CA1287860C - Technique de fusion electrique du verre - Google Patents

Abstract

BREVET D'INVENTION TECHNIQUE DE FUSION ELECTRIQUE DU VERRE Déposant : SAINT-GOBAIN RECHERCHE L'invention est relative aux techniques de fusion électrique du verre et plus particulièrement celles dans lesquelles la conductivité du verre fondu est utilisée pour développer l'énergie nécessaire pour fondre les matières premières. Selon l'invention, l'énergie est dissipée par effet Joule dans la masse fondue à partir d'électrodes verticales plongeantes, la composition à fondre étant répandue en une couche uniforme à la surface du bain, les électrodes sont disposées à distance des parois réfractaires du bassin, la distance séparant l'électrode de la paroi latérale la plus proche étant de au moins la moitié de celle séparant deux électrodes voisines et la position du niveau du maximum de température étant réglé par la profondeur d'immersion des électrodes.

Description

~ 8~8~q) TECHNIQUE DE FUSION ELECTRIQUE ~U VERRE
L'invention est relative aux techniques de fusion electrique du verre et plus particulièrement celles dans lesquelles la conducti-vité du verre fondu est utilisée pour développer llénergie nécessaire pour fondre les matieres premières.
Pendant longtemps, les installations de production de verre opérant sur de grandes quantités ont été pourvues de fours de fus~on alimentés en combustible fossile, notamment en gaz~ C'était en part~-culier le cas pour les installations de product~on en continu de grande capacité fournissant par exemple le verre plat ou le verre de bouteil-lerie. Sur ces grands fours llénergie électrique, lorsqu'elle était utilisée, l'était essentiellement comme appoint local pour maintenir la température du verre dans les zones les moins chaudes, ou en dehors du four dans son cheminement vers le lieu de transformation ou encore pour développer certains mouvements de convection supposés favoriser l'homo-généisation, l'affinage ou le transport du matériau fondu.
La fusion électrique proprement dite est d'abord apparue sur des petites unités pour lesquelles une grande souplesse dans les cond~-tions d'utilisation semblait nécessaire. Les fluctuations des coûts énergétiques et la maitrise progressive de certains problemes d'ordre technologique ont conduit plus réeemment au ~é~eloppement d'unités de 3~ production importantes dans lesquelles l'ensemble du processus de fu-sion, ~ l'exception de la mise en ser~ice, se déroule ~n ayant recours à l'énergie électrique. Ce dé~eloppement requiert la solution de pro-blèmes technologiques extrêmement délicats.
C'est ainsi que, notamment pour eviter la quest~on de l'oxy~
dation des électrodes à la surface du bain en fuslon, il a été propos~
de les immerger complètement. C'est la solution retenue, par exemple, dans la demande de breYet fran~ais publiée sous le num~ro FR-A-2 552 ~73. Dans ce document, les electrodes sont disposées vertioalement dans le bain a partir de la sole du four. Dans d'autres réal-sations, on ~ ~3~360 trouve aussi des électrodes passant par les par~is latérales du four.
Indépendamment des avantages qu'elle procure Yis-a-vis des problèmes de corrosion, l'immersion des électrodes permet aussi une alimentation commode et bien uniforme de la surface du bain en composi-tion de matieres premieres. La constitution d'une couche relativementépaisse de composition a fondre, surnageant sur le bain fondu,est uti-le en effet pour plusieurs raisons. Elle forme, au contact du bain en fusion, la réserve permanente de matiere nécessaire au fonctionnement continu. Elle protege aussi le bain en fusion d'une forte déperdition calorifique par convection au contact de l'atmosphère et surtout par rayonnement.
Si les fours du type décrit dans le document précité trouvent des applicat;ons industrielles tres importantes, ils ne permettent pas de répondre necessairement au mieux à toutes les exigences rencontrées dans la pratique. A titre d'exemple il est souha~table, dans certains cas, et dans le but évident de limiter les coûts d'in~estissement, de transformer les installations fonctionnant avec des brûleurs en conser-~ant le plus possible des:éléments existants et notamment les matériaux ~éfractaires constituant le bassin. Une telle transformation n'est pas possible lorsqu'il s'agit d'implanter des électrodes dans la sole ou dans les parois latérales du four.
Les fours dont les:électrodes sont immergees offrent des pos-sibilités limitées de reglage des électrodes. S'ils conduisent a des performances tout à fait satisfaisantes pour un certain ~égime, ils se prêtent moins bien a des modifications fréquentes et/ou substantielles de ce régime de fonctionnement.
Par ailleurs, même si la technologie des electrodes immergées est maintenant bien maitrisée et que l'on peut envisager une longevité
des électrodes comparable à celles des réfractaires, le risque de la déteriora~ion prématurée d'une ou plusieurs électrodes ven~nt compro-mettre le bon fonctionnement ne peut etre complêtement écarte.
Un but de l'invention est d'aboutir à un four de fusion élec-trique qui puisse être installé en reprenant une partie des eléments d'un four traditionnel à bruleurs.
Un autre but de l'invention est de faire en sorte que le four électrique propose permette des régimes de fonctionnement très variés et ceci tout en conservant un rendement thermique satisfaisant.
En particulier, l'invention se propose de fournir un four de fusion don~ l'impédance puisse varier de façon importante pour tenir

