Brevet FR2120138A1 — publié le 19720811

W7WSÏ - 1 - 2120130 L'invention concerne un four à cuve de fusion de verre quartzeux ou de verres analogues au verre quartzeux, à forte teneur en acide silicique, dans un creuset chauffé électriquement. Elle se rapporte en particulier aux fours de fusion destinés à la réalisation en continu de tubes de verre quartzeux et dans lesquels la matière première est introduite par le haut dans le creuset cylindrique et le verre fondu est mis en forme de tube sortant vers le bas dans une busette formant le fond du creuset. Le tube quittant le four peut pénétrer dans une machine d'étirage située sous le four et lui conférant sa forme définitive. Les fils de chauffe en métal à point de fusion élevé, par exemple en molybdène ou en tungstène, sont disposés en général dans le four de manière à former une couronne entourant le creuset symétriquement à son axe. Us sont balayés en service par un gaz protecteur tel que l'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'azote. Les conducteurs continus de chauffe sont connectés à leurs extrémités supérieure et inférieure à des bagues d'arrivée de courant qui les alimentent en commun. Cette disposition des conducteurs de chauffe permet toutefois uniquement d'abaisser ou d'élever la température dans la zone totale du creuset de fusion. H est cependant nécessaire pour l'étirage de régler le chauffage de la busette indépendamment de celui du creuset. On a déjà divisé les conducteurs de chauffe par le milieu pour permettre de chauffer la busette indépendamment du creuset en réalisant des couronnes supérieure et inférieure de conducteurs alimentées indépendamment en courant. H est cependant difficile de disposer ces conducteurs de manière qu'aucune chute de température n'apparaisse à la transition entre les couronnes supérieure et inférieure. H est par ailleurs pratiquement impossible de placer d'autres arrivées de courant au milieu du four, car le rayonnement de chaleur de ce dernier les ferait fondre. L'invention concerne un four, dont le chauffage de la busette est indépendant de celui du creuset, de manière à éviter les inconvénients mentionnés et dont, en particulier, la courbe de température est continue sur la hauteur du creuset. Selon une particularité essentielle du four électrique à cuve selon l'invention, qui est destiné à la fusion de verre quartzeux ou de verres analogues au verre quartzeux, à forte teneur en acide silicique, et qui comprend un creuset cylindrique au fond duquel est disposée une busette annulaire d'étirage en continu d'un tube ou d'une barre, une couronne de conducteurs de chauffe, qui. entoure ce creuset, 71 47433 - 2 - 2120138 étant montée de manière que deux dispositifs différents exerçant une traction absorbent leurs différences d'allongement, en particulier au moment de la montée en température, les conducteurs de chauffe ont la forme de barres constituant sur une partie de leur longueur des 5 éléments de connexion à fort diamètre et, sur le reste de leur lon gueur, des éléments de chauffe de faible diamètre. La transition de l'élément de connexion à l'élément de chauffe des conducteurs peut se situer en un emplacement quelconque, par exemple à mi-longueur. La couronne de conducteurs peut être disposée autour du 10 creuset de manière que ceux dont la partie supérieure est mince et qui forment les éléments de chauffe de la zone supérieure du four alternent avec ceux dont la partie inférieure est mince et qui forment les éléments de chauffe de la zone inférieure du four. Les tronçons de connexion des conducteurs doivent contribuer peu au chauffage 15 de la zone correspondante du four et leur diamètre doit être dimen- sionné en conséquence. le diamètre de la partie des conducteurs qui forme essentiellement l'élément actif du chauffage est calculé en fonction de la puissance exigée qui peut varier selon l'application du four. 20 Les deux circuits électriques des conducteurs de chauffe sont réglables indépendamment. Us comportent à l'extrémité inférieure du four deux bagues électriquement séparées de connexion dans lesquelles les conducteurs sont vissés. Celle de ces bagues de connexion qui est située au-dessus de l'autre comporte des trous de traversée 25 électriquement isolée de l'extrémité de connexion des conducteurs de chauffe de la zone supérieure du four. La connexion supérieure des deux circuits est commune et comporte des chambres dans lesquelles des ressorts de compensation de l'allongement sont disposés de la manière décrite dans le brevet allemand K° 1 069 846. 