EP0944555A1 - Glass furnace and installation comprising same - Google Patents
Glass furnace and installation comprising sameInfo
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Definitions
- the present invention relates to electric glass melting techniques in which the conductivity of molten glass is used to develop by Joule effect the energy necessary for the melting of raw materials.
- the energy is supplied by means of electrodes totally immersed in the mass of molten glass (hereinafter called the bath), arranged vertically on the bottom of the oven and / or horizontally on the side walls of the oven, the composition to be melted being introduced from above so as to maintain a surface layer constituting both a permanent reserve of raw materials and a protection of the bath against surface heat losses.
- the molten glass bath is the seat of convection movements, due to changes in the density of the glass according to its degree of heating, which participate in the transport of heat to the surface layer where the fusion must take place as well as in the rest of the volume of the bath. These movements are particularly intense along the electrode due to the temperature gradient existing with the neighboring mass of glass.
- ovens of this type comprise a tank made of very deep refractory material, usually of the order of at least 1.5 m, in which a thickness of molten glass of the order of at least 1.2 at 1, 4 m is provided so that the materials which melt under the surface layer have a sufficient residence time in the bath to reach a state of uniform composition and temperature, and thus develop a satisfactory glass.
- the technique of electric fusion has undergone an important modification, consisting in immersing the electrodes in the bath through the free surface of the latter, instead of causing them to spurt out inside the bath from the sole. .
- This made it possible to resolve the delicate problems of replacing worn electrodes and of sealing linked to the passage of the electrodes through the refractory of the sole.
- the wear of the refractories could also be reduced because the use of plunging electrodes eliminates direct heating at the level of the bottom, the hot zones being located in an upper part of the molten bath, and therefore makes it possible to limit the development of currents. convection in contact with the bottom.
- This configuration also made it possible to increase the possibilities of adjusting the production parameters.
- the design of the ovens has not been significantly modified with the use of plunging electrodes, and a minimum depth has hitherto been recommended to properly develop the temperature gradient necessary for establishing the temperature at the bottom.
- relatively low desired the temperature profile in the bath is indeed such that the temperature is higher near the electrode and decreases relatively slowly towards the floor. This minimum depth was also considered necessary for the production of good quality glass.
- the object of the invention is to improve the definition of electric melting furnaces with plunging electrodes, so as to optimize the production conditions in particular by reducing, for equal production, the investment and / or operating cost, for improved profitability. .
- the subject of the invention is an oven for the preparation of glass by electric melting in which the melting energy is dissipated by the Joule effect in the molten mass, comprising means for supplying vitrifiable materials depositing said materials in layer on the surface of a molten glass bath and submerged melting electrodes immersed from the surface of the bath through the layer of melting composition covering the molten bath, characterized in that the height h of the molten bath is less than 800 mm and the ratio of the height h to the surface S of the bath is less than 0.5 m / m 2 .
- the height h of the molten bath actually designates the useful height of the molten bath, namely the height between the upper level of liquid in the tank and the bottom of the oven, or possibly in certain cases where the racking glass is made at a higher level than that of the sole, between the upper level of the liquid in the tank and the lower level of the glass withdrawal orifice.
- the useful height of the molten bath namely the height between the upper level of liquid in the tank and the bottom of the oven, or possibly in certain cases where the racking glass is made at a higher level than that of the sole, between the upper level of the liquid in the tank and the lower level of the glass withdrawal orifice.
- the oven according to the invention has a characteristic aspect ratio with a bath height limited to a value less than 800 mm and low compared to the surface of the bath.
- the height h of molten glass can advantageously be reduced to a value less than 500 mm, in particular less than or equal to 450 mm, with a very significant reduction in the cost of the furnace. Heights less than or equal to 400 mm, in particular of the order of 300 mm or less, are particularly preferred.
- the h / S ratio defined above is moreover less than or equal to 0.05, for example of the order of 0.03 or less. According to preferred variants where the oven has a large surface area for a high production capacity, the h / S ratio can even be less than or equal to
- the height of the tank will advantageously be limited accordingly, preferably to a value greater than the height of the bath from 100 to 200 mm, in particular of the order of 150 mm.
- the invention therefore has the remarkable feature that it makes it possible to process the same quantity of materials as a traditional oven with the same specific draft, but in an oven of reduced height: in fact, if the electrodes provide the same quantity of energy, they transmit it to a lower bath volume.
- the temperature profile in the bath is such that it is established in the mass of molten glass of the glass circulation currents conducive to the development of a homogeneous glass.
- the furnace is characterized by a bath height of less than 800 mm, in particular less than 500 mm, in particular less than 450 mm, and by an exchange surface between the electrodes and the molten glass (this surface being constituted by the lateral electrode surface immersed under the upper level of liquid present in the tank, per unit of bath volume) greater than 0.075 m 2 of electrode per m 3 of glass.
- the mass of glass has a higher energy exchange surface than usual. There is therefore a quantity greater relative glass exposure to electrodes than in traditional ovens.
- the electrode surface per unit volume of bath is advantageously greater than 0.1 m 2 per m 3 , preferably greater than or equal to 0.15 m 2 per m 3 , in particular of the order of 0.2 m 2 per m 3 or more.
- the depth of immersion of the electrodes in the molten bath is necessarily limited to a value less than the height of the bath to avoid contact between the electrode and the bottom. This immersion depth must however be sufficient to provide the exchange surface necessary to dissipate the desired power.
- the immersed length of the electrodes is less than or equal to two thirds of the height of the bath, preferably at half the height of the bath, the depth of immersion also depends on the height of the bath. This makes it possible to locate the hottest areas in the vicinity of the surface of the bath, the fusion energy being dissipated where it is most needed. This precaution also proves to be favorable for a circulation of the molten materials along a path allowing the rapid production and homogenization of the glass within the shallow bath.
- the shape of the electrodes can be adapted so that they have a very high lateral surface for a minimum of length.
- Electrodes in particular of substantially cylindrical outline, whose dimensions are such that their lateral surface S e , and their submerged length I are in a ratio S é , / I greater than or equal to 0.45, advantageously 0, will therefore be advantageously used. , 6.
- At least one electrode can comprise at least one substantially planar conducting element.
- such an electrode may have the form of a plate or comprise several plates associated with one another.
- a substantially planar conducting element may nevertheless also have the form of a ribbon or be composed of a plurality of juxtaposed wires.
- such plates are square or rectangular, in particular for reasons of ease of manufacture, although any other shape of plate also makes it possible to supply the glass bath with electric current for the creation of a Joule effect.
- the cylindrical type electrodes are in fact less preferred according to the invention as soon as the depth of the glass bath becomes increasingly shallow since, to obtain a sufficient lateral exchange surface with a short submerged length, it is necessary to use a large diameter cylinder, therefore relatively heavy.
- One solution may consist in using a hollow cylinder, since only the lateral surface of the electrode participates in the electrical exchange, the internal part being completely inert in this respect.
- This solution is however of no economic interest in the current state of the technology of materials capable of constituting the electrodes (such as molybdenum) because a hollow cylinder can only be manufactured by milling, the material eliminated, lost, entering all the same cost of manufacturing such a hollow electrode.
- the dimensions of the plates are chosen as a function of the desired exchange surface, the thickness being chosen to ensure that the electrode has sufficient longevity as a function of the wear kinetics by consumption of the conductive material constituting the electrode under the conditions the oven.
- the electrode comprises at least one plate, in particular rectangular, arranged in such a way that its larger side is oriented in a substantially horizontal direction.
- the support element is connected to the larger dimension side of the plate or plates.
- the thickness of the plate can be chosen to ensure a resistant fixing when the support element enters the plate in particular by screwing. It is possible to combine conductive plates in a wide variety of configurations:
- - three square or rectangular plates can be arranged in a U; - four square or rectangular plates can be arranged to form a hollow parallelepipedal electrode.
- the associated plates for example as above are assembled together, in particular by screwing or any other means.
- Electrodes of different configurations can be used in combination in the same oven to provide a particular distribution of current lines. It is thus possible to install, in an oven for example, both cylindrical electrodes and plate-shaped electrodes, or else both L-shaped and U-shaped electrodes.
- the electrodes made up of plate (s) can also be provided with means for adjusting the orientation of the electrical exchange surfaces, in particular by pivoting around at least one axis, in particular a horizontal axis and / or a vertical axis, so as to adjust the distribution of the current lines in the molten glass bath.
- an essential feature of the melting technique according to the invention is the short average residence time of the molten materials in the oven in the bath, relative to the rate of production which is generally expressed by the specific draw T spec which is the quantity of glass (in tonnes) drawn from the oven per day compared to an oven surface of 1 m 2 .
- T spec which is the quantity of glass (in tonnes) drawn from the oven per day compared to an oven surface of 1 m 2 .
- the subject of the invention is also a process for the electrical melting of glass in which the energy is dissipated by the Joule effect in the molten mass from plunging electrodes, comprising the steps consisting in distributing the materials constituting the composition to melt in a layer on the surface of the bath, immerse the electrodes from the surface of the bath through said layer of composition to be melted, supply the electrodes with an electric current, the materials melting and combining in the bath to form the glass and withdraw the molten glass with a flow rate expressed by the specific draw T spec
- the average residence time of the materials in the bath between the surface layer and the withdrawal zone is less than or equal to 0.7 days, advantageously 0.5 days, for example of the order of 0.25 to 0.4 days, for a specific pulling of the order of 3 t / m 2 / d.
- the oven according to the invention proves to be particularly advantageous for the production of “opaque” glasses with infrared radiation, such as for example glasses containing a relatively high proportion of iron oxide (for example of the order of at least 0 , 60% Fe 2 O 3 , up to 10 - 12% or more) in which the radiation develops in a limited way.
- the low conductivity of the radiation creates marked temperature differences between the zones of the bath, with in particular relatively cold zones at the bottom of the bath where the glass tends to devitrify. Because of its shallow depth, the oven according to the invention allows the establishment of a thermal gradient avoiding the creation of these cold zones and limiting the risks of devitrification of these particular glasses.
- the melting technique according to the invention makes it possible to produce, with less expensive apparatus and under more economical operating conditions, good quality glass usable for very numerous applications with results as satisfactory as glass produced in traditional ovens.
- the molten glass according to the invention can be transformed into glass wool, in particular for the production of insulating products, of quality equivalent to existing wools.
- the invention also relates to an installation for manufacturing glass wool comprising a glass melting furnace, a fiberizing device and means for supplying the fiberizing device with glass. melt produced in said furnace, characterized in that the furnace is a furnace with plunging electrodes of shallow depth as described above.
