FR2973797A1 - Four de verre, notamment pour verre clair ou ultra-clair, avec recirculations secondaires laterales - Google Patents

Abstract

Four de verre pour le chauffage et la fusion de matières à vitrifier, dans lequel deux boucles de recirculation du verre en fusion se forment dans le bain entre une zone centrale du four plus chaude et respectivement l'entrée (E) et la sortie (Y) à une température moindre ; le four comporte des moyens de refroidissement latéraux (12a), (12b) de sorte de créer ou renforcer des courroies de recirculation secondaire latérales (BLa), (BLb) du verre.

Description

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FOUR DE VERRE, NOTAMMENT POUR VERRE CLAIR OU ULTRA-CLAIR, AVEC RECIRCULATIONS SECONDAIRES LATERALES.

L'invention est relative à un four de verre à double courroie de recirculation pour le chauffage, la fusion et l'affinage de matières à vitrifier, four du genre de ceux qui comprennent : - une entrée pour les matières premières, - une superstructure équipée de moyens de chauffage, - une cuve contenant un bain de verre en fusion sur lequel un tapis de matières premières flotte depuis l'entrée jusqu'à une certaine distance à l'intérieur du four, - une sortie par laquelle est évacué le verre en fusion.

L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un four pour verre clair ou ultra-clair.

En se reportant au schéma de Fig. 1 des dessins annexés, on peut voir un four de verre flotté classique avec une entrée E pour les matières premières, une superstructure R équipée de brûleurs G, une cuve M dont la sole S supporte un bain N de verre en fusion sur lequel un tapis T de matières premières flotte depuis l'entrée, et une sortie Y. Au-dessus du four, l'évolution de la température de la face chaude de la voûte -Goûte, de la superstructure R, suivant la longueur du four, est portée en ordonnée sur Fig. 1 et est représentée par la courbe 1 dont le maximum se trouve dans la zone centrale I du four.

Deux boucles de recirculation du verre liquide B1, B2, se forment dans le bain entre une zone centrale I du four plus chaude et respectivement l'entrée E et la sortie Y à une température moindre. Selon Fig.1, la recirculation dans la boucle B1 primaire s'effectue en sens contraire d'horloge : le verre en surface s'écoule de la zone I vers l'entrée E, descend vers la sole et revient en partie basse du bain vers la zone centrale I pour remonter vers la surface. La recirculation dans la boucle secondaire B2 a lieu en sens inverse, c'est-à-dire dans le sens d'horloge. Ces deux boucles de recirculation influent sur l'écoulement principal de la tirée du four. Elles modifient la forme et la durée de passage de l'écoulement principal en fonction de leur intensité.

Le trajet de l'écoulement principal le plus court, correspondant au temps de séjour le plus faible, critique pour la qualité du verre extrait du four, est schématisé par la courbe en tirets 2 selon laquelle le verre, près de l'entrée, se déplace au voisinage de la sole S, puis remonte selon un parcours plus ou moins sinueux 3 entre les deux boucles de recirculation pour se déplacer ensuite sur une trajectoire 4 au voisinage du niveau supérieur du bain vers la sortie Y. A la remontée 3 correspond une zone de résurgence centrale RC comprise entre les deux boucles B1, B2 et leur zones de résurgences R1 et R2. Le point de retournement de l'écoulement du verre à la surface du bain marque la séparation surfacique des résurgences R1 et RC. La distance comprise entre l'entrée du four et ce point de retournement définit la longueur C représentée sur la Fig. 1, représentative de l'étendue de la boucle B1. Il peut être déterminé expérimentalement ou par simulation numérique. La qualité d'affinage du verre est déterminée par la partie initiale de la trajectoire 4. Sur cette partie initiale, le verre est maintenu à une température supérieure à la température de l'affinage (environ 1450°C pour le verre sodocalcique) pendant un certain laps de temps. Le temps de séjour dans la partie initiale de la trajectoire 4 est donc déterminant pour la qualité du verre produit. Ce temps de séjour est donné par la longueur L de la zone à température située au-dessus d'environ 1450°C pour le verre sodocalcique et par la vitesse de l'écoulement du verre. Cette vitesse d'écoulement du verre est liée à la tirée obtenue à la sortie du four et à l'intensité de la recirculation B2.

