EP1007483A1 - Four de fusion, notamment a verre, et son utilisation - Google Patents

Four de fusion, notamment a verre, et son utilisation

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Publication number
EP1007483A1
EP1007483A1 EP99920884A EP99920884A EP1007483A1 EP 1007483 A1 EP1007483 A1 EP 1007483A1 EP 99920884 A EP99920884 A EP 99920884A EP 99920884 A EP99920884 A EP 99920884A EP 1007483 A1 EP1007483 A1 EP 1007483A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shot
layer
glass
oven
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99920884A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Tanguy Massart
Stéphane Maugendre
Dominica Lizarazu
Didier Jacques
Alain Arnaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Isover SA France
Original Assignee
Saint Gobain Isover SA France
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Isover SA France filed Critical Saint Gobain Isover SA France
Publication of EP1007483A1 publication Critical patent/EP1007483A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42—Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43—Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the present invention relates to techniques for melting thermoplastic materials with a high melting point, such as glass. It relates more particularly to an oven intended for melting such materials, and its use. Such a furnace for melting materials such as glass must be designed so that its walls suitably insulate the molten bath from the outside so as to guarantee good thermal efficiency, avoiding any migration of the molten glass towards the outside.
  • a typical furnace wall construction provides, on the outside a sufficient thickness of insulating material, and on the inside, surfaces of refractory material resistant to corrosion by glass.
  • refractory materials are installed in the furnace in the form of slabs or blocks, placed one next to the other, between which it is necessary to make watertight seals to prevent the penetration of glass.
  • the slabs of refractory material which have a high thermal conductivity rest on blocks of insulating material by means of an unshaped layer which provides a base having a perfectly horizontal level. It is generally a concrete based on a hydraulic binder.
  • the temperature profile in the operating oven is such that the temperature below the refractory is close to the crystallization temperature of the glass, or at least is such that the viscosity of the glass becomes very high, so that if the glass crosses the refractory thickness, it freezes or crystallizes (devit ⁇ fication) at the top d e the insulator and its migration is then stopped
  • Such a passage through glass can happen in particular when a block of refractory cracks under the effect of thermal expansion constraints, or when a joint between two blocks has been poorly closed. This can also occur when the glass introduced into the solid state in the oven contains residue metallic. In fact, the corrosion of refractory materials is accelerated when a drop of molten metal is present at the interface between the refractory and the glass, and veins can form through which the glass quickly penetrates towards the insulating material.
  • the object of the invention is to reduce these risks, and to provide oven walls having improved glass sealing, in particular when metal residues are introduced into the glass bath.
  • shot of refractory material is meant in the present application, in the usual way, a refractory material in particulate or granular form which can be obtained in particular by grinding or crushing.
  • the subject of the invention is an oven for melting a material with a high melting point, such as glass, this oven comprising a hearth and side walls delimiting a bath of molten material, and being characterized in that at least part of the surface of the hearth, and possibly of the side walls which is in contact with the molten material is initially constituted by at least one layer comprising shot of refractory material
  • a wall surface made from a particulate material such as refractory shot has an improved glass seal compared to a surface made up of the juxtaposition of preformed articles such as slabs.
  • this expression generally designates any fusible mineral material, natural or artificial, in particular glass but also rock.
  • the refractory material may advantageously be of any type resistant to corrosion by glass (the degree of resistance may be higher or lower), in particular of the type based on chromium oxide or based on zirconium oxide. , silicon and / or aluminum (AZS type).
  • the shot usable according to the invention can be derived from refractory recovered material.
  • the particle size of the shot is variable and may advantageously be less than 50 mm, for example of the order of 1 mm to 50 mm. Particles greater than 50 mm may nevertheless also be useful.
  • These particle sizes are understood as the smallest mesh size of a sieve allowing the sieving of the particulate material.
  • the surface in contact with the glass can consist essentially of shot.
  • the particle size thereof can be advantageously chosen, depending on the nature of the glass present in the bath, in particular its viscosity at the temperature of the wall and its surface tension, so that the shot is not or very little wettable by the glass of the bath and therefore that the progression of the glass in the interstices between the particles of shot is prevented.
  • a shot is all the more advantageous as it contains particles of fine particle size, since the layer thus formed is all the more compact.
  • the shot may advantageously comprise a mixture of particles of different particle sizes, suitable for obtaining maximum filling or compactness of the layer or optimized for forming a tight layer.
  • the layer or at least one of the layers of the surface in contact with the glass contains, in addition to the shot, a mineral binder compatible with the molten glass bath, which may be of the chemical or ceramic setting type, in particular a mineral binder formed from molten oxide (s) or vitreous material (s).
  • a mineral binder compatible with the molten glass bath which may be of the chemical or ceramic setting type, in particular a mineral binder formed from molten oxide (s) or vitreous material (s).
  • the interstices between the particles of shot are at least partially filled with said binder, to constitute a composite material.
  • the binder is preferably initially mixed with the shot in particulate form in at least one of said layers.
  • the composite material based on refractory shot and the binder is a fairly coherent material which does not allow or hardly allow the passage of a molten material such as glass between the particles of shot. It is also a material whose corrosion by glass is slow and which therefore has an improved lifespan.
  • the grain size of the shot is less critical in this embodiment because the particles are retained by the binder.
  • the use of relatively fine shot nevertheless remains advantageous because it makes it possible to create a compact layer with a high contact surface between the particles and the binder, making the composite layer a very tight barrier against glass and other residues which may be present. in the molten bath.
  • the surface of the sole (or at least a part) and possibly of the walls comprises only a single layer containing refractory shot.
  • the particle size of the latter is preferably less than 50 mm, in particular 30 mm, in particular 20 mm.
  • the shot may advantageously comprise a mixture of particles of different particle sizes, suitable for obtaining maximum filling or compactness of the layer or optimized for forming a tight layer.
  • the shot is not too fine so as to avoid any risk of entrainment of the shot in the molten glass bath as a result of significant stirring on the surface of the hearth and the walls. , a risk which would be detrimental to the quality of the molten glass.
  • a first layer comprising a first shot and, under said contact layer, at least one other layer called “lower” comprising another shot, the granulometry of the shot of the contact layer being greater than that of the shot or of the mixture of shots of the or each lower layer.
  • the shot of the contact layer is advantageously such that it cannot be entrained by the stirring of the bath and protects the lower layer from this stirring.
  • the layer in contact with the molten bath preferably comprises shot having a particle size greater than 10 mm, in particular of the order of 10 to 50 mm, in particular of the order of 20 to 50 mm, and the or each lower layer preferably comprises grain size shot less than 20 mm or 10 mm as appropriate, in particular of the order of 1 to 10 mm, very preferably less than 5 mm, where applicable a mixture of particle sizes.
  • the or at least one lower layer contains an inorganic binder as mentioned above, while the contact layer consists essentially of the relatively large shot.
  • a layer of the surface coating comprises a binder ensuring cohesion between the particles of shot
  • this binder can be formed from various mineral materials, in particular from oxides or from vitreous materials such as glass, possibly partially devitrified, or rock such as basalt
  • the glass can be identical to or different from the glass present in the bath. It can in particular be at least partly a recovery glass (cullet) or advantageously a dense glass absorbing radiation in the field. infrared
  • the binder can be advantageously chosen, in particular as a function of its viscosity at the temperature of the wall and of its surface tension, so as to be able to seal (seal) at least partially the interstitial spaces between the particles of shot
  • the binder can be chosen so that its density (in particular at the temperature of the hearth) is greater than the density of the glass present in the furnace. An effective physical separation is thus achieved between the binder glass and the molten glass produced in the oven
  • the binder can be chosen such that its viscosity is greater than the viscosity of the glass present in the oven.
