Brevet FR2547034A1 — publié le 19841207

La présente invention concerne la transformation de matières premières pulvérulentes pour les mettre à l'état liquéfié, en un premier temps d'une opération de fusion L'invention est applicable en particulier à la fusion du verre, ce terme englo- bant le verre plat, le verre creux, le verre pour fibres et le verre au silicate de sodium Mais l'invention est aussi appli- cable à d'autres opérations qui impliquent la conversion thermique d'une matière d'alimentation à l'état essentiellement solide, généralement coulante, en un fluide fondu Ces autres opérations peuvent comprendre des opérations métallurgiques du type fonde- rie et la fusion de céramiques, de métaux ou d'autres matières à un seul ou à plusieurs composants Plus précisément, la pré- sente invention représente un perfectionnement apporté à l'in- vention divulguée dans le brevet US n 4 381 934 et dans la demande de brevet US n O de série 481 970 déposée le 4 avril 1983, tous deux aux noms de GàE Kunkle et J M Matesa. Les procédés de fusion continue du verre comportent classi- quement le dép 8 t de matières pulvérulentes par charges sur une masse de verre fondu entretenue dans un four de fusion du type à cuve et l'application d'énergie-':hermique jusqu'à ce que les matières pulvérulentes s'incorporent en fondant dans la masse de verre fondu. Le four classique de fusion du verre du type à cuve présen- te un certain nombre de défauts Un défaut de base est que plusieurs opérations, qui ne sont pas toutes compatibles entre elles, sont exécutées simultanément dans la même chambre C'est ainsi que l'on demande à la chambre de fusion d'un four classi- que de liquéfier la charge de verre, de dissoudre les grains de la charge, d'homogénéiser la fusion et d'affiner le verre en le débarrassant des inclusions gazeuses Du fait que ces diffé- rentes opérations ont lieu simultanément à l'intérieur de la cuve de fonte et du fait que les différents constituants de la charge de verre possèdent des températures de fusion différentes, il n'est pas surprenant que des défauts d'homogénéité existent d'un point à un autre dans la cuve de fonte. Afin de lutter contre ces défauts d'homogénéité, une cuve de fusion contient classiquement un volume relativement grand de verre fondu, de telle manière qu'il soit donné, aux courants dans le verre fondu, une durée de séjour suffisante pour assurer un certain degré d'homogénéisation avant que le verre ne soit déchargé en vue d'une opération de mise en forme Ces courants de recyclage dans un four, de fusion du type à cuve se traduisent Dar un mauvais rendement d'utilisation de l'énergie thermique et le maintien du grand volume de verre fondu soulevé par lui- même des difficultés, notamment la nécessité de chauffer une chambre aussi grande et la nécessité de construire et d'entre- tenir une chambre aussi grande, faite de matériaux réfractaires qui sont coûteux et, dans certains cas, difficiles à obtenir. De plus, l'érosion des matières réfractaires introduit des con- taminants dans le verre et impose la reconstruction du four de fusion au bout de peu d'années En outre, on sait que certains constituants de la charge, tels que la pierre à chaux, ont tendance à fondre plus vite que le sable et s'enfoncent dans la fusion sous forme de globules, tandis que des constituants dont la température de fusion est plus élevée, tels que la sili- ce, ont tendance à former une écume non fondue résiduelle sur la surface de la fusion Cette ségrégation des constituants de la charge aggrave encore les problèmes de défaut d'homogénéité. Des recherches récentes ont montré qu'un facteur majeur de limitation de vitesse du processus de fusion est la vitesse à laquelle la charge liquéfiée partiellement fondue quitte en coulant le tas de charge, exposant ainsi les parties sous- jacentes de la charge à la chaleur du four La pratique clas- sique, consistant à faire flotter une couche de charge sur une masde de verre fondu, ne contribue pas particulièrement à accentuer cette vitesse d'écoulement, du fait en partie que la charge est immergée partiellement dans le verre fondu Il a aussi été constaté que l'énergie rayonnante est beaucoup plus efficace pour provoquer l'écoulement que la chaleur de convection provenant de la masse de verre fondu, mais que, dans un four de fusion classique, un seul c 8 té de la charge est exposé aux sources de chaleur de rayonnement situées en position supé- rieure De même, le chauffage classique par rayonnement par le haut n'est guère efficace, par le fait qu'une partie de son énergie rayonnante est dirigée de haut en bas vers la matière qui est en train de fondre Non seulement une quantité considé- rable d'énergie est gaspillée à travers la superstructure du four, mais la dégradation thermique résultante des constituants réfractaires du toit constitue une contrainte majeure pour l'ex- ploitation de nombreux foursde fusion du verre Par ailleurs, les tentatives de chauffage par le haut qu'une masse relative- ment épaisse de verre en recirculation aboutissent par inhérence à des défauts d'homogénéité thermique qui peuvent se répercuter dans l'opération de mise en forme et affecter la qualité des produits de verre qui sont fabriqués. De nombreuses propositions ont été faites pour-surmonter certaines des difficultés du four classique de fusion du verre du type à cuve, mais aucune d'entre elles n'a reçu un accueil très favorable, en raison du fait que chaque proposition se heurte à des difficultés majeures à la réalisation Il a été proposé par exemple que la charge de verre soit liquéfiée sur une structure en rampe, le long de laquelle le liquide coule- rait vers une cuve de fusion (par exemple, brevets US N O 296 227, 708 309, 2 593 197, 4 062 667-et 4 110 097) la chaleur intense et les conditions corrosives sévères auxquelles une telle rampe serait soumise a rendu impraticable une telle approche, car les matériaux disponibles auraient une durée de vie déraisonnablement brève dans une telle application Dans certains cas, il est suggéré qu'une telle rampe soit refroidie dans le but de prolonger sa durée de vie, mais le refroidisse- ment soustrairait une quantité importante de chaleur au proces- sus de fusion et diminuerait le rendement thermique du procédé. De plus, la surface de contact relativement grande entre la rampe et chaque unité de volume de la quantité passante de verre peut susciter des inquiétudes