- FIG. 1 shows schematically an installation for manufacturing glass wool using an electric oven according to the invention
- FIG. 2 shows a schematic view in longitudinal section along the axis ll-ll of the oven of Figure 1;
- - Figure 3 shows a schematic view in longitudinal section along the axis III-III of the oven of Figure 1;
- FIG. 4 shows a side view in partial section of a plate-shaped electrode usable in an oven according to the invention
- FIG. 6 shows a side view in partial section of an electrode consisting of an assembly of plates usable in an oven according to the invention
- FIG. 7 shows an elevational view of the plate assembly shown in Figure 6.
- the installation shown in Figure 1 is intended to produce glass wool for the production of thermal insulation materials. It essentially comprises a glass melting furnace 1 supplied with a mixture of vitrifiable materials by a supply system 2, a channel 3 for transporting the molten glass produced in the furnace 1 and a fiberizing machine 4 supplied with molten glass by the channel 3.
- the molten glass falls into a fiberizing plate 5, the side wall of which is pierced with a multitude of orifices, rotated around a vertical axis 6, so as to eject centrifugally the glass melted through said orifices in the form of glass filaments 7 solidifying by cooling.
- the constitution of the furnace 1 appears in detail in the two sectional views of FIGS. 2 and 3.
- the furnace comprises a tank 8 made of refractory material constituted by a hearth 9 and vertical walls 10, and surmounted by a vault 11.
- the tank shown has a horizontal sole 9.
- the tank 8 of the oven according to the invention can take any traditional general shape, but is distinguished from traditional ovens by the low height of the walls 10.
- the tank shown has an area of approximately 10 m 2 for a 0.4 m high.
- the tank 8 contains a mass of molten glass 12 constituting the melt, covered with a layer 13 of solid raw materials distributed continuously by the supply system 2.
- This layer as uniform as possible may be more or less thick depending on the operating regime.
- a thickness of at least 100 mm is preferably maintained to thermally isolate the molten bath from the atmosphere.
- this thickness should not exceed approximately 300 mm since this does not provide any advantage for the melting and would therefore unnecessarily overload the surface of the bath.
- the height h of the bath is calculated by measuring the difference between the level of free glass in the transport channel 3 and the level of the floor 9. In the mode shown, it is approximately 300 mm; the h / S ratio is therefore 0.03 (in m / m 2 ).
- the molten material is discharged through a groove 14 located on one side of the tank 8 and at the same level as the floor 9, this groove communicating with the channel 3.
- Fusion electrodes 15, six in number in this example, are arranged in the upper part of the oven, carried by supports 16 of the traditional type. Their arrangement, of the type described in EP-A-0 140 745, is more particularly suitable for a three-phase current supply, the distribution of the phases (R, S, T) being as indicated in FIG. 3. This arrangement allows good phase balancing. Any other usual feeding method can however be envisaged in the context of the invention.
- the electrodes 15 pass through the surface layer of raw materials and enter the molten bath.
- the lowest possible immersion depth is preferred, provided that the necessary exchange surface is provided.
- an immersion depth less than 2/3 the height of the bath and even preferably half this height will generally be advantageous.
- the electrodes are cylindrical in shape, short but of relatively large diameter to provide a large exchange surface.
- the lateral exchange surface S é is approximately 0.095 m 2 per electrode and the ratio S é , / I is 0.63.
- the electrodes are immersed over their entire useful length 150 mm, that is to say half the height of the bath, the exchange surface per unit volume of bath therefore being 0.190 m 2 per m 3 of bath.
- this oven can be supplied with a current density on the electrode of the order of 1 to 3 A / cm 2 .
- the furnace supplied with a current density of 2 to 2.5 A / cm 2 makes it possible to produce glass with a specific draw on the order of 3 t / d / m 2 , i.e. total drawdown of 30 t / d: with a glass whose density is 2.4 t / m 3 , the volume of glass produced is 12.5 m 3 per day. Knowing that the volume of the bath is 3 m 3 , the residence time of the materials in the bath is about 0.25 day with a floor temperature in the usual range.
- FIGS. 4 and 5 represent an electrode 19 in the form of a plate usable in the furnace 1 in place of at least one of the cylindrical electrodes 15.
- the actual electrode consists of a rectangular molybdenum plate 20 connected to a steel extension 21 by screwing.
- the plate 20 is provided with a thread 22 formed in the thickness of the plate in the middle of the side of greatest dimension (length).
- the extension 22 is provided with a corresponding threaded end 23.
- the extension 21 is the connection means between the electrode and the support arm of the assembly: its function is to support the electrode and to bring the electric current to the electrode. In operation, it passes through the layer 13 of raw materials surmounting the bath, the lower portion with the thread 23 inserted in the plate 20 being approximately at a level corresponding to half the thickness of the surface layer 13.
- a cooling system 24 of the "water-jacket" type integrated in the extension 21 To avoid melting of the fixing between the electrode and the steel extension, and to avoid wear of the molybdenum in the fixing zone in the upper part of the plate 20, a cooling system 24 of the "water-jacket" type integrated in the extension 21.
- This system comprises a circuit 25 for circulating cooling water inside the extension between an inlet orifice 26 and an outlet orifice 27.
- the extension 21 provided with the cooling system 24 is equipped with a plate 28 for connection to a support element (arm) not shown penetrating through the side walls of the oven.
- a plate electrode 19 functionally equivalent to the cylindrical electrode 15 described above has a length of 300 mm, a height of 150 mm and a thickness of 45 mm.
- the diameter of the tapping 22 should preferably be as large as possible in order to have the strongest possible attachment of the electrode. This furthermore results in better cooling of the entire supported electrode area since the threaded end 23 of the extension 21 enclosing the end of the cooling system 24 provides a higher water flow rate.
- the shoulder 29 on the extension 21 is such that it projects beyond the thickness of the plate 20.
- this front contact surface it is on this front contact surface that the electrical contact supplying the electrode. It is therefore advantageous for this contact surface to be as large as possible in order to avoid excessive current densities on this connection surface of the electrode.
- the weight of the plate 20 is only about 21 kg instead of
- the plate electrode 19 is more than twice as heavy as the cylindrical electrode 15.
- This electrode 19 was tested under the same operating conditions as those described above with the electrode 15 with a current density at the electrode of approximately 2 A / cm 2 .
- the fusion has the same qualities with the two types of electrodes. While the cylindrical electrode 15 wears with a loss of 3.1 grams of molybdenum per tonne of glass produced, the electrode 19 wears with a loss of 2.9 grams of molybdenum per tonne of glass produced. Thanks to the cooling of the threaded end of the extension 21, the wear of the plate takes place from the external rectangular faces without prejudice to the electrical contact. The thickness of 45 mm of the plate 20 is sufficient to ensure satisfactory longevity of the electrode. This could be explained in particular by the fact that, with equal loss of mass, the surface of a plate would decrease less quickly than the surface of a cylinder.
- Figures 6 and 7 show a hollow electrode 30 with square section, consisting of the assembly of four plates 31, 32, 33, 34 of molybdenum fixed to a support plate 35 of molybdenum by screws 36 also of molybdenum.
- the support plate 35 is provided with a thread 37 making it possible to fix the electrode on an extension not shown, which may be of structure similar to the extension 21 provided with a cooling system.
- the square electrode 30 allows the diffusion of electric current in four perpendicular directions instead of two opposite directions.
- the dimensions of the plates 31, 32, 33 and 34 are such that each face of the electrode measures 160 mm wide by 150 mm high, which gives a total lateral exchange surface of 0.096 m 2 , that is to say of the order of that of electrode 15.
- the electrode 30 is also twice as efficient as the cylindrical electrode 15.
- the electrodes 19 and 30 can be provided with means for adjusting their orientation, in particular by pivoting about a vertical axis or a horizontal axis, to adjust the distribution of the current lines in the molten bath.
- the electrode 19 includes such means of orientation around a vertical axis, in the form of the union fitting 40 between the extension 21 and the support 28.
- the glass produced in the oven 1, once led to the fiberizing machine 4, is transformed into glass wool with a proportion of fiber-like materials as low as with the glasses obtained from traditional ovens.
- the step of transporting the molten glass to the processing device can advantageously be used to homogenize and refine the glass.
- the routing conditions were not optimal or if the glass produced in oven 1 was not sufficiently homogeneous or refined due to uncontrolled variations in production parameters, it was observed that the fiber product nevertheless exhibits satisfactory qualities.
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Abstract
The invention concerns the technique of electric melting wherein the melting energy is dissipated by Joule effect in the molten glass bath by means of electrodes dipping through the bath surface. The invention is characterised in that the electrodes are immersed into a molten glass bath from a height h less than 800 mm and from a surface S such that the ratio h/S is less than 0.5 m/m2. In another embodiment, the exchange surface between the electrodes and the bath is more than 0.075 m2/m3 of glass. The invention is useful for making glass-based products such as fibre glass insulating materials.
Description
FOUR A VERRE ET INSTALLATION COMPRENANT LE FOUR GLASS OVEN AND INSTALLATION COMPRISING THE OVEN
La présente invention se rapporte aux techniques de fusion électrique du verre dans lesquelles la conductivité du verre fondu est utilisée pour développer par effet Joule l'énergie nécessaire à la fusion des matières premières. Dans un premier type de four électrique de fusion de verre, l'apport d'énergie est réalisé par l'intermédiaire d'électrodes totalement immergées dans la masse de verre fondu (dénommée ci-après le bain), disposées verticalement sur la sole du four et/ou horizontalement sur les parois latérales du four, la composition à fondre étant introduite par le dessus de façon à entretenir une couche de surface constituant à la fois une réserve permanente de matières premières et une protection du bain contre les déperditions calorifiques superficielles.The present invention relates to electric glass melting techniques in which the conductivity of molten glass is used to develop by Joule effect the energy necessary for the melting of raw materials. In a first type of electric glass melting furnace, the energy is supplied by means of electrodes totally immersed in the mass of molten glass (hereinafter called the bath), arranged vertically on the bottom of the oven and / or horizontally on the side walls of the oven, the composition to be melted being introduced from above so as to maintain a surface layer constituting both a permanent reserve of raw materials and a protection of the bath against surface heat losses.
Le bain de verre fondu est le siège de mouvements de convection, dus aux modifications de densité du verre selon son degré d'échauffement, qui participent au transport de la chaleur vers la couche de surface où doit avoir lieu la fusion ainsi que dans le reste du volume du bain. Ces mouvements sont particulièrement intenses le long de l'électrode en raison du gradient de température existant avec la masse de verre avoisinante.The molten glass bath is the seat of convection movements, due to changes in the density of the glass according to its degree of heating, which participate in the transport of heat to the surface layer where the fusion must take place as well as in the rest of the volume of the bath. These movements are particularly intense along the electrode due to the temperature gradient existing with the neighboring mass of glass.
