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"Traitement des fours à verre."
La présente invention est relative à la fabrication du verre et, plus particulièrement, au processus de fusion formant une des phases de la transformation des composants du verre jusqu'aux objets achevés. Plus particulièrement encore, la présente invention est relative à un four à verre construit à partir d'une matière réfractaire isolante particulière à savoir du zircon.
Le zircon est une matière réfractaire de formule ZrSiO4, Il est fréquemment souhaitable d'utiliser un zircon réfractaire, étant donné qu' il résiste excessivement bien à la corrosion et aux températures. De ce
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fait, des fours et autres récipients contenant du verre fondu, les avant fourneaux et similaires, formés par du zircon réfractaire, ont une durée de vie considérable par comparaison avec les òurs qui sont construits avec d'autres matières réfractaires usuelles.
Malheureusement on a dû constater que les fours à verre et plus par ticulièrement les parois de fond de ces fours construits à partir d'élé- ments en zircon rdefactare, donnent lieu à une formation considérable de mousse à d'écume à partir du verre en fusion, et ce, plus particuliô- rement pendant les premiers trois à six mois de la conduite de ces fours.
Cette formation de mousse et d'écume semble être due au dégagement de gaz se formant simultanément avec les réactions lors de la formation des silicates solubles. Ce dégagement des gaz, se manifestant par la forma- tion d'écume ou de mousse, est très désavantageux étant donne que dans la plupart des cas il est d'une violence telle que le contenu, à savoir le verre en fusion du four, est refoulé de,la chambre de fusion du four.
De même, le volume du verre en fusion est'accru en raison de la formation des gaz, et ce, dans une proportion telle que le contenu du four déborde et coule le long des côtés du four. Ceci est évidemment la cause d'une destruction indésirable et inutile du four et de ses différentes pièces auxiliaires. Ce fait/constitue également un danger pour le personnel pré- posé, à savoir les réparateurs et autres qui, de par leurs fonctions, doivent se trouver de temps en temps à proximité du four,
On a déjà utilisé un procédé qui devait, en principa, vaincre le problème de la formation d'écume, de mousse et du débordement et qui con siste à conduire le four à une température moins élevée de manière que les composants soient fondus plus lentement, toutefois ceci réduit le rendement du four.
En effet, le verre, au voisinage du zircon, est main- tenu a une température inférieure à la normale. Il est évident que ce procédé n'est pas très satisfaisant puisqu'au point de vue économie il est désavantageux et que le rendement du four n'est pas exploité dans sa totalité. En outre, ce procédé peut ne pas permettre une fusion convena- ble, obtenue par les procédés préférés pour la fusion, d'une masse cons- tituêe par des composants bien déterminés.
Un objet de la présente invention est donc de procurer un procédé qui peut être mis en oeuvre dans les four à verre munis d'un fond de
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zircon réfractaire et qui petmet d'éliminer les problèmes cités plus ,
L'invention vise plus particulièrement à procurer un procédé de preé- traitement des éléments en zircon réfractaire constituant le fond du four, de manière à supprimer le dégagement violent des gaz ou des bulles donnant lieu à la formation de mousse, d'écume ou à un débordement.
L'invention vise, en outre, à procurer un traitement qui permet qu' un four à verre y compris son fond formé par une masse de zircon réfrac- taire, puisse être conduit dès le début avec le plein rendement de sa charge.
En outre, un objet de la présente invention est de procurer un pro- cédé qui permet que le four, muni d'un fond en zircon réfractaire, soit conduit aux températures élevées normalement utilisées et qui sont les plus satisfaisantes pour obtenir la fusion la plus avantageuse et la for- mation de silicates solubles,
Un autre objet de la présente invention est de procurer un procédé pour le traitement des surfaces de la proi du fond revêtues d'éléments en zircon réfractaire et qui peut être mis en oeuvre très facilement pour toute opération de fusion du verre du fait qu'on utilise des mati,%- res aisément disponibles.
Une forme d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, est représentée au dessin annexé, dans lequel :
La fig. 1 est une vue en perspective d'un four à verré duquel des parties sont découpées afin de montrer l'intérieur du four.
La fig. 2 est une vue en perspective d'un bloc réfractaire formé par du zircon et servant à illustrer l'effet du traitement conforme à l'invention.
D'une manière générale, la présente invention concerne un proed au moyen duqeul les surfaces interieures, plus particulièrement la surfa- ce du fond d'un four et formées par du zircon réfractaire, sont recouver- tes d'une quantité déterminée de granulés de certains sels de métaux al- calins, ensuite le sel du métal alcalin est chauffé, par exemple par la mise à òu du four, jusqu'à une température prédéterminée et le sel fondu' est maintenu en contact avec la surface de l'élément en zircon réfractai- re pendant environ cinq heures.