On vise donc à maximiser le temps de séjour d"'affinage" pour améliorer la qualité du verre, ou à augmenter la tirée du four à qualité constante. La prolongation du temps de séjour peut être obtenue par un ralentissement de la recirculation secondaire, ce qui permet également de diminuer la consommation du four. Ainsi, un étranglement de la largeur des fours appelé corset 5a a été prévu depuis un certain nombre d'années dans les fours à verre flotté. Dans ce corset 5a on peut utiliser, en plus, un barrage 5b refroidi à l'eau qui ralentit davantage la recirculation. Par ailleurs, cette boucle de recirculation est indispensable pour créer la zone de résurgence au milieu du four en interaction avec la première boucle. Le refroidissement dans le corset et le bassin de travail assure le fonctionnement de la boucle secondaire par la diminution de la température du verre.

En se reportant au schéma de Fig. 2 des dessins annexés, on peut voir schématiquement représenté le four classique de la Fig. 1 en vue de dessus.

Sur cette Fig. 2, l'écoulement du verre en surface est représenté par des flèches horizontales parallèles 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f venant se terminer sur une ligne continue 10,10b,10c,10d,10e,10f. La longueur des flèches 6 - 6f est représentative de la vitesse de l'écoulement. La position des lignes continues 10 - 10f est représentative du sens d'écoulement du verre : le verre s'écoule de l'extrémité des flèches 6 - 6f non en contact avec la ligne continue 10 -10f vers l'autre extrémité en contact avec la ligne 10 -10f. L'écoulement du verre à proximité de la sole dans la cuve de fusion 9.1, pour la boucle B2, est représenté par les flèches 7a et 7b. Les zones de refroidissement classiques du verre, 8a et 8b dans le corset, et 8c dans le bassin de travail 9.2, sont également représentées sur cette figure.

Les flèches 6a montrent un écoulement du verre en surface vers l'entrée du four lié à la courroie de recirculation primaire. Les flèches 6b montrent un écoulement du verre en surface vers la sortie du four lié à la courroie de recirculation secondaire. Entre les deux, se trouve la zone de résurgence RC.

Comme le montrent les flèches 6b, la vitesse du verre en surface est plus importante au centre du four et diminue progressivement vers les côtés du four.

Comme le montrent les flèches 6c, ce phénomène s'accentue au fur et à mesure que l'on se rapproche du corset 5a. Ainsi, le rétrécissement de la cuve de fusion cause une concentration de l'écoulement surfacique de la boucle secondaire avant l'entrée dans le corset au centre de ladite cuve. L'augmentation de la vitesse dans cette zone diminue le temps d'affinage.

Comme le montrent les flèches 7a et 7b, l'écoulement de retour du verre à la sole dans la cuve de fusion n'est pas du tout homogène sur la largeur de la cuve de fusion. Au voisinage du corset, aux angles de la cuve, il subsiste deux zones « mortes » 11 où l'écoulement du verre est très limité.

L'invention a pour but, surtout, de fournir un four de verre à double boucle de recirculation qui ne présente plus ou à un degré moindre les inconvénients rappelés ci-dessus et qui, notamment, permet une qualité d'affinage élevée, non seulement pour le verre ultra-clair mais aussi pour le verre clair et ordinaire.

Selon l'invention, le four de verre pour le chauffage et la fusion de matières à vitrifier, comprend : - une entrée E pour les matières premières, - une superstructure R équipée de moyens de chauffage G, - une cuve M contenant un bain de verre en fusion sur lequel un tapis T de matières premières flotte depuis l'entrée jusqu'à une certaine distance à l'intérieur du four, - une sortie Y par laquelle est évacué le verre en fusion, - deux boucles B1, B2 de recirculation du verre en fusion se formant dans le bain N entre une zone centrale I du four plus chaude et respectivement l'entrée et la sortie à une température moindre, et est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le refroidissement du verre situés au voisinage des faces latérales du four de part et d'autre et en amont du corset de sorte de créer ou de renforcer des courroies de recirculation secondaires latérales du verre.