Dans cette configuration où les électrodes sont totalement immergées, la surface d'échange énergétique entre l'électrode et le bain est répartie sur presque toute la hauteur du bain. En conséquence, la différence de température du verre suivant la hauteur du bain n'est pas très prononcée et les mouvements de convection sont d'une très grande amplitude, le courant de verre chaud s'élevant le long de l'électrode puis longeant la couche de matières à fondre pour lui apporter l'énergie de fusion. Cette circulation se traduit par un brassage continuel du bain qui permet d'homogénéiser la masse de verre fondu tant en composition qu'en température.
De manière générale, les fours de ce type comportent une cuve en matériau réfractaire très profonde, habituellement de l'ordre d'au moins 1 ,5 m, dans laquelle une épaisseur de verre fondu de l'ordre d'au moins 1 ,2 à 1 ,4 m est prévue pour que les matières qui fondent sous la couche de surface disposent d'un temps de séjour dans le bain suffisant pour atteindre un état de composition et de température homogène, et élaborer ainsi un verre satisfaisant.In this configuration where the electrodes are completely submerged, the energy exchange surface between the electrode and the bath is distributed over almost the entire height of the bath. Consequently, the temperature difference of the glass according to the height of the bath is not very pronounced and the convection movements are of a very large amplitude, the current of hot glass rising along the electrode then along the layer of material to be melted to bring it the fusion energy. This circulation results in a continuous stirring of the bath which makes it possible to homogenize the mass of molten glass both in composition and in temperature. In general, ovens of this type comprise a tank made of very deep refractory material, usually of the order of at least 1.5 m, in which a thickness of molten glass of the order of at least 1.2 at 1, 4 m is provided so that the materials which melt under the surface layer have a sufficient residence time in the bath to reach a state of uniform composition and temperature, and thus develop a satisfactory glass.
L'immersion totale des électrodes considérée comme avantageuse car permettant un apport d'énergie assez uniforme dans tout le volume du bain, se révèle cependant contraignante car les mouvements de brassage violents dont il a été question plus haut provoquent l'érosion de la sole et il faut prévoir des mesures pour protéger la sole contre cette usure qui peut aussi affecter les électrodes elles-mêmes.The total immersion of the electrodes considered to be advantageous because it allows a fairly uniform energy supply throughout the volume of the bath, however proves to be constraining because the violent stirring movements which have been discussed above cause the erosion of the sole and measures must be taken to protect the sole against this wear which can also affect the electrodes themselves.
Plus récemment, la technique de fusion électrique a connu une modification importante, consistant à faire plonger les électrodes dans le bain à travers la surface libre de celui-ci, au lieu de les faire jaillir à l'intérieur du bain à partir de la sole. Cela a permis de résoudre les délicats problèmes de remplacement des électrodes usées et d'étanchéité liés au passage des électrodes à travers le réfractaire de la sole. L'usure des réfractaires a également pu être réduite car l'utilisation d'électrodes plongeantes supprime le chauffage direct au niveau de la sole, les zones chaudes étant localisées dans une partie supérieure du bain fondu, et permet donc de limiter le développement de courants de convection au contact de la sole. Cette configuration a également permis d'augmenter les possibilités de réglage des paramètres de production. Pour plus de détails sur cette technique et ses avantages, on pourra se référer notamment au document FR-A-2 599 734.More recently, the technique of electric fusion has undergone an important modification, consisting in immersing the electrodes in the bath through the free surface of the latter, instead of causing them to spurt out inside the bath from the sole. . This made it possible to resolve the delicate problems of replacing worn electrodes and of sealing linked to the passage of the electrodes through the refractory of the sole. The wear of the refractories could also be reduced because the use of plunging electrodes eliminates direct heating at the level of the bottom, the hot zones being located in an upper part of the molten bath, and therefore makes it possible to limit the development of currents. convection in contact with the bottom. This configuration also made it possible to increase the possibilities of adjusting the production parameters. For more details on this technique and its advantages, reference may be made in particular to document FR-A-2 599 734.
Le dimensionnement des fours n'a pas été sensiblement modifié avec l'utilisation des électrodes plongeantes, et un minimum de profondeur était jusqu'à présent préconisé pour développer convenablement le gradient de température nécessaire à l'établissement au niveau de la sole de la température relativement basse souhaitée : le profil de température dans le bain est en effet tel que la température est plus élevée à proximité de l'électrode et décroît relativement doucement en direction de la sole. Ce minimum de profondeur était également considéré comme nécessaire pour l'élaboration d'un verre de bonne qualité.
L'invention a pour but de perfectionner la définition des fours de fusion électrique à électrodes plongeantes, de façon à optimiser les conditions de production notamment en réduisant, à production égale, le coût d'investissement et/ou de fonctionnement, pour une rentabilité améliorée. De façon tout à fait surprenante, il est apparu aux présents inventeurs que, à capacité de production égale, le volume du bain de fusion et de façon équivalente le temps de séjour des matières dans le bain pouvaient être notablement réduits par rapport à l'art antérieur sans que les qualités du verre n'en soient sensiblement affectées. Ainsi, contrairement à l'idée reçue qu'une hauteur de bain minimale est nécessaire pour élaborer un verre homogène en composition et en température, les inventeurs ont réussi à élaborer des verres tout à fait satisfaisants dans un four dont la profondeur a été réduite de-façon très significative.The design of the ovens has not been significantly modified with the use of plunging electrodes, and a minimum depth has hitherto been recommended to properly develop the temperature gradient necessary for establishing the temperature at the bottom. relatively low desired: the temperature profile in the bath is indeed such that the temperature is higher near the electrode and decreases relatively slowly towards the floor. This minimum depth was also considered necessary for the production of good quality glass. The object of the invention is to improve the definition of electric melting furnaces with plunging electrodes, so as to optimize the production conditions in particular by reducing, for equal production, the investment and / or operating cost, for improved profitability. . Quite surprisingly, it appeared to the present inventors that, for an equal production capacity, the volume of the molten bath and, in an equivalent manner, the residence time of the materials in the bath could be considerably reduced compared to the prior art. without the qualities of the glass being appreciably affected. Thus, contrary to the generally accepted idea that a minimum bath height is necessary to produce a homogeneous glass in composition and in temperature, the inventors have succeeded in producing completely satisfactory glasses in an oven whose depth has been reduced by - very significant way.
A cet égard, l'invention a pour objet un four pour la préparation de verre par fusion électrique dans lequel l'énergie de fusion est dissipée par effet Joule dans la masse fondue, comprenant des moyens d'alimentation en matières vitrifiables déposant lesdites matières en couche à la surface d'un bain de verre fondu et des électrodes de fusion plongeantes immergées à partir de la surface du bain à travers la couche de composition à fondre recouvrant le bain en fusion, caractérisé en ce que la hauteur h du bain fondu est inférieure à 800 mm et le rapport de la hauteur h à la surface S du bain est inférieur à 0,5 m/m2.In this regard, the subject of the invention is an oven for the preparation of glass by electric melting in which the melting energy is dissipated by the Joule effect in the molten mass, comprising means for supplying vitrifiable materials depositing said materials in layer on the surface of a molten glass bath and submerged melting electrodes immersed from the surface of the bath through the layer of melting composition covering the molten bath, characterized in that the height h of the molten bath is less than 800 mm and the ratio of the height h to the surface S of the bath is less than 0.5 m / m 2 .
Aux fins de la présente description, la hauteur h du bain fondu désigne en fait la hauteur utile du bain fondu, à savoir la hauteur entre le niveau supérieur de liquide dans la cuve et la sole du four, ou éventuellement dans certains cas où le soutirage du verre se fait à un niveau plus élevé que celui de la sole, entre le niveau supérieur du liquide dans la cuve et le niveau inférieur de l'orifice de soutirage du verre. En effet, pour certaines raisons, notamment lorsque des polluants sont susceptibles de se déposer au niveau de la sole et souiller la masse de verre au fond du bain, il peut être préférable de soutirer le verre dans une zone située un peu au dessus du niveau de la sole. Il est établi que la masse de verre ainsi isolée en partie basse du four ne participe pas à l'élaboration du verre et n'entre pas dans la masse utile du bain.
Il est en général difficile de mesurer avec précision le niveau exact où commence la phase liquide dans la cuve, en raison du fait que la couche superficielle de matières recouvrant le bain (dite « croûte ») est le siège d'équilibres entre plusieurs phases (solides, liquides, gaz) issues de la fusion de la composition. On procède en général à une mesure indirecte par le principe des vases communicants, en détectant le niveau supérieur de liquide dans un compartiment situé en aval de la cuve.For the purposes of this description, the height h of the molten bath actually designates the useful height of the molten bath, namely the height between the upper level of liquid in the tank and the bottom of the oven, or possibly in certain cases where the racking glass is made at a higher level than that of the sole, between the upper level of the liquid in the tank and the lower level of the glass withdrawal orifice. Indeed, for certain reasons, in particular when pollutants are likely to be deposited at the level of the floor and soil the mass of glass at the bottom of the bath, it may be preferable to withdraw the glass in an area located a little above the level sole. It is established that the mass of glass thus isolated in the lower part of the furnace does not participate in the production of the glass and does not enter the useful mass of the bath. It is generally difficult to accurately measure the exact level at which the liquid phase begins in the tank, due to the fact that the surface layer of materials covering the bath (called "crust") is the seat of equilibria between several phases ( solids, liquids, gases) resulting from the fusion of the composition. In general, an indirect measurement is carried out using the principle of communicating vessels, by detecting the upper level of liquid in a compartment located downstream of the tank.
Contre toute attente, il a été constaté par les présents inventeurs qu'en réalisant la fusion électrique dans un four à électrodes plongeantes beaucoup moins profond qu'à l'accoutumée, toutes choses étant égales par ailleurs, on produit un verre complètement élaboré, ne contenant pas de particules solides, et présentant une homogénéité de composition satisfaisante, malgré un temps de séjour des matières dans le bain de fusion beaucoup plus faible que dans les techniques de fusion habituelles. Comme avantage principal, la réduction de taille du four offerte par l'invention permet une économie substantielle sur la quantité de matériau réfractaire nécessaire à la constitution des parois latérales du four, et partant sur le coût d'investissement de l'installation. La réduction de la quantité de verre présente dans le bain de fusion permet d'autre part une utilisation plus rationnelle de l'énergie en limitant les déperditions énergétiques dans la masse de verre, d'où une économie sur les coûts de fonctionnement, en particulier lorsqu'il s'agit de fabriquer des verres peu conducteurs de la chaleur. D'autres avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de cette description.Against all expectations, it has been found by the present inventors that by carrying out the electrical fusion in an oven with plunging electrodes much less deep than usual, all other things being equal, a completely elaborated glass is produced, not containing no solid particles, and having a satisfactory homogeneity of composition, despite a residence time of the materials in the molten bath much lower than in the usual melting techniques. As a main advantage, the reduction in size of the oven offered by the invention allows a substantial saving on the quantity of refractory material necessary for the constitution of the side walls of the oven, and therefore on the investment cost of the installation. The reduction in the amount of glass present in the molten bath also allows for a more rational use of energy by limiting the energy losses in the mass of glass, thereby saving operating costs, in particular when it comes to making glasses with low heat conductivity. Other advantages of the invention will appear in the following of this description.
