WO2009092950A2 - Four verrier et procede de fabrication de verre - Google Patents

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WO2009092950A2
WO2009092950A2 PCT/FR2009/050034 FR2009050034W WO2009092950A2 WO 2009092950 A2 WO2009092950 A2 WO 2009092950A2 FR 2009050034 W FR2009050034 W FR 2009050034W WO 2009092950 A2 WO2009092950 A2 WO 2009092950A2
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flame
furnace
burners
angle
zone
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PCT/FR2009/050034
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Nicolas Docquier
Youssef Joumani
Robert Kalcevic
Thomas Lederlin
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L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
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    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the present invention relates to a glass furnace and a method of manufacturing glass by melting a raw material charge in a glass furnace.
  • the invention more particularly relates to a glass furnace and a process for melting a filler in a glass furnace in which:
  • the filler is introduced in solid form into the charging zone situated in the upstream part of the furnace,
  • Said charge in solid form is brought into the melting zone where it is heated and melted by means of at least one burner to obtain molten glass, and
  • the melting of glass in a furnace is an industrial process at high temperatures that makes it possible to manufacture glass from a mixture of sands (silica) and additives (dyes, fluxes, etc.).
  • This mixture is melted in the melting zone by a heat input, in particular by the at least one burner, and undergoes several chemical reactions (dehydration, decarbonation, release of sulfates, reaction of components with the atmosphere in the furnace, in particular the volatilization of alkaline agents, etc.) which take place throughout the melting process and which depend on the temperature of the reactants.
  • Glass furnaces require substantial investment. They are also very large consumers of energy. To achieve a cost-effective operation, glassmakers seek to optimize the use of raw materials and energy efficiency and to increase the life of ovens.
  • glassy / molten glass Na 2 ⁇ reacts with water vapor as a function of temperature and sodium is volatilized as sodium hydroxide. (NaOH).
  • volatilization of the volatilizable components depends on the type of glass, ie the nature and the content of volatilizable components, such as Na, K, Pb, B, etc., in particular volatile alkalis, in the charge, the temperature at the free surface of the molten glass, and the type of combustion used for the heating of the charge (flame speed, nature of the oxidant, composition of the fumes / gases in the furnace, in particular their content in water).
  • Volatilization not only leads to loss of components, but can also lead to another problem: corrosion of the oven walls, particularly the oven vault.
  • volatilized components are carried away by the combustion products (fumes), either to the outside or to the walls of the furnace. If the volatilized components, and in particular the volatilized alkalis, reach the walls, and in particular the vault of the furnace, they can condense on the walls / vault if its temperature is below the condensation temperature of the volatilized component, such as the NaOH, and even attack, that is to say corrode the wall / vault of the oven, which limits the life of the oven.
  • the attack of said bricks results from the following mechanism:
  • Corrosion of the furnace walls, in particular of the furnace vault depends in particular on: the composition of the walls of the furnace: the silica bricks being particularly susceptible to corrosion, the temperature of said walls, the flow velocity of the furnaces; fumes / gases in contact with the walls and the composition of the fumes / gases in contact with the walls (nature and volatilised component content).
  • the present invention aims to optimize the use of raw materials, the energy efficiency and the life of the furnace in glass melting processes especially in view of the problems mentioned above.
  • the present invention provides a new glass furnace and a novel process for melting a silica-containing filler.
  • FIGS. 1a, b and c and 2
  • FIGS. 1a, b and c represent a schematic diagram of the variation of the flame orientation of an oxy-burner by means of fluid actuators
  • the glass furnace according to the invention has an upstream portion and a downstream portion.
  • the upstream part is the part of the oven in which, during the melting process, the filler is at least partially present in solid form.
  • the downstream part is the part of the furnace in which, during the melting process, the filler is present entirely in the form of molten glass.
  • the oven includes in particular:
  • a charging zone for charging the charge in solid form said charging zone being located in the upstream portion,
  • the fusing zone of the furnace is equipped in the downstream portion of the furnace with at least one, preferably at least two, adjustable flame burners, that is to say at least one and preferably at least two flame burners of variable orientation.
  • the furnace generally also comprises a refining zone downstream of the melting zone and upstream of the sampling zone.
  • the molten glass from the melting zone passes through the refining zone where the molten glass is brought to the desired temperature and viscosity before entering the sampling zone.
  • downstream and upstream are used relative to the path followed by the charge from its charging in the oven.
  • the presence of one or more adjustable-flame burners in the downstream part of the furnace melting zone makes it possible to improve the energy efficiency and / or the lifetime of the furnace, without the problems mentioned above become more important.
  • the flame-type burner (s) are preferably burners whose flame orientation can be varied in a substantially vertical plane (flame axis / horizontal direction (e), axis / direction facing upwards). or with axis / direction facing down).
  • a substantially vertical plane flame axis / horizontal direction (e), axis / direction facing upwards). or with axis / direction facing down.
  • angle of the flame the angle between the axis or direction of the flame and the vertical plane, a 0 ° flame angle signifying a vertically downward flame, a 90 ° flame angle meaning a horizontal flame and a 180 ° flame angle meaning a vertically directed flame towards the top.
  • the orientation of the flame of the adjustable-flame burner (s) is modified or regulated by non-mechanical actuators.
  • mechanical actuators such as pivots
  • the use of mechanical actuators, such as pivots is unsustainable in the hostile environment of a glass furnace, since the mechanical actuators undergo particularly high temperatures, chemical and mechanical attacks and deposits of pollutants present in the furnace atmosphere.
  • the variation of the orientation of the flame is preferably provided by fluid interaction between several jets of fluid.
  • the orientation of the flame is modified or adjusted by means of one or more jets of secondary fluid (s), typically secondary gas jets, called fluid actuators.
  • secondary fluid typically secondary gas jets
  • the one or more adjustable flame burners may comprise:
  • At least one injector of a fluid actuator opening into said channel or close thereto.
  • the injection channel and the injector are oriented relative to each other so that the fluid actuator impacts the main jet and thus allows a variation of the orientation of the flame by fluid interaction between the main jet and the fluid actuator (s) of the at least one injector.
  • the injection channel and the injector are advantageously oriented relative to each other so that the fluid actuator impacts the main jet at an angle ⁇ greater than 0 ° and less than or equal to 90 °, preferably from 45 ° to 90 ° and more preferably from 60 ° to 90 °.
  • the at least one fluid actuator nozzle opens into the injection channel of the burner, that is to say upstream of the outlet opening of said channel.
  • Figures 1a, b and c is a schematic diagram of the variation of the orientation of the flame of a burner by means of fluid actuators.
  • the main jet 42 to be controlled coming from the injection channel 41 comes into interaction with the fluid actuator 46 coming from the injector 45, thus creating a resultant jet and therefore a flame 48 of different direction from the direction XX 'of the main jet / flame in the absence of a fluid actuator 46 ( Figure 4b).
  • the fluid actuator 46 opens here inside the material 43, that is to say before the ejection of the main jet 42 of the injection channel 41 through the outlet opening 49.
  • a fluid actuator 46 directed upwards makes it possible to deflect the resulting jet and hence the flame 48 upwards.
  • a fluid actuator 46 directed downwards to deflect the resulting jet and therefore the flame 48 down.
  • a fluid actuator running from left to right makes it possible to deflect the resulting jet and thus the flame to the right and a fluid actuator jet going from right to left makes it possible to deflect the resulting jet and thus the flame 48 to the left (an orientation towards the left is for example an orientation to the charging zone and a right orientation towards the downstream part, sampling area.
  • the interaction between the two jets takes place at a distance L from the front face 44 from which the main jet 42 opens.
  • the fluid actuator 46 acts on the main jet 42 before the ejection thereof from the front face 44 of the block of material 43, it is possible to envisage a substantially identical action if the injector 45 opens almost at the output 49 of the main jet 42.
  • an injector such that the interaction between the fluid actuator and the main jet takes place outside the block of material 43, but very close to the outlet opening 49.