en ce -qui concerne la quantité de contaminants qui pourraient être ramassés par le verre En outre, avec la solution de la rampe, le transfert de chaleur entre une source rayonnante et les matières de la charge oui fondent ne se fait que dans une direction. Une variante du four de fusion du type à rampe est décrite dans le brevet US N O 2 451 582: dans ce cas, les matières de la charge de verre sont dispersées dans une flamme et atterrissent sur une rampe inclinée De même que dans d'autres dispositifs de ce genre, la rampe de ce dispositif breveté soffrirait des condi- tions sévères d'érosion et de contamination du verre. Il a également été suggéré, dans l'état antérieur de la technique, de fondre le verre dans des récipients en rotation o la matière en fusion s'étalerait en une couche mince sur la surface intérieure du récipient et entourerait plus ou moins la source de chaleur (par exemple, brevets US N O 1 889 509, 1 889 511, 2 006 947, 2 007 755, 4 061 487 et 4 185 984) De même que les propositions de rampe, les fours de fusion rotatifs de l'état antérieur de la technique posent des problèmes graves de durabilité des matériaux et de surface de contact, indési- rablement grande par unité de volume de la quantité passante de verre Dans les formes de réalisation o le récipient rotatif est isolé, les conditions sévères au niveau de la surface de contact avec le verre laissent présager une courte durée de vie pour les matières réfractaires qui sont précisément les plus conteuses et une contamination importante de la quantité passante de verre Dans les formes de réalisation o le récipient est refroidi sur sa surface extérieure, le transfert de chaleur à travers le récipient soustrairait des quantités importantes d'énergie thermique au processus de fusion, ce qui aurait un effet néfaste sur le rendement du procédé Dans un dispositif à four de fusion rotatif décrit dans le brevet US N O 2 834 157, des réfrigérants sont interposés entre la matière en fusion et le récipient réfractaire afin de préserver les matières réfractaires et il est visible que des pertes thermiques impor- tantes se produiraient dans un tel dispositif Dans les fours de fusion du type cyclone, tels que décrits dans les brevets US N O 3 077 094 et 3 510 289, un mouvement de rotation est imprimé aux matières de la charge de verre par des moyens gazeux tandis que le récipient reste fixe, mais les dispositifs à cyclone présentent tous les inconvénients, évoqués cidessus, des fours de fusion rotatifs. Certains procédés de l'état antérieur de'la technique, décrit notamment dans les brevets US N O 1 082 195, 1 621 446, 3 109 045, 3 151 964, 3 328 149 et 3 689 679, préservent l'énergie thermi- que et évitent le contact avec les matières réfractaires en effectuant la fusion depuis l'intérieur d'une masse de charge de verre vers l'extérieur Chacune de ces propositions exige l'emploi de chauffage électrique et la liquéfaction initiale des matières de la charge repose sur un chauffage par convection ou par conduction à travers la masse de verre précédemment fondu. Cela est désavantageux, car le chauffage par rayonnement s'est révélé plus efficace' pour la phase de liquéfaction initiale De plus, seuls les deux derniers brevets énumérés décrivent des procédés continus de fusion Dans un dispositif similaire, dé- crit dans le brevet US no 3 637 365, il est question, dans l'un: des modes de réalisation, de la possibilité d'utiliser une source de chaleur de combustion pour fondre une masse préformée de charge de verre depuis le centre vers l'extérieur, mais là aussi, il s'agit d'un procédé par charges successives et il faut mettre fin à la fusion avant que la masse de charge de verre ne soit fondue complètement. L'utilisation d'une source électrique de chaleur à plasma (désignée par les termes divers d'arc au plasma, de jet de plasma, de chalumeau à'plasma) est considérée depuis longtemps comme désirable pour les applications de fusion, en raison des températures extrêmement élevées qui peuvent être atteintes La difficulté majeure est de réaliser un récipient qui soit en mesure de résister à des tempérauures aussi élevées Le refroi- dissement du récipient de fusion a été utilisé pour réduire l'érosion de ce récipient, mais l'extraction de chaleur qui en résulte réduit considérablement le rendement thermique du procédé dans son ensemble C'est pourquoi la fusion par plasma était considérée comme impraticable pour des opérations indus- trielles de fusion du verre à grande échelle ou similaires. Une source d'arc électrique peut aussi créer-des tempéra- tures extrêmement élevées, mais une source de chaleur à plasma offre des avantages sur elle dans le type d'opération de fusion auquel s'adresse la présente invention L'arc électrique a pour caractéristicue gênante qu'au moins deux électrodes doivent s'étendre dans la zone de fusion elle-même, de telle sorte que le rayonnement émis par l'arc frappe directement la matière qui fond Par contre, avec un chalumeau à plasma, le plasma peut être créé en dehors de la zone de fusion principale et transporté dans cette zone au moyen d'un courant de gaz En outre, la consommation des électrodes d'arc produit du CO et/ou du CO 2, ce qui peut donner lieu à des réactions indésirables de réduction dans le verre. 1 G D'après la présente invention, la première phase d'un processus de fusion, c'est-à-dire la liquéfaction d'une matière première telle qu'une charge de verre, est effectuée-par une source de chaleur à plasma Il a été découvert qu'une source de chaleur à plasma pouvait être utilisée avantageusement dans un processus de liquéfaction par ablation, dans le cas o la source de chaleur est dans une cavité centrale entourée par un revêtement dont la partie superficielle au moins est faite d'une matière qui a essentiellement la même composition que la matière première et/ou le produit Ia matière première est introduite à un débit suffisant pour entretenir une couche stable de cette matière, entourant la cavité chauffée et ayant une épaisseur propre à isoler la structure sous 7 jacente du récipient contre la chaleur, sans la nécessité d'un refroidis- -sement forcé du récipient S'il est permis à la matière liqué- fiée de s'écouler hors du récipient dès qu'elle a atteint un état fluide et si l'on introduit de nouvelles matières premières *sur la surface du revêtement pour remplacer la matière liquéfiée qui s'écoule, de la chaleur est rapidement