Le four selon l'invention présente un rapport d'aspect caractéristique avec une hauteur de bain limitée à une valeur inférieure à 800 mm et faible par rapport à la surface du bain. Dans une variante préférée, la hauteur h de verre fondu peut avantageusement être réduite à une valeur inférieure à 500 mm, notamment inférieure ou égale à 450 mm, avec une réduction très significative du coût du four. Des hauteurs inférieures ou égales à 400 mm, notamment de l'ordre de 300 mm ou moins, sont particulièrement préférées.The oven according to the invention has a characteristic aspect ratio with a bath height limited to a value less than 800 mm and low compared to the surface of the bath. In a preferred variant, the height h of molten glass can advantageously be reduced to a value less than 500 mm, in particular less than or equal to 450 mm, with a very significant reduction in the cost of the furnace. Heights less than or equal to 400 mm, in particular of the order of 300 mm or less, are particularly preferred.
Dans un mode de réalisation particulier, le rapport h/S défini précédemment est d'ailleurs inférieur ou égal à 0,05, par exemple de l'ordre de 0,03 ou moins.
Suivant des variantes préférées où le four a une grande surface pour une capacité de production élevée, le rapport h/S peut même être inférieur ou égal àIn a particular embodiment, the h / S ratio defined above is moreover less than or equal to 0.05, for example of the order of 0.03 or less. According to preferred variants where the oven has a large surface area for a high production capacity, the h / S ratio can even be less than or equal to
0,02, voire 0,01 ou 0,005.0.02 or even 0.01 or 0.005.
La hauteur de la cuve sera avantageusement limitée en conséquence, de préférence à une valeur supérieure à la hauteur du bain de 100 à 200 mm, notamment de l'ordre de 150 mm.The height of the tank will advantageously be limited accordingly, preferably to a value greater than the height of the bath from 100 to 200 mm, in particular of the order of 150 mm.
Aucune limite inférieure ne devrait théoriquement être posée pour la hauteur h de verre fondu et l'homme du métier devrait être libre de choisir des hauteurs aussi faibles que de l'ordre de quelques centimètres, sous réserve de préserver une surface de contact entre les électrodes et le verre fondu suffisante pour apporter l'énergie de fusion nécessaire. Il a en effet été observé par les inventeurs que, dès que l'on se place à plus de 2 à 3 cm sous le niveau supérieur de liquide dans la cuve (comme défini ci-dessus), il ne subsiste pas de particule solide dans le bain (c'est-à-dire que la fusion est réalisée) et le verre est complètement élaboré. A cet égard, on peut indiquer que toute hauteur de bain de 20 à 300 mm est comprise dans l'invention, les fours correspondants étant essentiellement des dispositifs de fusion, produisant des verres élaborés mais relativement moins affinés que les fours traditionnels.No lower limit should theoretically be set for the height h of molten glass and those skilled in the art should be free to choose heights as low as of the order of a few centimeters, subject to preserving a contact surface between the electrodes and the molten glass sufficient to provide the necessary melting energy. It has in fact been observed by the inventors that, as soon as one is placed more than 2 to 3 cm below the upper level of liquid in the tank (as defined above), there does not remain any solid particle in the bath (that is to say that the fusion is carried out) and the glass is completely elaborated. In this regard, it can be indicated that any bath height of 20 to 300 mm is included in the invention, the corresponding ovens being essentially melting devices, producing elaborate glasses but relatively less refined than traditional ovens.
L'invention a donc ceci de remarquable qu'elle permet de traiter la même quantité de matières qu'un four traditionnel avec la même tirée spécifique, mais dans un four de hauteur réduite : de fait, si les électrodes apportent la même quantité d'énergie, elles la transmettent à un volume de bain inférieur. En modifiant ainsi les conditions d'apport d'énergie dans le bain, le profil de température dans le bain est tel qu'il s'établit dans la masse de verre fondue des courants de circulation du verre propices à l'élaboration d'un verre homogène.The invention therefore has the remarkable feature that it makes it possible to process the same quantity of materials as a traditional oven with the same specific draft, but in an oven of reduced height: in fact, if the electrodes provide the same quantity of energy, they transmit it to a lower bath volume. By thus modifying the conditions of energy supply in the bath, the temperature profile in the bath is such that it is established in the mass of molten glass of the glass circulation currents conducive to the development of a homogeneous glass.
Ainsi, suivant un autre aspect de l'invention le four se caractérise par une hauteur de bain inférieure à 800 mm, notamment à 500 mm, en particulier à 450 mm, et par une surface d'échange entre les électrodes et le verre fondu (cette surface étant constituée par la surface latérale d'électrode immergée sous le niveau supérieur de liquide présent dans la cuve, par unité de volume de bain) supérieure à 0,075 m2 d'électrode par m3 de verre.Thus, according to another aspect of the invention, the furnace is characterized by a bath height of less than 800 mm, in particular less than 500 mm, in particular less than 450 mm, and by an exchange surface between the electrodes and the molten glass ( this surface being constituted by the lateral electrode surface immersed under the upper level of liquid present in the tank, per unit of bath volume) greater than 0.075 m 2 of electrode per m 3 of glass.
Selon l'invention, la masse de verre dispose d'une surface d'échange énergétique plus élevée que d'ordinaire. Il y a par conséquent une quantité
relative de verre exposée aux électrodes plus importante que dans les fours traditionnels.According to the invention, the mass of glass has a higher energy exchange surface than usual. There is therefore a quantity greater relative glass exposure to electrodes than in traditional ovens.
La surface d'électrode par unité de volume de bain est avantageusement supérieure à 0,1 m2 par m3, de préférence supérieure ou égale à 0,15 m2 par m3, notamment de l'ordre de 0,2 m2 par m3 ou plus.The electrode surface per unit volume of bath is advantageously greater than 0.1 m 2 per m 3 , preferably greater than or equal to 0.15 m 2 per m 3 , in particular of the order of 0.2 m 2 per m 3 or more.
La profondeur d'immersion des électrodes dans le bain fondu est nécessairement limitée à une valeur inférieure à la hauteur du bain pour éviter un contact entre l'électrode et la sole. Cette profondeur d'immersion doit toutefois être suffisante pour offrir la surface d'échange nécessaire pour dissiper la puissance souhaitée.The depth of immersion of the electrodes in the molten bath is necessarily limited to a value less than the height of the bath to avoid contact between the electrode and the bottom. This immersion depth must however be sufficient to provide the exchange surface necessary to dissipate the desired power.
En particulier pour limiter l'usure de la sole, notamment par érosion causée par les courants convectifs de verre dans le bain, il peut être préférable que la longueur immergée des électrodes soit inférieure ou égale aux deux tiers de la hauteur du bain, de préférence à la moitié de la hauteur du bain, la profondeur d'immersion dépendant aussi de la hauteur du bain. Cela permet de localiser les zones les plus chaudes au voisinage de la surface du bain, l'énergie de fusion étant dissipée là où on en a le plus besoin. Cette précaution se révèle en outre favorable à une circulation des matières fondues suivant un trajet permettant l'élaboration et l'homogénéisation rapide du verre au sein du bain peu profond. Avantageusement, la forme des électrodes peut être adaptée pour qu'elles présentent une surface latérale très élevée pour un minimum de longueur. On utilisera donc avantageusement des électrodes, notamment de contour sensiblement cylindrique, dont les dimensions sont telles que leur surface latérale Sé, et leur longueur immergée I sont dans un rapport Sé, / I supérieur ou égal à 0,45, avantageusement à 0,6.In particular to limit the wear of the sole, in particular by erosion caused by the convective currents of glass in the bath, it may be preferable that the immersed length of the electrodes is less than or equal to two thirds of the height of the bath, preferably at half the height of the bath, the depth of immersion also depends on the height of the bath. This makes it possible to locate the hottest areas in the vicinity of the surface of the bath, the fusion energy being dissipated where it is most needed. This precaution also proves to be favorable for a circulation of the molten materials along a path allowing the rapid production and homogenization of the glass within the shallow bath. Advantageously, the shape of the electrodes can be adapted so that they have a very high lateral surface for a minimum of length. Electrodes, in particular of substantially cylindrical outline, whose dimensions are such that their lateral surface S e , and their submerged length I are in a ratio S é , / I greater than or equal to 0.45, advantageously 0, will therefore be advantageously used. , 6.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, au moins une électrode peut comprendre au moins un élément conducteur sensiblement plan. En particulier, une telle électrode peut avoir la forme d'une plaque ou comprendre plusieurs plaques associées entre elles. Un élément conducteur sensiblement plan peut néanmoins avoir également la forme d'un ruban ou être composé d'une pluralité de fils juxtaposés.In a particularly advantageous embodiment, at least one electrode can comprise at least one substantially planar conducting element. In particular, such an electrode may have the form of a plate or comprise several plates associated with one another. A substantially planar conducting element may nevertheless also have the form of a ribbon or be composed of a plurality of juxtaposed wires.
De préférence, de telles plaques sont carrées ou rectangulaires, notamment pour des raisons de facilité de fabrication, bien que toute autre forme
de plaque permette également d'alimenter le bain de verre en courant électrique pour la création d'un effet Joule.Preferably, such plates are square or rectangular, in particular for reasons of ease of manufacture, although any other shape of plate also makes it possible to supply the glass bath with electric current for the creation of a Joule effect.
