Brevet FR2552534A1 — publié le 19850329

Procédé pour rendre étanche une cloison dans un four de fusion de verre et four de fusion de verre rendu étanche à l'aide de ce procédé. La pratique passée a consisté à construire des fours de fusion du verre, en particulier du type à régénération, pour réaliser les régénérateurs à briques qui s'étendent de-dessous le plancher de la verrerie jusqu'à environ la hauteur, ou légèrement plus haut, du four proprement dit Chacun des empilages ou des régénéra10 teurs s'étend sur toute la longueur du four de fusion et comporte à l'extérieur de celui-ci des trappes de nettoyage, avec généralement une trappe correspondant à chacun des orifices de chauffe La trappe de nettoyage correspondant au premier orifice de chauffe le plus proche du côté de chargement du four de fusion est généralement réalisée au bout du régénérateur, tandis que les autres trappes de nettoyage correspondent habituellement aux orifices de chauffe, le dernier orifice de chauffe ayant éventuellement ses trappes de nettoyage 20 dans la paroi extrême opposée de la construction régénératrice à empilages du four Quand on met le four de fusion en marche, les produits de combustion s'échappent à travers les empilages sur le côté échappement, chauffant les empilages, et les briques qui constituent les 25 empilages absorbent la chaleur de l'air d'échappement. Lors du cycle de fonctionnement inverse, l'air d'admission, qui assiste la combustion dans le four, monte à travers les empilages préalablement chauffés, si bien que l'air se trouve être préchauffé au moment o il est introduit dans le four, et le côté opposé devient le côté échappement de l'installation Ce cyclage de l'air de combustion et de préchauffage et l'échappement des produits de combustion qui l'accompagne s'inversent et se produit selon une périodicité d'environ trente minutes Pendant ce temps, il est clair que les empilages s'échauffent et se refroidissent jusqu'à un certain degré lors du cycle de fonctionnement des fours régénérateurs à orifices latéraux Les fours à orifices en bout, qui constituent un système de chauffe o le chauffage s'effectue par les orifices à l'extrémité du four et o l'échappement se produit également par l'extrémité du four, comportent toujours les mêmes inversions. Cependant, les empilages sont généralement réalisés du côté chauffe du four. Dans ces opérations, le réchauffage et le refroidissement qui se produisent dans les empilages aboutissent normalement à une dilatation et une contraction importantes, ce qui crée des fissures et autres cheminements éventuels pour l'air en mouvement entre l'intérieur ou l'extérieur des empilages ou des régénérateurs et l'atmosphère ou l'intérieur des empilages ou régénérateurs Ceci peut prendre la forme d'une infiltration 15 d'air froid dans les empilages chauds en un point du côté échappement qui est généralement à une pression négative, ou encore il peut en résulter que de l'air préchauffé s'échappe à travers la paroi dans des zones o il est indésirable Dans le secteur des trappes de nettoyage, il se produit un phénomène assez bien connu selon lequel l'air extérieur et l'air préchauffé passent à travers les trappes de nettoyage dans une mesure bien plus grande que dans les zones beaucoup plus épaisses de l'épaisseur des parois En outre, les trappes 25 de nettoyage sont constituées d'une série de trous alternant avec de plus fortes épaisseurs de briques, les trous étant les orifices d'accès par o on introduit des lances à air afin de nettoyer l'intérieur des empilages et envoyer les particules de poussières recueillies dans les 30 conduits de nettoyage situés plus bas Ces trous sont généralement mal bouchés par des briques tendres côniques et de nombreuses fuites se produisent à ces endroits. La présente invention vise la pose d'un revêtement élastique à l'extérieur d'une construction de four en briques réfractaires o les empilages de briques sont recouverts de plusieurs couches d'un élastomère siliconé 5 afin de réduire fortement le passage d'air à travers la paroi