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Procédé et appareil pour fondre le verre
La présente invention se rapporte d'une manière géné- rale à un procédé et à un appareil nouveaux et perfection- nés pour fondre les matièrespremières du verre.
Dans un procéda ' bien connu pour la fabrication du verre, la charge de @@@ières à fondre, appelée à être traitée, est intreduite il une extrémité d'un four de fusion à bassin et est graduellement fondue et affinée, à mesure qu'elle avance le;.feront dans le sens longitudinal du bas- sin, vers une extrémité de prélèvement située à l'opposé de l'extrémité d'enfournement et d'où la charge est retirée sous la forme d'un verre fondu fini. La fusion de la charge de matières à fondre est produite par la chaleur appliquée sous la forme de flammes ou de gaz de combustion, dirigés sur la surface de la charge à travers des orifices qui débou- chent dans un compartiment de fusion du four, au-dessus du niveau du verre.
D'une manière générale, on prévoit quatre
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à six orificee disposas à intervalles le .. cotes opposés du four à bassin classique.
Etant donné que le bain de verre en ', nuellement prélevé du bassin, il existe ur rel de ce bain vers l'extrémité de pr41évan; On sait qu'en plus de cet écoulement nature sieurs autres courants dans le verre en f'3.t-; des courants thermiques ou de convectW n, du- tion inégale de la température à travers le niera courants favorisent la fusion des mati.- introduites dans le bassin à travers 1 ava.: - d'enfournement, étant donné qu'ils font circ'¯- d'une façon continue au-dessous de la charge, - froide, de matières à fondre qui flottent ;3U:' sorte que ce$ courants communiquent de la <th>1 tières, en vue de suppléer celle fournie par ic Il est évidemment essentiel, dans t0u fabrication du verre, que les matières à ?" ' plètement fondues ou mises en fusion avant l'extrémité de prélèvement ou de travail. i;
facteurs les plus importants qui contrib,,, - passage de verre non fondu ou non affiné v,2- ;.. de travail, et qui assurent donc la produ,; en fusion d'une consistance uniforme et hom .. ¯ dans la maîtrise exacte des courants de convn verre en fusion. Bien que ces courants soie-:. dunt intensité quelque peu faible, ils ont dence sur l'homogénéité de la masse, étant dor tent continuellement le bain et, de plus, coin tenir les matières à fondre et la matière mu la chambre de fusion du four.
En particulier, lorsque les matière3 à ....
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troduites dans l'extrémité d'enfournement du bassin, le verre en fusion qui se trouve déjà dans la chambre de fusion est refroidi par la charge relativement froide, de aorte qu'il s'établit un gradient de température qui est orienté dans le sens longitudinal du four, et l'on a constaté qu'une région de température maximale se trouve sensiblement à l'endroit du troisième orifice d'un four à cinq orifices empleve dans la pratique. Ainsi, on a observé que la tem- pér@@ure à L'extrémité arrière ou de chargement du four d'une part, et à l'extrémité avant ou de prélèvement de ce- lui-ci, d'autre part, est moins élevée qu'au point ou dans la région située au voisinage de l'emplacement du troisième orifice.
Etant donné que le verre est à la température la plus élevée dans cette région, il¯se dilate dans celle-ci - dans la plus grande mesure et y est relativement moins den- se que le verre dans les zones situées de part et d'autre de cette région. De plus, et comme les courants thermiques s'écoulent depuis des zones relativement chaudes vers des zones relativement plus froides, on peut dire que le verre s'écoule en pente depuis les zones plus chaudes, où il se dilate le plus, vers les zones relativement froides, où il se dilate le moins. La région relativement chaude est sou- vent désignée par le terme "point chaud", et peut aussi être désignée par celui de "source", étant donné le jaillis- sement du liquide dans cette région.
Le fait que le verre s'écoule effectivement en pente - en d'autres termes, qu'il existe une circulation positive dirigée 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 lorsqu'ils se trouvent à l'arrière ou en amont du point
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chaud mais qu'ils se déplacent vera l'avant lorsqu'ils se trouvent en avant ou en aval du point chaud précité.
On constatera qu'en plus de ce mouvement longitudinal, les morceaux de silice effectuent également un mouvement de l'intérieur vers l'extérieur, en direction des parois la- térales du bassin, étant donné que le verre est, au voisi- nage de ces parois, relativement plus froid qu'il n'est au point situé sensiblement au centre de ce bassin.
De tels phénomènes mettent clairement en évidence le fait que des courants thermiques existent et que le verre contenu dans le four suit continuellement certains circuits.
Il va de soi que ces courants thermiques et leur action, qui se traduit par un écoulement du verre de surface vers l'arrière, écoulement qui se dirige depuis le point chaud vers l'arrière du four, sont d'une grande importance parce qu'ils assurent une répartition de la chaleur dans la char- ge de matières à fondre, ce qui a pour effet d'augmenter la capacité de fusion du bassin, et parce qu'ils empêchent les matières non fondues et non affinées de la charge de se dé- placer vers l'aval du bassin et de pénétrer dans l'extrémi- té de prélèvement.
Partant de ce qui précède, un but important de la pré- sente invention est d'accentuer et de contrôler exactement la circulation du verre dans un four à bassin, afin de pro- duire un verre plus homogène et, d'autre part, d'augmenter la capacité de fusion du four.
Un autre but de l'invention est de retarder essentiel- lement le passage du verre non fondu et non affiné vers l'extrémité de travail du four à bassin, en améliorant la maîtrise des courants de oonvection qui circulent dans la masse en fusion.
L'invention a en outre pour objet d'atteindre les objec-
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tifs ci-dessus en contrôlant le gradient de température du bain, gradient orienté dans le sens longitudinal du four.
L'invention se propose en outre de contrôler le gra- dient de température en réduisant la température du bair. dans des zones déterminées du four.
Un autre but de l'invention est d'atteindre les objec- tifs ci-dessus en disposant des éléments de refroidissement dans la charge en fusion.
L'invention vise d'autre part à empêcher mécaniquement les matières à fondre non fondues de quitter la chambre de fusion du four et de se mouvoir vers l'extrémité de prélè- vement de celui-ci.
L'invention réside en outre dans la nouvelle construc- tion d'éléments de refroidissement, construction grâce à laquelle ces éléments fonctionnent non seulement de manière à refroidir des zones déterminées du bain, mais, de plus, comme une barrière ou clôture destinée à empêcher mécanique- ment que de gros morceaux de matières à fondre non fondus ne quittent la chambre de fusion du four.
Dans les dessins annexés : ;
La fig. 1 est une vue longitudinale partielle, prise' le long de l'axe d'un bassin de fusion auquel sont appli- quées les particularités nouvelles de la présente invention.
La fig. 2 est une vue partielle en coupe du bassin de fusion.
La fig. 3 est une vue partielle en coupe prise le long de la ligne 3-3 de la fig. 2 ; et
La fig. 4 est une vue partielle en coupe de l'un des éléments de refroidissement.
Suivant la présente invention, il est prévu un procédé pour produire du verre dans un four continu à bassin, conte- nant un bain de verre en fusion, four dans lequel le bain
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est chauffé de manière à créer dans celui-ci un gradient de température, la température étant maximale dans une ré- gion intermédiaire entre les extrémités du bassin, et où le gradient de température donne lieu à des courants thermiques qui circulent dans le bain susdit, ce procédé étant caracté- risé par une absorption de chaleur à partir de zones déter- minées du bain ci-desous, en vue de modifier le gradient de température susnommé, ce qui a pour effet d'accélérer et de contrôler les courants thermiques.