Les électrodes de type cylindrique sont en effet moins préférées selon l'invention dès lors que la profondeur du bain de verre devient de plus en plus faible car, pour obtenir une surface latérale d'échange suffisante avec une faible longueur immergée, il faut utiliser un cylindre de grand diamètre, donc relativement lourd. Une solution peut consister à utiliser un cylindre creux, puisque seule la surface latérale de l'électrode participe à l'échange électrique, la partie intérieure étant totalement inerte à cet égard. Cette solution est cependant sans intérêt économique dans l'état actuel de la technologie des matériaux susceptibles de constituer les électrodes (tels le molybdène) car un cylindre creux ne peut être fabriqué que par fraisage, la matière éliminée, perdue, entrant quand même dans le coût de fabrication d'une telle électrode creuse.The cylindrical type electrodes are in fact less preferred according to the invention as soon as the depth of the glass bath becomes increasingly shallow since, to obtain a sufficient lateral exchange surface with a short submerged length, it is necessary to use a large diameter cylinder, therefore relatively heavy. One solution may consist in using a hollow cylinder, since only the lateral surface of the electrode participates in the electrical exchange, the internal part being completely inert in this respect. This solution is however of no economic interest in the current state of the technology of materials capable of constituting the electrodes (such as molybdenum) because a hollow cylinder can only be manufactured by milling, the material eliminated, lost, entering all the same cost of manufacturing such a hollow electrode.
L'utilisation d'électrodes plates ou constituées de plaques permet, par rapport aux électrodes conventionnelles en forme de barreau cylindrique, de réduire considérablement le poids de l'électrode, pour une surface latérale égale. Ce gain de poids est un atout majeur dans le four de l'invention où les électrodes sont plongeantes, c'est-à-dire suspendues à un élément support.The use of flat or plate electrodes makes it possible, compared to conventional electrodes in the form of a cylindrical bar, to considerably reduce the weight of the electrode, for an equal lateral surface. This weight gain is a major advantage in the oven of the invention where the electrodes are plunging, that is to say suspended from a support element.
L'utilisation de plaques surmonte le handicap économique évoqué plus haut pour les cylindres creux.The use of plates overcomes the economic handicap mentioned above for hollow cylinders.
Les dimensions des plaques sont choisies en fonction de la surface d'échange désirée, l'épaisseur étant choisie pour assurer à l'électrode une longévité suffisante en fonction de la cinétique d'usure par consommation du matériau conducteur constituant l'électrode dans les conditions de fonctionnement du four.The dimensions of the plates are chosen as a function of the desired exchange surface, the thickness being chosen to ensure that the electrode has sufficient longevity as a function of the wear kinetics by consumption of the conductive material constituting the electrode under the conditions the oven.
Avantageusement, lorsque la profondeur du four est très faible, l'électrode comprend au moins une plaque, notamment rectangulaire, disposée de telle façon que son côté de plus grande dimension soit orientée dans une direction sensiblement horizontale. Ainsi, l'élément support est relié au côté de plus grande dimension de la ou des plaques. L'épaisseur de la plaque peut être choisie pour assurer une fixation résistante lorsque l'élément support pénètre dans la plaque notamment par vissage.
Il est possible d'associer des plaques conductrices selon des configurations très variées :Advantageously, when the depth of the furnace is very small, the electrode comprises at least one plate, in particular rectangular, arranged in such a way that its larger side is oriented in a substantially horizontal direction. Thus, the support element is connected to the larger dimension side of the plate or plates. The thickness of the plate can be chosen to ensure a resistant fixing when the support element enters the plate in particular by screwing. It is possible to combine conductive plates in a wide variety of configurations:
- deux plaques carrées ou rectangulaires peuvent être disposées en L ;- two square or rectangular plates can be arranged in L;
- trois plaques carrées ou rectangulaires peuvent être disposées en U ; - quatre plaques carrées ou rectangulaires peuvent être disposées pour former une électrode parallélépipédique creuse.- three square or rectangular plates can be arranged in a U; - four square or rectangular plates can be arranged to form a hollow parallelepipedal electrode.
De préférence, les plaques associées par exemple comme ci-dessus sont assemblées entre elles, notamment par vissage ou tout autre moyen.Preferably, the associated plates for example as above are assembled together, in particular by screwing or any other means.
Des électrodes de configurations différentes peuvent être utilisées en combinaison dans un même four pour procurer une répartition particulière de lignes de courant. On peut ainsi installer dans un four par exemple, à la fois des électrodes cylindriques et des électrodes en forme de plaque(s), ou bien à la fois des électrodes en L et des électrodes en U.Electrodes of different configurations can be used in combination in the same oven to provide a particular distribution of current lines. It is thus possible to install, in an oven for example, both cylindrical electrodes and plate-shaped electrodes, or else both L-shaped and U-shaped electrodes.
Les électrodes constituées de plaque(s) peuvent en outre être munies de moyens pour régler l'orientation des surfaces d'échange électrique, notamment par pivotement autour d'au moins un axe, en particulier un axe horizontal et/ou un axe vertical, de façon à ajuster la répartition des lignes de courant dans le bain de verre fondu.The electrodes made up of plate (s) can also be provided with means for adjusting the orientation of the electrical exchange surfaces, in particular by pivoting around at least one axis, in particular a horizontal axis and / or a vertical axis, so as to adjust the distribution of the current lines in the molten glass bath.
Comme on l'a dit précédemment, une particularité essentielle de la technique de fusion selon l'invention est le faible temps de séjour moyen des matières fondues dans le four au sein du bain, relativement au rythme de production qui s'exprime généralement par la tirée spécifique Tspec qui est la quantité de verre (en tonne) soutirée du four par jour rapportée à une surface de four de 1 m2. En effet, pour une tirée spécifique constante, le temps de séjour des matières dans le bain est proportionnel au volume du bain et la réduction de la hauteur du bain entraîne une réduction correspondante du temps de séjour.As mentioned above, an essential feature of the melting technique according to the invention is the short average residence time of the molten materials in the oven in the bath, relative to the rate of production which is generally expressed by the specific draw T spec which is the quantity of glass (in tonnes) drawn from the oven per day compared to an oven surface of 1 m 2 . Indeed, for a constant specific draw, the residence time of the materials in the bath is proportional to the volume of the bath and the reduction in the height of the bath results in a corresponding reduction in the residence time.
A cet égard, l'invention a également pour objet un procédé de fusion électrique de verre dans lequel l'énergie est dissipée par effet Joule dans la masse fondue à partir d'électrodes plongeantes, comprenant les étapes consistant à distribuer les matières constituant la composition à fondre en une couche à la surface du bain, immerger les électrodes à partir de la surface du bain à travers ladite couche de composition à fondre, alimenter les électrodes avec un courant électrique, les matières fondant et se combinant dans le bain pour former
le verre et soutirer le verre fondu avec un débit exprimé par la tirée spécifique T specIn this regard, the subject of the invention is also a process for the electrical melting of glass in which the energy is dissipated by the Joule effect in the molten mass from plunging electrodes, comprising the steps consisting in distributing the materials constituting the composition to melt in a layer on the surface of the bath, immerse the electrodes from the surface of the bath through said layer of composition to be melted, supply the electrodes with an electric current, the materials melting and combining in the bath to form the glass and withdraw the molten glass with a flow rate expressed by the specific draw T spec
, caractérisé en ce que le temps de séjour moyen (en jour) des matières dans le, characterized in that the average residence time (in days) of the materials in the
bain entre la couche de surface et la zone de soutirage est inférieur à 2bath between the surface layer and the racking area is less than 2
TspecTspec
, . 1,2 „ 0,8 avantageusement a , ou même a,. 1.2 „0.8 advantageously a, or even a
Tspec Tspec A titre indicatif, dans des conditions de fonctionnement préférées, le temps de séjour moyen des matières dans le bain entre la couche de surface et la zone de soutirage est inférieur ou égal à 0,7 jour, avantageusement à 0,5 jour, par exemple de l'ordre de 0,25 à 0,4 jour, pour une tirée spécifique de l'ordre de 3 t/m2/j. Le four selon l'invention se révèle particulièrement avantageux pour la production de verres « opaques » au rayonnement infrarouge, tels que par exemple les verres contenant une proportion d'oxyde de fer relativement élevée (par exemple de l'ordre d'au moins 0,60 % de Fe2O3, pouvant aller jusqu'à 10 - 12 % ou plus) dans lesquels le rayonnement se développe de façon limitée. D'ordinaire dans les fours de taille habituelle, la faible conductivité du rayonnement crée des différences de température marquées entre les zones du bain, avec notamment des zones relativement froides au fond du bain où le verre a tendance à dévitrifier. En raison de sa faible profondeur, le four selon l'invention permet l'établissement d'un gradient thermique évitant la création de ces zones froides et limitant les risques de dévitrification de ces verres particuliers.Tspec Tspec As an indication, under preferred operating conditions, the average residence time of the materials in the bath between the surface layer and the withdrawal zone is less than or equal to 0.7 days, advantageously 0.5 days, for example of the order of 0.25 to 0.4 days, for a specific pulling of the order of 3 t / m 2 / d. The oven according to the invention proves to be particularly advantageous for the production of “opaque” glasses with infrared radiation, such as for example glasses containing a relatively high proportion of iron oxide (for example of the order of at least 0 , 60% Fe 2 O 3 , up to 10 - 12% or more) in which the radiation develops in a limited way. Usually in conventional size ovens, the low conductivity of the radiation creates marked temperature differences between the zones of the bath, with in particular relatively cold zones at the bottom of the bath where the glass tends to devitrify. Because of its shallow depth, the oven according to the invention allows the establishment of a thermal gradient avoiding the creation of these cold zones and limiting the risks of devitrification of these particular glasses.
La technique de fusion selon l'invention permet de produire, avec un appareillage moins coûteux et dans des conditions de fonctionnement plus économiques, du verre de bonne qualité utilisable pour de très nombreuses applications avec des résultats aussi satisfaisants que du verre élaboré dans des fours traditionnels. Par exemple, le verre fondu suivant l'invention peut être transformé en laine de verre, en particulier pour la réalisation de produits isolants, de qualité équivalentes aux laines existantes.The melting technique according to the invention makes it possible to produce, with less expensive apparatus and under more economical operating conditions, good quality glass usable for very numerous applications with results as satisfactory as glass produced in traditional ovens. . For example, the molten glass according to the invention can be transformed into glass wool, in particular for the production of insulating products, of quality equivalent to existing wools.
En conséquence, l'invention a également pour objet une installation de fabrication de laine de verre comprenant un four de fusion de verre, un dispositif de fibrage et des moyens pour alimenter le dispositif de fibrage avec du verre
fondu produit dans ledit four, caractérisée en ce que le four est un four à électrodes plongeantes de faible profondeur tel que décrit précédemment.Consequently, the invention also relates to an installation for manufacturing glass wool comprising a glass melting furnace, a fiberizing device and means for supplying the fiberizing device with glass. melt produced in said furnace, characterized in that the furnace is a furnace with plunging electrodes of shallow depth as described above.
