FR3068348A1 - Preparation de fabrication de verre et four de verrerie - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication de verre, dans lequel on fournit dans un four de verrerie un mélange d'eau, de sable, de soude et d'oxyde de calcium, l'oxyde de calcium étant dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total du mélange, et on met le mélange en fusion par au moins un brûleur à flamme dirigée vers le mélange.
Description
Préparation de fabrication de verre et four de verrerie
L’invention concerne le domaine de l’industrie verrière. La fusion des matériaux constitutifs du verre nécessite l’apport d’une grande quantité d’énergie. La température du bain de verre est de l’ordre de 1300 à 1500°C. Selon sa composition, le verre est destiné à un usage ménager direct, par exemple les verres à boire, le vitrage, ou indirect, par exemple les plaques vitrocéramiques, ou industriel.
Le four est soumis à des contraintes thermiques et mécaniques très élevées. Le four est construit avec des revêtements réfractaires de haute qualité. Ces revêtements réfractaires sont onéreux et sensibles à certains constituants du verre susceptibles de réaction chimique. Les revêtements réfractaires étant de mauvais conducteurs de chaleur, le chauffage du bain de verre est effectué par le dessus.
On dispose un brûleur à flamme à combustible liquide ou gazeux entre le bain de verre et le sommet du four appelé voûte. Le bain de verre est chauffé par radiation pour l’essentiel. La température de sortie des gaz est de 1300 à 1600 °C selon la famille de verre.
Par ailleurs, la fabrication de verre dégage de grandes quantités de gaz. Le bain de verre est dégazé pendant plusieurs heures pour éviter la formation de bulles dans le verre. Pour faciliter le dégazage, des additifs d’affinage tels que des sulfates peuvent être utilisés. Le four fonctionne par lots de verre de composition choisie.
Les gaz de sortie, issus du dégazage et issus de la combustion, sont évacués par une cheminée.
La Demanderesse a poursuivi l’objectif d’une réduction majeure de la consommation d’énergie rapportée à la masse de verre produite.
Dans un verre sodo-calcique, les matériaux initiaux principaux sont du calcaire, de la soude par exemple sous forme de carbonate de sodium Na2CO3 et de la silice sous forme de sable de quartz. Le calcaire et lecarbonate de sodium libèrent du CO2 lors de l’affinage du verre.
Le document JPS55100236 décrit l’utilisation de scories en vue de fabriquer du verre. Toutefois de nombreux obstacles techniques ne sont pas abordés. La Demanderesse n’a pas connaissance d’une réalisation industrielle d’une telle technologie.
US 2 084 328 décrit une charge de four de verrerie élaborée à partir de dolomie et de kaolin mélangés en voie humide. La bouillie de dolomie et de kaolin est calcinée, puis mélangée avec de la cendre de soude, du sable et de la chaux vive.
Le document US2005/0022557 décrit un pré-mélange Na2CO3 et S1O2 et parallèlement à un pré-mélange CaCO3 et S1O2 avec pré-réaction, suivi d’un mélange des deux prémélanges et d’un complément de S1O2 puis de l’introduction dans un four de verrerie.
Le document US2012/0216574 concerne un procédé de fabrication de verre comprenant la calcination du CaCO3 pour former du CaO, la formation d’un verre Na2SiO3 en phase liquide, et le mélange en phase liquide du CaO et du Na2SiO3 pour former un verre sodo-calcique.
Par ailleurs, la Demanderesse a eu connaissance d’un séminaire « Glass Trend Seminar» des 18 & 19 octobre 2012 à Eindhoven a vu MM. HandeSesigür, MelekOrhon, Banu Arslan de la société SISECAM présenter un document « Alternative Raw Materials for Improving the MeltingProperties in Glass Production » qui rapporte un essai d’introduction dans un four de verrerie de calcaire calciné aboutissant à une réduction légère de consommation d’énergie, à une fusion plus facile, à une augmentation de la tirée spécifique du four mais à un prix de revient plus élevé de la tonne de verre produite, à la présence forte de volages au-dessus du bain de verre, à une corrosion accrue des parois du four et à des problèmes d’adhésion entre particules.
La Demanderesse a procédé à des essais. Le remplacement du calcaire par de la chaux vive dans les matériaux de fabrication du verre pose des difficultés, notamment liées à la réactivité de la chaux avec l’humidité de l’air. Le bilan économique de la chaux est moins favorable que celui du calcaire malgré un tonnage transporté et manipulé réduit. Par ailleurs, une chaux de forte granulométrie est lente à fondre dans le bain verrier et peut laisser des infondus. Une chaux de faible granulométrie génère des volages entraînés par les gaz de combustion. Une partie de la chaux est perdue et vient encrasser les conduits de fumée en aval du four.
