Brevet FR2488593A1 — publié le 19820219

L'invention concerne d'une manière générale les fours continus de fusion du verre du type à bassin, et plus particulièrement des fours de ce type comportant des zones d'étranglement qui font communiquer les zones de fusion et de travail et qui permettent de contrôler l'écoulement, la température et l'homogénéité du bain de verre. Un type classique de fours continus de fusion du verre comporte une partie inférieure formant bassin recouverte d'une partie formant toit, supportée de façon indépendante, la zone centrale du bassin comportant un étranglement de largeur réduite qui délimite un chenal de section limitée entre les extrémités du bassin. En fait, cette forme de réalisation délimite des zones ou bassins séparés de fusion et de braise ou travail, reliés entre eux par un chenal dont la largeur est légèrement inférieure à celle des bassins afin que l'opération de fusion puisse être effectuée d'une façon permettant d'optimiser les con- ditions régnant dans le bassin de fusion et de fournir du verre fondu convenablement-affiné à la zone de braise. La dimension de l'étranglement et, évidemment, du chenal est déterminée par le débit et les conditions de fonctionnement du four de fusion. De tels bassins sont en général, mais non nécessairement, de profondeur constante et leur largeur peut être constante ou non, sauf à l'emplacement de la zone d'étranglement o les parois latérales sont rappro- chées pour former le tronçon étroit faisant communiquer les zones d'affinage et de braise du bassin afin d'améliorer l'homogénéité du verre fondu à son passage de la zone d'affinage dans la zone de braise. Dans un tel 'four continu de fusion du verre du type à bassin, une charge vitrifiable toute composition et cds déchets de verre ou du calcin sont enfournés dans une pre- mière extrémité du four et du verre en fusion est retiré de l'autre extrémité. Le verre, en se déplaçant dans le four, passe successivement par des zones de fusion, d'affi- nage, de braise ou refroidissement et de travail, contiguës les unes aux autres. De la chaleur est appliquée à la sur- face supérieure du bain de verre dans la zone de fusion au moyen d'orifices ménagés le long des côtés afin de réduire à l'état fondu les matériaux venant d'être ajoutés et de les intégrer au bain de verre s'écoulant, le bain de verre fondu étant ensuite affiné et refroidi suffisamment pour pouvoir être retiré de la zone de travail en formant un ruban continu. L'apport de chaleur au bain de verre fondu et le chargement de matières de verrerie relativement froides engendrent dans le bain des températures variant sur toute la longueur du bassin. Ces températures variables, ainsi que d'autres processus apparaissant dans le bassin, ont pour résultat la formation d'une zone de température maxi- male communément appelée un "point chaud". Ce point chaud apparait normalement légèrement en aval du milieu de la zone des orifices. L'une des conséquences du gradient de température et du point chaud qui en résulte est l'appari- tion dans le bain fondu de courants thermiques ou de convection qui suivent des directions telles que, vers l'arrière du point chaud, la région supérieure du verre fondu tend à s'écouler vers l'extrémité de chargement du bassin et, vers l'avant du point chaud, la région supérieu- re du verre tend à se déplacer vers l'extrémité de déchar- gement du bassin. Ces courants de convection sont utiles par le fait qu'ils tendent, en effet, à former entre les zones de fusion et d'affinage une barrière au-delà de la- quelle aucune matière d'enfournement non fondue présente à la surface ne peut passer, ainsi qu'à malaxer de façon interne le verre fondu à l'intérieur des zones respectives. Etant donné que l'invention concerne cette cir- culation des courants de convection s'écoulant du point chaud vers l'extrémité de déchargement du four, la descrip- tion qui suit sera limitée à ce sujet. Un tel courant de convection est composé de deux courants thermiques, à savoir un courant supérieur de surface qui s'écoule vers l'avant et un courant inférieur de retour qui s'écoule vers l'ar- rière.-Ainsi qu'il est bien connu, la surface du bain de fusion est formée de verre chaud de densité relativement faible et elle se déplace de la zone de fusion, en passant par la zone d'affinage, vers l'extrémité de déchargement du bassin o seule une partie du verre supezficiel en fusion est retirée du four. Au fur et à mesure que le verre superficiel restant se refroidit, sa densité augmente et le verre fondu plus froid et plus dense s'enfonce vers les niveaux inférieurs du bain pour rejoindre le courant de retour qui s'écoule vers l'arrière, en direction du point chaud du four. Dans la zone de fusion du bassin, le verre fondu du courant de retour se réchauffe, remonte vers la surface au point chaud et s'écoule de nouveau dans le courant de surface. Lorsque le verre fondu avance le long du bassin à partir de la zone de fusion, il peut apparaître des zones de compositions non homogènes ainsi que des variations de températures dans le bain de fusion. Lorsque le bain de verre fondu passe dans la zone d'affinage o un certain degré de mélange se