EP4619347A1 - Installation électrique de four verrier - Google Patents

Installation électrique de four verrier

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Publication number
EP4619347A1
EP4619347A1 EP23806012.3A EP23806012A EP4619347A1 EP 4619347 A1 EP4619347 A1 EP 4619347A1 EP 23806012 A EP23806012 A EP 23806012A EP 4619347 A1 EP4619347 A1 EP 4619347A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase
glass furnace
glass
electrodes
bath
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.)
Pending
Application number
EP23806012.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc Moulieres
Joel Gervais
Mehdi Zmirli
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
Saint Gobain Isover SA France
Original Assignee
Saint Gobain Isover
Saint Gobain Isover SA France
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Isover, Saint Gobain Isover SA France filed Critical Saint Gobain Isover
Publication of EP4619347A1 publication Critical patent/EP4619347A1/fr
Pending 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
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
    • 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

Definitions

  • the present invention belongs to the general field of glass production. It relates more particularly to an at least partly electric glass furnace adapted for the fusion of vitrifiable materials. It also relates to a process for melting vitrifiable materials so as to be able to manufacture glass.
  • the invention finds a particularly advantageous application, although in no way limiting, in the production of glass wool, rock wool, textile glass threads and/or flat or hollow glass.
  • the term "vitrifiable materials”, or “raw materials”, is understood to mean all materials, natural ores or synthesized products, materials resulting from recycling of the cullet type, etc., which can be used in the composition used to supply a furnace glassmaker.
  • recyclable materials containing (organic) combustible elements such as, for example, sized mineral fibers with binder (of the type used in thermal or acoustic insulation or those used in plastic reinforcement), laminated glazing with polyvinyl butyral type polymer sheets such as windshields, glass bottles (household cullet), or any type of “composite” material combining glass and plastic materials such as certain bottles.
  • “Glass-metal composites or metal compounds” such as glazing functionalized with coatings containing metals are also recyclable.
  • the “bath of vitrifiable materials” or “glass bath” designates the product of the fusion of these raw materials.
  • glass means glass in the broad sense, that is to say encompassing any material with a vitreous, glass-ceramic or ceramic matrix.
  • the term "manufacturing” includes the essential melting step of the vitrifiable materials and, where applicable, all subsequent/complementary steps aimed at refining/conditioning the molten glass with a view to its final shaping, in particular in the form of flat glass (glazing), hollow glass (flasks, bottles), glass in the form of mineral wool (in particular rock wool or glass wool) used for its thermal or sound insulation properties, or even possibly of glass in the form of so-called textile threads used in reinforcement.
  • mineral wool in particular rock wool or glass wool
  • Electrodes can be of the so-called “immersed” type – by being arranged vertically in the bath from the bottom of the furnace or horizontally, passing through the side walls of the mad – and/or be of the “plunging” type, in being immersed from the free surface of the bath.
  • Electrodes are supplied with alternating electric current by an electrical installation comprising at least one transformer adapted to generate a plurality of output groups in one phase with a phase difference between each output group, each output being connected to at least one of said electrodes by a conductor in one phase.
  • the inventors designers of glass furnaces, observed a phenomenon of heating of certain metal structures positioned near these conductors in one phase.
  • This phenomenon a priori innocuous in the case of small electric furnaces, turns out to be problematic in the case of large furnaces, in which the bath of molten vitrifiable materials has a surface area greater than 25 m2, preferably greater to 49 m2, and preferably presents between two opposite walls of said tank a distance greater than 5 m, preferably greater than 7 m.
  • the conductors in one phase carry a current whose intensity is greater than 1000A, preferably greater than 4000A, preferably greater than 6000A. At these electrical intensity levels, the heating of said metallic structures positioned near these conductors in one phase is much more significant, to the point that it can lead to the degradation of said metallic structures.
  • the present invention aims to remedy all or part of the disadvantages of the prior art, in particular those set out above.
  • the invention relates to a glass furnace at least partly electric, comprising a melting tank made of refractory materials adapted to contain a bath of molten vitrifiable materials and a plurality of heating electrodes of said bath supplied with alternating electric current by an electrical installation comprising at least one transformer adapted to generate a plurality of output groups in one phase with a phase difference between each output group, each output being connected to at least one of said electrodes by a conductor of a phase generating a first magnetic field, said glass furnace being characterized in that it comprises at least one counter-reaction device, preferably a plurality, arranged in said first magnetic field and adapted to generate a magnetic counter-field .
  • a counter-field designates a magnetic field in the opposite direction, which therefore cancels a first magnetic field.
  • the invention is based first on the surprising observation made by the inventors, designers of glass furnaces, of a phenomenon of heating of certain metallic structures positioned near the conductors in a phase of supplying the current to the electrodes, then on the understanding of this phenomenon, and finally on the implementation of a counter-reaction device making it possible to compensate for this unwanted heating of these metallic structures.