Malgré ces obstacles, la Demanderesse a poursuivi et mis au point un mélange précurseur de verre. Une difficulté est apparue lors de la préparation du mélange. En l’absence d’eau, le mélange pulvérulent n’a pas de tenue et génère des volages en grande quantité. Mais l’eau et la chaux réagissent ensemble de manière exothermique. La température atteinte rend le mélange difficile à manipuler.
La Demanderesse a mis au point un procédé de préparation d’un mélange précurseur fournissant un mélange à faible échauffement et à faible génération de volage. La granulométrie des constituants apportés au mélange est sensiblement conservée à ceci près que les manipulations mécaniques de transfert peuvent générer un effet de broyage réduisant légèrement la granulométrie. Ledit mélange introduit dans un four verrier permet une réduction de l’énergie nécessaire à la production de verre et de la quantité de CO2 dégagée de l’ordre de 3 à 6%. Par ailleurs, la durée de la fonte du mélange est inférieure à la durée constatée lors de l’utilisation de carbonate de calcium. Il en découle une augmentation de la productivité du four, se traduisant aussi par une baisse supplémentaire de la consommation d’énergie de l’ordre de 4 à 6%.
L’invention propose un procédé de fabrication de verre comprenant la préparation d’un mélange précurseur de verre pour four verrier, dans lequel on mélange de l’eau, du sable et du carbonate de sodium dans des proportions massiques comprises entre 0 et 5 %, 40 et 65 %, et plus de 0 et au plus 25 % respectivement, et, après un délai d’au moins une heure, on ajoute de l’oxyde de calcium dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total. La préparation du mélange précurseur ne voit pas d’échauffement spontané significatif ou à tout le moins susceptible de présenter un inconvénient. Le retard à l’apport d’oxyde de calcium laisse le temps au carbonate de sodium de capturer l’eau disponible, notamment dans le sable. La Demanderesse s’est rendu compte de l’intérêt qu’il y a à se passer de réaction chimique faisant intervenir la chaux avant l’enfournement.
Dans un mode de réalisation, la proportion massique d’eau est comprise entre 1,5 et 3 %. Le risque de génération de volages, même avec des fractions de mélange de faible granulométrie, est réduit.
Dans un mode de réalisation, ledit délai est de moins de 72 heures.
Dans un mode de réalisation, l’oxyde de calcium présente une granulométrie telle que 70 à 90% en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm, préférablement 30 à 80% en masse ne passe pas au tamis de 0,5 mm, plus préférablement 30 à 70% en masse ne passe pas au tamis de 2 mm. La génération de volages est faible.
Dans un mode de réalisation, l’oxyde de calcium présente une granulométrie telle que plus 90 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 5 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm, préférablement plus 95 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 1 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm. La quantité d’air introduit dans le four avec le mélange est faible et les infondus sont rares.
Dans un mode de réalisation,l’oxyde de calcium présente une granulométrie moyenne comprise entre 1 et 1,5 mm.
Dans un mode de réalisation, le mélange précurseur est mis en œuvre dans un four verrier moins de 1 heure après sa préparation pour une granulométrie de 90% ou plus en masse passant au tamis de 0,1 mm, préférablement moins de 2 heures après sa préparation pour une granulométrie de 70 à 90% en masse passant au tamis de 0,1 mm. Une granulométrie fine est associée à une réactivité élevée et à une mise en œuvre rapide. La fusion est alors rapide.
Dans un mode de réalisation,le mélange précurseur est mis en œuvre dans un four verrier moins de 8 heures après sa préparation pour une granulométriede 70% ou plus en masse passant au tamis de 2 mm. Une granulométrie moyenne permet une mise en œuvre souple avec des durées de stockage intéressantes industriellement.
Dans un mode de réalisation, ledit sable est sec. La quantité d’eau apportée est bien maîtrisée. Dans la variante sans apport d’eau, de préférence associée à une granulométrie moyenne ou forte, l’énergie consommée est réduite.
Dans un mode de réalisation, l’eau est présente dans ledit sable, préférablement 3 à 4% en masse. Le coût d’un apport d’eau volontaire est évité.