2 ~ 3 compte de modif~cations dans la nature des verres produits ou p~ur changer le d~bit de product~on. L'inYention se propose a~nsi de traiter des verres cons~dérés comme de rés~stiv~té ~levée.
Un autre but de l'invention est de faire en sorte que, quel que soit le régime de fonctionnement adopté, l'usure des réfractaires soit minimisée.
Un autre but de l'invention est de permettre l'utilisation de bassins constitués de materiaux réfractaires relativement conducteurs sans que les performances du four soient altérées.
Un autre ~ut de l'invention est de permettre un changement de régime sans ~nterruption en un temps très bref.
Pour atteindre ces buts et d'autres qui seront indiqués dans la suite, l'in~ention propose d'effectuer une fusion électrique par ef-fet Joule. Dans le four de fusion selon l'invention, les électrodes sont disposées de telle manière que les températures à un même n~veau soient bien uniformes à l'exception des zones sit~ées à prox~mité immé-diate des parois qui sont avantageusement maintenues à une température plus faible. Par ailleurs, la position des électrodes est modifiable pour régler le gradient de temperature établi suivant la direction ver-ticale, en fonction du régime choisi.
Pour permettre l'utilisation de bassins préalablement cons-truits pour fonctionner avec des bruleurs, les inventeurs ont été con-duits a choisir la solution consistant a faire plonger les électrodes dans le bain par la surface libre de celui-ci. Cette disposition a l'experience s'est réYélee présenter un certain nombre d'avantages quant à la commodité de mise en oeuvre et aussi quant aux performances de ces fours.
Le fait d'introduire les électrodes par la surface libre du bain é~ite bien entendu les difficultés liées au passage de ces élec-trodes à travers le réfractaire et, notamment, les délicats problè~esde remplacement des électrodes usées, d'étancheite ou encore d'usure des réfractaires.
Ce dernier probleme se pose en particulier dans le cas des electrodes verticales disposees sur la sole. On constate dans ce cas une erosion accrue du refrac~aire dans la ~one situee au pied de l'electrode, ce qui n'est pas sans risque pour la longevi~ du four.
Pour rem#dier a ce genre d'inconvénient, des mesures sont generalement prises pour accroitre la ~esistance de cette zone, par exemple l'elec-trode est placee sur un socle forman~ une protu~erance sur la sole. Ce 7~360 type de solutior. n'est cependant pas parfa~temene satts~a~sant car ~l ne s'attaque pas directement a la cause de l'érosion, et indépendamment de l'~nconvénient que constitue l'usure des réfracta~res pour ce qui concerne la longévité du four, la modification de ta composition du ma-5 tériau fondu par l'inclusion de constituants arrachés aux parois ré-fractaires peut const1tuer une gêne non ~égligeable. La teneur de ces constituants est tres faible en proportion du reste du bain fondu mais ils sont fréquemment à l'origine de défauts d'homogénéité du matériau préparé car insuffisamment ''digéres''.
1~ Ce type de difficulté est particùlièrement sensible par exem-ple dans les fours utilisés pour la ~usion de verre destiné à fournir des fibres dites "textiles" ou de renforcement. Pour cette application, il est nécessaire d'avo1r un matériau exempt de particules infondues.
La présence de ces particules entrainerait des "casses" extrêmement gênantes lors de la formation des fibres. Pour cette raison, la produc-tion du verre est de préférence conduite dans un bassin dont le maté-riau réfractaire n'a pas tendance à former ces inclusions infondues. On évite pour cette raison les réfractaires à base de zircone, et l'on utilise par exemple des réfractaires à base d'oxyde de chrome. Ces der-niers présentent une conductivi~é non négligeable aux températures de tra~ail considérées. Par suite, il est exclu de mettre les électrodes au contact, ou même a proximi~é, du ma~ériau réfractaire. Les modes de réalisation prévus selon l'invention permettent de résoudre ces déli-cats problèmes.
Une question analogue se pose pour les fours servant à la production de verre pour bouteille. Dans ces fours, une partie des ma tiêres premières est constituée par le verre de bouteilles récupérées.
Bien qu'il fasse l'objet d'un tri, ce verre récupéré comporte souvent des eléments metalliques provenant des couronnes de bouchage. L'intro-duction de particules metalliques finit par former au fond du bassin une couche fondue conductrice qui peut court-circuiter les électrodes lorsque celles-ci reposent sur la sole. Ce problème est également évité
dans les modes de construction selon l'invention.
L'etude detaillée des phénomenes d'érosion dans le cas des