D'autres applications envisageables sont notamment la fabrication de fibres de renforcement ou de substrats en verre de formes diverses. Pour des applications où l'on requiert un verre de très haute qualité, il est possible de coupler le four selon l'invention avec un dispositif complémentaire qui va réaliser une réhomogénéisation et/ou un affinage au dernier moment avant la transformation du verre fondu. Une telle installation peut être avantageuse par rapport à une installation comportant un four très profond calculé pour produire directement en sortie de four le verre avec le degré d'homogénéisation et d'affinage très élevé souhaité : en plaçant ainsi un tel dispositif complémentaire juste en amont du dispositif final de transformation, on peut rattraper les éventuels défauts (inclusion de bulles gazeuses) susceptibles d'apparaître au sein du verre fondu au cours de son acheminement depuis le four vers le stade final de transformation. L'utilisation de deux dispositifs distincts au lieu d'un four unique très performant reste en général économiquement avantageuse en raison du gain substantiel réalisé sur le coût de construction du four.Other possible applications are in particular the manufacture of reinforcing fibers or glass substrates of various shapes. For applications where very high quality glass is required, it is possible to couple the furnace according to the invention with an additional device which will carry out rehomogenization and / or refining at the last moment before the processing of the molten glass. Such an installation can be advantageous compared to an installation comprising a very deep oven calculated to produce glass directly from the oven with the very high degree of homogenization and refining desired: thus placing such a complementary device just upstream of the final processing device, it is possible to make up for any defects (inclusion of gas bubbles) which may appear within the molten glass during its transportation from the oven to the final processing stage. The use of two separate devices instead of a single high-performance oven generally remains economically advantageous because of the substantial gain made on the cost of building the oven.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, sur lesquels :Other advantages and features of the invention will emerge from the detailed description which follows, given with reference to the appended drawings, in which:
- La figure 1 : représente de façon schématique une installation de fabrication de laine de verre utilisant un four électrique selon l'invention ;- Figure 1: shows schematically an installation for manufacturing glass wool using an electric oven according to the invention;
- La figure 2 : représente une vue schématique en coupe longitudinale selon l'axe ll-ll du four de la figure 1 ; - La figure 3 : représente une vue schématique en coupe longitudinale selon l'axe Ill-lll du four de la figure 1 ;- Figure 2: shows a schematic view in longitudinal section along the axis ll-ll of the oven of Figure 1; - Figure 3: shows a schematic view in longitudinal section along the axis III-III of the oven of Figure 1;
- La figure 4 : représente une vue latérale et en coupe partielle d'une électrode en forme de plaque utilisable dans un four selon l'invention ;- Figure 4: shows a side view in partial section of a plate-shaped electrode usable in an oven according to the invention;
- La figure 5 : représente une autre vue latérale de l'électrode de la figure 4- Figure 5: shows another side view of the electrode of Figure 4
- La figure 6 : représente une vue latérale et en coupe partielle d'une électrode constituée d'un assemblage de plaques utilisable dans un four selon l'invention ;
- La figure 7 : représente une vue en élévation de l'assemblage de plaques représenté à la figure 6.- Figure 6: shows a side view in partial section of an electrode consisting of an assembly of plates usable in an oven according to the invention; - Figure 7: shows an elevational view of the plate assembly shown in Figure 6.
On notera que les figures sont des représentations schématiques sur lesquelles n'apparaissent pas tous les détails de réalisation à la portée de l'homme du métier et sur lesquelles l'échelle n'est pas nécessairement respectée, à moins qu'il n'en soit spécifié autrement par la suite.Note that the figures are schematic representations on which do not appear all the details of realization within the reach of the skilled person and on which the scale is not necessarily respected, unless he does be specified otherwise later.
L'installation représentée sur la figure 1 est destinée à produire de la laine de verre pour la réalisation de matériaux d'isolation thermique. Elle comprend essentiellement un four 1 de fusion de verre alimenté en mélange de matières vitrifiables par un système d'alimentation 2, un canal 3 de transport du verre fondu élaboré dans le four 1 et une machine de fibrage 4 alimentée en verre fondu par le canal 3. Dans la machine de fibrage, le verre fondu tombe dans une assiette de fibrage 5 dont la paroi latérale est percée d'une multitude d'orifices, mue en rotation autour d'un axe vertical 6, de façon à éjecter de façon centrifuge le verre fondu à travers lesdits orifices sous forme de filaments de verre 7 solidifiant par refroidissement.The installation shown in Figure 1 is intended to produce glass wool for the production of thermal insulation materials. It essentially comprises a glass melting furnace 1 supplied with a mixture of vitrifiable materials by a supply system 2, a channel 3 for transporting the molten glass produced in the furnace 1 and a fiberizing machine 4 supplied with molten glass by the channel 3. In the fiberizing machine, the molten glass falls into a fiberizing plate 5, the side wall of which is pierced with a multitude of orifices, rotated around a vertical axis 6, so as to eject centrifugally the glass melted through said orifices in the form of glass filaments 7 solidifying by cooling.
La constitution du four 1 apparaît en détail sur les deux vues en coupe des figures 2 et 3. Le four comporte une cuve 8 en matériau réfractaire constituée par une sole 9 et des parois verticales 10, et surmontée d'une voûte 11. La cuve représentée a une sole 9 horizontale. La cuve 8 du four selon l'invention peut revêtir toutes les formes générales traditionnelles, mais se distingue des fours traditionnels par la faible hauteur des parois 10. A titre d'exemple la cuve représentée a une surface d'environ 10 m2 pour une hauteur de 0,4 m.The constitution of the furnace 1 appears in detail in the two sectional views of FIGS. 2 and 3. The furnace comprises a tank 8 made of refractory material constituted by a hearth 9 and vertical walls 10, and surmounted by a vault 11. The tank shown has a horizontal sole 9. The tank 8 of the oven according to the invention can take any traditional general shape, but is distinguished from traditional ovens by the low height of the walls 10. By way of example, the tank shown has an area of approximately 10 m 2 for a 0.4 m high.
Comme représenté sur la figure 2, la cuve 8 contient une masse de verre fondue 12 constituant le bain de fusion, recouvert d'une couche 13 de matières premières solides distribuées en continu par le système d'alimentation 2. Cette couche aussi uniforme que possible peut être plus ou moins épaisse selon le régime de fonctionnement. En régime, on maintient de préférence une épaisseur d'au moins 100 mm pour isoler thermiquement le bain en fusion de l'atmosphère. De préférence, cette épaisseur ne devrait pas dépasser environ 300 mm car cela n'apporte pas d'avantage pour la fusion et surchargerait donc inutilement la surface du bain.
La hauteur h du bain est calculée en mesurant la différence entre le niveau de verre libre dans le canal de transport 3 et le niveau de la sole 9. Dans le mode représenté, elle est d'environ 300 mm ; le rapport h/S est donc de 0,03 (en m/m2).As shown in FIG. 2, the tank 8 contains a mass of molten glass 12 constituting the melt, covered with a layer 13 of solid raw materials distributed continuously by the supply system 2. This layer as uniform as possible may be more or less thick depending on the operating regime. In operation, a thickness of at least 100 mm is preferably maintained to thermally isolate the molten bath from the atmosphere. Preferably, this thickness should not exceed approximately 300 mm since this does not provide any advantage for the melting and would therefore unnecessarily overload the surface of the bath. The height h of the bath is calculated by measuring the difference between the level of free glass in the transport channel 3 and the level of the floor 9. In the mode shown, it is approximately 300 mm; the h / S ratio is therefore 0.03 (in m / m 2 ).
Dans le mode représenté, le matériau fondu est évacué par une gorge 14 située sur un côté de la cuve 8 et au même niveau que la sole 9, cette gorge communiquant avec le canal 3.In the mode shown, the molten material is discharged through a groove 14 located on one side of the tank 8 and at the same level as the floor 9, this groove communicating with the channel 3.
Des électrodes de fusion 15, au nombre de six dans cet exemple, sont disposées dans la partie supérieure du four, portées par des supports 16 de type traditionnel. Leur disposition, du type décrit dans EP-A-0 140 745, est plus particulièrement adaptée à une alimentation en courant triphasé, la distribution des phases (R, S, T) étant telle qu'indiquée sur la figure 3. Cette disposition permet un bon équilibrage des phases. Tout autre mode d'alimentation habituel est toutefois envisageable dans le cadre de l'invention.Fusion electrodes 15, six in number in this example, are arranged in the upper part of the oven, carried by supports 16 of the traditional type. Their arrangement, of the type described in EP-A-0 140 745, is more particularly suitable for a three-phase current supply, the distribution of the phases (R, S, T) being as indicated in FIG. 3. This arrangement allows good phase balancing. Any other usual feeding method can however be envisaged in the context of the invention.
Les électrodes 15 traversent la couche superficielle de matières premières et pénètrent dans le bain fondu. On préfère une profondeur d'immersion la plus faible possible, sous réserve d'offrir la surface d'échange nécessaire. En pratique, une profondeur d'immersion inférieure aux 2/3 de la hauteur du bain et même de préférence à la moitié de cette hauteur sera généralement avantageuse.The electrodes 15 pass through the surface layer of raw materials and enter the molten bath. The lowest possible immersion depth is preferred, provided that the necessary exchange surface is provided. In practice, an immersion depth less than 2/3 the height of the bath and even preferably half this height will generally be advantageous.
Dans le mode de réalisation représenté, les électrodes sont de forme cylindrique, courtes mais de diamètre relativement élevé pour offrir une surface d'échange importante. Avec un diamètre de 200 mm environ et une longueur utile I de 150 mm environ, la surface latérale d'échange Sé, est d'environ 0,095 m2 par électrode et le rapport Sé, / I vaut 0,63. En fonctionnement, les électrodes sont immergées sur toute leur longueur utile 150 mm, soit la moitié de la hauteur du bain, la surface d'échange par unité de volume de bain étant donc de 0,190 m2 par m3 de bain.In the embodiment shown, the electrodes are cylindrical in shape, short but of relatively large diameter to provide a large exchange surface. With a diameter of approximately 200 mm and a useful length I of approximately 150 mm, the lateral exchange surface S é , is approximately 0.095 m 2 per electrode and the ratio S é , / I is 0.63. In operation, the electrodes are immersed over their entire useful length 150 mm, that is to say half the height of the bath, the exchange surface per unit volume of bath therefore being 0.190 m 2 per m 3 of bath.
En général, ce four peut être alimenté avec une densité de courant sur l'électrode de l'ordre de 1 à 3 A/cm2.In general, this oven can be supplied with a current density on the electrode of the order of 1 to 3 A / cm 2 .