éliminée du récipient approximativement à la température de liquéfaction de la matière et la température du revêtement ne s'élève pas au-dessus de ce*tte température, quelle que soit la température de la source. La fusion est pratiquement confinée à une couche transitoire sur la surface de la couche stable du revêtement En conséquen- ce, la température très élevée d'une source de chaleur à plasma peut être utilisée avantageusement, en raison de son taux élevé d'échange thermique, pour produire un débit élevé, sans que soit couru le risque d'une contamination par contact avec le matériau réfractaire d'une paroi et sans sacrifier le rendement au refroidissement du récipient. La fig 1 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation préférée de la présente invention, dans laquelle un tambour, qui tourne autour d'un axe de rotation vertical, crée une surface de la charge qui est une surface de paraboloide de révolution autour d'une source de chaleur à plasma. La fig 2 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une forme de réalisation particulière de chalumeau à plasma, qui peut être utilisée avec la présente invention. L'invention sera décrite à propos d'un mode de réalisation préféré pour la fusion du verre, mais il est bien entendu qu'elle ne se limite pas à ce mode de réalisation particulier, ni à la fusion du verre. En outre, étant donné que l'invention concerne la phase initiale de liquéfaction de la charge de verre, la description du mode de réalisation sera limitée à ce qui ne serait que la partie initiale de la plupart des opérations de fusion du verre. Il est bien entendu que là o le produit l'exige, la phase de liquéfaction suivant l'invention peut être appliquée avec des moyens classiques propres à la fusion plus poussée, l'affinage, le conditionnement et la mise en forme du verre. Des moyens de liquéfaction des charges de verre, de diffé- rents types qui cont compatibles avec la présente invention, sont décrits dans le brevet US n O 4 381 934 (G E Kunkle et J M. Matesa), dont le mémoire des incorporé 'dans la présente des- cription à titre de référence. la fig 1 illustre un mode de réalisation préféré et particulier de la présente invention Sur la fig 1, un tambour comporte des cotés en gradins, de façon à réduire la masse mise en rotation Il va de soi que le tambour pourrait être conique ou cylindrique, mais la forme en gradins est préférée en raison de la facilité de fabrication et de la réduction de la masse Le tambour 30 est supporté par un cadre circulaire 31 qui est à son tour monté à rotation autour d'un axe généra- lement vertical correspondant à l'axe du tambour, sur plusieurs galets de support 32 et galets d'alignement 33 Une partie infé- re 35 loge un ensemble de sortie qui peut être détaché du reste du tambour L'enveloppe 35 peut être revêtue intérieurement -47034 d'un anneau de matière réfractaire 36, par exemple de ciment réfractaire coulable, dans lequel est encastré un manchon annu- laire 37 de matière réfractaire résistante à la corrosion _e manchon 37 peut être fait de plusieurs morceaux segmentés de céramique Une ouverture centrale 38 dans le manchon 37 consti- tue l'orifice de sortie de la chambre de liquéfaction Un couvercle réfractaire 40, en forme de dôme vers le haut, est pourvu d'un support fixe constitué par une pièce de bâti circu- laire 41 Le couvercle présente une ouverture 42 pour l'insertion 1 C d'un chalumeau à plasma 43 Dans cette forme d'exécution, les gaz d'échappement sortent vers le haut par une ouverture 44 à travers le couvercle 40, pour s'engager dans un conduit d'échap- pement 45 l'ouverture 44 peut être aussi utilisée pour l'in- troduction des matières premières dans la chambre de liquéfac- tion et une goulotte d'alimentation 50 peut être prévue à cet effet L'extrémité inférieure de la goulotte d'alimentation 50 peut être munie d'une chicane mobile 51, permettant de contrô- ler l'endroit o les matières premières sont déposées dans la chambre de liquéfaction Des joints hydrauliques supérieur et inférieur 52 et 53 respectivement peuvent être prévus pour isoler l'intérieur de la chambre de -liquéfaction des conditions ambiantes extérieures et pour piéger la poussière ou les vapeurs qui peuvent s'échapper éventuellement du récipient Une couche stable de matière non fondue 54 est entretenue-dans la chambre de liquéfaction et une couche transitoire 55 fond sur cette couche stable et s'écoule vers le bas par l'orifice de sortie * 38 du manchon la matière liquéfiée 56 tombe alors dans un récipient collecteur 57. Dans le récipient de liquéfaction de la présente invention, la couche de charge encercle la source de chaleur de rayonnement. Une telle disposition a pour conséquence avantageuse qu'une plus grande partie de l'énergie rayonnante frappe productive- ment la matière de la charge et permet une utilisation plus complète de l'effet isolant de la couche de charge En raison du fait que la source de chaleur est encerclée par la couche isolante de charge, il n'y a pas besoin de faire appel à des matières réfractaires pour les parois latérales de l'enveloppe. Ainsi, l'enveloppe peut être constitués par un récipient d'acier auquel on peut donner une formé tronconique qui peut être géné- ralement parallèle à la surface intérieure de la couche de charge Toutefois, la surface en pente de la couche de charge n'a pas besoin de correspondre à la forme de l'enveloppe et cette dernière peut avoir n'importe quelle forme, par exemple celle d'un cylindre ou d'une caisse Une couche stable et en pente de charge revêt les cotés du volume intérieur du récipient de liquéfaction et peut être faite de charge non cohérente ou d'une garniture intérieure pré-formée et moulée Comme on le voit sur le dessin, la surface de la couche de charge qui fait face à la source de chaleur est de préférence une surface de révolution et, dans ce cas, elle a généralement une forme de paraboloide Des surfaces tronconiques et cylindriques peuvent être également utilisées On peut aussi noter que la couche de charge n'a pas besoin d'avoir une épaisseur uniforme, dans la mesure o l'épaisseur minimale est suffisante pour assurer le degré voulu d'isolement En raison des excellentes propriétés isolantes de la charge de verre, une couche stable de charge dont le minimum d'épaisseur est de l'ordre de 3 à 5 cm s'est révélée plus que suffisante pour protéger une enveloppe d'acier d'un endommagement