produit sous l'effet des courants de convection, les gaz retenus sont libérés et la température et la composition du bain de fusion s'égalisent davantage. Etant donné que la surface du bain de fusion peut avoir une température supérieure à celle de la partie restante du bain, il existe une tendancede la couche de verre superficielle à s'écouler plus rapidement dans la zone d'étranglement et vers la zone de travail. Pour contrôler l'écoulement de la couche superficielle et provoquer un malaxage du verre dans la région-supérieure, des barrages flottants et des écrémeurs tels que ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 989 497 ont été placés à l'extrémité d'entrée de la zone d'étranglement. Comme indiqué également dans ce mémoire, des agitateurs ont été utilisés pour améliorer encore l'homogénéité du bain de fusion. Bien que ces dispositifs. aient donné satis- faction dans la fonction prévue, on cherche encore à amé- liorer l'homogénéité du verre fondu et l'utilisation de la chaleur fournie au four de fusion. Il est donc souhaitable d'améliorer l'homogénéité du bain de fusion pour éliminer et/ou réduire le nombre de défauts optiques pouvant apparaître dans un ruban de verre provenant du bain de fusion, et afin de modifier la répar- tition des températures dans le verre fondu pour mieux utiliser la chaleur fournie au bassin. On a découvert que les conditions d'écoulement et les températures du bain de verre fondu peuvent être avantageusement modifiées par la mise en place d'un déver- soir dans la couche limite de fond du bain de fusion, en travers de la section d'étranglement du four, afin d'amé- liorer l'homogénéisation du bain de fusion tout en accrois- sant les températures du fond de la zone d'affinage et en abaissant les températures du fond de la zone de braise. En particulier, en disposant le déversoir à l'intérieur de l'étranglement, l'écoulement de verre en fusion par ce dernier est réduit et la quantité de chaleur transmise par le bain de verre fondu des zones de fusion et d'affinage à la zone de braise du four est mieux contrôlée. Par ce contrôle, la quantité de chaleur transmise du bain de fusion aux matériaux de verrerie introduits dans les zones d'affinage et de fusion peut être accrue et la quantité de chaleur qui doit être dissipée à l'intérieur de la zone de braise peut être diminuée. En d'autres termes, ce contrôle de la transmission de la chaleur retient la chaleur dans la zone de fusion, o elle est le mieux utilisée, et entraî- ne, en conséquence, une réduction du refroidissement néces- saire pour amener, dans la zone de braise, le bain de fusion à la température souhaitée à laquelle le verre doit sortir du four. Il est donc apparu qu'un réservoir immergé, disposé dans la section d'étranglement du four de fusion du verre, à une certaine distance au-dessus du fond de ce four, s'op- pose au courant de retour du verre par la section d'étran- glement et oblige le verre fondu s'écoulant le long du fond à s'élever par-dessus ledit déversoir, ce qui accroit l'ac- tion de mélange et modifie aussi avantageusement la répar- tition des températures dans le bain de fusion, au fond du four. En d'autres termes, il est apparu qu'un déversoir ainsi placé dans la section d'étranglement réduit l'écoule- ment se produisant par convection entre les zones d'affinage et de braise et accroît donc le rendement global de fusion du four en augmentant le temps de séjour du bain de fusion dans la zone de fusion. Il est également apparu que l'uti- lisation combinée d'un barrage de surface et d'un déversoir immergé dans l'étranglement permet d'élever le degré d'homo- généité du verre fondu s'écoulant par la section d'étrangle- ment et permet également d'accroître les températures régnant au fond de la zone de fusion tout en diminuant les températures régnant au fond de la zone de travail. Une conséquence de l'accroissement des températures du fond de la zone de fusion est que le verre est moins visqueux dans cette région, ce qui a pour résultat très souhaitable la montée plus facile vers la surface des bulles formées par les gaz retenus. Il est avantageux que le déversoir, destiné à coopérer avec un barrage de surface, soit placé dans la zone d'étranglement, en une position située verticalement au-dessous ou en aval du barrage, afin de former un obstacle physique réduisant le courant de retour du bain de fusion, ce qui, à son tour, influence la transmission de chaleur entre les zones d'affinage et de braise du four. L'invention a donc pour objet un four de fusion du type à bassin comportant une section d'étranglement dans laquelle est immergé un déversoir destiné à améliorer l'homo- généité du bain de verre fondu. L'invention a également pour objet de modifier avantageusement la forme de l'écoulement de retour dans la couche limite de fond de la section d'étranglement d'un tel four de fusion du verre afin de mieux utiliser la chaleur fournie au four. L'invention concerne donc un procédé de traite- ment d'un bain de verre fondu dans un four de fusion du type à bassin comportant des zones de fusion et de travail sépa- rées par une section d'étranglement de largeur réduite. Ce procédé consiste à charger