Procédé et dispositif pour la formation d'une couche de carbone sur la surface d'une pièce réfractaire La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la formation d'une couche de car bone sur la surface d'une pièce réfractaire exposée à la chaleur et en contact avec du verre fondu.
On sait que le verre fondu mouille et adhère à la plupart des matériaux réfractaires connus à des. tem pératures élevées, par exemple supérieures à 6001) C dans le cas des verres sodo-calciques habituellement utilisés. Dans la gamme des températures très élevées, telles que les températures nécessaires à l'élaboration du verre fondu, cet inconvénient est peu important parce que le verre est assez fluide et s'écoule donc assez facilement sur les réfractaires. Par contre, aux températures plus basses, par exemple aux tempéra tures de travail du verre, ce dernier adhère forte ment aux réfractaires, ce qui est souvent un inconvé nient majeur.
On constate en outre que le verre arra che ou dissout des particules de matières réfractaires, lesquelles apparaissent dans les deux cas sous la forme de défauts dans le produit fini.
Le carbone pur présente des propriétés intéres santes dans le domaine de la verrerie. Il est très ré fractaire et le verre n'y adhère pas et ne dissout pas. On a donc proposé d'utiliser cette matière pour la constitution de briques, de pièces ou de placages réfractaires qui sont en contact avec le verre se trouvant à la température de travail. Toutefois, le carbone est très oxydable à l'air aux températures envisagées, de sorte qu'il faut le maintenir en atmo sphère non oxydante. En outre, le carbone contient souvent des impuretés sous forme de grains ayant une composition analogue à celle des autres matières ré fractaires et présentant les mêmes inconvénients. On a bien proposé d'utiliser du carbone très pur, mais cette matière est coûteuse.
Enfin, le carbone s'use assez vite parce qu'il est peu dur. Il est bien<B>pos</B> sible de remplacer les pièces de carbone usées mais on conçoit que cette opération soit assez difficile et coûteuse.
Le procédé suivant l'invention élimine tous ces inconvénients. Conformément à ce procédé, on fait diffuser à travers une pièce réfractaire, en direction de la surface de contact avec le verre en fusion, une matière carbonifère susceptible de se décomposer et de déposer sur la surface de la pièce du carbone élé mentaire constituant une couche de carbone qui se renouvelle au fur et à mesure de sa consommation.
On diffuse avantageusement à travers une pièce réfractaire un hydrocarbure saturé ou non saturé, susceptible de subir à la surface de la pièce une dé composition thermique libérant du carbone, tel que l'acétylène, le butane, le propane, l'éthylène, l'es sence, le gasoil ou le kérosène. On peut cependant aussi diffuser à travers une pièce réfractaire un tel hydrocarbure et un gaz contenant de l'oxygène tel que l'air, de manière à produire à la surface de la pièce une combustion incomplète libérant du carbone et des gaz réducteurs. Ces derniers constituent un matelas gazeux réduisant la friction entre le ruban de verre et la pièce réfractaire et empêchant la perte en carbone par oxydation.
Grâce à ce procédé, on forme de façon continue une couche de carbone d'un degré de pureté très élevé à laquelle le verre n'adhère absolument- pas. Ce procédé trouve son application dans les nom breux cas où on désire faire avancer du verre à l'état plastique au contact d'une surface et éviter que celle- ci n'exerce une action de freinage sur la progression du verre ou n'endommage ce dernier.
Par exemple, dans les procédés de fabrication du verre en feuille utilisant la propriété du verre de flotter sur un bain de métal fondu, on est généralement obligé de limiter la largeur de la feuille à une dimension inférieure à la largeur du bain pour éviter l'adhérence des bords de la feuille aux parois du compartiment. Une partie du bain reste alors découverte et exposée à l'oxyda tion. Le procédé suivant l'invention, appliqué à ces parois, permet d'utiliser la surface entière du bain métallique qui, ainsi couvert, ne craint plus l'oxyda tion.