  • this heating phenomenon was linked to the generation, within these metallic structures, of a current induced by the first magnetic field, that is to say by the magnetic field generated by the current flowing in the conductor in one phase. Not only does this induced current increase the risk of electrocution, but it also causes metal structures to heat up through the Joule effect.
  • the invention is based on the new and inventive concept consisting of implementing a counter-reaction device arranged in said first magnetic field and adapted to generate a magnetic counter-field, thus reducing the risks of generating a current induced, and consequently the risks of overheating and electrocution associated with it.
  • such a glass furnace comprises a single counter-reaction device arranged in said first magnetic field of each conductor in one phase and adapted to generate a magnetic counter-field.
  • such a feedback device comprises a closed loop of which at least one portion is composed of a conductive metallic material chosen from the group comprising copper, aluminum and iron, said portion being arranged in said first magnetic field and adapted to generate said magnetic counter-field.
  • said portion of the closed loop is in the form of a cable, a metal bar, or a box.
  • said closed loop is grounded at a single point.
  • a control of the voltage difference between said closed loop and said transformer is carried out, so as to detect voltage rises linked to a possible fault in this earthing.
  • said closed loop comprises a current control system, with a cut-off threshold value of said closed loop.
  • Such a safety device helps prevent the risk of excessive heating of the closed loop, and therefore the risk of fire.
  • said portion of the closed loop is arranged less than 1.0 meter, preferably less than 0.5 meter, preferably less than 0.3 meter from said conductor in one phase (7).
  • Positioning said portion of the closed loop in the immediate vicinity of the conductor in one phase makes it possible to capture a greater part of the magnetic field emitted by the latter, and thus to better attenuate it.
  • said portion of the closed loop is arranged more than 0.1 meter, preferably more than 0.2 meter from said conductor in one phase, and/or in that said conductor in one phase is coated with an electrical insulator, preferably plastic.
  • Maintaining a minimum distance between the closed loop and the conductor in one phase and/or the electrical insulation of the latter makes it possible to prevent the risks of direct contact, in particular following the formation of an electric arc. This risk is particularly high during the ignition phase of the electrical installation, which is then passed through by a very high voltage current, called magnetization voltage.
  • said melting tank is sized so that said bath of molten vitrifiable materials has a surface area greater than 25 m2, preferably greater than 40 m2, preferably greater than 60 m2, preferably greater than 100 m2 , and preferably presents between two opposite walls of said tank a distance greater than 5 m, preferably greater than 6.5 m.
  • Such dimensions relate to so-called large electric ovens, for which the implementation of a two-phase system is particularly advantageous.
  • said electrical installation is adapted to generate a two-phase or three-phase alternating current.
  • Three-phase current has many advantages, first and foremost the fact that it is the so-called “industrial” current which is commonly distributed to factories by energy suppliers, hence the resulting adaptation of machines.
  • Three-phase current also delivers instantaneous power without a pulsed component unlike, for example, single-phase current. Note, however, that the principle of phase equilibrium tends to implement a triangular or hexagonal arrangement of the electrodes on the surface of the glass bath.
  • At least one heating electrode preferably all the heating electrodes, plunges from the surface of said bath of molten vitrifiable materials.
  • diving electrodes Compared to so-called “submerged” type electrodes, diving electrodes have a number of advantages. First of all, they avoid the difficulties linked to the passage of the immersed electrodes through the refractory, and, also, the problems of replacing these electrodes when worn, the problems of sealing the melting tank or even wear refractories, in particular due to a high temperature which favors the attack of the refractory and to powerful convection currents which develop near the electrodes during operation.
  • said transformer is two-phase and supplies a number of electrodes less than or equal to 16, preferably less than or equal to 12, preferably less than or equal to 8.
  • each output group supplies two times four electrodes, two times three electrodes or two times two electrodes
  • the total number of electrodes supplied by the same two-phase transformer thus varies respectively between 16, 12 and 8 electrodes.
  • the two-phase system offers the possibility of reducing the number of electrodes used in the oven.
  • said transformer is adapted to generate at the level of each output group an alternating current in one phase with an intensity value greater than 1000A, preferably greater than 4000A, preferably greater than 6000A.
  • the invention relates to a process for melting vitrifiable materials implemented by means of such a glass furnace, characterized in that it comprises at least one step of electrical heating of said bath of materials vitrifiable in fusion by means of said plurality of electrodes supplied with alternating current by said electrical installation.
  • the intensity value of said alternating electric current is greater than 1000A, preferably greater than 4000A, preferably greater than 6000A.
  • the invention relates to a process for manufacturing glass wool, rock wool, textile glass threads and/or flat or hollow glass, characterized in that it implements such fusion process.