3~ électrodes immergées a permis aux inventeurs de determiner de fa~on précise des conditions de mise en oeu~re des techniques de fusion parmi les plus appropriées. Ainsi il est apparu souhaitable de limiter la présence de gradients de tempéra~ure inversés, au~remen~ dit la forma-tion de zones a temperature elevée a proximité de la sole. Dans ce cas 378~
en effet, en plus de la temRérature elle-mêm~ qui favorise l'attaque du refractaire, ~l se développe dans le ba1n de pu~ssants courants de con-vect~on au contact de la sole, qu~ en accélerent encore l'éros~on. Pour cette raison on s'efforce, selon l'~nvention, de locallser les zones les plus ch3udes à la part~e supérieure du ba~n fondu, ceci sous réser-ve de ce qui est développe ci-dessous en relatlon avec les modifica-tions de régime.
L'utilisation d'électrodes plongeantes permet de maintenir la surface du matériau en fusion aux températures les plus élevées lorsque ceci est nécessaire et en particulier pour les fortes tirees. Pour cela il convient de régler la profondeur d'immersion. Bien entendu une cer-taine profondeur est nécessaire pour avoir une surface active d'elec-trode suffisante. En pratique en effet, il convient de limiter les densités de courant mises en oeuvre sur les électrodes ce qui permet, d'une part, une meilleure distribution de l'energie d~gagée et, d'autre part, en réduisant les surchauffes locales, de ralentir l'usure des électrodes. Une certaine latitude est cependant possible dans la mesure Oa, pour éviter d'accroitre trop la densite de courant, il est possible d'accroitre la tension imposée ou la section des électrodes.
La formation d'un gradient de temRérature dont le maximum est situé a la surface du bain, ou au voisinage de celle-ci, en plus du falt qu'elle prévient les mouvements de convections superflus, permet d'a~éliorer la fusion des matieres premieres. La temRérature la plus haute se situe a l'emplacement ou elle est effectivement re4uise. Il est constant que la fusion nécessite une temRérature sensiblement plus éle~ée que celle dont on a besoin pour la transformation du matériau fondu. Dans la mesure où des temRératures maximales sont fi~ées9 pour ne pas risquer par exemple la détérioration des électrodes ou plus en-core de leur support, il va de soi que la fusion sera d'autant plus ra-pide que la température la plus élevée se situe au contact im~ediat des matieres a fondre. Comme nous le verrons dans les exemples, seci se traduit par une capaoité de production par unité de surface du four particulièrement elevee. In~ersement au moyen d'électrodes plongeantes dont la profondeur est re~lable, il est possible de reduire la tiree en abaissant les électrodes. La zone la plus chaude est alors a distance de la surface. Globalement, on maintient la température de la sole, et le maximum de tem~érature est s~tué plus bas. On dispose ainsi de moyens commodes pour modifier la ti~ée du four sans changer la temp~ra-ture de la sole et, par conséquent, la temRérature du ~erre a la sortie ~ 3'7 8 6a~
du four. Cette souplesse de fonctionnement est très appréciable sur les fours pour lesquels les ~m~ératifs de production conduisent à des va-ria~ions de t~r~e importantes.
L'utilisation d'électrodes plongeantes selon l'invention est eg~lement un avantage lorsque l'on traite un Yerre "opaque" au rayonne-ment infra-rouge. Pour les verres "transparents" une part non négligea-ble de l'energie de fusion est transm~se aux matières premieres par rayonnement. Au contraire pour les verres "opaques", par exemple les ~erres contenant une proportion d'oxyde de fer relativement élevée, le rayonnement ne peut se ~évelopper de la meme façon. Par suite, les tem-pératures au voisinage des électrodes sont plus élevées que dans le reste du bain. La différence est d'autant plus marquée que le régime de fonctionnement correspond à une tirée plus faible. La limitation de l'effet du rayonnement sur la fusion des matières premières lorsque, comme dans l'invention on localise la zone la plus chaude au voisinage des matières premières, présente l'avantage d'une conso~mation spéc~fi-que moindre par rapport à celle des fours dans lesquels les électrodes sont sur la sole.
L'etablissement du gradient de température dont il est ques-tion ci-dessus présente encore d'autres avantages. En particulier les pertes thermiques par les parois peuvent ê~re limi~ées de façon très efficace. Nous verrons également dans les exemples qùe le rendement thermique selon l'invent~on est très satisfaisant, c'est-à-dire que la quantité d'energie nécessaire par uni~é de masse de matériau fondu est relativement faible et ceci à des regimes très variés.
En régime de fonctionnement continu9 la présence d'un gra-dient de temperature tel que les zones les plus chaudes soient en sur-face presente également des avantages pour la qualité du materiau fondu. Contrairement a ce que l'on observe dans les bassins de fusion lorsque les électrodes sont fi~ées sur la sole ou sur les parois~ les mo wements de convection du bain sont réduits au strict minimum. On évite les brassages violents de matériau dans le bain. Si ces brassages tendent a une certaine homogénéit~ de température et d'etat de la com-position dans l'ensemble du bain, celle-ci s'établ~t dans des condi-3~ tions moyennes qui ne correspondent pas ordinairement à ce qui estrequis pour l'util~sation.
Dans les fours selon l'invention, l'homogeneisation n'est ef-fectuée que par niveau. Si l'on procede au soutirage à la base du bas-sin la progression du ~atériau s'etablit uniform~ment de haut en bas en .
dehors des m~uvements de convectlon lim~t~s aux couches super~eures.
Dans ces cond~t~ons, le matériau fondu sortant du four est en grande partie afflné. De meme, la température attelnte au fond du four peut être réglée de maniere a réduire les a~ustements ul~érieurs nécessai-res au moment de l'utilisation du verre fondu.
Lorsque l'on souhaite etablir une différence de températureimportante entre les parties superieures et inférieures du bain, il est préférable de limiter la profondeur d'immersion des électrodes. Quand cette profondeur est augmentée, on constate en effet un déplacement vers le bas des zones les plus chaudes et simultanément une élévation de température au niveau de la sole pour la même tirée. Si l'on veut maintenir la température de la sole constante tout en augmen~ant la profondeur d'immersion, il faut simultanément réduire la puissance dis-sipee et par suite la tiree du four.
Cette particularité est mise à profit selon l'invention lors-que, pour une installation ~éterminée, il est nécessaire de réduire de façon importante la production ou meme de la stopper. Dans ce cas on augmente la profondeur d'immersion des électrodes et l'on diminue la puissance. Cette façon de procéder permet d'une part de maintenir la temperature de la sole à une valeur suffisante pour que le materiau ne prenne pas en masse et, d'autre part ralentit la fusion de la couche superficielle ou meme pratiquement peut la stopper. Er effet, en meme temps que l'on ~éplace la zone la plus chaude vers le fond du four, la temperature au contact de la couche de matieres premières s'abaisse.
Il est remarquable de cons~ater, dans la mesure où la distri-bution des électrodes est faite de façon satisfaisante, que meme dans ces conditions de regime de fonctionnement reduit, le rendement thermi-que ne diminue que de façon très limitee.
En sens inverse lorsque l'on veut accroitre la tiree du four, i1 peut etre avantageux d'augmenter la profondeur d'immersion. Ceci permet de dissiper une puissance électrique plus importante sans at-teindre des densites de courant excessives au contact des electrodes.
Dans une telle situation cependant si le rendement thermique est très satisfaisant, on constate normalement un accroissement de la temperatu-re du verre fondu au niveau de la sole. A forte tirée, pour ~it2r 1'accroissement de temperature au ni Yeau de la sole, il peut etre avan-tageux egalement, tout en augmentant la puissance d~ssipee, non pas d'accro~tre la profondeur d'immersion mais de changer la conf~guration des elec~rodes de telle sorte qu'elles o~frent une surface plus grande *2~)~7860 sur une profondeur inchang~e. Ceci sera obtenu par exemple en accro1s-sant le diametre des electrodes ou encore en leur conférant par exemple la forme de d1sques disposés hor~zontalement dans le bain. De cette façon, il est possible de maintenir un certain gradient de tPmpérature même à tirée elevée. Quo~qu'll en soit, ce gradient sera néanmo~ns plus faible que celui que l'on établit aux faibles tirées.
Les meilleures dispositions des électrodes dans le plan hori-zontal correspondent à ce qui est dit dans le document precité. Les électrodes sont répart;es de façon régul;ère sur toute la surface libre du bain. Pour une alimentation en courant triphasé, les électrodes sont disposées en au moins un ensemble ordonné de deux rangées de trois électrodes équidistantes. Chaque électrode de la première rangée est alimentée sur une des phases R, S, T du courant. Les électrodes de la seconde rangée sont en ordre inverse T, S, R de sorte que les deux électrodes medianes sont en phase tandis que les electrodes des extr~-mités sont sur des phases différentes. La distance séparant les deux rangées d'électrodes est à peu près égale à celle séparant deux elec-trodes de la même rangée.