des matériaux vitrifiables à une première extrémité du bassin de fusion, à chauffer ces maté- riaux dans la zone de fusion du bassin pour les réduire à l'état fondu et y établir des courants de convection, et à faire passer le verre fondu par la section d'étranglement dans la zone de travail, les courants de convection compre- nant un écoulement de surface se dirigeant vers l'avant et un écoulement de fond et de retour du verre fondu dans la section d'étranglement, le procédé étant caractérisé en ce qu'if consiste à's'opposer à l'écoulement de fond et de retour du verre fondu passant dans la section d'étrangle- ment, de la zone de travail vers la zone de fusion. L'invention concerne également un four de fusion du verre du type comprenant un bassin qui contient un bain de verre fondu s'écoulant de son extrémité de chargement vers son extrémité de sortie en passant successivement par des zones de fusion et de travail séparées par une section réduite d'étranglement. Un déversoir immergé s'étend hori- zontalement au travers d'au moins une partie de la largeur de l'étranglement, sur le trajet de l'écoulement de retour du verre fondu vers le bassin de fusion, ce déversoir étant placé à proximité du fond de l'étranglement afin de se trou- ver dans la région inférieure du verre fondu et sur le trajet normal de l'écoulement de retour du verre fondu vers le bassin de fusion. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue partielle en plan du four selon l'invention, montrant la section d'étranglement ré- duite qui fait communiquer les bassins de fusion et de braise du four; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3-est une coupe transversale partielle, à échelle agrandie, de la section d'étranglement, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe transversale partielle, à échelle agrandie, montrant un dispositif destiné à suppor- ter le déversoir immergé utilisé dans le four selon l'inven- tion. Les figures, et plus particulièrement la figure 1, représentent en partie un four continu de fusion du verre du type à bassin, indiqué globalement par la référence numéri- que 20. Brièvement décrit, le four 20 de fusion du verre comprend un bassin réfractaire inférieur longitudinal repré- senté globalement en 21, divisé en une section 22 de fusion et une section 23 de travail par une section réduite 24 d'étranglement. Le bassin 21 comporte un fond 25, des parois latérales opposées 26 et 27 et une paroi d'extrémité 28.-Des zones ou niches espacées 29 et 30 d'enfournement débouchent vers l'extérieur de la paroi 28 d'extrémité et sont délimi- tées chacune par des parois latérales 31 et 32 et par une paroi 33 d'extrémité. Le bassin 21 est de profondeur cons- tante sur toute sa longueur et la largeur de ses sections peut ne pas être constante, comme représenté, ou bien peut être constante, sauf en ce qui concerne la section 24 d'étran- glement dont les parois 26 et 27 sont rapprochées pour for- mer un chenal réduit 34 faisant communiquer la section 22 de fusion et la section 23 de travail afin d'améliorer l'homogénéité du verre fondu passant par ce chenal. Ainsi qu'il est bien connu, des matériaux de verre- rie, à savoir des compositions vitrifiables et du calcin ou des déchets de verre, sont introduits dans les niches 29 et d'enfournement par des distributeurs (non représentés) et sont réduits à un état fondu, par exemple par les flam- mes de brûleurs (non représentés) disposés le long de chaque côté du four, dans une zone M de fusion faisant partie de la section 22 de fusion. La masse fondue des matériaux est ensuite affinée dans une zone R d'affinage de la section 22 de fusion et elle s'écoule vers l'avant dans le sens indiqué par la flèche A en passant par le chenal réduit 34 de l'étranglement 24 pour arriver dans une zone C de braise faisant partie de la section 23 de travail,et l verre est ensuite retiré de l'extrémité de sortie (non représentée) du bassin 21. Comme représenté sur les figures 1 et 2, un déver- soir immergé 35 constitue un barrage placé dans la couche limite de fond du verre fondu et destiné à faire obstacle à l'écoulement de retour du verre. Ce déversoir s'étend horizontalement en travers du fond de l'étranglement 24, en amont du centre longitudinal 36 du chenal 34. De cette manière, l'écoulement laminaire normal de retour du bain de verre fondu provenant de la zone C de braise est entravé et le verre est obligé de s'écouler par-dessus et autour du déversoir 35. Comme représenté sur la figure 3, le déversoir peut comporter deux tubes 37 et 38 de barrage, de sec- tion rectangulaire, présentant des canaux internes 39 et dans lesquels un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau, est mis en circulation en passant par un orifice 41 d'entrée et un orifice 42 de sortie (voir figure 4). Ces tubes 37 et 38 de barrage sont coudés pour avancer vers l'intérieur à partir des bords opposés de l'étranglement 24, à proximité du fond 25, et chaque tube peut être monté sur un support, indiqué globalement par la référence numé- rique 43, au moyen de plusieurs appuis réglables 44 compre- nant un assemblage de consoles 45, de vis verticales 46 de réglage et d'écrous 47. Comme