Dans un mode de réalisation, l’oxyde de calcium est dépourvu d’addition volontaire d’oxyde d’aluminium. De l’oxyde d’aluminium peut être apporté lors du mélange de l’eau, du sable et du carbonate de sodium.
Dans un mode de réalisation, on ajoute du calcin au mélange précurseur de verre, avant ou après l’ajout d’oxyde de calcium, dans une proportion massique comprise entre 5 et 40 % du total. Le calcin peut provenir de lots de verre déclassés. Les lots sont de composition connue de sorte que les quantités des autres matières premières est ajustée à la qualité de verre souhaitée.
Dans un mode de réalisation, le mélange précurseur de verre est préparé à l’état solide. On évite l’évaporation de l’eau dans le cas d’une bouillie. On évite la consommation d’énergie d’une fusion préalable des matières premières.
Dans un mode de réalisation, le mélange précurseur de verre est préparé à une température comprise entre la température ambiante et la température ambiante augmentée de 20°C.
Dans un mode de réalisation, le mélange précurseur de verre est préparé à une température comprise entre +0 et +20°C de la température préalable de l’eau, du sable, du carbonate de soude et de l’oxyde de calcium. Une moyenne pondérée peut être prise comme température préalable.
Dans un mode de réalisation, le mélange précurseur de verre est préparé sans apport d’énergie thermique. On évite une dessiccation du mélange, génératrice de fines et donc de volages.
Dans un mode de réalisation,ledit mélange est enfourné dans un four électrique.
Dans un mode de réalisation, on fournit dans un four de verrerie un mélange d’eau, de sable, de soude et d’oxyde de calcium, l’oxyde de calcium étant dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total du mélange, et on met le mélange en fusion par au moins un brûleur à flamme dirigée vers le mélange. Ledit brûleur offre un bon rendement et un effet de glaçage des volages vers la surface du bain de verre en cours de fusion ou fondu.
Dans un mode de réalisation, le comburant fourni au brûleur est de l’oxygène. L’effet de glaçage des volages est accru.
Dans un mode de réalisation, l’eau, le sable, le carbonate de sodium et l’oxyde de calcium sont présents dans des proportions massiques comprises entre 0 et 5%, 40 et 65%, 1 et 25%, et 1 et 20 % respectivement.
Dans un mode de réalisation, la décarbonatation du Na2CO3 est effectuée dans le four de verrerie en phase liquide.
L’invention propose un four de verrerie industrielle comprenant une cuve à verre fondu, une chambre de chauffe à combustion située au-dessus de la cuve et délimitée par des piédroits, des pignons et une voûte, un conduit d’évacuation des fumées en communication avec la chambre de chauffe, un brûleur à boucle disposé dans une direction parallèle au conduit d’évacuation des fumées, et un brûleur à flamme dirigée vers la cuve à verre fondu.
Dans un mode de réalisation, le brûleur à flamme est disposé dans une voûte du four.
Dans un mode de réalisation, le four de verrerie est stationnaire. La fragilité des fours rotatifs est évitée.
Des essais rapportés ci-dessous ont été menés.
1) Essai de température sur un lot de mélange précurseur de verre sodocalcique
On procède à la pesée de matières premières pour 20 kg de mélange précurseur. Le sable a été séché puis ré humidifié pour une teneur en eau reproductible. Les autres matières premières sont ajoutées en une fois à l’instant to. Le mélange est effectué pendant 100 secondes en toupie de type bétonnière. 16 kg sont prélevés et mis dans un récipient fermé. La température est relevée pendant 2 heures par un thermocouple positionné au centre du lot dans le récipient fermé. L’eau est la même pour les 5 lots. Le sable et le carbonate de sodium proviennent des mêmes lots industriels des mêmes fournisseurs. Cinq sources de calcium sont comparées :
Calcaire
Chaux vive A blanche livrée en vrac, D50 à 0,1 mm
Chaux vive B marron livrée en vrac, D50 à 0,1 mm
Chaux vive C livrée en grands sacs d’environ 1 tonne, calibre 4/8 mm
Chaux vive D, D50 à 1,2 mm.
La notation D50 signifie que 50% de la matière en masse présente une granulométrie inférieure et 50% une granulométrie supérieure. Le calibre est une notation commerciale indiquant une prépondérance de la granulométrie située dans la plage 4 à 8 mm.