thermique excessif Une épaisseur de l'ordre de 10 cm est à conseiller pour fournir une marge de sécurité. Dans la forme de réalisation préférée, le récipient et la couche de matière qui fond tournent autour de la source de chaleur, mais cette rotation n'est pas indispensable Si la mise en rotation du récipient est préférée, c'est parce-que les matières de charge non cohérentes sont maintenues dans une disposition plus perpendiculaire sur les parois intérieures du récipient faisant face à la cavité chauffée, ce qui améliore le transfert de chaleur Une surface de charge en pente raide accélère aussi l'évacuation de la matière liquéfiée hors du récipient La rotation du récipient simplifie également la distribution du courant d'alimentation autour de la cavité intérieure du récipient Par contre, une couche de charge pré- moulée n'a pas besoin d'être mise en rotation pour former une pente raide Dans la forme de réalisation préférée, l'axe du tambour et l'axe de rotation qui comncide avec lui sont verti- caux Mais, dans certains cas, ces axes peuvent être inclinés en formant un angle avec la verticale D'angle d'inclinaison du cylindre rotatif sera déterminé en fonction de la vitesse à laquelle on veut que la charge liquéfiée s'écoule du cylindre. Le cylindre doit tourner à une vitesse à laquelle une charge v non cohérente est maintenue contre les parois intérieures sous l'effet de la force centrifuge Le minimum de vitesse dépendra du diamètre effectif du cylindre Les chiffres suivants sont des estimations faites par le calcul: Diamètre Tours par minute i C 0,5 m 60 1,0 m 43 2,0 m 37 Avant que le récipient ne soit chauffé, on établit une couche stable de charge en introduisant dans le récipient des matières de charge non cohérentes, tout en faisant tourner l'enveloppe. la charge non cohérente prend la forme générale d'un parabololde, comme le montre la fig 1 Ia forme prise par la charge sèche non cohérente est liée à la vitesse de rotation par la relation suivante: H = FR + ( 27 r 2 W 2 R 2) / g, dans laquelle: H = Hauteur d'un point sur la surface de la charge dans la direction parallèle à l'axe de rotation, R = Distance radiale de ce point à l'axe de rotation, e= Facteur de frottement, M = Vitesse angulaire et g =Accélération de la gravité. Pour le facteur de-frottement, on peut prendre la tangente de l'angle de repos qui, pour une charge de verre sèche, est typiquement de l'ordre de 350 On peut utiliser cette équation pour choisir des dimensions appropriées pour le récipient rotatif à une vitesse de rotation choisie ou, inversement, pour déterminer la vitesse de rotation qui convient pour un récipient donné; la relation montre que des pentes plus raides, qui sont Généralement préférées, exigent des vitesses de rotation plus rapides et qu'à la vitesse zéro, la pente est déterminée seule- ment par l'angle de repos (en supposant que la couche de charge n'est pas pré-formée). Pendant le chauffage, l'alimentation continue du récipient de la fig 1 en matières de charge produit un courant en chute de ces matières qui se répartissent sur toute la surface de la couche stable de charge et qui-, sous l'action de la chaleur, se liquéfient en une couche transitoire 55 qui s'écoule vers le bas du récipient et passe par l'orifice 38 En service, le débit d'alimentation en charge et le taux de chauffage se font équilibre, de telle manière que la couche de charge reste stable et serve de surface sur laquelle des matières de charge fral- chement introduites sont fondues et s'écoulent vers l'extrémité inférieure du cylindre La charge liquéfiée tombe sous forme de gouttelettes 56 à partir de l'orifice de sortie et peut être recueillie dans un récipient en vue de son traitement ultérieur. Des sources de chaleur à plasma sont disponibles dans le commerce auprès d'un certain nombre de fournisseurs et elles varient dans leur niveau de puissance et dans leur forme. L'exemple de chalumeau à plasma qui est représenté sur les dessins est vendu par Thermal Dynamics Corp, West lebanon, New Hampshire, sous le nom "Thermal Arc M-80 5 ON" Les éléments structuraux principaux du chalumeau à plasma sont un corps cathodique 60 et un corps anodique 6 i qui peuvent être assemblés par boulonnage Le corps cathodique 60 est une pièce générale- ment cylindrique de matière électriquement isolante, présentant une forure centrale 62 dans laquelle est logé un porte-cathode 63 Le porte-carhode 63 est relié à une conduite 64 d'alimen- tation en eau de refroidissement qui délivre un courant d'eau (de préférence de l'eau désionicée) àdes passages annulaires formés dans le porte-cathode L'eau de refroidissement s'échappe par une forure 66 dans le coté du corps cathodique et par une conduite 67 la conduite 67 dirige l'eau vers le corps anodique 61 o elle circule dans un passage annulaire Une autre conduite (non représentée) dirige l'eau qui sort du corps anodique 61 vers une vidange ou vers un échangeur de chaleur en vue de son recyclage. Une cathode 71 est logée dans une cavité creusée dans l'extrémité du porte-cathode 63 Une bague 72 de matière iso- lante maintient la cathode à distance du corps anodique Une 1 2 conduite d'alimentation en gaz 7, se raccorde à une forure 74 qui traverse le corps cathodique 60 Cette forure 74 aboutit à l'interface entre le corps anodique 61 et la bague 72, inter- face dans laquelle il est formé une rainure annulaire et plusieurs rainures tangentielles en communication avec celle- ci, de manière à amener le gaz à s'écouler uniformément autour du bout de la cathode 71 vers l'orifice 77 de la buse de sortie, délimitée par une pièce rapportée 78 qui est maintenue dans le corps anodicue 61. La cathode 71 est reliée au côté négatif d'un potentiel électrique à haute tension et le corps anodique 61 est raccordé au côté positif Un arc est créé entre la cathode 71,-et la garniture 78 en travers du trajet du gaz qui pénètre dans la buse 77 Cet arc excite les atomes du gaz de telle manière que ceux-ci perdent des électrons et produisent un courant de plasma, composé d'ions, d'électrons et parfois d'atomes neutres. Une énergie intense est rayonnée par le plasma, résultant de collisions entre les particules fortement excitées et de la recombinaison d'électrons avec les atomes ionisés Le dégage- ment d'énergie à partir d'un plasma peut être beaucoup plus grand que celui qui provient d'une combustion Le démarrage de l'ionisation est typiquement associé à