  • the binder glass thus has a sufficiently high viscosity at the temperature of the sole to retain the particles of pellets well and the difference in viscosity avoids mixing of the binder with the molten glass produced in the oven.
  • the binder can be chosen so that its thermal conductivity is lower than that of the molten glass produced in the oven, thus ensuring a temperature under the layer. of fairly low shot, the kinetics of corrosion by the glass of the constituent materials of the furnace can be slowed down.
  • the mineral binder can be more or less chemically inert with respect to shot
  • the binder glass or other binder material
  • the binder reacts with the refractory material in shot, corroding the latter with a passage of oxide elements from the refractory material to the binder phase
  • This enrichment of the binder in elements refractory oxide generally has the effect of modifying the devit ⁇ fication and / or viscosity characteristics of the interstitial mineral binder
  • the cohesion of the layer thus formed is linked at least in part to the progressive modification of the chemical composition of the binder, which would lead to an increase in viscosity and / or devitrification of the latter at the temperature of the sole or the wall, preventing the glass of the molten bath from infiltrating between the refractory particles.
  • This enrichment of the interstitial glass (or other material) is generally all the more pronounced as the surface of exchange with the refractory material is high, that is to say that the granulometry of the shot is fine.
  • the refractory shot material is relatively resistant or insensitive to corrosive attack by the glass.
  • the refractory material is resistant to both binder glass and bath glass.
  • the refractory shot used for this contact layer contains chromium oxide, preferably at a rate of at least 10%, in particular at least 30% by weight, for example at least 60%.
  • a refractory material at least partially attackable by the interstitial binder very particularly a material containing alumina.
  • a refractory material at least partially attackable by the interstitial binder very particularly a material containing alumina.
  • the shot used for this layer can be advantageously chosen from AZS type materials. especially recycled, possibly with a limited amount of chromium oxide.
  • the composite layer can be produced in various ways: in particular, it is possible to spread a mixture of refractory shot and mineral material on the surface and to heat this mixture, for example when the oven is started, to form the composite, or else it is possible to arrange first a layer of shot then a layer of mineral material that is melted to impregnate the shot
  • the invention also relates to a process for manufacturing an oven, such as a glass oven, in which a bottom and side walls are produced intended to delimit a bath of molten material, characterized in that that it includes the steps of :
  • a mineral binder in the first step, can be applied in mixture with the shot of at least one layer, or in a layer surmounting a layer of shot.
  • another layer is applied to a layer comprising a binder. essentially comprising shot, with a grain size greater than that of the lower layer or layers
  • the second step allows the melting and / or thermal activation of the binder so that at least one composite layer is formed
  • the structure of the sole and / or of the walls can be adapted as required, in particular the layer or layers comprising shot (14, 16) can be applied to a base layer, shaped or not, made in particular of slabs or blocks refractory or insulating material
  • Shaped means a layer made of shaped articles which are installed in the furnace, as opposed to a layer obtained from a shapeless material deposited or spread in the furnace.
  • the layer or layers comprising refractory shot can be applied to slabs or blocks of refractory material usually used to produce the contact surface with the molten bath, the layer or layers comprising refractory shot can be applied in place of a traditional block or slab material, either on a layer of leveling concrete, or directly on the insulating blocks.
  • the layer or layers comprising shot can also be used on the interior walls of the furnace in well-defined zones, chosen in particular as a function of the temperature prevailing in the bath or above the bath in the zones considered, or as a function of the quality of the material in the molten bath in the areas considered.
  • This second embodiment may prove to be particularly advantageous, when the oven has a low bath height (in particular less than 800 mm, in particular 500 mm) because with a reasonable slope angle, the inclined wall does not occupy a very large bath volume.
  • the refractory shot-based composite can be used in all types of ovens, advantageously to constitute the entire surface of the hearth and possibly of the walls of the furnace. Its use can nevertheless vary depending on the type of oven.
  • the layer comprising shot can be used over the entire surface of the sole in an electric oven, in particular of the plunging electrode type, whereas it may only be used in the area of charging in a burner oven, in which the downstream area can use conventional slabs in contact with the molten material.
  • the hearth it is generally advantageous for the hearth to have a layer comprising refractory shot at least in an area of the furnace where the supply of material to be melted takes place.
  • the surface coating according to the invention is perfectly adapted to receive these residues. It can in particular to prevent the progression of these residues to the lower structural levels of the walls, such as insulation blocks.
  • the wall surface coating according to the invention has a remarkable advantage when the material to be melted contains metallic residues, in the sense that it withstands corrosion much better than a conventional contact refractory material. melted at a temperature close to its melting point.
  • the invention also relates to the use of an oven as described above for melting recovery glass containing metal residues.
  • the recovery glass can come from various sources, in particular from mirrors, heated glazing for motor vehicles, in particular rear glasses, or tinned or enamelled glass, in particular for automobile glazing, or also from recycled packaging.
  • the metals present in the form of metallic residues in these recovery glasses can be in particular silver, lead, copper, tin or others. It was surprising to note that, depending on the granulometry of the shot used (for a given mineral binder), the liquid metal resulting from the melting of the recovery glass could or not penetrate into the surface layer (s).
  • the critical size of the particles of shot depends on the nature of the metal in particular on its viscosity in the molten state at the temperature of the bottom, as well as of the interstitial mineral binder and of the molten glass in the bath.
  • the surface of an oven wall can be adapted to recover the metal separated from the glass by fusion, this surface being permeable to said metal.
  • the subject of the invention is also a process for the separation of metal present in recovery glass, this process comprising a step consisting in melting the recovery glass in an oven as described above, in which the shot included in the surface layer of the sole which is in contact with the glass has a particle size suitable for making said layer permeable to said metal.
  • a space for recovering the liquid metal flowing through said layer there can be provided, immediately under said layer, a space for recovering the liquid metal flowing through said layer.
  • a perforated element such as a grid can be placed in the upper part of this space, serving as a support for the contact layer.
  • the metal is then trapped at the border between the two shot-based layers and gradually stored during a campaign to use the furnace. After one or more campaigns of use, it suffices to deposit the surface coating of the sole, from which the recovered metal can be easily extracted.
  • FIG. 1 shows a schematic view in partial longitudinal section of an oven according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the silk of the oven of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a schematic view in longitudinal section of another oven according to the invention.
  • the oven 1 shown in Figure 1 consists essentially of a hearth 2, side walls 3 and a roof 4, defining a bath 5 of a molten material such as glass. It further comprises supply means 6. such as a conveyor, of material to be melted 7 and a channel 8 for flow of the molten material.
  • the means for melting the material 7 are not shown.
  • the material may consist of recovery glass (cullet) and / or of a powdery oxide composition
  • the sole 2 consists essentially, from the outside towards the inside, of a wall made of insulating blocks 9 arranged on one or more rows (only one row being shown), an optional layer 10 of refractory concrete on which are optionally placed slabs 11 of refractory material, then a first layer 12 and a second continuous layer 13 based refractory material
  • the detail of layers 12 and 13 is visible on the enlargement of FIG. 2.
