la surface du bain, ces courants sont refroidis puisqu'une certaine quantité de chaleur en est prélevée pour fondre la charge. Après avoir été ainsi refroidis, les courants thermiques s'enfoncent vers la base du bassin, et assistés par la "traction" exercée sur le bain, ils s'écoulent le long du fond du bassin 51 en direction du point chaud D.
Après pénétration dans la région du point chaud, le verre à l'intérieur des courants est de nouveau attiré vers le haut et de nouveau chauffé par résistance à l'aide des élec- trodes avant d'être entraîné vers l'arrière pour recommencer le cycle d'écoulement. Il est évidemment entendu que, par suite de la "traction" exercée sur le bassin, une certaine proportion du verre dans les courants thermiques ascendants sera attirée vers 1'avant, à la surface du bain, et par dessus les électrodes 62, pour fusionner avec les couches supérieures de verre fondu dans la zone de raffinage.
Comme cette portion attirée vers l'avant est à une température
<Desc/Clms Page number 21>
élevée du fait du passage par le point chaud et du fait du chauffage par résistance en ce lieu, le raffinage du verre dans la zone de raffinage se produira plus rapidement.
En passant le long de la surface de la zone de raffi- nage, le verre fondu attiré vers l'avant depuis la zone de fusion' est supplémentairement chauffé par les flarnraes is- sues des deux fenêtres 57 au delà du point chaud et aussi par la chaleur rayonnante dirigée vers le bas à partir du toit du bassin dans la zone de raffinage.
A partir de la zone de raffinage, le verre plus chaud continue à cheminer le long de la surface du bain par la zone de conditionnement du four (non représentée) et arrive au point d'extraction du four. Le verre revenant du point d'extraction se déplace le long du fond du bassin et pénètre à nouveau dans la zone de raffinage.
Comme la zone de fusion et aussi la zone de raffinage du bassin ont une paroi de fond 51 commune, le verre s'é- coulant vers le point chaud dans la zone de raffinage (flèches pleines) rencontre le verre s'écoulant vers le point chaud dans la zone de fusion (flèches en pointillés) et les deux courants fusionnent dans le point chaud et sont attirés vers le haut entre les électrodes 62 pour être chauf- fés par résistance. Ainsi, le verre recyclé dans la zone de raffinage est porté substantiellement à la même température que la portion du verre qui entre dans la zone de raffinage, provenant de la zone de fusion, le long de sa surface.
Une des utilisations probablement la plus avantageuse de.la modification de l'invention est réalisée dans la ±-abri- cation de verres absorbeurs de chaleur, comme ceux que l'on utilise dans la fabrication des pare-brise d'automobiles.
Ce type de verre, par suite de sa teneur relativement élevée
<Desc/Clms Page number 22>
en fer (approximativement 0,50% de Fe203)absorbe la cnaleur rayonnante. Lorsque le verre est à l'état fondu dans un four à bassin, la chaleur rayonnante dirigée vers le bas à partir du toit ne pénètre pas facilement dans les couches inférieures du verre au voisinage du fond du bassin. Lorsqu'on fond un type de verre absorbeur de chaleur dans un bassin du type représenté dans les figures 6 et 7, et suivant le procédé de l'invention, l'augmentation de température des courants thermiques ascendants, par suite de leur chauffage par résistance, est d'un degré plus élevé comparativement au verre ordinaire.
Bien que l'on ait représenté plusieurs électrodes 62, le procédé de l'invention peut être exécuté de manière sa- tisfaisante avec deux électrodes seulement. Par exemple, on peut prévoir seulement les électrodes les plus extrênes 63 et 69 dans le fond du bassin et faire passer un courant élec trique entre celles-ci. Ou bien, on peut employer les élec trodes intérieures 66 et 67 pour effectuer le chauffage par résistance.
Il était signalé précédemment que le point chaud du bassin représenté dans la figure 6 peut être localisé sélec- tivement en face de la troisième fenêtre de chauffage 59 et que les électrodes 62 sont alors fixées dans le bassin sub- stantiellement en alignement avec cette fenêtre. Au cas où il serait souhaitable de localiser le point chaud en face de la quatrième, ou seconde à partir de la dernière fenêtre à distance du doghouse, il va de soi que les électrodes 62 doivent alors être situées suivant une ligne transversale en face de la quatrième fenêtre.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates generally to the art of melting glass, and it relates more particularly to a new and improved method and apparatus for increasing the melting capacity of a basin furnace and for achieving this. regulating the circulation of glass therein during the continuous stages of smelting and refining.
