Procédé de fabrication au four électrique, de produits mauvais conducteurs de l'électricité à froid, à partir de matières premières présentant des r ésistivités différentes. La présente invention est relative à la fabrication de produits mauvais conducteurs de l'électricité à froid, par fusion au four électrique de matières premières présentant des résistivités différentes, cette- fusion étant réalisée grâce à la chaleur développée par un courant électrique traversant lesdites, ma tières.
Dans tout ce qui va suivre, il n'est ques tion que du verre, mais ce n'est qu'un cas particulier, car le procédé s'applique aussi à la fabrication d'autres produits tels que, par exemple, les silicates de soude et d'autres produits chimiques.
Le verre est, à froid, mauvais conducteur du courant électrique. Il en est de même du mélange des matières servant à sa fabrica tion. Il résulte de cette mauvaise conducti- bilité des masses vitrifiables et du verre en particulier, que le démarrage des fours où l'on fond ces substances par effet Joule (four électrique à induction par exemple) nécessite un artifice.
Dans la pratique actuelle cet artifice con siste généralement en un moyen de chauffage annexe tel que brûleurs à mazout, foyers à charbon, etc. et même résistances chauffant le verre par rayonnement. Pour s'affranchir de cette sujétion on a déjà proposé de mélan ger intimement à la masse vitrifiable des par ticules de charbon ou même des oxydes ou des métaux en poudre, afin de la rendre con ductrice dès la température ordinaire. Mais l'introduction de telles substances présente, entre autres inconvénients, celui de provoquer une coloration indésirable du verre obtenu.
On a proposé également de constituer dans la sole du four des rigoles aux extrémités des quelles aboutissent les électrodes et de rem plir ces rigoles par un verre à bas point de fusion enrobant une résistance en nickel- chrome ou une résistance fusible qui réunit les extrémités des électrodes. Ce procédé pré sente encore l'inconvénient d'introduire, dans le mélange vitrifiable, des éléments qui, par leur nature ou par leur dosage, altèrent plus ou moins la nature du verre final.
Le procédé objet de la présente invention permet de faire démarrer les fours où s'effec tue la fabrication du verre ou d'autres pro duits mauvais conducteurs de l'électricité à froid, sans qu'on ait à utiliser aucun moyen de chauffage auxiliaire ou à introduire dans la masse des éléments qui modifient la com position de ces produits.
Il est caractérisé en ce que, pour réaliser le début de la fusion, on dépose la masse à traiter de telle façon qu'elle présente au moins une zone dans laquelle sont rassem- blés., en partie au moins, ceux des. consti tuants de cette masse dont la résistivité à froid est la plus faible, cette zone étant disposée de manière que le passage du cou rant de chauffage s'effectue au début du fonctionnement du four, principalement à travers elle, la fusion des matières présentes dans ladite zone entraînant celle du reste de la masse.
On a, en effet, observé que, parmi les élé ments constitutifs des matières premières entrant dans la composition utilisée pour la fabrication desdits produits et du verre en particulier, certains ont une résistivité à froid relativement peu élevée. Le carbonate de so dium, par exemple, a une résistivité de 20 000 ohms et la soude caustique une résis tivité de 13 500 ohms, alors que la résistivité d'autres éléments de ces matières premières est extrêmement élevée, par exemple de 9 X 109 dans le cas de la silice.
La conductibilité de la zone où est amor cée la fusion, zone qu'en terme du métier on appelle lit de fusion, peut encore être aug mentée par l'insertion de morceaux de gra- phite et, si cette conductibilité est insuffi sante pour la tension dont on dispose, on peut l'améliorer encore en remplaçant une partie ou la totalité des sels ou bases entrant dans la composition du lit de fusion par les métaux correspondants (Na, g, Fe, Ca, Mg, Pb, Al, etc.).
De préférence ces éléments de graphite et ces conducteurs métalliques sont posés dans le lit de fusion sans qu'il y ait contact entre eux. L'intervalle qui les sépare est, par exem ple, de quelques millimètres. Tous les éléments dont l'ensemble constitue le lit de fusion, bien que paraissant en contact, sont franchis sous tension par des arcs interstitiels, puncti- formes, qui développent là où ils se produi sent,
une température élevée qui fond les points dits de contact.
Ainsi la résistance de la zone d'amorçage ou lit de fusion diminue: ta) parce que les substances en fondant de- viennent conductrices; b) parce que la résistivité des composés alcalins fondus diminue très vite quand la température s'élève; c) parce que la fusion des points de con tact par les arcs interstitiels supprime les résistances de contact et augmente la conduc- tibilité massique apparente.
La transformation de l'énergie électrique en chaleur se concentre donc d'abord dans le lit de fusion et cette chaleur se communique ensuite à la masse qui fond alors et devient peu à peu conductrice.