La disposition indiquée ci-dessus peut se compléter par l'ad-jonction de rangées supplementaires d'électrodes disposées selon lesmêmes principes énoncés dans le document precité.
La répartition régulière des electrodes favorise bien évidem-ment l'homogenéité des températures mRme dans la zone correspondant à
la partie immergée des électrodes. Dans cette zone, la température est sensiblement plus élevée au voisinage imnediat des électrodes, mais les differences avec le bain fondu environnant s'attenuent tres rapidement de sorte qu'approximativement on peut consi~erer cette couche superieu-re comme se trouvant à une temperature bien uniforme. C'est çe que confirment les mesures de temperature par niveau donnees dans les exem-ples de realisation.
Il est remarquable que l'uniformite des temperatures s'éta-blisse bien meme dans les zones qui ne sont pas situees entre des elec-trodes echangeantes. ~es parties du bain situées entre les électrodes et les parois latérales atteignent des temperatures qui different rela 3~ tivement peu de celles des zones plus "centrales". ~a temperature ne s'aLaisse sensiblement qu'au contact des parois. L'uniformlté des tem peratures qui résulte de cette repartition des electrodes est aussi un facteur qui garantit un bon rendement thermique.
~ nversement, des électrodes s~tuées le long des parois pour-raient condulre à des températures également uniformes, mais aura1entpour inconvénient, d'une part, d'augmenter COflS~ ~érablementdes pertes thermiques et, d'autre part, d'amener une éroslon très rapide des ré-fractaires s~tues à proximite des électrodes pour les raisons que nous avons indiquées précédemment a savoir localement : élevation importante de la température et accroissement des mouvements de convection le long de ces parois. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, la présence des électrodes à proximité des parois limiterait le choix des matériaux refractaires formant le bassin de fusion. Il serait difficile d'utili-ser des réfractaires conducteurs.
Pour les raisons qui viennent d'être indiquees dans les rea-lisations selon l'invention, les électrodes sont maintenues a une cer-taine distance des parois latérales. Cette distance avantageusement, dans les conditions de fonctionnement traditionnelles, avec notamment des verres peu ou moyennement résistifs, n'est pas inférieure à la moi-tié de celle qui sépare deux électrodes échangeantes voisines. Cette distance est de préference du même ordre de grandeur que celui corres-pondant à la distance séparant deux électrodes voisines.
Les distances dont il est question ci-dessus sont celles cor-respondant aux verres les plus usuels du type silico-sodo-calcique dont la teneur en alcalin est relativement élevée. La distance entre les électrodes échangeantes peut également être plus réduite lorsque l'on traite des verres plus résistifs, notamment ceux destinés à former des fibres de renforcement dont la teneur en alcalins est sensiblement plus faible. Corrélativement pour ces verres la distance des électrodes aux parois du four peut etre plus importante qu'avec les verres moins re-sistifs.
De fa~on générale, tout en respectant les conditions de dis-tance électrode-paroi dont il vient d'être question, il peut être avan-tageux selon l'invention de modifier les distances entre ~lectrodes enfonction de l'état du matériau traité. Il s'agit non seulement de tenir compte de la résistivité du verre lorsque le regime de production est atteint mais aussi, le cas échéant, d'adapter la configuration de l'en-se~ble de fusion aux conditions particulières correspondant â sa mise en service. Dans ce dernier cas~ il peut etre avantageux de ~émarrer la fus~on a~ec des electrodes proches les unes des autres, la distance étant progressivement accrue au fur et a mesure de la fusion des mate-riaux.
La distribution des electrodes de la façon qui vient d'etre &6~1 décrite entraine un amenagement particulier du four. On pourra~t penser s~mplemen~ a introduire les ~lectrodes par des ouvertures pratiquées dans la voûte réfractaire qui recouvre le b~in en fus~on. Cette solu-tion ne permet cependant pas le ~éplacement des électrodes à la surface du bain ni une alimentation bien uniforme en matières premières. Quels que soient les moyens d'alimen~ation retenus, ils doivent pouvoir cou-vrir toute la surface d'une couche aussi regulière que possible de com-position pulvérulente pendant toute la durée de fonctionnement du four.
La présence d'électrodes, ou de supports d'électrodes traversant la ~oOte, est un obstacle au ~éplacement des moyens de distribution de la composition. Pour ces raisons, selon l'invention, les électrodes sont fixées sur des supports qui surplombent le bass~n de fusion à partir des côtés de celui-ci. Les moyens de dlstribution de la composition sont disposes de telle sorte qu'ils passent au-dessus des électro~es et de leurs supports.
Si la couche de composition ~éposée à la surface du bain en fusion constitue une protection contre les ~éperditions thermiques, il est préférable cependant de disposer d'une voûte refractaire au-dessus du bain. La presence d'une voûte est utile notamment dans les phases de démarrage ou de mise en veille, phases au cours desquelles la couche protectrice de matieres premières est, soit absente, soit d'epaisseur tres reduite. Dans l'arrangement selon l'invention, ceci implique que les supports des électrodes soient disposés entre les parois latérales réfractaires du bassin et la Yoûte.
Il va de soi que l'espace séparant les parois ~erticales du bassin et la voûte est de préférence aussi ré~uit que possible pour limiter les pertes thermiques. Nous avons vu par ailleurs que les élec-trodes doivent pouvoir être changées très rapidement soit pour rempla-cer un élément usé, soit pour modifier la configuration de la partie de l'électrode immergée, par exemple modifier la longueur de l'electro-de. Ces deux conditions réunies impliquent que les supports des élec-trodes soient mobiles d'une part et, d'autre part, que le mou~ement du support de l'électrode pour l'extraire de l'espace délimité par le bas-sin et la ~oûte réfractaire, puisse se développer dans un espace res treint.
Dans la suite, l'inven~ion est décrite de façon ~etaillee en faisant reférence aux planches de dessins dans lesquelles :
. la figure 1 est une ~ue schematique en coupe longitudinale d'un bassin de fusion électrique selon l'invention, ~1 2~7~36~) . la f~gure ~ est une vue de dessus en coupe au n~veau de la gorge du bassin de la figure 1, . la f19ure 3 est un graph~que montrant le gradient de tempé-rature obtenu en fonction du niveau auquel on se situe dans le bassin, dans différents modes de fonctionnement, . la figure 4 montre le résultat de la mesure de température, pour différentes conditions de tirées, . les figures Sa et 5b montrent le5 variations de températu-res dans la largeur du bassin à différents niveaux et pour deux régimes distincts, . la figure 6 est un graphique indiquant la temp~rature au niveau de la sole en fonction de la tirée sur un four selon l'invention et sur le four à:électrodes disposées sur la sole, . la figure 7 est un graphique établissant la consommation énergétique en fonction de la tlrée pour les deux types de fours consi-dérés à propos de la figure 6, . la figure 8 est une vue schématique en coupe d'un mode d'agencement selon l'invention d'une électrode et de son support, . la figure 9 est une vue d'un mode de distribution de la composition de matières premières dans un four selon l'invention, . la figure 10 est une vue partielle en coupe d'un mode de réalisation du support d'électrode.
Le bassin represent~ en coupe longitudinale à la figure 1 et en vue de dessus à la figure 2 est de forme générale traditionnelle pour les fours à bassin fonctionnant notamment avec des brûleurs. Le bassin est constitué a partir de materiaux réfractaires. Ses dimensions sont variables. Elles sont fonction de l'importance de la production envisagée. Nous verrons cependant que les fours selon l'invention per-mettent d'atteindre des tirées spécifiques élevées. Autrement dit, la surface des fours pour une tirée donnée peut être relativemen~ res-treinte. Il est également important de soul~gner que le mode de chauf-fage du four selon l'invention permet sans inconvénient majeur, nota~ment sans que la consommation specifique ne soit trop modif~ee, de fonctionner a des régimes éventuellement très réduits par rapport aux tirees nominales.
La profondeur du bassin est comparable à selle traditionnel-lement choisie pour ce type de four. Un min1mum de profondeur es~ pre-férable pour d~velopper convenablement le gradient de ~emp~rature vertical et permettre la rérupérati~n directe au fond du bassin de ver-~ 2~7860 12re relativement bien affiné. Un tel min~mum peut être f1xé a env~ron 500 mm de matériau fondu. La posslb~llté selon l'invention de modif~er la profondeur d'immersion des électrodes dar,s des proportions 1mportan-tes permet, le cas echéant, d'utiliser des bassins plus profonds qu'a 1'ordina~re, par exemple des bassins dans lesquels la hauteur du bain fondu dépasse 1500 mm.