Pour certains sels de métaux alcalins qui seront indiqués plus en détail ci-après. il est souhaitable et, en fait
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nécessaire que les granules de sel de métal alcalin soient mélangés, en proportions approximativement égales à ds perles de verre, également sous forme finement divisée.
Au dessin, la fig. 1 représente un four 10 formé par une paroi de , fond 11 et une paroi latérale 12. Les parois latérales sont généralement formées par des blocs réfractaires usuels 13, disposés cote à cote autour du bord de la paroi de fond 11. La paroi de fond est constituée par Un/¯. couche inférieure de blocs 14, formés par une argile ou une autre masse réfractaire, ou bien par une structure de support appropriée. La couche . de blocs du fond du four peut être entièrement constitués par des blocs en zircon réfractaire 16. Ces derniers forment le support ou lit du¯four
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et sont choisis en raison de leur coût relativement bas et leurs prOI)ri6., tés isolantes relativement satisfaisantes.
Sur les blocs inférieurs 14 sont prévus deux couches de blocs plus petits 16 formés par du zircon de formule ZrSi04. Ces blocs 16, formés par du zircon réfractaire, sont haut. tement résistants à la corrosion et à la température. Il en résulte que
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les fonds ou canaux formés par une telle matière réfractaire et en con- ;
tact avec du verre fondu, ne sont pas rapidement "rongés", ni par les températures élevées auxquelles est porté le verre en fusion, ni par l'érosion provoqué par le mouvement ou le flux du votre on fusion so trou- vant dans le four, Il est à remarquer que la paroi de fond du four ou d'Il, un récipient contenant du verre en fusion est soumise à une sérieuse usu-
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re et à une détérioration rapide et, de ce fait, ne fflt-co que pour des i raisons d'économie, la paroi de fond d'un four à vorre ou d'un autre r6--, cipient contenant du y-erre est généralement munie d'une couche de blocs,' en zircon réfractaire. Suivant une phase du procédé conforme à l'inventidri une couche 18 en matière finement divisée est uniformément étalée sur la face supérieure 19 des blocs réfractaires formée par du zircon.
Les su-
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très phases du procédé conforme à l'invention seront décrites plus loineîll*t La fig, 2 représente un bloc réfractaire 16 formé par du zircon. Co bloc présente une couche suparficielle qui s'étend de 3 à 6,5 mm en profondeur depuis la face supérieure. Cette couche représente la partie du bloc do-n la structure cristalline a été modifiée par la mise en oeuvre du traite-- ment conforme à l'invention, Cette partie modifiée est repérée par 21.
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Ci-aprés.suit la description d'un exemple illustrant un procédé pré-
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féré pour le traitement des fours, formés par des éléments en xircon ré- fractaire.
EXEMPLE 1
Un mélange de carbonate de sodium et de perles de flint finement divisées qui ont été broyées de manière à pouvoir traverser un tamis n 5 (à savoir un écran muni de cinq ouvertures par pouce), est préparé dans un récipient approprié, Le mélange est préparé de manière que le carbona- te de sodium et les perles de flint soient présents en propor6tions en poids égales, Ce mélange, finement divisé ou granulé, est étalé uniformément sur la surface d'un nouveau fond de four à verre formé par des blocs ou , "pavés" de zircon réfractaire, ainsi que représenté à la fig. 1. Il faut prendre soin que le mélange soit étalé uniformément, en utilisant un fin rateau, sur une épaisseur d'environ 4 à 5 mm.
Ensuite le four est chauf- fé ou mis à feu afin d'amener la température du four à 1380*C. Cette tem pérature est mesurée au moyen de thermocouples, situés de manière appro- priée dans la couronne du four. La température à proximité de la surface des éléments en zircon réfractaire peut être de l'ordre d'environ 1540*C.
Cette température est maintenue pendant cinq heures. Ainsi que décrit, le mélange doit être étalé de manière qu'environ 70 gr de mélange de carbo- nate de sodium et de perles de verre soient utilisés par cm2de la surfa- ce du rond de la chambre de fusion. Après cette période de cinq heures, le four est charge de la manière usuelle avec toute la charge, ou masse, des composants formant le verre. Ce chargement est continué de manière à correspondre à la capacité de fusion du four.
La charge utilisée est in- diquée au tableau ci-après :
TABLEAU
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<tb> Sable <SEP> 1000 <SEP> kg
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<tb>
<tb> Cendre <SEP> de <SEP> soude <SEP> 306,5 <SEP> kg
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<tb> Perles <SEP> de <SEP> flint <SEP> 300 <SEP> kg
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<tb>
<tb>
<tb> Pierres <SEP> à <SEP> chaux, <SEP> à <SEP> teneur <SEP> élevée <SEP> en <SEP> calcium <SEP> 297,5 <SEP> kg
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<tb>
<tb> Népheline <SEP> syénite <SEP> 193 <SEP> kg
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<tb> Gypse <SEP> fluor <SEP> 11 <SEP> kg
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<tb>
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> 2,5 <SEP> kg
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<tb>
<tb> Agent <SEP> de <SEP> décoloration <SEP> 0,340 <SEP> kg
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La fusion des composants s'effectue dans le four, en même temps que le 1
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chargement mentionne, de la manière usuelle.