Le four démarre donc sans utilisation de moyens de chauffage annexes et sans altéra tion de la composition du verre obtenu, par exemple. Le procédé qui vient d'être décrit s'applique indifféremment aux fours à. induc tion et aux fours à électrodes.
Dans les cas de fours à électrodes, un mode avantageux de mise en #uvre du pro cédé consiste à donner au lit de fusion une section égale à la "section équivalente" du four, cette "section équivalente" étant celle qui correspondrait, au point de vue électri que, à la section du four en marche nor male après démarrage. Autrement dit, on donne au lit de fusion uns section telle que, pour une même tension d'alimentation et avec les mêmes électrodes, la puissance élec trique absorbée pendant le démarrage soit sensiblement égale à celle absorbée par le four pendant sa marche normale.
Dans le cas des fours à électrodes, on pourra utiliser, pour l'amenée du courant au lit de fusion, des électrodes formées de subs tances analogues à celle de ce lit. Par exem ple, les électrodes pourront être constituées de plaques alternées de graphite, de carbo nate alcalin, de base alcaline, etc., l'adhérence entre les plaques pouvant être obtenue au moyen de liants alcalins (palmitate ou buty- rate). Ces électrodes peuvent être creusées, pour pouvoir insuffler des gaz (air, oxygène, vapeur d'eau, acide carbonique, azote, carbure d'hydrogène) soit pour créer, aux points d'évacuation une atmosphère oxydante, neutre ou réductrice, soit pour diminuer ou augmen ter la température des zones de réaction,
ceci par exemple pour transformer en verre les substances.des électrodes et éliminer les im puretés nuisibles. Les électrodes et le lit de fusion peuvent comporter du verre en grain ou de la silice pour diminuer la conductibilité en certains points.
Les lits de fusion peuvent être au moins partiellement agglomérés par des liants alca lins conducteurs, tels que palmitates ou buty- rates de potassium ou de sodium.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes de réalisation de l'invention.
Dans ce dessin: les fig. 1 et 2 représentent des vues en coupe respectivement en élévation et en plan i d'une première forme d'exécution avec lits de fusion ou zones de démarrage montés en étoile; les fig. 3 et 4 représentent des vues en coupe respectivement en élévation et en plan d'une variante avec montage en triangle; la fi-. 5 donne une vue schématique d'un lit de fusion; les fig. 6 et 7 sont des vues respective ment en élévation et en coupe transversale d'une électrode pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
Dans la forme de réalisation représentée fig. 1 et 2, on place dans le fond du four 1 une première couche 2 de masse vitrifiable. Sur cette couche on dispose un lit de fusion 3 formé avec des éléments choisis parmi les constituants de la masse vitrifiable qui ont une faible résistance à froid. On donne à ce lit de fusion une forme en étoile et l'alimen tation en courant électrique est obtenue au moyen de trois électrodes en contact avec les extrémités des branches de l'étoile.
Sur l'ensemble des couches 2 et 3, on dispose le reste 5 de la masse vitrifiable en prenant soin que la composition globale de l'ensemble soit celle qui correspond, suivant le mode de calcul habituel, à la composition du verre qu'on désire obtenir. Les matières du lit de fusion, traversées par le courant électrique, fondent et communiquent leur chaleur au reste de la masse vitrifiable pour la trans former en verre fondu.
Au lieu d'utiliser un montage en étoile, on peut, comme le représente la variante des fig. 3 et 4, utiliser un montage en triangle. ; Le lit de fusion représenté schématique ment en fig. 5, comporte des baguettes 6 en graphite, 7 en carbonate alcalin, 8 en base alcaline, 9 en graphite et ainsi de suite.
Les fig. 6 et 7 représentent une électrode pouvant être utilisée pour l'amenée du cou rant dans les lits de fusion. Elle comporte des plaques 10 de graphite, 11 de carbonate alcalin, 12 de base alcaline, 13 de graphite, etc. donc des plaques de matières relative ment conductrices semblables à celles qui constituent les lits de fusion. Cette électrode a une cavité intérieure 14, s'étendant sur toute sa longueur pour l'insufflation de gaz ou la circulation d'un agent qui peut être utilisé pour l'obtention d'atmosphères de di vers genres (neutre, réductrice, oxydante) ou bien pour régler la température dans les zones de réaction.
L'ensemble des plaques est main tenu empilé au moyen de plaques de verre présentant des cannelures 15 dans lesquelles des cordes de fils de verre soudées maintien nent le tout pour en faire un bloc.