  • Such a glass furnace 1 comprises a melting tank 2 made of refractory materials adapted to contain a bath 3 of molten vitrifiable materials and a plurality of electrodes (An, Bn) heating including a plunging electrode An and a so-called “immersed” electrode Bn, these two electrodes being supplied with electric current by an electrical installation 4 to which they are connected via conductors in one phase 7.
  • a melting tank 2 made of refractory materials adapted to contain a bath 3 of molten vitrifiable materials and a plurality of electrodes (An, Bn) heating including a plunging electrode An and a so-called “immersed” electrode Bn, these two electrodes being supplied with electric current by an electrical installation 4 to which they are connected via conductors in one phase 7.
  • all the electrodes are submerged, or all the electrodes are dipping.
  • the furnace 1 is completely electric and is equipped with a cold vault 5.
  • a glass furnace is of the hybrid type and includes, in addition to the electrodes, means of heating by combustion, preferably burners submerged and/or emerged, and a warm roof.
  • said electrical installation comprises a two-phase transformer 6 adapted to generate two output groups (AB, CD) in one phase with a phase difference of 90° between each output group (AB, CD).
  • the electrode bundles are arranged in the bath 3 in a square shape and so as to respect central symmetry along a theoretical horizontal plane, with respect to a point O located in the center of the bath 3.
  • a first current in one phase is generated by the transformer 6 at the terminals of a first output group A-B and passes through the glass bath between the electrodes A1, A2, A3 on the one hand, and the electrodes B1, B2, B3 on the other hand, thus heating the bath 3 of vitrifiable materials by the Joule effect.
  • a second current in one phase is generated by the transformer 6 across a second output group C-D and passes through the glass bath between the electrodes C1, C2, C3 on the one hand, and the electrodes D1, D2, D3 on the other hand, thus heating the bath 3 of vitrifiable materials by the Joule effect.
  • the electrical installation 6 is thus adapted to generate a two-phase alternating current within the glass bath 3.
  • Such a counter-reaction device 8 is arranged in the first magnetic field B1 generated by a conductor 7 and is adapted to generate a magnetic counter-field B2.
  • this feedback device 8 comprises a closed loop 9 of which at least one portion is in the form of a copper bar 10 which is positioned in the first field B1 and in return fulfills the function of generating feedback.
  • -magnetic field B2 thus reducing the risks of generating an induced current, and consequently the risks of overheating and electrocution associated with it.
  • said portion 10 can take the form of a cable or a box, and be composed of a conductive material, such as aluminum or iron.
  • the closed loop 9 is earthed at a single point, in particular so as to limit the risk of electrocution. It also includes a current control system (not illustrated) running through the closed loop, in order to prevent the risk of excessive heating of the closed loop, and therefore the risk of fire.
  • the electric oven considered is qualified as large, since it has a bath of molten vitrifiable materials whose surface area is greater than 40 m2, and having a distance greater than 6.5 m between the two opposite walls of said tank. Given the electrical power required to power this oven, the conductors in one phase carry a current whose intensity is between 7000 and 8000A.
  • FIG. 1 There is a flow diagram illustrating the successive stages of a manufacturing process according to a particular embodiment of the invention, which comprises a first step S1 of melting vitrifiable materials by electrical heating of said bath 3 of vitrifiable materials by means of a two-phase alternating current, and a second step S2 of manufacturing glass wool, rock wool, textile glass threads and/or flat or hollow glass.

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Abstract

L'invention concerne un four verrier (1) au moins en partie électrique, comprenant une cuve (2) de fusion en matériaux réfractaires adaptée pour contenir un bain (3) de matières vitrifiables en fusion et une pluralité d'électrodes (An, Bn, Cn, Dn) de chauffage de chauffage dudit bain (3) alimentées en courant électrique alternatif par une installation électrique (4) comprenant au moins un transformateur (6) adapté pour générer une pluralité de groupes de sortie en une phase avec une différence de phase entre chaque groupe de sortie, chaque sortie étant reliée à au moins une desdites électrodes (An, Bn, Cn, Dn) par un conducteur en une phase (7) générant un premier champ magnétique (B1). Le dispositif comprend un dispositif installé dans le premier champ électromagnétique, apte à générer un contre-champ magnétique.

Description

    Installation électrique de four verrier
  • La présente invention appartient au domaine général de la production de verre. Elle concerne plus particulièrement un four verrier au moins en partie électrique adapté pour la fusion de matières vitrifiables. Elle concerne également un procédé de fusion de matières vitrifiables de sorte à pouvoir fabriquer du verre. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans la production de laine de verre, de laine de roche, de fils de verre textile et/ou de verre plat ou creux.