La présente invention vise en outre à établir un four continu à bassin pour la fusion du verre, qui comprend une extrémité d'enfournement, des chambres de fusion et d'affi- nage et une extrémité de prélèvement située à l'opposé de ,l'extrémité d'enfournement, les chambres ci-dessus conte- nant un bain de verre en fusion qui se dirige à partir de 1' extrémité d'enfournement susdite, à travers les chambres de fusion et d'affinage précitées, vers l'extrémité de pré- lèvement ci-dessus, ainsi qu'un système de chauffage, pour introduire de la chaleur dans le four susnommé, afin de produire des courants thermiques dans le bain susdit, ce four étant caractérisé en ce que le système de chauffage .
précité donne naissance à des courants thermiques qui se dé- placent le long de la surface supérieure du bain susdit, dans la chambre de fusion susnommée, en direction de l'extré- mité de chargement du four, ces courants agissant de maniè- re à entraîner des particules non fondues, relativement pe- tites, des matières à fondre, en direction de l'extrémité d'enfournement susdite et d'empêcher ainsi leur entrée dans la chambre d'affinage ci-dessus, et en ce qu'un système for- mant barrière est disposé entre la chambre de fusion sus- nommée et la chambre d'affinage susdite, afin d'empêcher mécaniquement que des morceaux relativement grands de matiè-
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rea à fondre non fondus ne pénètrent dans ladite chambre d'affinage,
ce résultat étant obtenu sans que l'écroulement du bain en fusion précité se trouve obstrué à travers ledit four.
On se reportera ci-après aux dessins annexés, et plus particulièrement aux figs. 1 et 2 de ceux-ci, où l'on a représenté, aux fins d'illustration, une partie d'un four cont a à bassin 10, auquel sont appliquées les caractéris- tiques nouvelles de la présente invention. Habituellement, les fours de cette nature comprennent un bassin oblong 11, destiné à contenir un bain 12 de verre en fusion et limité par une paroi supérieure ou voûte 13, des parois latéra- les 14, des parois en bout 15 et une paroi inférieure ou sole 16, le tout constitué en une matière réfractaire ap- propriée.
Les matières premières du verre ou la charge de matières à fondre sont introduites dans une extrémité de chargement 17 du four, à travers un petit avant-corps 18, généralement dénommé "niche", à l'aide d'un dispositif ali- mentateur ou chargeur (non représenté), ces matières étant réduites à l'état de fusion dans une chambre de fusion 19, à partir de la--, ',le elles s'écoulent vers une chambre de conditionnement ou d'affinage 20 et sont ensuite prélevées à partir de l'extrémité opposée ou de prélèvement 21 du four, sous la forme d'une matière fondue homogène. Bien que la chambre 19 soit dénommée "chambre de fusion", une partie de l'opération d'affinage a également lieu dans cette cham- bre.
Après avoir été introduites dans le bassin 11, les ma- tières à fondre flottent sur le bain en fusion 12 du verre et sont entraînées par celui-ci à travers la chambre de fu- sion 19. La chaleur requise pour transformer les matières à fondre, en verre en fusion, dans la chambre de fusion 19,
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est fournie par des moyens appropriés, par exemple des régénérateurs (non représentés), qui débitent des gaz chauds à travers des orifices 22 à 26 débouchant dans le bassin de fusion 11, au-dessus du niveau du bain 12, sur des côtés opposés du four. Ainsi qu'il a été dit plus haut, les ori- fices 22 à 26 sont disposés à intervalles le long des deux côtés du bassin 11.
Normalement, cinq orifices de cette sorte sont prévus dans chaque paroi latérale 14 du four de l'espèce décrite, l'orifice 22, qui est le plus proche de la niche 18, étant considéré comme le premier orifice, tan- dis que les orifices restants, de 23 à 26, sont dénommés, d'une manière similaire, le deuxième au cinquième orifice, dans l'ordre, en partant de la niche.
Lorsque la charge de matières à fondre, relativement froide, est introduite dans le four 10 à travers l'extrémi- té d'enfournement 17 de celui-ci, différentes températures s'établissent dans le bain 12, dans le sens de la longueur du four 10, et il se crée un point dit "point chaud" A, soit, une région de température maximale, à l'emplacement approximatif du troisième orifice 24, cette région s'éten- dant en substance dans le sens transversal du four.
Etant donné cette différence de température et la différence de densité, qui en résulte, du bain de fusion 12, des courante thermiques ou de convection s'établissent dans le bain, ce qui amène ce dernier à circuler en substance dans le sens contre-horlogique (si l'on considère le bassin de façon que la niche se trouve à gauche), dans la chambre de fusion 19, sur le côté enfournement du point chaud A (ainsi qu'il est indiqué dans la fig. 1 par des flèches en lignes de tirets), cette circulation se faisant dans le sens horlogique dans la chambre d'affinage 20, sur le côté opposé du point chaud (ainsi qu'il est indiqué dans la fig. 1 par des{flèches en
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traits pleins).
A l'endroit du point chaud A, le bain 12 a'élève, en créant une source et, comme le verre se dila- te au maximum à cet endroit, la surface supérieure du ver- re forme une élévation ou un monticule, qui retombe sur ses flancs opposés, vers la chambre de fusion 19 et vers la chambre d'affinage 20.
Ainsi qu'on le voit dans la fig. 1, la couche supérieu- re du bain 12 coule, sous l'influence des courants thermi- ques, à partir du point chaud A, vers l'avant et vers l'ar- rière, vers les zones relativement plus froides des chambres de fusion et d'affinage. Ainsi, on conçoit qu'en plus de leur action consistant à agiter le bain de fusion 12, les courants thermiques tendent également à entraîner vers l'ar- rière les petites particules de matières à fondre non fon- dues et de matières non affinées, qui apparaissent à la sur- face du bain sous forme d'écume, et à maintenir ces parti- cules dans la zone comprise entre le troisième orifice 24 et l'extrémité de chargement 17 du four, jusqu'à ce que ces particules soient complètement fondues et affinées.
Toute- fois, il arrive parfois que les courants de convection n'aient pas une intensité suffisante pour faire circuler la masse en fusion d'une façon adéquate, ce qui a pour résul- tat que des matières à fondre non fondues et du verre non affiné passent au-delà du troisième orifice 24, soit, du point chaud A, et apparaissent ensuite sous la forme d'un défaut dans le verre fini.
Afin d'éliminer cette difficulté, tout en augmentant la capacité de fusion du four et en produisant du verre fini d'une qualité meilleure, la présente invention propose d'ac- centuer et d'améliorer la maîtrise des courants thermiques ou de convection existant dans le bain en fusion et d'accé- lérer ainsi la circulation du bain. Cette intensification
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de la circulation du bain a pour effet non seulement une transmission d'une plus grande quantité de chaleur aux ma- tiéres à fondre introduites dans le bassin, mais aussi une meilleure agitation du bain, ce qui permet de produire une masse plus homogène.