Pour la préparation d'un verre, le lit de fusion sera constitué par exemple de<B>CO'</B> Na-11, de Na2O et de C en mettant pour un lit de fusion de 1 dm2 de section et de 75 cm de longueur, soit 7500 cm@:
EMI0003.0026
Morceaux <SEP> calibrés <SEP> de <SEP> graphite <SEP> 18 <SEP> cm3
<tb> Morceaux <SEP> calibrés <SEP> de <SEP> Na@0 <SEP> 80 <SEP> em@
<tb> Morceaux <SEP> calibrés <SEP> de <SEP> C03 <SEP> NaH <SEP> <U>7402</U> <SEP> cm'
<tb> Total <SEP> 7500 <SEP> cm3 Avec cette proportion, le C03 NaH se re constitue momentanément et en partie par la combustion du C et la composition du verre , ne subit pas d'altération.
Dans tout ce qui précède, on n'a parlé que de la fabrication du verre. Il est cepen dant d'autres masses qui s'obtiennent au four électrique et qui sont isolantes. à froid et semi-conductrices à l'état liquide et qui, parmi les matières premières entrant dans leur fa brication, comportent des éléments de résisti vité suffisamment faible à froid pour consti- tuer des zones d'amorçage ou lits de fusion et qui, par conséquent, peuvent être fabri- quées par le procédé objet de l'invention.
A method of manufacturing in an electric furnace, products which are poor conductors of cold electricity, from raw materials having different resistivities. The present invention relates to the manufacture of products that are poor conductors of cold electricity, by melting in an electric furnace raw materials having different resistivities, this melting being carried out by means of the heat developed by an electric current passing through said, ma thirds.
In all that follows, it is only glass, but this is only a special case, because the process also applies to the manufacture of other products such as, for example, silicates soda and other chemicals.
When cold, glass is a poor conductor of electric current. The same is true of the mixture of materials used in its manufacture. It results from this poor conductivity of the vitrifiable masses and of the glass in particular, that the start-up of the furnaces where these substances are melted by the Joule effect (electric induction furnace for example) requires an artifice.
In current practice, this device generally consists of an ancillary heating means such as oil burners, coal stoves, etc. and even resistors heating the glass by radiation. To overcome this constraint, it has already been proposed to mix intimately with the vitrifiable mass of particles of carbon or even of oxides or of powdered metals, in order to make it conductive from ordinary temperature. However, the introduction of such substances has, among other disadvantages, that of causing an undesirable coloration of the glass obtained.
It has also been proposed to form channels in the bottom of the furnace at the ends of which the electrodes terminate and to fill these channels with a low-melting point glass coating a nickel-chromium resistor or a fusible resistor which joins the ends of the electrodes. electrodes. This process also has the drawback of introducing, into the vitrifiable mixture, elements which, by their nature or by their dosage, more or less alter the nature of the final glass.
The method which is the subject of the present invention makes it possible to start the furnaces where the manufacture of glass or other products which are poor conductors of cold electricity is carried out, without having to use any auxiliary heating means or to introduce into the mass of elements which modify the composition of these products.
It is characterized in that, in order to carry out the start of the melting, the mass to be treated is deposited in such a way that it has at least one zone in which those of. constituents of this mass, the cold resistivity of which is the lowest, this zone being arranged so that the passage of the heating current takes place at the start of operation of the furnace, mainly through it, the melting of the materials present in said zone leading to that of the rest of the mass.
It has in fact been observed that, among the constituent elements of the raw materials entering into the composition used for the manufacture of said products and of glass in particular, some have a relatively low cold resistivity. Sodium carbonate, for example, has a resistivity of 20,000 ohms and caustic soda has a resistivity of 13,500 ohms, while the resistivity of other elements of these raw materials is extremely high, for example 9 X 109 in the case of silica.
The conductivity of the zone where the fusion is initiated, a zone which in terms of the trade is called a fusion bed, can be further increased by the insertion of pieces of graphite and, if this conductivity is insufficient for the voltage available, it can be further improved by replacing some or all of the salts or bases entering into the composition of the fusion bed by the corresponding metals (Na, g, Fe, Ca, Mg, Pb, Al, etc. .).
Preferably, these graphite elements and these metallic conductors are placed in the fusion bed without any contact between them. The interval between them is, for example, a few millimeters. All the elements which together constitute the fusion bed, although appearing in contact, are crossed under tension by interstitial arcs, punctiform, which develop where they occur,
a high temperature which melts the so-called contact points.
Thus the resistance of the initiation zone or fusion bed decreases: ta) because the substances in melting become conductive; b) because the resistivity of molten alkaline compounds decreases very quickly when the temperature rises; c) because the fusion of the contact points by the interstitial arcs removes the contact resistances and increases the apparent mass conductivity.
The transformation of electrical energy into heat is therefore first concentrated in the fusion bed and this heat is then communicated to the mass which then melts and gradually becomes a conductor.
