Brevet FR2120115A1 — publié le 19720811

La présente invention concerne un appareil de fusion du verre permettant de fondre les matières premières et de purifier le verre produit avec une très haute efficacité du point de vue rendement thermique et durée de l'opération. 5 Pour la fusion du verre, on a Jusqu'ici largement utilisé un procédé au creuset et un procédé utilisant un four à cuve ressemblant à un four à sole» Le verre est généralement fondu par les trois stades ci-après. Tout d'abord les matières premières, mélangés s ont chargées dans un four pour être chauffées de manière ÎO a liquéfier les substances à bas point de fusion contenues dans ces matières premières telles que le carbonate de sodium, le nitrate de sodium, le carbonate de potassium, le nitrate de potassium, le minium, la litharge, le borax et l'acide borique» Ensuite ces substances assurent une fusion par réaction avec les substances 15 difficilement fusibles desdites matières premières telles que le quartz, les poudres de silice, la dolomite, la chaux éteinte et la magnésie» La première phase de ce second stade au cours de laquelle les matières premières en poudre sont complètement liquéfiées est habituellement appelée "fusion de la charge", La phase suivante du-second stade est appelée "affinage" et pendant celle-ci les bulles d'air extrêmement fines engendrées dans le verre pendant le premier stade ou les autres bulles d'air fines introduites éventuellement pendant la fusion du verre sont éliminées» Le procédé d'affinage consiste à. mélanger à l'avance avec 25 les matières premières un agent de purification susceptible dfêtre normalement décomposé et évaporé aux températures élevées tel que l'acide arsénieux, l'oxyde d'antimoine, le sel de Glauber et le sel blanc et à éliminer les bulles d'air fines ci-dessus mentionnées en les entraînant au moyen des grosses bulles se produisant 30 lors de la décomposition de cet agent. Le troisième stade consiste à abaisser progressivement la température du verre complètement fondu et libéré des bulles d'air en brassant le verre par la convexion qui se produit à ce moment de manière à obtenir un verre suffisamment homogène pour l'opération de moulage suivante, 35 Parmi les appareils de fusion du verre antérieurement connus, un de ceux-ci qui met en oeuvre le procédé au creuset consiste à chauffer les matières premières du verre dans un récipient en un matériau réfractaire connu sous le nom de creuset et à les soumettre successivement dans le temps aux stades ci-dessus men» 40 tionnés. L'autre utilisant le procédé au four à sole consiste à 71 47320 2 212on5 effectuer les mêmes stades dans un grand dispositif de chauffage en forme de bassin, en déplaçant les matières premières d'un endroit â l'autre à travers le dispositif» La présente invention a en conséquence pour but de réaliser 5 un appareil de fusion du verre permettant de fondre les matières; premières du verre et de purifier le produit avec une efficacité remarquablement élevée» Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil de fusion du verre susceptible d'éliminer les bulles d'air du verre 10 fondu sans adjonction préalable aux matières premières d'un agent de purification» Un autre but encore de l'invention est de réaliser un brûleur de fusion du verre capable de fondre très efficacement les matières premières du verre et qui permet de réduire les dimen-15 sions de la chambre de fusion du verre. Ces buts sont obtenus avec l'appareil de-fusion du verre conforme à l'invention comportant un four de fusion du verre délimité par la périphérie d'une cheminée formant un élément cylindrique interne et les parois internes d'une chambre de fusion 20 du verre constituant un élément cylindrique externe, ce four étant muni d'un brûleur traversant les parois internes de la chambre de fusion du verre de manière à injecter simultanément les matières premières du verre et le combustible et un four de purification du verre pour purifier le verre fondu s'écoulant du four de fusion 25 en éliminant par la force centrifuge les bulles d'air de celui-ci. Les autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés 30 dans lesquels : Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un four de fusion du verre constituant une partie de l'appareil de fusion -du verre selon un mode de réalisation de la présente invention j Fig, 2 est une vue en coupe par II-IÏ de figure 1 ; •35 Fig, 3 est une vue en coupe longitudinale d'un four de purification du verre constituant une partie dudit appareil j Fig, 4 est une vue en coupe par IV-IV de figure 3 et, Fig. 5 est une vue en coupe longitudinale d'un brûleur constituant une partie dudit appareil, 40 On décrira maintenant un four de fusion constituant un 71 47320 3 2120115 élément de l'appareil de fusion du verre de l'inventxon. Comme illustré dans les figures 1 et 2, la chambre de fusion 1 d'un four de fusion du verre comporte des parois latérales 2 et un plafond 3 mais pas de plancher. Les parois latérales 2 et 5 le plafond sont réalisés en disposant successivement des couches, de briques 4 à haute réfractairité et des briques isolantes 5 en commençant par les parties internes de ceux-ci. La périphérie des parois latérales 2 est entourée par un carter cylindrique 6 en acier, La référence 7 désigne une cheminée cylindrique réalisée ÎO avec des briques à haute réfractairité dont l'extrémité inférieure traverse le plafond 3 de la chambre de fusion 1 de manière à venir en saillie à l'intérieur de celle-ci et elle communique avec un échangeur thermique (non représenté), La référence 8 désigne un brûleur construit de manière à injecter le combustible ensemble 15 avec les matières premières pour le verre, ledit brûleur 8 traversant la paroi interne 9 de la chambre de fusion 1 de manière ày être inséré selon la direction tangentielle de la périphérie de la cheminée 7, La partie inférieure de la paroi interne 9 de la chambre de fusion 1 constitue une paroi inclinée ÎO formant un 20 angle de plus de 45° avec le plan horizontal et se prolonge dans une chambre de chauffage il prévue de façon à communiquer avec la base de la chambre de fusion 1 de manière à constituer une partie de la paroi interne de ladite chambre de chauffage 11, Les parois de la chambre de chauffage 11 sont réalisées avec les mêmes bri-25 ques réfractaires et isolantes que celles,de la chambre de fusion 1, Dans la chambre de chauffage 11 est inséré un brûleur de chauffage 12 qui traverse ses parois latérales. On décrira maintenant le fonctionnement du four de fusion du verre. Les matières premières du verre en poudre injectées, par 30 le brûleur 8 dans la chambre de fusion 1, ensemble avec les flammes ,forment des couches fluides sur les parois internes 9 de la chambre de fusion en frappant contre celles-ci à l'état serai-fondu. Les matières premières du verre qui n'ont pas été complètement fondues dans les flammes sont liquéfiées rapidement lors du contact 35 avec les couches fluides, fondues se trouvant sur les parois internes 9 de la chambre de fusion 1, Lesdites parois internes 9 sont alimentées successivement avec les couches fluides fondues par le brûleur 8, lesquelles réagissent les unes avec les autres pour assurer une vitrification supplémentaire tout en coulant vers le .i 40 bas le long des parois internes 9 et de la paroi inclinée 10 et 71 47320 2120115 elles atteignent la chambre de chauffage 11. Le verre fondu descendant vers la chambre de chauffage 11 est à nouveau chauffé et tombe dans un four de purification (non représenté) placé en dessous où il est démoussé pour la purification. Le gaz. de combustion engen-5 dré dans la chambre de fusion 1 et la chambre de chauffage 11 est envoyé à un dispositif d'échange thermiqie, par exemple une chambre d'échange thermique, et à une chambre de régénération ou de stockage (non représentée) par l'intermédiaire de la cheminée 7 qui traverse le toit de la chambre de fusion 1, afin de récupérer la chaleur 10 contenue dans les gaz d'échappement. La chaleur ainsi récupérée est utilisée pour préchauffer l'air de combustion alimenté aux brûleurs 8 et 12. -, On décrira maintenant un four de purification du verre constituant une partie de l'appareil de fusion du