des températures localisées de plus de 50000 K et une source de chaleur à plasma peut donc être généralement caractérisée par une température de l'ordre de 5000 'K ou au-delà. N'importe quel gaz inerte peut être utilisé avec le chalumeau à plasma, notamment l'argon, l'hélium ou l'azote. Parmi d'autres gaz qui peuvent être utilisés, on citera l'oxy- gène, l'oxyde de carbone, l'anhydride carbonique et la vapeur. certains gaz, en particulier les gaz oxydants, peuvent néces- siter des modèles existants de chalumeau différents de l'exemple représenté et décrit ici Des gaz combustibles tels que l'hydrogène ou le méthane peuvent être également utilisés, auquel cas l'introduction d'oxygène dans le plasma produire une combustion du gaz-et, de la sorte, un dégagement combiné d'éner- gie provenant du plasma et de la combustion L'oxygène peut être introduiten dehors du chalumeau proprement dit, en aval de la buse 77 L'hélium et la vapeur sont particulièrement intéressants dans la fusion du verre, en raison de la facilité relative avec laquelle les bulles de ces gaz peuvent se dissiper dans le verre fondu, ce qui simplifie la tâche d'affinage du verre En outre, on peut se servir de ces gaz facilement élimi- nables pour purger la cavité de la chambre de liquéfaction des gaz plus difficiles à éliminer, tels que l'azote et l'anhydride carbonique, de manière à éviter leur inclusion dans la fusion, ce qui réduit encore le besoin d'affinage. Dans un four de fusion utilisant une source classique de chaleur de combustion, la quantité passante de gaz est importan- te, ce qui fait que de grandes quantités d'énergie sont entrai- nées hors du four dans les gaz d'échappement Dans un four classique de fusion du verre, le volume des gaz d'échappement et la quantité d'énergie qui y est contenue sont tels qu'une bonne partie du prix de fabrication d'un tel four est consacrée à la récupération de chaleur dans les gaz d'échappement, de manière à récupérer une partie des énormes quantités d'énergie qui seraient autrement gaspillées Outre qu'ils sont coûteux, ces dispositifs de récupération de la chaleur (par exemple des régénérateurs ou des récupérateurs) ne sont pas aussi efficaces qu'on le souhaiterait pour la récupération d'énergie Pour une quantité donnée de production d'énergie, une source de chaleur à plasma ne produit qu'une fraction du débit de gaz d'une source de chaleur par combustion de combustible/air, et même un peu moins que celui d'une source de chaleuré par combustion de com- bustible/oxygène En conséquence, beaucoup moins de chaleur est entraînée hors de la zone de fusion par les gaz d'échappe- ment lorsqu'on utilise une sourze de chaleur à plasma, ce qui réduit l'importance des moyens de récupération de chaleur qui sont nécessaires pour que le rendement global de l'opération soit acceptable. Des chalumeaux à plasma sont disponibles dans toute une gamme de tailles et de formes, ainsi qu'avec des niveaux varia- bles de la puissance maximale Le choix d'un chalumeau à plasma approprié pour une application particulière est à la portée du spécialiste moyen et il dépendra de la quantité de chaleur nécessaire pour la liquéfaction des matières de charge parti- culière que l'on traite, du débit de passage voulu et de la taille du récipient de liquéfaction Dans une formule typique de charge de verre, se composant principalement de sable, de carbonate de sodium anhydre et de pierre à chaux, c'est le carbonate de sodium qui fond le premier, suivi de la pierre à chaux et enfin du sable Le phénomène phy- sique de la Fusion s'accompagne d'interactions chimiques: en particulier, les alcalis fondus attaquent les grains de sable et provoquent leur dissolution à une température inférieure-au point de fusion de la silice A un certain point intermédiaire de ce processus, la phase liquide du mélange hétérogène de matières en réaction et en fusion commence à prédominer et les matières deviennent coulantes comme un fluide Ia température à laquelle la charge devient coulante dépend de la formule de chaque charge, en particulier de la proportion et de la tempé- rature de fusion des ingrédients dont le point de fusion est le plus bas Le plus courant des ingrédients qui fondent à basse température est le carbonate de sodium anhydre, qui fond à 156401 ( 851 îC) -En théorie, une charge qui contient une quantité suffisante de carbonate de sodium anhydre se liquéfie à la température de fusion du carbonate de sodium, mais l'expérience acquise avec les formules commerciales de charge montre que la température est un peu plus élevée 20000 F ( 10900 C) à 21000 F ( 11500 C) pour une charge typique pour verre plat Cela peut s'expliquer par le fait que la fusion d'une charge est une , série complexe d'interactions entre lés différents ingrédients, ce qui fait que les propriétés physiques des ingrédients indi- viduels ne se manifestent pas Il se peut aussi qu'une quantité insuffisante de carbonate de sodium anhydre soit présente pour entraîner par elle-même, lorsqu'elle fond, le reste des matières non fondues En outre, bien que la présente invention élimine une bonne part du surchauffage des fours de fusion classiques, la température d'écoulement observée avec la présente invention peut ne pas représenter réellement le déclenchement de la liqué- faction et peut comprendre une petite part de chauffage après la liquéfaction D'autres ingrédients fondant à basse tempéra- ture, parfois employés dans des charges de verre, tels que la soude caustique et l'acide borique, ont des températures de fusion encore plus basses que celle du carbonate de sodium anhydre et peuvent se comporter différemment en tant qu'ini- tiateurs d'écoulement D'un autre côté, certains types de verre autres que le verre plat exigent des températures plus élevées pour fondre -Pour de nombreux types de verres, fabriqués indus- triellement à grande échelle, on peut s'attendre à ce que la présente invention donne des résultats satisfaisants, l'écou- lement de la charge liquéfiée à partir de la chambre de liqué- faction se produisant entre 16000 F ( 8700 ) et 24000 F ( 131500) environ. Dans le dispositif de la présente invention, la charge liquéfiée s'écoule de la zone de liquéfaction dès qu'elle a atteint l'état fluide et, par conséquent, le fluide qui s'écoule de la zone de liquéfaction est à une température à peu près uniformevoisine de la température de liquéfaction de la formule de charge particulière, typiquement