  • Dans la présente description, on comprend par « matières vitrifiables », ou « matières premières », tous les matériaux, minerais naturels ou produits synthétisés, matériaux issus de recyclage du type calcin etc.., qui peuvent entrer dans la composition venant alimenter un four verrier. Cela inclut le sable silicique, mais également tous les additifs (carbonate de sodium, calcaire, dolomie, alumine…), les déchets (incluant des fibres minérales) qui peuvent être issus de la production desdites fibres ou de chantiers (construction ou déconstruction), tous les combustibles liquides ou solides éventuels (plastique de matériau composite ou non, matières organiques, charbons), et tout type de calcin. Sont également inclus des matériaux recyclables contenant des éléments combustibles (organiques) tels que par exemple, les fibres minérales ensimées, avec liant (du type de celles utilisées dans l’isolation thermique ou acoustique ou de celles utilisées dans le renforcement de matière plastique), les vitrages feuilletés avec des feuilles de polymère du type polyvinylbutyral tels que des parebrises, des bouteilles en verre (calcin ménager), ou tout type de matériau “ composite ” associant du verre et des matériaux plastiques tels que certaines bouteilles. Sont également recyclables les “ composites verre-métal ou composés métalliques ” tels que vitrages fonctionnalisés avec des revêtements contenant des métaux. Dans la description, le « bain de matières vitrifiables » ou « bain de verre » désigne le produit de la fusion de ces matières premières.
  • De même, on comprend par « verre » le verre au sens large, c'est-à-dire englobant tout matériau à matrice vitreuse, vitrocéramique ou céramique.
  • En outre, le terme de « fabrication » comprend l'étape de fusion indispensable des matières vitrifiables et, le cas échéant, toutes les étapes ultérieures/complémentaires visant à affiner/conditionner le verre en fusion en vue de sa mise en forme définitive, notamment sous forme de verre plat (vitrages), de verre creux (flacons, bouteilles), de verre sous forme de laine minérale (en particulier laine de roche ou laine de verre) utilisée pour ses propriétés d'isolation thermique ou phonique, ou même éventuellement de verre sous forme de fils dits textile utilisés dans le renforcement.
  • On connaît de l’état de la technique différents exemples de conception de fours électriques dans lesquels le courant est conduit dans le bain de matières vitrifiables par des électrodes de chauffage. De telles électrodes peuvent être de type dit « immergées » - en étant disposées verticalement dans le bain à partir de la sole du four ou horizontalement, en passant au travers des parois latérales du fou – et/ou être de type « plongeantes », en étant immergées à partir de la surface libre du bain.
  • Ces électrodes sont alimentées en courant électrique alternatif par une installation électrique comprenant au moins un transformateur adapté pour générer une pluralité de groupes de sortie en une phase avec une différence de phase entre chaque groupe de sortie, chaque sortie étant reliée à au moins une desdites électrodes par un conducteur en une phase.
  • De manière surprenante, les inventeurs, concepteurs de fours verriers, ont observé un phénomène d’échauffement de certaines structures métalliques positionnées à proximité de ces conducteurs en une phase. Ce phénomène, a priori anodin dans le cas de fours électriques de petite dimension, se révèle être problématique dans le cas de fours de grande dimension, dans lesquels le bain de matières vitrifiables en fusion présente en surface une aire supérieure à 25 m², préférentiellement supérieure à 49 m², et présente préférentiellement entre deux parois opposées de ladite cuve une distance supérieure à 5 m, préférentiellement supérieure à 7 m. Compte tenu de la puissance électrique nécessaire à l’alimentation de ces fours de grande taille, les conducteurs en une phase sont parcourus d’un courant dont l’intensité est supérieure à 1000A, préférentiellement supérieure à 4000A, préférentiellement supérieure à 6000A. A ces niveaux d’intensité électrique, l’échauffement desdites structures métalliques positionnées à proximité de ces conducteurs en une phase est bien plus significatif, à tel point qu’il peut conduire à la dégradation desdites structures métalliques.
  • La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant.
  • A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention concerne un four verrier au moins en partie électrique, comprenant une cuve de fusion en matériaux réfractaires adaptée pour contenir un bain de matières vitrifiables en fusion et une pluralité d’électrodes de chauffage dudit bain alimentées en courant électrique alternatif par une installation électrique comprenant au moins un transformateur adapté pour générer une pluralité de groupes de sortie en une phase avec une différence de phase entre chaque groupe de sortie, chaque sortie étant reliée à au moins une desdites électrodes par un conducteur d’une phase générant un premier champ magnétique, ledit four verrier étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de contre-réaction, préférentiellement une pluralité, agencé dans ledit premier champ magnétique et adapté pour générer un contre-champ magnétique.
  • Au sens de l’invention, un contre-champ désigne un champ magnétique de sens opposé, qui annule donc un premier champ magnétique.
