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La présente,invention se rapporte d'une manière générale au domaine de la fusion du verre et concerna plus particulièrement un .procéda et un appareil per- fectionnés pour augmenter la capacité de fusion d'un four pour la'fusion du -verre et pour améliorer la qua- lité du verre produit dans un tel four.
Dans un procédé bien connu pour la fabrication continue du verre, les matières brutes du verre appe- lées à être fondues sont introduites dans une extrémité
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d'un four de fusion du type à bassin et subissent pro- gressivement une fusion et un affinage à mesure qu' elles avancent lentement dans le sens longitudinal du bassin, vers l'extrémité de cueillage de celui-ci, d'où la charge est extraite sous la forme de verre fondu dé- finitif. La fusion de la charge est assurée par la chaleur qui est le plus souvent appliquée sous la forme de flam- mes ou de gaz de combustion, dirigés sur la surface de la charge susdite à travers des ouvertures qui débouchent dans le compartiment de fusion, au-dessus du niveau du verre.
D'une manière générale, quatre à six ouvertures sont prévues à intervalles, dans le sens longitudinal. dans chacune des deux parois latérales opposées d'un four à bassin classique, chauffé au gaz.
Il va de soi. que, dans toute opération'de fabri- cation du verre, il est essentiel que les matières brutes du verre soient complètement fondues, avant la délivrance du verre par l'extrémité de cueillage ou de travail du four. Un des facteurs les plus importants qui intervien- nent pour empêcher que des constituants non fondus ou non affinés ne parviennent jusqu'à l'extrémité de travail, et donc pour assurer la production d'une masse en fusion de consistance uniforme et homogène, est représenté par un contrôle précis des courants de convection qui, comme on le sait, existent au sein du verre en fusion.
De tels courants sont généralement d'origine thermique et, tout . en étant d'une intensité assez faible, influencent dans une mesure importante l'homogénéité de la masse.
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@@rsque, en vue de l'élaboration, du verre, la charge de @@Tières brutes est introduite, dans l'extrémité de chargement ouarrière du bassin, le verre en fusion, qui se trouve déjà dans le compartiment de fusion, est refpoi- di par la charge froide, de sorte qu'il s'établit un gra- dient de température, orienté dans le sens longitudinal du four. Par suite, on constate qu'il existe une région de température maximum dans le bain, soit essentiellement à l'endroit où se situe la troisième ouverture d'un four à cinq ouvertures tel qu'employé dans l'industrie.
D'autre part, la température qui règne à l'extrémité ar- rière ou de chargement du four et celle qui existe à l'ex- trémité avant ou de cueillage sont toutes deux inférieures à la température existant à l'endroit ou dans la région qui avoisine l'emplacement de la troisième ouverture.
Etant donné que le verre est à sa température maximum dans cette zone, il se dilate jusqu 6 au volume maximum dans celle-ci et y est relativement moins dense que le verre qui se trouve dans les zones situées de part et d'autre de ladite région de température maximum. De plus, et vu que'les courants thermiques se dirigent des zones relativement chaudes vers les zones relativement froides, on pourrait considérer que le verre "descend" des zones relativement chaudes, où il subit la dilatation maximum, vers les zones relativement froides, où il se dilate au minimum.
La région relativement chaude est souvent désig- née par l'expression "point chaud"; d'autre parte elle peut aussi être désignée par le terme de "fontaine", étant donné le bouillonnement du liquide dans cette zone,
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Le fait que le verre enfusion descend réellement, en d'autres termes, le fait qu'il existe dans le bain une circulation effective dirigée vers l'arrière et vers l'a- vant à partir de la région du poin-c chaud, peut être aisé- ment démontré en plaçant des fragments de brique de silice sur la surface du verre.
On constatera que ces fragments se déplacent vers l'arrière dans le four, s'ils ont été placés à l'arrière par rapport au point chaud, mais qu'ils progressent vers l'avant, s'ils ont été disposés en avant par rapport à ce point. On constatera que les fragments de silice effectuent non seulement ce mouvement longitu- dinal, mais qu'ils se déplacent en outre vers l'extérieur, en direction des parois latérales du bassin, ce qui est dû au fait que le verre est plus froid sur les côtés du bassin qu'il ne l'est dans la région située sensiblement au centre de ce dernier. Ces phénomènes démontrent claire- ment que des courants thermiques existent et que le verre contenu dans le four circule constamment suivant certains circuits.
Il est évident que de tels courants thermiques, ainsi que .eur action qui consiste à déterminer un écoule- ment en retour du verre de surface, à partir du point chaud, vers l'arrière du four, produisent des effets importants, en ce sens qu'ils empêchent la charge non fondue de se diriger vers l'aval du four, c'est-à-dire, vers l'extrémité de travail de celui-ci.,
On a déjà suggéré un certain nombre de divers procé- dés pour contrôler et accroître l'intensité des courants de convection. Par exemple, on a brûlé des quantités de combustible plus élevées dans la troisième ouverture, ce qui a pour résultat d'élever la température dans la région du point chaud et d'augmenter l'intensité des courants
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thermiques.
Selon une au 'ariante, on a brûlé à La quatrième ouverture une quantité de combustible plus grande qu'aux autres ouverture;', de sorte que l'empla- cement du point chaud a été reporté vers l'aval du bas- sin, en direction de la quatrième ouverture. Toutefois, et bien que ces dispositions aient donné certains résul- tats favorables, il est difficile de maintenir une posi- tion constante du point chaud par de tels moyens et, par conséquent, on risque de voir se produire des courants de convection variables dans le bassin.
En plus des solutions préconisées ci-dessus, on a construit des fours comportant des cloisons ou barrages, destinés à séparer mécaniquement la zone dite "de fusion" d'avec la zone d'affinage du bassin. Il est vrai que cette disposition peut être utilisée avec efficacité pour re- streindre les courants thermiques et pour les maintenir dans les limites voulues;cependant, Inadaptation de telles cloisons à un bassin existant représente une opé- ration relativement fastidieuse et onéreuse. Selon une autre solution, on peut introduire dans le fond du four des brûleurs à gaz à haute pression qui fournissent des mélanges de combustible et d'air, de telle façon que les gaz combustibles s'élèvent à travers le verre et chauffent ce dernier par suite de leur combustion.
Toutefois, l'uti... lisation de ces gaz combustibles présente l'inconvénient de limiter les additions gazeuses aux produits de la com- bustion des gaz combustibles,alors qué.,dans certains cas) il est désirable d'éviter des additions supplémentaires de vapeur d'eau ou d'autres produits de combustion.
Il est vrai que l'on peut affirmer qu'une ou plusieurs des méthodes ci-dessus ont parfois facilité dans une cer- taine mesure le contrôle de la circulation des courants
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thermiques de verre fondu, cependant, aucune de ces méthodes n'a eu pour effet d'augmenter la capacité de fusion du four. Tout homme de métier sait évidemment qu'un chauffage par résistance du verre en fusion dans un four à chauffage par dessus augmente la capacité de fusion du four, étant donné qu'une plus grande quantité d'énergie est libérée sous forme de chaleur et fournie au verre en fusion.