Les courbes de la figure 2 débutent à l’instant t = to +5 minutes en raison du temps de remplissage du récipient, d’installation du thermocouple et de fermeture du récipient. Les courbes montrent une élévation de température inférieure à 5°C avec le calcaire, d’environ 15°C avec la chaux vive C livrée en grands sacs, d’environ 75°C à t = to + 35 minutes avec la chaux vive D, d’environ 75°C à t = to + 12 minutes avec la chaux vive
A blanche livrée en vrac, de plus de 90°C à t = to + 30 minutes avec la chaux vive B marron livrée en vrac.
Le faible échauffement avec la chaux vive C peut s’expliquer par la granulométrie très élevée et par une reprise d’humidité antérieure ayant en partie hydraté la chaux et faisant perdre un éventuel gain énergétique. Une chaux éteinte introduite dans un four verrier est déshydratée sous l’effet de la chaleur ce qui impacte le bilan énergétique par l’énergie nécessaire à la déshydratation et l’énergie chauffant l’eau supplémentaire à la température du four. Toutefois une chaux de forte granulométrie est moins sujette à une hydratation involontaire et l’hydratation est plus lente qu’avec une chaux de faible granulométrie.
Les différences d’échauffement et de temps d’échauffement entre les chaux vives A et B livrées en vrac, blanche et marron, s’expliquent par une composition différente sans être très significatives.
Les trois lots d’essais ayant subi un échauffement élevé fournissent un mélange générant beaucoup de volages, c’est-à-dire de poussières en partie perdues par l’aspiration des cheminées et ne participant pas au verre obtenu. Par ailleurs, l’échauffement élevé rend le mélange difficile à manipuler pendant plusieurs heures. On pourrait profiter de cet échauffement élevé pour enfourner un mélange chaud et améliorer le bilan thermique du four de verrerie. Le gain serait de l’ordre de 1 à 1,5 %.
2) Essai de phasage du même mélange
A la suite d’une manipulation interrompue de manière inopinée, la chaux a été introduite dans le mélange avec retard. Il a été procédé au mélange de l’eau, du sable et du carbonate de sodium. Le sable et le carbonate de sodium proviennent des mêmes lots industriels que dans le premier essai. La chaux est de calibre 0/5 mm. La chaux a été ajoutée 5 heures plus tard et la suite de l’essai menée comme précédemment. Il n’a pas été relevé d’échauffement, voir la courbe inférieure de la figure 3.
Au vu de ce résultat, la Demanderesse a mené deux autres essais en incorporant pour l’un la même chaux à un prémélange eau, sable et carbonate de sodium et pour l’autre en incorporant un prémélange eau, sable et carbonate de sodium à la même chaux sans retard entre la fabrication du prémélange et l’incorporation voir les courbes supérieures de la figure 3. Il se produit alors un échauffement significatif dans les deux cas, d’environ 40°C. La notion de « même » chaux est ici une chaux de la même livraison d’un fabricant, ayant donc une granulométrie très proche, de calibre 0/3 mm, et des conditions de stockage identiques. La chaux provient de l’échantillon n°l du tableau du chapitre 4.
Une temporisation dans la préparation du mélange avec retard d’introduction de la chaux est intéressante pour éviter l’échauffement. Le lot de mélange sans échauffement a ensuite été chargé dans un four de verrerie. La proportion de volages a été comparable à celle d’un verre élaboré à partir de calcaire.
3) Essai d’enfournement
A partir d’une même composition de verre sodocalcique, la Demanderesse a cherché à comparer des granulométries de chaux différentes dans le même four. Les autres matières premières sont identiques d’un essai à l’autre. Une chaux de calibre 0/5 mm a fourni une production de verre de 23 tonnes/jour et une de calibre 2/6 mm du même fournisseur a fourni une production de verre de 20,5 tonnes/jour. Lesdites chaux proviennent des échantillons n°4 et 6 du tableau du chapitre 4 respectivement. Une chaux fine fond plus vite dans le four qu’une chaux grossière mais contient plus d’air. L’air doit être évacué du verre en fusion par un dégazage plus long.
Par ailleurs, la Demanderesse préfère une chaux contenant le maximum de particules de granulométrie supérieure à 0,1 mm pour éviter les volages, inférieure à une valeur maximale comprise entre 4 et 6 mm pour une fusion rapide, et relativement étalée entre ces bornes pour réduire la quantité d’air enfournée et devant être dégazé du verre.
Dans le four verrier, le mélange a fondu plus rapidement qu’un mélange de granulométrie équivalente à base de calcaire, de composition menant à un verre sensiblement identique. Cette accélération se traduit par une augmentation de la production journalière d’un four de l’ordre 22%.