In the continuous glass manufacturing process, the raw feed or material to be treated is introduced at
<Desc / Clms Page number 2>
one end of the basin and is gradually melted and refined as it slowly advances along the basin towards the discharge end from where it is removed as the finished molten glass. The fusion or liquefaction of the charge is carried out by heat applied in the form of flames or combustion gases directed at the surface of this charge through windows which open into the melting compartment above the level of the glass . In general, four to six windows are arranged at intervals along each of the opposite sides of the conventional basin oven.
It is obviously essential in any glass making operation that the charged materials be completely melted or fused before exiting through the discharge or working end of the furnace. One of the most important factors in preventing the passage of unmelted or unrefined material at the working end, thus ensuring the production of a melt of uniform and homogeneous consistency, is the tight control of convection which, as is known, exist in molten glass. These currents are generally of thermal origin and although they are of fairly small magnitude, they exert a significant effect on the homogeneity of the mass.
During processing, when the loaded material is introduced at the loading end or rear end of the basin, the molten glass already in the melting compartment is cooled by the cold load, and thus a gradient is established. temperature running the length of the oven. The consequence of this is that it is found that a region of maximum temperature exists
<Desc / Clms Page number 3>
substantially at the location of the third window of a five-window oven used industrially.
Another consequence of this is that the temperature is lower at the rear or loading end of the furnace, and is lower at the front or discharge end than the temperature at the point or region surrounding the chamber. placement of the third window. Since glass is at its highest temperature in this area, it is most expanded there and is relatively less dense than glass in areas on either side. Further, since thermal currents flow from relatively warm areas to relatively cooler areas, it can be said that glass descends from relatively warmer areas, where it is most expanded, to relatively cold areas where it is the least dilated.
The relatively hot region is often referred to as a "hot spot" and can still be referred to as a "source" because of the spurting out of the liquid. this place.
The fact that the molten glass is actually going down, in other words that there is actual backward and forward flow from the hot spot, can be easily demonstrated by placing pieces of silica brick over it. the surface of the glass. It will be seen that these pieces move backwards in the oven if they are at the rear of the hot spot, and that they progress forward if they are in front of or in front of this hot spot.
In addition to this longitudinal movement, it will also be noted that the pieces of silica also move outwards towards the sides of the basin since the glass at said sides is relatively cooler.
<Desc / Clms Page number 4>
than it is practically in the center. These phenomena clearly demonstrate that there are thermal currents and that the glass in the furnace circulates continuously following certain circuits.
Of course, these thermal currents
EMI4.1
Imiques and their action causing the surface glass to flow backwards from the hot spot to the rear of the furnace are of great importance in preventing the unmelted charge from descending the furnace towards the end. of work.
In the past, a number of various methods have been proposed for controlling and increasing the magnitude of convection currents. For example, larger amounts of fuel were burned in the third window, with the result that the temperature is higher in this region and the thermal currents are increased in intensity. Alternatively, a relatively larger amount of fuel was burned at the fourth window compared to the other windows, so that the hot spot location was moved down the basin toward the fourth window.
However, although these means generally give good results, it is difficult by these measures to maintain a constant position of the hot spot and, therefore, variable convection currents can occur in the basin.
In addition to the foregoing means, furnaces with partitions or dams have been constructed to mechanically isolate the so-called melting area from the reservoir refining area. Although these means can be used effectively to circumscribe thermal currents and keep them within the desired limits, it is relatively
<Desc / Clms Page number 5>
inconvenient and expensive to adapt these separations to an existing basin. It is also possible to introduce high pressure gas burners at the bottom of the furnace bringing in mixtures of fuel and air, which causes the fuel gases to pass from the bottom up through the glass and, by their combustion. , heat the glass.
However, the use of such combustible gases has the disadvantage of restricting gaseous additions to the combustion products of the combustible gases, while in some cases it is desirable to avoid additional additions of water vapor. or other combustion products.
Therefore, it is an important object of the present invention to precisely control the circulation of glass in a basin furnace and thus to produce a more homogeneous glass without the drawbacks of the prior techniques known in the art.
Another object of the invention is to precisely control the circulation of molten glass in a basin furnace while at the same time materially increasing the melting capacity of the basin.