Toutefois, on ne s'était pas aperçu à ce jour que le verre en fusion peut être chauffé par résistance d'une manière capable de favoriser et de con- trôler les courants thermiques normaux du verre en fusion, en augmentant ainsi la capacité du fusion du four, tout en améliorant la qualité du verre produit dans celui-ci.
Partant de ce qui précède, un objet important de la présente invention consiste à établir un procédé pour . le chauffage par l'intérieur du verre en fusion dans un four de fusion de verrerie, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce procédé'et cet appareil étant de nature à augmenter la capacité de fusion du four.
Un autre objet de la présente invention (consiste à contrôler avec précision et à élever la température des courants thermiques du verre en fusion dans un four de ver- rerie, tout en augmentant sensiblement la capacité de fu- sion du bassin.
Un autre objet de l'invention consiste à élever à la fois la température et la vitesse des courants de sur- face de verre en fusion qui se dirigent vers l'arrière et qui entrent en contact avec les matières brutes non fondues contenues dans le four.
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en autre objet de la présente invention consiste à accroîter la température du verre dans la région du point chaud du four de fusion en pratiquant un chauffage interne du verre dans toute l'étendue de la région de point chaud, cela au moyen d'un système d'électrodes inédit).
Dans les dessins annexés
La Fig 1 est une vue en coupe longitudinale et verti- cale d'un four pour la fusion du verre, dans lequel est in- stallé l'appareil selon l'invention.
La Fig 2 est une vue en coupe transversale, à une échelle plus grande, prise le long de la ligne 2-2 de la Fig. 1
La Fig 3 est uhe 'vue en plan du four représenté dans la Fig 1, et où l'on a tracé le gradient de température qui existe au sein du verre en fusion, à l'intérieur du four.
La Fig 4 est une vue en plan analogue à celle de la Fig 3, où l'on voit le trajet du courant électrique entre les diverses électrodes du nouveau système d'électrodes selon l'invention.
La présente invention vise à établir un procédé pour traiter le verre en fusion dans un four pour la fusion du verre, chauffé de manière à constituer en un point intermé- diaire entre les extrémités du four, une région où il existe des courants thermiques ascendants au sein du verre en fusion,, une partie de ces courants étant entraînée vers l'arrière du four, en direction de l'extrémité de celui-ci au voisi- nage de laquelle les matières brutes du verre sont intro- duites dans le four, ce procédé étant caractérisé par une résistance qui chauffe le verre en fusion dans la région des courants thermiques ascendants, en faisant passer à travers cette région des courants à effet Joule, dans une
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zone de largeur limitée qui s'étend de part et d'autre de l'axe transversal de ladite région.
L'invention vise en outre à établir un four pour la fusion du verre, ce four contenant une masse de verre en fusion et comportant des parois latérales opposées et un% paroi en bout au voisinage de laquelle les matières prê- mières du verre sont introduites dans le bain de verre en fusion, ce four étant chauffé de manière à déterminer, en un point intermédiaire entre les extrémités du.four, une région où des courants thermiques ascendants se manifes- tent au sein du verre en fusion, ainsi qu'un système d'ê- lectrodes pour faire passer des courants à effet Joule à travers le verre en fusion, dans la région de courants thermiques ascendants, ce four étant caractérisé par le fait que ledit système d'électrodes comprend : une premiers électrode disposée sur un côté de l'axe transversal des courants thermiques ascendants de verre en fusion;
une se-. conde électrode située sur le coté opposé de l'axe trans- versal ci-dessus ; unesourcè d'énergie électrique polypha.. sée ; et un dispositif pour connecter chacunedes électrodes ci-dessus à une phase différente de la source d'énergie précitée.
En résumé, la présente invention permet d'établir un procédé et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, en vue d'augmenter la capacité de fusion d'un four pour la fusion du verre, moyennant chauffage par ré- sistance des couches supérieures du verre en fusion, dans une zone délimitée de celui-ci, au sein de la région de point chaud du verre en fusion.
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Dans les dessins annexés, plus particulièrement dans la Fig 1 de ceux-ci, on a représente un four continu 10 pour la fusion du verre, du type à bassin, auquel la présente invention est particulièrement applicable. Il convient toutefois de noter que le système inédit de contrôle et de chauffage par électrodes selon l'invention, décrit ici, peut aussi être employé pour des matières autres que le verre et dans des fours de fusion autres que ceux du type continu à bassin.
Le four à bassin 10 comporte un toit ou voûte 11, des parois latérales opposées 12, des parois en bout 13 et un fond ou sole 14, le tout étant établi en une matière réfractaire appropriée. Les constituants du verre ou la charge de matières brutes sont introduits à l'extrémité de chargement 15 du four par un dispositif d'alimentation' (non représenté) et réduits à l'état de fusion dans la zone de fusion 16 du. four, d'où le verre s'écoule vers la zone d'affinage 17 et est ensuite soutiré à l'extrémité opposée ou extrémité de sortie ou de travail du four, sous la forme d'une matière en fusion homogène.
La ligne de partage entre la zone de fusion et la zone d'affinage est indiquée par l'axe x-x, lequel représente également l'axe 'de la région de point chaud dont l'emplacement est con- trôlé, comme il sera décrit dans la suite. On conçoit aisément que, quoique la zone 16 soit dénommée "zone de fusion'!, une partie du phénomène d'affinage se déroule également dans cette zone.
La chaleur nécessaire pour réduire la charge brute à l'état de verre fondu dans la zone de fusion 16 est fournie par des moyens appropriés, par exemple des récu- pérateurs qui débitent des flammes à haute température et
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des produits de combustion à travers les ouvertures 18 débouchant dans le bassin de fusiln au-dessus du niveau , du verre qui circule dans celui-ci. Comme c'est générale- ment le cas dans les fours de ce type, les ouvertures 18 sont disposées à intervalles sur les deux côtés du four 10, ce dernier four comportant cinq ouvertures de cette espèce dans chacune des parois latérales 12.
Lorsqu'une charge froide de matières brutes Z est introduite dans le four 10 à travers l'extrémité de char- gement 15 de celui-ci, il s'établit plusieurs températu- res différentes dans le sens de la longueur de ce four, les ouvertures 18 étant chauffées de manière à maintenir l'axe x-x du point chaud à ltendroit qui correspond es- sentiellement à l'emplacement de la quatrième ouverture.
Dans un four normal à cinq ouvertures, et vu les courants thermiques qui se dirigent vers l'avant et vers l'arrière, à partir du point chaud, vers les zones plus froides, la circulation du verre s'effectue de telle façon que les ma- tières à l'état de fusion complète sont entraînées vers l'avant, tandis que la charge non encore fondue est en- traînée vers l'arrière et est maintenue dans la zone com- prise à peu près entre la troisième ouverture et l'extré- mité de chargement, jusqu'à la fusion complète de cette charge, après quoi celle-ci descend dans la masse en fu- sion et est finalement entraînée vers le haut et puis vers l'avant, vers la chambre d'affinage.