Ce procédé trouve, entre autres, une application intéressante aux seuils habituellement garnis d'une couche de carbone et sur lesquels on fait glisser un ruban de verre plastique.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comporte une pièce réfractaire dont au moins la partie voisine de la surface en contact avec le verre est poreuse, ainsi que des moyens pour injecter dans la partie poreuse une matière carbonifère. La partie poreuse peut être constituée de matière réfractaire courante ou de fibres incombustibles, par exemple de l'amiante, agglomérées par un liant réfractaire. La nature et le degré de porosité de cette partie de la pièce sont évidemment choisis en fonction de la ma tière carbonifère utilisée. Celle-ci peut se présenter à température ordinaire sous forme solide, liquide ou gazeuse.
La matière injectée et diffusée à travers la masse réfractaire atteint la face chaude de la pièce où, grâce à la chaleur rencontrée, elle subit soit une décomposition thermique, soit une combustion in complète, libérant le carbone en forme d'une couche d'une grande pureté qui garnit la face de la pièce. Une partie de la couche formée peut se perdre, par exemple par usure, mais elle se reforme continuelle ment grâce à l'arrivée incessante de matière.
Le phé nomène de formation de la couche est d'ailleurs auto- régulateur: en effet, aux endroits où la couche de carbone s'amincit le plus, il y a un appel de matière carbonifère puisque la résistance au passage de celle- ci est réduite. Par conséquent, la régénération de la couche est également plus rapide.
Dans une forme d'exécution, le dispositif com porte au moins un tube d'injection qui est métalli que de préférence et noyé dans la masse réfractaire son orifice de sortie est situé dans la partie voisine de la surface en contact avec le verre, l'autre extré mité étant raccordée à la source de fluide sous pres sion convenable pour en assurer la diffusion jusqu'à ladite surface. Dans le cas de formation de la couche de carbone par combustion incomplète, la forme d'exécution comporte en outre au moins un tube sem blable pour l'introduction du gaz contenant de l'oxy gène,
à moins que l'on préfère mélanger ce dernier à la matière carbonifère gazéifiée au moyen d'un in jecteur d'air disposé devant la pièce réfractaire.
Pour favoriser une répartition uniforme de la ma tière carbonique dans la masse poreuse, on ménage avantageusement à l'intérieur de celle-ci au moins un espace creux qui offre à cette matière une plus grande surface de pénétration.
Des évidements peu vent notamment être pratiqués autour de l'orifice de sortie de chaque tube, mais on peut aussi donner à la pièce réfractaire la forme d'un caisson, dont la paroi en contact avec le verre est poreuse et les au tres parois en matière réfractaire dense ou en métal, la matière carbonifère et le cas échéant le gaz com burant étant introduits par un tube pénétrant jusque dans l'espace creux.
Dans certaines constructions, par exemple dans le cas où une feuille de verre franchit la crête d'une paroi, il est préférable de disposer une rampe d'in jection, noyée dans la masse poreuse formant la crête, au voisinage de sa surface en contact avec le verre, les orifices de la rampe étant orientés vers cette dernière.
Lorsque la zone constituant la face située vers l'extérieur est formée de matière dense et compacte, des fuites de matière carbonifère ne sont en général pas à craindre, sinon il est avantageux de revêtir cette face d'une enveloppe imperméable, en métal par exemple.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple plu sieurs formes d'exécution du dispositif.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un comparti ment dont les parois comportent des pièces recouver tes de carbone.
La fig. 2 est une vue de détail d'une pièce de paroi.
La fig. 3 montre une variante d'exécution de la pièce de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe à travers une pièce en forme de caisson.
La fig. 5 montre en coupe longitudinale un com partiment équipé d'un seuil recouvert de carbone.
La fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 5.
Les fig. 1 et 2 montrent une application de l'in vention à un dispositif de fabrication de verre en feuille dans lequel la feuille 1 à l'état plastique se déplace sur un bain de métal fondu 2 contenu dans un compartiment 3 dont les parois comportent des blocs réfractaires 4 et 5. Les blocs 4 sont des pièces réfractaires normales, denses et compactes, tandis que les blocs 5 situés au niveau de la feuille de verre sont constitués de matière réfractaire poreuse.