De plus, les matières à fondre non fondues et l'écume sont entraînées plus aisément vers l'ar- rière, en direction de l'extrémité de chargement du four et sont ainsi empêchées de passer au-delà du point chaud A et de pénétrer dans la chambre d'affinage 20 du bassin 11.
Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, la densité du verre est proportionnelle à sa température et', par consé- quent, les courants thermiques sont fonction de la tempé- rature du bain. Dans un four classique à deux orifices, la température du bain va en s'élevant à partir de l'extrémité de chargement du four, vers le point chaud, et ensuite va en diminuant vers la chambre d'affinage. La différence de température existant dans le bain peut être attribuée en partie à la manière dont le four est chauffé. Dansun four continu à bassin, du type classique, des flammes sont diri- gées dans le sens transversal du four, à partir des orifices 22 à 26, situés dans les parois opposées 14, ainsi qu'il a été décrit plus haut.
Il s'ensuit qu'une zone transver- sale à haute incandescence se forme dans la voûte 13, cette zone s'étendant en substance sur toute la largeur du bassin, approximativemont au niveau du troisième orifice 24. Cette zone à haute incandescence de la voûte rayonne de la cha- leur vers le bas, vers l'intérieur du bain, et détermine ainsi une région essentiellement coétendue de courants ther- miques opposés, qui constituent le point chaud A.
Ainsi qu'il a été dit plus haut et vu que le bain 12 présente la température maximale au point chaud A, il est
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plus dilaté et moins dense que les zones du bain situées de part et d'autre du point chaud. Par conséquent, le bain de fusion 12 tend à s'écouler en pente depuis le point chaud A, vera les zones plus froides du four, ainsi qu'il est indiqué par des flèches dans la fig. 1.
A mesure que, dans la chambre de fusion 19, le bain, qui est relative- ment plus chaud au point chaud A, se dirige vera le haut le is l'influence des courants thermiques et se rapproche de la surface, il absorbe une plus grande quantité de cha- leur rayonnante à partir de la voûte 13 située directement au-dessus du point chaud et, après avoir atteint la surfa- ce et avoir été entraîné par les courants vers la niche 16, le bain est chauffé de façon complémentaire par les flammes issues des orifices 22 à 24. Après être entré en contact avec la partie des matières à fondre située au-dessous de la surface du bain, le bain entraîné par les courants se refroidit, étant donné qu'une certaine quantité de chaleur a été évacuée de ce bain, pour fondre la charge.
Après avoir été ainsi refroidis, les courants thermiques descen- dent vers la sole 16 du bassin 11 et, favorisés par la cir- culation naturelle du bain, progressent le long de la sole, vers le point chaud. Après son entrée dans le point chaud A, le bain 12 qui constitue les courants est à nouveau as- piré vers le haut, avant d'être une fois de plus entraîné vers la niche, pour répéter le cycle de circulation. Il est bien entendu que, grâce à la circulation naturelle du bain 12 dans le bassin 11, une certaine partie du bain, comprise dans les courants thermiques dirigés vers le haut, est as- pirée dans la chambre d'affinage 20, et se dirige ainsi vers l'extrémité 21 du bassin 11.
Dans un four classique, le gradient de température exis- tant dans le bain 12 peut être représenté par une courbe
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sur un graphique, par exemple la courber? représentée par la ligne de tirets dans la fig. 1. Ainsi qu'il ressort de cette courbe 27, le gradient de température s'élève réguliè- rement depuis l'extrémité d'enfournement 17 du bassin 11 jusqu'à un point B, situé à peu près au milieu du troisième orifice 24. En ce point B, la courbe 27 s'arrondit, pour former une élévation ou une proéminence assez douce, qui se prolonge jusqu'à un point C, situé sur le coté aval du qua- trième orifice 25, après quoi il va en descendant réguliè- rement vers la chambre d'affinage 20.
Ainsi, on conçoit que, dans la zone de la proéminence existant dans la courbe de gradient de température 27, laquelle, incidemment, appa- rait également comme une élévation sur la surface supérieure du bain, la pente de la courbe 27 s'aplatit ou s'arrondit, de sorte qu'il ne se produit qu'un très faible changement de température, et donc de densité, du bain, entre le point B situé au milieu du troisième orifice 24 et le point C, situé en aval du quatrième orifice. Il va de soi qu'étant donné que le flux existant à la surface supérieure du bain 12 est le résultat d'un écoulement descendant du point chaud A vers l'extrémité d'enfournement 17, plus le changement dans la densité du verre par unité de longueur, en allant du point chaud A vers l'extrémité d'enfournement 17 est im- portant, et plus grande est la vitesse du flux.
Partant de ces considérations, le procédé pour contrôler les courants thermiques proposé par la présente invention comprendre con- trôle de la température dans cette zone critique voisine du point chaud. En d'autres termes, en contrôlant la pente de la courbe 27, qui représente le gradient de température, de telle façon qu'elle soit plus raide à proximité du point chaud, indiquant ainsi une plus grande différence de tempé- rature ou de densité par unité de longueur, on obtient, en
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effet, une plus grande vitesse de circulation.
Suivant l'invention, la maîtrise du gradient de tempé- rature, et donc des courants de convection, est réalisée d'une manière inédite,.en déterminant une absorption de cha- leur à partir de zones déterminées du bain, de manière à élever la différence de température du bain par unité de longueur dans au moins les parties du bain voisines du point chaud. Le phénomène exact qui se produit lorsque la pré- sente invention est mise en pratique n'est pas entièrement expliqué, mais on peut admettre qu'il s'établit une plus grande différence de densité par unité de longueur du bain, laquelle accélère les courants thermiques, de telle sorte que ces derniers entraînent le bain plus chaud vers la char- ge à une vitesse plus grande, augmentant ainsi la capacité de fusion du four, sans fournir de la chaleur supplémentai- re à ce dernier.
De plus, les courants thermiques accélé- rés brassent plus intimement le bain et balayent d'une ma- nière plus intense l'écume de la surface du bain vers l'ex- trémité d'enfournement du bassin, de sorte que l'on obtient un verre plus homogène et exempt de défauts.
L'emplacement des zones du bain 12, à partir desquel- les a lieu l'absorption de chaleur, peut évidemment varier, et dépend entièrement de la modification que l'on désire apporter au gradient de température qui règne dans le sens longitudinal du bain. D'une manière générale, ces zones sont relativement proches du point chaud A. Par exemple, on a obtenu d'excellents résultats en déterminant une absorp- tion de chaleur à partir d'une zone coétendue avec le point chaud A, c'est-à-dire, à partir d'une zone s'étendant trans- versalement par rapport au bassin, en substance dans le sens de la largeur de celui-ci.
On a toutefois constaté que le gradient de température désiré du bain est réalisé lorsqu'on
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absorbe de la chaleur du bain en un endroit situé légère- ment en amont du point chaud A.
Ici également, l'effet observé de l'absorption de cha- leur à partir du bain, tel que décrit ci-dessus, peut être mis en évidence par une courbe dessinée sur le graphique représenté dans la fig. 1, par exemple la courbe 29, tracée en traits pleins. Ainsi qu'il ressort de cette courbe, une plus grande différence de température par unité de longueur s'établit dans le bain 12 au voisinage du point chaud A, ce qui est mis en évidence par le fait que la courbe repré- sentant le gradient de température du bain, tel que modifié par l'invention, possède une pente plus raide que la courbe
27 qui représente le gradient de température du bain dans un four de fusion classique.