De préférence, les moyens pour le refroidissement du verre sont situés au voisinage de l'entrée du corset, en particulier dans les angles de la cuve.

Avantageusement, les moyens pour le refroidissement du verre sont situés à proximité de la surface du bain. Ce sont notamment des refroidisseurs aériens placés au-dessus du bain de verre, ou des refroidisseurs immergés dans le bain, notamment des refroidisseurs à eau..

Pour établir une zone de résurgence au centre du four, les deux boucles de recirculation doivent posséder une force motrice comparable. Cette force motrice est engendrée d'un côté par la consommation énergétique de la face inférieure du tapis. De l'autre côté, le refroidissement combiné dans le corset et le bassin de travail crée la force motrice de la boucle secondaire.

Selon l'invention, on remplace partiellement ou totalement ce refroidissement classique par un refroidissement latéral avant l'entrée du corset. On crée ainsi deux boucles latérales BLa et BLb qui soutiennent la boucle centrale de la recirculation secondaire B2. Ce soutien permet de diminuer l'intensité de la boucle centrale et ainsi de diminuer la vitesse de l'écoulement surfacique dans la zone centrale devant l'entrée du corset. Il en résulte une augmentation du temps de séjour du verre dans la zone d'affinage.

A qualité équivalente d'affinage du verre, cette solution permet une réduction de la taille du bassin de travail 9.2, liée à la diminution du refroidissement nécessaire dans le bassin de travail, ou une augmentation de la tirée du four.

De plus, elle permet une diminution de la consommation énergétique liée au fait que l'écart de température du verre nécessaire pour assurer la recirculation sera moindre pour maintenir la position de la zone de résurgence.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins :

Fig. 1 est une coupe schématique verticale d'un four de verre flotté classique, Fig. 2 est une vue du dessus schématique du four de verre flotté de la Fig. 1, et

Fig. 3 est une vue du dessus schématique, similaire à celle de la Fig. 2, d'un four de verre flotté selon l'invention.

Comme le montre la Fig. 3, l'invention permet de maintenir la position de la zone de résurgence malgré une diminution de la recirculation secondaire centrale. Elle conduit à une meilleure distribution de la vitesse de l'écoulement du verre avant le corset avec notamment une diminution de la vitesse aux angles à l'entrée du corset. Il en résulte globalement une prolongation du temps de séjour du verre dans la zone d'affinage. La diminution de la vitesse élimine ou limite le risque de corrosion, notamment des angles à l'entrée du corset.

Comme le montre les flèches 7a, 7b de la Fig. 3, l'existence de boucles latérales BLa, BLb conduit à un écoulement du verre à la sole plus homogène sur la largeur de la cuve et en particulier vers les côtés 11 du four.

Pour obtenir un effet notable du refroidissement latéral, le flux de chaleur évacué par les refroidisseurs latéraux doit être au moins de 10% du flux consommé par le tapis de matières premières dans la première boucle de recirculation.

Le pilotage des fours à verre flotté, généralement appelés fours float, demande le maintien d'une température constante à la sortie du four, typiquement de 1100°C. Le refroidissement dans le corset et le bassin de travail est ajusté pour maintenir cette température. La tirée en combinaison avec la recirculation centrale de la boucle B2 constitue l'apport de chaleur dans le bassin.

Comme le montre la Fig.3, l'ajout de moyens de refroidissement latéraux 12a, 12b situés au voisinage des faces latérales 13a, 13b du four, de part et d'autre en amont du corset, permet de diminuer le refroidissement nécessaire dans le corset et surtout dans le bassin de travail 9.2. Les moyens de refroidissement 12a, 12b sont situés de préférence au voisinage de l'entrée du corset, en particulier dans les angles de la cuve. Les moyens de refroidissement latéraux 12a, 12b, permettent de créer ou de renforcer des boucles ou courroies de recirculation latérales Bla, BLb, dans lesquelles la recirculation du verre en fusion a lieu dans le même sens que pour la boucle centrale secondaire B2. La mise en oeuvre de l'invention permet de diminuer l'intensité de recirculation centrale de la boucle B2, par exemple en agissant sur la profondeur du barrage 5b ou la section du corset. On maintient ainsi la température du verre à la sortie du four. La diminution du refroidissement dans le corset et le bassin de travail, et le frein à la recirculation secondaire centrale sont ainsi deux actions associées. Elles permettent de prolonger notablement le temps de séjour du verre pour l'affinage et également pour le raffinage, pour la résorption des bulles résiduelles.