Dans le mode représenté, le matériau fondu est évacue par ùne gorge 2 située sur un côté du bassin et au même niveau que la sole 3.
Toujours dans ce mode, la gorge 2 communique directement avec les "feeders" ou avant-fours 4 conduisant le matériau fondu aux différents sites de transformation.
Des électrodes d'appoint 5 et 6 sont disposées a proxlmité ou dans la gorge sur la sole. Ces électrodes peuvent être utilisées pour maintenir le matériau en fusion dans les moments où la tirée est arrê-tée ou fortement réduite et pour éviter que la faible quantité de maté-riau maintenue dans la gorge puisse prendre en masse.
Accessoirement, les électrodes 5 et 6 peuYent aussi être utilisées pour ajuster la température du matériau soutire. En regime normal de fonctionnement, il n'est pas necessaire d'alimenter ces electrodes.
Dans tous les cas9 lorsque de telles electrodes sont présen-tes sur la sole, la puissance dissipée à ce niveau est toujours très limitée en comparaison de celle utilisée pour la fusion par les élec-trodes plongeantes de sorte que les phénomenes d'érosion sont négligea-bles. A titre indicatif, la puissance dissipée la plus forte au niveaudes électrodes 5 et 6 ne dépasse pas 1/20 de celle mise en oeuvre par les six électrodes plongeantes de l'exemple représente.
Dans le mode represente à la figure 1, la sole est horizonta-le. C'est la forme la plus usuelle dans les fours à bassin~ Dette forme est meme pratiquement necessaire lorsque 1'on opère une fusion electri-que au moyen d'electrodes disposees sur la sole et que l'on s'efforce d'obtenir un chauffage bien uniforme. Dans le cas d'électrodes plon-geantes, la configuration de la sole est pratiquement indépendante de cette question. En conséquence il est possible de prevoir, par exemple, une sole legèrement inclinee en direction de la gorge d'evacuation. Il est possible également de disposer la sortie en un point quelconque de la sole notamment au centre du four.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, les electrodes plongeantes sont au nombre ~e six. Elles sont de pr~férence aliment~es en courant ~ 3~7~3tjO
triphase et la dlstribution des phases (R9 S, T) est telle qu'~nd~quée sur la f~gure 2. Cette dispos~tion permet un bon ~qu~l~brage des phases et une dissipation de l'~nergie bien uniforme sur toute l'étendue du bain fondu.
Les électrodes plongeantes 7 sont par allleurs régulièrement espacées e~ de façon que chacune se situe sens~blemen~ au centre d'une zone de la surface du bain, toutes les zones étant de mêmes dimensions.
Cette disposition met les électrodes 7 à une bonne distance des parois latérales réfractaires 8. La distance séparant deux électrodes voisi-10 nes, dans l'exemple représenté, est de l'ordre de celle séparant l'électrode de la paroi 8 la plus proche. Comme indiqué précédemment, elle pourrait être inférieure mais de préférence la distance paroi-électrode n'est pas inferieure à la mo~tié de celle séparant deux elec-trodes voisines.
Le nombre d'électrodes utilisees est fonction de la superfi-cie du four et par consequent de sa tirée. Pour les fours de capacité
plus importante, la disposition des électrodes en courant triphasé est avantageusement celle decrite dans la demande précitée. En particulier, il est possible de mettre en oeuvre l'invention avec des fours dont la 20 configuration correspond au doublement de la longueur du bassin, ce qui équi~aut à la mise bout à bout de deux unités telle que celle représen-tee. D'autres configurations sont bien entendu possible, mais nécessi-tent des amenagements particuliers pour ce qui concerne les supports des électrodes par rapport aux réalisations présentées plus loin à ti-25 tre d'exemple.
La figure 1 montre encore le bain fondu 9 recouvert d'unecouche continue de matieres premieres 10. Cette couche aussi uniforme que possible peùt être plus ou moins épaisse suivant le regime de fonc-tionnement. En régime, on maintient de preference un m~nimum de l'ordre 30 de lO0 mm d'épaisseur pour isoler thermiquement le bain en fusion de 1'atmosphere. Une épaisseur superieure peut être prefér~e mais~ en pra-tique, on ne depassera pas 300 mm ce qui ne presenterait pas d'avan-tages et pourrait conduire à des irregularités importantes d'épaisseur en fonc~ion des zones privilegiees pour la fusion.
Comme indiqué à la figure 1, les electrodes 7 traversent la couche superficielle de matières premièrès et penètrent d~ns le bain fondu. La profondeur d'immersion est fonction principalement de la ti-ree à laquelle on opè-re mais aussi de la densité de courant ~ la surfa-ce de l'~lectrode. P~ur une for~e tiree, il s'agit de chois1r un 1~
comprom~s entre l'avantage ~ue const~tue le chauffage en surface avec une fa1ble ~nersion et la nécessité de malntenir la dens~té du courant dans des lim~tes technologiquement acceptab~es. Pour ces fortes tirées, la profondeur est avantageusement maintenue de préference inférieure 5 aux 2/3 de la profondeur du bain et meme de préférence inférieure à la moitié de cette profondeur.
Lorsque la tirée est réduite, colone nous l'avons ;nd~qué pré-cédemment, il peut peut être avantageux de déplacer les zones les plus chaudes vers les niveaux plus profonds. Dans ce cas, les électrodes 10 peuvent plonger avantageusement jusqu'à mi-profondeur ou meme davantage, par exemple jusqu'aux 3/4 de celle-ci.
A titre indicatif, pour un même four et une même disposition des électrodes, pour une tirée de 3 tonnes par ~our et m2 de bassin, les électrodes sont plongées au tiers de la profondeur du bain alors 15 que pour une tirée limitée à 1 tonne, 11 est avantageux de plonger les électrodes sur les 3/4 de la profondeur.
Dans tous les cas la surface de l'électrode immergée doit être compatible avec les densités de courant supportables, sans que l'érosion soit trop importante. En pratique, on choisit des electrodes ~o de diametre suffisant pour pouvoir s'affranchir de cette contrainte.
La figure 3 montre comment s'établit le gradient de tempéra-ture dans le bassin décrit precédemment pour un regime de production de 1,5 tonne par metre carré et par jour. La température est mesurée sys-tématiquement aux différents niveaux.
Sur ce graphique, la couche de matières premieres et le ni-veau du materiau fondu dans l'avant-corps sont représentés par des traits horizontaux mixtes. Dans l'exemple etudie, l'épaisseur de la couche de composition correspondant aux deux traits mixtes les plus éloignés l'un de l'autre, est d'environ 200 ~m.
La courbe de température A correspond aux mesures effectuees à la verticale du point 11 sur la figure 2. La courbe G est etablie pour une ~erticale située à 100 mm d'une electrode S pour les mêmes conditions de marche.
On peut, en première approximation, considérer que ces deux 35 courbes représentent les deux limites extremes de température observees pour chaque niveau pour un meme régime.
Pour ces deux courbes~ la profondeur d'immersion est un peu inférieure au tiers de la profondeur du ba~n.
La première caractéristique de ces courbes esk que la tempe-~-z~ o rature e5t plus ~levée à proxim~té de l'~lectrode. L'écart est le plus grand dans la zone la p1us haute et s'atténue lorsque l'on s'approche de la sole. La différence de température qu~ subs~ste à ce nlveau tient essentiellement à l'emplacement plus "central" du potnt de mesure à
S proximité de l'électrode S et donc moins sujet au refro~dissement par les parois que dans l'autre cas.
Une deuxième caract~ristique est le fait que ces courbes, à
l'exception de la partie supérieure du bain au contact immediat de la composition à fondre, montrent une décroissance régu~ière de la tempé-10 rature de haut en bas. La différence entre maximum et minimum de temp~-rature sur une même verticale atteint 200DC environ.
Dans l'exemple considéré, le maximum de temp~rature pour les zones les moins chaudes correspond à la courbe A se s~tue approximati-vement à une profondeur correspondant à l'extrémité des électrodes.
15 Dans les zones plus chaudes (courbe 6), le maximum se s~tue legèrement plus près de la couche superficielle.
Ea courbe C correspond à la courbe A lorsque l'électrode est plongée sur les 3/4 de la profondeur du bain, la tiree restant la même.
On constate dans ce cas une augmentation très sensible du maximum de 20 température par rapport au précédent. Ce maximum se maintient pratique-ment égal sur une part importante de la hauteur du bain. La température au niveau de la sole se trouve augmentée de plus de 100~C. Une immer-sion aussi profonde est interessante pour une tirée plus reduite. Dans ce cas on est conduit à réduire la puissance dissipée et corrélative-25 ment a réduire également la tirée du four et la température au niveau de la sole peut être aussi ramenée à la valeur de la courbe A.
Le profil de température C est proche de celui que l'on ob-serve pour les fours analo~ues dont les électrodes sont placées dans la sole.