Dans des essais menés dans un même four de laboratoire en l’absence de dolomie, des échantillons de verre en fusion ont été prélevés à intervalles de 30 minutes dans le four. Deux lots de verre de même composition à base du même calcaire ont nécessité 2h30 et 3h de chauffe pour présenter une fusion correcte. Les prélèvements antérieurs à ces durées présentent des infondus et, après refroidissement, se brisent en poudre. Un lot de verre de même composition à base du même calcaire préalablement calciné à 1000°C avec une perte au feu de 43,5%, de granulométrie 0,1/2 mm et un lot verre de même composition à base de chaux vive C. La chaux vive C comprend en masse :CaO 97,1%, MgO 1,8%, S1O2 0,5%, AI2O3 0,2% et Fe2O3 0,16 ppm. La chaux vive C présente une granulométrie de plus de 50 % ne passant pas le tamis de 3,15 mm ; 18 % ne passant pas le tamis de 2 mm après passage au tamis de 3,15 mm ; 18 % ne passant pas le tamis de 2 mm après passage au tamis de 3,15 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 1,6 mm après passage au tamis de 2 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 0,8 mm après passage au tamis de 1,6 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 0,5 mm après passage au tamis de 0,8 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 0,315 mm après passage au tamis de 0,5 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 0,2 mm après passage au tamis de 0,315 mm ; moins de 5% ne passant pas le tamis de 0,1 mm après passage au tamis de 0,2 mm ; moins de 10% ne passant pas le tamis de 0,08 mm après passage au tamis de 0,1 mm ; moins de 5% passant le tamis de 0,08 mm. Les deux derniers lots de verre ont fourni du verre de qualité convenable à partir de 2h de chauffe. L’absence de dolomie est une simplification non susceptible de changer la constatation de la réduction de temps de fusion.
4) Mesure de granulométrie
| TAMIS mm | Chaux n°l | Chaux n°2 | Chaux n°3 | Chaux n°4 | Chaux n°5 | Chaux n°6 | Chaux n°7 | Chaux n°8 |
| %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | |
| 4,000 | 0 | 0 | 0 | 3,3 | 19,6 | 6,9 | 17,8 | 24,4 |
| 3,150 | 0 | 0 | 0,1 | 2,3 | 25,1 | 10,7 | 18,3 | 19,3 |
| 2,000 | 18,1 | 15,9 | 6,9 | 9,1 | 35,4 | 22,9 | 25,6 | 21,8 |
| 0,800 | 37,2 | 32,7 | 22,9 | 20,1 | 8,1 | 19,4 | 13,6 | 11,3 |
| 0,500 | 10,9 | 10,5 | H,5 | 8,8 | 1,2 | 5,5 | 3,2 | 2,6 |
| 0,400 | 3,9 | 3,5 | 4,5 | 3,5 | 0,3 | 1,9 | 1,1 | 1,0 |
| 0,200 | 9,7 | 19,8 | 15,7 | 10,5 | 0,9 | 5,3 | 3,1 | 3,0 |
| 0,100 | 8,3 | 13,5 | 27,9 | 23,3 | 1,0 | 7,9 | 10,9 | 8,8 |
| Reste | 20,8 | 4 | 9,9 | 18,5 | 8,2 | 19,3 | 6,2 | 7,6 |
| TAMIS mm | Chaux n°9 | Chaux n°10 | Chaux n°ll | Chaux n°12 | Chaux n°13 | Chaux n°14 | Chaux n°15 | Chaux n°16 |
| %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | %refus | |
| 4,000 | 29,5 | 4,0 | 0,2 | 0,1 | 1,3 | 0,8 | 0,9 | 0,9 |
| 3,150 | 21,5 | 3,4 | 1,3 | 0,5 | 1,0 | 0,8 | 1,4 | 1,3 |
| 2,000 | 22,4 | 15,0 | 4,3 | 9,1 | 10,0 | 2,9 | 5,5 | 3,9 |
| 0,800 | 15,2 | 32,8 | 13,1 | 26,7 | 29,8 | 12,7 | 15,3 | 14,6 |
| 0,500 | 2,6 | 12,9 | 8,2 | 14,6 | 14,9 | 9,7 | 10,1 | 9,8 |
| 0,400 | 0,7 | 4,2 | 3,6 | 5,5 | 4,4 | 3,9 | 3,6 | 3,9 |
| 0,200 | 1,8 | 10,1 | 12,2 | 16,9 | 13,0 | 13,2 | 14,2 | 11,8 |
| 0,100 | 4,2 | 13,8 | 34,9 | 12,6 | 13,6 | 24,8 | 31,7 | 40,8 |
| Reste | 2,1 | 3,6 | 22,0 | 14,0 | H,9 | 30,5 | 17,2 | 11,8 |
Ces mesures de granulométrie montrent que ce paramètre est évolutif en fonction du conditionnement de la chaux - grands sacs, vrac, etc. -, de la manipulation et du déplacement de la chaux, et des conditions et durée de stockage. La granulométrie souhaitée comprend le plus possible de particules entre 0,1 mm et 4 mm, par exemple 90 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 5 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm. Une granulométrie préférée est : plus 95 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 1 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm.