verre. Comme 15 illustré dans les figures 3 et 4, ce four de purification du verre est un élément cylindrique rotatif dont les parois internes sont constituées par des briques réfractaires 21 avec les parois externes réalisées en briques isolantes 22 et il est entouré par un carter métallique 23 constituant sa face externe. La référence 24 désigne 20 une paroi séparatrice annulaire réalisée en un matériau réfractaire qui est fixée étroitement sur les parois internes du four de purification sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation de cet élément cylindrique rotatif. Le bord périphérique de la paroi séparatrice 24 est perforé par une pluralité d'orifices 25 permet-25 tant le passage du verre fondu démoussé. L'axe de rotation du four de purification du verre construit comme ci-dessus décrit est incliné sous un angle de quelques degrés à une dizaine de degrés et plus sur le plan horizontal, ledit four de purification du verre; étant monté sur des galets supports 29 adaptés sur la surface 30 supérieure d'une base en acier 28 avec une entrée 26 pour le verre fondu disposée au niveau le plus élevé et une sortie 27 pour le verre fondu disposée au niveau le plus bas. De plus, le four de purification du verre est supporté par un grand nombre de galets de pression 30 appuyant sur la périphérie du carter 23. La réfé-35 " rence 31 désigne un rotor mélangeur cylindrique comportant un revêtement réfractaire 33 prévu sur la paroi interne de son carter 32, ledit rotor 31 étant disposé au voisinage de la sortie 27 pour le verre fondu de manière à tourner autour du même axe que l'élément cylindrique rotatif. Ce rotor 31 est monté sur des galets 35 40 adaptés sur la> surface Supérieure d'une embase support 34 et il est, 71 47320 2120115 de plus, supporté par un grand nombre de galets auxiliaires 36 appuyant sur la périphérie de son carter 32 et il peut tourner autour de son propre axe indépendamment de l'élément cylindrique rotatif» 5 On donnera maintenant les vitesses de rotation de l'élément cylindrique rotatif et du rotor mélangeur 31. L'élément cylindrique rotatif tourne à raison de 60 à 100 tours/minutes en étant entraîné par le moyen 37 illustré dans la figure 4 et le rotor mélangeur 31 tourne à raison de cinq à vingt tours/minutes en étant entraîné 10 par un moyen non représenté, tous les deux tournant dans la même direction. La référence 38 désigne une sortie pour le verre fondu réalisée à la partie inférieure de la paroi périphérique du rotor mélangeur 31 et la référence 39 un brûleur inséré dans le rotor mélangeur 31 à travers ladite sortie 38, de manière à maintenir 1' 15 intérieur du four de purification du verre à une température très élevée. On décrira le fonctionnement dudit four de purification du verre. Le verre fondu amené dans l'élément cylindrique rotatif par l'entrée 26 frappe centre les parois internes dudit four réa-20 lisé en briques réfractaires 21 sous l'effet de la force centrifuge de l'élément cylindrique rotatif, ce par quoi les bulles d' air occluses dans le verre fondu sont chassées dans la direction de l'axe de rotation de l'élément cylindrique. Le verre fondu démoussé, pour assurer sa purification, par le fait qu'il s'accu-25 mule sur les parois internes de l'élément cylindrique rotatif, passe à travers les orifices ménagés dans la paroi séparatrice annulaire 24 et est ensuite conduit au rotor mélangeur 31 par la sortie 27. Le verre fondu s'écoulant dans le rotor mélangeur 31 est éjecté sur la totalité des parois internes par la force 30 centrifuge de l'élément cylindrique rotatif* Toutefois, le rotor mélangeur 31 tourne plus lentement que l'élément, cylindrique de sorte que le verre fondu est rapidement libéré delà force centrifuge et il est collecté à la base du rotor mélangeur 31 en s'écoulant le long des parois internes. Etant donné que ledit rotor 35 31 tourne à une vitesse faible, les différentes parties du verre fondu sont parfaitement mélangées ensemble, ce qui donne un produit parfaitement homogène. Le verre fondu ainsi purifié est alimenté au procédé de moulage qui y fait suite (non représenté) à partir de la sortie 38 pour le verre fondu du rotor mélangeur 31. 