Ainsi qu'on le voit dans la fig. l, la température du bain 12 s'élève régulièrement de- puis l'extrémité d'enfournement 17 du bassin 11 jusqu'au point chaud A et, par conséquent, descend régulièrement vers l'aval du point chaud, jusque dans la chambre d'affinage
20. On a constaté en outre - ainsi qu'il ressort de la courbe 29 - que, en raison d'un phénomène qui n'est pas en- tièrement expliqué, la température maximale du bain 12 au point chaud A est supérieure à la température maximale in- diquée par la courbe 27. Une explication basée entièrement sur les spéculations suggère qu'il est possible que les courants thermiques accélérés, créés grâce à la présente in- vention, ont pour résultat un point chaud occupant une zone moindre et qui possède donc une chaleur plus concentrée.
En d'autres termes, la chaleur requise dans un bassin clas- sique pour maintenir des températures représentées par la courbe 27 entre les points B et C est redistribuée, ce qui a pour résultat des températures moins élevées à proximité du point C et des températures plus élevées au point chaud
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Dans le présent exemple, l'absorption de chaleur à partir du bain est réalisée au moyen d'éléments de refroi- dissement 28 immergés dans le bain de fusion 12. Les élé- ments 28 occupent les positions désirées, ainsi qu'il est décrit ci-dessus, et traversent les parois ou la sole du bassin, de manière à évacuer hors du bassin la chaleur absorbée à partir du bain.
Ces éléments comprennent des con@@@@ts à travers lesquels circule un fluide agissant de manière à absorber de la chaleur lors de son passage dans la partie du conduit immergée dans le bain et à évacuer cette chaleur hors du bassin.
D'une manière générale, les éléments de refroidisse- ment 28 comprennent chacun, dans le présent exemple, des tubes qui pénètrent dans le bain suivant un axe commun et sont disposés l'un par rapport à l'autre de manière à dé- terminer un passage à travers lequel est amené à circuler un fluide d'absorption de chaleur, qui est introduit dans une extrémité du passage, de manière à traverser celui-ci vers une sortie située à l'extrémité opposée de ce passage.
Ainsi qu'on le voit clairement dans la fig. 4, chacun des éléments 28 @ is àtitre d'exemple comprend deux tubes 30 et 31, qui limitent des passages concentriques, à savoir, un passage intérieur et un passage extérieur, respectivement 32 et 33. Une extrémité du tube intérieur 30 présente un orifice d'entrée 34 conduisant au passage intérieur, cet orifice étant raccordé à une source de fluide d'absorption de chaleur, qui peut être de l'eau ou analogue. L'extrémi- té du tube extérieur 31,voisine de l'orifice 34, communi- que avec un raccord 35, qui présente un orifice de sortie 36 débouchant dans le passage extérieur 33 et à travers lequel le fluide est évacué hors de ce dernier passage.
L'extré-
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mité opposée du tube extérieur 31 est obturée par un disque 37 fixé, par soudage par exemple, à l'extrémité du tube 33, et isolant hermétiquement les passages 32 et 33 d'avec le bain 12, dans lequel les tubes sont immergés. Le tube in- térieur 30 se termine à proximité du disque 37, mais à une certaine distance de celui-ci, de manière à déterminer un intervalle annulaire 38 qui établit la communication entre le passage intérieur et le passage extérieur. Le fluide d'absorption de chaleur, qui arrive à travers l'orifice d'admission 34, se dirige dans une direction, le long du passage intérieur 32, traverse l'intervalle 38, pénètre dans le passage extérieur 33 et est acheminé dans ce dernier vers l'orifice de sortie 36, dans un sens opposé à celui qu'il a suivi dans le passage intérieur.
Lors de sa circu- lation dans les passages 32 et 33, le fluide absorbe de la chaieur à partir du bain environnant 12 et l'évacue hors du bassin 11.
On peut faire appel à n'importe quel nombre d'éléments de refroidissement 28, lesquels peuvent s'avancer en sail- lie à travers les parois latérales 14 ou la sole 16 et pé- nétrer dans le bain sous n'importe quel angle. Il va de soi que le facteur déterminant le nombre et la disposition est fonction du résultat que l'on désire obtenir. Dans le présent exemple, ainsi qu'on le voit dans les figs. 2 et 3, on emploie une série d'éléments disposés le long d'une ligne orientée transversalement dans le bassin 11. Les éléments 28 se dirigent vers le haut à travers la sole 16 du bassin, de manière à s'élever dans le bain 12 le long d'axes verti- caux parallèles.
On conçoit que la quantité de chaleur éva- cuée du bain dépend dans une grande mesure de la vitesse de passage du fluide d'absorption de chaleur à travers les élé- ments 28, de sorte que l'évacuation de la chaleur peut va-
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rier dans des limites relativement étendues, quels que soient le nombre et la disposition des éléments de refroi- dissement.
Lorsqu'on produit du verre dans un four continu à bas- sin, tel que décrit ci-dessus, les matières à fondre intro- duites dans le bassin 11 ne fondent pas toutes à la fois, ni à la même vitesse, de sorte que des morceaux relativement grands 39 des matières à fondre infondues sont charriés vers l'aval à travers la chambre de fusion 19, ainsi que vers le point chaud A, par la circulation naturelle du bain dans le bassin. Etant donné les dimensions et la masse re- lativement importantes de ces morceaux, le courant inverse ou vers l'amont, qui se manifeste sur la surface supérieure du bain sous l'influence des courants thermiques agissant dans la chambre de fusion n'exerce qu'un très faible effet sur le mouvement de ces morceaux vers le point chaud.
Ainsi, on a observé que ces morceaux 39 de matières à fon- dre infondues sont passés au-delà du point chaud A et ar- rivés de la chambre de fusion 19 dans la chambre d'affinage 20 du bassin, en contaminant de cette façon le bain 12 contenu dans cette dernière chambre et en donnant lieu à divers défauts dans le verre fini.
Suivant une autre particularité de la présente inven- tion, ces morceaux relativement grands de matières à fondre infondues sont retenus mécaniquement dans la chambre de fu- sion 19 du bassin jusqu'à ce qu'ils soient suffisamment fon- dus et réduits à des dimensions telles que les courants thermiques puissent les entraîner vers l'amont par rapport au point chaud A. A cette fin, une barrière ou haie, est prévue à proximité de la surface supérieure du bain, barriè- re qui sépare la chambre de fusion 19 d'avec la chambre d'af- finage 20 et qui agit de manière à arrêter les morceaux et
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, ' . . "+ -18- 'j.*t<*t ** '**' ** à les empêcher de passer au-delà du point chaud, En outre, et suivant l'invention, la fonction consis tant à arrêter les morceaux et à absorber de la chaleur à partir de la charge est remplie par un appareil simple et peu dispendieux. Pour atteindre le résultat recherché, les éléments de refroidissement tubulaires 28 s'avancent en saillie verticalement à travers la sole 16 du bassin 11 et s'élèvent dans le bain 12, pour se terminer à proximité de la surface supérieure du bain, mais au-dessous de celle-ci.