  • the distance L may vary as a rule, preferably between 0 and 20 cm, more preferably 0 and 10 cm.
  • the injector 45 may also open up to a few centimeters beyond the point where the main jet 42 opens out. In order to allow the fluid actuator to act as efficiently as possible on the main jet, it is necessary to inject the fluid actuator substantially perpendicular to the direction of the main jet. In practice, to ensure this orthogonality, it will be necessary to provide an injector 45 of
  • the fluid actuators 46 can be used to vary the orientation of the flame in a horizontal plane or in a vertical plane, or both. As indicated above, it is preferable that the orientation of the flame can be varied in a substantially vertical plane.
  • Burners of this type are described in more detail in patent applications FR-A-2903325 and PCT / FR2007 / 051597 of the Applicant.
  • the stepless flame burner (s) may be lateral burners, that is, flame burners of variable orientation mounted in the side walls of the furnace.
  • these burners can be mounted face to face, if one wishes to favor the compactness there, or staggered, which allows a rate of higher coverage and limits the deflection of the flame towards the vault of the oven.
  • the one or more controllable flame burners may be aerobrûlivities, that is to say burners using air as fuel or oxidizer.
  • the one or more adjustable-flame burners are preferably oxy-burners.
  • burner means a burner whose gas associated with the fuel or oxidant is richer in oxygen than air, for example a gas comprising at least 40% and preferably at least 50% oxygen, for example a mixture of air and oxygen.
  • the furnace according to the invention preferably comprises a control installation for the servo-control of the adjustable-flame burner (s), in particular for the adjustment of the orientation, and in particular of the angle of the flame and the supply of fuel. and fuel burner.
  • the control system allows the adjustment of the flame power and the fuel / fuel ratio of the burner.
  • the control installation may be an installation for the servo-control of the open-loop directional flame burner (s) or else an installation for controlling the closed-loop directional flame burner (s).
  • the control installation will allow both types of control.
  • the control installation comprises a volatilization detector for the detection of the volatilization rate.
  • Said volatilization detector may in particular be a detector measuring the concentration of volatilized alkalis in the gases above the free surface of the molten glass and / or a gaseous spectrum analyzer (spectrometer).
  • the control installation can change the flame orientation and / or the fuel / fuel ratio of the burner so as to reduce the rate of volatilization. volatilization at a level below this volatilization limit value.
  • the control facility will temporarily increase the flame angle and / or modify the fuel and fuel supply of the burner. in such a way that the directional flame burner (s) operate in over-stoichiometry.
  • control facility will temporarily increase the angle of the flame or temporarily increase the angle of the flame and temporarily alter the fuel and fuel supply as described above.
  • the flame By increasing the angle of the flame, the flame is moved away from the free surface of molten glass, and thus the velocity of the gases above this free surface and / or the temperature of the molten glass at the free surface is reduced. which results in a reduction of the volatilization rate.
  • the concentration of H 2 O is reduced above the free surface of the molten glass, which results in a reduction in the volatilization rate of the alkalis.
  • the oxidizer (air) supply of the burner is typically such that the oxidizer feed of the burner is between 100% and 110% of the stoichiometric theoretical supply of oxidant necessary for the complete combustion of the fuel and in the case of oxycombustion, typically between 100% and 105% of the stoichiometric theoretical supply of oxidant necessary for the complete combustion of the fuel.
  • sub-stoichiometric operation of the burner or the combustion an operation in which the supply of oxidant and fuel of the burner is such that the oxidizer feed of the burner is lower than the oxidizer feed of the burner. operation in stoichiometry as defined above.
  • the control facility may also include a foam sensor for detecting the foam rate on the free surface of the molten glass.
  • Said foam detector may in particular be an ultrasonic detector or a detector measuring the sulfate concentration above the free surface of the molten glass, the level of sulphate emitted being a control of the foam rate.
  • the control facility may change the flame orientation and / or the fuel / fuel ratio of the burner to reduce the foam rate at a level below this foam limit value.
  • the control facility will temporarily reduce the flame angle and / or modify the fuel and fuel supply of the burner. in such a way that the adjustable flame burner (s) operate in sub stoichiometry:
  • the disintegration of the thermal foam screen by a reduction of the flame angle (bringing the flame and the free surface of molten glass closer together) can be mechanically performed.
  • the foam is dispersed by the flame (foam eater).
  • the destruction of the foam by a reduction of the flame angle can also have a chemical reason. Indeed, as shown in Figure 2, the concentration of CO (expressed in% vol.) Increases considerably as we get closer to the axis of the flame. Thus, by bringing the flame closer to the free surface of the molten glass, the foam is also brought closer to the CO-rich zone of the flame. The CO reacts with the foam and chemically destroys the thermal foam screen on the free surface of the molten glass.
  • the control facility will temporarily reduce the flame angle, or temporarily reduce the flame angle and temporarily modify the stoichiometry as described above.
  • FIG. 2 shows the evolution of the concentration of CO (expressed in% vol.) As a function of the distance d (expressed in mm) with respect to the axis of the flame of an oxy-burner operated in a stoichiometric regime.
  • the values given for the distance d are negative, since the measurements were made below the flame.
  • a neutral atmosphere at the level of the glass is provided with a horizontal orientation of the flame.
  • foam is formed in a place covered by the flame of the adjustable-flame burner or may be covered by the flame of such a burner after a reorientation thereof, it is possible, thanks to the presence of this orientable flame burner, bring the flame of the bath and thus increase (temporarily) the concentration of CO in contact with the foam, for example up to 15%. It follows that the invention allows a chemical destruction (reaction with CO, foam even if the burner is operated stoichiometric regime.
  • the orientation of the flame towards the glass surface can be done in several ways:
  • the control installation comprises one or more temperature detectors for detecting the oven vault temperature.
  • the control installation can change the orientation and / or the power of the flame of at least one adjustable flame burner so as to raise the temperature of the vault above the predetermined limit temperature.
  • the predetermined limit temperature is typically the condensation temperature of the volatilizable / volatilized components that can lead to corrosion of the vault.
  • the control facility will temporarily increase the flame angle and / or modify the fuel and fuel supply of the burner. in order to increase the power of the adjustable-flame burner (s) so as to increase the heat transfer towards the vault.
  • the invention also relates to a glass installation comprising a glass furnace as described above.
  • the invention relates in particular to a glass installation comprising an oven as described above, a glass forming device, such as a glass bottle forming device or a glass fiber forming device, and a channel feeding between the sampling zone of the furnace and the forming device for supplying molten glass of said device.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing glass by means of a glass furnace according to one of the embodiments described above.
  • the invention thus relates to a method of manufacturing glass in a furnace by melting a filler containing silica, said furnace having an upstream part in which the filler is at least partially present in solid form and a downstream part in which the filler is entirely present in the form of molten glass.
  • the line which distinguishes the part of the furnace in which the feed is at least partially present in solid form (upstream part) of the part in which the feed is entirely present in the form of molten glass (downstream part) is generally called the batch line .
  • the feed is introduced into the furnace in solid form in a charging zone situated in the upstream part of the furnace. It is then brought in solid form from the charging zone to a melting zone equipped with burners and situated partially in the upstream part and partially in the downstream part of the furnace. In the melting zone, the filler is heated and melted by means of said burners to obtain molten glass. The molten glass from the melting zone is fed to a sampling zone, located in the downstream part of the furnace, where the molten glass is taken from the furnace.
  • the melting zone is equipped in the downstream part of the furnace with at least one and preferably at least two orientable flame burners.
  • the melting zone is preferably equipped in the downstream portion of the furnace with at least one, preferably at least two, adjustable-flame burners whose variation in the orientation of the flame is achieved by fluid interaction. between several jets of fluid, according to one or other of the embodiments described above with respect to the furnace according to the invention.
  • the one or more adjustable flame burners can include: An injection channel of at least one main jet of oxidant and / or fuel and / or a premix of oxidant and fuel and
  • At least one injector of a fluid actuator opening into said channel or close thereto.