Selon un exemple de réalisation de l'invention, pour un four de type float d'une petite capacité de 200 tonnes de verre par jour avec un bassin de travail réduit, le refroidissement latéral évacue une puissance de 2 x 100 kW. Celui-ci conduit à une augmentation du temps de séjour en affinage de 20%. Pour un temps d'affinage équivalent, la mise en oeuvre du refroidissement latéral selon l'invention permettrait d'augmenter la tirée du four.

Les courroies de recirculation latérales BLa et BLb permettent d'envisager de supprimer la fraction de la recirculation secondaire dans le corset et le bassin de travail. Néanmoins, une suppression totale de la recirculation dans le corset et le bassin de travail empêcherait le retour du verre contaminé par les parois dans la partie affinage du four. En fonction de la qualité du verre demandée et des réfractaires, il peut être avantageux de maintenir une recirculation résiduelle dans le corset et le bassin de travail. Le dispositif de barrage 5b avec sa profondeur variable permet aisément d'ajuster cette recirculation.

L'absence de combustion à l'extrémité de la cuve de fusion dans les fours float standards et les pertes par les parois créent un certain refroidissement latéral du verre à la fin de la cuve de fusion avant le corset. Sans dispositif supplémentaire, cette perte reste négligeable par rapport à la perte du corset et du bassin de travail dans les fours float classiques. Un renforcement des pertes des parois permet d'obtenir une amélioration mais il reste très difficile d'obtenir un niveau de perte suffisant pour activer les courroies de recirculation secondaires latérales uniquement par les parois de la cuve.

Selon un exemple de réalisation de l'invention, les dispositifs de refroidissement 12a, 12b permettant de créer des courroies de recirculation secondaires latérales sont des refroidisseurs aériens. De tels refroidisseurs peuvent facilement être introduits et retirés du four.

Le refroidissement de la surface du bain par un refroidisseur aérien peut résulter d'un échange par rayonnement entre la surface chaude du bain et la surface froide du refroidisseur. Elle peut également résulter d'un échange par convection, par exemple dans le cas où le refroidisseur injecte de l'air sur une surface ciblée du bain. La température et le débit de l'air soufflé sont choisis de sorte d'éviter tout risque de dévitrification du verre.

Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, les dispositifs de refroidissement 12a, 12b permettant de créer des courroies de recirculation secondaires latérales BLa, BLb sont des refroidisseurs immergés au voisinage de la surface du bain de verre. Les refroidisseurs peuvent notamment être des refroidisseurs à eau.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Four de verre pour le chauffage et la fusion de matières à vitrifier, comprenant notamment mais pas exclusivement : - une entrée (E) pour les matières premières, - une superstructure (R) équipée de moyens de chauffage (G), - une cuve (M) contenant un bain de verre en fusion sur lequel un tapis (T) de matières premières flotte depuis l'entrée jusqu'à une certaine distance à l'intérieur du four, - une sortie (Y) par laquelle est évacué le verre en fusion, - deux boucles (B1, B2) de recirculation du verre en fusion se formant dans le bain (N) entre une zone centrale (I) du four plus chaude et respectivement l'entrée et la sortie à une température moindre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le refroidissement du verre (12a, 12b) situés au voisinage des faces latérales du four (13a, 13b) de part et d'autre et en amont du corset (5a), de sorte de créer ou renforcer des courroies de recirculation secondaires latérales (8a), (8b) du verre.
2. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (12a, 12b) pour le refroidissement du verre sont situés au voisinage de l'entrée du corset, en particulier dans les angles de la cuve..
3. 3. Four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (12a, 12b) sont situés à proximité de la surface du bain.
4. 4. Four selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (12a, 12b) sont des refroidisseurs aériens placés au dessus du bain de verre.
5. 5. Four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (12a, 12b) sont des refroidisseurs immergés dans le bain de verre.
6. 6. Four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les refroidisseurs immergés sont des refroidisseurs à eau.