  • the first layer 12, or lower layer comprises shot 14 of refractory material, in particular of AZS or chromium oxide type, of a relatively granulometry. fine, in particular less than 20 mm, advantageously 10 mm, in particular 5 mm, embedded in or surrounded by a binder 15 formed from oxides or a vitreous material such as glass.
  • the second layer 13, or contact layer comprises another shot 16 of refractory material, of composition identical or different from that of shot 14, in particular at least 10 mm, advantageously at least 20 mm, but with a grain size greater than that of said first shot 14, the shot particles 16 being surrounded by an ore binder 17, of composition identical or different from that of the contact layer 12
  • the glass melted from the cullet interacts with the surface of the shot and becomes charged element (s) of refractory oxide (s), for example Al Zr, Si in the case of AZS shot, or Cr in the case of chrome shot
  • refractory oxide for example Al Zr, Si in the case of AZS shot, or Cr in the case of chrome shot
  • the glass enriched in refractory oxide elements becomes more viscous and possibly may finally devitnfier in the free interstitial spaces, the viscous material devit ⁇ fié preventing the passage of glass from the bath 5 to the lower layers
  • a separating element such as a grate or a refractory metal screen could be interposed between the two layers of shot, and possibly a similar element could be placed on the second layer so as to maintain the respective levels of the layers
  • a retaining grid could be used to apply one or more similar layers to the side walls 3
  • layers 14 and 16 are deposited in layers 12 and 13 in intimate mixture with the binder 15 and 17 respectively.
  • the binder in fusion coats the particles of shot ensures the cohesion of the whole.
  • the granulometry of the shot 16 and the quality of the bonding glass 17 are such that the layer 13 is permeable to the metal 18
  • the granulometry of the shot 14 and the quality of the bonding glass 15 are such that the layer 12 is impermeable to the metal 18
  • the metal 18 present in the molten state in the bath 5 flows by gravity to the bottom 2, penetrates through the layer 13 by making a passage between the particles of shot 16, and is blocked at the border between layers 13 and 12, where it accumulates in the form of drops whose size gradually increases
  • FIG. 3 shows another embodiment of the invention.
  • the oven 20 of FIG. 3 comprises elements identical or equivalent to those of the oven 1, these elements are designated by the same reference numeral.
  • the essential differences with the first embodiment relate to the structure of the sole and the walls.
  • the sole consists of three layers comprising refractory shot
  • the lower layer 21 (analogous to the lower layer 12 of the furnace 1) comprises a binder and relatively fine shot, for example having a particle size of the order of 0 to 5 mm, of a type which can be relatively attacked by a binder based on glass, for example of the AZS type which may optionally contain a limited amount of chromium oxide
  • This layer is impermeable to glass, in particular because the fine shot settles very compactly and saturates the interstitial glass with refractory oxides thanks to the high exchange surface; it is also very resistant to corrosion. It plays in particular the role of a concrete, hence the optional nature of the layer 10 of refractory concrete.
  • the middle layer 22 comprises a binder and a larger shot than that of the layer 21, for example having a particle size of the order of 10 to 30 mm, and of a type which is relatively attackable by a glass-based binder, identical or different from the type of shot of layer 21.
  • this shot can be of the AZS type which can contain up to 30% chromium oxide.
  • layer 22 The role of layer 22 is to enrich the interstitial glass with refractory oxides to make it on the one hand less aggressive when it reaches the lower layer 21, and on the other hand more viscous to limit the convection and the diffusion of aggressive oxides,
  • the upper layer 23 (which can be brought closer to the contact layer 13 of the oven 1) comprises a relatively large shot, for example at least 50 mm in which the fine particles have been carefully removed, of a type resistant to corrosion by glass, for example single-phase and rich in chromium oxide Its main function is to block convection on the lower layers; it is not carried away by glass currents and does not create defects thanks to its high particle size.
  • the shot of layers 21, 22 and 23 can be recycling materials.
  • Each wall is constituted by a lower part made of insulating blocks 9 placed if necessary on the optional layer 10 of refractory concrete. This lower part is surmounted by an upper part made of blocks 3 of refractory material (as used to constitute the walls of the furnace 1).
  • the surface of the walls directed towards the glass bath comprises a coating comprising refractory shot which is in continuity with the upper layer 23.
  • This coating is inclined relative to the vertical by an angle corresponding to the slope angle of the particulate material used to form the layer 23. It is intended to isolate the blocks 3 and 9 from the glass bath.
  • the shot-based layers 21, 22 can be produced by first preparing a mixture of the shot concerned and the corresponding glass-based binder in particulate form, in particular cullet, and successively extending: a compact horizontal layer of the mixture for the lower layer 21;
  • the upper layer 23 is produced by depositing a horizontal layer of coarse shot which exceeds the level of separation between refractory block 3 and insulating block 9, and finally by applying the coarse shot along the vertical walls in the form of an embankment.
  • one begins to heat the oven to cause the melting of the binder or binders and constitute the layers 21 and 22 respectively.
  • the chemical exchanges between binder glass and refractory shot can continue for a certain time during the soaking or the starting of the oven before reaching a state ensuring the desired level of tightness. Thanks to the shot-based coating on the interior walls of the furnace, it is possible to reduce the thickness of the refractory blocks 3 and to replace the refractory blocks 3 lower of the furnace 1 with insulating blocks 9 which are less expensive and significantly reduce the cost of the furnace. , without prejudice to thermal insulation or corrosion resistance.
  • the invention which has just been described in the particular case of a glass furnace, the hearth of which, of given structure, is provided over its entire surface with at least two layers based on shot, is in no way limited to this embodiment.
  • the indications given in the detailed description can be extended to the other embodiments, in particular to the following cases: the sole has another structure (in particular the insulating blocks, the concrete and / or the slabs are absent); only one layer based on shot is used; the layer (s) are only applied to part of the sole.

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Abstract

Le four selon l'invention est destiné à réaliser la fusion d'un matériau de haut point de fusion tel que du verre. Il comprend une sole (2) et des parois latérales (3) délimitant un bain de matériau fondu (5). Au moins une partie de la surface de la sole (2), et éventuellement des parois latérales (3), qui est au contact du matériau fondu est constituée par au moins une couche (12, 13, 21, 22, 23) comprenant de la grenaille (14, 16) de matériau réfractaire, en particulier avec un liant minéral notamment à base d'oxydes ou de matériau vitreux. Application à la fusion de verre, notamment de verre de récupération renfermant des résidus métalliques et à la séparation de métal contenu dans du verre de récupération.

Description

FOUR DE FUSION, NOTAMMENT A VERRE, ET SON UTILISATION
La présente invention se rapporte aux techniques de fusion de matériaux thermoplastiques à haut point de fusion, tels que le verre Elle concerne plus particulièrement un four destiné à la fusion de tels matériaux, et son utilisation. Un tel four réalisant la fusion de matériaux tels que le verre doit être conçu de telle sorte que ses parois isolent convenablement le bain en fusion de l'extérieur de façon à garantir un bon rendement thermique, en évitant toute migration du verre fondu vers l'extérieur.
A cet égard une construction typique de paroi de four prévoit, du côté extérieur une épaisseur suffisante de matériau isolant, et du côté intérieur des surfaces en matériau réfractaire résistant à la corrosion par le verre.