Or, il arrive parfois que les courants de convection ne soient pas d'une inten- sité suffisante pour déterminer une circulation adéquate de la masse en fusion, ce qui a pour résultat que des constituants bruts passent au-delà de la troisième ouver-
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ture ou du point chaud, pour apparaître ultérieurement dans la masse finie sous la forme de défauts.
L'appareil selon. la présente invention comporte un système inédit d'électrodes qui se compose d'une série d'électrodes s'étendant à travers les parois latérales et inférieure du four de fusion et disposées, par rapport au point chaud, de manière à déterminer un chauffage local limité dans la région de point chaud X du verre en fusion, au moyen de courants électriques à effet Joule.
Le nouveau système d'électrodes comprend des paires opposées d'éléments d'électrodes 19, 20, et 21, 22, situées en amont de l'axe x-x du point chaud, ainsi que trois élé- ments d'électrodes sensiblement verticaux 23, 24 et 25, alignés dans le sens transversal et situés en aval par rap- port aux premiers, au-delà de l'axe du point chaud, ces éléments d'électrodes s'élevant à travers la sole 14 du four de fusion.
Comme montré dans la Fig 4, les diverses électrodes sont connectées à une source d'alimentation appropriée de courant triphasé, repré-sentée sous la forme d'un transfor- mateur polyphasé 26, les électrodes 19 et 20 des parois la- térales étant connectées chacune à la borne 27 du transfor- mateur 26, de manière à constituer une électrode A, tandis que les éléments d'électrode 21 et 22, de la paroi laté- rale opposée, sont connectés à la borne 28 du transformateur, pour former ltélectrode B, chafun des éléments d'électrode verticaux 23, 24 et 25 étant connecté à la borne 29 du transformateur 26, en vue de constituer l'électrode C.
Avec une telle disposition du circuit, lé courant se dirige
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de chacun des éléments de l'électrode A vers chacun des éléments de ;'électrode B et vers chacun des éléments de , l'électrode C. De même, le courant se dirige de chacun des éléments de l'électrode B vers chacun des éléments de l'électrode C et vers chacun des éléments de l'élec- trode A; d'autre part, le courant se dirige de chacun des éléments de l'électrode C vers chacun des éléments indi- viduels des électrodes B et A. Ainsi, une multitude de trajets de courant traversent le bain de.fusion de part et d'autre de l'axe du point chaud, la zone traversée par ces courants s'étendant vers l'extérieur, d'une dis- tance limitée, à partir de l'axe transversal x-x de cette zone.
Comme on le voit dans la Fig 2, les extrémités su- périeures des électrodes sensiblement verticales sont situées relativement près de la surface du verre en fusion.
On a constaté que l'on obtient les conditions de fusion optima, qui permettent d'obtenir les meilleurs résultats d'exploitation, lorsque les extrémités supérieures des électrodes de la sole se trouvent à une distance non su- périeure à environ six à douze pouces (15,24 à 30,48 cm) de la surface du verre en fusion, lorsque la profondeur totale du verre est de l'ordre de 48 pouces (121,92 cm) environ. On obtiént un emplacement avantageux lorsque la distance entre les pointes des électrodes inférieures, d'une part et la surface du verre d'autre part, est de huit pouces (20,32 cm) environ.
En d'autres termes, les caractéristiques de fonctionnement les plus favorables du système d'électrodes sont obtenues lorsque le rapport . entre la profondeur de submersion des électrodes verti- cales., d'une part, et la profondeur du verre dans le four
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est d'environ 1:4 à 1 : 8, ce rapport étant de 1 :6 environlorsque la profondeur de submersion est de huit pouces (20,32 cm). Les électrodes 19 à 22,inclus, de la paroi latérale, sont situées essentiellement à la même profon- deur une submersion de six à douze pouces (15,24 à 30,48 cm) dans le verre ayant donné des résultats satisfaisants.
Lorsqu'elles sont submergées à cette profondeur, ces élec- trodes pénètrent de préférence dans le verre sur une dis- tance de yingt-et-un à vingt-huit pouces (53,34 à 71,12 cm) environ.
Tout homme de métier sait que des fragments de brique réfractaire et d'autres souillures sont générale- ment présents dans la couche la plus basse de verre en fusion et que, si l'on déloge ces corps de cet endroit, ils circulent à travers le bassin et, finalement apparais- sent dans le verre à glaces produit par ce four, en donnant ainsi lieu à un verré défectueux.
On a constaté qu'en main- tenant les électrodes de la paroi latérale, ainsi que les pointes des électrodes verticales, à une hauteur relative-' ment élevée dans le bain de fusion, il s'établit un écart de température plus important entre, d'une part, les couches supérieures du verre en fusion et, d'autre parte la sole du four, de sorte que la partie la plus profonde du verre ne risque pas d'être troublée et perturbée, comme ce serait le cas si l'on employait des électrodes verticales de longueur relativement réduite.
Un autre avantage, que l'on peut considérer comme plus important encore et qui, comme on l'a constaté, est dû au système d'électrodes selon la présente invention, consiste dans le fait que, en limitant le chauffage in- terne du verre à la zone voisine du point chaud du bassin
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et distante de la paroi en bout, on imprime une pente plus rapide à la partie du gradient de température du verre en fusion, qui retend entre l'extrémité ou hotte de charge- ment et le point chaud.
En d'autres termes, grâce au fait que la zone du bain de fusion chauffée par résistance est maintenue écartée de l'extrémité de chargement, la tempéra- ture du bain au voisinage de cette extrémité est inférieure à ce qu'elle serait si le verre au voisinage de la hotte était également chauffé par résistance ; la tem- pérature du verre dans la région du point chaud est accrue, ce qui donne lieu à une-plus grande élévation de tempéra-,- ture par unité de longueur dans le gradient de température.
Comme mentionné plus haut, le verre en fusion dans la ré- gion du point chaud est moins dense et tend à dexcendre vers la hotte de chargement et vers la paroi arrière du four. En déterminant un plus grand écart de température entre le verre au voisinage de la hotte de chargement et celui du point chaud, on augmente la vitesse du flux du, verre en fusion vers l'arrière, de sorte que les matières brutes non encore fondues et l'écume peuvent plus diffici- lement se déplacer vers l'avant en suivant la surface du bain de fusion et parvenir jusqutà l'extrémité de travail du bassin.
Le procédé selon l'invention et la disposition iné- dite du système d'électrodes perfectionné selon l'invention seront mieux compris et mieux appréciés si l'on considère l'allure des courants thermiques dans le four 10. Comme montré dans la Fig 1, le verre en fusion s'élève depuis la sole du bassin de fusion, dans la région du point chaud, ce dernier point étant maintenu en un emplacement relativement
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constant dans le bain de fusion grâce à un chauffage sélectif a niveau des ouvertures 18 du bassin, en vue de maintenir l'axe x-x du point chaud X entre les électrodes opposées A et B, d'une part, et l'électrode C, d'autre part.
