Procédé pour la fabrication de produits vitreux et dispositif pour sa mise en oeuvre. La présente invention, due à Monsieur Gaston Delpech, comprend un procédé pour la fabrication de produits vitreux. Il est ca ractérisé en ce que l'on forme une masse vitreuse fondue, de volume aussi réduit que possible, dont la couche supérieure est cons tituée par un lit de fusion alimenté par un -ipport de matières vitrifiables solides, telles que des frittes ou du quartz en grains, et dont simultanément on façonne la couche in férieure en produits tels que tiges, tubes, feuilles ou plaques, de telle manière que, pen dant la durée de la fabrication, le volume de la masse vitreuse reste aussi constant que possible.
L'invention comprend également un dis positif pour la mise en aeuvre du procédé ci- dessus. Il est caractérisé en ce qu'il com porte une enceinte qui contient la masse vi treuse fondue, un organe d'alimentation de cette enceinte en matières solides vitrifiables, une source de chaleur qui fond ces matières, en formant un lit de fusion à la partie supé rieure de la masse fondue et affine celle-ci, et une machine à façonner le verre ainsi fondu et affiné,
le débit de cette machine étant réglé de manière à extraire à la partie inférieure de l'enceinte une quantité de ma tière fondue pratiquement équivalente à celle qui est produite par l'apport des matières so lides vitrifiables.
On sait qu'il existe déjà pour les ma tières vitreuses suffisamment fluides, telles que le verre, des enceintes composées de plu sieurs zones qui sont disposées à la suite les unes des autres, la première servant à la fusion des matières premières et la dernière à l'alimentation de machines à laminer ou à étirer, soit par cueillage de la matière fon due, soit par déversement continu de cette matière dans lesdites machines.
L'inconvé nient de ces enceintes est leur encombrement résultant de la juxtaposition des zones de fusion et d'extraction, les déperditions de chaleur causées par le développement des parois des zones ainsi juxtaposées, le rapport élevé de l'énergie calorifique employée à la quantité de matière en fusion et le manque d'homogénéité de la matière fondue prove nant du mélange insuffisant de couches su périeures plus chaudes et de couches infé rieures plus froides.
Pour les matières vitreuses de plus grande viscosité, telles que la silice fondue, il n'existe actuellement que des méthodes de fabrication discontinue consistant à former des lingots qu'on étire ensuite. Il est égale ment connu de fabriquer des produits finis en fondant des couches superposées de ma tières à l'aide d'apports consécutifs de grains de quartz sur une ébauche.
Dans le dessin annexé, qui représente, à. titre d'exemples, plusieurs formes d'exécu tion du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, la fig. 1 est une coupe verticale par l'axe d'une forme d'exé cution pour la fabrication de tiges pleines en silice fondue, les fig. 2 et 3 sont deux coupes verticales à 90 par l'axe d'une forme d'exé cution pour la fabrication de plaques en si lice fondue, et la fig. 4 est une coupe verti cale par l'axe d'une autre forme d'exécution, disposée pour la fabrication des tubes en si lice fondue.
Dans Ja fig. 1, 1 représente une enceinte en forme de creuset ouvert à sa partie supé rieure- et dont le fond amovible 2 est percé d'une ouverture 3 en forme de filière pour l'étirage de la silice fondue 4 à l'aide d'une machine à vitesse réglable 5, Un distributeur rotatif 6 règle la chute des grains de quartz 7 dans une gaine 8 sur un lit de fusion 9 chauffé par un arc tri phasé 10 qui jaillit entre des électrodes 11. Le pourtour du creuset 1 est chauffé par le courant électrique traversant un résistor 12, qui est situé au-dessous du niveau de la source de chaleur constituée par l'arc 10 et qui agit sur le lit de fusion.
Pour fabriquer des tubes au lieu de tiges pleines, un poinçon est disposé de la manière connue dans l'axe de la filière.
Dans les fig. 2 et 3, l'enceinte de chauf fage est réduite à son fond amovible, formé par deux parois planes, en graphite par exemple, qui constituent en même temps le résistor. Les pièces d'extrémité 14, qui fer ment l'enceinte, servent à l'amenée du cou rant. Le distributeur 6 est mobile au-dessus du lit de fusion 9 dans le sens des flèches 13 en même temps que les électrodes 11 entre lesquelles jaillit l'arc 10, ce qui permet d'ob tenir l'étirage en plaques.