Ceci est particulièrement nécessaire dans les parties des régénérateurs de fours de fusion du verre qui possèdent des trappes de nettoyage constituées d'orifices de nettoyage obturés par des cales ou blocs à 10 section décroissante. La figure 1 est une vue en perspective d'un régénérateur type à orifices latéraux de four de fusion du verre; et la figure 2 est une vue en coupe à une échelle 15 plus grande prise selon l'axe 2-2 de la figure 1. Comme le représente la figure 1, le régénérateur est constitué d'une paroi latérale 11 en briques et d'une paroi d'extrémité 12 Un conduit inférieur 13 ouvrant dans la paroi d'extrémité 12 longe la totalité du régénérateur 10 Le conduit 13, ou orifice proprement dit, ne s'étend que sous la partie à l'extrémité du four. La paroi latérale du régénérateur, comme représenté à la figure 1, comporte une série de quatre trappes de nettoyage 14 De même, la paroi d'extrémité 12 possède 25 une trappe de nettoyage 15 Sous chacune des trappes de nettoyage 14 de la paroi latérale se trouve un conduit de nettoyage 16 de dimensions comparables L'air sortant de la soufflerie (non représentée) est insufflé de-dessous vers le haut par l'intérieur du régénérateur 10, étant 30 entendu que le régénérateur 10 est une construction à murs de briques comprenant intérieurement au régénérateur un certain nombre d'agencements des briques en empilages absorbant la chaleur, de telle sorte que l'air introduit par-dessous absorbe la chaleur et devient préchauffé au moment o il parvient dans la partie supérieure, en dôme, du régénérateur Dans cette partie en dôme, le régénérateur est réalisé avec une chambre de tranquillisation (non représentée) et la chambre de tranquillisation communique par une série d'ouvertures qui débouchent par des voûtes 17, qui débouchent à leur tour dans le haut de l'intérieur du four de fusion de verre 18 au niveau d'ouvertures espacées de brûleurs. Il doit être clair que, bien qu'un seul régénérateur 10 soit représenté à la figure 1, un régénérateur fondamentalement identique est installé de l'autre côté 10 du four 18 et, quand l'air d'admission traverse le régénérateur 10 et se trouve ainsi préchauffé, des produits de combustion chauds s'échappent par les ouvertures de brûleurs sur le côté opposé du four pour atteindre un point du régénérateur de l'autre côté Lors du cycle inverse, le régénérateur 10 reçoit les gaz d'échappement chauds venant du four de fusion 18 par les voûtes 17 dans l'extrémité supérieure de ce régénérateur et les produits d'échappement chauds descendent ensuite à travers les empilages situés dans le régénérateur puis sortent au bas 20 de celui-ci par un conduit qui mène à une soupape d'inversion, et la soupape d'inversion est reliée par un tunnel à un évent Chacune des trappes 14 ou 15 de nettoyage, comme représenté en détail à la figure 2, se présente sous la forme d'une ouverture qui traverse l'épaisseur de la 25 paroi du régénérateur L'extrémité intérieure de l'ouverture 19 débouche dans l'intérieur 21, qui est en fait la zone des empilages du régénérateur 10 L'extrémité opposée de l'ouverture 19 est fermée par une cale ou bloc 22 à section décroissante Le pourtour de la cale est 30 obturé dans l'ouverture par un mortier, mais la cale est habituellement constituée d'une brique réfractaire perméable et la partie de la paroi qui entoure la cale est elle aussi perméable Dans la réalité, ces cales peuvent mesurer environ 30 centimètres carrés ( 4 1/2 sq. 35 in) extérieurement en coupe transversale, puis elles se rétrécissent quelque peu vers l'intérieur. Ces cales 22 peuvent normalement mesurer 127 millimètres ( 5 ") de long En fait, chacune des ouvertures 19 constitue un orifice de nettoyage et on peut retirer les cales biaises 22 individuellement ou par groupes et, une fois qu'on les a retirées, on introduit des lances à air par les orifices 19 et on insuffle de l'air sous pression aux alentours à l'intérieur des empilages pour dégager et, en fait, faire tomber les particules accumulées dans 10 les empilages afin qu'elles s'accumulent