  • L’invention repose d’abord sur le constat surprenant fait par les inventeurs, concepteurs de fours verriers, d’un phénomène d’échauffement de certaines structures métalliques positionnées à proximité des conducteurs en une phase d’amenée du courant aux électrodes, puis sur la compréhension de ce phénomène, et enfin sur la mise en œuvre d’un dispositif de contre-réaction permettant de pallier cet échauffement non désiré de ces structures métalliques.
  • Plus précisément, il est apparu aux inventeurs que ce phénomène d’échauffement était lié à la génération, au sein de ces structures métalliques, d’un courant induit par le premier champ magnétique, c’est-à-dire par le champ magnétique généré par le courant circulant dans le conducteur en une phase. Non seulement ce courant induit augmente les risques d’électrocution, mais il provoque également l’échauffement des structures métalliques par effet joule.
  • En réponse, l’invention repose sur le concept nouveau et inventif consistant à mettre en œuvre un dispositif de contre-réaction agencé dans ledit premier champ magnétique et adapté pour générer un contre-champ magnétique, réduisant ainsi les risques de génération d’un courant induit, et par conséquent les risques d’échauffement et d’électrocution qui y sont liés.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un tel four verrier comprend un unique dispositif de contre-réaction agencé dans ledit premier champ magnétique de chaque conducteur en une phase et adapté pour générer un contre-champ magnétique.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un tel dispositif de contre-réaction comprend une boucle fermée dont au moins une portion est composée d’un matériau métallique conducteur choisi parmi le groupe comprenant le cuivre, l’aluminium et le fer, ladite portion étant agencée dans ledit premier champ magnétique et adaptée pour générer ledit contre-champ magnétique.
  • Concrètement, et selon les principes énoncés par les lois de Faraday et de Lenz, lorsqu'un matériau conducteur est placé dans un champ magnétique variable, il apparaît dans celui-ci un champ électrique qui génère à son tour des courants induits circulaires, appelés "courants de Foucault". Les courants induits génèrent à leur tour un contre-champ magnétique qui s'oppose aux modifications de flux qui leur ont donné naissance, atténuant ainsi ce dernier.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite portion de la boucle fermée se présente sous la forme d’un câble, d’une barre métallique, ou d’un caisson.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite boucle fermée est mise à la terre en un unique point.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un contrôle de la différence de tension entre ladite boucle fermée et ledit transformateur est effectué, de manière à détecter des montées en tensions liées à un éventuel défaut de cette mise à la terre.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite boucle fermée comprend un système de contrôle du courant, avec une valeur seuil de coupure de ladite boucle fermée.
  • Un tel dispositif de sécurité permet de prévenir les risques d’échauffement excessif de la boucle fermée, et donc les risques d’incendie.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite portion de la boucle fermée est agencée à moins de 1,0 mètre, préférentiellement moins de 0,5 mètre, préférentiellement moins de 0,3 mètre dudit conducteur en une phase (7).
  • Le positionnement de ladite portion de la boucle fermée à proximité immédiate du conducteur en une phase permet de capter une plus grande part du champ magnétique émis par ce dernier, et ainsi de mieux l’atténuer.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite portion de la boucle fermée est agencée à plus de 0,1 mètre, préférentiellement plus de 0,2 mètre dudit conducteur en une phase, et/ou en ce que ledit conducteur en une phase est revêtu d’un isolant électrique, préférentiellement du plastique.
  • Le maintien d’une distance minimale entre la boucle fermée et le conducteur en une phase et/ou l’isolation électrique de ce dernier permettent de prévenir les risques de contact direct, notamment suite à la formation d’un arc électrique. Ce risque est particulièrement élevé lors de la phase d’allumage de l’installation électrique, qui est alors parcourue d’un courant à très haute tension, dite tension de magnétisation.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite cuve de fusion est dimensionnée de sorte que ledit bain de matières vitrifiables en fusion présente en surface une aire supérieure à 25 m², préférentiellement supérieure à 40 m², préférentiellement supérieure à 60 m², préférentiellement supérieure à 100 m², et présente préférentiellement entre deux parois opposées de ladite cuve une distance supérieure à 5 m, préférentiellement supérieure à 6,5 m.
  • De telles dimensions se rapportent à des fours électriques dits de grande taille, pour lesquels la mise en œuvre d’un système diphasé est particulièrement avantageuse.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ladite installation électrique est adaptée pour générer un courant alternatif diphasé ou triphasé.