30 Cette nouvelle disposition des conducteurs de chauffa per met de régler les températures de manière pratiquement indépendante dans les deux zones du four. Ebnc, la température de fusion dans le creuset et la température de la busette sont réglables indépendamment, ce facteur ayant une importance majeure pour le dimensionnement du 35 tube de verre quartzeux. Une certaine chaleur dégagée par le courant passant par les tronçons de connexion et le transport de chaleur par le gaz de balayage sont les seuls facteurs qui influent faiblement sur le réglage des températures dans les deux zones. L'invention sera décrite plus en détail en regard des 40 dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : 47433 2120138 la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un four à cuve selon l'invention ; et la figure 2 est un schéma du circuit de chauffe du four. Le four électrique à cuve illustré sur la figure 1 est alimenté par le haut en matière première qui est fondue dans un creuset cylindrique 1 pour donner du verre quartzeux. Une busette 3 située au fond 2 du creuset confère au verre la forme d'un tube ; une busette différente peut aussi former une tige de verre de section circulaire ou autre. Le tube quittant la busette pénètre dans une machine qui 1*étire jusqu'à solidification. Une couronne de conducteurs continus de chauffe entoure le creuset. Ces conducteurs comprennent deux tronçons, dont la transition est située de préférence à mi-longueur, donc approximativement au niveau de la busette, c'est-à-dire forment des éléments 5 de connexion à fort diamètre et des éléments 4 de chauffe à faible diamètre constituant un circuit de chauffage de la partie supérieure et un autre circuit de chauffage de la partie inférieure du creuset, la busette étant ainsi chauffée indépendamment du creuset. Le nombre des conducteurs de chauffe est fonction du diamètre de creuset, mais doit toujours être pair afin que leurs éléments supérieurs de chauffe et de connexion puissent être disposés de manière certaine symétriquement par rapport à l'axe. Le diamètre des éléments de chauffe est essentiellement fonction de la puissance "exigée du four, mais les éléments de connexion doivent toujours être diraensionnés de manière qu'ils contribuent très peu au chauffage de la zone du. four. Les deux circuits des éléments de chauffe des zones supérieure et inférieure du creuset sont commandés indépendamment et donc la température de la zone supérieure du creuset est réglable Sndépendamment de celle de la zone inférieure, ce facteur étant en particulier essentiel pour l'étirage, car la température de la busette a une importance majeure pour le dimensionnement du tube de verre. la faible chaleur émise par le passage du courant dans les éléments de connexion, ainsi que le transport de chaleur par le gaz de balayage qui entoure les conducteurs influent faiblement sur les deux zones. Les deux circuits des éléments de chauffe sont connectés à l'extrémité inférieure du four à deux bagues séparées 6 et 7 sur lesquelles ils sont vissés. Celle de ces bagues qui est située au-dessus de l'autre comporte des trous par lesquels les extréaités des conducteurs de l'autre circuit passent en étant isolées. la connexion supérieure S est commune aux deux circuits et comprend des chambres 9 dans lesquelles des ressorts de compensation de l'allongement sont 47433 - 4 - 2120138 disposés. L'exemple suivant de réalisation permettra de bien faire comprendre l'invention. Un four de fusion tel que celui de la figure 1 doit absorber une puissance électrique de 75 kVA devant être répartie sur deux circuits d'éléments de chauffe, dont chacun comprend seize conducteurs ayant chacun 300 mm de longueur active de chauffage. Les conducteurs sont en tungstène, leur tronçon de connexion a un diamètre de 8 mm et leur fil de chauffe a un diamètre de 2,8 mm. Les deux types de conducteurs sont prolongés sur la longueur nécessaire à leur fixation, mais dont il n'est pas tenu compte pour le calcul de leurs données électriques. La puissance maximale totale étant de 75 