A mesure que le verre en fusion est entraîné vers le haut dans la région X du point chaud, une par- tie de ce verre (désignée par des flèches pleines) se dirige vers l'arrière en suivant la surface du bain et à l'encontre du sens de déplacement de la charge de matières brutes Z. Lorsque le verre en fusion qui se dirige vers l'arrière entre en contact avec les matières de la charge brute, relativement froides, ce verre en .f u s i o nes refroidit, en apportant de la cha- leur à la charge brute et se dirige ensuite vers le bas, pour s'écouler le long de la sole du bassin, en revenant vers le point chaud, où il est à nouveau entraîné vers le haut, de sorte que le cycle se répètee Une certaine partie du verre ascendant dans la région du point chaud se dirige vers l'avant, sous l'effet de L'"aspiration" du bassin, pénètre dans la zone d'affinage,
afflue à l'extrémité de travail du bassin et retourne de là, le long de la sole du bassin, pour être à nouveau entraînée vers le haut dans la région du point chaud, après quoi le cycle se répète.
Etant donné l'emplacement particulier de chacune des électrodes A, B et C, et la manière dont le courant circule entre celles-ci, le système d'électrodes a pour effet non seulement d'accroître la capacité de fusion du bassin, mais aussi de constituer un barrage ou une
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barrière thermique de courants d'électricité en circu- lation, de aorte que les matières brutes non fondues et l'écume sont empêchées de passer au-delà de la région du point chaud et d'être emportées vers l'aval, c'est-à- dire, l'extrémité de travail du bassin.
La capacité de fusion du bassin est accrue grâce au chauffage par résistance du verre en fusion qui se dirige vers l'arrière, cela depuis le moment où il at- teint la couche la plus haute du bain de fusion, au voi- sinage de l'axe x-x du point chaud X - couche dans laquelle ce verre est chauffé d'une manière très efficace par les flammes issues desouvertures 18- jusqu'au moment où le verre en fusion a pris la direction de l'arrière, au-delà des électrodes A et B.
Grâce au fait qu'il est soumis à un chauffage par l'intérieur, le verre en fusion qui se dirige vers l'arrière est à une température plus élevée qu'il ne le serait normalement, et est à même de communi- quer une plus grande quantité de chaleur aux matières brutes z, non fondues, ce qui offre la possibilité de fondre une plus grande quantité de matières brutes en un laps de temps donné, d'où, évidemment, une augmentation de la production du bassin.
Etant donné que le trajet le plus court entre le groupe d'électrodes A et le groupe d'électrodes B est re- présenté par une ligne droite, la valeur du flux de courant qui se dirige d'un de ces groupes dtélectrodes vers l'autre est maximum entre les éléments d'électrode 19 et 21, res- pectivement des électrodes A et B, ainsi qu'entre les éléments d'électrode 20 et 22, respectivement des élec- trodes A et B.
D'autre part, un flux de courant d'une intensité moindre traverse le verre en fusion entre les
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éléments d'électrodes 19 et 22 et entre les éléments d'électrode 20 et 21.Ainsi, ' ' le flux de courant primaire d'intensité maximum se manifeste entre les parois laté- rales du bassin, à un angle sensiblement droit par rap- port au trajet d'écoulement du verre en fusion dans le bassin de fusion et assure, en combinaison avec les cou- rants qui se manifestent entre les autres électrodes, une barrière thermique efficace et localisée, dans les couches supérieures du verre en fusion, barrière qui empêche les matières brutes non fondues ou l'écume de passer dans la zone d'affinage du bassin.
Etant donné que l'électrode C est située dans la zone d'affinage, le verre en fusion qui se déplace le long de la sole du bassin dans la zone d'affinage et qui se dirige vers la région du point chaud est soumis à un chauffage interne après avoir été aspiré vers le haut dans la région du point chaud et pendant qu'il se déplace vers l'extrémité de travail du bassin, le long de la sur- face du bain de fusion, préalablement à son passage au- delà de l'électrode C.
Il a été dit plus haut qu'une portion du verre en fusion, en provenance de la zone de fusion, se dirige vers le haut dans la zone du point chaud et passe dans la zone d'affinage au voisinage de la surface du verre en fusion contenu dans cette zone, pour se mélanger au verre qui se dirige vers le haut à partir de la zone d'affinage.
Ce mélange de deux courants de verre en fusion a lieu entre l'électrode verticale C et l'axe x-x du point chaud, de sorte que les courants mélangés sont chauffés par l'inté- rieur à une température sensiblement uniforme, ce qui leur permet de se mélanger d'autant plus rapidement.
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D'autre part, on a indiqué plus haut qu'un des avantages de l'invention réside dans le fait que la pente du gradient thermique entre, d'une part, la paroi en bout du bassin voisin de la hotte de chargement, et d'autre part, le point chaud, a été rendue plus raide par le fait que le chauffage local du verre est concentré dans la région du point chaud et que, de la sorte, la température de cette région est désormais plus élevée, ce qui, à son tour, en- traîne une augmentation de la vitesse du verre qui s'écoule vers l'arrière.
Dans la Fig 3, on a représenté une partie du gra- dient de température rectiligne qui se présente au sein du verre en fusion contenu dans un four de fusion réalisé selon la présente invention. La ligne en traits interrom- pus représente le gradient de température dans le verre en fusion, depuis la paroi arrière du four jusqu'au voi- sinage de l'axe x-x du point chaud X, lorsque le système d'électrodes n'est pas en service, tandis que la ligne pleine représente le gradient de température pour.la même région du verre, lorsque le système d'électrodes est excité et que le verre en fusion dans la région du point chaud est chauffé par résistance.
Aux fins de démonstration et vu que seule une comparaison entre les températures res- pectives de la paroi arrière et du point chaud est néces- saire, les gradients de température ont été représentés par des lignes droites. Cependant, dans la plupart des fours, la courbe réelle du gradient de température aura une forme convexe.
Il convient de noter que la température du verre en fusion ne subit en substance aucune modification au voisinage de la paroi arrière lorsque les électrodes ne
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boni pas mises en service,pas plus que lorsqu'elles sont excitées, la température du verre étant dans chaque' cas de 2,500 F (1371 C) environ. Toutefois, il existe une différence marquée entre la température qui règne dans la région de point chaud lorsque les électrodes sont excitées et celle qui y existe lorsque le courant est coupé.
Lorsque le courant est branché, la température au voisinage de l'axe du point chaud est de 2,930 F (1610 c) environ, tandis que, lorsque le courant est débranché, la température au voisinage de l'axe du point chaud est de
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$60 1' (1571 C) environ, soit inférieure de j0 F' (.;1 C) Tout homme de métier conçoit aisément qu'une élévation de température de 70 augmente la capacité de fusion du four et que, en fait, le système d'électrodes selon la présente invention est à même de maintenir un écart de températures d'environ 70 F (21,1 C) quelle que soit la quantité de matières brutes introduites dans le four.
Dans un four de fusion conduit conformément à l'invention, l'axe x-x du point chaud était d.istant de 37 pieds (11,277 m) environ de la paroi d'extrémité voi- sine de la hotte de chargement, les températures mention- nées ci-dessus ayant été constatées en procédant à des relèvements optiques, au pyromètre, sur les parois laté- rales du bassin, immédiatement au-dessus du verre en fusion.