Another object of the invention is to substantially prevent the passage of unmelted or unrefined glass at the working end of the basin furnace by improved control of the convection currents circulating within the melt. .
Another object of the invention is to increase the melting capacity of the basin and to produce an increase in the amount of glass circulation without substantially altering the normal thermal currents which exist in the furnace in the absence. of artificial circulatory means.
<Desc / Clms Page number 6>
Another object of the invention lies in the provision of a method and of an apparatus for increasing the capacity of melting glass and for regulating the convection currents in a glass basin, where electrodes are used. by which an electric current is passed through the molten glass to heat.
Another object of the invention resides in the provision of a method and of an apparatus for increasing the melting capacity of a basin and for regulating the convection currents within it, which substantially consists of both heating and further circulating the mass of glass in a region closely adjacent to the normal line of the hot spot in the furnace, so that the circulation of the glass is increased without substantially changing the direction displacement of normal thermal currents in glass.
In the accompanying drawings: Figure 1 is a side elevational view of a portion of a basin oven having one form of the improved circulation and heating control means of the present invention; Figure 2 is a vertical section taken substantially along the line 2-2 of Figure 1; Figure 3 is a detailed sectional view of a modified form of the circulation control means; Figure 4 is a fragmentary plan view of the adjustment means shown in Figure 3; Figure $ is a detailed sectional view of another modification of the traffic control means;
Figure 6 is a partial longitudinal section
<Desc / Clms Page number 7>
performed along the center line of a basin furnace and showing a modified form of the invention used to increase the melting capacity of the glass of the furnace; Figure 7 is a cross section taken along line 7-7 of Figure 6.
According to the present invention, there is provided a method of melting glass in a basin-type melting furnace containing a bath of molten glass, which method comprises selectively locating in the bath a region of thermal updrafts of molten glass by applying a heater outside the bath, and to apply additional heating to the inside of the bath in this same region of thermal updrafts.
The invention also provides an apparatus for melting glass, comprising a basin-type furnace having a melting chamber into which the raw materials for making glass are introduced and which contains a bath of molten glass, a heating means. for directing heat against the surface of the molten bath and raw materials for melting the latter and for producing a region of thermal updrafts of molten glass, and a means for introducing heat into the region of thermal updrafts, in- below the surface.
The invention further consists of a basin type glass furnace containing a bath of molten glass and in which the glass is subjected to melting and refining in successive zones of the furnace, in combination with means for externally heating. glass in the melting zone, a means for heating the glass in the refining zone and an electrode heating means between the
<Desc / Clms Page number 8>
smelting and refining areas.
Referring now to the drawings, and more particularly to Figures 1 and 2, a portion of a
EMI8.1
fourra bassm contïrn 10 t: luquëy6 is particularly suitable and suited to the present invention. It will be noted, however, that the new means of regulation and heating disclosed here can also be employed in connection with materials other than glass and in melting furnaces other than that of the continuous basin type.
These continuous furnaces usually have a top or roof 11, side walls 12, end walls 13, and a bottom or hearth 14, all constructed of a suitable refractory material. The glass forming material or raw charge is introduced at the charging end 15 of the furnace by a feeder (not shown) and is reduced to the molten state in the melting chamber 16 from which it flows. in a refining chamber (not shown) and is then removed at the opposite end or outlet end of the furnace, in the state of homogeneous material. Although chamber 16 is referred to as a melting chamber, part of the refining action can also occur there.
The heat to reduce the load of molten glass inside the melting chamber 16 is produced by suitable means such as regenerators which introduce hot gases through the windows 17 and 18 opening into the sump. melting above the level of the moving glass in it. As previously noted, the windows are arranged at intervals along both sides of oven 10 and normally there are five such windows in an oven of the character described.
For clarity
<Desc / Clms Page number 9>
of the description we use 10 number 17 to desinger the first window and the number 18 to identify the third window
When the gross load is introduced into the oven
10 through the casing end 15 of the furnace, varying temperatures being established throughout the length of this furnace and a hot spot or region of maximum temperature is created substantially at the location of the window 18 which is. the third window of a five-window oven.
As a result of thermal currents flowing forwards and backwards towards the relatively cooler areas from the hot spot line, there is a circulation of the glass in such a way that the completely molten material is drawn forward and the unmelted charge is drawn back and held in the area between the third window and the charge end until it is completely melted, after which it descends into the mass melted and is finally drawn from the bottom up and then forward into the refining chamber.