Les tubes 30 et 31, qui constituent l'élément de refroidissèment 28 sont répartis à intervalles relativement réduits le long de la ligne transversale qui passe dans toute la
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largeur bassin, façon empocher paasage morceaux largeur du bassin, de façon à empêcher le passage de morceaux : infondus 39 entre éléments voisins. On a constaté qu'un espacement de seize pouces environ d'axe en axe est satis- faisant, mais cette valeur est susceptible de varier dans les deux sens. Ainsi qu'il a été dit plus haut, les éléments
28 doivent seulement retenir les morceaux 39 dans la chambre de fusion jusqu'à ce que leurs dimensions deviennent suffi- samment réduites que pour permettre aux courants thermiques de les entraîner vers l'extrémité d'enfournement 17 du bas- sin 11.
Il apparaît clairement que l' invention décrite ci-des- sus permet d'augmenter la capacité de fusion d'un four à fondre le verre, sans apporter de la chaleur supplémentaire à ce four. De plus, le verre fini produit par le four est d'une meilleure qualité en ce qui concerne l'homogénéité et l'absence de défauts. Grâce aux courants thermiques ac- céléréa, les petites particules infondues de matières à fon- .dre, de même qua l'écume, sont empêchées de pénétrer dans la chambre!d'affinage et d'apparaître ainsi dans le verre fini sous la forme de défauts.
De grands morceaux de matiè-
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-, ,'i s t! = .a, ,.---¯ , , ¯ --. , ¯.¯ ]l , --¯ bzz ¯... .,. =-- ¯ ¯ , .¯ ¯.¯¯... ...x.,.. ¯¯¯ ,¯ à les empêcher de passer au-delà du point chaud.
En outre, et suivant l'invention, la fonction consis- tant à arrêter les morceaux et à absorber de la chaleur à partir de la charge est remplie par un appareil simple et peu dispendieux. Pour atteindre le résultat recherché, les éléments de refroidissement tubulaires 28 s'avancent en saillie verticalement à travers la sole 16 du bassin 11 et s'élèvent dans le bain 12, pour se terminer à proximité de la surface supérieure du bain, mais au-dessous de celle-ci.
Les tubes 30 et 31, qui constituent l'élément de refroidis- sement 28 sont répartis à intervalles relativement réduits le long de la ligne transversale qui passe dans toute la largeur du bassin, de façon à empêcher le passage de morceaux inf ondua 39 entre éléments voisins. On a constaté qu'un espacement de seize pouces environ d'axe en axe est satis- faisant, mais cette valeur est susceptible de varier dans les deux sens. Ainsi qu'il a été dit plus haut, les éléments 28 doivent seulement retenir les morceaux 39 dans la chambre de fusion jusqu'à ce que leurs dimensions deviennent suffi- samment réduites que pour permettre aux courants thermiques de les entraîner vers l'extrémité d'enfournement 17 du bas- sin 11.
Il apparaît clairement que l'invention décrite ci-des- sus permet d'augmenter la capacité de fusion d'un four à fondre le verre, sans apporter de la chaleur supplémentaire à ce four. De plus, le verre fini produit par le four est d'une meilleure qualité en ce qui concerne l'homogénéité et l'absence de défauts. Grâce aux courants thermiques ac- célérés, les petites particules infondues de matières à fon- .dre, de même qua l'écume, sont empêchées de pénétrer dans la chambre d'affinage et d'apparaître ainsi dans le verre fini soue la forme de défauts.
De grands morceaux de matie-
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res à fondre infondues qui n'auraient pas été affectés par les courants thermiques sont retenus par la barrière ou la haie dans la chambre de fusion, jusqu'à ce qu'ils soient réduits à une dimension permettant aux courants thermiques de les entraîner vers l'arrière, dans la chambre de fusion.
Tous ces résultats sont obtenus au moyen d'un appareil sim- ple et peu coûteux, qui comprend uniquement une rangée de tubes concantriques qui s'élèvent à travers la sole du four et ètrent dans le bain. Le fluide d'absorption de cha- leur traversant ces tubes contribue non seulement à modifier et à contrôler le gradient de température orienté dans le sens longitudinal du bassin, mais aussi à prolonger la du- rée utile des tubes, lesquels servent également de haie destinée à empêcher mécaniquement le passage des grands mor- ceaux de matières à fondre infondues, vers la chambre d'af- finage.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour produire du verre dans un four conti- nu à bassin contenant un bain de verre en fusion, four dans lequel le bain est chauffé de manière à créer dans celui-ci un gradient de température, la température étant maximale dans une région intermédiaire entre les extrémités du bas- sin, et où le gradient de température donne lieu à des cou- rants thermiques qui circulant dans le bain susdit, carac- térisé par une absorption de chaleur à partir de zones dé- terminées du bain ci-dessus, en vue de modifier le gradient de température susnommé, ce qui a pour effet d'accélérer et de contrôler les courants thermiques.
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Method and apparatus for melting glass
The present invention relates generally to a new and improved method and apparatus for melting glass raw materials.
In a well-known process for the manufacture of glass, the charge of the materials to be melted, called to be processed, is introduced at one end of a basin melting furnace and is gradually melted and refined, as 'it advances the;. will flow in the longitudinal direction of the basin, towards a sampling end situated opposite the charging end and from which the charge is withdrawn in the form of a finished molten glass . The fusion of the charge of materials to be melted is produced by heat applied in the form of flames or combustion gases, directed onto the surface of the charge through orifices which open into a melting compartment of the furnace, at the above the level of the glass.
In general, four
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six orifice arranged at intervals the .. opposite sides of the conventional basin oven.
Since the bath of glass in ', nakedly taken from the basin, there is a rel of this bath towards the end of pr41évan; We know that in addition to this natural flow sieurs other currents in the glass in f'3.t-; thermal currents or convectionW n, unequal du- tion of temperature across the currents favor the melting of the material introduced into the basin through the front: - charging, since they circulate ¯- continuously below the load, - cold, with floating materials to be melted; 3U: 'so that these $ currents communicate with <th> 1 tières, in order to supplement that supplied by ic Il It is, of course, essential in all glassmaking that materials to be completely melted or melted before the picking or working end.
the most important factors which contribute ,,, - passage of unmelted or unrefined glass v, 2-; .. working, and which therefore ensure the produ ,; molten uniform consistency and hom .. ¯ in the exact control of convn molten glass currents. Although these currents silk- :. of a somewhat weak intensity, they have a consequence on the homogeneity of the mass, being continually gilding the bath and, moreover, wedge to hold the materials to be melted and the material to the melting chamber of the furnace.
In particular, when subjects 3 to ....
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troduced in the charging end of the basin, the molten glass which is already in the melting chamber is cooled by the relatively cold load, so that a temperature gradient is established which is oriented in the direction lengthwise of the oven, and it has been found that a region of maximum temperature is found substantially at the location of the third port of a five-port furnace exemplified in practice. Thus, it has been observed that the temperature at the rear or loading end of the furnace on the one hand, and at the front or withdrawal end thereof, on the other hand, is lower than at or in the region adjacent to the location of the third port.
Since glass is at the highest temperature in this region, it expands in this region - to the greatest extent and is relatively less dense there than glass in the areas on either side and side. other from this region. In addition, and since thermal currents flow from relatively warm areas to relatively cooler areas, it can be said that glass slopes from the warmer areas, where it expands the most, to the areas. relatively cool, where it expands the least. The relatively hot region is often referred to as the "hot spot", and may also be referred to as the "source", given the gush of liquid in this region.