Les relèvements de température, si l'on considère la dis- tance entre l'axe du point chaud x-x et la paroi en bout, indiquent une élévation de température de 9,7 F (5,38 C) environ par pied (0,3048 m), lorsque le courant est débranché contre 11,6 F (6,438 C) par pied, lorsque le courant est branché, le four étant considéré comme fonc- tionnant avec rendement optimum dans les deux cas, c'est-
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à-dire, tant avec le courant branché qu'avec le courant débranché.
Ainsi, grâce à la présente invention, on a obtenu un accroissement de la pente du gradient de tempé- rature d'environ 1,9 F (1,05454 C) par pied dans la zone de fusion du four, c'est-à-dire, là où une élévation de la température du verre en fusion est de la plus haute impor- tance, étant donné qu'une élévation de la température du bain de fusion a fatalement pour résultat une augmentation de la capacité de fusion du bassin. D'autre part, le verre est considérablement plus chaud dans la région de point chaud du bain: de fusion et est en fait plus dilaté compara- tivement à la région du bain voisine de la paroi en bout du bassin.
Par conséquent, l'écoulement "descendant" du verre en fusion vers l'arrière est intensifié lorsque la tempéra- ture dans la région de point chaud s'élève, étant donné que la température au voisinage de la paroi en bout du bassin demeure relativement constante. Comme indiqué plus haut, une élévation de la vitesse du verre qui se dirige vers l'arrière fait en sorte que les matières brutes du verre ou l'écme peuvent plus difficilement passer au-delà de la région de point chaud et parvenir à l'extrémité de travail du bassin.
On a constaté - sans que l'on puisse en expliquer clairement la raison - que l'on obtient des résultats optima lorsqu'il existe un certain rapport de grandeur entre la superficie du verre en fusion soumis à un chauffage à ré- sistance, d'une part, et la superficie du verre en fusion soumis aux flammes venant des ouvertures 18, soit en d'autres termes, la superficie du four chauffée par les flammes.
Dans l'installation mentionnée plus haut, dans laquelle l'invention a été utilisée avec succès, la super-
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ficie totale du bain de fusion soumise aux flammes pro- venant des ouvertures 18, (c'est-à-dire la distance entre la paroi arrière du four et la paroi la plus éloig.. née a de la dernière ouverture 18,multipliée par la lar- geur du four) était de 1.344 pieds carrés (124,862 m2) environ, tandis que sa superficie soumise au . chauffage par résistance (c'est-à-dire la superficie d'un polygone formé en reliant les pointes des électrodes verticales et les bases des électrodes de la paroi latérale, cette su- perficie étant enclavée dans celle soumise aux flammes) était de 435 pieds carrés (40,313 m2) environ.
En d'autres termes le rapport entre la superficie du verre chauffé par résistance et celle qui est chauffée à la fois par résistance et par les flammes est de 1:3 environ.
En plus du rapport cité plus haut entre les super- ficies du bain, on a découvert que la disposition géomé- trique particulière des électrodes, telle que représentée, ainsi que la manière particulière dont le courant est amené à se diriger à travers le bain, influencent notablement le rendement global du four,bien que, ici également, on ne soit pas non plus en mesure d'expliquer les raisons exactes du phénomène. Cependant, on a essayé plusieurs dispositions d'électrodes, ce qui a permis de constater que la disposi- tion "en pyramide", représentée dans les dessins, a fourni des résultats notablement meilleurs que ceux obtenus avec n'importe quelle autre disposition.
On suppose que ceci est dû au fait que la plus forte concentration de trajets de courant est immédiatement vilsine de l'axe du point chaud et forme un angle par rapport à l'axe transversal x-x de ce point. A ce prppos, on obtient des résultats particulièrement favorables lorsque l'écartement entre
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les divers éléments de l'électrode C représente à peu près un tier de la largeur du four; d'autre part, ce système d'électrodes fournit un certain nombre de tra- jets de courant espacés de l'axe du point'chaud en direc- tion de la paroi en bout du bassin, trajets qui, comme indiqué plus haut, constituent une barrière thermique avancée qui prévient ou empêche l'écoulement de matières brutes ou d'écume au-delà de cette barrière.
Bien que le four-10 représenté dans les dessins soit du type généralement employé pour la fabrication du verre à glaces, la présenté invention pewt être aussi bien employée dans les fours pour verre à vitres, ainsi que dans les fours de petites dimensions, que l'on emploie habituellement dans l'industrie des récipients en verre et qui, dans de nombreux cas, comportent des brûleurs dans leurs parois en bout. de plus, l'invention peut être utilisée dans tous lesours électriques ans lesquels on emploie des électrodes pour assurer le chauffage de base du bain de fusion, la présente invention pouvant être utilisée pour augmenter la capacité de fusion de tels fours.
REVENDICATIONS.
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The present invention relates generally to the field of glass melting and more particularly relates to an improved process and apparatus for increasing the melting capacity of a furnace for glass melting and for glass melting. to improve the quality of the glass produced in such a furnace.
In a well-known process for the continuous manufacture of glass, the raw materials of the glass which are to be melted are introduced into one end.
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of a basin type melting furnace and gradually undergo melting and refining as they slowly advance in the longitudinal direction of the basin towards the picking end of the latter, hence the load is extracted in the form of final molten glass. The fusion of the charge is ensured by the heat which is most often applied in the form of flames or combustion gases, directed on the surface of the aforesaid charge through openings which open into the fusion compartment, at the bottom. above the level of the glass.
Generally, four to six openings are provided at intervals, in the longitudinal direction. in each of the two opposite side walls of a conventional gas-heated basin oven.
It is obvious. that in any glassmaking operation it is essential that the raw materials of the glass be completely melted, prior to delivery of the glass from the picking or working end of the furnace. One of the most important factors involved in preventing unmelted or unrefined constituents from reaching the working end, and thus in ensuring the production of a molten mass of uniform and homogeneous consistency, is represented by precise control of the convection currents which, as we know, exist within molten glass.
Such currents are generally of thermal origin and, all. being of a fairly low intensity, influence to a significant extent the homogeneity of the mass.
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@@ rsque, for the preparation of the glass, the raw material charge is introduced into the loading end or the rear of the basin, the molten glass, which is already in the melting compartment, is returned by the cold load, so that a temperature gradient is established, oriented in the longitudinal direction of the oven. As a result, it is found that there is a region of maximum temperature in the bath, that is to say essentially at the place where the third opening of a furnace with five openings as used in the industry is located.
On the other hand, the temperature at the rear or loading end of the oven and that at the front or picking end are both lower than the temperature existing at the place or in the oven. region surrounding the location of the third opening.
Since the glass is at its maximum temperature in this zone, it expands to the maximum volume in this zone and is relatively less dense there than the glass which is in the zones situated on either side of said zone. maximum temperature region. In addition, and since thermal currents move from relatively hot areas to relatively cold areas, one could consider that the glass "descends" from relatively hot areas, where it undergoes maximum expansion, to relatively cold areas, where it expands to a minimum.
The relatively hot region is often referred to as the "hot spot"; on the other hand it can also be designated by the term "fountain", given the boiling of the liquid in this area,
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The fact that the fused glass actually descends, in other words, the fact that there is an effective circulation in the bath directed backwards and forwards from the region of the hot c-point, can be easily demonstrated by placing fragments of silica brick on the surface of the glass.