  • Le courant triphasé présente de nombreux avantages, au premier rang desquels le fait que c’est là le courant dit « industriel » qui est communément distribué aux usines par les fournisseurs d’énergie, d’où l’adaptation des machines qui en découle. Le courant triphasé délivre de plus une puissance instantanée sans composante pulsée contrairement, par exemple, au courant en une phase. A noter cependant que le principe d’équilibre des phases tend à la mise en œuvre d’une disposition triangulaire ou hexagonale des électrodes à la surface du bain de verre. Si une telle contrainte géométrique ne semble a priori pas poser de problème rédhibitoire dans le contexte d’un four électrique de petite taille, il en pose en revanche dans le contexte d’un four électrique de grande taille, dont le bain de verre s’étend sur une aire supérieure à 25 m², préférentiellement supérieure à 40 m², préférentiellement supérieure à 60 m², préférentiellement supérieure à 100 m², et présente préférentiellement entre deux parois opposées de ladite cuve (2) une distance supérieure à 5 m, préférentiellement supérieure à 6,5 m. Dans une telle configuration et au vu des contraintes géométriques précitées, le courant tend à se concentrer entre les électrodes d’un même bord de cuve et/ou de bords adjacents, réduisant ainsi la distance parcourue par le courant au sein du bain de verre et donc la résistance du bain de verre au passage de ce courant. Pour une puissance électrique prédéterminée correspondant à l’énergie nécessaire à la fusion des matières vitrifiables, et dans le contexte d’un bain de verre n’offrant qu’une résistance réduite, il est ainsi nécessaire d’accroître l’intensité du courant délivré. Or, l’usure des électrodes et des réfractaires constituant la cuve augmente avec l’intensité du courant délivré par électrode. Afin de pallier ce problème d’usure, la solution qui s’impose naturellement est de répartir le courant délivré entre un plus grand nombre d’électrodes, ce qui a cependant pour inconvénient d’augmenter les coûts d’exploitation de ces électrodes – ces dernières étant plus nombreuses - sans pour autant résoudre certains problèmes d’inhomogénéité de distribution du courant électrique au sein du bain de verre.
  • Selon un mode de réalisation particulier, au moins une électrode de chauffage, préférentiellement toutes les électrodes de chauffage, est plongeante à partir de la surface dudit bain de matières vitrifiables en fusion.
  • En comparaison avec les électrodes dites de type « immergé », les électrodes plongeantes présentent un certain nombre d’avantages. Tout d'abord, elles évitent les difficultés liées au passage des électrodes immergées à travers le réfractaire, et, également, les problèmes de remplacement de ces électrodes lorsqu’usées, les problèmes d'étanchéité de la cuve de fusion ou encore d'usure des réfractaires, notamment dus à une température élevée qui favorise l'attaque du réfractaire et à de puissants courants de convection qui se développent à proximité des électrodes en cours de fonctionnement.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ledit transformateur est diphasé et alimente un nombre d’électrodes inférieur ou égal à 16, préférentiellement inférieur ou égal à 12, préférentiellement inférieur ou égal à 8.
  • Selon que chaque groupe de sortie alimente deux fois quatre électrodes, deux fois trois électrodes ou deux fois deux électrodes, le nombre total d’électrodes alimentées par un même transformateur diphasé varie ainsi respectivement entre 16, 12 et 8 électrodes.
  • En comparaison avec un système triphasé et pour un module de bain de verre de surface équivalente - et donc à puissance électrique équivalente - le système diphasé offre la possibilité de réduire le nombre d’électrodes mises en œuvre dans le four.
  • Selon un mode de réalisation particulier, ledit transformateur est adapté pour générer au niveau de chaque groupe de sortie un courant alternatif en une phase d’une valeur d’intensité supérieure à 1000A, préférentiellement supérieure à 4000A, préférentiellement supérieure à 6000A.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l’invention se rapporte à un procédé de fusion de matières vitrifiables mis en œuvre au moyen d’un tel four verrier, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage électrique dudit bain de matières vitrifiables en fusion au moyen de ladite pluralité d’électrodes alimentées en courant alternatif par ladite installation électrique.
  • Selon un mode de réalisation particulier, la valeur d’intensité dudit courant électrique alternatif est supérieure à 1000A, préférentiellement supérieure à 4000A, préférentiellement supérieure à 6000A.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication de laine de verre, de laine de roche, de fils de verre textile et/ou de verre plat ou creux, caractérisé en ce qu’il met en œuvre un tel procédé de fusion.
  • D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
  • la représente schématiquement et selon une vue de profil un four verrier électrique ;
  • la représente schématiquement et selon une vue de haut le bain de verre et les électrodes d’un four électrique selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
  • la représente schématiquement une installation électrique ainsi qu’un dispositif de contre-réaction d’un four verrier selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
  • la représente schématiquement le détail d’un dispositif de contre-réaction d’un four verrier selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
  • la est un diagramme de flux illustrant les étapes successives d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation particulier de l’invention.