The fact that the glass is effectively sloping - in other words, that there is positive circulation directed backward and forward from the hot spot - can be easily demonstrated by placing pieces of silica brick on the glass surface. These pieces will be found to move rearward in the oven when they are behind or upstream of the point
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hot but they move forward when they are in front of or downstream of the aforementioned hot spot.
It will be seen that in addition to this longitudinal movement, the pieces of silica also effect a movement from the inside to the outside, towards the side walls of the basin, given that the glass is, in the vicinity of these walls, relatively cooler than it is at the point located substantially in the center of this basin.
Such phenomena clearly demonstrate the fact that thermal currents exist and that the glass contained in the furnace continuously follows certain circuits.
It goes without saying that these thermal currents and their action, which results in a flow of the surface glass towards the rear, flow which goes from the hot point towards the rear of the furnace, are of great importance because 'they ensure a heat distribution in the load of material to be melted, which has the effect of increasing the melting capacity of the basin, and because they prevent the unmelted and unrefined material of the load from move downstream of the basin and enter the sampling end.
Proceeding from the above, an important object of the present invention is to accentuate and precisely control the circulation of the glass in a basin furnace, in order to produce a more homogeneous glass and, on the other hand, d '' increase the melting capacity of the furnace.
Another object of the invention is to essentially delay the passage of unmelted and unrefined glass towards the working end of the basin furnace, by improving the control of the convection currents which circulate in the molten mass.
A further object of the invention is to achieve the objec-
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tifs above by controlling the temperature gradient of the bath, gradient oriented in the longitudinal direction of the oven.
The invention further proposes to control the temperature gradient by reducing the temperature of the air. in specific areas of the oven.
Another object of the invention is to achieve the above objectives by arranging cooling elements in the molten feed.
The invention also aims to mechanically prevent the unmelted materials to be melted from leaving the melting chamber of the furnace and from moving towards the withdrawal end of the latter.
The invention further resides in the novel construction of cooling elements, whereby these elements function not only to cool specific areas of the bath, but, in addition, as a barrier or fence intended to prevent mechanically that large pieces of unmelted material to be melted do not leave the melting chamber of the furnace.
In the accompanying drawings:;
Fig. 1 is a partial longitudinal view, taken along the axis of a melting basin to which the novel features of the present invention are applied.
Fig. 2 is a partial sectional view of the melting basin.
Fig. 3 is a partial sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2; and
Fig. 4 is a partial sectional view of one of the cooling elements.
According to the present invention, there is provided a process for producing glass in a continuous basin furnace, containing a bath of molten glass, in which furnace the bath.
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is heated so as to create a temperature gradient therein, the temperature being maximum in an intermediate region between the ends of the basin, and where the temperature gradient gives rise to thermal currents which circulate in the aforesaid bath, this process being characterized by an absorption of heat from determined zones of the bath below, with a view to modifying the above-mentioned temperature gradient, which has the effect of accelerating and controlling the thermal currents.
The present invention further aims to establish a continuous basin furnace for melting glass, which comprises a charging end, melting and refining chambers and a sampling end located opposite the end of the charging station, the above chambers containing a bath of molten glass which runs from the aforesaid charging end, through the aforementioned melting and refining chambers, towards the end. sampling above, as well as a heating system, for introducing heat into the aforementioned furnace, in order to produce thermal currents in the aforesaid bath, this furnace being characterized in that the heating system.
aforementioned gives rise to thermal currents which move along the upper surface of the aforementioned bath, in the aforementioned melting chamber, in the direction of the charging end of the furnace, these currents acting in such a manner as to entraining relatively small unmelted particles of the material to be melted towards the aforesaid charging end and thus preventing their entry into the above refining chamber, and in that a system forming a barrier is disposed between the aforementioned melting chamber and the aforesaid refining chamber, in order to mechanically prevent relatively large pieces of material.
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rea to be melted not melted enter said refining chamber,
this result being obtained without the collapse of the aforementioned molten bath being obstructed through said furnace.
Reference will be made hereinafter to the accompanying drawings, and more particularly to FIGS. 1 and 2 thereof, where there is shown, for the purposes of illustration, a part of a conta basin furnace 10, to which the novel features of the present invention are applied. Usually, furnaces of this nature comprise an oblong basin 11, intended to contain a bath 12 of molten glass and bounded by a top wall or vault 13, side walls 14, end walls 15 and a bottom wall or sole 16, the whole consisting of a suitable refractory material.
The raw materials of the glass or the charge of materials to be melted are introduced into a charging end 17 of the furnace, through a small fore-body 18, generally referred to as a "niche", using a feeding device or loader (not shown), these materials being reduced to the molten state in a melting chamber 19, from the -, the they flow to a conditioning or refining chamber 20 and are then taken from the opposite end or from the sample 21 of the furnace, in the form of a homogeneous melt. Although chamber 19 is referred to as a "melting chamber", part of the refining operation also takes place in this chamber.
After being introduced into the basin 11, the materials to be melted float on the molten bath 12 of the glass and are entrained by the latter through the fusion chamber 19. The heat required to transform the materials to be melted , in molten glass, in the melting chamber 19,
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is provided by suitable means, for example regenerators (not shown), which deliver hot gases through orifices 22 to 26 opening into the melting basin 11, above the level of the bath 12, on opposite sides of the oven. As mentioned above, the orifices 22 to 26 are arranged at intervals along both sides of the basin 11.
Normally, five orifices of this kind are provided in each side wall 14 of the furnace of the kind described, the orifice 22, which is closest to the niche 18, being regarded as the first orifice, while the orifices remaining, 23-26, are similarly named the second through the fifth hole, in order, starting from the niche.
When the relatively cool charge of material to be melted is introduced into the furnace 10 through the charging end 17 thereof, different temperatures are established in the bath 12, in the direction of the length of the furnace. furnace 10, and a so-called "hot spot" A, ie, a region of maximum temperature, is created at the approximate location of the third port 24, this region extending substantially in the transverse direction of the furnace.
Given this temperature difference and the resulting difference in density of the molten bath 12, thermal or convection currents are established in the bath, which causes the latter to circulate in substance in the counter-clockwise direction (if we consider the basin so that the niche is on the left), in the melting chamber 19, on the charging side of the hot point A (as indicated in fig. 1 by arrows in dashed lines), this circulation being done in the clockwise direction in the refining chamber 20, on the side opposite the hot spot (as indicated in FIG. 1 by arrows in
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solid lines).
At the location of the hot point A, the bath 12 a 'rises, creating a source and, as the glass expands to the maximum there, the upper surface of the glass forms an elevation or a mound, which falls on its opposite sides, towards the melting chamber 19 and towards the refining chamber 20.
As can be seen in fig. 1, the upper layer of the bath 12 flows, under the influence of thermal currents, from the hot point A, forwards and backwards, towards the relatively cooler zones of the chambers of the bath. melting and refining. Thus, it will be appreciated that in addition to their action consisting in stirring the molten bath 12, the thermal currents also tend to entrain towards the rear the small particles of non-melted materials and of unrefined materials, which appear on the surface of the bath in the form of scum, and to maintain these particles in the zone between the third port 24 and the loading end 17 of the furnace, until these particles are completely melted and refined.