Dans un exemple particulier de fonctionnement, le four alimenté avec une densité de courant de 2 à 2,5 A/cm2, permet de produire du verre avec une tirée spécifique de l'ordre de 3 t/j/m2, soit une tirée totale de 30 t/j : avec un verre dont la masse volumique est de 2,4 t/m3, le volume de verre produit est de 12,5 m3 par jour. Sachant que le volume du bain est de 3 m3, le temps de séjour des matières
dans le bain est d'environ 0,25 jour avec une température de sole dans la gamme habituelle.In a particular example of operation, the furnace supplied with a current density of 2 to 2.5 A / cm 2 , makes it possible to produce glass with a specific draw on the order of 3 t / d / m 2 , i.e. total drawdown of 30 t / d: with a glass whose density is 2.4 t / m 3 , the volume of glass produced is 12.5 m 3 per day. Knowing that the volume of the bath is 3 m 3 , the residence time of the materials in the bath is about 0.25 day with a floor temperature in the usual range.
Pour comparaison, par rapport à un four à électrodes plongeantes standard comportant une cuve profonde renfermant un bain de verre de 1 m de haut, le four selon l'invention présente un coût de construction réduit d'environ 40 % correspondant à la réduction de la hauteur des parois latérales. Par ailleurs, en fonctionnement dans les mêmes conditions de production (même tirée spécifique), la répartition avantageuse de l'énergie dans le bain selon l'invention permet de réduire la consommation énergétique de 5 % environ. Les figures 4 et 5 représentent une électrode 19 en forme de plaque utilisable dans le four 1 à la place d'au moins une des électrodes cylindriques 15.For comparison, compared to a standard plunging electrode oven comprising a deep tank containing a glass bath 1 m high, the oven according to the invention has a reduced construction cost of approximately 40% corresponding to the reduction in the height of the side walls. Furthermore, in operation under the same production conditions (same specific draw), the advantageous distribution of the energy in the bath according to the invention makes it possible to reduce the energy consumption by approximately 5%. FIGS. 4 and 5 represent an electrode 19 in the form of a plate usable in the furnace 1 in place of at least one of the cylindrical electrodes 15.
L'électrode proprement dite est constituée par une plaque 20 rectangulaire en molybdène reliée à une allonge 21 en acier par vissage. La plaque 20 est pourvue d'un taraudage 22 pratiqué dans l'épaisseur de la plaque au milieu du côté de plus grande dimension (longueur). L'allonge 22 est pourvue d'une extrémité filetée correspondante 23.The actual electrode consists of a rectangular molybdenum plate 20 connected to a steel extension 21 by screwing. The plate 20 is provided with a thread 22 formed in the thickness of the plate in the middle of the side of greatest dimension (length). The extension 22 is provided with a corresponding threaded end 23.
L'allonge 21 est le moyen de liaison entre l'électrode et le bras support de l'ensemble : elle a pour fonction de supporter l'électrode et d'amener le courant électrique jusqu'à l'électrode. En fonctionnement, elle traverse la couche 13 de matières premières surmontant le bain, la portion inférieure avec le filetage 23 inséré dans la plaque 20 se trouvant approximativement à un niveau correspondant à la moitié de l'épaisseur de la couche superficielle 13.The extension 21 is the connection means between the electrode and the support arm of the assembly: its function is to support the electrode and to bring the electric current to the electrode. In operation, it passes through the layer 13 of raw materials surmounting the bath, the lower portion with the thread 23 inserted in the plate 20 being approximately at a level corresponding to half the thickness of the surface layer 13.
Pour éviter la fusion de la fixation entre l'électrode et l'allonge en acier, et pour éviter l'usure du molybdène dans la zone de fixation en partie supérieure de la plaque 20, on a disposé en outre un système de refroidissement 24 du type « water-jacket » intégré dans l'allonge 21.To avoid melting of the fixing between the electrode and the steel extension, and to avoid wear of the molybdenum in the fixing zone in the upper part of the plate 20, a cooling system 24 of the "water-jacket" type integrated in the extension 21.
Ce système comprend un circuit 25 de circulation d'eau de refroidissement à l'intérieur de l'allonge entre un orifice d'entrée 26 et un orifice de sortie 27.This system comprises a circuit 25 for circulating cooling water inside the extension between an inlet orifice 26 and an outlet orifice 27.
L'allonge 21 munie du système de refroidissement 24 est équipée d'une plaque 28 de raccordement à un élément (bras) support non représenté pénétrant à travers les parois latérales du four.
A titre d'exemple, une électrode plaque 19 fonctionnellement équivalente à l'électrode cylindrique 15 décrite précédemment a une longueur de 300 mm, une hauteur de 150 mm et une épaisseur de 45 mm.The extension 21 provided with the cooling system 24 is equipped with a plate 28 for connection to a support element (arm) not shown penetrating through the side walls of the oven. As an example, a plate electrode 19 functionally equivalent to the cylindrical electrode 15 described above has a length of 300 mm, a height of 150 mm and a thickness of 45 mm.
Le diamètre du taraudage 22 devrait de préférence être le plus grand possible pour avoir une fixation de l'électrode la plus solide possible. Il en résulte en outre un meilleur refroidissement de toute la zone d'électrode supportée puisque l'extrémité filetée 23 de l'allonge 21 renfermant l'extrémité du système de refroidissement 24 apporte un débit d'eau plus élevé.The diameter of the tapping 22 should preferably be as large as possible in order to have the strongest possible attachment of the electrode. This furthermore results in better cooling of the entire supported electrode area since the threaded end 23 of the extension 21 enclosing the end of the cooling system 24 provides a higher water flow rate.
Dans ces circonstances, il est préférable que l'épaulement 29 sur l'allonge 21 soit tel qu'il déborde au-delà de l'épaisseur de plaque 20. En effet, c'est sur cette surface de contact frontal que se fait le contact électrique alimentant l'électrode. Il est donc avantageux que cette surface de contact soit la plus grande possible pour éviter des densités de courant trop importantes sur cette surface de connexion de l'électrode. Avec les dimensions indiquées plus haut, la surface latérale de la plaqueUnder these circumstances, it is preferable that the shoulder 29 on the extension 21 is such that it projects beyond the thickness of the plate 20. In fact, it is on this front contact surface that the electrical contact supplying the electrode. It is therefore advantageous for this contact surface to be as large as possible in order to avoid excessive current densities on this connection surface of the electrode. With the dimensions indicated above, the lateral surface of the plate
20 est de 0,103 m2 par électrode, ce qui est très proche de la surface latérale Se, de l'électrode 15.20 is 0.103 m 2 per electrode, which is very close to the lateral surface S e , of the electrode 15.
En revanche, le poids de la plaque 20 n'est que de 21 kg environ au lieu deOn the other hand, the weight of the plate 20 is only about 21 kg instead of
50 kg environ pour le barreau cylindrique 15. Pour une même capacité d'apport de courant, l'électrode plaque 19 est plus de 2 fois moins lourde que l'électrode cylindrique 15.50 kg approximately for the cylindrical bar 15. For the same current supply capacity, the plate electrode 19 is more than twice as heavy as the cylindrical electrode 15.
La réduction du poids de l'électrode conduit à une diminution du bras de levier sur le support de l'électrode et permet donc une simplification de la construction du four. Cette électrode 19 a été testée dans les mêmes conditions de fonctionnement que celles décrites précédemment avec l'électrode 15 avec une densité de courant à l'électrode d'environ 2 A/cm2.The reduction in the weight of the electrode leads to a reduction in the lever arm on the electrode support and therefore allows a simplification of the construction of the oven. This electrode 19 was tested under the same operating conditions as those described above with the electrode 15 with a current density at the electrode of approximately 2 A / cm 2 .
Dans ces conditions, la fusion présente les mêmes qualités avec les deux types d'électrodes. Alors que l'électrode cylindrique 15 s'use avec une perte de 3,1 grammes de molybdène par tonne de verre produite, l'électrode 19 s'use avec une perte de 2,9 grammes de molybdène par tonne de verre produite. Grâce au refroidissement de l'extrémité filetée de l'allonge 21 , l'usure de la plaque se fait à partir des faces rectangulaires externes sans préjudice du contact électrique.
L'épaisseur de 45 mm de la plaque 20 suffit pour assurer une longévité satisfaisante de l'électrode. Cela pourrait s'expliquer notamment par le fait que, à perte de masse égale, la surface d'une plaque diminuerait moins vite que la surface d'un cylindre. Les figures 6 et 7 représentent une électrode 30 creuse à section carrée, constituée de l'assemblage de quatre plaques 31 , 32, 33, 34 en molybdène fixées à une plaque support 35 en molybdène par des vis 36 également en molybdène.Under these conditions, the fusion has the same qualities with the two types of electrodes. While the cylindrical electrode 15 wears with a loss of 3.1 grams of molybdenum per tonne of glass produced, the electrode 19 wears with a loss of 2.9 grams of molybdenum per tonne of glass produced. Thanks to the cooling of the threaded end of the extension 21, the wear of the plate takes place from the external rectangular faces without prejudice to the electrical contact. The thickness of 45 mm of the plate 20 is sufficient to ensure satisfactory longevity of the electrode. This could be explained in particular by the fact that, with equal loss of mass, the surface of a plate would decrease less quickly than the surface of a cylinder. Figures 6 and 7 show a hollow electrode 30 with square section, consisting of the assembly of four plates 31, 32, 33, 34 of molybdenum fixed to a support plate 35 of molybdenum by screws 36 also of molybdenum.
La plaque support 35 est pourvue d'un taraudage 37 permettant de fixer l'électrode sur une allonge non représentée, qui peut être de structure analogue à l'allonge 21 munie d'un système de refroidissement.The support plate 35 is provided with a thread 37 making it possible to fix the electrode on an extension not shown, which may be of structure similar to the extension 21 provided with a cooling system.
Par rapport à l'électrode plaque 19 des figures 4 et 5, l'électrode carrée 30 permet la diffusion de courant électrique dans quatre directions perpendiculaires au lieu de deux directions opposées.Compared to the plate electrode 19 of Figures 4 and 5, the square electrode 30 allows the diffusion of electric current in four perpendicular directions instead of two opposite directions.
Dans un exemple particulier, les dimensions des plaques 31 , 32, 33 et 34 sont telles que chaque face de l'électrode mesure 160 mm de large sur 150 mm de haut, ce qui donne une surface latérale totale d'échange de 0,096 m2, c'est-à- dire de l'ordre de celle de l'électrode 15.In a particular example, the dimensions of the plates 31, 32, 33 and 34 are such that each face of the electrode measures 160 mm wide by 150 mm high, which gives a total lateral exchange surface of 0.096 m 2 , that is to say of the order of that of electrode 15.