de l'ordre de 21000 F ( 11500 C) dans le cas d'un verre plat classique En raison du fait que de la chaleur est transportée hors de la zone de liquéfaction à la température de liquéfaction, qui est beaucoup plus basse que la température atteinte dans un four classique de fusion du verre, la température du récipient de liquéfaction peut être maintenue relativement basse, quelle que soit la température de la source de chaleur En conséquence, les exigences relatives aux matériaux peuvent être réduites par rapport à un four de fusion classique et l'utilisation de sources de chaleur à haute température est rendue possible Le flux de chaleur plus élevé, fourni par des sources de chaleur à haute température, augmente avantageusement le débit de passage L'utilisation d'un chalumeau à plasma est également avantageuse, dans le dispositif de la présente invention, en ce sens qu'il en résulte une réduction du volume des gaz de combustion, ce qui réduit une éventuelle tendance des matières fines de la charge à être entraînées dans le courant de gaz d'échappement Cet avantage prend une valeur particulière dans la pratique préférée qui consiste à introduire le charge à l'état sec dans le récipient de liquéfaction, par opposition à la pratique classique consistant à mouiller la charge avec de l'eau pour empêcher le dégagement de poussière. Un exemple de formule de charge, adoptée dans la fabrication industrielle de verre plat, est le suivant: Sable 1000 parties en poids Carbonate de sodium anhydre 3135,5 Pierre à chaux 84 Dolomite 242 Rouge 0,75 Cette formule de charge donne un verre qui a approximative- ment la composition suivante: Si O 2 73,10, en poids ié C Na 20 13,75 U va O 8,85 C Mg O 3,85 % A 1203 0,10 % Fe 203 0,10 % Lorsqu'on applique la formule de charge indiquée ci-dessus, la charge liquéfiée qui s'écoule de la zone de liquéfaction du dispositif de la présente invention est liquide dans une mesure prédominante (sur la base du poids) et contient environ 15 % en poids ou moins de silice cristalline (c'est-à-dire de grains de sable non dissous) La phase liquide est faite en prédominance de bisilicate de sodium et elle contient la quasi totalité de la dose de carbonate de sodium de la charge, ainsi que la majeure partie de la pierre à chaux et de la dolomite Toutefois, le fluide est très mousseux et sa densité est typiquement de l'ordre de 1,9 g/cm 3, par opposition à une densité d'environ 2,5 g/cm 3 pour le verre fondu. Bien que la description de l'invention ait porté spéci- fiquement, jusqu'à maintenant, sur la liquéfaction d'une charge de verre, il est bien entendu que les principes de l'invention peuvent s'appliquer à d'autres matières, en particulier aux matières qui sont initialement sous une forme solide coulante (c'est-à-dire granulaire ou pulvérulente) et qui peuvent prendre, par fusion thermique, un état fluide coulant le fait que la matière alimentaire soit coulante est une caractéristique dési- rable, car cela favorise la répartition de la matière sur la surface de fusion à l'intérieur de la chambre de liquéfaction. Typiquement, la charge d'alimentation sera faite principalement de matières solides subdivisées, mais elle peut contenir une partie liquide Il entre également dans le cadre de l'invention d'envoyer plusieurs courants d'alimentation dans la chambre de liquéfaction, certains d'entre eux pouvant être liquides De manière générale, la charge d'alimentation utilisée dans le dispositif de la présente invention peut être caractérisée par le fait qu'elle offre une plus grande résistance de frotte- ment que la matière liquéfiée à l'écoulement le long de la surface de la couche stable Ainsi, cette matière reste tout d'abord exposée à la chaleur jusqu'à ce qu'elle se liquéfie et, à ce moment, elle s'écoule hors de la zone de liquéfaction On peut trouver des combinaisons de propriétés analogues à celles qu'on observe dans la liquéfaction d'une charge de verre, dans la fusion de matières céramiques ou similaires, ainsi que dans des opérations métallurgiques du type fonderie, Quelle que soit la matière qui est traitée, le récipient est isolé de la chaleur intérieure par une couche pratiquement stable d'une matière qui est essentiellement la même, couche qui est entretenue à l'intérieur du récipient Il est souhaita- ble que la conductibilité calorifique de la matière utilisée dans la couche stable soit relativement faible, de telle sorte que l'on puisse adopter des épaisseurs raisonnables de la couche en évitant la nécessité d'un refroidissement forcé de l'extérieur du récipient qui représenterait un gaspillage inuti- le En général, les matières premières granulaires ou pulvéru- lentes d'origine minérale assurent une bonne isolation thermi- que, mais il peut ëtre possible, dans certains cas, d'utiliser un produit intermédiaire ou final du processus de fusion en tant que couche stable non cont&minante Par exemple, dans une opération de fabrication du verre, un calcin (fragments de verre) pulvérisé pourrait constituer la couche stable, bien qu'il faille alors prévoir une couche plus épaisse, en raison de la conductibilité calorifique plus élevée du verre en compa- raison de la charge de verre Par contre, dans les opérations métallurgiques, l'utilisation d'un produit métallique en tant que couche stable nécessiterait des épaisseurs excessives pour que la protection thermique du récipient soit assurée, mais certains minerais peuvent donner satisfaction en tant que cou- ches isolantes. Dans les opérations de fabrication industrielle du verre, les charges de verre contiennent souvent des quantités importan- tes de calcin ou verre fragmenté la présente invention est _a;_icable aux charges classiques contenant du calcin et elle -zp O Urrait êbre utilisée pour la fusion de calcin seul le calcin peut être mélangé aux autres constituants de la charge avant l'introduction de celle-ci ou bien le calcin peut être introduit dans la zone de liquéfaction en un courant séparé. L'invention a pour caractéristique que la fusion se produit dans une couche transitoire qui est supportée par une couche stable et coule sur celle-ci Il est bien entendu que les termes "transitoire" et "stable" sont relatifs et qu'on ne peut pas toujours identifier une démarcation physique distincte entre les couches transitoire et stable L'emploi des termes "transitoire" et "stable" n'exclut pas la possibilité qu'il existe des fluc- tuation mineures