Ces matériaux réfractaires sont installés dans le four sous forme de dalles ou de blocs, placés les uns à côté des autres, entre lesquels il convient de réaliser des joints étanches pour éviter la pénétration du verre Au niveau de la sole du four, les dalles de matériau réfractaire qui ont une conductivité thermique élevée reposent sur des blocs de matériau isolant par l'intermédiaire d'une couche non façonnée qui procure une base ayant un niveau parfaitement horizontal II s'agit généralement d'un béton à base d'un liant hydraulique déposé à froid sur les blocs d'isolant En principe, le profil de température dans le four en fonctionnement est tel que la température au dessous du réfractaire soit proche de la température de cristallisation du verre, ou au moins soit telle que la viscosité du verre devient très élevée, de façon à ce que si du verre traverse l'épaisseur de réfractaire, il se fige ou cristallise (dévitπfication) au niveau du haut de l'isolant et sa migration est alors stoppée
Une telle traversée de verre peut arriver notamment lorsqu'un bloc de réfractaire se fissure sous l'effet de contraintes de dilatation thermique, ou lorsqu'un joint entre deux blocs a été mal fermé Cela peut également se produire lorsque le verre introduit a l'état solide dans le four renferme des résidus métalliques. En effet, la corrosion des matériaux réfractaires est accélérée quand une goutte de métal fondu est présente à l'interface entre le réfractaire et le verre, et il peut se former des veines par lesquelles le verre s'insinue rapidement vers le matériau isolant. Malgré toutes les précautions qui peuvent être prises, on observe encore parfois des incidents qui mettent en cause l'étanchéité du four, où il apparaît que du verre a pu atteindre un bloc d'isolant avec une température suffisamment élevée pour ne pas figer et dégrader l'isolant En particulier, la pénétration dans les blocs d'isolant de métal entraîné par le verre cause des dégradations sérieuses car le métal attaque l'isolant et crée des poches que le verre vient creuser et/ou remplir.
Il est donc important d'éviter la pénétration de verre à travers les surfaces formant les parois intérieures du four car les risques de pénétration de verre à travers les parois du four sont susceptibles d'affecter à la fois la capacité de production du four et la sécurité de sa mise en oeuvre.
L'invention a pour but de réduire ces risques, et de procurer des parois de four ayant une étanchéité au verre améliorée, en particulier lorsque l'on introduit dans le bain de verre des résidus métalliques
Ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, a été atteint selon l'invention en dotant au moins une partie des surfaces intérieures du four, lors de sa construction, d'un revêtement comprenant de la grenaille de matériau réfractaire
Par grenaille de matériau réfractaire, on entend dans la présente demande, de la façon usuelle, un matériau réfractaire sous forme particulaire ou granulaire qui peut être obtenu notamment par broyage ou concassage.
A cet égard, l'invention a pour objet un four pour réaliser la fusion d'un matériau de haut point de fusion, tel que du verre, ce four comprenant une sole et des parois latérales délimitant un bain de matériau fondu, et étant caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface de la sole, et éventuellement des parois latérales qui est au contact du matériau fondu est initialement constituée par au moins une couche comprenant de la grenaille de matériau réfractaire
Par « initialement », on entend que ladite surface ou partie de surface a, dès le début du fonctionnement du four (avant ou juste après attrempage), la constitution indiquée. L'invention a à cet égard pour objet un procédé de fabπcation de four qui sera défini par la suite.
Il est apparu de façon surprenante qu'une surface de paroi réalisée à partir d'un matériau particulaire tel que la grenaille de réfractaire présente une étanchéité au verre améliorée par rapport à une surface constituée de la juxtaposition d'articles préformés tels que des dalles.
Par la suite, on parlera principalement de bain de verre pour qualifier la matière minérale fondue présente dans le four , à moins qu'il n'en soit précisé autrement, cette expression désigne de manière générale tout matière minérale fusible, naturelle ou artificielle, notamment verre mais aussi roche.
Un problème lié à la réalisation conventionnelle de surfaces intérieures de parois avec des dalles superposées sur une couche de base de nature différente, est la fissuration sous l'effet des contraintes de dilatation thermique. En effet, les couches disposant de coefficients de dilatation thermiques différents, les mouvements différentiels de l'une sur l'autre se font avec des frottements qui sollicitent les dalles en traction, et qui peut entraîner la fissuration voire la rupture de ces dernières. Contrairement à cela, l'utilisation selon l'invention d'un matériau particulaire permet de constituer une couche de surface continue, sans joints, qui présente une excellente résistance aux contraintes de dilatation thermique du four. Par conséquent, le risque de fissuration est diminué, et l'étanchéité au verre est améliorée.
De manière générale, le matériau réfractaire peut avantageusement être de tout type résistant à la corrosion par le verre (le degré de résistance pouvant être plus ou moins élevé) notamment du type à base d'oxyde de chrome ou à base d'oxyde de zirconium, de silicium et/ou d'aluminium (type AZS). La grenaille utilisable selon l'invention peut être dérivée de matériau réfractaire de récupération.
La granulométπe de la grenaille est variable et peut avantageusement être inférieure à 50 mm, par exemple de l'ordre de 1 mm à 50 mm Des granulométπes supérieures à 50 mm peuvent néanmoins être également utiles. Pour fixer les idées, on qualifiera ICI de « fine » une grenaille dont la granulométrie est inférieure à environ 5 mm, de « moyenne » une grenaille dont la granulométrie est de l'ordre de 5 à 30 mm, de « grosse » une grenaille dont la granulométrie est de l'ordre de 30 à 50 mm, et de « très grosse » une grenaille dont la granulométrie est supérieure à 50 mm. Ces granulométries s'entendent comme la plus petite taille de maille d'un tamis permettant le tamisage du matériau particulaire.
Dans une forme particulière de réalisation, la surface au contact du verre peut être constituée essentiellement de grenaille. La granulométrie de celle-ci peut être choisie avantageusement, en fonction de la nature du verre présent dans le bain, en particulier de sa viscosité à la température de la paroi et de sa tension superficielle, pour que la grenaille ne soit pas ou très peu mouillable par le verre du bain et donc que la progression du verre dans les interstices entre les particules de grenaille soit empêchée. De manière générale dans cette forme de réalisation, une grenaille est d'autant plus avantageuse qu'elle renferme des particules de granulométrie fine, car la couche ainsi constituée est d'autant plus compacte. La grenaille peut avantageusement comprendre un mélange de particules de granulométries différentes, adapté pour obtenir un remplissage ou une compacité de couche maximal ou optimisé pour former une couche étanche. Dans une autre forme particulière de réalisation, qui peut être préférée sous certains aspects, la couche ou au moins une des couches de la surface au contact du verre renferme, en plus de la grenaille un liant minéral compatible avec le bain de verre fondu, qui peut être du type à prise chimique ou céramique, notamment un liant minéral formé à partir d'oxyde(s) fondu(s) ou de matériau(x) vitreux. Dans cette forme de réalisation de couche, les interstices entre les particules de grenaille sont au moins partiellement remplis dudit liant, pour constituer un matériau composite. Le liant est de préférence initialement mélangé à la grenaille sous forme particulaire dans au moins l'une desdites couches.
Le matériau composite à base de grenaille de réfractaire et du liant est un matériau assez cohérent qui ne permet pas ou peu le passage d'un matériau fondu tel que du verre entre les particules de grenaille. C'est aussi un matériau dont la corrosion par le verre est lente et qui présente donc une durée de vie améliorée.