It will be seen that these fragments move backwards in the oven, if they have been placed behind the hot point, but that they progress forward, if they have been placed in front by compared to this point. It will be seen that the silica fragments not only carry out this longitudinal movement, but that they also move outwards, towards the side walls of the basin, which is due to the fact that the glass is colder on the surface. the sides of the basin than it is in the region situated substantially in the center of the latter. These phenomena clearly demonstrate that thermal currents exist and that the glass contained in the furnace circulates constantly according to certain circuits.
It is obvious that such thermal currents, as well as their action of determining a return flow of the surface glass, from the hot point, towards the rear of the furnace, produce important effects in this sense. that they prevent the unmelted charge from moving towards the downstream side of the furnace, that is to say, towards the working end of the latter.,
A number of various methods have already been suggested for controlling and increasing the intensity of convection currents. For example, higher amounts of fuel were burned in the third opening, which results in raising the temperature in the hot spot region and increasing the intensity of the currents.
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thermal.
According to an 'ariante, a larger quantity of fuel was burned at the fourth opening than at the other openings;', so that the location of the hot spot was transferred downstream of the basin, towards the fourth opening. However, and although these arrangements have given some favorable results, it is difficult to maintain a constant position of the hot spot by such means and, therefore, there is a risk that variable convection currents will occur in the heat sink. pool.
In addition to the solutions recommended above, furnaces have been constructed comprising partitions or dams, intended to mechanically separate the so-called “melting” zone from the refining zone of the basin. It is true that this arrangement can be used effectively to restrict thermal currents and to keep them within desired limits, however, the adaptation of such partitions to an existing basin is a relatively tedious and expensive operation. Alternatively, high pressure gas burners can be introduced into the bottom of the furnace, which provide mixtures of fuel and air, so that the combustible gases rise through the glass and heat the latter by following their combustion.
However, the use of such fuel gases has the disadvantage of limiting gaseous additions to the products of combustion of the fuel gases, whereas in some cases it is desirable to avoid additional additions. water vapor or other combustion products.
It is true that it can be said that one or more of the above methods have sometimes facilitated to some extent the control of the flow of currents.
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thermals of molten glass, however, neither method had the effect of increasing the melting capacity of the furnace. Anyone skilled in the art will of course know that resistance heating of molten glass in a top-heated furnace increases the melting capacity of the furnace, as more energy is released as heat and supplied. to molten glass.
However, it has heretofore not been realized that molten glass can be resistance heated in a manner capable of promoting and controlling the normal thermal currents of molten glass, thereby increasing the capacity of the melt. of the furnace, while improving the quality of the glass produced therein.
Proceeding from the above, an important object of the present invention is to establish a method for. heating from the inside of the molten glass in a glass melting furnace, as well as an apparatus for carrying out this process, this process and this apparatus being such as to increase the melting capacity of the furnace.
Another object of the present invention is to accurately control and raise the temperature of thermal currents of molten glass in a glass furnace, while substantially increasing the melting capacity of the basin.
Another object of the invention is to raise both the temperature and the speed of the molten glass surface streams which flow backwards and which come into contact with the unmelted raw materials in the furnace. .
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Another object of the present invention is to increase the temperature of the glass in the hot spot region of the melting furnace by internally heating the glass throughout the full extent of the hot spot region, by means of a system new electrodes).
In the accompanying drawings
FIG. 1 is a view in longitudinal and vertical section of a furnace for melting glass, in which the apparatus according to the invention is installed.
Fig 2 is a cross-sectional view, on a larger scale, taken along line 2-2 of Fig. 1
Fig 3 is a plan view of the furnace shown in Fig 1, and where the temperature gradient which exists within the molten glass inside the furnace has been plotted.
Fig 4 is a plan view similar to that of Fig 3, showing the path of electric current between the various electrodes of the new electrode system according to the invention.
The present invention aims to establish a process for treating molten glass in a furnace for melting glass, heated so as to constitute, at an intermediate point between the ends of the furnace, a region where there are thermal updrafts. within the molten glass, a part of these currents being entrained towards the rear of the furnace, towards the end of the latter in the vicinity of which the raw materials of the glass are introduced into the furnace, this process being characterized by a resistance which heats the molten glass in the region of the thermal updrafts, by passing through this region Joule effect currents, in a
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zone of limited width which extends on either side of the transverse axis of said region.
The invention further aims to establish a furnace for melting glass, this furnace containing a mass of molten glass and comprising opposite side walls and an end wall in the vicinity of which the raw materials of the glass are introduced. in the bath of molten glass, this furnace being heated so as to determine, at an intermediate point between the ends of the furnace, a region where ascending thermal currents occur within the molten glass, as well as a system of electrodes for passing Joule effect currents through molten glass, in the region of rising thermal currents, this furnace being characterized in that said system of electrodes comprises: a first electrode disposed on a side of the transverse axis of thermal updrafts of molten glass;
a se-. second electrode located on the opposite side of the above transverse axis; a polyphase electrical energy source; and a device for connecting each of the above electrodes to a different phase of the above energy source.
In summary, the present invention makes it possible to establish a method and an apparatus for carrying out this method, with a view to increasing the melting capacity of a furnace for melting glass, by means of resistance heating of the glass. upper layers of molten glass, in a bounded area thereof, within the hot spot region of molten glass.
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In the accompanying drawings, more particularly in Fig. 1 thereof, there is shown a continuous furnace 10 for melting glass, of the basin type, to which the present invention is particularly applicable. It should however be noted that the novel system of control and heating by electrodes according to the invention, described here, can also be used for materials other than glass and in melting furnaces other than those of the continuous basin type.
The basin furnace 10 has a roof or vault 11, opposed side walls 12, end walls 13 and a bottom or hearth 14, the whole being made of a suitable refractory material. The glass constituents or the raw material charge are introduced at the charging end 15 of the furnace by a feeder (not shown) and reduced to the molten state in the melting zone 16 of the. furnace, from which the glass flows to refining zone 17 and is then withdrawn at the opposite end or exit or working end of the furnace, as a homogeneous molten material.
The dividing line between the fusion zone and the refinement zone is indicated by the xx axis, which also represents the 'axis of the hot spot region whose location is controlled, as will be described in the following. It is easily understood that, although the zone 16 is called "melting zone", part of the refining phenomenon also takes place in this zone.
The heat necessary to reduce the gross charge in the molten glass state in the melting zone 16 is provided by suitable means, for example, recuperators which output high temperature flames and
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combustion products through the openings 18 opening into the gun basin above the level, glass which circulates therein. As is generally the case in furnaces of this type, the openings 18 are arranged at intervals on both sides of the furnace 10, the latter furnace having five such openings in each of the side walls 12.
When a cold feed of raw material Z is introduced into the furnace 10 through the feed end 15 thereof, several different temperatures are established along the length of the furnace, the openings 18 being heated so as to maintain the xx axis of the hot spot at the location which substantially corresponds to the location of the fourth opening.