de l'interface entre ces couches la distinction fondamentale est que la région qui est définie comme couche transitoire est caractérisée par la fusion et l'écoulement, tandis que la région qualifiée de couche stable ne participe pas, au moins dans sa plus grande partie, au processus de fusion et d'écoulement du courant passant Bien que l'on dise que la couche transitoire est "sur" la couche stable, on pourrait défi- * nir théoriquement une couche intermédiaire entre celles-ci et il est bien entendu que cette possibilité est admise Par exemple, il entrerait dans le cadre de l'invention d'introduire plusieurs constituants de manière stratifiée sur la surface de fusion. L'un des rôles de la couche stable est d'offrir un contact non contaminant avec le courant passant Par conséquent, la couche stable a, de préférence, une composition qui est essen- tiellement la même que celle de la matière traitée Il est tou- tefois bien entendu que des progéniteurs ou des dérivés de celle-ci doivent être considérées comme ayant "une composition qui est essentiellement la même" dans le présent contexte En d'autres termes, la couche stable pourra être faite de la matière première, du produit final, d'un produit intermédiaire ainsi que d'une forme différente ou d'un mélange de ceux-ci, dans la mesure o cette couche fond ou réagit en formant une substance qui n'introduit pas de quantités appréciables de constituants étrangers dans le courant passant Il va de soi également que cette exigence de composition imposée à la couche stable n'a besoin de s'appliquer qu'aux parties de sa surface qui entrent effectivement en contact avec le courant passant et aux parties situées juste au-dessous de la surface, qui peuvent occasionnellement pénétrer dans le courant passant du fait de l'érosion Par conséquent, un dispositif équivalent pourrait utiliser une matière différente dans les régions de la couche stable situées au-dessous du niveau auquel l'érosion risque de se produire Etant donné que cette région situées au-dessous de la surface servent principalement d'isolation pour protéger le récipient, elle pourrait être composée d'une matière choisie pour ses propriétés d'isolement thermique (par exemple du sable ou des particules de céramique), cette matière devant être toutefois suffisamment compatible dans sa composition pour ne pas contaminer la couche superficielle aux températures qui interviennent. le spécialiste pourra faire appel à d'autres modifications ou variantes qui lui viendront à l'esprit, sans qu'il s'écarte pour autant du cadre de l'invention, tel que défini dans les revendications qui suivent - REVENDICATIOEUS 1 Procédé de liquéfaction d'une matière fusible thermiquement, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer un courant de plasma dans une cavité entourée par des éléments de paroi latérale, à protéger les éléments de paroi latérale contre une-détério- ration thermique importante sous l'effet du plasma au moyen d'un revêtement isolant ( 54) sous formoe decouche stable entre les éléments ( 30) de paroi latérale et la cavité, une couche superficielle ( 55) de ce revêtement, qui fait face à la cavité, étant entretenue avec une composition qui est essentiellement la même que celle de la matière-fusible, à introduire la matière fusible sur la couche superficielle ( 54) du revêtement avec un débit propre à la formation d'une couche transitoire sur la couche superficielle et suffisant pour maintenir pratiquement constante la couche superficielle, de telle manière que la couche transitoire ( 55) soit liquéfiée par la chaleur du plasma et s'écoule hors de la cavité. 2 Procédé de liquéfaction d'une matière fusible thermiquement, caractérisé en ce qu'il consiste à en Voyer un courant de plasma dans une cavité entourée par des éléments ( 30) de paroi latérale, à protéger les éléments de paroi latérale contre une détério- ration thermique importante sous l'effet du plasma, sans refroi- dissement forcé des éléments de paroi latérale, au moyen d'un revêtîmnt isolant ( 54) sous forme de couche stable entre les éléments de paroi latérale et la cavité, une couche superficielle de ce revêtement ( 55), qui fait face à la cavité, étant entretenue avec une composition qui est essentiellement la même que celle de la matière fusible, à introduire la matière fusible sur la couche superficielle du revêtement de manière à former une couche transitoire ( 55) sur la couche superficielle ( 54), de telle manière que la couche transitoire soit liquéfiée par la chaleur du plasma et s'écoule hors de la cavité. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma est formé dans un courant d'hélium ou de vapeur. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce-que le plasma est formé dans un courant d'hélium ou de vapeur. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma est formé dans un courant de gaz combustible et en ce que la combustion du gaz a lieu à l'intérieur de la cavité. 6 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plasma est formé dans un courant de gaz combustible et en ce que la combustion du gaz a lieu à l'intérieur de la cavité. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de paroi latérale sont entraînés en rotation autour de la cavité. 8 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de paroi latérale sont entraînés en rotation agtour de la cavité. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fusible est constituée par une charge pour la fabrication du verre. _ O Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière fusible est constituée par une charge pour la fabrication du verre. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le revêtement sous forme de couche stable est entretenu avec une épaisseur d'au moins 3 cm. 12 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le revêtement sous forme de couche stable est entretenu avec une épaisseur d'au moins 3 cm. 13 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière liquéfiée s'écoule hors de la cavité à une tempéra- ture qui ne dépasse pas 131500 environ. 14 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la matière liquéfiée s'écoule hors de la cavité à une tempéra- ture qui ne dépasse pas 13150 C environ. 15 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une température d'au moins 50000 K est créée à l'intérieur du cou- rant de plasma. 16 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une température d'au moins 50000 K est réée à l'intérieur du cou- rant de plasma. 