La granulométrie de la grenaille est moins critique dans cette forme de réalisation car les particules sont retenues par le liant. L'utilisation de grenaille relativement fine reste néanmoins avantageuse car elle permet de créer une couche compacte avec une surface de contact élevée entre les particules et le liant, faisant de la couche composite une barrière très étanche au verre et à d'autres résidus éventuellement présents dans le bain fondu. Dans un mode de réalisation particulier, la surface de la sole (ou au moins une partie) et éventuellement des parois ne comprend qu'une seule couche renfermant de la grenaille de réfractaire. La granulométrie de cette dernière est de préférence inférieure à 50 mm, notamment à 30 mm, en particulier à 20 mm. La grenaille peut avantageusement comprendre un mélange de particules de granulométries différentes, adapté pour obtenir un remplissage ou une compacité de couche maximal ou optimisé pour former une couche étanche.
Dans certaines applications toutefois, il est préférable que la grenaille ne soit pas trop fine de façon à éviter tout risque d'entraînement de la grenaille dans le bain de verre fondu par suite d'un brassage important à la surface de la sole et des parois, risque qui serait préjudiciable à la qualité du verre fondu.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, on dispose ainsi au contact du bain fondu une première couche, dite « couche de contact » comprenant une première grenaille et, sous ladite couche de contact, au moins une autre couche dite « inférieure » comprenant une autre grenaille, la granulométrie de la grenaille de la couche de contact étant supérieure à celle de la grenaille ou du mélange de grenailles de la ou chaque couche inférieure.
La grenaille de la couche de contact est avantageusement telle qu'elle ne peut être entraînée par le brassage du bain et protège la couche inférieure de ce brassage.
Dans ce cas, la couche au contact du bain fondu comprend de préférence de la grenaille ayant une granulométrie supérieure à 10 mm, notamment de l'ordre de 10 à 50 mm, en particulier de l'ordre de 20 à 50 mm, et la ou chaque couche inférieure comprend de préférence de la grenaille de granulométrie inférieure à 20 mm ou 10 mm selon le cas, notamment de l'ordre de 1 à 10 mm, très avantageusement de moins de 5 mm, le cas échéant un mélange de granulométries.
Suivant une réalisation particulière, la ou au moins une couche inférieure renferme un liant minéral tel que précité, alors que la couche de contact est essentiellement constituée de la relativement grosse grenaille.
Lorsqu'une couche du revêtement de surface comprend un liant assurant la cohésion entre les particules de grenaille, ce liant peut être formé à partir de matériaux minéraux divers, notamment à partir d'oxydes ou à partir de matériaux vitreux tels que du verre, éventuellement partiellement dévitrifié, ou de la roche telle que du basalte Le verre peut être identique ou différent du verre présent dans le bain II peut s agir en particulier au moins en partie d'un verre de récupération (calcin) ou encore avantageusement d'un verre dense absorbant les rayonnements dans le domaine de l'infrarouge Le liant peut être avantageusement choisi, notamment en fonction de sa viscosité à la température de la paroi et de sa tension superficielle, de façon à pouvoir obturer (colmater) au moins partiellement les espaces interstitiels entre les particules de grenaille
Dans une variante de réalisation avantageuse, le liant peut être choisi de façon telle que sa densité (notamment à la température de la sole) soit supérieure à la densité du verre présent dans le four On réalise ainsi une séparation physique efficace entre le verre liant et le verre fondu produit dans le four
De façon également avantageuse, le liant peut être choisi de façon telle que sa viscosité soit supérieure a la viscosité du verre présent dans le four. Le verre liant a ainsi une viscosité suffisamment élevée à la température de la sole pour bien retenir les particules de grenailles et la différence de viscosité évite un mélange du liant avec le verre fondu produit dans le four
Il peut en particulier être intéressant d'utiliser comme liant un verre dévitπfié De façon également avantageuse, le liant peut être choisi de telle sorte que sa conductivité thermique soit inférieure à celle du verre fondu produit dans le four En assurant ainsi une température sous la couche de grenaille assez basse, on peut ralentir la cinétique de corrosion par le verre des matériaux constitutifs du four En fonction notamment de la nature du matériau refractaire en grenaille qui est utilisé, le liant minerai peut être plus ou moins inerte chimiquement vis-à-vis de la grenaille
En effet, il peut arriver que le liant (verre ou autre matériau liant) réagisse avec le matériau réfractaire en grenaille, en corrodant ce dernier avec un passage d'éléments d'oxydes du matériau réfractaire vers la phase liante Cet enrichissement du liant en éléments d'oxydes refractaires a en général pour effet de modifier les caractéristiques de dévitπfication et/ou viscosité du liant minéral interstitiel Il semblerait que la cohésion de la couche ainsi constituée soit liée au moins en partie à la modification progressive de la composition chimique du liant, qui entraînerait une augmentation de la viscosité et/ou la dévitrification de ce dernier à la température de la sole ou de la paroi, empêchant le verre du bain fondu de s'infiltrer entre les particules de réfractaire.
Cet enrichissement du verre (ou autre matériau) interstitiel est en général d'autant plus prononcé que la surface d'échange avec le matériau réfractaire est élevée, c'est-à-dire que la granulométrie de la grenaille est fine.
On peut préférer pour la couche dite « de contact », qui est directement exposée au verre du bain, que le matériau réfractaire en grenaille soit relativement résistant ou insensible à l'attaque corrosive par le verre. De préférence, le matériau réfractaire est résistant à la fois au verre liant et au verre du bain. La couche de contact ainsi constituée ne subit alors pas ou très peu de transformation tout au long du fonctionnement du four, garantissant en particulier un niveau de qualité du verre produit élevé et uniforme au cours du temps.
Avantageusement, la grenaille de réfractaire utilisée pour cette couche de contact renferme de l'oxyde de chrome, de préférence à raison d'au moins 10 %, notamment au moins 30 % en poids, par exemple au moins 60 %.
D'autre part, on peut préférer pour la couche dite « inférieure » un matériau réfractaire au moins partiellement attaquable par le liant interstitiel, tout particulièrement un matériau renfermant de l'alumine. On peut alors combiner deux effets : premièrement, le verre (ou autre liant) enrichi en oxydes réfractaires est moins agressif envers les niveaux structurels inférieurs ; deuxièmement, le verre (ou autre liant) enrichi en oxydes réfractaires est plus visqueux et moins sujet à des mouvements de convection.
La grenaille utilisée pour cette couche peut être avantageusement choisie parmi les matériaux de type AZS. notamment recyclés, éventuellement additionnés d'une quantité limitée d'oxyde chrome.
On peut également ajuster le choix du verre liant spécifiquement pour chaque couche, selon notamment sa composition en oxydes et sa viscosité pour interagir de façon idoine avec la grenaille de chacune des couches.
On ajustera le choix de la granulométrie et du type de verre liant en fonction des propriétés du matériau destiné à être fondu dans le four. La couche composite peut être réalisée de diverses manières : on peut notamment étendre sur la surface un mélange de grenaille de réfractaire et de matériau minéral et chauffer ce mélange, par exemple lors du démarrage du four, pour former le composite, ou bien on peut disposer tout d'abord une couche de grenaille puis une couche de matériau minéral que l'on fait fondre pour imprégner la grenaille
A cet égard, l'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un four, tel qu'un four à verre, dans lequel on réalise une sole et des parois latérales destinées à délimiter un bain de matériau fondu, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à •
- appliquer sur au moins une partie de la surface de la sole, et éventuellement des parois latérales, destinée à être en contact avec le bain, au moins une couche comprenant de la grenaille de matériau réfractaire, puis
- élever la température du four et introduire un matériau de haut point de fusion tel que du verre, afin de constituer le bain de matériau fondu.