5) Quantité de volages
Le carneau d’un four industriel de verrerie a été muni d’une dérivation permettant de récupérer et peser une partie des volages. Le même dispositif de dérivation a été utilisé pendant la campagne d’essais. Les essais ont été menés avec en entrée les mêmes matières premières à l’exception du changement du calcaire vers le CaO et obtenant un verre de même composition en sortie et sur une durée de 24h. Une première série d’essais a été menée avec un mélange classique comprenant du calcaire et un four à boucle et à brûleur en voûte. Une deuxième série d’essais a été menée avec un mélange comprenant la chaux n°4 et le four à boucle et à brûleur en voûte. La composition du mélange est 1367 kg de sable, 112 kg de dolomie, 416 kg de carbonate de soude, 4 kg de sulfate de soude, 160 kg de chaux vive, 30 kg d’alumine. Les quantités de volages récupérées constituent des mesures relatives pour comparaison entre elles. Elles n’ont pas été ramenées à la tonne de verre produite. Ce sont des valeurs brutes en grammes:
Série n°l : moyenne : 43,15 ; écart moyen : 14 ,65. Les poussières recueillies sont dues à deux effets : l’envol de particules et la vaporisation puis recondensation des espèces gazeuses sur le doigt froid qui a été placé dans le carneau pour recueillir les poussières. Ce deuxième effet a été identifié par la Demanderesse.
Série n°2 : moyenne : 45,2 ; écart moyen : 7,85. L’analyse faite pour la série n°l s’applique. Le carneau n’a pas eu besoin d’être nettoyé pendant une campagne d’onze mois. Les poussières récupérées contiennent majoritairement du sulfate de sodium plus aisé à nettoyer que le sulfate de calcium habituellement retrouvé dans le carneau. On en déduit que la perte de Ca par volage est réduite.
En conclusion, la mesure de quantité de particules dans le carneau est difficile et une interprétation est nécessaire. Dans les conditions de l’essai, l’emploi de CaO issu de calcination du calcaire ne génère pas les mêmes volages de particules dans le four que l’utilisation de CaCCh avec le brûleur en voûte.
Après ses essais, la Demanderesse a mis au point la préparation d’un mélange précurseur de verre pour four verrier, dans lequel, en premier lieu, on mélange de l’eau, du sable et du carbonate de sodium dans des proportions massiques comprises entre 0 et 5 %, 40 et 65 %, et plus de 0 et au plus 25 % respectivement, et, en deuxième lieu, on ajoute de l’oxyde de calcium dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total. L’ajout de CaO est effectué au moins une heure après le premier mélange. Les matières sont à température ambiante. L’eau est absorbée par le carbonate de sodium et devient peu disponible pour le CaO.
L’eau permet une moindre sensibilité aux volages par effet de cohésion sur les particules fines.
Le mélange précurseur contient pour un verre sodocalcique : eau 0 à 3 %, sable 65 à 75 %, carbonate de sodium 10 à 15 %, chaux 10 à 25%, magnésie 0 à 6 %, affinants, colorants et décolorants 0 à 2 %.
Un verre borosilicate contient : 7 à 13 % de trioxyde de bore (B2O3), 4 à 8 % d’oxydes alcalins (Na2Û; K2O), 2 à 7 % alumine (AI2O3), 0 à 5 % d’autres oxydes alcalins (CaO, MgO...). Un verre borosilicate contenant du CaO peut être fabriqué à partir d’un mélange précurseur selon l’invention.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique en perspective d’un four de verrerie selon un mode de réalisation.
- La figure 2 montre des courbes d’échauffement en fonction du temps pour du calcaire et quatre chaux.