In a normal furnace with five openings, and given the thermal currents which go forwards and backwards, from the hot point, towards the colder zones, the circulation of the glass takes place in such a way that the The materials in the state of complete fusion are drawn forward, while the unmelted charge is drawn backwards and is held in the zone comprised approximately between the third opening and the 'end of the charge, until the complete melting of this charge, after which it descends into the molten mass and is finally entrained upwards and then forward, towards the refining chamber .
However, it sometimes happens that the convection currents are not of sufficient intensity to determine an adequate circulation of the molten mass, which results in crude constituents passing beyond the third opening.
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ture or hot spot, to appear later in the finished mass in the form of defects.
The device according to. the present invention comprises a novel system of electrodes which consists of a series of electrodes extending through the side and bottom walls of the melting furnace and arranged, with respect to the hot spot, so as to determine local heating limited in the hot spot region X of the molten glass by means of Joule effect electric currents.
The new electrode system comprises opposing pairs of electrode elements 19, 20, and 21, 22, located upstream of the xx axis of the hot spot, as well as three substantially vertical electrode elements 23, 24 and 25, aligned in the transverse direction and located downstream with respect to the former, beyond the axis of the hot spot, these electrode elements rising through the hearth 14 of the melting furnace.
As shown in Fig 4, the various electrodes are connected to a suitable three-phase current power source, shown as a polyphase transformer 26, the electrodes 19 and 20 of the side walls being connected. each to terminal 27 of transformer 26, so as to constitute an electrode A, while electrode elements 21 and 22, of the opposite side wall, are connected to terminal 28 of transformer, to form the electrode B, each of the vertical electrode elements 23, 24 and 25 being connected to terminal 29 of transformer 26, in order to constitute electrode C.
With such an arrangement of the circuit, the current is directed
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from each of the elements of the electrode A towards each of the elements of the electrode B and towards each of the elements of the electrode C. Likewise, the current flows from each of the elements of the electrode B towards each of the elements from electrode C and to each of the elements of electrode A; on the other hand, the current is directed from each of the elements of the electrode C towards each of the individual elements of the electrodes B and A. Thus, a multitude of current paths pass through the melt bath on either side. another from the axis of the hot spot, the zone crossed by these currents extending outwardly, at a limited distance, from the transverse axis xx of this zone.
As seen in Fig. 2, the upper ends of the substantially vertical electrodes are located relatively close to the surface of the molten glass.
It has been found that the optimum melting conditions, which provide the best operating results, are obtained when the upper ends of the hearth electrodes are at a distance not greater than about six to twelve inches. (15.24 to 30.48 cm) from the surface of the molten glass, when the total depth of the glass is on the order of approximately 48 inches (121.92 cm). An advantageous location is obtained when the distance between the tips of the lower electrodes on the one hand and the surface of the glass on the other hand is approximately eight inches (20.32 cm).
In other words, the most favorable operating characteristics of the electrode system are obtained when the ratio. between the depth of submersion of the vertical electrodes., on the one hand, and the depth of the glass in the furnace
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is about 1: 4 to 1: 8, this ratio being about 1: 6 when the submersion depth is eight inches (20.32 cm). Electrodes 19 to 22, inclusive, of the side wall are located at essentially the same depth with a six to twelve inch (15.24 to 30.48 cm) submersion in the glass having given satisfactory results.
When submerged to this depth, these electrodes preferably penetrate the glass for a distance of about twenty-one to twenty-eight inches (53.34 to 71.12 cm).
Anyone skilled in the art knows that fragments of refractory brick and other soils are generally present in the lowest layer of molten glass and that, if these bodies are dislodged from there, they flow through the glass. basin and eventually appear in the ice cream glass produced by this oven, thus giving rise to a defective glass.
It has been found that by keeping the side wall electrodes, as well as the tips of the vertical electrodes, at a relatively high height in the molten bath, a greater temperature difference is established between, on the one hand, the upper layers of the molten glass and, on the other hand, leave the bottom of the furnace, so that the deepest part of the glass does not risk being disturbed and disturbed, as would be the case if the Vertical electrodes of relatively short length were employed.
Another advantage, which can be considered as even more important and which, as has been observed, is due to the electrode system according to the present invention, consists in the fact that, by limiting the internal heating of the glass to the area near the hot spot of the pool
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and away from the end wall, a more rapid slope is imparted to the part of the temperature gradient of the molten glass, which tightens between the end or loading hood and the hot spot.
In other words, because the resistance heated area of the molten bath is kept away from the loading end, the bath temperature near that end is lower than it would be if the load end. glass in the vicinity of the hood was also heated by resistance; the temperature of the glass in the hot spot region is increased resulting in a greater temperature rise per unit length in the temperature gradient.
As mentioned above, the molten glass in the hot spot region is less dense and tends to extend towards the charging hood and towards the rear wall of the furnace. By determining a greater temperature difference between the glass in the vicinity of the loading hood and that of the hot spot, the speed of the flow of the molten glass backwards is increased, so that the raw materials not yet melted and it is more difficult for the scum to move forward following the surface of the molten pool and reach the working end of the basin.
The method according to the invention and the novel arrangement of the improved electrode system according to the invention will be better understood and better appreciated if we consider the shape of the thermal currents in the furnace 10. As shown in FIG. , the molten glass rises from the bottom of the melting basin in the region of the hot spot, the latter point being maintained at a relatively
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constant in the molten bath thanks to a selective heating at the level of the openings 18 of the basin, in order to maintain the axis xx of the hot point X between the opposite electrodes A and B, on the one hand, and the electrode C, on the other hand.
As the molten glass is drawn upward into the X region of the hot spot, part of that glass (denoted by solid arrows) moves rearward following the surface of the bath and out. against the direction of movement of the raw material charge Z. When the molten glass moving towards the rear comes into contact with the relatively cold raw material of the raw charge, this fused glass cools, providing the heat to the gross load and then goes downwards, to flow along the bottom of the basin, returning to the hot spot, where it is again drawn upwards, so that the cycle repeats A certain part of the ascending glass in the region of the hot spot goes forward, under the effect of the "suction" of the basin, enters the refining zone,
flows to the working end of the pelvis and returns from there, along the bottom of the pelvis, to be drawn up again into the hot spot region, after which the cycle repeats.
Given the particular location of each of the electrodes A, B and C, and the way in which current flows between them, the electrode system not only increases the melting capacity of the basin, but also to constitute a dam or a
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thermal barrier to circulating currents of electricity, so that unmelted raw materials and scum are prevented from passing beyond the hot spot region and being carried downstream, this is that is, the working end of the pelvis.
The melting capacity of the basin is increased thanks to the resistance heating of the molten glass which moves towards the rear, this from the moment it reaches the uppermost layer of the molten bath, to the vicinity of the xx axis of the hot spot X - layer in which this glass is heated in a very efficient manner by the flames coming from the openings 18 - until the moment when the molten glass has taken the direction of the rear, beyond the electrodes A and B.
Due to the fact that it is heated from the inside, the molten glass which flows towards the rear is at a higher temperature than it would normally be, and is able to impart a greater amount of heat to the raw materials z, unmelted, which offers the possibility of melting a greater quantity of raw materials in a given period of time, hence, obviously, an increase in the production of the basin.