  • the injection channel and the injector are oriented relative to each other so that the fluid actuator impacts the main jet and thus allows a variation of the orientation of the flame by fluid interaction between the main jet and the fluid actuator (s) of the at least one injector.
  • the burner (s) with adjustable flame can be side burners
  • the one or more controllable flame burners may be aerobrushers, but are preferably oxyburners.
  • An advantage of the furnace and the process according to the invention is that they make it possible to prolong the lifetime of the glass furnace by limiting the volatilization of the volatile components and by limiting the corrosion of the walls of the furnace while maintaining an acceptable energy yield.
  • the flame orientation is normally substantially horizontal and therefore parallel to the free surface of the molten glass.
  • a flame is essentially horizontal when the angle between the flame direction and the horizontal plane is less than or equal to 10 °, or even less than or equal to 5 °, that is to say say a flame angle between 80 ° and 100 °, or even between 85 ° and 95 °.
  • the present invention allows, without having to interrupt the operation of the oven, without replacement of burner (s) and without modification of the structure of the furnace, to modify the orientation to reorient the flame of the flame-burning burner (s) more upwards, that is to say a little more towards the vault.
  • the flame of the adjustable flame burner (s) is removed from the free surface of the molten glass and the volatilization and corrosion are reduced while maintaining an acceptable energy efficiency.
  • the reorientation of the flame may possibly be accompanied by an adaptation of the power of the flame. It should be noted that the reorientation of the flame is generally low, only a few degrees.
  • the present invention allows without interrupting the operation of the furnace, without replacing the burner (s) and without modifying the furnace structure, reorienting the flame of the adjustable flame burner (s) and optimizing the energy efficiency while limiting volatilization and corrosion. This reorientation may possibly be accompanied by an adaptation of the power of the flame.
  • the property of the furnace and the process according to the invention to allow active control of volatilization and corrosion is particularly advantageous in the case where the glass is sico-soda-lime glass and / or in the case where the walls / the vault of the furnace contains refractory silica materials.
  • the invention also makes it possible to intervene punctually in the melting process so as to improve the heat transfer to the molten glass by disintegrating the foam heat shield on the molten glass and / or in order to reduce the volatilization of volatilizable components. and / or in order to reduce corrosion by limiting the condensation of volatilized components on the walls and in particular on the vault.
  • the one or more controllable flame burners are operated in stoichiometry and so as to orient the flame according to a first flame angle, and wherein the operation of the adjustable-flame burner (s) is momentarily modified so as to orient the flame at a flame angle greater than the first flame angle and / or in super-ohmometric operation.
  • the operation of the stoichiometric flame burner (s) and the first flame angle corresponds to the normal / main operation of the glass furnace. As indicated above, this first flame angle is generally between 80 ° and 100 °, or even between 85 ° and 95 °.
  • the momentary operation of the one or more controllable flame burners so as to orient the flame at a flame angle greater than the first flame angle and / or in surstoechiometric operation corresponds to a phase (temporary operation) anti-volatilization.
  • the momentary operation of the one or more adjustable flame burners so as to orient the flame to a flame angle greater than the first flame angle is preferred.
  • the frequency and the duration of the antitheft phases are chosen according to the parameters of the glass furnace, the composition of the load and the pull, and will not normally exceed the order of a few minutes per hour of operation.
  • the process according to the invention may include antifoam phases.
  • the one or more controllable flame burners are normally operated in stoichiometry and so as to orient the flame at a first flame angle, and in which the operation of the directional flame burner (s) is temporarily modified so as to orient the flame at a flame angle less than the first flame angle and / or sub-stoichiometric operation.
  • the momentary operation of the flame-burning burner (s) so as to orient the flame at a flame angle less than the first flame angle and / or in super-ohmometric operation corresponds to an antifoam phase.
  • the momentary operation of the one or more adjustable flame burners so as to orient the flame at a flame angle smaller than the first flame angle is preferred, the flame then being advantageously directed towards the free surface of the molten glass. .
  • antifoam phases are also chosen according to the parameters of the glass kiln, the composition of the load and the pulling.
  • An antifoam phase may have a very short duration, a few seconds may be enough to disintegrate the thermal foam screen.
  • the method according to the invention will comprise both antivolatilization phases and antifoam phases. In that case :
  • the one or more adjustable-flame burners are normally operated in stoichiometry and in such a way as to orient the flame at a first flame angle (normal operation),
  • the operation of the one or more adjustable-flame burners is momentarily modified so as to orient the flame at a flame angle greater than the first flame angle and / or in surstoechiometric operation (anti-bolt phase), and
  • adjustable-flame burner (s) The operation of the adjustable-flame burner (s) is temporarily modified so as to orient the flame at a flame angle lower than the first flame angle and / or under-stoichiometric operation (antifoam phase).
  • the orientable flame burner or burners are normally operated in normal operation (stoichiometry and the flame according to the first flame angle) for at least 75% of the duration of the process, preferably for at least 80% of the duration. of the process and more preferably for at least 90% of the duration of the process.
  • Said or said adjustable-flame burners are therefore operated at an angle of the flame other than the first flame angle for at most 25% of the duration of the process, respectively for not more than 20% or even more than 10% of this duration.
  • the adjustment of the different phases of the process according to the invention can be done in closed loop or in open loop.
  • the furnace is advantageously equipped with a control installation for the servocontrol of the adjustable-flame burner (s).
  • This control facility conveniently includes a foam sensor for detecting the amount of foam on the surface of the molten glass.
  • a foam sensor for detecting the amount of foam on the surface of the molten glass.
  • the foam rate detected by the foam sensor exceeds a predetermined foam limit value, the operation of the adjustable flame burner (s) is momentarily modified so as to orient the flame at a flame angle less than the first flame angle and / or under-stoichiometric operation (passage momentary phase antifoam).
  • the foam rate sensor may for example be an ultrasonic detector or a sensor measuring the sulfate concentration above the free surface of the molten glass.
  • the control facility may also include a volatilization detector for the detection of the volatilization rate.
  • a volatilization detector for the detection of the volatilization rate.
  • the operation of the adjustable-flame burners is momentarily modified so as to orient the flame at a flame angle greater than the first flame angle and / or in surstoechiometric operation when the volatilization rate detected by the volatilization detector exceeds a predetermined volatilization limit value (temporary passage in the antivolatilization phase).
  • the volatilization detector may in particular measure the gas velocity above the free surface of the molten glass or the alkali concentration above the free surface of the molten glass, preferably by spectral measurement.
  • the control installation comprises one or more temperature detectors for detecting the vault temperature of the oven.
  • the temperature detector for detecting the vault temperature of the oven.
  • the flame of at least one more adjustable flame burner is momentarily ori- ented towards the vault, and especially towards the cold point so as to raise the temperature of the vault beyond the predetermined limit temperature (momentary passage in anti-corrosion phase).
  • the molten glass taken from the furnace is fed into a feed channel of a forming device, such as a device for forming glass bottles or a device for forming it. forming of glass fibers.
  • the invention is particularly useful for application in the production of technical glasses, flat glass, glass bottles and glass fibers, and in particular in the case of silico-soda-lime glasses, and / or in furnaces whose walls and / or the vault contain refractory silica materials.
  • the furnace is a "float" type furnace.
  • the forms of implementation with one or more oxy-burners with adjustable flame in the downstream part of the melting zone are particularly useful for the oxyboosting of a glass furnace, and in particular for the oxyboosting of a glass furnace equipped with 'air-burners.
  • This application of the furnace and the process according to the invention makes it possible in particular to increase the temperature of the oven.
  • the installation of one or more oxy-burners orientable flame according to the invention allows to increase punctually or permanently pulled or maintain it when for example the furnace regenerators are damaged or that the filler to melt requires more energy than the usual load.
  • the implementation of the method may include the installation of one or more oxy-burners with adjustable flame in the downstream part of the furnace.