Dans le dispositif de la fig. 4, l'enceinte de chauffage, constituée par une paroi cylin drique 1 et par un fond 2 formant filière, est pourvue à sa partie supérieure d'évents obliques 15.
Un résistor électrique hélicoïdal 12, cons titué conformément au dispositif qui fait l'objet du brevet français no 746362 du 19 fé vrier 1932, comporte deux prises de courant 16 et 17, munies de chambres à circulation d'eau 18 et 19, et serties sur deux blocs de carbone 20 et 21.
Le bloc 20 est vissé directement sur l'une des extrémités du résistor 12. Le bloc 21 est relié à l'autre extrémité par l'intermédiaire d'une boîte conductrice en graphite 22, garnie d'une substance calorifuge 23.
L'isolement électrique des deux amenées de courant est assuré par une rondelle iso lante 24 protégée du rayonnement du résistor par un joint réfractaire 25.
Entre la paroi cylindrique 1 de l'enceinte de fusion et le résistor 12 est disposé un tube vertical en graphite 26, qui repose, avec l'en ceinte, sur une embase formée par des pièces calorifuges 27 et 28. Un bouchon, non figuré sur le dessin, permet de fermer l'ouverture inférieure de la pièce 28.
Des évents 29, pratiqués à la base de la paroi .au-dessus de la pièce 27, permettent aux vapeurs de silice, qui sortent de l'en ceinte de fusion par les évents 15, et qui se répandent dans l'espace annulaire compris entre la paroi 1 de cette enceinte et le tube 26, de s'échapper à l'extérieur.
Une plaque de graphite 30, évidée en son milieu, est appuyée, d'une part, sur le bord supérieur de la paroi 1 de l'enceinte et du tube 26, d'autre part, sur le pourtour externe de la boîte 22 dont elle est isolée par un joint réfractaire 31.
Une virole 32, appuyée sur la prise de courant 17 et sur le bloc 21, forme avec ces pièces un récipient destiné à recevoir la ma tière à fondre 7. Cette matière, en fondant dans l'enceinte 1, prend la forme 33.
Un poinçon 34, qui détermine le diamètre intérieur du tube à étirer 35, est fixé à l'ex trémité d'un tube 36 en matière calorifuge, vissé dans la partie inférieure d'une tige 37 dont la partie supérieure est filetée et mo bile dans un écrou 38. Le poinçon 34, le tube 36 et la tige 37 sont creux, de manière à permettre l'accès ou l'introduction d'air ou d'un gaz approprié au centre du tube à étirer 35.
L'écrou 38 prend appui sur un support 39 qui peut être déplacé horizontalement au moyen de vis de réglage 40 sur une plaque 41 qui est reliée par des entretoises 42 avec l'embase 43 qui sert d'assise à l'ensemble des organes précédemment décrits.
Le réglage en position du poinçon est effectué par l'écrou 38 et les vis de ré glage 40.
Le support 39 est creux, de manière à y faire circuler un fluide réfrigérant pour évi ter l'échauffement de la tige 37 et faciliter ainsi le déplacement de cette tige dans le support 39.
Dans le cas où l'on veut étirer une ba guette au lieu du tube 35, on enlève le poin çon 34 et les organes auxquels il est fixé.
Pour la mise en marche du dispositif de la fig. 4, on place dans l'enceinte de fusion un bloc de silice préalablement fondue qui servira d'amorce pour la continuation de l'o pération; on ferme l'ouverture supérieure de l'enceinte de fusion par un couvercle en silice reposant sur la plaque 30, et on remplit l'in térieur de la virole 32 de sable ou de quartz en grains. Le couvercle en silice soustrait la charge pulvérulente à l'action réductrice et carburante des vapeurs émanant de l'enceinte de fusion au début de l'opération.
C'est au moment où ce couvercle a fondu et s'est affaissé dans l'enceinte de fusion que s'amorce la descente et la fusion continue de la charge et que l'opération d'étirage peut être commencée.