30Il est intéressant de comparer ces courbes à celles de la fi-gure 4 qui illustre les mêmes profils de temperatures pour des tirées différentes (courbe E environ 2,4 tonnes par jour et m2, courbe F en-viron 3 tonnes). Dans ces exemples, l'immersion est la meme que celle correspondant à la courbe A.
3~' On constate un accroissement général des temperatures en fonction de la tiree. Il est remarquable cependant qu'en maintenant l'électrode dans la partie haute du bain on pu~sse prati~uement doubler la tirée en obtenant une tenpérature au niveau de la 501e comparable à
cetle mesurée dans le cas de la courbe C. Ceoi ~llustre bien l'avantage ~L2~786~) qu'il y a à l~m7ter la profondeur d'im~ersion.
Sur la figure 3, la courbe D correspond a une mesure analogue à celle de la courbe A pour un verre plus "opaque". Le verre en ques-tion présente une teneur en oxyde de fer de 0,60, celui de la courbe A
est de 0,20. La présence de cet oxyde en~raine une forte absorption du rayonnement infra-rouge. La comparaison des courbes A et D montre une influence relativement faible du caractère plus ou moins "opaque" du Yerre traité. En particulier, la température au niveau de la couche de matieres premières et le maximum sont pratiquement inchangés, tandis 10 que la température de la sole est abaissee d'environ 20~C. Inversement pour les fours dans lesquels les électrodes sont implantées sur la so-le, 7l est connu qu'un accroissement de la teneur en oxyde de fer re-quiert une élévation sensible de la température max7male et de la température de la sole pour maintenir la température au contact de la 15 couche superficielle.
La flgure ~a montre l'évolution des températures à différents niveaux dans le bain (O, 300, 600 et 900 mm au-dessus de la sole), les mesures étant faites transversalement au bassin, dans le plan vertical passant par le point 11. Les courbes montrent une bonne régularité dans 2~ les températures relevées à un même niveau, 3 l'exception de celles correspondant à la couche superficielle, plus sensibles aux variations locales résultant des courants de convection à proximité des électrodes.
L'écart meme dans ce cas reste limité à une cinquantaine de degres environ.
Le graphique 5a est établi pour une tirée de 1 tonne/m2.jour.
Le graphique 5b est de même nature, mais correspond à une tirée de 2,5 tonnes/m2.jour. On constate, dans ce dernier cas, une elévation gé-nérale des températures à tous les niveaux y compris celui de la sole.
Le gradient de temperature entre la sole et le niveau le plus chaud est 30 moins étendu que dans le cas précédent. Il couvre une centaine de de-gres environ. Le fait que la température de la zone immediatement au contact de la composition soit la moins chaude, tient a l'importance des pertes therm7ques a ce niveau (pertes qui sont d'autant plus sensi-bles que l'on se situe plus haut en température~.
Au vu de ces résul~ats, une étude systematique des variations des températures maximales de la sole en fonction de la tiree a ~té
effectuée. Cette étude a été faite simultanément sur le four selon 1 '~nvention (II) et sur le four analogue dans lequel les electrodes sont 7mplantées dans la sole (I).
~t7a60 Ces mesures sont fa~tes pour la production d'un verre à par-tir des matieres premières traditionnelles, notamment de dolomie calci-née et de 10 ~ en poids de calcin. Le verre produ~t présente la composition suivant2 :
S SiO2 64,55 Na20 15,60 Al203 3,35 K20 1,35 CaO 7 ,25 B203 3960 MgO 3,00 F 0,60 Ce type de verre est utilisé notamment pour la production de 10 fibres d'isolation.
Les résultats sont reproduits a la figure 6. Ils font appa-raftre, dans les deux cas, un accroissement si~ultane de la température et de la tirée. A toutes les tirées, les températures du four selon l'invention sont plus faibles que celles du four à electrodes sur la 15 sole- S~ l'écart de température constaté en faveur du four selon l'in-vention est d'autant plus élevé que la t~rée est plus fa~ble, il res-te encore une cinquantaine de degrés pour les tirées voisines de 3 tonnes/m2.jour. Cette différence reste très appréciable pour la lon~é-~ité des réfractaires. Cet avantage peut se traduire de façon differen-20 te. Si l'on estime en effet qu'une usure acceptable des réfractairesest fonction d'une certaine température qu'il ne faut pas dépasserJ en utilisant un four selon l'inYention on voit qu'il est possible d'at-teindre des tirées qui sont proscrites dans le cas du four a électrodes sur la sole. A titre indicatif, pour les verres silico-so~o-calciques 25 du type indiqué ci-dessus dans les fours selon liinvention et pour une tiree égale ou supérieure à 2,5 tonnes/m2 et par jour, la température de la sole peut être maintenue à moins de 1400~C.
Les fours selon l'invention sont encore remarquables pour leur consommation spécifique relati~ement faible. Cette consommation 30 peut s'expliquer9 en partie au moins, par les températures plu5 faibles notees précédemment et qui entrainent une réduction des déperditions ~hermiques. Ce mécanisme n'est cependant pas le seul a intervenir ~ans la détermination de la consommation comme le montrent les courbes de la figure 7 établies pour les deux fours précédemment compares. La consom-35 mation spécifique décroit en effet dans les deux cas lorsque la tiréeaugmente~ alors que la température croit comme ~ndique figure 6. Quoi-~u'il en soit, on constate dans le oas de l'~nvent~on (Il), pour la fusion des mê~es matieres premieres dans les mê~es conditions, une con-sommation spécifique infér~eure de 10 à 15 X environ selon la temp~ra ~37860 ture. La différence constatée est d'autant plus ~mportante que la tir~e est plus réduite. Ainsi, pour un r~gime d'au mo~ns 1 tonne/m2 par ~our, la consommation spéclfique pour la fusion des verres s~lico-sodo-calclques cons~dérés ne dépasse pas 1000 kWh par tonne.
Le four selon 1'1nvention présente, de façon remarquable, une consommation spécifique qui ~arie faiblement en fonction de la tirée.
Cette "souplesse" d'utilisation s'ajoute à celle relevée ci-dessus en ce qui concerne la possibilité de travailler à tirée plus élevée.
Pour parvenir aux performances indiquées, il est nécessaire 10 que le bain soit recouvert uniformément de matières premières formant une couche isolante. Il faut par consequent que la d~stribution de ces matières premières intéresse la totalité de la surface du bassin. Les techniques permettant une telle distribution sont connues et largement employées dans les fours de fusion électrique dans lesquels les élec-15 trodes sont implantees dans la sole. Il s'agit notamment de convoyeur à
bandes alimentés en continu et dont l'extrémité déversant les matières premières est amenée par un jeu de mouvements de translation combinés, à balayer toute la surface. Il s'agit aussi de dispositifs dans les-quels simultanément l'alimentation est effectuée sur toute une largeur ?O du bassin, le dispositif se déplaçant également selon un mouvement de translation pour couvrir toute la longueur du bassin.
Que la distribution soit "ponctuelle" ou "linéaire", l'organe de distribution doit pouvoir se déplacer librement au-dessus du bassin.
Il faut donc faire, dans le cas d'électrodes plongeantes, que celles-ci 25 ne fassent pas obstacle à ce déplacement. La figure 8 montre un mode d'agencement d'un four selon l'invention satisfaisant à ces conditions.
Le four de la figure 8 nlest présenté qu'en partie. On a fait figurer schematiquement le bassin réfractaire composé de la sole 3 des parois latérales 8. Au-dessus du bassin, la voûte refractaire 12 est 30 suspendue à un bâti métallique partiellement représente qui chevauche le four.
L'alimentation du four est effectuée par un distributeur de type l~neaire 13 s'etendant sur toute la largeur du bassin. Ce distri-buteur 13 se deplace en roulant sur un rail 14 suspendu au bâti figuré
35 três partiellement par la pou~re verticale 15.
La figure 9 mon~re, de fa~on schématique, le déplaGement ac-compli par le distributeur. En position A, le distr~buteur 13 est chargé en matieres premières à partir de la tremie 16 situee a un ex-trémite du bassin et à l'exterieur de l'enceinte du four. Une f~i5 le ~1 2~7&60 chargemen~ effectue, le distributeur est amene au-dessus du bass~n. A
partir de la pos~tion B la distribution est mise en marche. Ce m~canis-me libère en continu des quantités prédéterminées de composition sur toute la largeur du bass~n. Le d~str~buteur 13 se déplace régulièrement 5 jusqu'à la position C correspondant à l'extrémité du bassin. Tout au long de ce trajet, a intervalles réguliers, le distributeur déverse la composition. Le distributeur 13 est ensuite ramené en position A. La distribution peut être ef~ectuée un;quement sur le trajet aller ou à la fois sur le trajet aller et le trajet retour. Pendant le déplacement du 10 distributeur 13 la trémie 16, qui peut être alimentée en continu par tout moyen connu, notamment par un tapis convoyeur, est rechargée. Un noveau cycle commence.
Le mode d'alimentation qui vient d'être décrlt implique que soit laissé libre le passage du dispositif entre le bassin et la voûke.