Since the shortest path between electrode group A and electrode group B is shown as a straight line, the amount of current flow which goes from one of these electrode groups to the other is maximum between electrode elements 19 and 21, respectively electrodes A and B, as well as between electrode elements 20 and 22, respectively electrodes A and B.
On the other hand, a current flow of less intensity passes through the molten glass between the
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electrode elements 19 and 22 and between electrode elements 20 and 21. Thus, the primary current flow of maximum intensity occurs between the side walls of the basin at a substantially right angle to port to the flow path of the molten glass in the melting basin and ensures, in combination with the currents which appear between the other electrodes, an effective and localized thermal barrier, in the upper layers of the molten glass, barrier which prevents unmelted raw materials or scum from passing into the refining area of the basin.
Since the C electrode is located in the refining zone, the molten glass which travels along the bottom of the basin in the refining zone and which goes towards the hot spot region is subjected to a internal heating after being sucked up in the region of the hot spot and as it moves towards the working end of the basin, along the surface of the weld pool, prior to its passage beyond of electrode C.
It has been said above that a portion of the molten glass, coming from the melting zone, goes upwards in the hot spot zone and passes into the refining zone in the vicinity of the surface of the glass in. fusion contained in this zone, to mix with the glass which goes upwards from the refining zone.
This mixing of two streams of molten glass takes place between the vertical electrode C and the xx axis of the hot spot, so that the mixed streams are heated from the inside to a substantially uniform temperature, which allows them to mix all the more quickly.
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On the other hand, it was indicated above that one of the advantages of the invention lies in the fact that the slope of the thermal gradient between, on the one hand, the end wall of the basin adjacent to the loading hood, and on the other hand, the hot spot, has been made steeper by the fact that the local heating of the glass is concentrated in the region of the hot spot and, as a result, the temperature of this region is now higher, which , in turn, causes an increase in the speed of the glass flowing backwards.
In FIG. 3, a part of the rectilinear temperature gradient which is present within the molten glass contained in a melting furnace produced according to the present invention has been shown. The broken line represents the temperature gradient in the molten glass from the rear wall of the furnace to the vicinity of the xx axis of the hot spot X, when the electrode system is not in use, while the solid line represents the temperature gradient for the same region of the glass, when the electrode system is energized and the molten glass in the hot spot region is resistance heated.
For demonstration purposes and since only a comparison between the respective rear wall and hot spot temperatures is needed, the temperature gradients have been shown as straight lines. However, in most furnaces the actual curve of the temperature gradient will be convex in shape.
It should be noted that the temperature of the molten glass does not undergo substantially any change in the vicinity of the rear wall when the electrodes are not
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Boni not put into service, nor when they are excited, the temperature of the glass in each case being about 2,500 F (1371 C). However, there is a marked difference between the temperature in the hot spot region when the electrodes are energized and that which exists there when the power is turned off.
When the power is on, the temperature near the hot spot axis is about 2.930 F (1610 c), while when the power is off, the temperature near the hot spot axis is
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$ 60 1 '(1571 C) approximately, or j0 F' (.; 1 C) less than any skilled person can easily see that a temperature rise of 70 increases the melting capacity of the furnace and that, in fact, the system of electrodes according to the present invention is able to maintain a temperature difference of about 70 F (21.1 C) regardless of the amount of raw materials introduced into the furnace.
In a melting furnace conducted in accordance with the invention, the xx axis of the hot spot was approximately 37 feet (11.277 m) from the adjacent end wall of the charging hood, the temperatures mentioned- born above having been observed by carrying out optical measurements, with a pyrometer, on the side walls of the basin, immediately above the molten glass.
The temperature readings, if we consider the distance between the axis of the hot spot xx and the end wall, indicate a temperature rise of about 9.7 F (5.38 C) per foot (0, 3048 m), when the current is disconnected against 11.6 F (6.438 C) per foot, when the current is connected, the oven being considered to be operating at optimum efficiency in both cases, that is
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that is, both with the current connected and with the disconnected current.
Thus, by virtue of the present invention, an increase in the slope of the temperature gradient of about 1.9 F (1.05454 C) per foot in the melting zone of the furnace, i.e. That is, where an increase in the temperature of the molten glass is of the greatest importance, since an increase in the temperature of the molten bath inevitably results in an increase in the melting capacity of the basin. On the other hand, the glass is considerably hotter in the hot spot region of the melt and is in fact more expanded compared to the region of the bath adjacent to the end wall of the basin.
Therefore, the "downward" flow of the molten glass backward is intensified as the temperature in the hot spot region rises, as the temperature near the end wall of the basin remains relatively. constant. As noted above, an increase in the speed of the backward moving glass makes it more difficult for the glass raw materials or the foam to pass past the hot spot region and reach the working end of the pelvis.
It has been found - without being able to clearly explain the reason - that optimum results are obtained when there is a certain magnitude ratio between the surface area of molten glass subjected to resistance heating, d 'on the one hand, and the surface area of the molten glass subjected to the flames coming from the openings 18, ie in other words, the surface area of the furnace heated by the flames.
In the installation mentioned above, in which the invention has been used successfully, the super-
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total strength of the molten bath subjected to the flames coming from the openings 18, (that is to say the distance between the rear wall of the furnace and the wall furthest from the last opening 18, multiplied by the width of the oven) was approximately 1,344 square feet (124.862 m2), while its surface area subjected to. resistance heating (i.e. the area of a polygon formed by connecting the tips of the vertical electrodes and the bases of the electrodes of the side wall, this area being enclosed in that subjected to the flames) was 435 square feet (40.313 m2) approximately.
In other words, the ratio between the area of the glass heated by resistance and that which is heated by both resistance and by the flames is approximately 1: 3.
In addition to the above-mentioned ratio of bath surface areas, it has been discovered that the particular geometrical arrangement of the electrodes, as shown, as well as the particular manner in which current is caused to flow through the bath, noticeably influence the overall efficiency of the furnace, although here too it is not possible to explain the exact reasons for the phenomenon. However, several arrangements of the electrodes have been tried and it has been found that the "pyramid" arrangement shown in the drawings has given significantly better results than those obtained with any other arrangement.
It is assumed that this is due to the fact that the highest concentration of current paths is immediately vilsin of the hot spot axis and forms an angle with respect to the transverse x-x axis of that point. In this respect, particularly favorable results are obtained when the spacing between
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the various elements of the electrode C represent approximately a third of the width of the furnace; on the other hand, this system of electrodes provides a certain number of current paths spaced from the axis of the hot point towards the end wall of the basin, which paths, as indicated above, constitute. an advanced thermal barrier that prevents or prevents the flow of raw materials or scum beyond this barrier.
Although the furnace-10 shown in the drawings is of the type generally employed for the manufacture of ice-cream glass, the present invention may be employed in both window glass furnaces, as well as in small-sized furnaces, as well as in the furnaces of window glass. Glass containers are usually employed in the industry and which in many cases have burners in their end walls. moreover, the invention can be used in all electric furnaces in which electrodes are employed to provide the basic heating of the molten bath, the present invention being able to be used to increase the melting capacity of such furnaces.
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