Dans la première étape, on peut appliquer un liant minéral en mélange avec la grenaille d'au moins une couche, ou en couche surmontant une couche de grenaille Avantageusement, dans cette première étape, on applique sur une couche comprenant un liant, une autre couche comprenant essentiellement de la grenaille, de granulométrie supérieure à celle de la ou des couches inférieures
La deuxième étape permet la fusion et/ou l'activation thermique du liant de sorte que l'on forme au moins une couche composite
La structure de la sole et/ou des parois peut être adaptée en fonction des besoins, notamment la ou les couches comprenant de la grenaille (14,16) peuvent être appliquées sur une couche de base façonnée ou non, faite notamment de dalles ou blocs de matériau réfractaire ou isolant Par façonné, on entend une couche faite d'articles façonnes qui sont installés dans le four, par opposition à une couche obtenue à partir d'un matériau informe dépose ou épandu dans le four. En particulier, on peut choisir parmi les variantes suivantes - la ou les couches comprenant de la grenaille de réfractaire peuvent être appliquées sur des dalles ou blocs de matériau réfractaire utilisés habituellement pour réaliser la surface de contact avec le bain fondu , - la ou les couches comprenant de la grenaille de réfractaire peuvent être appliquées à la place d'un matériau traditionnel en bloc ou dalle, soit sur une couche de béton nivelant, soit directement sur les blocs d'isolant.
La ou les couches comprenant de la grenaille peuvent aussi être utilisées sur les parois intérieures du four en des zones bien déterminées, choisies notamment en fonction de la température régnant dans le bain ou au-dessus du bain dans les zones considérées, ou en fonction de la qualité du matériau dans le bain fondu au niveau des zones considérées.
Lorsque l'on souhaite appliquer une couche à base de grenaille de réfractaire sur une paroi verticale du four, on pourra utiliser des moyens adaptés pour maintenir le matériau particulaire en place le long d'un élément de paroi vertical, ou bien on pourra déposer le matériau particulaire pour lui faire former librement un talus, sous réserve que le matériau ait un angle de talus suffisamment faible pour que la couche de surface ne prenne pas une inclinaison trop importante.
Ce second mode de réalisation peut se révéler particulièrement avantageux, lorsque le four présente une faible hauteur de bain (notamment inférieure à 800 mm, en particulier 500 mm) parce qu'avec un angle de talus raisonnable, la paroi inclinée n'occupe pas un volume de bain très important. De manière générale, le composite à base de grenaille de réfractaire peut être utilisé dans tous les types de fours, avantageusement pour constituer toute la surface de la sole et éventuellement des parois du four. Son emploi peut néanmoins varier suivant le type de four.
Ainsi, au niveau de la sole, la couche comprenant de la grenaille pourra être utilisée sur toute la surface de la sole dans un four électrique notamment du type à électrodes plongeantes, alors qu'elle pourra n'être utilisée que dans la zone d'enfournement dans un four à brûleurs, dans lequel la zone aval peut utiliser des dalles classiques au contact du matériau fondu.
Il est en général avantageux que la sole présente une couche comprenant de la grenaille de réfractaire au moins dans une zone du four où a lieu l'alimentation en matériau à fondre. Ainsi, lorsque ledit matériau renferme des résidus fusibles, en particulier métalliques, qui ont tendance à se déposer au fond du bain dans la zone d'alimentation du four, le revêtement de surface selon l'invention est parfaitement adapté pour recevoir ces résidus. Il peut notamment permettre d'empêcher la progression de ces résidus vers les niveaux structurels inférieurs des parois, tels que les blocs d'isolant.
En particulier, le revêtement de surface de paroi selon l'invention présente un avantage remarquable lorsque le matériau à fondre renferme des résidus métalliques, en ce sens qu'il résiste beaucoup mieux qu'un matériau réfractaire de contact conventionnel à la corrosion par le matériau fondu à une température voisine de son point de fusion.
En effet, dans un four à verre dont la surface de la sole est constituée par une dalle de réfractaire usuelle, la présence de métal liquide à la surface de la sole provoque au niveau du point triple verre fondu-métal liquide-réfractaire une corrosion très sévère du réfractaire.
On constate alors rapidement une dégradation des éléments constitutifs de la paroi par infiltration du métal.
Cet inconvénient ne se présente pas ou est singulièrement réduit lorsqu'on réalise une surface de paroi selon l'invention.
A cet égard, l'invention a également pour objet l'utilisation d'un four tel que décrit précédemment pour fondre du verre de récupération renfermant des résidus métalliques.
Le verre de récupération peut être de diverses provenances, notamment provenir de miroirs, de vitrages chauffants de véhicules automobiles en particulier lunettes arrière, ou de verres étamés ou émaillés notamment pour vitrages d'automobile, ou encore d'emballages recyclés. Les métaux présents à l'état de résidus métalliques dans ces verres de récupération peuvent être notamment de l'argent, du plomb, du cuivre, de l'étain ou autres. II fut surprenant de constater que, selon la granulométrie de la grenaille employée (pour un liant minéral donné), le métal liquide issu de la fusion du verre de récupération pouvait ou non pénétrer dans la ou les couches de surface. La taille critique des particules de grenaille dépend de la nature du métal en particulier de sa viscosité à l'état fondu à la température de la sole, ainsi que du liant minéral interstitiel et du verre fondu dans le bain .
Ainsi, la surface d'une paroi de four peut être adaptée pour récupérer le métal séparé du verre par fusion, cette surface étant perméable audit métal.
A cet égard, l'invention a encore pour objet un procédé de séparation de métal présent dans du verre de récupération, ce procédé comprenant une étape consistant à faire fondre ie verre de récupération dans un four tel que décrit précédemment, dans lequel la grenaille comprise dans la couche de surface de la sole qui est au contact du verre a une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche perméable audit métal. Dans un premier mode de réalisation, on peut prévoir, immédiatement sous ladite couche, un espace de récupération du métal liquide s'écoulant à travers ladite couche. On peut éventuellement disposer en partie supérieure de cet espace un élément perforé tel qu'une grille, servant de support à la couche de contact. Dans un autre mode de réalisation, on peut disposer, immédiatement sous ladite couche, une deuxième couche dite « inférieure » comprenant de la grenaille ayant une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche inférieure imperméable au métal liquide.
Le métal est alors emprisonné à la limite entre les deux couches à base de grenaille et stocké progressivement au cours d'une campagne d'utilisation du four. Après une ou plusieurs campagnes d'utilisation, il suffit de déposer le revêtement de surface de la sole, dont on peut aisément extraire le métal récupéré.
Cette méthode permet, dans un même dispositif, de recycler le verre de récupération tandis qu'on récupère le métal séparément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un four selon l'invention ; - la figure 2 représente un détail agrandi de la soie du four de la figure 1 ;
- la figure 3 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un autre four selon l'invention.
Sur les figures 1 et 3, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés, sans respecter l'échelle du dispositif. Sur la figure 2, seuls les ordres de grandeur des éléments respectifs ont été respectés.
Le four 1 représenté sur la figure 1 est constitué essentiellement d'une sole 2, de parois latérales 3 et d'une voûte 4, délimitant un bain 5 d'une matière fondue telle que du verre. Il comprend en outre des moyens d'alimentation 6. tel qu'un convoyeur, en matériau à fondre 7 et un canal 8 d'écoulement du matériau fondu.