40 Parce que le four de purification du verre doit fonctionner à 71 47320 6 2120115 température très élevée, le brûleur 39 est maintenu allumé pendant ladite opération. On décrira maintenant avec référence à la figure 5 le brûleur 39 qui injecte simultanément les matières premières du verre 5 et le combustible dans le four de fusion du verre. La référence 41 désigne une conduite d'air qui est munie à une extrémité d'un orifice d'éjection 42 et dans la paroi d1 extrémité opposée d'une entrée d'air chaud 43 et, dans sa partie intermédiaire, d'une conduite.44 d'alimentation en matière première communiquant avec 10 ledit tube à air 41. La conduite 44 d'alimentation en matières premières est reliée à une de ses extrémités à l'orifice 47 de sortie de la trémie 46 pour la matière première du verre, par 1* intermédiaire d'un raccord 45. Dans ladite trémie 46 pénètre une conduite 49 d'air sous haute pression qui traverse la paroi péri-15 phérique avec interposition d'un joint 48» L'extrémité interne de ladite conduite 49 d'air à haute pression constitue un orifice d'injection d'air 50 dans l'orifice de sortie 47 de la matière première de la trémie 46. La partie de la conduite d'air à haute pression 49 qui se trouve à l'extérieur de la trémie 46 est munie 20 d'un vibrateur 51 et la partie de la conduite d'air à haute pression 49 qui est logée dans la trémie 46 est munie d'un ensemble 52 de barres de transmission de la vibration qui est secoué par le vibrateur 51. L'extrémité externe de l'autre conduite d'air 41 est normalement fermée par un bouchon amovible 53. Lorsque cela est 25 toutefois nécessaire, le bouchon 53 est retiré pour nettoyer l'intérieur de ladite conduite d'air 41. Sur la' périphérie de la conduite d'air 41 est prévu un tube de refroidissement 54 qui entoure coaxialement ladite conduite d'air 41 et qui est fermé à une extrémité par le bord périphérique de l'orifice d'éjection 42 30 de ladite conduite d'air 41. La température de ladite conduite d'air 41 est contrôlée à l'aide d'un milieu refroidissant circulant dans le tube de refroidissement 54. Les références 55 et 56 désignent l'entrée et la sortie dudit agent refroidissant. La référence 57 désigne un tube à combustible qui entoure coaxiale-35 ment le tube de refroidissement 54 et qui comporte un orifice 58 d'éjection du combustible prévu du même côté que l'orifice d'éjection 42 de la conduite d'air 41. Sur la paroi interne de la partie du tube à combustible 57 qui est disposée au voisinage de l'orifice d'éjection du combustible 58 est monté un ensemble 40 d'ailettes de guidage 59 de manière à donner un mouvement tour- 71 47320 7 2120115 billonnaire au combustible lorsrji'il est éjecté. La périphérie de l'extrémité externe du tube à combustible 57 est entourée par une chemise 60 refroidie à l'eau pour refroidir ledit tube à combustible 57- 5 On décrira maintenant le fonctionnement du brûleur conforme à l'invention. Quand de l'air à haute pression est injecté par l'orifice d'éjection 50 de la conduite d'air à haute pression 49, il se produit une dépression dans le voisinage» Il en résulte que les matières premières se trouvant dans la trémie 46 sont aspirées 10 hors de celle-ci à travers l'orifice de sortie 47 par la- force de succion résultant de ladite dépression en étant mélangées avec l'air à haute pression et elles sont amenées dans la conduite d* alimentation des matières premières 44 et ensuite dans l'autre canalisation d'air 41» 15 D'autre part, de l'air chaud sous une pression de 300 à 1000mm de hauteur d'eau est introduit depuis l'entrée d'air chaud 43 formée dans la paroi périphérique de l'extrémité interne de la: conduite d'air 41 de manière à converger vers le mélange ci-dessus mentionnê d'air à haute pression et de matières premières en poudre, 20 à la jonction du tùbe à combustible 44 et de la conduite d'air 41» La masse est éjectée par l'orifice d'éjection 42 de la conduite d'air 41» A partir de l'orifice d'éjection 58 du tube à combustible 59 est éjecté du combustible sous la forme de