  • at least one and preferably two oxybrulers with adjustable flame are installed directly downstream of the last air burners of the furnace. In this way, the melting zone is in fact extended downstream of the furnace, these oxybrulers with adjustable flame being the last burners encountered by the load at the outlet of the melting zone of the furnace.
  • the implementation of the process according to the invention may include the replacement of at least one preexisting oxybrower in the downstream part of the furnace by an oxy-burner with adjustable flame.
  • This application is particularly interesting for glass melting intended for the manufacture of plasma screens.

Abstract

Four verrier comprenant au moins un brûleur à flamme orientable dans la partie aval de la zone de fusion et procédé de fabrication de verre par fusion d'une charge dans un tel four.

Description

FOUR VERRIER ET PROCEDE DE FABRICATION DE VERRE
La présente invention concerne un four verrier et un procédé de fabrication de verre par fusion d'une charge de matières premières dans un four verrier.
L'invention concerne plus particulièrement un four verrier et un procédé de fusion d'une charge dans un four verrier dans lequel :
• la charge à fondre est introduite sous forme solide dans la zone d'enfournement située dans la partie amont du four,
• ladite charge sous forme solide est amenée dans la zone de fusion où elle est chauffée et fondue par l'intermédiaire d'au moins un brûleur avec obtention de verre fondu, et
• le verre fondu issu de la zone de fusion est amené vers la zone de prélèvement située dans la partie aval du four où le verre fondu est prélevé du four.
La fusion de verre dans un four est un procédé industriel à températures élevées qui permet de fabriquer du verre à partir d'un mélange de sables (silice) et d'additifs (colorants, fondants, etc.). Ce mélange est fondu dans la zone de fusion grâce à un apport de chaleur, en particulier par le au moins un brûleur, et subit plusieurs réactions chimiques (déshydratation, décarbonatation, libération de sulfates, réaction de composants avec l'atmosphère dans le four, en particulier la volatilisation d'agents alcalins, etc.) qui ont lieu tout au long du processus de fusion et qui dépendent de la température des réactifs.
Les fours verriers nécessitent des investissements conséquents. Ils sont également des très gros consommateurs d'énergie. Pour arriver à un fonctionnement rentable, les verriers cherchent à optimiser l'utilisation des matières premières et le rendement énergétique et à augmenter la durée de vie des fours.
Un des problèmes rencontrés dans les fours verriers est la présence dans les produits finaux (bouteilles, flacons, etc.) de bulles issues des réactions chimiques du mélange initial. Pour éviter la présence de bulles dans le produit final, on ajoute en général des affinants : sulfate, carbone, nitrate/antimoine, NaCI. Ces affinants génèrent de grosses bulles qui vont se retrouver à la surface libre du verre fondu et non pas dans la masse. Ces grosses bulles forment un tapis de mousse sur la surface libre du verre fondu jouant un rôle d'écran ou isolation thermique entre les flammes du ou des brûleurs et le bain de verre et limite ainsi le rendement énergétique du four.
Un autre problème rencontré dans les fours verriers est la volatilisation de composants volatilisables de la charge et en particulier d'alcalins.
Par exemple, dans un four verrier pour verre silico-sodo-calcique, le Na2θ du verre à l'état vitreux/état fondu réagit en fonction de la température avec la vapeur d'eau et le sodium est volatilisé sous forme de soude (NaOH).
La volatilisation des composants volatilisables dépend : du type de verre, c'est-à-dire de la nature et de la teneur en composants volatilisables, tels que Na, K, Pb, B, etc., en particulier les alcalins volatilisables, dans la charge, de la température à la surface libre du verre fondu, et du type de combustion utilisé pour le chauffage de la charge (vitesse de la flamme, nature de l'oxydant, composition des fumées/gaz dans le four, notamment leur teneur en eau).
Les phénomènes de formation de mousse et de volatilisation ont lieu en grande partie au niveau du point chaud de la surface du verre fondu, c'est-à-dire légèrement en aval de la ligne de batch.
La volatilisation entraîne non seulement une perte de composants, mais peut également conduire à un autre problème : la corrosion des parois du four, en particulier de la voûte du four.
En effet, les composants volatilisés sont emportés par les produits de combustion (fumées), soit vers l'extérieur soit vers les parois du four. Si les composants volatilisés, et en particulier les alcalins volatilisés, atteignent les parois, et notamment la voûte du four, ils peuvent condenser sur les parois/la voûte si sa température est en dessous de la température de condensation du composant volatilisé, tel que le NaOH, et même attaquer, c'est-à-dire corroder la paroi/la voûte du four, ce qui limite la durée de vie du four. Par exemple, dans un four verrier pour verre sillico-sodo-calciques équipé de briques réfractaires en silice, l'attaque desdites briques résulte du mécanisme suivant :
2NaOH(g) <→ Na2O(I) +H2O(g) (avec (g) = phase gazeuse et (I) = phase liquide)
Le Na2O(I) pénètre dans les briques en silice par diffusion et action capillaire et réagi avec le silice suivant la réaction :
Na2O(I) + SiO2 → silicate(l).
La corrosion des parois du four, en particulier de la voûte du four, dépend notamment : de la composition des parois du four : les briques en silice étant particulièrement susceptibles à la corrosion, de la température desdites parois, de la vitesse d'écoulement des fumées/gaz en contact avec les parois et de la composition des fumées/gaz en contact avec les parois (nature et teneur en composants volatilisé).
La présente invention a pour but d'optimiser l'utilisation des matières premières, le rendement énergétique et la durée de vie du four dans des procédés de fusion de verre au vu notamment des problèmes cités ci- dessus.
A cette fin, la présente invention propose un nouveau four verrier et un nouveau procédé pour la fusion d'une charge contenant du silice.
Dans la description ci-après de l'invention, référence est faite aux figures 1a, b et c et 2 :
• les figures 1a, b et c représentent un schéma de principe de la variation de l'orientation de la flamme d'un oxybrûleur au moyen d'actuateurs fluides, et
• la figure 2 l'évolution de la concentration en CO, en fonction de la distance par rapport à l'axe de la flamme d'un oxybrûleur opéré en régime stoechiométrique.
Le four verrier suivant l'invention présente une partie amont et une partie aval. La partie amont est la partie du four dans laquelle, pendant le procédé de fusion, la charge est au moins partiellement présente sous forme solide. La partie aval est la partie du four dans laquelle, pendant le procédé de fusion, la charge est présente entièrement sous forme de verre fondu. Le four comprend en particulier:
• une zone d'enfournement pour l'enfournement de la charge sous forme solide, ladite zone d'enfournement étant située dans la partie amont,
• une zone de fusion équipée de brûleurs pour le chauffage et la fusion de la charge avec obtention de verre fondu, ladite zone de fusion étant située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval, et
• une zone de prélèvement pour le prélèvement du four du verre fondu, la zone de prélèvement étant située dans la partie aval. Suivant l'invention, la zone de fusion du four est équipée dans la partie aval du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux brûleurs à flamme orientable, c'est-à-dire d'au moins un et de préférence d'au moins deux brûleurs à flamme d'orientation variable.
Le four comprend en général également une zone d'affinage en aval de la zone de fusion et en amont de la zone de prélèvement. Dans ce cas, le verre fondu issu de la zone de fusion traverse la zone d'affinage où le verre fondu est amené à la température et la viscosité désirées avant d'entrer dans la zone de prélèvement.
Dans le présent contexte, les termes « aval » et « amont » sont utilisés par rapport au trajet suivi par la charge à partir de son enfournement dans le four.
Comme il sera démontré ci-après, la présence d'un ou de plusieurs brûleurs à flamme orientable dans la partie aval de la zone de fusion du four permet d'améliorer le rendement énergétique et/ou la durée de vie du four, sans que les problèmes cités ci-dessus deviennent plus importants.