Les moyens réalisant la fusion du matériau 7 ne sont pas représentés. Le matériau peut être constitué de verre de récupération (calcin) et/ou d'une composition d'oxydes pulvérulente La sole 2 est constituée essentiellement, de l'extérieur vers l'intérieur, d'une paroi faite de blocs isolants 9 disposés sur une ou plusieurs rangées (seule une rangée étant représentée), d'une couche optionnelle 10 de béton réfractaire sur laquelle sont éventuellement posées des dalles 11 de matériau réfractaire, puis d'une première couche 12 et d'une deuxième couche 13 continues à base de matériau réfractaire
Le détail des couches 12 et 13 est visible sur l'agrandissement de la figure 2. La première couche 12, ou couche inférieure, comprend de la grenaille 14 de matériau réfractaire, notamment de type AZS ou oxyde de chrome, d'une granulométrie relativement fine, notamment inférieure à 20 mm, avantageusement 10 mm, en particulier 5 mm, noyée dans ou entourée d'un liant 15 formé à partir d'oxydes ou d'un matériau vitreux tel que du verre.
La deuxième couche 13, ou couche de contact, comprend une autre grenaille 16 de matériau réfractaire, de composition identique ou différente de celle de la grenaille 14, notamment d'au moins 10 mm, avantageusement au moins 20 mm, mais de granulométrie supérieure à celle de ladite première grenaille 14, les particules de grenaille 16 étant entourées d'un liant minerai 17, de composition identique ou différente de celui de la couche de contact 12
La réalisation de ces couches sur la surface des dalles 11 peut avoir lieu de diverses manières. Dans un premier mode de fabrication, une couche inférieure de la grenaille
14 relativement fine est déposée sur les dalles 11 , puis une couche supérieure de la grenaille 16 relativement grosse est déposée sur la couche inférieure. On recouvre ensuite le tout d'une épaisseur de calcin fusible de matériau vitreux, notamment de verre, et l'on démarre le four la fusion du calcin permet l'imprégnation des couches de grenaille et l'enrobage progressif des particules de grenaille 14 et 16 pour finalement produire les couches 12 et 13 dans lesquelles le calcin fondu joue le rôle de liant et assure la cohésion de l'ensemble
Au fur et à mesure qu'il s'écoule entre les particules de grenaille, le verre fondu à partir du calcin interagit avec la surface des grenailles et se charge en element(s) d'oxyde(s) du réfractaire, par exemple Al Zr, Si dans le cas de grenaille AZS, ou Cr dans le cas de grenaille au chrome Le verre enrichi en éléments d'oxydes réfractaires devient plus visqueux et éventuellement peut finir par dévitnfier dans les espaces interstitiels libres, la matière visqueuse dévitπfiée empêchant le passage de verre a partir du bain 5 vers les couches inférieures
Dans une variante, un élément séparateur tel qu une grille ou un tamis en métal réfractaire pourrait être interposé entre les deux couches de grenaille, et éventuellement un élément similaire pourrait être posé sur la deuxième couche de façon à maintenir les niveaux respectifs des couches La même technique avec une grille de maintien pourrait être utilisée pour appliquer une ou des couches similaires sur les parois latérales 3
Dans un autre mode de fabrication, on dépose en couches 12 et 13 les grenailles 14 et 16 en mélange intime avec le liant respectivement 15 et 17 Lorsque l'on augmente la température du four 1 pour démarrer ce dernier, le liant en fusion nappe les particules de grenaille assure la cohésion de l'ensemble. Le phénomène d'échange chimique décrit dans le mode de fabrication précédent peut bien sûr se produire avec les mêmes effets
Sur la figure 2, on a illustré en outre la différence de comportement des deux couches 12 et 13 vis-a-vis d'un métal 18, présent a l'état fondu dans le bain 5, notamment dans le cas où le matériau à fondre 7 est un verre de récupération renfermant des résidus métalliques
La granulométrie de la grenaille 16 et la qualité du verre liant 17 sont telles que la couche 13 est perméable au métal 18
Au contraire, la granulométrie de la grenaille 14 et la qualité du verre liant 15 sont telles que la couche 12 est imperméable au métal 18
Ainsi, en fonctionnement, le métal 18 présent a l'état fondu dans le bain 5 s'écoule par gravité jusqu a la sole 2, pénètre à travers la couche 13 en se frayant un passage entre les particules de grenaille 16, et est bloque à la limite entre les couches 13 et 12, où il s accumule sous la forme de gouttes dont la taille croît progressivement
L'épaisseur de la couche 13 est avantageusement déterminée de telle sorte qu'elle procure une capacité de stockage du métal, dans les espaces interstitiels entre la grenaille, suffisante pour une durée donnée de campagne d'utilisation La figure 3 représente une autre forme de réalisation de l'invention. Lorsque le four 20 de la figure 3 comprend des éléments identiques ou équivalents à ceux du four 1 , ces éléments sont désignés par la même référence numérique.
Les différences essentielles avec la première forme de réalisation concernent la structure de la sole et des parois
La sole est constituée de trois couches comprenant de la grenaille de réfractaire
- la couche inférieure 21 (analogue à la couche inférieure 12 du four 1) comprend un liant et de la grenaille relativement fine, par exemple ayant une granulométrie de l'ordre de 0 à 5 mm, d'un type relativement attaquable par un liant à base de verre, par exemple du type AZS pouvant éventuellement renfermer une quantité limitée d'oxyde de chrome
Cette couche est étanche au verre, notamment parce que la grenaille fine se tasse de façon très compacte et sature le verre interstitiel en oxydes réfractaires grâce à la surface d'échange élevée ; elle résiste en outre très bien à la corrosion. Elle joue en particulier le rôle d'un béton, d'où le caractère optionnel de la couche 10 de béton réfractaire.
- la couche médiane 22 comprend un liant et une grenaille plus grosse que celle de la couche 21, par exemple ayant une granulométrie de l'ordre de 10 à 30 mm, et d'un type relativement attaquable par un liant à base de verre, identique ou différent du type de la grenaille de la couche 21. Dans un exemple particulier, cette grenaille peut être du type AZS pouvant renfermer jusqu'à 30 % d'oxyde de chrome.
La couche 22 a pour rôle d'enrichir le verre interstitiel en oxydes réfractaires pour le rendre d'une part moins agressif quand il atteint la couche inférieure 21 , et d'autre part plus visqueux pour limiter la convection et la diffusion des oxydes agressifs ,
- la couche supérieure 23 (que l'on peut rapprocher de la couche de contact 13 du four 1) comprend une grenaille relativement grosse, par exemple d'au moins 50 mm dans laquelle les fines particules ont été soigneusement enlevées, d'un type résistant à la corrosion par le verre, par exemple monophase et riche en oxyde de chrome Elle a essentiellement pour fonction de bloquer la convection sur les couches inférieures ; elle n'est pas emportée par les courants de verre et ne crée par des défauts grâce à sa granulométrie élevée.
Les grenailles des couches 21 , 22 et 23 peuvent être des matériaux de recyclage.
Chaque paroi est constituée par une partie basse faite de blocs isolants 9 posés le cas échéant sur la couche optionnelle 10 de béton réfractaire. Cette partie basse est surmontée d'une partie haute faite de blocs 3 de matériau réfractaire (tels qu'utilisés pour constituer les parois du four 1). La surface des parois dirigée vers le bain de verre comporte un revêtement comprenant de la grenaille de réfractaire qui est dans la continuité de la couche supérieure 23.