En mettant l'invention en pratique, ainsi que décrit, on a pu obser- ver que la fusion du verre dans les conditions normales ne donne lieu à aucune formation violente de gaz ou de bulles, ni à la formation défavo- râblé d'écume, de mousse ou à un débordement.
On a également pu constater que dans un four du même type dans le-; quel on procède à la fusion du verre telle que décrite mais dans lequel la paroi du fond n'a pas été traitée avec le mélange do carbonate de so- dium et de perles de verre; cette fusion a donne lieu à la formation vio- lente de mousse lorsque la température du fond atteignait ou dépassait 1430 C, ce qui fait que le contenu de la chambre de fusion débordait.
EXEMPLE II :
Le processus décrit ci-dessus est répété, sauf que la couche de ma- tière finement divisée est formée entièrement par du carbonate de lithium et qu'on n'utilise donc pas de perles de verre pour préparer un mélange.
Le carbonate de lithium, sous forme finement divisée, est étalé sur le fond du four en utilisant environ 0,35 gr. de carbonate de lithium par cm de la surface du fond du four. L'effet du traitement est analogue à celui du traitement décrit dans l'exemple I. Ensuite le four est charge ; avec les composants formant le verre et la fusion est effectuée do la manière habituelle. En utilisant le procédé conforme à l'invention, et au températures normales du four, il ne se manifeste aucune formation vio- lente de mousse ou d'écume et, par conséquent, aucun débordement depuis la chambre de fusion.
D'autres sels de métaux alcalins qui peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre de la présente invention comprennent : *. le carbonate de po- tassium, le silicate de sodium, le méta-silicate, la tétrasilicate et le bisilicate ; l'hydroxyde de sodium, de même le bisilicate de potassium, le métasilicate de potassium, le tétrasilicate de potassium, l'hydroxyde de potassium, de même, l'orthosilicate de lithium, le métasilicatc de li- thium et l'hodroxyde de lithium. Les sels de lithium et, plus part rement, le carbonate de lithium, peuvent être utilisés seuls et ne néces- sitent pas la préparation d'un mélange avec des perles de verre.
Toute- fois, l'utilisation de ces sels avec des perles de verre réduit le temps et la tempêratreu nécessaires pour le traitement de la matière réfrac-
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taire de la paroi du fond du four. D'autre part, lors du traitement, les sels de sodium et de potassium sont plus efficaces lorsqu'ils sont appli- qués sous forme de mélange finement divisé de granulés du sel de métal alcalin et de perles de verre.
De préférence, le rapport doit être com- pris entre une partie de sel de métal alcalin pour trois parties de per- les de verre et trois parties de sel de métal alcalin pour une partie de perles do verre. En utilisant les sels de sodium et de potassium, le mélange le plus avantageux est celui dans lequel chacun des composants sol et perles de verre représente environ SO: en poids.
Le mélange de sel et de perles, lorsqu'on utilise les sels de sodium et de potassium, ou le sel de lithium seul, doit être appliqué avec un maximum d'unifromité sur la zone de zircon à traiter, afin que la mise à feu et la fusion subséquentes produisent, sur la matière réfractaire, uno quantité suffisante de métal sous forme de N2O où N est soit du sodium, soit du potassium, soit encore du lithium. La température de al mis à fou est avantageusement maintenue à 1380'C ou plus pendant toute la période de cinq heures (ou plus longtemps) afin de faciliter et.de ga-[ rantir la pénétration du sel fondu dans les pores ou interstices de corps . en zircon réfractaire. La période de mise à feu doit au moins s'étendre sur cinq heures.
Une période plus longue peut être utilisée, mais n'est ' , généralement pas nécessaire. De préférence, la pénétration du sel de mé- tal alcalin s'effectue sous forme de silicate d'oxyde de métal à savoir M2OSiO2 plus particulièrement lorsque des perles sont prévues dans le mélange, ce qui constitue le procédé préféré de la présente invention. On suppose, et l'expérience acquise par la mise en pratique de l'invention le corrobore, que le degré de pénétration et la valeur de la pénétration sont accrus par l'utilisation du mélange du sel spécifié et des perles.
Ceci est probablement dû au fait que le silicate vitreux réagit physique-) ment mieux que le sel fondu seul avec la composition de la masse réfrac- taire. Toutefois, pour des raisons inconnues, ce facteur n'est pas détorminant dans le cas du sel de lithium. .