17 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche superficielle et la partie scus-jacenze du revêtement sous forme de couche stable sont faites de matières pulvérulen- tes. 18 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche superficielle et la partie sous-jacente du revêtement sous forme de couche stable sont faites de matières pulvérulen- tes. i 9 Dispositif pour la liquéfaction d'une matière fusible ther- miquement, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient compor- tant des éléments de paroi latérale ( 30) qui entoerent une cavité centrale, un revêtement ( 54) sur les él&ments de paroi latérale faisant face à la cavité, constitué par une couche superficielle stable d'une matière particulaire qui est compatible dans sa composition avec la matière fusible, ce revêtement ayant une épaisseur suffisante pour protéger thermiquement les éléments de paroi latérale contre la chaleur de fusion régnant dans la cavi- té, des moyens pour introduireuneautre matière fusible sur la couche superficielle, un chalumeau à plasma ( 43) pour envoyer un courant de plasma dans la cavité de manière à chauffer cette autre matière fusible à sa température de liquéfaction, et un orifice de sortie ( 38) par lequel la matière liquéfiée peut s'écouler de la cavité. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour entraîner en rotation, autour de la source d'énergie rayonnante, les éléments de paroi latérale et le revêtement que portent ceux-ci. 21 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que les éléments de paroi latérale sont métalliques. 22 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le revêtement est fait essentiellement de la matière fusible thermiquement. 23 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la couche superficielle diffère des parties sous-jacentes du revêtement et a une épaisseur suffisante pour empêcher une contamination de la matière liquéfiée par ces parties sous- jacentes. 24 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que les éléments de paroi latérale sont montés à rotation autour d'un axe sensiblement vertical. 25 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur d'au moins 3 cm. 26 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les éléments de paroi latérale sont constitués par une pièce cylindrique ou conique. 27 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la matière fusible consiste en un mélange de charge pour la fabrication de verre. 28 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la matière fusible consiste en un calcin. 29 Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que les parties sous-jacentes du revêtement sont granulaires ou pul- vérulentes. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé en ce qye les parties sous-jacentes du revêtement sont faites de sable. 31 Procédé de liquéfaction d'une matière fusible thermiquement, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer un courant de plasma ayant une température d'au moins 5000 K dans une cavité entourée d'éléments de paroi latérale ( 30), à entretenir un revêtement ( 54) sous forme de couche stable sur les éléments de paroi latérale faisant face à la cavité, de manière à-protéfer thermiquement les éléments de paroi latérale contre la chaleur qui règne dans la cavité, à introduire la matière fusible ( 55) sur la couche stable et à permettre que cette matière se liquéfie sous l'effet de la chaleur produite par le plasma, à évacuer la matière liqué- fiée de la cavité, à maintenir les débits d'alimentation et d'évacuation sensiblement égaux l'un à l'autre de telle manière que le revêtement en forme de couchestable reste pratiquement constant, et à maintenir le débit d'évacuation à un niveau suffisant pour que la chaleur soit évacuée de la cavité à une vitesse interdisant que la température du revêtement en forme de couche stable ne dépasse 24000 F ( 1315 oc). 32 Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que la matière fusible est une charge pour la fabrication de verre. 33 Procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que lar atièreliquéfiée( 55) s'écoule le long d'une surface en pente du revêtsment ( 54) en couche stable et sort de la cavité par un crifioe ( 38) à l'extrémité inférieure de celle-ci. 3 ' Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce cue les 1 ééments de paroi latérale sont entra^nés en rotation autour de la cavité. = Procédé de liquéfaction d'une matière fusible thermiquement, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer un courant de plasma dans une cavité entourée par un revêtement isolant sous forme de couche stable, à introduire la matière fusible sur la surface du revêtement, de telle manière qu'elle soit liqéfiée par la chaleur produite par le plasma et qu'elle s'écoule hors de la cavité, l'alimentation en matière fusible s'effectuant avec un débit suffisant pour maintenir le revêtement sensiblement constant. 36 Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce qu'une partie superficielle au moins du revêtement sous forme de couche stable, faisant face à la cavité, est faite d'une matière qui est compatible dans sa composition avec la matière fusible thermiquement. 37 Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que le revêtement en couche stable a essentiellement la même composition que la matière fusible. 38 Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que le revêtement est maintenu sensiblement constant, sans refroidis- sement forcé extérieur. 39 Procédé selon la revedication 37, caractérisé en ce que le revêtement stable est fait de matières de charge pour la fabrication du verre. 40 Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que le courant de plasma est à une température d'au moins 5000 K et en ce que l'évacuation de la matière liquéfiée à partir de la cavité s'effectue avec un débit suffisant pour empêcher que la température du revêtement en couche stable ne dépasse 2400 F ( 1315 C). 41 Procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que la matière fusible est une charge pour la fabrication de verre. 42 Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que le revêtement en couche stable est maintenu sur un récipient à parois d'acier et en ce que le revêtement en couche stable a une épaisseur suffisante pour éviter les détériorations thermiques du récipient d'acier.