Ce revêtement est incliné par rapport à la verticale d'un angle correspondant à l'angle de talus du matériau particulaire utilisé pour former la couche 23. Il est destiné à isoler les blocs 3 et 9 du bain de verre.
En variante par rapport à la première forme de réalisation, les couches à base de grenaille 21 , 22 peuvent être réalisées en préparant d'abord un mélange de la grenaille concernée et du liant à base de verre correspondant sous forme particulaire, notamment du calcin, et en étendant successivement : - une couche horizontale compacte du mélange pour la couche inférieure 21 ;
- puis une couche horizontale compacte du mélange pour la couche médiane 22.
La couche supérieure 23 est réalisée en déposant une couche horizontale de grosse grenaille qui dépasse le niveau de la séparation entre bloc 3 réfractaire et bloc 9 isolant, et enfin en appliquant la grosse grenaille le long des parois verticales sous forme d'un talus.
Enfin, on commence à chauffer le four pour provoquer la fusion du ou des liants et constituer respectivement les couches 21 et 22. On peut ensuite introduire un matériau à haut point de fusion tel que du verre ou du calcin pour démarrer le four ; la grenaille de la couche 23 est alors mouillée par le matériau fondu qui constitue un liant.
Les échanges chimiques entre verre liant et grenaille de réfractaire peuvent se poursuivre pendant un certain temps durant l'attrempage ou le démarrage du four avant d'atteindre un état assurant le niveau d'étanchéité désiré. Grâce au revêtement à base de grenailles sur les parois intérieures du four, on peut réduire l'épaisseur des blocs réfractaires 3 et remplacer les blocs réfractaires 3 inférieurs du four 1 par des blocs isolants 9 moins coûteux et réduire de manière significative le coût du four, sans préjudice de l'isolation thermique ni de la résistance à la corrosion.
L'invention qui vient d'être décrite dans le cas particulier d'un four à verre dont la sole, de structure donnée, est équipée sur toute sa surface d'au moins deux couches à base de grenaille, n'est nullement limitée à ce mode de réalisation. Les indications données dans la description détaillée peuvent être étendues aux autres modes de réalisation notamment aux cas suivants : la sole a une autre structure (notamment les blocs d'isolant, le béton et/ou les dalles sont absents) ; on n'utilise qu'une seule couche à base de grenaille ; la ou les couches ne sont appliquées que sur une partie de la sole.
Les autres aménagements usuels dans les fours du type à verre conviennent également dans la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Four (1 ;20) pour réaliser la fusion d'un matériau de haut point de fusion, tel que du verre, comprenant une sole (2) et des parois latérales (3) délimitant un bain (5) de matériau fondu, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface de la sole (2), et éventuellement des parois latérales (3), qui est au contact du matériau fondu (5) est initialement constituée par au moins une couche (12,13 ;21 ,22,23) comprenant de la grenaille (14,16) de matériau réfractaire.
2. Four selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le matériau réfractaire en grenaille (14,16) est un matériau résistant à la corrosion par le verre, notamment du type à base d'oxyde de chrome ou à base d'oxyde de zirconium, silicium et/ou aluminium.
3. Four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche ou au moins une desdites couches (12,13 ;21 , 22,23) comprend, en plus de la grenaille (14,16), un liant minéral (15,17) avantageusement formé à partir d'oxyde ou d'un matériau vitreux tel que du verre, notamment du verre de récupération.
4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche ou au moins une desdites couches (12, 13 ;21 ,22) est formée à partir de grenaille et de liant initialement mélangés sous forme particulaire.
5. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque liant a une densité supérieure à celle du matériau fondu contenu dans le bain (5).
6. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque liant a une viscosité supérieure à celle du matériau fondu contenu dans le bain (5).
7. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque liant a une conductivité thermique inférieure à celle du matériau fondu contenu dans le bain (5).
8. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface ou partie de surface comprend une seule couche comprenant de la grenaille, de préférence de granulométrie inférieure à 50 mm, notamment à 20 mm.
9. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite surface ou partie de surface comprend une première couche (13 ;23) comprenant une première grenaille (16) au contact du matériau fondu, sous laquelle se trouve au moins une couche inférieure (12 ,22,21) comprenant de la grenaille inférieure (14), la granulométrie de la première grenaille (16) étant supérieure à la granulométrie de la grenaille inférieure (14)
10. Four selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première couche (13 ;23) comprend de la grenaille (16) ayant une granulométrie d'au moins 10 mm, notamment de l'ordre de 20 à 50 mm, et la couche inférieure (12 ;22,21) comprend de la grenaille (14) ayant une granulométrie inférieure à 20 mm, notamment de l'ordre de 1 à 10 mm.
11. Four selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la grenaille de la première couche (23) au contact du matériau fondu est d'un type résistant à la corrosion par le verre, et la grenaille de la ou chaque couche inférieure (21 , 22) est d'un type relativement attaquable par le verre.
12. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les couches (12,13 ,21 ,22,23) comprenant de la grenaille (14,16) sont appliquées sur une couche de base façonnée ou non, faite notamment de dalles (11) ou blocs de matériau réfractaire ou isolant.
13. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface d'au moins une paroi latérale (3) est constituée d'un revêtement (23) comprenant de la grenaille de matériau réfractaire et incliné par rapport à la verticale
14. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la sole comporte une couche comprenant de la grenaille de réfractaire au moins dans une portion du four où a lieu l'alimentation en matériau à fondre.
15. Procédé de fabrication d'un four (1) , tel qu'un four à verre, dans lequel on réalise une sole (2) et des parois latérales (3) destinées à délimiter un bain (5) de matériau fondu, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
- appliquer sur au moins une partie de la surface de la soie (2) , et éventuellement des parois latérales (3) , destinée à être en contact avec le bain
(5) , au moins une couche (12,13 ;21,22,23) comprenant de la grenaille (14,16) de matériau réfractaire, puis
- élever la température du four (1) et introduire un matériau de haut point de fusion tel que du verre, afin de constituer le bain (5) de matériau fondu.
16. Procédé de fabrication d'un four selon la revendication 15, caractérisé en ce que, dans la première étape, on applique un liant minéral (15,17) en mélange avec la grenaille (14,16) d'au moins une couche (21 ,22), ou en une couche surmontant une couche de grenaille (14,16), et dans la deuxième étape on réalise la fusion et/ou l'activation thermique du liant (15,17) pour former au moins une couche composite (12,13 ;21 ,22).
17. Procédé de fabrication d'un four selon la revendication 16, caractérisé en ce que, dans la première étape, applique sur une couche (22) comprenant un liant, une autre couche comprenant essentiellement (23) de la grenaille, de granulométrie supérieure à celle de la ou des couches inférieures.
18. Utilisation d'un four selon l'une quelconque des revendications précédentes pour fondre du verre de récupération renfermant des résidus métalliques.
19. Procédé de récupération de métal (18) présent dans du verre de récupération comprenant une étape consistant à faire fondre le verre de récupération dans un four (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel la grenaille (16) comprise dans la couche (13) de la sole (2) qui est au contact du verre a une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche (13) perméable audit métal (18).
20. Procédé de récupération selon la revendication 19, caractérisé en ce que le four (1 ) comporte, immédiatement sous ladite couche de surface (13), une couche inférieure (12) comprenant de la grenaille (14) dont la granulométrie est adaptée pour rendre la couche inférieure (12) imperméable audit métal (18).
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