Brevet FR2778910A1 — publié le 19991126

FOUR, NOTAMMENT A VERRE, UTILISATION ET PROCEDE UTILISANT LE FOUR La présente invention se rapporte aux techniques de fusion de matériaux thermoplastiques à haut point de fusion, tels que le verre. Elle concerne plus particulièrement un four destiné à la fusion de tels matériaux, et son utilisation. Un tel four réalisant la fusion de matériaux tels que le verre doit être conçu de telle sorte que ses parois isolent convenablement le bain en fusion de l'extérieur de façon à garantir un bon rendement thermique, en évitant toute migration du verre fondu vers l'extérieur. A cet égard une construction typique de paroi de four prévoit, du côté extérieur une épaisseur suffisante de matériau isolant, et du côté intérieur des surfaces en matériau réfractaire résistant à la corrosion par le verre. Ces matériaux réfractaires sont installés dans le four sous forme de dalles ou de blocs, placés les uns à côté des autres, entre lesquels il convient de réaliser des joints étanches pour éviter la pénétration du verre. Au niveau de la sole du four, les dalles de matériau réfractaire qui ont une conductivité thermique élevée reposent sur des blocs de matériau isolant par l'intermédiaire d'une couche d'un béton spécial, qui permet de procurer une base ayant un niveau parfaitement horizontal. En principe, le profil de température est tel que la température au niveau du béton soit proche de la température de cristallisation du verre, ou au moins soit telle que la viscosité du verre devient très élevée, de façon à ce que si du verre traverse l'épaisseur de réfractaire, il se fige ou cristallise (dévitrification) au contact du béton et sa migration est alors stoppée. Cela peut arriver notamment lorsque le bloc de réfractaire se fissure sous l'effet de contraintes de dilatation thermique, ou lorsqu'un joint entre deux blocs a été mal ferme. Cela peut également se produire lorsque le verre introduit à l'état solide dans le four renferme des résidus métalliques. En effet, la corrosion des matériaux réfractaires est accélérée quand une goutte de métal fondu est présente à l'interface entre le réfractaire et le verre. On a pu observer que la couche de béton n'était pas vraiment étanche, notamment au verre mais aussi au métal. Or, la pénétration de métal dans les blocs d'isolant cause des dégradations sérieuses car le métal attaque l'isolant et crée des poches que le verre vient creuser et/ou remplir. Les risques de pénétration de verre à travers les parois du four sont susceptibles d'affecter à la fois la capacité de production du four et la sécurité de sa mise en oeuvre. L'invention a pour but de réduire ces risques, et de procurer des parois de four ayant une étanchéité au verre améliorée, en particulier lorsque l'on introduit dans le bain de verre des résidus métalliques. Ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, a été atteint selon l'invention en dotant au moins une partie des surfaces intérieures du four d'un revêtement comprenant de la grenaille de matériau réfractaire. A cet égard, I'invention a pour objet un four pour réaliser la fusion d'un matériau de haut point de fusion, tel que du verre, ce four comprenant une sole et des parois latérales délimitant un bain de matériau fondu, et étant caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface de la sole, et éventuellement des parois latérales, qui est au contact du matériau fondu est constituée par au moins une couche comprenant de la grenaille de matériau réfractaire. Il est apparu de façon surprenante qu'une surface de paroi réalisée à partir d'un matériau particulaire tel que la grenaille de réfractaire présente une étanchéité au verre améliorée par rapport à une surface constituée de la juxtaposition d'articles préformés tels que des dalles Un autre problème lié à la réalisation de surfaces intérieures de parois avec des dalles juxtaposées, est la fissuration sous l'effet des contraintes de dilatation thermique, en particulier au niveau des joints. L'utilisation selon l'invention d'un matériau particulaire permet de constituer une couche de surface qui présente une excellente résistance aux contraintes de dilatation thermique. Par conséquent, le risque de fissuration est diminué, et l'étanchéité au