On remarquera que dans tous les disposi tifs décrits, on forme une masse vitreuse fon due, de volume aussi réduit que possible, dont la couche supérieure est constituée par un-lit de fusion alimenté par un apport de matières vitrifiables solides et dont simulta nément on façonne la couche inférieure en produits étirés de telle manière que, pendant la durée de la fabrication, le volume de la masse vitreuse reste aussi constant que pos sible.
Les avantages obtenus grâce aux dis positifs décrits sont: la diminution d'encom brement et des frais d'installation résultant de la superposition des étages de fusion et d'extraction dans une enceinte unique de fai ble volume, l'augmentation de rendement cau sée par la meilleure utilisation de la chaleur qui agit sur le lit de fusion et par la réduc tion au minimum des frais d'entretien, la meilleure qualité des produits obtenus par suite de la régularité des couches successives de matière fondue depuis la fusion jusqu'à la sortie de l'enceinte et de l'affinage rapide de la matière fondue, enfin la souplesse de la fabrication qui, bien que continue,
peut se prêter à tous les changements, arrêts et re prises, suivant la nature des produits à ob tenir, ces divers changements de régime étant réalisables dans le minimum de temps et avec le minimum de dépense.
Process for the manufacture of glass products and device for its implementation. The present invention, due to Mr. Gaston Delpech, comprises a process for the manufacture of glassy products. It is characterized in that a molten glassy mass is formed, of as small a volume as possible, the upper layer of which is constituted by a melting bed fed by a supply of solid vitrifiable materials, such as frits or quartz in grains, and the lower layer of which is simultaneously shaped into products such as rods, tubes, sheets or plates, in such a way that, during the period of manufacture, the volume of the vitreous mass remains as constant as possible .
The invention also comprises a positive device for carrying out the above process. It is characterized in that it comprises an enclosure which contains the molten vitrifying mass, a member for supplying this enclosure with vitrifiable solids, a heat source which melts these materials, forming a melting bed at the bottom. upper part of the molten mass and refines it, and a machine for shaping the glass thus molten and refined,
the flow rate of this machine being adjusted so as to extract from the lower part of the enclosure a quantity of molten material practically equivalent to that which is produced by the supply of solid vitrifiable materials.
We know that for sufficiently fluid vitreous materials, such as glass, there are already enclosures made up of several zones which are arranged one after the other, the first serving for melting the raw materials and the last. to the feeding of rolling or stretching machines, either by picking up the melted material, or by continuously discharging this material into said machines.
The disadvantage of these enclosures is their size resulting from the juxtaposition of the melting and extraction zones, the heat losses caused by the development of the walls of the zones thus juxtaposed, the high ratio of the heat energy used to the quantity of molten material and inhomogeneity of the molten material resulting from insufficient mixing of warmer top layers and cooler bottom layers.
For glassy materials of greater viscosity, such as fused silica, there are currently only batch manufacturing methods consisting of forming ingots which are then stretched. It is also known to manufacture finished products by melting superimposed layers of materials using consecutive inputs of quartz grains on a blank.
In the accompanying drawing, which shows, to. By way of examples, several embodiments of the device for implementing the method which is the subject of the invention, FIG. 1 is a vertical section through the axis of an embodiment for the manufacture of solid rods of fused silica, FIGS. 2 and 3 are two vertical sections at 90 through the axis of an embodiment for the manufacture of molten silicon plates, and FIG. 4 is a vertical section through the axis of another embodiment, arranged for the manufacture of tubes in molten silica.
In the fig. 1, 1 shows an enclosure in the form of a crucible open at its upper part - and whose removable bottom 2 is pierced with an opening 3 in the form of a die for drawing the fused silica 4 using a machine with adjustable speed 5, A rotary distributor 6 regulates the fall of the quartz grains 7 in a sheath 8 on a fusion bed 9 heated by a tri-phase arc 10 which spurts out between electrodes 11. The periphery of the crucible 1 is heated by the electric current passing through a resistor 12, which is located below the level of the heat source constituted by the arc 10 and which acts on the fusion bed.
To manufacture tubes instead of solid rods, a punch is placed in the known manner in the axis of the die.