dans le bas des zones situées au-dessous des trappes de nettoyage. On renouvelle ce nettoyage un certain nombre de fois jusqu'à ce qu'on constate qu'une grande partie des empilages se trouve obstrué ou empli de particules de com15 bustion et de quelques particules de charge, auquel cas on met'le régénérateur hors service en vue d'un grand nettoyage Lors du nettoyage, on peut entrer dans les chambres 13 et 16, et on retire les débris accumulés que l'on a fait tomber dans ces zones Par ailleurs, les orifices 19 permettent de regarder des parties des empilages internes, si bien que l'on peut observer l'état des empilages et que l'on peut également s'apercevoir des graves perturbations de la construction qui ont pu survenir à l'intérieur des empilages En outre, puisque 25 le régénérateur est pour l'essentiel une construction en briques de céramique soumise tour X tour à des cycles de chauffage et de refroidissement, avec une périodicité d'inversion de 20 à 30 minutes, les parois de celle-ci risquent de se fissurer par suite de la dilatation et 30 de la contraction induites par les cycles thermiques. De plus, comme on pourrait s'y attendre, il se produit lors du cycle d'échappement une chute de pression créée entre l'extérieur et l'intérieur des empilages, cette dépression faisant sortir des gaz chauds hors de l'em35 pilage, si bien que de l'air froid passe dans le régé- nérateur de gaz d'échappement Cette dilution des gaz d'échappement par de l'air plus froid abaisse la température des gaz d'échappement et nuit donc à l'efficacité du régénérateur D'autre part, lors du cycle in5 verse, le flux d'air ambiant à préchauffer dans les empilages n'atteint pas une température aussi élevée. D'autre part, du fait de la pression différentielle, si les parois sont fissurées, l'air ambiant s'infiltre à l'intérieur des empilages Cette infiltration d'air et le passage de l'air à travers les parois du régénérateur vers les empilages ont un effet de rupture de l'équilibre thermique normal du four de fusion Compte tenu de ce fait, la demanderesse a estimé qu'en appliquant un revêtement obturant extérieur sur toute la surface externe du régénérateur, et en particulier un revêtement continu sur la surface extérieure des trappes de nettoyage, on réduit fortement le passage d'air à travers les parois du régénérateur. On a recouru, dans le passé, à des revêtements céramiques d'un type ou d'un autre et à des enduits du type ciment à l'extérieur des régénérateurs pour obturer les briques isolantes perméables et toutes les fissures qui avaient pu éventuellement se produire, et nombre de ces matériaux d'étanchéité ne se sont pas avé25 rés satisfaisants, dans la mesure o ils sont eux-mêmes souvent poreux, si bien que l'air peut encore traverser assez librement ces revêtements La mise au point de matières thermorésistantes souples analogue à du caoutchouc telles qu'un élastomère siliconé à base d'eau vendu 30 par Dow Corning sous l'appellation Q 3-5025 a abouti à un revêtement qui réduit fortement le passage de l'air à travers la paroi enduite. A titre d'exemple, la demanderesse, sur un régénérateur du type représenté à la figure 1, a mesuré le 35 passage de l'air à travers la paroi de la trappe de nettoyage d'extrémité au point 23 représenté sur la trappe de nettoyage 15 En ce point, on a constaté un débit à travers la paroi de la trappe de nettoyage égal à 0,0126492 m 3 h/cm 2 ( 415 SCFIH/sq ft) avec une pression de -8,9 mm (-0,35 ") d'eau Ce point 23 et la zone environnante ont ensuite été recouverts d'une couche du revétement siliconé analogue à du caoutchouc, et on a constaté que le débit avait été réduit à environ 0,0073 m 3 h/cm 2 ( 240 SCFH) et, après une seconde application du revê10 tement siliconé, le débit avait été réduit à environ 0,0035 m 3 h/cm 2 ( 115 SCFH) On a appliqué une troisième couche qui a réduit le débit à environ 0,0023 m 3 h/cm 2 ( 75 SCFH) En un point 24 de la trappe 14, on a relevé un débit supérieur à 0, 0140 m 3 h/cm 2 ( 460 SCFH) Après 15 la pose d'une première couche de l'élastomère