15 Seule l'extrémité du four opposée à celle du côté de laquelle se sltue la trémle 16 peut être close par des réfractaires. Il est prévu cepen-dant, selon l'invention, des parois réfractaires mobiles, telle que celle représentée en 17 sur les trois côtés du four ouverts. Ces parois 17, lorsqu'elles sont abaissées jusqu'à reposer sur les parois latéra-20 les 8 du bassin, permettent d'isoler le bain de l'atmosphère environ-nante. Cette disposition est adoptée lorsque le Four est mis en état de "~eille" et qu'il n'est plus nécessaire de l'alimenter. En le refermant, on évite une déperdition thermique importante et le bain peut demeurer sans apport d'énergie extérieure pendant plusieurs heures.
L'abaissement des parois mobiles 17 est ordinairement effec-tué après ~ue les électrodes 7 aient été relevées, comme il est indiqué
ci-dessous. Mais il est possible également de const~tuer des:échancru-res dans les parois 17 correspondant à l'emplacement des bras supports d'électrodes 18. L'enceinte du four peut ainsi être pratiquement close 30 tout en maintenant les électrodes en place. Cette disposition permet, en consequence, l'apport thermique nécessaire pour le maintien du four à l'état de veille pour des périodes prolongées.
Le type de distributeur 13 décrit ci-dessus est avantageux, dans ~a mesure où son encombrement est pratiquement limit~ au four lui-35 même. Il est particulièrement utile lorsque la mise en oeuvre de l'~n-vention est effectuée lors de la con~ersion d'un four à ~nergie foss~le en four électrique. Dans le cas des fours à brûleurs, en effet, l'en-fournement de la composition est ordinairement réalise de façon pono-tuelle à une extremité du bassin~ Il n'est, en conséquence, pas prévu de dégagements auto~r du four qul permettent l'implantat~on de moyens d'al1mentat10n encombrants.
Lorsque les questions d'encombrement ne se posent pas, on peut envisager d'autres moyens d'alimentation, en particulier ceux com-5 prenant un convoyeur à bande, mobile au-dessus du bassin. Dans ce cas, le convoyeur est ordinairement disposé sur un côté du bassin et sa lon-gueur est suffisante pour permettre a son extrémite d'atteindre l'autre côté du bassin lors de son déplacement. En contrepartie, lorsque le con~oyeur est en position "rétractée", c'est-à-dire lorsque son extré-10 mite se situe le long du bord le plus proche du bassin, le convoyeurdoit pouvoir deborder hors du four d'au moins toùte la largeur du bassin.
Quel que soit le mode d'al1mentation choisi, il est dispose au-dessus des électrodes et porte-electrodes, comme représente en par-15 ticulier à la figure 8. La distributlon s'effectue un~form~ment sanstenir compte de la presence de ces elements sur la trajectoire de chute de la composition. En pratique, les électrodes et leurs supports pre-sentent une section suffisamment faible pour ne pas gêner la bonne dis-tribution. Par ailleurs, pour éviter l'accumulation de composition sur 20 les bras 18, il est avantageux de leur conférer un profll arrondi. On utilisera par exemple des bras de section cylindrique.
Il est avantageux pour les modifications de fonctionnement impliquant un changement d'electrodes, ou encore pour la mise à l'état de veille du four, de pouvoir retirer l'electrode du bain fondu. La fi-25 gure 8 montre encore un ensemble particulièrement simple permettantcette operation. Dans le mode presente, l'electrode es~ fixeeà l'ex-tremité d'un bras 18 lequel, comme nous le verrons plus loin, renferme tous les conduits électriques et pour le fluide de refroidissement.
Le bras 18 est articulé en 19 sur un axe permettant le bascu-30 lement de l'ensemble du bras et de l'electrode ~ors du four. Pour cela,la forme du bras et la position du point d'ar~iculation sont choisies en fonction de l'espacement disponible entre le bord superieur des pa-rois laterales 8 et les réfractaires disposes au-dessus du bassin. Cet-te disposition est d'autant plus facile a appliquer que le four est de 35 dimensions relativement petites. Au-delà d'une certaine longueur du bras 18, il n'est pas en~isageable de proceder a son basculement. Pour la meme raison il est pr~ferable, dans l'exemple de realisation du four correspondant aux figures 1 et 2, de faire en sorte que les bras sup-portant les electrodes soient plac~s tro~s d'un c6te du four et trois 3~7~36 0 ~ 1 de l'autre côt~. Neanmoins, d'autres dispos~tlons permettant l'extrac-tion des electrodes et de leurs supports sont envisageables qu~ autorl-sent le passage des bras supports sur un seul côté du four. Dans tous les cas ces dispositions qui peuvent, par exemple, nécess1ter l'ut~
sation de bras mobiles à la fois en rotation et en translation, do~vent être mises en oeuvre lorsque plus de deux rangées d'électrodes sont présentes dans le four.
La mobilite du support de l'électrode dans un plan horizontal est par ail~eurs nécessaire lorsque l'on souhaite modifier la position 10 des électrodes les unes par rapport aux autres pour des modes de fonc-tionnement particuliers. Cette mobilité peut être assLIrée par des moyens usuels, par exemple en plaçant l'ensemble 19 supportant l'élec-trode sur un chariot mobile ou au moyen de support 18 télescopique.
Une particular~té des moyens mis en oeuvre selon l'invention 15 réside dans le fait que la prnfondeur d'immersion de l'électrode est réglable. Dans des propositions antérieures, on rencontre egalement des systèmes proposant une modification de l'im~ersion, cependant cette mo-dification résulte ordinairement d'un déplacement du corps de l'élec-trode elle-même dans un ensemble complexe servant de support à celle-ci, 20 ou encore, en déplaçant le support lui-même.
La deuxieme solution n'est pas satisfaisante pour les raisons suivantes. Les:électrodes utilisées dans la fusion électrique du Yerre sont en molybdène, et leurs supports ordinairement en acier réfractaire.
Pour éviter l'oxydation a l'air du molybdene, la jonction électrode-25 support est située sous le niveau du bain en fusion, de sorte que toutle molybdene soit immergé et donc a l'abri de l'oxydation au contact de l'atmosphere. En revanche, l'immersion du support est limitée au strict minimum pour prévenir une usure trop rapide a ce niveau même, si pour limiter encore cette usure, l'extrémite de ce support est soumise a un 30 refroidissement intensif. Il n'est donc pas en~isageable de regler la profondeur d'immersion par celle du support. Celui-ci doit garder une position constante vis-a-vis de la surface du bain fondu.
Pour ce qui concerne la première solution, a savoir le dépla-cement de l'électrode dans une gaine support, elle nécesslte des meca-35 nismes qui compte tenu de la disposition des supports selon l'invention,devraient necessairement se trouver sur la partie du support placée dans l'enceinte du four. Ceci impliquerait un accroissement du volume du support. Nous avons YU que pour obtenir une bonne distr~bution de la composi~ion, il etait souhai~able que le suppor~ pr~sente un encombre-~1 2~37~60 ment aussi fa~ble que poss~ble. Cette solution n'est donc pas souha~ta-ble. Par ailleurs, la mise en place d'un mecanisme de réglage dans l'enceinte du four et, par suite, les contralntes et oxYdations aux-quelles ce mécanisme, même simple, est soumls ne favorisent pas sa lon-gévité.
Selon l'inYention, il est prévu en consequence de régler lalongueur d'électrode immergée en choisissant le corps d'électrode ap-proprié. Le remplacement d'une électrode par une autre est une opéra-tion relativement aisee dans les modes preferes de réalisation. Le 10 basculement du bras 18 rend immediatement accessible le corps de llelectrode. La fixation de celui-ci sur le support peut être relative-ment simple, comme représenté à la figure 10. Il peut s'agir notamment du vissage du corps de l'électrode 7 sur l'extrémité filetée 20 corres-pondante du support.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, le support d'électrode comporte deux parties. La première est constituée par le bras 18, dans lequel sont disposées notamment les canalisations 21, 22 pour la circulat,ion du l~quide de refroidissement. Le bras 18 supporte aussi un câble électrique 23. Les canalisations 21, 22 et le câble sont 20 fixés sur une platine isolante 24 sur laquelle s'appli~ue une platine conductrice correspondante 25 solidaire du support d'électrode 26.
Le support 26 est constitué de deux tubes cylindriques con-centriques, organisant une circulation du liquide de refroidissement jusqu'à l'extrémité 20 portant l'électrode. Pour bien protéger la jonc-25 tion support 26 corps d'électrode 7, le tube intérieur 27 est de préfé-rence prolongé jusque dans le bouchon filleté 20 fermant l'extrémité du tube extérieur 28.
Dans cette réalisation, la jonction entre le bras 18 et le support 26 est situé profondement a l'intérieur du four. En d'autres 30 termes, toutes les connexions pour les conduits de circulation 21, 22 du liquide de refroidissement ou pour le câble electrique sont soumis à
des températures elevees. ~n pratique, il est préférable de faire en sorte que ces connexions soient reportées à l'extérieur du four ou au moins au niveau des parois de celui-ci.