The furnace therefore starts without the use of additional heating means and without alteration of the composition of the glass obtained, for example. The method which has just been described can be applied equally to ovens. induction and electrode furnaces.
In the case of electrode furnaces, an advantageous mode of carrying out the process consists in giving the melting bed a section equal to the "equivalent section" of the furnace, this "equivalent section" being that which would correspond, at the point view, to the section of the oven in normal operation after start-up. In other words, the melting bed is given a section such that, for the same supply voltage and with the same electrodes, the electrical power absorbed during start-up is substantially equal to that absorbed by the furnace during its normal operation.
In the case of electrode furnaces, it is possible to use, for supplying current to the melting bed, electrodes formed from substances similar to that of this bed. For example, the electrodes may consist of alternating plates of graphite, of alkaline carbonate, of alkaline base, etc., the adhesion between the plates being able to be obtained by means of alkaline binders (palmitate or buty- rate). These electrodes can be hollowed out, in order to be able to breathe in gases (air, oxygen, water vapor, carbonic acid, nitrogen, hydrogen carbide) either to create, at the evacuation points, an oxidizing, neutral or reducing atmosphere, or to decrease or increase the temperature of the reaction zones,
this, for example, to transform the substances of the electrodes into glass and eliminate harmful impurities. The electrodes and the fusion bed can include grain glass or silica to decrease the conductivity at certain points.
The fusion beds can be at least partially agglomerated by conductive alkaline binders, such as potassium or sodium palmitates or butyrate.
The appended drawing represents, by way of example, some embodiments of the invention.
In this drawing: Figs. 1 and 2 show sectional views in elevation and in plan i respectively of a first embodiment with fusion beds or starter zones mounted in a star; figs. 3 and 4 show sectional views in elevation and in plan respectively of a variant with triangle mounting; the fi-. 5 gives a schematic view of a fusion bed; figs. 6 and 7 are views respectively in elevation and in cross section of an electrode which can be used for carrying out the method according to the invention.
In the embodiment shown in FIG. 1 and 2, a first layer 2 of vitrifiable mass is placed in the bottom of the oven 1. On this layer there is a melting bed 3 formed with elements chosen from the constituents of the batch which have a low resistance to cold. This fusion bed is given a star shape and the electric current is supplied by means of three electrodes in contact with the ends of the branches of the star.
On all of the layers 2 and 3, the remainder 5 of the vitrifiable mass is placed, taking care that the overall composition of the assembly is that which corresponds, according to the usual calculation method, to the composition of the glass that is desires to obtain. The materials of the fusion bed, crossed by the electric current, melt and communicate their heat to the rest of the vitrifiable mass to transform it into molten glass.
Instead of using a star connection, it is possible, as the variant of FIGS. 3 and 4, use a triangle assembly. ; The fusion bed shown schematically in FIG. 5, has rods 6 of graphite, 7 of alkali carbonate, 8 of alkaline base, 9 of graphite and so on.
Figs. 6 and 7 show an electrode which can be used for supplying the current to the melting beds. It has plates 10 of graphite, 11 of alkali carbonate, 12 of alkaline base, 13 of graphite, etc. thus plates of relatively conductive materials similar to those which constitute the melting beds. This electrode has an internal cavity 14, extending over its entire length for the insufflation of gas or the circulation of an agent which can be used for obtaining atmospheres of various kinds (neutral, reducing, oxidizing) or to regulate the temperature in the reaction zones.
The set of plates is hand held stacked by means of glass plates having grooves 15 in which cords of welded glass son hold the whole to make a block.
For the preparation of a glass, the melting bed will consist for example of <B> CO '</B> Na-11, of Na2O and of C, putting for a melting bed of 1 dm2 of section and 75 cm in length, i.e. 7500 cm @:
EMI0003.0026
Pieces <SEP> calibrated <SEP> of <SEP> graphite <SEP> 18 <SEP> cm3
<tb> Pieces <SEP> calibrated <SEP> of <SEP> Na @ 0 <SEP> 80 <SEP> em @
<tb> <SEP> calibrated <SEP> pieces of <SEP> C03 <SEP> NaH <SEP> <U> 7402 </U> <SEP> cm '
<tb> Total <SEP> 7500 <SEP> cm3 With this proportion, the C03 NaH is re-constituted momentarily and in part by the combustion of the C and the composition of the glass, does not undergo any alteration.
In all of the above, we have only spoken of the manufacture of glass. However, there are other masses which are obtained in an electric oven and which are insulating. cold and semiconducting in the liquid state and which, among the raw materials used in their manufacture, include elements of sufficiently low resistivity in the cold state to constitute initiation zones or melting beds and which, therefore, can be manufactured by the process object of the invention.