Avec un poids total de 32 kg, l'électrode 30 est également deux fois plus efficace que l'électrode cylindrique 15. Les électrodes 19 et 30 peuvent être munies de moyens pour régler leur orientation, notamment par pivotement autour d'un axe vertical ou d'un axe horizontal, pour ajuster la répartition des lignes de courant dans le bain fondu.With a total weight of 32 kg, the electrode 30 is also twice as efficient as the cylindrical electrode 15. The electrodes 19 and 30 can be provided with means for adjusting their orientation, in particular by pivoting about a vertical axis or a horizontal axis, to adjust the distribution of the current lines in the molten bath.
Ces moyens peuvent notamment être portés par l'allonge 21 ou bien par l'élément porteur auquel est suspendue l'allonge. Sur les figures 4 et 5, l'électrode 19 comporte de tels moyens d'orientation autour d'un axe vertical, sous la forme du raccord-union 40 entre l'allonge 21 et le support 28.These means can in particular be carried by the extension 21 or else by the carrier element from which the extension is suspended. In FIGS. 4 and 5, the electrode 19 includes such means of orientation around a vertical axis, in the form of the union fitting 40 between the extension 21 and the support 28.
Le verre élaboré dans le four 1 , une fois conduit à la machine de fibrage 4, est transformé en laine de verre avec une proportion d'infibrés aussi faible qu'avec les verres issus de fours traditionnels.The glass produced in the oven 1, once led to the fiberizing machine 4, is transformed into glass wool with a proportion of fiber-like materials as low as with the glasses obtained from traditional ovens.
L'étape de transport du verre fondu vers le dispositif de transformation peut avantageusement être mise à profit pour homogénéiser et affiner le verre. Toutefois, même si les conditions d'acheminement n'étaient pas optimales ou si le
verre élaboré dans le four 1 n'était pas suffisamment homogène ou affiné en raison de variations incontrôlées des paramètres de production, il a été observé que le produit fibre présente néanmoins des qualités satisfaisantes.The step of transporting the molten glass to the processing device can advantageously be used to homogenize and refine the glass. However, even if the routing conditions were not optimal or if the glass produced in oven 1 was not sufficiently homogeneous or refined due to uncontrolled variations in production parameters, it was observed that the fiber product nevertheless exhibits satisfactory qualities.
L'association du four selon l'invention avec un dispositif de transformation tel qu'une machine de fibrage à centrifugafion interne se révèle particulièrement avantageuse vraisemblablement parce que la force centrifuge appliquée au verre fondu au sein de la machine de fibrage, confère au verre un degré d'homogénéité supérieur, cette homogénéisation ultime améliorant l'aptitude du verre a être transformé en laine. Les fours de très faible hauteur selon l'invention, notamment dans lesquels la hauteur h de verre fondu peut aller de 20 à 300 ou 400 mm, de préférence de 200 à 300 ou 400 mm, trouvent donc une application particulièrement avantageuse dans ce type d'installation, dont ils réduisent considérablement les coûts (investissement et fonctionnement). L'invention, qui vient d'être décrite dans le cadre d'une installation de fabrication de matériaux d'isolation à base de laine de verre, n'est nullement limitée à ce mode de réalisation particulier, et d'autres produits verriers peuvent être fabriqués en utilisant le dispositif de fusion selon l'invention, couplé avec les moyens de transformation appropriés.
The association of the furnace according to the invention with a processing device such as a fiber-drawing machine with internal centrifugation appears to be particularly advantageous probably because the centrifugal force applied to the molten glass within the fiber-drawing machine, gives the glass a higher degree of homogeneity, this ultimate homogenization improving the ability of glass to be transformed into wool. Very low height furnaces according to the invention, in particular in which the height h of molten glass can range from 20 to 300 or 400 mm, preferably from 200 to 300 or 400 mm, therefore find a particularly advantageous application in this type of installation, which they considerably reduce costs (investment and operation). The invention, which has just been described in the context of an installation for manufacturing insulation materials based on glass wool, is in no way limited to this particular embodiment, and other glass products can be manufactured using the fusion device according to the invention, coupled with the appropriate processing means.
Claims
1. Four pour la préparation de verre par fusion électrique dans lequel l'énergie de fusion est dissipée par effet Joule dans la masse fondue, comprenant des moyens d'alimentation en matières vitrifiables déposant lesdites matières en couche à la surface d'un bain de verre fondu et des électrodes de fusion plongeantes immergées à partir de la surface du bain à travers la couche de composition à fondre recouvrant le bain en fusion, caractérisé en ce que la hauteur h du bain fondu est inférieure à 800 mm et le rapport de la hauteur h à la surface S du bain est inférieur à 0,5 m/m2. 1. Furnace for the preparation of glass by electric melting in which the fusion energy is dissipated by the Joule effect in the melt, comprising means for supplying vitrifiable materials depositing said materials in layer on the surface of a molten glass and submerged melting electrodes immersed from the surface of the bath through the layer of melting composition covering the molten bath, characterized in that the height h of the molten bath is less than 800 mm and the ratio of the height h at the surface S of the bath is less than 0.5 m / m 2 .
2. Four selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le rapport h/S est inférieur ou égal à 0,05, notamment à 0,03.2. Oven according to claim 1, characterized in that the h / S ratio is less than or equal to 0.05, in particular 0.03.
3. Four pour la préparation de verre par fusion électrique dans lequel l'énergie de fusion est dissipée par effet Joule dans la masse fondue, comprenant des moyens d'alimentation en matières vitrifiables déposant lesdites matières en couche à la surface d'un bain de verre fondu et des électrodes de fusion plongeantes immergées à partir de la surface du bain à travers la couche de composition à fondre recouvrant le bain en fusion, caractérisé en ce que la hauteur h du bain fondu est inférieure à 800 mm et la surface d'électrode immergée par unité de volume de bain est supérieure à 0,075 , avantageusement à 0,1 , notamment à 0,15.3. Furnace for the preparation of glass by electric melting in which the fusion energy is dissipated by the Joule effect in the melt, comprising means for supplying vitrifiable materials depositing said materials in layer on the surface of a molten glass and submerged melting electrodes immersed from the surface of the bath through the layer of melting composition covering the molten bath, characterized in that the height h of the molten bath is less than 800 mm and the surface of immersed electrode per unit of bath volume is greater than 0.075, advantageously 0.1, in particular 0.15.
4. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur h du bain est inférieure à 500 mm, notamment inférieure ou égale à 450 mm, en particulier de l'ordre de 200 à 400 mm.4. Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that the height h of the bath is less than 500 mm, in particular less than or equal to 450 mm, in particular of the order of 200 to 400 mm.
5. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes sont immergées dans le bain sur une hauteur inférieure ou égale aux deux tiers, avantageusement à la moitié de la hauteur h du bain.5. Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrodes are immersed in the bath over a height less than or equal to two thirds, advantageously half the height h of the bath.
6. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes ont une forme telle que leur surface latérale Sé, et leur longueur utile I sont dans un rapport Sé, / I supérieur ou égal à 0,45, avantageusement à 0,6.
6. Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrodes have a shape such that their lateral surface S é , and their useful length I are in a ratio S é , / I greater than or equal to 0.45 , advantageously at 0.6.
7. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins une électrode (19, 30) comprend au moins un élément conducteur sensiblement plan (20 ; 31 , 32, 33, 34).7. Oven according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one electrode (19, 30) comprises at least one substantially planar conducting element (20; 31, 32, 33, 34).
8. Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'électrode (19) a la forme d'une plaque (20) ou comprend plusieurs plaques (31 , 32, 33, 34) associées entre elles.8. Oven according to claim 7, characterized in that the electrode (19) has the form of a plate (20) or comprises several plates (31, 32, 33, 34) associated with each other.
9. Four selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'électrode comprend au moins une plaque, notamment rectangulaire (20), ayant son côté de plus grande dimension disposé sensiblement horizontalement. 9. Oven according to claim 7 or 8, characterized in that the electrode comprises at least one plate, in particular rectangular (20), having its larger side disposed substantially horizontally.
10. Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que au moins une électrode (19, 30) est munie de moyens pour régler l'orientation des surfaces d'échange électrique, notamment par pivotement autour d'au moins un axe.10. Oven according to any one of claims 7 to 9, characterized in that at least one electrode (19, 30) is provided with means for adjusting the orientation of the electrical exchange surfaces, in particular by pivoting around at minus one axis.
11. Procédé de fusion électrique de verre dans lequel l'énergie est dissipée par effet Joule dans la masse fondue à partir d'électrodes plongeantes, comprenant les étapes consistant à distribuer les matières constituant la composition à fondre en une couche à la surface du bain, immerger les électrodes à partir de la surface du bain à travers ladite couche de composition à fondre, alimenter les électrodes avec un courant électrique, les matières fondant et se combinant dans le bain pour former le verre et soutirer le verre fondu avec un débit exprimé par la tirée spécifique Tspec , caractérisé en ce que le temps de séjour moyen des matières dans le bain entre la couche de surface et la zone de11. An electrical glass melting process in which the energy is dissipated by the Joule effect in the melt from plunging electrodes, comprising the steps consisting in distributing the materials constituting the composition to be melted into a layer on the surface of the bath , immerse the electrodes from the surface of the bath through said layer of composition to be melted, supply the electrodes with an electric current, the materials melting and combining in the bath to form the glass and withdrawing the molten glass with an expressed flow rate by the specific draw T spec , characterized in that the average residence time of the materials in the bath between the surface layer and the zone of
soutirage est inférieur à , avantageusement à — - — , ou même àracking is less than, advantageously - - -, or even less
Tspec Tspec TspecTspec Tspec Tspec
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le temps de séjour moyen des matières dans le bain entre la couche de surface et la zone de soutirage est inférieur ou égal à 0,7 jour, avantageusement à 0,5 jour, pour une tirée spécifique de l'ordre de 3 t/m2/j.12. Method according to claim 11, characterized in that the average residence time of the materials in the bath between the surface layer and the withdrawal zone is less than or equal to 0.7 days, advantageously 0.5 days, for a specific draw of around 3 t / m 2 / d.
13. Installation de fabrication de laine de verre comprenant un four de fusion de verre, un dispositif de fibrage et des moyens pour alimenter le dispositif de fibrage avec du verre fondu produit dans ledit four, caractérisée en ce que le four est un four selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
13. Installation for manufacturing glass wool comprising a glass melting furnace, a fiberizing device and means for supplying the fiberizing device with molten glass produced in said oven, characterized in that the oven is an oven according to l any of claims 1 to 10.
14. Installation selon la revendication 13 , caractérisé en ce que le dispositif de fibrage est du type à centrifugafion interne.
14. Installation according to claim 13, characterized in that the fiberizing device is of the internal centrifugation type.
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