However, there are times when the convection currents are not of sufficient magnitude to adequately circulate the melt, resulting in the unmelted charge going beyond the third window or hot spot and appearing through. the continuation in the mass ended in the form of a defect.
<Desc / Clms Page number 10>
Such a situation is practically prevented here by providing means which increase or accelerate the circulation of the glass without substantially altering the normal thermal currents which exist in the furnace in the absence of such means. An apparatus particularly well suited for this purpose is shown in Figures 1 and 2, in which figures are shown several spaced circulating adjustment means 19 which extend through the hearth 14 of the furnace 10 at predetermined points in the middle. inside the melting chamber 16 and in a transverse row between the side walls 12 of the furnace.
These means 19 are preferably situated substantially on the normal line of the hot spot in the oven or even slightly behind; in other words, they are generally located in a vertical row, or curtain, in substantial alignment with the third window 18 of a five window oven.
The means for regulating the circulation 19 shown according to one embodiment of the invention comprise several electrodes 20, in the form of a rod, mounted in supports 21 carried by the floor 14 of the furnace and held at this location in a position. substantially fixed by means of sleeves 22 which also have the function of supporting a lead wire 23 from a suitable source of electric current.
Although the electrodes 20 are kept locked by the sleeves 22, these sleeves can be loosened when it is desirable to replace a depleted electrode or to advance the electrode into the molten bath, for example - when its power is gone. terminal portion wears out. The electrodes themselves can be made of any of the various suitable materials, such as carbon, graphite, etc.
<Desc / Clms Page number 11>
EMI11.1
or a combill: dGÙ11 of these two uabiures, or a t.,. l..¯LLt iron-chromium, of; al.ia ;; platina or TW bone ..: Ci..tUX j, 'ç! .r (j;], forged per or steel, copper, nickel, molybdenum or zinc .
Various electrical combinations can be used with the arrangement of electrodes shown in figure
2. For example the nine electrodes shown therein can be divided into three groups of three electrodes each, and each group can be connected to a different conductor from a three-phase alternating current source. In such an arrangement, the outermost electrode 24, on the left of the figure, can be connected to a conductor 11 of a three-phase cable 25. The adjacent electrode 26 is connected to the conductor B of the cable and the cable. The next electrode 27 is supplied by the remaining conductor C of the cable. The other electrodes 28 to 33 are similarly connected to the conductors of the cable.
The electrodes' 28 and 31 are connected to the conductor A, the electrodes 29 and 32 are connected to the conductor B and the remaining electrodes 30 and 33 are supplied by the conductor C. With the electrical combination shown, adjacent electrodes are always supplied electrically by different phases, so that an electric current can pass between them through the molten glass.
There are several emitting means of a gaseous medium 34, arranged between the electrodes 20 and forming part of the circulation control means 19, which are also arranged in a row extending between the side walls of the furnace 12 '. generally in alignment
EMI11.2
with the troicicuio ténèbre 18. The means of pushers 34
<Desc / Clms Page number 12>
are preferably spaced substantially midway between two adjacent electrodes 20 and may consist of suitable lengths of metal cyals which are attached to the interior of the furnace floor 14 in alignment with its upper surface.
Air, gas or other media of this kind, preferably in the compressed state, are ejected from the means 24. In addition, gases can be chosen which exert a reducing or oxidizing action, or neutral.
It may sometimes be desirable to modify the above-described alternating arrangement of electrodes and emitter means by placing a spaced group of electrodes in a row extending from each side wall of the furnace inward for a distance. substantially equal to 1/4 or 1/3 of the width of the basin, and by placing between such a series of electrodes, in alignment with them, only one row of emitting means. In other words, it may sometimes be preferable to replace the three electrodes in the center (figure '2) with air-emitting means and to remove or replace these means outside these three electrodes with air-emitting means. additional electrodes.
Such an arrangement may have the advantage of providing additional heat to the relatively cooler glass surrounding the side walls of the furnace, at the same time increasing its circulation and also somewhat reducing the temperature of the mass of the glass in the central portion of the furnace. oven while assisting the circulation of the glass in this place.