Le ou les brûleurs à flamme orientable sont de préférence des brûleurs dont l'orientation de la flamme peut être variée dans un plan en substance vertical (flamme à axe/direction horizontal(e), à axe/direction orienté(e) vers le haut ou à axe/direction orienté(e) vers le bas). Dans le présent contexte, on comprend par angle de la flamme, l'angle entre l'axe ou direction de la flamme et le plan vertical, un angle de flamme de 0° signifiant une flamme dirigée verticalement vers le bas, un angle de flamme de 90° signifiant une flamme horizontale et un angle de flamme de 180° signifiant une flamme dirigée verticalement vers le haut.
De préférence, l'orientation de la flamme du ou des brûleurs à flamme orientable est modifiée ou réglée par des actionneurs non-mécaniques. En effet, l'utilisation d'actionneurs mécaniques, tels que des pivots, est peu durable dans l'environnement hostile d'un four verrier, étant donné que les actionneurs mécaniques y subissent des températures particulièrement élevées, des attaques chimiques et mécaniques et des dépôts de polluants présents dans l'atmosphère du four.
Ainsi, la variation de l'orientation de la flamme est de préférence assurée par interaction fluidique entre plusieurs jets de fluide. Dans ce cas, l'orientation de la flamme est modifiée ou réglée par le biais d'un ou plusieurs jets de fluide(s) secondaires, typiquement des jets de gaz secondaires, appelés actuateurs fluides.
Par exemple, le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent comporter :
• un canal pour l'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange de comburant et combustible et
• au moins un injecteur d'un actuateur fluide débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci.
Le canal d'injection et l'injecteur sont orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal et permet ainsi une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur. Le canal d'injection et l'injecteur sont avantageusement orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal sous un angle α supérieur à 0° et inférieur ou égal à 90°, de préférence de 45° à 90° et plus de préférence de 60° à 90°. De préférence, le au moins un injecteur d'actuateur fluide débouche dans le canal d'injection du brûleur, c'est-à-dire en amont de l'ouverture de sortie dudit canal.
Les figure 1a, b et c est représentent un schéma de principe de la variation de l'orientation de la flamme d'un brûleur au moyen d'actuateurs fluides.
Comme montré dans les figures 1a et 1c, le jet principal 42 à contrôler issu du canal d'injection 41 vient interagir avec l'actuateur fluide 46 issu de l'injecteur 45 créant ainsi un jet résultant et donc une flamme 48 de direction différente de la direction XX' du jet principal/de la flamme en l'absence d'un actuateur fluide 46 (figure 4b).
Sur les figures 1a et c, l'injecteur 45 véhicule l'actuateur fluide 46 et a la forme d'une canalisation qui traverse la matière 43, par exemple un bloc entourant le canal 41 , l'actuateur fluide 46 débouchant par l'intermédiaire de l'injecteur 45, de préférence sensiblement perpendiculairement au jet principal 42 (α = 90°). L'actuateur fluide 46 débouche ici à l'intérieur de la matière 43, c'est à dire avant l'éjection du jet principal 42 du canal d'injection 41 par l'ouverture de sortie 49.
Comme illustré dans la figure 1a, un actuateur fluide 46 dirigé vers le haut permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers le haut. Comme illustré dans la figure 1c, un actuateur fluide 46 dirigé vers le bas permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers le bas.
Un actuateur fluide allant de gauche à droite permet de dévier le jet résultant et donc la flamme vers la droite et un jet actuateur fluide allant de droite à gauche permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers la gauche (une orientation vers la gauche étant par exemple une orientation vers la zone d'enfournement et une orientation vers la droite une orientation vers la partie aval, zone de prélèvement.
Il est également possible de dévier le jet principal et donc la flamme selon une direction intermédiaire en combinant deux actuateurs fluides de directions différentes. Ainsi, la combinaison d'un actuateur fluide vers le haut avec un actuateur allant de droite à gauche permet de dévier le jet résultant et donc la flamme obliquement vers le haut et la gauche.
L'interaction entre les deux jets a lieu à une distance L de la face avant 44 de laquelle débouche le jet principal 42.
Bien entendu, même s'il s'avère préférable selon l'invention que l'actuateur fluide 46 agisse sur le jet principal 42 avant l'éjection de celui-ci par la face avant 44 du bloc de matière 43, on peut envisager une action sensiblement identique si l'injecteur 45 débouchait quasiment au niveau de la sortie 49 du jet principal 42. On peut même envisager un injecteur tel que l'interaction entre l'actuateur fluide et le jet principal ait lieu à l'extérieur du bloc de matière 43, mais très près de l'ouverture de sortie 49.
La distance L peut varier en règle générale, de préférence, entre 0 et 20 cm, plus préférentiellement 0 et 10 cm. L'injecteur 45 peut également déboucher jusqu'à quelques centimètres au delà de l'endroit où débouche le jet principal 42. Pour permettre à l'actuateur fluide d'agir le plus efficacement possible sur le jet principal, il convient d'injecter l'actuateur fluide sensiblement perpendiculairement à la direction du jet principal. En pratique, pour assurer cette orthogonalité, il conviendra de prévoir un injecteur 45 de
£ £ hauteur I et d'épaisseur e, avec la relation - > 0,5, de préférence 0,5 ≤ - ≤ e e
5.
Par un positionnement approprié des injecteurs 45, les actuateurs fluides 46 peuvent être utilisés pour faire varier l'orientation de la flamme dans un plan horizontal ou dans un plan vertical, voire les deux. Comme indiqué ci-dessus, il est préférable que l'orientation de la flamme puisse être variée dans un plan en substance vertical.
Des brûleurs de ce type sont décrits plus en détail dans les demandes de brevet FR-A-2903325 et PCT/FR2007/051597 de la demanderesse.
Le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent être des brûleurs latéraux, c'est-à-dire des brûleurs à flamme d'orientation variable montés dans les parois latérales du four. Quand le four verrier comprend plusieurs brûleurs à flamme d'orientation variable montés dans les parois latérales du four, ces brûleurs peuvent être montés face à face, si on souhaite privilégier la compacité à cet endroit, ou en quinconce, ce qui permet un taux de couverture plus élevé et limite la déviation de la flamme vers la voûte du four.
Le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent être des aérobrûleurs, c'est-à-dire des brûleurs utilisant de l'air comme combustible ou oxydant.
Etant donné le rendement énergétique plus élevé de l'oxycombustion, le ou les brûleurs à flamme orientable sont de préférence des oxybrûleurs. On entend par oxybrûleur un brûleur dont le gaz associé au combustible ou oxydant est plus riche en oxygène que l'air, par exemple un gaz comportant au moins 40 % et de préférence au moins 50 % d'oxygène, par exemple un mélange d'air et d'oxygène.
Le four suivant l'invention comprend de préférence une installation de contrôle pour l'asservissement du ou des brûleurs à flamme orientable, notamment pour le réglage de l'orientation, et en particulier de l'angle de la flamme et l'alimentation en carburant et en combustible du brûleur. En réglant l'alimentation en carburant et combustible, l'installation de contrôle permet de régler la puissance de la flamme, ainsi que le rapport carburant/combustible du brûleur.
L'installation de contrôle peut être une installation pour l'asservissement du ou des brûleurs à flamme orientable en boucle ouverte ou encore une installation pour l'asservissement du ou des brûleurs à flamme orientable en boucle fermée. De préférence l'installation de contrôle permettra les deux types d'asservissement.
Suivant un mode de réalisation du four, l'installation de contrôle comprend un détecteur de volatilisation pour la détection du taux de volatilisation. Ledit détecteur de volatilisation peut notamment être détecteur mesurant la concentration en alcalins volatilisés dans les gaz au-dessus de la surface libre du verre fondu et/ou un analyseur de spectre gazeux (spectromètre). Quand le taux de volatilisation détecté par le détecteur de volatilisation dépasse une valeur limite de volatilisation prédéterminée, l'installation de contrôle peut modifier l'orientation de la flamme et/ou le rapport carburant/combustible du brûleur de manière à réduire le taux de volatilisation à un niveau en dessous de cette valeur limite de volatilisation. De préférence, quand le taux de volatilisation détecté par le détecteur de volatilisation dépasse la valeur limite de volatilisation prédéterminée, l'installation de contrôle augmentera temporairement l'angle de la flamme et/ou modifiera l'alimentation en carburant et en combustible du brûleur de manière à ce que le ou les brûleurs à flamme orientable opèrent en surstoechiométrie.