However, it sometimes happens that the convection currents are not of sufficient intensity to circulate the molten mass adequately, resulting in unmelted melt and unmelted glass. refined pass beyond the third orifice 24, ie, the hot point A, and then appear as a defect in the finished glass.
In order to eliminate this difficulty, while increasing the melting capacity of the furnace and producing finished glass of a better quality, the present invention proposes to accentuate and improve the control of the existing thermal or convection currents. in the molten bath and thus accelerate the circulation of the bath. This intensification
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circulation of the bath has the effect not only of transmitting a greater quantity of heat to the materials to be melted introduced into the basin, but also of better agitation of the bath, which makes it possible to produce a more homogeneous mass.
In addition, the unmelted melt and the scum are more easily carried back towards the charging end of the furnace and are thus prevented from passing beyond the hot point A and entering. in the refining chamber 20 of the basin 11.
As indicated above, the density of glass is proportional to its temperature and therefore the thermal currents are a function of the temperature of the bath. In a conventional two-port furnace, the bath temperature will rise from the loading end of the furnace, towards the hot spot, and then decrease towards the refining chamber. Part of the temperature difference in the bath can be attributed to the way the furnace is heated. In a continuous basin oven of the conventional type, flames are directed in the transverse direction of the oven from orifices 22 to 26, located in the opposing walls 14, as described above.
It follows that a transverse zone with high incandescent forms in the vault 13, this zone extending substantially over the entire width of the basin, approximately at the level of the third port 24. This zone with high incandescent of the vault. vault radiates heat downwards, towards the interior of the bath, and thus determines an essentially co-extensive region of opposing thermal currents, which constitute the hot spot A.
As was said above and given that the bath 12 has the maximum temperature at the hot point A, it is
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more dilated and less dense than the areas of the bath located on either side of the hot spot. Consequently, the molten pool 12 tends to flow sloping from the hot point A, towards the cooler areas of the furnace, as indicated by arrows in FIG. 1.
As, in the melting chamber 19, the bath, which is relatively hotter at the hot point A, moves upwards under the influence of thermal currents and nears the surface, it absorbs more large quantity of radiant heat from the vault 13 situated directly above the hot point and, after having reached the surface and having been carried by the currents towards the niche 16, the bath is additionally heated by the flames from orifices 22 to 24. After coming into contact with the part of the material to be melted below the surface of the bath, the bath entrained by the currents cools down, since a certain quantity of heat has was evacuated from this bath, to melt the charge.
After having been thus cooled, the thermal currents descend towards the sole 16 of the basin 11 and, favored by the natural circulation of the bath, progress along the sole, towards the hot point. After entering the hot point A, the bath 12 which constitutes the currents is again sucked upwards, before being once more drawn towards the niche, to repeat the circulation cycle. It is understood that, thanks to the natural circulation of the bath 12 in the basin 11, a certain part of the bath, included in the thermal currents directed upwards, is sucked into the refining chamber 20, and is directed towards thus towards the end 21 of the basin 11.
In a conventional oven, the temperature gradient existing in the bath 12 can be represented by a curve.
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on a graph, for example bend it? represented by the dashed line in FIG. 1. As can be seen from this curve 27, the temperature gradient rises steadily from the charging end 17 of the basin 11 to a point B, located approximately in the middle of the third orifice 24. At this point B, the curve 27 becomes rounded, to form a fairly gentle elevation or prominence, which extends to a point C, located on the downstream side of the fourth orifice 25, after which it goes down. descending regularly towards the refining chamber 20.
Thus, it is conceivable that in the area of the prominence existing in the temperature gradient curve 27, which incidentally also appears as an elevation on the upper surface of the bath, the slope of the curve 27 flattens out or rounds, so that there is only a very small change in temperature, and therefore density, of the bath, between point B located in the middle of the third orifice 24 and point C, located downstream of the fourth orifice. It goes without saying that since the flux existing at the upper surface of the bath 12 is the result of a downward flow from the hot point A towards the charging end 17, the greater the change in the density of the glass per unit length, going from the hot point A towards the charging end 17 is important, and the greater the speed of the flow.
Based on these considerations, the method for controlling the thermal currents proposed by the present invention comprises controlling the temperature in this critical zone close to the hot spot. In other words, by controlling the slope of curve 27, which represents the temperature gradient, so that it is steeper near the hot spot, thus indicating a greater difference in temperature or density. per unit of length, we obtain, in
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effect, a greater speed of circulation.
According to the invention, the control of the temperature gradient, and therefore of the convection currents, is carried out in an unprecedented manner, by determining an absorption of heat from determined zones of the bath, so as to increase the temperature difference of the bath per unit length in at least the parts of the bath adjacent to the hot spot. The exact phenomenon which occurs when the present invention is put into practice is not fully explained, but it can be assumed that there is a greater difference in density per unit length of the bath, which accelerates the currents. thermal so that the latter drive the hotter bath towards the load at a greater speed, thus increasing the melting capacity of the furnace, without supplying additional heat to the latter.
In addition, the accelerated thermal currents stir the bath more intimately and sweep the foam more intensely from the surface of the bath towards the charging end of the basin, so that we obtains a more homogeneous glass free from defects.
The location of the zones of the bath 12, from which the heat absorption takes place, can obviously vary, and depends entirely on the modification which it is desired to make in the temperature gradient which prevails in the longitudinal direction of the bath. . In general, these zones are relatively close to the hot point A. For example, excellent results have been obtained by determining a heat absorption from a zone co-extended with the hot point A, i.e. that is, from an area extending transversely of the basin, substantially in the width direction thereof.
However, it has been found that the desired temperature gradient of the bath is achieved when
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absorbs heat from the bath at a location slightly upstream from hot point A.
Here too, the observed effect of heat absorption from the bath, as described above, can be evidenced by a curve drawn on the graph shown in fig. 1, for example curve 29, drawn in solid lines. As emerges from this curve, a greater temperature difference per unit length is established in the bath 12 in the vicinity of the hot point A, which is evidenced by the fact that the curve representing the gradient bath temperature, as modified by the invention, has a steeper slope than the curve
27 which represents the temperature gradient of the bath in a conventional melting furnace.
As can be seen in fig. 1, the temperature of the bath 12 rises regularly from the charging end 17 of the basin 11 to the hot point A and, consequently, drops regularly downstream from the hot point, to the chamber d 'refining
20. It has also been observed - as can be seen from curve 29 - that, due to a phenomenon which is not fully explained, the maximum temperature of the bath 12 at the hot point A is greater than the temperature. maximum temperature indicated by curve 27. An explanation based entirely on speculation suggests that it is possible that the accelerated thermal currents created by the present invention result in a hot spot occupying a smaller area and which therefore has a more concentrated heat.
In other words, the heat required in a conventional pond to maintain the temperatures represented by curve 27 between points B and C is redistributed, resulting in lower temperatures near point C and lower temperatures near point C. higher at the hot spot
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In the present example, the absorption of heat from the bath is achieved by means of cooling elements 28 immersed in the molten bath 12. The elements 28 occupy the desired positions, as described. above, and pass through the walls or the bottom of the basin, so as to evacuate outside the basin the heat absorbed from the bath.