siliconé, on a réduit le débit à environ 0,007 m 3 h/cm 2 ( 230 SCFH). Avec un second revêtement, le débit a été réduit à 0,0033 m 3 h/cm 2 ( 110 SCFH) et, avec un troisième revêtement, le débit était d'environ 0, 0012 m 3 h/cm 2 Ces valeurs ont été relevées alors que la pression interne était de -7; 87 mm (-0,31 ") d'eau On a mesuré plusieurs autres points, par exemple le point 25 entre la première trappe latérale de nettoyage et l'extrémité du régénérateur s'est révélé être une zone de forte pression différentielle, mais il 25 n'y avait pas de fuites d'air apparentes On a observé un résultat semblable en un point 26 entre la dernière trappe 14 de la paroi latérale et l'autre paroi d'extrémité du régénérateur Le point 27 de la partie supérieure de la seconde trappe de nettoyage a présenté une pression 30 différentielle extrêmement faible inférieure à 0,25 mm ( 0,01 ") d'eau et un débit de fuite d'environ 0, 00009 m'h/cm 2 ( 3 SCFH/sq ft). Un point 28 entre les points 24 et 26 avait un débit de fuite mesuré de 0,00015 m 3 h/cm 2 ( 5 SCFH/sq ft). Après une seule application d'élastomère siliconé, on n'a relevé aucune fuite On a rencontré des zones à fortes fuites, accompagnées d'une grande pression différentielle, dans des parties de trappes de nettoyage. 5 Dans certaines parties, on a constaté une forte pression différentielle, mais aucune fuite apparente, peut-être parce que dans ces secteurs, en particulier ceux dépourvus d'orifices de nettoyage, l'intérieur du régénérateur devient vitrifié par les particules de charge chauffées, fondues et constituant une obturation De plus, ces zones ne comportent pas les orifices de nettoyage qui sont évidemment trop grands et trop froids pour se vitrifier. En outre, lorsqu'on a soumis les zones enduites à un nouveau contrôle après environ un mois de fonctionnement du four, on a constaté très peu de changements dans les valeurs obtenues aux points 24 et 27. Le procédé consistant à appliquer l'élastomère siliconné a été jugé important compte tenu de ce que les 20 parois réfractaires du régénérateur sont trop chaudes pour qu'on les enduise directement On a donc pulvérisé un brouillard d'eau sur les parois décapées et remises en état juste avant d'appliquer la silicone au pinceau ou au pistolet On a renouvelé cette opération pour 25 chaque couche supplémentaire. L'utilisation d'un brouillard d'eau pour refroidir les briques permet aussi au revêtement de mouiller les briques et de constituer un enduit L'aptitude de l'élastomère siliconé à boucher les fissures ou crevasses et à conserver une pellicule unie dépend de la résistance à la traction et de l'épaisseur Compte tenu de l'élasticité assez grande, il peut boucher les petites lissures, mais seulement suivant l'épaisseur du revêtement. On voit donc qu'avec plusieurs couches, le pouvoir cou35 vrant augmente car la couche plus épaisse réalisée à une capacité de bouchage bien supérieure due à sa plus grande élasticité. En cas de-grandes fissures au moins égales à 1,6 Illi ( 1/16 "), on a constaté qu'il est avantageux de recou5 vrir ces fissures au moyen d'un enduit de bouchage, par exemple un ciment résistant aux hautes températures. Comme indiqué précédemment, les ciments thermorésistants sont assez poreux lorsqu'on a affaire à des infiltrations d'air telles que celles qui font l'objet de la présente 10 invention Ainsi, le revêtement en élastomère silicone qui peut supporter jusqu'à 260 C ( 500 F) en service continu constitue un produit d'obturation utilisable sur les surfaces les plus chaudes, tandis que l'on pourrait utiliser des élastomères moins coûteux sur les surfaces 15 les plus froides. On sait que des fissures peuvent apparaître en n'importe quel point de la surface et que les microfissures s'élargissent avec le temps Les fours modernes sont hautement isolés et la plupart des surfaces à ob20 turer ont maintenant une température inférieure à 175 C ( 350 F). Le critèreque la demanderesse a trouve est qu'en utilisant un revêtement élastique résistant aux fortes températures, on peut rendre imperméables