flammes. Quand elles sont enveloppées dans lesdites flammes, les matières premières en 25 poudre sont amenées à l'état fondu. Le volume d'air sous haute pression alimenté par la conduite d'air à haute pression 49 correspond à 30 à 50% de la quantité théorique requise pour la combustion complète du combustible utilisé et le volume d'air introduit par l'entrée d'air chaud 43 de la conduite d'air 41 correspond à 30 70 à 100% de la quantité théorique requise pour la combustion complète de ce combustible. L'air alimenté par l'entrée d'air chaud 43 est chauffé en utilisant la chaleur résiduelle des gaz de combustion du brûleur» Lorsque les matières premières en poudre du verre circulent dans la conduite d'air 41, il est nécessaire 35 de refroidir ladite conduite 41 en fonction de celles desdites matières premières qui ont le point de fusion le plus bas. La température à laquelle la conduite d'air 41 doit être refroidie est comprise de préférence entre 60 et 350°C pour les matières premières usuelles. Cette température est contrôlée par le tube de 40 refroidissement 54 adapté à la périphérie de la conduite d'air 41» 71 47320 8 2120115 Si l'agent refroidissant qui circule dans le tube de refroidissement 54 est constitué par de l'air, on obtiendra une efficacité thermique supérieure en le faisant circuler dans la conduite d'air comprimé 49 de manière à extraire les matières premières en poudre 5 de la trémie 46. Lorsque, cependant, l'air a une température trop élevée au voisinage de l'entrée d'air chaud 43 pour être utilisé comme agent de refroidissement, on peut le remplacer par de l'eau. Les matières premières pour le verre qui doivent être emmagasinées dans la trémie 46 doivent de préférence être broyées ÎO sous des dimensions de particules plus petites que 0,25 millimètre. Toutefois, il arrive souvent que parmi les matières premières aussi finement divisées, seules celles qui se trouvent au centre de la trémie peuvent sortir mais celles placées au voisinage des parois périphériques internes de la trémie sont toujours abandonnées et 15 collent auxdites parois. En conséquence et conformément à l'invention, la trémie 46 pour les matières première^ du verre, est construite de manière à ce que de l'air sous haute pression soit éjecté au voisinage de son orifice de sortie 47, ce qui élimine sensiblement l'inconvénient ci-dessus mentionné.. Lorsque cette 20 construction ne remplit pas complètement ce but, de telles difficultés sont complètement éliminées en adaptant l'ensemble de barres transmettant la vibration ci-dessus mentionné qui est noyé dans les matières premières emmagasinées et en secouant cet ensemble par le vibrateur 51, Lorsque l'on désire arrêter la sortie 25 des matières premières, ce but est atteint en arrêtant l'éjection d'air sous haute pression et en arrêtant le vibrateur 51. Les combustibles pour le brûleur peuvent être du type industriel u-suel, tel que gaz de ville, gaz de pétrole liquéfié, butane, gaz naturel, gaz d'hydrocarbures, huile légère et huile lourde, 30 Comme mentionné ci-dessus, l'appareil de fusion du verre conforme à l'invention comporte un four de fusion susceptible d'injecter simultanément les matières premières du verre et un combustible et un four de purification pour purifier le verre fondu produit dans ledit four de fusion. Dans le four de fusion 35 les matières premières du verre en poudre, éjectées depuis le brûleur, sont fortement chauffées en étant enveloppées dans les flammes de combustible qui sont émises simultanément par ledit brûleur et elles sont rapidement amenées à l'état fondu. Lorsqu'elle frappe contre les parois internes de la chambre de fu-40 sion la masse fondue forme sur celles-ci des couches fluides. Tout 71 47320 9 2120115 on s'écoulant le long desdites parois internes, ces couches réagissent les unes avec les autres pour être encore plus vitrifiées. Par comparaison avec le four de fusion du verre de l'art antérieur du type à sole ou à creuset, l'appareil de fusion du verre, confor-5 me à l'invention, peut fondre les matières premières du verre avec une plus grande efficacité et en un