- La figure 3 montre des courbes d’échauffement en fonction du temps pour trois mélanges contenant de la chaux.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l’invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Le four de verrerie 1 présente au moins un brûleur en boucle et au moins un brûleur en voûte. Le brûleur en boucle est orienté sensiblement horizontalement, à proximité d’une entrée de comburant. La flamme s’étend sensiblement horizontalement au-dessus du bain. Le bain est composé au début de chauffe des matières premières à fondre, c’est-àdire du mélange précurseur de verre, puis du verre fondu en cours d’élaboration, transformé progressivement en verre industriel ayant la qualité souhaitée. Le brûleur en voûte est orienté sensiblement verticalement dans une paroi sommitale du four. La flamme s’étend sensiblement verticalement vers le bain.
Le four de verrerie 1 comprend une cuve 2 à verre fondu pour une production par lot. Le four verrier 1 comprend une chambre de combustion 3 située au-dessus du bain de verre fondu et une paroi supérieure 4 composée d’une voûte 5 et de parties verticales dites pieds droits (longueur) ou pignons (largeur) 6 délimitant la chambre de combustion 3. Le four de verrerie 1 comprend au moins un brûleur 7 en boucle alimenté en fioul ou gaz. Le four de verrerie 1 comprend au moins un brûleur 8 en voûte alimenté en fioul ou gaz. Le four de verrerie 1 comprend une entrée de comburant 9. Le comburant peut être de l’air et/ou de l’oxygène.
Le brûleur 8 est installé dans la voûte 5. Le brûleur 8 est à flamme dirigée vers la surface supérieure du bain, de haut en bas. Le brûleur 8 est positionné de façon que sa flamme soit située en dehors de la zone où le mouvement de gaz générée par le brûleur 7 est maximal. Le brûleur 8 est positionné sensiblement au sommet de la voûte 5. Le brûleur 8 est positionné sensiblement au milieu du four 1 dans le sens de la largeur.
Dans l’un des piédroits, est ménagé une ouverture ou niche 11 permettant l’alimentation du four 1 en matières premières à fondre, notamment en mélange précurseur. Les organes de retrait du verre affiné n’ont pas été représentés.
La cuve 2 et la paroi supérieure 4 sont réalisées en matériaux réfractaires, renforcés par une structure métallique extérieure distante des zones de haute température. Le brûleur 7 est à flamme orientée horizontalement dans la chambre de combustion 3. Le brûleur 7 est installé sous l’entrée de comburant 9.
Le four de verrerie 1 comprend une sortie de fumées 10 ménagée dans une des parois verticales 6 au-dessus du bain de verre fondu. Le brûleur 7 et la sortie de fumées 10 peuvent être prévus sur un même petit côté de manière que la flamme dudit brûleur 7 et les fumées effectuent un trajet en U dans la chambre de combustion 4. Le trajet en U est dit en boucle dans la terminologie habituelle. Le brûleur 7 et la sortie de fumées 10 peuvent être parallèles. Le brûleur 7 et la sortie de fumées 10 débouchent dans la chambre de combustion 3.
En aval de la sortie de fumées 10 dans le sens de déplacement des fumées, l’installation peut comprendre un carneau. Le carneau est un conduit de fumées sensiblement horizontal. Le carneau est en communication de fluide avec la chambre de combustion 3 par la sortie de fumées 10. Le carneau est réalisé en matériaux réfractaires renforcés par une structure métallique extérieure distante des zones de haute température. Le carneau est dépourvu de vanne. Le carneau conduit les fumées vers une cheminée ou un récupérateur de chaleur ou un régénérateur pour chauffer le comburant.
La mise en œuvre combinée du brûleur 7 en boucle et du brûleur 8 en voûte offre un rendement élevé et un glaçage de la surface du bain. Le glaçage est une fusion rapide de la zone de surface du bain soumise à l’action de la flamme du brûleur 8 en voûte. La fusion rapide empêche la libération de poussières de ladite zone. Le glaçage est obtenu plus rapidement.
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de verre, dans lequel on fournit dans un four de verrerie un mélange d’eau, de sable, de soude et d’oxyde de calcium, l’oxyde de calcium étant dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total du mélange, et on met le mélange en fusion par au moins un brûleur à flamme dirigée vers le mélange.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le comburant fourni au brûleur est de l’oxygène.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’eau, le sable, le carbonate de sodium et l’oxyde de calcium sont présents dans des proportions massiques comprises entre 0 et 5, 40 et 65, 1 et 25, et 1 et 20% respectivement.