  • La représente schématiquement et selon une vue de profil un four verrier électrique 1. Un tel four verrier 1 comprend une cuve 2 de fusion en matériaux réfractaires adaptée pour contenir un bain 3 de matières vitrifiables en fusion et une pluralité d’électrodes (An, Bn) de chauffage dont une électrode plongeante An et une électrode dite « immergée » Bn, ces deux électrodes étant alimentées en courant électrique par une installation électrique 4 à laquelle elles sont connectées par l’intermédiaire de conducteurs en une phase 7.
  • Selon des modes de réalisation alternatifs de l’invention, toutes les électrodes sont immergées, ou toutes les électrodes sont plongeantes.
  • Selon le mode de réalisation particulier illustré à la , le four 1 est totalement électrique et est équipé d’une voûte froide 5. Selon des modes de réalisations alternatifs, un tel four verrier est de type hybride et comprend, en plus des électrodes, des moyens de chauffe par combustion, préférentiellement des brûleurs immergés et/ou émergés, et une voûte chaude.
  • Selon un mode de réalisation particulier, et tel qu’illustré par la , ladite installation électrique comprend un transformateur diphasé 6 adapté pour générer deux groupes de sortie (A-B, C-D) en une phase avec une différence de phase de 90° entre chaque groupe de sortie (A-B, C-D). Selon ce mode de réalisation particulier, un groupe de sortie ne comprend qu’une unique sortie (A-B, C-D) qui est connectée à un faisceau de trois paires d’électrodes ((An ; Bn) ; (Cn ; Dn) avec n=1,2,3), qu’elle alimente en courant alternatif en une phase. Les faisceaux d’électrodes sont agencés dans le bain 3 selon une forme en carré et de manière à respecter une symétrie centrale selon un plan théorique horizontal, par rapport à un point O localisé au centre du bain 3.
  • Dans la pratique, un premier courant en une phase est généré par le transformateur 6 aux bornes d’un premier groupe de sortie A-B et traverse le bain de verre entre les électrodes A1, A2, A3 d’une part, et les électrodes B1, B2, B3 d’autre part, chauffant ainsi le bain 3 de matières vitrifiables par effet joule. En parallèle, un deuxième courant en une phase, de même fréquence et de même amplitude que le premier courant, mais déphasé de 90° ou π/2 radians par rapport à ce dernier, est généré par le transformateur 6 aux bornes d’un deuxième groupe de sortie C-D et traverse le bain de verre entre les électrodes C1, C2, C3 d’une part, et les électrodes D1, D2, D3 d’autre part, chauffant ainsi le bain 3 de matières vitrifiables par effet joule. De manière globale, l’installation électrique 6 est ainsi adaptée pour générer au sein du bain 3 de verre un courant alternatif diphasé.
  • La représente schématiquement une installation électrique 4 ainsi qu’un dispositif de contre-réaction 8, dont le détail est illustré à la . Un tel dispositif de contre-réaction 8 est agencé dans le premier champ magnétique B1 généré par un conducteur 7 et est adapté pour générer un contre-champ magnétique B2.
  • Plus précisément, ce dispositif de contre-réaction 8 comprend une boucle fermée 9 dont au moins une portion se présente sous la forme d’une barre 10 en cuivre qui est positionnée dans le premier champ B1 et remplit en retour la fonction de génération du contre-champ magnétique B2, réduisant ainsi les risques de génération d’un courant induit, et par conséquent les risques d’échauffement et d’électrocution qui y sont liés. Selon des modes de réalisations alternatifs, ladite portion 10 peut prendre la forme d’un câble ou d’un caisson, est être composée d’un matériau conducteur, tel que l’aluminium ou le fer.
  • Selon le mode de réalisation illustré à la , la boucle fermée 9 est mise à la terre en un unique point, de manière notamment à limiter les risques d’électrocution. Il comprend de plus un système de contrôle du courant (non illustré) parcourant la boucle fermée, afin de prévenir les risques d’échauffement excessif de la boucle fermée, et donc les risques d’incendie.
  • A noter que même si non apparent sur les figures, en raison de l’absence d’échelle, le four électrique considéré est qualifié de grande taille, puisqu’ayant un bain de matières vitrifiables en fusion dont l’aire en surface est supérieure à 40 m², et présentant entre les deux parois opposées de ladite cuve une distance supérieure à 6,5 m. Compte tenu de la puissance électrique nécessaire à l’alimentation de ce four, les conducteurs en une phase sont parcourus d’un courant dont l’intensité est comprise entre 7000 et 8000A.
  • La est un diagramme de flux illustrant les étapes successives d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation particulier de l’invention, qui comprend une première étape S1 de fusion de matières vitrifiables par chauffage électrique dudit bain 3 de matières vitrifiables au moyen d’un courant alternatif diphasé, et une deuxième étape S2 de fabrication de laine de verre, de laine de roche, de fils de verre textile et/ou de verre plat ou creux.