These elements include cones through which a fluid circulates acting to absorb heat as it passes through the portion of the conduit submerged in the bath and to remove this heat from the basin.
In general, the cooling elements 28 each comprise, in the present example, tubes which enter the bath along a common axis and are arranged with respect to each other so as to determine a passage through which is caused to flow a heat absorbing fluid, which is introduced into one end of the passage, so as to pass through the latter to an outlet located at the opposite end of this passage.
As can be seen clearly in FIG. 4, each of the elements 28 @ is by way of example comprises two tubes 30 and 31, which limit concentric passages, namely, an inner passage and an outer passage, respectively 32 and 33. One end of the inner tube 30 has an orifice inlet 34 leading to the interior passage, this orifice being connected to a source of heat absorbing fluid, which may be water or the like. The end of the outer tube 31, adjacent to the orifice 34, communicates with a fitting 35, which has an outlet orifice 36 opening into the outer passage 33 and through which the fluid is discharged out of the latter. passage.
The extreme
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opposite end of the outer tube 31 is closed by a disc 37 fixed, for example by welding, to the end of the tube 33, and hermetically insulating the passages 32 and 33 from the bath 12, in which the tubes are immersed. The inner tube 30 terminates near the disc 37, but at a certain distance from the latter, so as to determine an annular gap 38 which establishes the communication between the inner passage and the outer passage. The heat absorbing fluid, which arrives through the inlet port 34, goes in one direction, along the interior passage 32, passes through the gap 38, enters the exterior passage 33 and is conveyed therein. last to the outlet 36, in a direction opposite to that which it followed in the interior passage.
As it circulates in passages 32 and 33, the fluid absorbs heat from the surrounding bath 12 and evacuates it out of the basin 11.
Any number of cooling elements 28 can be used, which can protrude through side walls 14 or floor 16 and enter the bath at any angle. It goes without saying that the factor determining the number and the arrangement depends on the result which one wishes to obtain. In the present example, as seen in figs. 2 and 3, use is made of a series of elements arranged along a line oriented transversely in the basin 11. The elements 28 are directed upwards through the sole 16 of the basin, so as to rise in the bath. 12 along parallel vertical axes.
It will be appreciated that the amount of heat removed from the bath depends to a large extent on the rate of passage of the heat absorbing fluid through the elements 28, so that the heat removal can vary.
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keep within relatively wide limits, regardless of the number and arrangement of the cooling elements.
When producing glass in a continuous tank furnace, as described above, the materials to be melted introduced into the basin 11 do not all melt at the same time, nor at the same rate, so that relatively large pieces 39 of the unmelted material to be melted are carried downstream through the melting chamber 19, as well as towards the hot point A, by the natural circulation of the bath in the basin. Given the relatively large dimensions and mass of these pieces, the reverse or upstream current, which manifests itself on the upper surface of the bath under the influence of thermal currents acting in the melting chamber, exerts only 'a very small effect on the movement of these pieces towards the hot spot.
Thus, it has been observed that these pieces 39 of unfelt melted material have passed beyond the hot point A and arrived from the melting chamber 19 into the refining chamber 20 of the basin, thereby contaminating. the bath 12 contained in the latter chamber and giving rise to various defects in the finished glass.
According to another feature of the present invention, these relatively large pieces of unfelted melt material are mechanically retained in the melting chamber 19 of the basin until they are sufficiently melted and reduced to size. such that the thermal currents can carry them upstream with respect to the hot point A. To this end, a barrier or hedge is provided near the upper surface of the bath, which barrier separates the melting chamber 19 d 'with the refining chamber 20 and which acts so as to stop the pieces and
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, '. . "+ -18- 'j. * T <* t **' ** '** to prevent them from passing beyond the hot point, In addition, and according to the invention, the function consists in stopping the pieces and absorbing heat from the load is filled by a simple and inexpensive apparatus. To achieve the desired result, the tubular cooling elements 28 project vertically through the floor 16 of the basin 11 and s' rise in the bath 12, to end near the upper surface of the bath, but below it.
The tubes 30 and 31, which constitute the cooling element 28 are distributed at relatively reduced intervals along the transverse line which passes throughout the
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basin width, way of pocketing paasage pieces width of the basin, so as to prevent the passage of pieces: unfused 39 between neighboring elements. About sixteen inches center-to-center spacing has been found to be satisfactory, but this value is likely to vary in either direction. As stated above, the elements
28 need only retain the pieces 39 in the melting chamber until their dimensions become sufficiently small to allow the thermal currents to carry them towards the charging end 17 of the tank 11.
It is clear that the invention described above makes it possible to increase the melting capacity of a glass-melting furnace, without adding additional heat to this furnace. In addition, the finished glass produced by the furnace is of a better quality with regard to homogeneity and the absence of defects. Thanks to the accelerated thermal currents, the small, unfelted particles of melting material, as well as the foam, are prevented from entering the refining chamber and thus appearing in the finished glass as of defects.
Large pieces of material
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Further, and according to the invention, the function of stopping the pieces and absorbing heat from the load is fulfilled by a simple and inexpensive apparatus. To achieve the desired result, the tubular cooling elements 28 project vertically through the sole 16 of the basin 11 and rise in the bath 12, to terminate near the upper surface of the bath, but beyond. below it.
The tubes 30 and 31, which constitute the cooling element 28 are distributed at relatively reduced intervals along the transverse line which passes through the entire width of the basin, so as to prevent the passage of pieces inf ondua 39 between elements. neighbors. About sixteen inches center-to-center spacing has been found to be satisfactory, but this value is likely to vary in either direction. As stated above, the elements 28 need only retain the pieces 39 in the melting chamber until their dimensions become sufficiently small to allow the thermal currents to carry them towards the end d. 'charging 17 of the tank 11.
It clearly appears that the invention described above makes it possible to increase the melting capacity of a glass-melting furnace, without adding additional heat to this furnace. In addition, the finished glass produced by the furnace is of a better quality with regard to homogeneity and the absence of defects. Thanks to the accelerated thermal currents, the small, unfelted particles of melting material, as well as the scum, are prevented from entering the refining chamber and thus appearing in the finished glass in the form of. defaults.
Large pieces of matter
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Unmelted res to be melted which would not have been affected by the thermal currents are retained by the barrier or the hedge in the melting chamber, until they are reduced to a dimension allowing the thermal currents to carry them towards the 'rear, in the fusion chamber.
All these results are obtained by means of a simple and inexpensive apparatus which comprises only a row of concentric tubes which rise through the bottom of the furnace and enter the bath. The heat absorption fluid passing through these tubes not only helps to modify and control the temperature gradient oriented in the longitudinal direction of the basin, but also to prolong the useful life of the tubes, which also serve as a hedge for to mechanically prevent the passage of large pieces of unfused material to be melted towards the refining chamber.
CLAIMS
1. A process for producing glass in a continuous tank furnace containing a bath of molten glass, the furnace in which the bath is heated so as to create a temperature gradient therein, the temperature being maximum in one region. intermediate between the ends of the basin, and where the temperature gradient gives rise to thermal currents which circulate in the aforesaid bath, charac- terized by an absorption of heat from defined zones of the above bath , with a view to modifying the aforementioned temperature gradient, which has the effect of accelerating and controlling the thermal currents.