Des tubes horizontaux 6 sont noyés dans ces pièces de manière que leur extrémité 7 soit située dans un plan 7' au voisinage de la face 8 orientée vers l'intérieur du compartiment 3, leur extrémité 9 étant raccordée hors du bloc à une source, non représentée, de ma tière carbonifère.
Après avoir traversé la masse réfractaire, le fluide injecté atteint la face 8 où, sous l'effet de la chaleur qui y règne, il se décompose en abandonnant du carbone qui forme sur la face 8 une couche 10. On améliore avantageusement la dispersion du fluide en ménageant autour de l'orifice de sortie 7 un évide ment 11 (fig. 3) s'étendant parallèlement à la face 8.
Afin de prévenir toute fuite indésirable du fluide, il est utile de disposer sur la face extérieure 8' du bloc un revêtement 12 (fig. 3), métallique par exem ple, mais on obtient le même résultat en formant la partie arrière du bloc en matière réfractaire dense et compacte, imperméable au fluide.
La fig. 4 représente en variante un bloc formé par un caisson 13 dont les parois 14 et 15 non en contact avec le verre sont constituées de métal ou de matière réfractaire dense. La paroi 16 en contact avec le verre et formée de matière réfractaire po reuse est scellée sur les parois 14 par un joint étan che 17 en ciment réfractaire. La matière carbonifère est introduite à l'intérieur du caisson 13 par un tube 18, encastré dans la paroi arrière 15.
Lorsque le dépôt de carbone est obtenu par com bustion incomplète d'une matière carbonifère, on peut dédoubler les tubes 6 (fig. 2) et utiliser un des tubes d'une paire de tubes pour l'injection du gaz comburant, l'autre servant à l'injection de la matière carbonifère. On peut cependant prévoir dans un dis positif suivant la fig. 4 un second tube 18' par lequel on introduit le gaz comburant dans le caisson 13 où il se mélange avec la matière carbonifère avant de pénétrer dans la paroi poreuse 16.
Enfin, les fig. 5 et 6 donnent un exemple d'ap plication du dispositif au seuil de sortie situé à l'ex trémité d'un compartiment tel que celui représenté sur la fig. 1. La paroi terminale 19 d'un tel compar timent comporte généralement un seuil 20 garni d'une couche de carbone 21 sur laquelle la feuille 1 glisse vers le compartiment de recuisson. Le seuil 20 est constitué en matière réfractaire poreuse sembla ble, par exemple, à celle utilisée pour les blocs de parois 5 des fig. 1 et 2.
Une rampe 22, noyée dans la masse réfractaire et disposée longitudinalement au voisinage de la face supérieure du seuil, comporte des ouvertures 23 dirigées vers cette face. L'extré mité libre 9 du tube à l'extérieur du seuil étant re liée à la source de matière carbonifère pour amélio rer la répartition de celle-ci, il peut être avantageux de relier à cette source chacune des extrémités de la rampe. Comme dans l'exemple précédent, la décom position de la matière carbonifère sur la face chaude produit la formation d'une couche de carbone 21, sur laquelle la feuille de verre glisse aisément.
Method and device for the formation of a carbon layer on the surface of a refractory piece The present invention relates to a method and a device for the formation of a carbon layer on the surface of an exposed refractory piece. heat and in contact with molten glass.
It is known that molten glass wets and adheres to most of the known refractory materials. high temperatures, for example greater than 6001) C in the case of the soda-lime glasses usually used. In the range of very high temperatures, such as the temperatures necessary for the production of molten glass, this drawback is insignificant because the glass is quite fluid and therefore flows fairly easily over the refractories. On the other hand, at lower temperatures, for example at the working temperatures of the glass, the latter adheres strongly to the refractories, which is often a major drawback.
It is further observed that the glass scrapes or dissolves particles of refractory materials, which in both cases appear as defects in the finished product.