De préférence, l'installation de contrôle augmentera temporairement l'angle de la flamme ou encore augmentera temporairement l'angle de la flamme et modifiera temporairement l'alimentation en carburant et combustible comme décrit ci-dessus.
En augmentant l'angle de la flamme, on éloigne la flamme de la surface libre de verre fondu, et on diminue ainsi la vitesse des gaz au-dessus de cette surface libre et/ou la température du verre fondu à la surface libre, ce qui entraîne une réduction du taux de volatilisation. En opérant le ou les brûleurs à flamme orientable en surstoechiométrie, on réduit la concentration en H2O au-dessus de la surface libre du verre fondu, ce qui entraîne une réduction du taux de volatilisation des alcalins.
On comprend par opération en stoechiométrie du brûleur ou de la combustion, une opération dans lequel l'alimentation en comburant est celle nécessaire pour la combustion complète du combustible dans les conditions préconisées par le procédé. Par exemple, dans le cas dans d'aérocombustion, l'alimentation en comburant (air) du brûleur est typiquement telle que l'alimentation en comburant du brûleur est entre 100% et 110% de l'alimentation stoechiométrique théorique en comburant nécessaire pour la combustion complète du combustible et dans le cas d'oxycombustion, typiquement entre 100% et 105% de l'alimentation stoechiométrique théorique en comburant nécessaire pour la combustion complète du combustible.
On comprend par opération en surstoechiométrie du brûleur ou de la combustion, une opération dans laquelle l'alimentation en comburant et en combustible du brûleur est telle que l'alimentation en comburant du brûleur est supérieure à l'alimentation en comburant du brûleur en opération en stoechiométrie telle que définie ci-dessus.
On comprend par opération en sous-stoechiométrie du brûleur ou de la combustion, une opération dans laquelle l'alimentation en comburant et en combustible du brûleur est telle que l'alimentation en comburant du brûleur est inférieure à l'alimentation en comburant du brûleur en opération en stoechiométrie telle que définie ci-dessus.
L'installation de contrôle peut également comprendre un détecteur de mousse pour la détection du taux de mousse sur la surface libre du verre fondu. Ledit détecteur de mousse peut notamment être un détecteur à ultrasons ou un détecteur mesurant la concentration de sulfate au-dessus de la surface libre du verre fondu, le taux de sulfate émis étant un témoin du taux de mousse. Quand le taux de mousse détecté par le détecteur de mousse dépasse une valeur limite de mousse prédéterminée, l'installation de contrôle peut modifier l'orientation de la flamme et/ou le rapport carburant/combustible du brûleur de manière à réduire le taux de mousse à un niveau en dessous de cette valeur limite de mousse. De préférence, quand le taux de mousse détecté par le détecteur de mousse dépasse la valeur limite de mousse prédéterminée, l'installation de contrôle réduira temporairement l'angle de la flamme et/ou modifiera l'alimentation en carburant et en combustible du brûleur de manière à ce que le ou les brûleurs à flamme orientable opèrent en sous-stoechiométrie :
• en réduisant l'angle de la flamme, la flamme se rapproche de la surface libre de verre fondu, voire impacte cette surface libre, de manière à désintégrer l'écran thermique de mousse présent sur la surface.
La désintégration de l'écran thermique de mousse par une réduction de l'angle de la flamme (rapprochement la flamme et la surface libre de verre fondu) peut être réalisée de manière mécanique.
Dans ce cas, la mousse est dispersée par la flamme (mangeur de mousse).
La destruction de la mousse par une réduction de l'angle de la flamme peut également avoir une raison chimique. En effet, comme montré dans la figure 2, la concentration en CO (exprimé en % vol.) augmente considérablement au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'axe de la flamme. Ainsi, en rapprochant la flamme vers la surface libre du verre fondu, on rapproche également la mousse de la zone riche en CO de la flamme. Le CO réagit avec la mousse et détruit chimiquement l'écran thermique de mousse sur la surface libre du verre fondu.
• en opérant le ou les brûleurs à flamme orientable en sous- stœchiométrie, on injecte plus de CO dans l'atmosphère du four qu'en opération stoechiométrique. Comme indiqué ci- dessus, le CO réagit avec la mousse et désintègre l'écran thermique de mousse sur la surface libre du verre fondu. De préférence, l'installation de contrôle réduira temporairement l'angle de la flamme, ou encore réduira temporairement l'angle de la flamme et modifiera temporairement la stœchiométrie telle que décrite ci-dessus.
La figure 2 montre l'évolution de la concentration en CO (exprimé en % vol.) en fonction de la distance d (exprimée en mm) par rapport à l'axe de la flamme d'un oxybrûleur opérée en régime stoechiométrique. Les valeurs données pour la distance d sont négatives, étant donné que les mesures ont été effectuées en dessous de la flamme.
On constate qu'à partir d'une certaine distance d1 , ici de 500 mm, l'axe de la flamme, la concentration en CO est quasi-nulle.
En revanche, à proximité de l'axe de la flamme, la concentration en CO est beaucoup plus élevée.
En installant un brûleur à la distance d1 de la surface libre du verre fondu, on assure, avec une orientation horizontale de la flamme, une atmosphère neutre au niveau du verre.
Si de la mousse se forme à un endroit couvert par la flamme du brûleur à flamme orientable ou susceptible d'être couvert par la flamme d'un tel brûleur après une réorientation de celle-ci, il est possible, grâce à la présence de ce brûleur à flamme orientable, de rapprocher la flamme du bain et d'augmenter ainsi (temporairement) la concentration en CO en contact avec la mousse, par exemple jusqu'à 15 %. II en découle que l'invention permet une destruction chimique (réaction avec CO, de la mousse même si le brûleur est opéré en régime stoechiométrique.
L'orientation de la flamme vers la surface du verre peut être faite de plusieurs manières :
• avec un mouvement de balayage de la flamme de gauche à droite dans un secteur angulaire pouvant par exemple varier de -40° à +40°,
• avec un mouvement de haut en bas à partir d'une orientation horizontale jusqu'à impact de la flamme aux endroits couverts de mousse.
Suivant une forme de réalisation, l'installation de contrôle comprend un ou des détecteurs de température pour la détection de la température de voûte du four. Quand la température de voûte détectée par le ou les détecteurs de température est en dessous d'une température limite prédéterminée, l'installation de contrôle peut modifier l'orientation et/ou la puissance de la flamme d'au moins un brûleur à flamme orientable de manière à faire monter la température de la voûte au-dessus de la température limite prédéterminée. La température limite prédéterminée est typiquement la température de condensation des composants volatilisables/volatilisés pouvant conduire à une corrosion de la voûte. De préférence, quand le ou les détecteurs de température détectent une température de voûte inférieure à la température limite prédéterminée, l'installation de contrôle augmentera temporairement l'angle de la flamme et/ou modifiera l'alimentation en carburant et en combustible du brûleur de manière à augmenter la puissance du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à augmenter le transfert thermique vers la voûte.
L'invention concerne également une installation verrier comprenant un four verrier tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne en particulier une installation verrier comprenant un four tel que décrit ci-dessus, un dispositif de formage de verre, tel qu'un dispositif de formage de bouteilles de verre ou un dispositif de formage de fibres de verre, et un canal d'alimentation entre la zone de prélèvement du four et le dispositif de formage pour l'alimentation en verre fondu dudit dispositif. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de verre au moyen d'un four verrier suivant une des modes de réalisation décrits ci-dessus.