In fig. 2 and 3, the heating enclosure is reduced to its removable bottom, formed by two flat walls, in graphite for example, which at the same time constitute the resistor. The end pieces 14, which close the enclosure, serve to supply the current. The distributor 6 is movable above the melting bed 9 in the direction of the arrows 13 at the same time as the electrodes 11 between which the arc 10 emerges, which makes it possible to obtain the drawing in plates.
In the device of FIG. 4, the heating chamber, consisting of a cylindrical wall 1 and a bottom 2 forming a die, is provided at its upper part with oblique vents 15.
A helical electric resistor 12, constructed in accordance with the device which is the subject of French patent no 746362 of February 19, 1932, comprises two sockets 16 and 17, provided with water circulation chambers 18 and 19, and crimped on two carbon blocks 20 and 21.
The block 20 is screwed directly onto one of the ends of the resistor 12. The block 21 is connected to the other end via a conductive graphite box 22, lined with a heat-insulating substance 23.
The electrical insulation of the two current leads is provided by an insulating washer 24 protected from the radiation of the resistor by a refractory gasket 25.
Between the cylindrical wall 1 of the melting chamber and the resistor 12 is arranged a vertical graphite tube 26, which rests, with the chamber, on a base formed by heat-insulating parts 27 and 28. A plug, not shown in the drawing, allows to close the lower opening of part 28.
Vents 29, made at the base of the wall above the part 27, allow the silica vapors, which leave the melting chamber through the vents 15, and which spread into the annular space included between the wall 1 of this enclosure and the tube 26, to escape to the outside.
A graphite plate 30, hollowed out in its middle, is supported, on the one hand, on the upper edge of the wall 1 of the enclosure and of the tube 26, on the other hand, on the outer periphery of the box 22 of which it is isolated by a refractory seal 31.
A ferrule 32, supported on the socket 17 and on the block 21, forms with these parts a receptacle intended to receive the material to be melted 7. This material, by melting in the enclosure 1, takes the form 33.
A punch 34, which determines the internal diameter of the tube to be drawn 35, is fixed to the end of a tube 36 of heat-insulating material, screwed into the lower part of a rod 37, the upper part of which is threaded and movable. in a nut 38. The punch 34, the tube 36 and the rod 37 are hollow, so as to allow access or introduction of air or a suitable gas in the center of the tube to be drawn 35.
The nut 38 is supported on a support 39 which can be moved horizontally by means of adjusting screws 40 on a plate 41 which is connected by spacers 42 with the base 43 which serves as a seat for all the previously mentioned components. described.
The punch position is adjusted by the nut 38 and the adjusting screws 40.
The support 39 is hollow, so as to circulate therein a cooling fluid to prevent the heating of the rod 37 and thus facilitate the movement of this rod in the support 39.
In the event that one wishes to stretch a bar instead of the tube 35, the punch 34 and the members to which it is attached are removed.
For starting the device of fig. 4, a block of previously fused silica is placed in the melting chamber which will serve as a primer for the continuation of the operation; the upper opening of the melting chamber is closed by a silica cover resting on the plate 30, and the inside of the shell 32 is filled with sand or granulated quartz. The silica cover subtracts the pulverulent charge from the reducing and fueling action of the vapors emanating from the melting chamber at the start of the operation.
It is when this cover has melted and has collapsed in the melting chamber that the descent and continuous melting of the load begins and that the stretching operation can be started.
It will be noted that in all the devices described, a dark vitreous mass is formed, of as small a volume as possible, the upper layer of which is constituted by a melting bed fed by a supply of solid vitrifiable materials and of which simultaneously shapes the lower layer into drawn products in such a way that, during the manufacturing process, the volume of the vitreous mass remains as constant as possible.
The advantages obtained by virtue of the devices described are: the reduction in size and installation costs resulting from the superposition of the melting and extraction stages in a single chamber of low volume, the increase in efficiency caused by the best use of the heat which acts on the fusion bed and by the reduction to a minimum of maintenance costs, the best quality of the products obtained as a result of the regularity of the successive layers of molten material from the fusion to the exit from the enclosure and the rapid refining of the molten material, finally the flexibility of the manufacture which, although continuing,
can lend itself to all the changes, stops and resumes, according to the nature of the products to be obtained, these various changes of mode being carried out in the minimum of time and with the minimum of expenditure.