Modified forms of the invention are shown in Figures 3, 4 and 5, and with reference to the first two figures, it is seen that the circulation control means 35 disclosed herein comprises an electrode 36, rod-shaped,
<Desc / Clms Page number 13>
supported in a support 37 and fixed to the bottom 14 of the oven by a sleeve 38 having the same general character as described previously. This electrode is supplied with electric current by means of a lead wire 39 carried by the sleeve 38. At a distance from the electrode 36 and in a generally circular arrangement around the latter, there are several pipes or tubes. emitting means 40 from which air, gas or other gaseous media or combinations thereof can flow.
Each of these pipes can be connected to a general intake pipe 41 connected to a source of the gaseous medium that has been chosen. The composite control means 35 are preferably spaced at predetermined points in a row extending between the side walls of the melting chamber of the furnace, in general alignment with the third window of a five window furnace.
The circulation control means 42 constituting a further form of the invention and shown in FIG. 5 comprises a hollow cylindrical tube 43 whose walls 44 form the electrode and whose open central portion 45 constitutes the means through which the gaseous medium can be ejected. The tube 43 is mounted in the floor 14 of the furnace 10 by means of a support 46 of the same general construction as the supports 21 and 37, and this support 46 carries a sleeve 47 which brings the current to the walls 44 of the tube, which can additionally serve as an adjustment means for the inward and outward movement of this tube 43.
At the opposite end of the sleeve 47 there is an air inlet pipe 48 for supplying compressed air, gas or other mixtures from a suitable source to the open central portion 45 of the tube. 43 and on the circumference of the sleeve there is a lead wire 49 connected internally to the walls 4 of the tube and externally to a
<Desc / Clms Page number 14>
EMI14.1
current source c: l. ', ¯c cry L14'. The 1U, .v ':: r.i.i.tu ..; c d t rIE: C G1'W! . having the composition describe .flréc '; d (i! 1..rlUllt; yC: LtVC: IL Station used in the manufacture of the tube 43 and one can employ various means of adjustment to compensate for the wear .c1 ri l 'electrode.
The means of control 42 are agencies in
1a hearth of the furnace at locations substantially the same as those of the other means described above.
The various heating circulation and recess control means as described and shown above in the accompanying drawings have a mode of operation which is substantially the same for all forms of the invention. When the current is applied to the electrodes 20 or 36, or to the walls 44 of the tubes 43, and at the same time a gaseous medium is made to flow from the emitting means 34 or 40, or from the open central portion 45 of the tubes 43, the mass of molten glass in an area surrounding the circulation means is caused to move in a generally circular direction from these means Specifically,
the electrodes impose additional localized heating by passing an electric current through the glass between them and which is resistance heated to a higher temperature by the current passing through the glass. This additional heating creates thermal convection currents which are in addition to the thermal currents normally created.
The result of this increased magnitude of the currents in the molten bath is that the completely molten and less dense glass is carried forward and, essentially, at the same time, the unmelted charge remaining on the surface of the bath. melt is drawn back out of the hot spot region and is continually subjected to the higher temperature of that area until such time.
<Desc / Clms Page number 15>
that it melts and descends into the melt, after which it is also drawn forward into the relatively warmer region of the basin. The continuous flow of feed and molten glass is shown by the floches in Figure 1.
At the same time that heat is applied by the electrodes, compressed air or gas or other similar media circulate from the bottom upwards in the mass of glass from emitting means, or pipes to provide an input. additional mechanics to existing thermal currents.
Bubbles form from air or other gaseous substance introduced under pressure into the glass, and as these bubbles rise, movement of the glass occurs which immediately surrounds the bubbles. Normally these bubbles would continue their journey directly vertically to the surface, but due to the additional convection currents caused by the calorific effects of the electrodes, the bubbles are generally drawn in the directions of said convection currents and displace the glass carried by the electrodes. the bubbles in the same general directions.
However, since the cooling effect of the gaseous medium is more than offset by the calorific effect created by the passage of an electric current through the molten glass between the electrodes, it is unlikely that the glass will be cooled in the area surrounding the gas jets. Thus the drawbacks of cooling by gaseous means and the drawback of the inability to obtain the maximum circulation desired by the electrodes alone, are here virtually completely eliminated by the simultaneous localized use of gas. and heat as a supplement to normal thermal currents, without reducing their essential efficiency.