L'invention concerne ainsi un procédé de fabrication de verre dans un four par fusion d'une charge contenant du silice, ledit four ayant une partie amont dans laquelle la charge est au moins partiellement présente sous forme solide et une partie aval dans laquelle la charge est entièrement présente sous forme de verre fondu. La ligne qui démarque la partie du four dans laquelle la charge est au moins partiellement présente sous forme solide (partie amont) de la partie dans laquelle la charge est entièrement présente sous forme de verre fondu (partie aval) est généralement appelée la ligne de batch.
Selon ce procédé, la charge est introduite dans le four sous forme solide dans une zone d'enfournement située dans la partie amont du four. Elle est ensuite amenée sous forme solide de la zone d'enfournement vers une zone de fusion équipée de brûleurs et située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval du four. Dans la zone de fusion, la charge est chauffée et fondue au moyen desdits brûleurs avec obtention de verre fondu. Le verre fondu issu de la zone de fusion est amené vers une zone de prélèvement, située dans la partie aval du four, où le verre fondu est prélevé du four.
Suivant l'invention, la zone de fusion est équipée dans la partie aval du four d'au moins un et de préférence d'au moins deux brûleurs à flamme orientable.
Comme déjà mentionné, la zone de fusion est de préférence équipée dans la partie aval du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux brûleurs à flamme orientable dont la variation de l'orientation de la flamme est réalisée par interaction fluidique entre plusieurs jets de fluide, suivant l'une ou l'autre des formes de réalisation décrites ci-dessus par rapport au four suivant l'invention.
Ainsi, le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent notamment comporter : • un canal d'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange de comburant et combustible et
• au moins un injecteur d'un actuateur fluide débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci.
Le canal d'injection et l'injecteur sont orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal et permet ainsi une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur.
Le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent être des brûleurs latéraux
Le ou les brûleurs à flamme orientable peuvent être des aérobrûleurs, mais sont de préférence des oxybrûleurs.
Un avantage du four et du procédé suivant l'invention est qu'ils permettent de prolonger la durée de vie du four verrier en limitant la volatilisation des composants volatiles et en limitant la corrosion des parois du four tout en conservant un rendement énergétique acceptable.
Dans la partie aval de la zone de fusion, l'orientation des flammes est normalement en substance horizontale et donc parallèle à la surface libre du verre fondu. Dans le présent contexte, on considère qu'une flamme est en substance horizontale quand l'angle entre la direction de flamme et le plan horizontal est inférieur ou égal à 10°, voire inférieur ou égal à 5°, c'est-à-dire un angle de flamme entre 80° et 100°, voire entre 85° et 95°.
Si après un certain temps d'opération du four verrier, on constate une corrosion des parois et en particulier de la voûte due à une condensation sur les parois/la voûte de composants volatilisés, la présente invention permet, sans avoir à interrompre l'opération du four, sans remplacement de brûleur(s) et sans modification de la structure du four, de modifier l'orientation de réorienter la flamme du ou des brûleurs à flamme orientable plus vers le haut, c'est-à-dire un peu plus vers la voûte. De cette manière la flamme du ou des brûleurs à flamme orientable est éloignée de la surface libre du verre fondu et la volatilisation et la corrosion sont réduites, tout en maintenant un rendement énergétique acceptable. La réorientation de la flamme peut éventuellement être accompagnée d'une adaptation de la puissance de la flamme. Il est à noter que la réorientation de la flamme est généralement faible, de quelques dégrées seulement.
De manière analogue, en cas de changement de la composition de la charge à fondre entraînant un changement dans la volatilisation et éventuellement dans la corrosion due à une condensation de composants volatilisés, la présente invention permet sans avoir à interrompre l'opération du four, sans remplacement de brûleur(s) et sans modification de la structure du four, de réorienter la flamme du ou des brûleurs à flamme orientable et d'optimiser le rendement énergétique tout en limitant la volatilisation et la corrosion. Cette réorientation peut éventuellement être accompagnée d'une adaptation de la puissance de la flamme.
La propriété du four et du procédé suivant l'invention de permettre un contrôle actif de la volatilisation et de la corrosion est particulièrement intéressante dans le cas où le verre est du verre sillico-sodo-calcique et/ou dans le cas où les parois/la voûte du four contient des matériaux réfractaires en silice. L'invention permet également d'intervenir ponctuellement dans le procédé de fusion de manière à améliorer le transfert thermique vers le verre fondu par désintégration de l'écran thermique de mousse sur le verre fondu et/ou de manière à réduire la volatilisation de composants volatilisables et/ou de manière à réduire la corrosion en limitant la condensation de composants volatilisés sur les parois et en particulier sur la voûte.
Ainsi, suivant une forme de réalisation du procédé suivant l'invention, dans lequel normalement, c'est-à-dire durant la plus grande partie du procédé, le ou les brûleurs à flamme orientable sont opérés en stoechiométrie et de manière à orienter la flamme selon un premier angle de flamme, et dans lequel on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique.
L'opération du ou des brûleurs à flamme orientable stoechiométrie et selon le premier angle de flamme correspond à l'opération normale/principale du four verrier. Comme indiqué ci-dessus, ce premier angle de flamme est généralement entre 80° et 100°, voire entre 85° et 95°. Comme déjà exposé, l'opération momentanée du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique correspond à une phase (opération temporaire) antivolatilisation. Pour les phases antivolatilisation, l'opération momentanée du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme est préférée.
La fréquence et la durée des phases antivolatilisation sont choisi en fonction des paramètres du four verrier, de la composition de la charge et de la tirée, et ne dépassera normalement pas l'ordre de quelques minutes par heure d'opération.
De manière analogue, le procédé suivant l'invention peut inclure des phases antimousse.
Dans ce cas, le ou les brûleurs à flamme orientable sont normalement opérés en stoechiométrie et de manière à orienter la flamme selon un premier angle de flamme, et dans lequel on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement sous-stoechiometrique.
Comme déjà exposé, l'opération momentanée du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique correspond à une phase antimousse. Pour les phases antimousse, l'opération momentanée du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme, est préférée, la flamme étant alors avantageusement dirigée vers la surface libre du verre fondu.
La fréquence et la durée des phases antimousse sont également choisies en fonction des paramètres du four verrier, de la composition de la charge et de la tirée. Une phase antimousse peut avoir une durée très courte, quelques secondes peuvent suffire pour désintégrer l'écran thermique de mousse. De préférence, le procédé suivant l'invention comprendra à la fois des phases antivolatilisaton et des phases antimousse. Dans ce cas :
• le ou les brûleurs à flamme orientable sont normalement opérés en stoechiométrie et de manière à orienter la flamme selon un premier angle de flamme (opération normale),
• on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique (phase antivolatilisation), et
• on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement sous-stoechiometrique (phase antimousse).
De manière avantageuse, le ou les brûleurs à flamme orientable sont normalement opérés en opération normale (stoechiométrie et la flamme selon le premier angle de flamme) pendant au moins 75% de la durée du procédé, de préférence pendant au moins 80% de la durée du procédé et encore de préférence pendant au moins 90% de la durée du procédé. Ledit ou lesdits brûleurs à flamme orientable ne sont donc opérés à un angle de la flamme autre que le premier angle de flamme que pendant au plus 25% de la durée du procédé, respectivement pendant au plus 20% voire au plus 10% de cette durée. Le réglage des différentes phases du procédé suivant l'invention peut se faire en boucle fermée ou en boucle ouverte.
Comme décrit ci-dessus, le four est avantageusement équipé d'une installation de contrôle pour l'asservissement du ou des brûleurs à flamme orientable.
Cette installation de contrôle comprend de manière utile un détecteur de mousse pour la détection du taux de mousse sur la surface du verre fondu. Quand le taux de mousse détecté par le détecteur de mousse dépasse une valeur limite de mousse prédéterminée, on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement sous-stoechiometrique (passage momentané en phase antimousse). Le détecteur du taux de mousse peut par exemple être un détecteur à ultrasons ou un détecteur mesurant la concentration de sulfate au-dessus de la surface libre du verre fondu.