montré sur les figures 1 et 2, un barrage 48 de surface est placé entre l'entrée de l'étranglement 24 et le côté amont du déversoir 35. Ce barrage peut comprendre deux tubes 49 et 50 présentant des canaux internes 51 et 52 qui communiquent et dans lesquels un fluide de refroidisse- ment, par exemple de l'eau, peut être mis en circulation de la même manière que pour le déversoir 35. Les tubes 49 et 50 sont placés à une certaine hauteur au-dessus du fond de l'étranglement 24 afin d'être disposés dans la région limite supérieure du verre fondu s'écoulant vers l'avant pour péné- trer dans la zone C de braise de la section 23 de travail. Chacun des tubes 49 et 50 peut être supporté de la même manière que les tubes 37 et 38 du déversoir 35. Une rangée d'agitateurs 53 est disposée en aval du déversoir 35 afin d'avancer dans le trajet d'écoulement vers l'avant du verre fondu passant par l'étranglement. Les agitateurs 53 sont disposés côte à côte afin de s'étendre en travers de l'étranglement, comme montré sur la figure 1, et ils sont commandés de manière connue. Ces agitateurs peu- vent être également refroidis par eau. Il est apparu que la qualité optique du verre final produit, ainsi que le rendement de la marche du four sont sensiblement améliorés par le passage du verre fondu de la zone R d'affinage dans le chenal 34 d'étranglement o l'écoulement supérieur vers l'avant du bain est gêné par le barrage 48 et l'écoulement de retour du bain, pro- venant de la zone C de braise, est gêné par le déversoir , ces améliorations étant également le résultat de l'agi- tation, produite par les agitateurs 53 refroidis par eau, de la partie du bain de verre fondu s'écoulant vers l'avant en direction de la zone C de braise. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au four décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un bain de verre fondu dans un four (20) de fusion du type à bassin comportant des zones (22, 23) de fusion et de travail séparées par une section (24) d'étranglement de largeur réduite, le procédé consistant à charger des matériaux vitrifiables à une pre- mière extrémité (28) d'un bassin (21) de fusion, à chauffer les matériaux dans la zone de fusion du bassin pour les réduire à un état fondu et y faire apparaître des courants de convection, et à faire passer le verre fondu par la section d'étranglement dans la zone de travail, lesdits courants de convection comprenant un écoulement de surface vers l'avant et un écoulement de fond et de retour du verre fondu dans la section d'étranglement, le procédé étant carac- térisé en ce qu'il consiste à gêner l'écoulement de fond et de retour du verre fondu passant par la section d'étrangle- ment, de la zone de travail vers la zone de fusion. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à gêner l'écoulement de surface vers l'avant du verre fondu, passant par l'étrangle- ment, de la zone de fusion vers la zone de travail, au moyen d'un barrage horizontal (48) placé dans la région supérieure du bain de verre fondu. 3. Procédé de traitement selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à agiter le bain de verre fondu dans la section d'étranglement. 4. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir le verre fondu passant par la section d'étran- glement. 5. Four de fusion du verre du type comprenant une cuve (21) qui contient un bain de verre fondu s'écoulant de son extrémité (28) de chargement vers son extrémité de sortie en passant successivement par des zones de fusion et de travail (22, 23) qui sont séparées par une section réduite (24) d'étranglement, le four étant caractérisé en ce qu'il comporte un déversoir immergé (35) qui s'étend horizontale- ment en travers d'au moins une partie de la largeur de l'étranglement, sur le trajet d'écoulement de retour du verre fondu vers le bassin de fusion, ce déversoir étant placé à proximité du fond de l'étranglement afin d'être disposé dans la région inférieure du verre fondu et sur le trajet normal de l'écoulement de retour du verre fondu vers le bassin de fusion. 6. Four de fusion du verre selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (44) permet- tant de régler la hauteur du déversoir par rapport au fond de l'étranglement. 7. Four de fusion du verre selon l'une des reven- dications 5 et 6, caractérisé en ce que le déversoir comprend au moins un tube (37 ou 38) refroidi par eau et présentant deux canaux (39, 40). 8. Four de fusion du verre selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le déversoir comprend deux tubes coudés (37, 381, refroidis par eau et comportant chacun une branche horizontale qui s'étend par- tiellement en travers de l'étranglement, à proximité du fond de ce dernier. 9. Four de fusion du verre selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un barrage (48) de surface placé en amont du déversoir et dans la section d'étranglement, le four pouvant notamment comporter des moyens de refroidissement de ce barrage. 10. Four de fusion du verre selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en-ce qu'il comporte des agitateurs (53) placés en aval du déversoir, dans la section d'étranglement et destinés à agiter le bain de fusion.