<Desc / Clms Page number 16>
The modification of the invention shown in Figures 6 and 7 is mainly intended to enhance the melting capacity of a regenerative melting basin of conventional type similar to basin 50 (figure 6), which is of the type commonly used for the production of sheet or plate glass. Basin 50 is substantially rectangular in cross section and has a bottom wall 51, opposing vertical side walls 52, and an arched roof 53. The inner portion 54 of the basin, the ends of this inner portion being defined by a end wall 55 and a suspended vault 56, is heated by means of flames exiting transversely through the basin from a series of five windows 57 provided in each of the side walls of the basin and arranged opposite each other.
When glass is melted by such an open fire regenerator system, the flames heat the roof of the basin 53 to glow and the roof in turn radiates heat downward onto the surface 58 d. a molten glass bath 59 contained in the basin.
The heating of the glass bath below its upper surface is accomplished mainly by radiation since glass, even when molten, is a poor conductor of heat and therefore the action of flames per se. only effectively heats the immediate surface of the bath.
Briefly, depending on the embodiment of the invention, the hot spot is selectively localized in a desired region of the molten glass by the proper heating of the furnace, and the glass in this region is then heated by resistance, which at; lies the melting capacity of the basin.
<Desc / Clms Page number 17>
All. Like the embodiment of the invention shown in Figures 1 and 2, the hot spot D of the basin 50 can be located substantially in alignment with the middle or third window 60, by adjusting the volume of the flames exiting the respective windows 57 from the oven.
In other words, the windows will be lit so that the roof of the oven above the hot spot D is relatively warmer than the remaining portions of the roof and, as a result of the transverse path of the flames inside the basin, especially if the center window 60 on either side of the basin is lit at a higher heat emission rate than the remaining windows, there is formation of a high glow cross area in the roof substantially across the width of the basin. . and immediately above a transverse region reso 6 in bath which then becomes the hot spot.
This cross-sectional area of the roof radiates heat downward into the bath and produces a substantially equal region of opposing thermal updrafts which constitute hotspot D.
As mentioned previously, as the glass is now the hottest in area D, it is expanded and less dense than glass in the areas located on either side of the hot spot. As a result, molten glass tends to descend from the hot spot to the cooler areas on either side. The dotted arrows along the surface of the bath in Figure 6 indicate the thermal currents of molten glass flowing rearward toward the loading end or doghouse 61 of the basin, and solid arrows along the surface show thermal currents which are directed
<Desc / Clms Page number 18>
towards the discharge end of the basin and in the direction of the "pull" exerted on the bath as a result of the discharge of the glass there.
In accordance with this embodiment of the invention, the molten glass forming the thermal currents, in the region of the selectively localized hot spot, is resistively heated to a higher temperature, whereby the capacity of Basin fusion is increased and at the same time thermal currents are kept in their normal path.
The means for resistance heating the glass comprises a plurality of vertical electrodes 62 spaced apart, projecting through the bottom wall of the basin and extending vertically a limited distance into the bath of molten glass.
As can be seen in Figure 7, these electrodes may be of the type shown in Figure 2 and they are spaced in a transverse line extending substantially the width of the pelvis between the side walls and at the bottom. inside the hot spot region D, being engulfed in this region. Various electrode connection arrangements can be used to effect resistance heating of the glass by means of the Joule effect, and the electrical system shown in Fig. 7 explains only one form that can be used. As can be seen, the outermost electrode 63 on the left of the figure and the electrode 64 immediately to the right of the center line of the pelvis are fed by a conductor A of a cable 65 connected to a three-phase alternating current source.
The adjacent electrodes 66 and 67 and to the right of the electrodes 63 and 64 are connected to the second conductor B of the cable 65, while the other two electrodes 68 and 69 are fed to the third conductor C of the cable.
<Desc / Clms Page number 19>
When a lump 70 of glass-making raw materials, or filler, is introduced into the basin through its doghouse 61, the lump, as a result of the pressure exerted by the following plugs, is pushed forward into the tank. interior of the basin or fusion chamber 54 to be exposed to the flames coming out of the windows 57 intended to radiate heat directed downwards from the roof of the basin.
This heating action from above, which melts and liquefies the charge, is reinforced by the thermal currents directed towards the rear (dotted arrows) of the molten glass which act on the portions of the charge below the surface. of the bath. It will easily be understood that if the heating of the bath from the top is kept relatively constant, with regard to the supply of heat from the top to the basin, the melting capacity of the basin can be increased by increasing the temperature of the glass contained therein. 'interior of moving thermal currents which are in contact with the charged materials to be melted.