- 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant, au préalable la préparation du mélange précurseur de verre pour four verrier, dans lequel on mélange de l’eau, du sable et du carbonate de sodium dans des proportions massiques comprises entre 0 et 5 %, 40 et 65 %, et plus de 0 et au plus 25 % respectivement, et, après un délai d’au moins une heure, on ajoute de l’oxyde de calcium dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 % du total.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit délai est de moins de 72 heures.
- 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l’oxyde de calcium présente une granulométrie telle que 70 à 90 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm, préférablement 30 à 80 % en masse ne passe pas au tamis de 0,5 mm, plus préférablement 30 à 70 % en masse ne passe pas au tamis de 2 mm.
- 7. Procédé selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel l’oxyde de calcium présente une granulométrie telle que plus 90 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 5 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm, préférablement plus 95 % en masse ne passe pas au tamis de 0,1 mm et moins de 1 % en masse ne passe pas au tamis de 4 mm.
- 8. Procédé selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel l’oxyde de calcium présente une granulométrie moyenne comprise entre 1 et 1,5 mm.
- 9. Procédé selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel le mélange précurseur est mis en œuvre dans un four verrier moins de 1 heure après sa préparation pour une granulométrie de 90 % ou plus en masse passant au tamis de 0,1 mm, préférablement moins de 2 heures après sa préparation pour une granulométrie de 70 à 90% en masse passant au tamis de 0,1 mm.
- 10. Procédé selon l’une des revendications 4 à 9, dans lequel le mélange précurseur est mis en œuvre dans un four verrier moins de 8 heures après sa préparation pour une5 granulométrie de 70% ou plus en masse passant au tamis de 2 mm.
- 11. Procédé selon l’une des revendications 4 à 10, dans lequel ledit sable est sec.
- 12. Procédé selon l’une des revendications 4 à 10, dans lequel l’eau est présente dans ledit sable, préférablement 3 à 4% en masse.
- 13. Procédé selon l’une des revendications 4 à 12, dans lequel l’oxyde de calcium est 10 dépourvu d’addition volontaire d’oxyde d’aluminium.
- 14. Procédé selon l’une des revendications 4 à 13, dans lequel on ajoute du calcin au mélange précurseur de verre, avant ou après l’ajout d’oxyde de calcium, dans une proportion massique comprise entre 5 et 40 % du total.
- 15. Procédé selon l’une des revendications 4 à 14, dans lequel le mélange précurseur de 15 verre est préparé à l’état solide.
- 16. Procédé selon l’une des revendications 4 à 15, dans lequel le mélange précurseur de verre est préparé à une température comprise entre la température ambiante et la température ambiante augmentée de 20°C, et le mélange précurseur de verre est préparé sans apport d’énergie thermique.20
- 17. Four de verrerie industrielle de mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 16, comprenant une cuve à verre fondu, une chambre de chauffe à combustion située au-dessus de la cuve et délimitée par des piédroits, des pignons et une voûte, un conduit d’évacuation des fumées en communication avec lachambre de chauffe, un brûleur à boucle disposé dans une direction parallèle auconduit d’évacuation25 des fumées, et un brûleur à flamme dirigée vers lacuve à verre fondu.
- 18. Four selon la revendication 17, dans lequel le brûleur à flamme est disposé dans une voûte du four.
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| FR (1) | FR3068348B1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4028131A (en) * | 1968-01-23 | 1977-06-07 | Saint-Gobain Industries | Raw materials for glass making and method of making them |
| EP0355618A2 (fr) * | 1988-08-19 | 1990-02-28 | Ppg Industries, Inc. | Méthode de fabrication de verre avec préréaction des ingrédients |
| WO1990012760A1 (fr) * | 1989-04-17 | 1990-11-01 | Aga Ab | Methode et four a fusion pour la fabrication de verre |
| EP1236691A2 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-04 | The Boc Group, Inc. | Procédé et appareil pour la fusion de verre utilsant de brûleurs à l'oxygène-carburant montés dans la voûte |
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| US20100242545A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-09-30 | Richardson Andrew P | Cyclical stoichiometric variation of oxy-fuel burners in glass furnaces |
-
2017
- 2017-12-14 FR FR1762175A patent/FR3068348B1/fr active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4028131A (en) * | 1968-01-23 | 1977-06-07 | Saint-Gobain Industries | Raw materials for glass making and method of making them |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RICHARD L LEHMAN ET AL: "Glass Batch Wetting With Water", GLASS INDUSTRY,, vol. 58, no. 12, 1 December 1977 (1977-12-01), pages 16 - 24, XP001253940 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3068348B1 (fr) | 2022-05-20 |
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