temps beaucoup plus court. De plus, le four de fusion du verre du type à sole conventionnel présente l'inconvénient qu'une partie des matières premières du verre chargées dans le four est souvent aspirée dans la cheminée 10 ce qui arrive à l'obstruer. Par contre avec l'appareil de fusion du verre conforme à l'invention, les matières premières du verre en poudre injectées dans la chambre de fusion se trouvent instantanément fondues et sont fixées sur les parois internes de la chambre de fusion, ce qui élimine l'apparition des difficultés 15 rencontrées avec le four de l'art antérieur. De plus, l'appareil de fusion du verre conforme à l'invention est muni d'un four de purification pour éliminer par centrifugation les bulles d'air du verre fondu, ce qui élimine la nécessité de mélanger au préalable, comme dans le type conventionnel, certains agents de purifica— 20 tion et les nitrates nécessaires dans ce but avec les matières premières du verre. Ceci abaisse le prix de revient du verre et protège le verre produit de la détérioration des propriétés physiques qui pourrait autrement se produire du fait de l'addition de cet agent de purification. 71 47320 10 2120115 REVENDICATIONS 1»- Un appareil de fusion du verre caractérisé en ce qu'il comprend un four de fusion du verre délimité par la périphérie d* une cheminée constituant un élément cylindrique interne et les parois internes d'une chambre de fusion du verre formant un élé-5 ment cylindrique externe, ce four étant muni d'un brûleur traversant les parois internes de ladite chambre de fusion du verre de manière à injecter simultanément les matières premières du verre et le combustible selon la direction.tangentielle à la périphérie de la dite cheminée et un four de purification pour soumettre le 10 verre fondu s'écoulant du four de fusion à une force centrifuge pour éliminer les bulles d'air occluses dans celui-ci de manière à purifier le verre produit. 2.- Un appareil de fusion du verre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le four de fusion du verre est constitué? 15 par un élément cylindrique rotatif pour séparer par centrifugation les bulles d'air du verre fondu en faisant tourner par rotation le verre contenu dans celui-ci et une paroi séparatrice annulaire adaptée sur les parois internes de cet élément cylindrique dont le bord périphérique comporte des perforations permettant le 20 passage du verre fondu démoussé. 3.- Un appareil de fusion du verre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le brûleur pour injecter simultanément les matières premières du verre et le combustible dans la chambre de fusion du verre comprend une conduite d'air pour de l'air 25 chaud, une conduite d'alimentation des matières premières du verre raccordée sur la paroi latérale de la conduite d'air de manière à amener un mélange d'air à haute pression et de matières premières du verre transportées par celui-ci à converger avec l'air chaud de la conduite d'air, un tube de refroidissement entourant 30 la conduite d'air de manière à empêcher les matières premières de fondre sur les parois internes de la conduite d'air et un tube à combustible disposé de manière à entourer ledit tube de refroidissement, 4.- Un appareil de fusion du verre selon la revendication 35 1 caractérisé en ce qu'il est en outre prévu en dessous de la chambre de fusion du verre une chambre de chauffage qui communique avec celle-ci de manière à chauffer parfaitement le verre fondu 71 47320 h 2120115 s'écoulant depuis la chambre de fusion du verre. 5.- Un appareil de fusion du verre selon la revendication 2 caractérisé en ce que le four de purification du verre comporte un rotor mélangeur disposé au voisinage de l'élément cylindrique 5 rotatif, coaxialexnent avec celui-ci, pour recevoir le verre fondu débordant de l'élément cylindrique rotatif, ce rotor mélangeur tournant indépendamment dudit élément cylindrique de manière à assurer l'homogénéisation du verre produit, des moyens de chauffage étant insérés dans ledit rotor pour maintenir l'intérieur du four 10 de purification du verre à la température élevée voulue»