To more adequately describe the process of the invention, the portion 71 of the interior of the basin between the doghouse and the hot spot (figure 6) will be considered to be the melting zone, while the portion 72 to the right of the hot spot will be considered as the refining zone. As is well known in the art, the melting zone is the portion of the basin in the lamellae where the melting of the glass filler takes place, while the refining zone is the portion of the basin in which the seeds and bubbles resulting from the action of the fusion are eliminated.
According to the method of the invention, the molten glass inside the ascending thermal currents in the area of. fusion is heated by resistance before reaching the surface of the glass bath, in the region of the hot anoint, by means of electric currents passing between the electrodes
<Desc / Clms Page number 20>
62 and through molten glass. As seen in Figures 6 and 7, the electrodes are located in the lower layers of the bath.
Therefore, after being heated by resistance, the glass within the thermal currents has a greater tendency to rise towards the surface of the bath.
As the resistance heated glass approaches the surface, it absorbs more of the radiant heat from the region of the roof that immediately overlooks the hot spot and, upon reaching the surface and being dragged back towards the doghouse, the glass in the currents is additionally heated by the flames coming out of the windows closest to the doghouse.
In contact with the portion of the root ball 70 below the surface of the bath, these streams are cooled since a certain quantity of heat is taken from them to melt the charge. After having been thus cooled, the thermal currents sink towards the base of the basin, and assisted by the "traction" exerted on the bath, they flow along the bottom of the basin 51 in the direction of the hot point D.
After penetrating into the hot spot region, the glass within the streams is again drawn upward and again resistance heated with the electrodes before being driven backward to begin the process again. flow cycle. It is of course understood that, as a result of the "pull" exerted on the basin, a certain proportion of the glass in the thermal updrafts will be drawn forward, to the surface of the bath, and over the electrodes 62, to merge. with the top layers of molten glass in the refining zone.
As this portion attracted to the front is at a temperature
<Desc / Clms Page number 21>
Due to the passage through the hot spot and the resistance heating there, the refining of the glass in the refining zone will occur more quickly.
Passing along the surface of the refining zone, the molten glass drawn forward from the melting zone is additionally heated by the flares from the two windows 57 beyond the hot point and also by radiant heat directed downward from the roof of the basin into the refining area.
From the refining zone, the hotter glass continues to travel along the surface of the bath through the conditioning zone of the furnace (not shown) and arrives at the extraction point of the furnace. Glass returning from the point of extraction moves along the bottom of the basin and re-enters the refining zone.
As the melting zone and also the refining zone of the basin have a common bottom wall 51, the glass flowing towards the hot point in the refining zone (solid arrows) meets the glass flowing towards the point. hot in the melting zone (dotted arrows) and the two currents merge in the hot spot and are drawn up between the electrodes 62 to be heated by resistance. Thus, the glass recycled in the refining zone is brought to substantially the same temperature as the portion of the glass which enters the refining zone, from the melting zone, along its surface.
One of the probably most advantageous uses of the modification of the invention is in the manufacture of heat absorbing glasses, such as those used in the manufacture of automobile windshields.
This type of glass, due to its relatively high content
<Desc / Clms Page number 22>
iron (approximately 0.50% Fe203) absorbs radiant heat. When the glass is molten in a basin furnace, the radiant heat directed downward from the roof does not readily penetrate into the lower layers of the glass near the bottom of the basin. When melting a type of heat-absorbing glass in a basin of the type shown in Figures 6 and 7, and according to the method of the invention, the increase in temperature of the thermal updrafts, as a result of their heating by resistance , is of a higher degree compared to ordinary glass.
Although several electrodes 62 have been shown, the method of the invention can be carried out satisfactorily with only two electrodes. For example, one can provide only the most extreme electrodes 63 and 69 in the bottom of the basin and pass an electric current between them. Or, the interior electrodes 66 and 67 can be used to effect resistance heating.
It was previously pointed out that the hot spot of the basin shown in FIG. 6 can be selectively located in front of the third heating window 59 and that the electrodes 62 are then fixed in the basin substantially in alignment with this window. In the event that it would be desirable to locate the hot spot in front of the fourth, or second from the last window away from the doghouse, it goes without saying that the electrodes 62 should then be located in a transverse line in front of the fourth window.