Claims (16)

  1. Four verrier (1) au moins en partie électrique, comprenant une cuve (2) de fusion en matériaux réfractaires adaptée pour contenir un bain (3) de matières vitrifiables en fusion et une pluralité d’électrodes (An, Bn, Cn, Dn) de chauffage dudit bain (3) alimentées en courant électrique alternatif par une installation électrique (4) comprenant au moins un transformateur (6) adapté pour générer une pluralité de groupes de sortie en une phase avec une différence de phase entre chaque groupe de sortie, chaque sortie étant reliée à au moins une desdites électrodes (An, Bn, Cn, Dn) par un conducteur d’une phase (7) générant un premier champ magnétique (B1), ledit four verrier (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de contre-réaction (8), préférentiellement une pluralité, agencé dans ledit premier champ magnétique (B1) et adapté pour générer un contre-champ magnétique (B2).
  2. Four verrier (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un unique dispositif de contre-réaction (8) agencé dans ledit premier champ magnétique (B1) de chaque conducteur en une phase (7) et adapté pour générer un contre-champ magnétique (B2).
  3. Four verrier (1) selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de contre-réaction (8) comprend une boucle fermée (9) dont au moins une portion (10) est composée d’un matériau métallique conducteur choisi parmi le groupe comprenant le cuivre, l’aluminium et le fer, ladite portion (10) étant agencée dans ledit premier champ magnétique (B1) et adaptée pour générer ledit contre-champ magnétique (B2)
  4. Four verrier (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite portion (10) de la boucle fermée (9) se présente sous la forme d’un câble, d’une barre métallique, ou d’un caisson.
  5. Four verrier (1) selon l’une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite boucle fermée (9) est mise à la terre en un unique point.
  6. Four verrier (1) selon l’une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite boucle fermée (9) comprend un système de contrôle du courant, avec une valeur seuil de coupure de ladite boucle fermée (9).
  7. Four verrier (1) selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite portion (10) de la boucle fermée (9) est agencée à moins de 1,0 mètre, préférentiellement moins de 0,5 mètre, préférentiellement moins de 0,3 mètre dudit conducteur en une phase (7).
  8. Four verrier (1) selon l’une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ladite portion (10) de la boucle fermée (9) est agencée à plus de 0,1 mètre, préférentiellement plus de 0,2 mètre dudit conducteur en une phase (7), et/ou en ce que ledit conducteur en une phase (7) est revêtu d’un isolant électrique, préférentiellement du plastique.
  9. Four verrier (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite cuve (2) de fusion est dimensionnée de sorte que ledit bain (3) de matières vitrifiables en fusion présente en surface une aire supérieure à 25 m², préférentiellement supérieure à 40 m², préférentiellement supérieure à 60 m², préférentiellement supérieure à 100 m², et présente préférentiellement entre deux parois opposées de ladite cuve (2) une distance supérieure à 5 m, préférentiellement supérieure à 6,5 m.
  10. Four verrier (1) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite installation électrique (4) est adaptée pour générer un courant alternatif diphasé ou triphasé.
  11. Four verrier (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’au moins une électrode (An, Bn, Cn, Dn) de chauffage, préférentiellement toutes les électrodes (An, Bn, Cn, Dn) de chauffage, est plongeante à partir de la surface dudit bain (3) de matières vitrifiables en fusion.
  12. Four verrier (1) selon l’une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que ledit transformateur (6) est diphasé et alimente un nombre d’électrodes inférieur ou égal à 16, préférentiellement inférieur ou égal à 12, préférentiellement inférieur ou égal à 8.
  13. Four verrier (1) selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit transformateur (6) est adapté pour générer au niveau de chaque groupe de sortie un courant alternatif en une phase d’une valeur d’intensité supérieure à 1000A, préférentiellement supérieure à 4000A, préférentiellement supérieure à 6000A.
  14. Procédé de fusion de matières vitrifiables mis en œuvre au moyen d’un four verrier (1) selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage électrique dudit bain (3) de matières vitrifiables en fusion au moyen de ladite pluralité d’électrodes (An, Bn, Cn, Dn) alimentées en courant alternatif par ladite installation électrique (4).
  15. Procédé de fusion de matières vitrifiables selon la revendication 14, mis en œuvre au moyen d’un four verrier (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la valeur d’intensité dudit courant électrique alternatif est supérieure à 1000A, préférentiellement supérieure à 4000A, préférentiellement supérieure à 6000A.
  16. Procédé de fabrication de laine de verre, de laine de roche, de fils de verre textile et/ou de verre plat ou creux, caractérisé en ce qu’il met en œuvre un procédé de fusion selon l’une des revendications 14 et 15.
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