kVA, l'un des circuits de chauffage peut subir une charge maximale de 37j 5kVA. Pour une tension aux bornes de 10 V, l'intensité maximale est de 3750 A et la charge par unité de surface des conducteurs ayant les cotes indiquées est de 80 V//cm. . Deux groupes transformateurs 10 (figure 2) d'alimentation de 60 kVA chacun et dont la tension du secondaire est de 15 V sont prévus pour permettre des changements éventuels de la longueur des zones ou de la longueur totale du four. Chacun des groupes se compose d'un transformateur de réglage à montage économique^ par exemple a dix étages de réglage grossier et à huit étages de réglage précis, relié à un commutateur de conversion de phase et à un transformateur à deux noyaux pour courant fort. Les fils de chauffe absorbent environ 90f? de la puissance totale et les tronçons de connexion en absorbent environ 10 $ en influant aussi faiblement et accessoirement sur la température des deux zones, la modification de leur maxima de température qui en résulte étant du même ordre de grandeur que celle qui est due à la conduction thermique et au transport de chaleur. Si un four à cuve doit être chauffé de manière qu'il comporte trois zones ou même davantage dans lesquelles la température doit pouvoir être réglée indépendamment, il suffit de donner très simplement une fome correspondante aux conducteurs de chauffe. Pour trois zones de température, par exemple, les conducteurs de chauffe sont réalisés de manière que soit le tiers supérieur, soit le tiers central, soit le tiers inférieur de leur longueur totale forme l'élément de chauffe, le reste de leur longueur formant l'élément épais de connexion. Le nombre des bagues inférieures de connexion, ainsi que celui des barres formant la couronne de conducteurs de chauffe doivent être calculés en fonction du nombre des circuits de chauffage et,.dans 47433 - 5 - 212013a le cas de trois zones ds température, il faut donc trois bagues inférieures de connexion et le nombre des conducteurs de chauffe doit être divisible par trois pour qu'ils puissent être disposés symétriquement par rapport à l'axe» H va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 71 47433 - 6 - 2120138 REVENDICATIONS 1. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux ou de verres analogues à du verre quartzeux, à forte teneur en acide silicique, et comprenant un creuset cylindrique au fond_ duquel est 5 disposée une busette annûisire d'étirage en continu d'un tube ou d'une barre, une couronne de conducteurs de chauffe entourant Il.edit creuset et étant montée de manière que deux dispositifs différents exerçant une traction absorbent leurs différences d'allongement, en particulier lors de la montée en température, ledit four étant caractérisé 10 en ce que les conducteurs de chauffe ont la forme de barres consti tuant sur une partie de leur longueur des éléments de connexion à fort diamètre et, sur 3.e reste de leur longueur, des éléments de chauffe de faible diamètre. 2. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux 15 selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transition de l'élé ment de connexion et de l'élément de chauffage se trouve, à mi-lon-gueur des conducteurs de chauffe. 3. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de l'élé- 20 ment de connexion des conducteurs de chauffe est suffisamment grand pour que cet élément participe très peu au chauffage de la zone correspondante du four. 4. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux selon la revendication 1, caractérisé en ee que les conducteurs de 25 chauffe sont en tungstène. 5. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs de chauffe sont en nombre pair et ceux qui comportent l'élément de chauffe à leur partie supérieure alternent avec ceux dont 1'élément de 30 chauffe est à la partie inférieure en formant des circuits électriques séparés de chauffage, réglables indépendamment. 6. Four électrique à cuve de fusion de verre quartzeux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux circuits électriques de chauffage comportent à l'extrémité inférieure du four 35 deux bagues de connexion électriquement indépendantes et dans lesquel les les conducteurs sont vissés, les deux circuits de" conducteurs comportant une bague commune de connexion à l'extrémité supérieure du four.