Pure carbon has interesting properties in the field of glassmaking. It is very refractory and the glass does not adhere to it and does not dissolve. It has therefore been proposed to use this material for the constitution of bricks, parts or refractory veneers which are in contact with the glass at the working temperature. However, carbon is very oxidizable in air at the temperatures envisaged, so that it must be maintained in a non-oxidizing atmosphere. In addition, carbon often contains impurities in the form of grains having a composition similar to that of other refractory materials and having the same disadvantages. It has been proposed to use very pure carbon, but this material is expensive.
Finally, carbon wears out quite quickly because it is not very hard. It is well <B> pos </B> sible to replace worn carbon parts, but this operation is understandable to be quite difficult and expensive.
The process according to the invention eliminates all these drawbacks. In accordance with this process, a carboniferous material capable of decomposing and depositing on the surface of the part elementary carbon constituting a layer is diffused through a refractory piece, in the direction of the contact surface with the molten glass. of carbon which is renewed as it is consumed.
A saturated or unsaturated hydrocarbon is advantageously diffused through a refractory part, capable of undergoing at the surface of the part a thermal decomposition releasing carbon, such as acetylene, butane, propane, ethylene, gasoline, gas oil or kerosene. However, it is also possible to diffuse through a refractory part such a hydrocarbon and a gas containing oxygen such as air, so as to produce incomplete combustion on the surface of the part, releasing carbon and reducing gases. The latter constitute a gas mattress reducing the friction between the glass ribbon and the refractory part and preventing the loss of carbon by oxidation.
Thanks to this process, a carbon layer of a very high degree of purity to which the glass absolutely does not adhere is formed continuously. This method finds its application in the many cases where it is desired to advance glass in the plastic state in contact with a surface and to prevent the latter from exerting a braking action on the progress of the glass or from damaging it. this last.
For example, in sheet glass manufacturing processes utilizing the property of glass to float on a bath of molten metal, one is generally required to limit the width of the sheet to a dimension less than the width of the bath to avoid adhesion of the edges of the sheet to the walls of the compartment. Part of the bath then remains uncovered and exposed to oxidation. The process according to the invention, applied to these walls, makes it possible to use the entire surface of the metal bath which, thus covered, no longer fears oxidation.
This method finds, among other things, an interesting application to thresholds usually lined with a carbon layer and on which a plastic glass ribbon is slid.
The device for carrying out the method comprises a refractory part of which at least the part adjacent to the surface in contact with the glass is porous, as well as means for injecting carboniferous material into the porous part. The porous part can be made of ordinary refractory material or of incombustible fibers, for example asbestos, agglomerated by a refractory binder. The nature and the degree of porosity of this part of the part are obviously chosen according to the carboniferous material used. This can be present at ordinary temperature in solid, liquid or gaseous form.
The material injected and diffused through the refractory mass reaches the hot face of the part where, thanks to the heat encountered, it undergoes either thermal decomposition or complete combustion, releasing the carbon in the form of a layer of great purity that adorns the face of the coin. Part of the layer formed can be lost, for example by wear, but it is continually reforming thanks to the incessant arrival of material.
The layer formation phenomenon is moreover self-regulating: in fact, at the places where the carbon layer thins the most, there is a call for carboniferous material since the resistance to the passage of this latter is scaled down. Therefore, the regeneration of the layer is also faster.
In one embodiment, the device includes at least one injection tube which is preferably metalli that and embedded in the refractory mass, its outlet orifice is located in the part close to the surface in contact with the glass, the the other end being connected to the source of fluid under suitable pressure to ensure its diffusion to said surface. In the case of formation of the carbon layer by incomplete combustion, the embodiment further comprises at least one similar tube for the introduction of the gas containing oxygen,
unless it is preferred to mix the latter with the carboniferous material gasified by means of an air injector disposed in front of the refractory piece.
In order to promote a uniform distribution of the carbon dioxide in the porous mass, there is advantageously provided inside the latter at least one hollow space which offers this material a greater penetration surface.