L'installation de contrôle peut aussi comprendre un détecteur de volatilisation pour la détection du taux de volatilisation. Quand le taux de volatilisation détecté par le détecteur de volatilisation dépasse une valeur limite de volatilisation prédéterminée, on modifie momentanément l'opération du des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique quand le taux de volatilisation détecté par le détecteur de volatilisation dépasse une valeur limite de volatilisation prédéterminée (passage momentané en phase antivolatilisation). Le détecteur de volatilisation peut notamment mesurer la vitesse de gaz au- dessus de la surface libre du verre fondu ou la concentration en alcalins au- dessus de la surface libre du verre fondu, de préférence par mesure spectrale.
Suivant un mode de réalisation avantageux, l'installation de contrôle comprend un ou des détecteurs de température pour la détection de la température de voûte du four. Quand la température de voûte du four détectée par le ou les détecteurs de température descend en dessous d'une température limite prédéterminée (point froid), on oriente momentanément la flamme d'au moins un brûleur à flamme orientable plus vers la voûte, et en particulier vers le point froid de manière à faire remonter la température de la voûte au-delà de la température limite prédéterminée (passage momentané en phase anticorrosion).
Suivant une forme de réalisation du procédé suivant l'invention, le verre fondu prélevé du four est amené dans un canal d'alimentation d'un dispositif de formage, tel qu'un dispositif pour le formage de bouteilles en verre ou un dispositif pour le formage de fibres de verre.
En général, l'invention est notamment utile pour application dans la production de verres techniques, du verre plat, des bouteilles en verre et des fibres de verre, et en particulier dans le cas de verres silico-sodo-calciques, et/ou dans les fours dont les parois et/ou la voûte contiennent des matériaux réfractaires en silice. Suivant une application particulière, le four est un four de type « float ».
Les formes de mise en œuvre avec un ou plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable dans la partie aval de la zone de fusion sont particulièrement utiles pour l'oxyboosting d'un four verrier, et en particulier pour l'oxyboosting d'un four verrier équipé d'aérobrûleurs.
Cette application du four et du procédé suivant l'invention permet notamment d'augmenter la tirée du four.
Dans ce cas, l'installation d'un ou plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable suivant l'invention permet d'augmenter ponctuellement ou de manière permanente la tirée ou de la maintenir lorsque par exemple les régénérateurs du four sont endommagés ou que la charge à fondre requiert plus d'énergie que la charge habituellement exploitée. Dans le cas d'un procédé d'oxyboosting suivant l'invention, la mise en œuvre du procédé peut inclure l'installation d'un ou plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable dans la partie aval du four. Suivant une forme de réalisation particulière, on installe au moins un et de préférence deux oxybrûleurs à flamme orientable directement en aval des derniers brûleurs à air du four. De cette façon, la zone de fusion est en fait étendue vers l'aval du four, ces oxybrûleurs à flamme orientable étant les derniers brûleurs rencontrés par la charge à la sortie de la zone de fusion du four. Dans le cas d'un four déjà équipé pour l'oxyboosting, la mise en œuvre du procédé suivant l'invention peut inclure le remplacement d'au moins un oxybrûleur préexistant dans la partie aval du four par un oxybrûleur à flamme orientable.
Cette application est particulièrement intéressante pour la fusion de verre destinée à la fabrication des écrans plasma.

Claims

REVENDICATIONS
1. Four verrier pour la fusion d'une charge contenant du silice, ledit four ayant :
• une partie amont dans laquelle, pendant la fusion, la charge est au moins partiellement présente sous forme solide et
• une partie aval dans laquelle, pendant la fusion, la charge est entièrement présente sous forme de verre fondu, le four comprenant :
• une zone d'enfournement pour l'enfournement de la charge sous forme solide, ladite zone d'enfournement étant située dans la partie amont,
• une zone de fusion équipée de brûleurs pour le chauffage et la fusion de la charge avec obtention de verre fondu, ladite zone de fusion étant située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval,
• une zone de prélèvement pour le prélèvement du four du verre fondu, la zone de prélèvement étant située dans la partie aval, caractérisé : en ce que la zone de fusion est équipée dans la partie aval du four d'au moins un et de préférence d'au moins deux brûleurs à flamme orientable et dont l'orientation de la flamme peut être variée dans un plan en substance vertical, le four comporte une installation de contrôle pour l'asservissement du ou des brûleurs à flamme orientable y compris pour le réglage de l'orientation, et en particulier l'angle de la flamme du ou desdits brûleurs à flamme orientable.
2. Four suivant la revendication 1 , dans lequel le ou les brûleurs à flamme orientable comportent :
• un canal pour l'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange de comburant et combustible et • au moins un injecteur pour l'injection d'un actuateur fluide débouchant dans le canal ou à proximité de celui-ci, ledit canal d'injection et ledit injecteur étant orienté l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principale de manière à permettre une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur.
3. Four suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le four comprend également une zone d'affinage située dans la partie aval entre la zone de fusion et la zone de prélèvement.
4. Four suivant l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le ou les brûleurs à flamme orientable sont des oxybrûleurs.
5. Installation de fusion de verre, comprenant un four suivant l'une des revendications précédentes, un dispositif de formage et un canal d'alimentation entre la zone de prélèvement du four et le dispositif de formage.
6. Procédé de fabrication de verre par fusion d'une charge contenant du silice dans un four suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, procédé dans lequel :
• la charge est introduite dans le four sous forme solide dans la zone d'enfournement située dans la partie amont du four,
• la charge est amenée sous forme solide de la zone d'enfournement vers la zone de fusion où la charge est chauffée et fondue avec obtention de verre fondu,
• le verre fondu issu de la zone de fusion est amené vers la zone de prélèvement où le verre fondu est prélevé du four et dans lequel l'orientation et en particulier l'angle de la flamme du ou des brûleurs à flamme orientable est réglé au moyen de l'installation de contrôle.
7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel le ou les brûleurs à flamme orientable sont normalement opérés en stoechiométrie et de manière à orienter la flamme selon un premier angle de flamme et dans lequel on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique.
8. Procédé suivant l'une des revendications 6 et 7, dans lequel le ou les brûleurs à flamme orientable sont normalement opérés en stoechiométrie et de manière à orienter la flamme selon un premier angle de flamme et dans lequel on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement sous- stoechiometrique.
9. Procédé suivant la revendication 7 ou 8, dans lequel le ou les brûleurs à flamme orientable sont opérés en stœchiométrie et de manière à orienter la flamme selon le premier angle de flamme pendant au moins 75% de la durée du procédé, de préférence pendant au moins 80% de la durée du procédé et encore de préférence pendant au moins 90% de la durée du procédé.
10. Procédé suivant l'une des revendications 6 à 9, dans lequel l'installation de contrôle comprend un détecteur de mousse pour la détection du taux de mousse sur la surface du verre fondu et dans lequel on modifie momentanément l'opération du ou des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme inférieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement sous-stoechiometrique quand le taux de mousse détecté par le détecteur de mousse dépasse une valeur limite de mousse prédéterminée.
11. Procédé suivant l'une des revendications 6 à 10, dans lequel l'installation de contrôle comprend un détecteur de volatilisation pour la détection du taux de volatilisation et dans lequel on modifie momentanément l'opération du des brûleurs à flamme orientable de manière à orienter la flamme selon un angle de flamme supérieur au premier angle de flamme et/ou en fonctionnement surstoechiometrique quand le taux de volatilisation détecté par le détecteur de volatilisation dépasse une valeur limite de volatilisation prédéterminée.
12. Procédé suivant l'une des revendications 6 à 11 , dans lequel le verre fondu prélevé du four est amené dans un canal d'alimentation d'un dispositif machine de formage.
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