Claims (15)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Technique de fusion électrique pour charge vitrifiable dans laquelle l'énergie est dissipée par effet Joule dans la masse fondue à partir d'électrodes verticales plongeantes, la composition à fondre étant répandue en une couche uniforme à la surface du bain, caractérisée en ce que les électrodes sont disposées à
distance des parois réfractaires du bassin, la distance séparant l'électrode de la paroi latérale la plus proche étant de au moins la moitié de celle séparant deux électrodes voisines et la position du niveau du maximum de température étant réglé par la profondeur d'immersion des électrodes.

2. Technique selon la revendication 1 dans laquelle la profondeur du bain fondu est au moins de 500mm.

3. Technique selon la revendication 2 dans laquelle, en régime de production, la profondeur d'immersion des électrodes ne dépasse pas les 3/4 de la profondeur du bain fondu.

4. Technique selon la revendication 2 dans laquelle, en régime de production, la profondeur d'immersion des électrodes ne dépasse pas la moitié de la profondeur de bain fondu.

5. Technique de fusion selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4 dans laquelle la production de verre silico-sodo-calcique qui est établie à plus de 2,5 tonnes par jour et par m2 de four en maintenant la température de la sole à une valeur inférieure à 1400°C.

6. Technique selon l'une des revendications l, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que la consommation énergétique par tonne de verre silico-sodo-calcique produit est inférieure à 1000 kwh pour tout régime supérieur à 1 tonne/jour et m2 de four.

7. Four de fusion électrique pour charge vitrifiable dans lequel l'énergie de fusion est dissipée par effet Joule dans la masse fondue, les électrodes de fusion étant immergées verticalement à partir de la surface du bain à travers la couche de composition à
fondre recouvrant le bain en fusion, caractérisé en ce que les électrodes sont portées par des supports mobiles, la jonction support-électrodes se situant immédiatement sous la surface du bain fondu, les éléments constituants les électrodes étant interchangeables, un jeu d'éléments de longueurs différentes permettant de modifier la profondeur d'immersion et, par suite, le niveau de la zone du bain en fusion portée à la température la plus élevée.

8. Four de fusion électrique pour charge vitrifiable dans lequel l'énergie de fusion est dissipée par effet Joule dans la masse fondue, les électrodes étant immergées verticalement à partir de la surface du bain à travers la couche de composition à fondre recouvrant le bain en fusion, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin réfractaire, les électrodes alimentées en courant triphasé étant réparties de façon régulière sur la surface du bain, ces électrodes étant réparties en un ensemble ordonné comprenant au moins deux rangées de trois électrodes, chacune des électrodes d'une rangée étant alimentée sur une des trois phases désignées (R, S, T) l'ordre des phases des électrodes dans la deuxième rangée étant inverse (R, S, T et T, S, R) de sorte que les deux électrodes médianes sont en phase et les électrodes extrêmes des rangées sont sur des phases différentes, la distance séparant deux rangées étant à
peu près égale à la distance séparant deux électrodes d'une même rangée, la distance séparant les parois réfractaires du bassin des électrodes les plus proches et ont au moins la moitié de celle séparant deux électrodes voisines.

9. Four de fusion selon la revendication 7 dans lequel la profondeur du bain en fusion est au moins de 500mm.

10. Four de fusion selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel le bassin de fusion est surmonte d'une voûte réfractaire, les électrodes et les éléments qui les supportent étant introduits dans l'espace situe entre la voûte et le bassin par les côtés du four sans traverser la voûte.

11. Four de fusion selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel l'électrode et son support sont fixés sur un bras articulé sur un axe, la configuration du bras et la position de l'articulation permettant de sortir l'électrode et son support par basculement du bras autour de l'axe.

12. Four de fusion selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel l'alimentation en composition à fondre est effectuée au moyen de dispositifs situes au dessus des électrodes et des éléments qui les supportent, ces dispositifs étant mobiles, leur déplacement étant assuré
au-dessus du bassin de fusion de façon à pouvoir couvrir de composition la totalité de la surface du bassin.

13. Four de fusion électrique selon la revendication 12 dans lequel les dispositifs d'alimentation en composition à fondre comprennent un distributeur s'étendant sur toute la largeur du bassin, le distributeur se déplaçant sur des rails disposés dans la longueur du bassin.

14. Four de fusion selon la revendication 13 comprenant en outre à une extrémité du four un ensemble pour le chargement du dispositif.

15. Four de fusion selon la revendication 10 comprenant en outre une ou plusieurs parois mobiles verticales permettant avec la voûte de refermer l'enceinte surmontant le bassin de fusion en régime de "veille", cette ou ces parois mobiles en régime de fonctionnement dégageant entre le bassin et la voûte un espace nécessaire au passage du dispositif d'alimentation en composition à fondre.