In particular, recesses may be made around the outlet orifice of each tube, but the refractory part can also be given the shape of a box, the wall in contact with the glass of which is porous and the other walls in dense refractory material or metal, the carboniferous material and where appropriate the com burant gas being introduced through a tube penetrating into the hollow space.
In some constructions, for example in the case where a glass sheet crosses the crest of a wall, it is preferable to have an injection ramp, embedded in the porous mass forming the crest, in the vicinity of its contact surface. with the glass, the orifices of the ramp being oriented towards the latter.
When the zone constituting the face situated towards the outside is formed of dense and compact material, leaks of carboniferous material are generally not to be feared, otherwise it is advantageous to cover this face with an impermeable envelope, made of metal for example. .
The accompanying drawing shows by way of example several embodiments of the device.
Fig. 1 is a vertical section of a compartment whose walls have parts covered with carbon.
Fig. 2 is a detail view of a wall part.
Fig. 3 shows an alternative embodiment of the part of FIG. 2.
Fig. 4 is a section through a box-shaped part.
Fig. 5 shows in longitudinal section a compartment equipped with a threshold covered with carbon.
Fig. 6 is a section taken along line VI-VI of FIG. 5.
Figs. 1 and 2 show an application of the invention to a device for manufacturing sheet glass in which the sheet 1 in the plastic state moves over a bath of molten metal 2 contained in a compartment 3 whose walls comprise blocks refractories 4 and 5. The blocks 4 are normal, dense and compact refractory pieces, while the blocks 5 located at the level of the glass sheet are made of porous refractory material.
Horizontal tubes 6 are embedded in these parts so that their end 7 is located in a plane 7 'in the vicinity of the face 8 oriented towards the interior of the compartment 3, their end 9 being connected outside the unit to a source, not represented, of carboniferous material.
After having passed through the refractory mass, the injected fluid reaches the face 8 where, under the effect of the heat which prevails there, it decomposes leaving carbon which forms on the face 8 a layer 10. The dispersion of the carbon is advantageously improved. fluid by leaving around the outlet orifice 7 a recess 11 (fig. 3) extending parallel to the face 8.
In order to prevent any undesirable leakage of the fluid, it is useful to place on the outer face 8 'of the block a coating 12 (FIG. 3), metallic for example, but the same result is obtained by forming the rear part of the block in dense and compact refractory material, impermeable to fluid.
Fig. 4 shows as a variant a block formed by a box 13, the walls 14 and 15 of which, not in contact with the glass, are made of metal or of dense refractory material. The wall 16 in contact with the glass and formed of porous refractory material is sealed to the walls 14 by a tight seal 17 of refractory cement. The carboniferous material is introduced inside the box 13 by a tube 18, embedded in the rear wall 15.
When the carbon deposit is obtained by incomplete combustion of a carboniferous material, it is possible to split the tubes 6 (fig. 2) and use one of the tubes of a pair of tubes for the injection of the oxidizing gas, the other used for the injection of carboniferous material. However, provision can be made in a positive dis according to FIG. 4 a second tube 18 'through which the oxidizing gas is introduced into the box 13 where it mixes with the carboniferous material before entering the porous wall 16.
Finally, Figs. 5 and 6 give an example of application of the device to the exit threshold located at the end of a compartment such as that shown in FIG. 1. The end wall 19 of such a compartment generally comprises a threshold 20 lined with a carbon layer 21 on which the sheet 1 slides towards the annealing compartment. The threshold 20 is made of porous refractory material similar, for example, to that used for the wall blocks 5 of FIGS. 1 and 2.
A ramp 22, embedded in the refractory mass and disposed longitudinally in the vicinity of the upper face of the threshold, has openings 23 directed towards this face. The free end 9 of the tube outside the threshold being linked to the source of carboniferous material in order to improve the distribution thereof, it may be advantageous to connect each end of the ramp to this source. As in the previous example, the decomposition of the carboniferous material on the hot face produces the formation of a carbon layer 21, on which the glass sheet slides easily.