Les perles utilisées pour la préparation du mélange conforme à l'in- vention pour le pré-traitement doivent, de préférence, être formées par des perles dont les dimensions ont été réduites, soit par broyage, soit !
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écrasement, de manière que les particules présentent des dimensions rela- tivement uniformes, et, ce qui est le plus important, passent à travers un tamis n S. Conformément à l'invention, on a également constate que les perles doivent être de bonne qualité et telles qu'utilisées dans les usines de verre,
Un examen d'un bloc réfractaire formé par du zircon et qui oté prô traité conformément à la présente invention, révèle une couche superfi- cielle de 6,35 mm dont la structure est modifiée.
Cette modification de la structure est visible à l'oeil nu et un examen au microscope révèle- que la structure cristalline du zircon a été modifiée. On a pu constater que le zircon ZrSi04 s'est transformé en zircone de formule ZrO2 et une phase de verre. Une analyse (obtenue par des essais au laboratoire) de la couche d'un bloc dont la structure est modifiée et dont, plus spécia- lement, la structure cristalline est modifiée, a été entreprise en ce qui concerne la teneur en Na2O afin de déterminer la quantité de scl ou de 3en sous-produit fondu (Na2O) qui s'est infiltrée dans la couche du bloc en zircon réfractaire. L'analyse du Na2O a été conduite en utilisant le procédé par fusion bien connu de J.L. SMITH.
L'échantillon a été ré- duit en granulés et a été fondu dans un creuset en platine do J.L. SMITH en ajoutant du carbonate de calcium (CaCO3) et du chlorure d'ammonium (NH4Cl). Lorsque l'échantillon était fondu, l'alcalin a été extrait avec; de l'eau sous forme de chlorure de sodium (NaCl). La teneur en sodium de* ce dernier a ensuite été déterminée par photométrie à la flamme en uti- lisant un spectrophotomètre avec un brûleur à hydrogène/oxygène, La moyen ne de plusieurs analyses montrait que la couche du bloc qui a été soumis et- à une modification contenait de 6,5 à 6,7% de Na2O, basés sur le poids de la couche prise comme échantillon et représentant la partie dont la modification était visible à l'oeil nu.
Normalement, un nouveau bloc en zircon réfractmre, tel que vendu par exemple par la Charles Taylor'@ Sons à Cincinnati (Ohio), la Corhart Refractory Company à Louisvillo (Kentucky), The H.K. Porter Company à St. Louis (Missouri), lorsqu'il est analysé de la manière décrite, ne contient que des traces de Na2O et est essentiellement constitué par 98% de ZrSiO4.
La modification de la structure cristalline sur une profondeur d'en-
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viron 6,35 mm du bloc réfractaire est permanente, Des fours, composés par un fond pour la fusion du verre et formés par du zircon réfractaire traite comme décrit ci-dessus, ont été conduits pendant plusieurs mois, avec seulement le temps d'arrêt usuel, sans qu'il se soit manifesté la moindre formation de mousse ou d'écumme.
On ignore les raisons exactes pour lesquelles le traitement conforme à l'invention empoche la formation d'écume, de mousse et le débordement des composants formant le verre, En outre, bien qu'on n'ait ni'l'inten- tion ni la prétention d'émettre une théorie ou explication quelconques qui pourrait former un lien en ce qui concerne le pourquoi de l'efficaci- té du traitement, on suppose quo le phénomène est le suivant : il est con nu que les blocs en zircon réfractaire livrés par les fabricants sont es- sentiellement composés par du ZrSiO. Le verre en fusion, contenu dans le récipient ou le four et en cortanc avec le zircon, contient normale- ment du Na2O.
Toutefois ce dernier est rapidement consommé en transfor- mant le zircon ZrSiO4 en zircone de formule ZrO,, S'il en est bien ainsi, le verre en fusion contient une teneur en Na2O qui est inférieure à sa .teneur normale, déterminée par la masse de la charge. Il en découle que les sulfates généralement présents dans les composants pour la formation de verrat peuvent devenir insolubles du fait que la teneur en Na2O est réduite.
De ce fait, ces sulfates sont expulsés plutôt violemment en tant que gaz, donnant ainsi lieu à la formation d'écume, de mousse ou au dé- bordement du verre fondu,
En résumém on peut constater de ce qui précéde que l'invention procu0 re un nouveau procédé avantageux pour le pré-traitement des parties en zircon réfractaire d'un four de fusion de verre ou similaire, et ce, en utilisant d'une manière déterminée une combinaison unique de matières ai- sément disponibles,.ce qui fait que l'utilisation subséquente du four n'est plus perurbée par la formation d'écume ou de mousse et/ou par le débordement du verre en fusion.