à l'air les 25 surfaces des empilages des fours de fusion du verre, ce qui permet de réaliser d'importantes économies sur les dépenses de combustibles Les fours sont en briques réfractaires et mortier disposés en couches multiples travaillant à des températures progressivement plus basses depuis la couche intérieure vers la couche extérieure, ce qui peut constituer une certaine forme d'isolation Lorsque le four est soumis à l'inversion cylique ou, à plus longue échéance, lors des changements de charge, les couches de contractent et se dilatent à 35 un degré différent qui dépend des matériaux et de la et des températures Il résulte de ce mouvement des micro et des macro-fissures qui font l'objet de la présente invention. Bien que la description ci-dessus soit faite à propos d'un régénérateur pour four de fusion de verre à orifices latéraux, il va de soi que le principe de l'invention doit s'appliquer à d'autres types de fours à verre ou à d'autres fours fonctionnant dans les mêmes conditions ambiantes. Il est prévu que ces autres utilisations apparentées du principe de la présente invention soient dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Procédé pour rendre étanche des parois réfractaires d'un échangeur de chaleur de four pour empêcher le passage d'air à travers les empilages de briques, caractérisé par le fait qu'il comprend l'application d'un revêtement de matière souple, analogue à du caoutchouc sur les surfaces externes des parois du four à travers lesquelles se produit une fuite d'air en direction du four ou depuis ce four. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est appliqué en plusieurs couches. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est appliqué en plusieurs couches sur les parties de la paroi extérieure qui recouvrent les orifices et trappes de nettoyage. 4 Procédé empêchant la forte pénétration d'air extérieur par les orifices de nettoyage ( 19) des empilages d'un régénérateur ( 10) de four de fusion de verre, comprenant l'étanchement des bouchons des orifices dans les trappes de nettoyage ( 14, 15) au moyen de ciment 20 réfractaire, puis le revêtement de ces bouchons et de la paroi extérieure environnante du régénérateur ( 10) à l'aide d'une matière siliconée, résistant aux fortes températures, et analogue à du caoutchouc. Procédé selon la revendication 4, comportant 25 également l'application de plusieurs couches de la matière siliconée analogue à du caoutchouc. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par un nombre de couches compris entre 2 et 4. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé 30 par un nombre de couches égal à 4. 8 Procédé selon la revendication 4, comportant la pulvérisation d'un brouillard d'eau sur les trappes et orifices de nettoyage juste avant l'application de la silicone. 9 Procédé pour rendre étanche une cloison structurale réfractaire perméable à travers laquelle existe une pression différentielle, caractérisé par l'application d'un revêtement d'élastomère siliconé résistant aux hautes 5 températures sur les surfaces extérieures de la paroi o existe une forte pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur des parois, et par l'application de couches supplémentaires sur les surfaces o existe la plus forte pression différentielle. 10 Four de fusion de verre à régénération comprenant des régénérateurs ( 10) de préchauffage d'air servant à recevoir les gaz d'échappement réchauffes pendant un cycle de fonctionnement du four et l'air de combustion pendant le cycle inverse de fonctionnement du four avec des trappes ( 14, 15) de nettoyage situées dans les parois des régénérateurs et débouchant à l'extérieur de cellesci, ledit four étant caractérisé par le fait qu'il comporte un revêtement en élastomère siliconé A base d'eau, résistant aux hautes températures, sur la surface extérieure 20 des régénérateurs afin d'obturer les trappes de nettoyage et empêcher l'air de les traverser, ce revêtement ayant une épaisseur suffisante pour interdire a l'air de passer à travers les parois des régénérateurs.