verre est améliorée. Dans une forme particulière de réalisation, la surface au contact du verre peut être constituée essentiellement de grenaille. La granulométrie de celle-ci peut être choisie avantageusement, en fonction de la nature du verre présent dans le bain, en particulier de sa viscosité à la température de la paroi et de sa tension superficielle, pour que la grenaille ne soit pas ou très peu mouillable par le verre du bain et donc que la progression du verre dans les interstices entre les particules de grenaille soit empêchée. De manière générale dans cette forme de réalisation, une grenaille est d'autant plus avantageuse que sa granulométrie est fine. Dans une autre forme particulière de réalisation, qui peut être préférée sous certains aspects, la couche ou au moins une des couches de la surface au contact du verre renferme, en plus de la grenaille, un liant minéral formé à partir d'oxyde(s) fondu(s) ou de matériau(x) vitreux. Dans cette forme de réalisation, les interstices entre les particules de grenaille sont au moins partiellement remplis dudit liant, pour constituer un matériau composite. Le matériau composite à base de grenaille de réfractaire et du liant est un matériau assez cohérent qui ne permet pas le passage d'un matériau fondu tel que du verre entre les particules de grenaille. C'est aussi un matériau dont la corrosion par le verre est lente et qui présente donc une durée de vie améliorée. Par grenaille de matériau réfractaire, on entend dans la présente demande un matériau réfractaire sous forme particulaire ou granulaire qui peut être obtenu notamment par broyage ou concassage. Le matériau réfractaire peut avantageusement être de tout type résistant à la corrosion par le verre, notamment du type à base d'oxyde de chrome ou à base d'oxyde de zirconium, de silicium et/ou d'aluminium (type AZS). La granulométrie de la grenaille est variable et peut avantageusement être inférieure à 50 mm, par exemple de l'ordre de 1 mm à 50 mm. Pour fixer les idées, on qualifiera de " fine " une grenaille dont la granulométrie est inférieure à environ 5 mm, de " moyenne " une grenaille dont la granulométrie est de l'ordre de 5 à 20 mm, et de " grosse " une grenaille dont la granulométrie est de l'ordre de 20 à 50 mm. Dans certaines applications, il est préférable que la grenaille ne soit pas trop fine de façon à éviter tout risque d'entraînement de la grenaille dans le bain 4 2778910 de verre fondu par suite d'un brassage important à la surface de la sole et des parois, risque qui serait préjudiciable à la qualité du verre fondu. L'utilisation de grenaille relativement fine est néanmoins avantageuse car elle permet de créer, éventuellement en association avec un liant sous la forme d'une couche composite, une barrière très étanche au verre et à d'autres résidus éventuellement présents dans le bain fondu. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, on dispose au contact du bain fondu une première couche, dite " couche de contact " comprenant de la grenaille et, sous ladite couche de contact, une autre couche dite " inférieure " comprenant de la grenaille, la granulométrie de la grenaille de la couche de contact étant supérieure à celle de la grenaille de la couche inférieure. La grenaille de la couche de contact est avantageusement telle qu'elle ne peut être entraînée par le brassage du bain et protège la couche inférieure de ce brassage. Dans ce cas, la couche au contact du bain fondu comprend de préférence de la grenaille ayant une granulométrie de l'ordre de 20 à 50 mm, et la couche inférieure comprend de préférence de la grenaille de granulométrie inférieure à mm, notamment de l'ordre de 1 à 10 mm. Lorsqu'une couche du revêtement de surface comprend un liant assurant la cohésion entre les particules de grenaille, ce liant peut être formé à partir de matériaux minéraux divers, notamment à partir d'oxydes ou à partir de matériaux vitreux tels que du verre, éventuellement partiellement dévitrifié, ou de la roche telle que du basalte. Le verre peut être identique ou différent du verre présent dans le bain. Il peut s'agir en particulier au moins en partie d'un verre de récupération (calcin) ou encore avantageusement d'un verre dense absorbant les rayonnements dans le domaine de l'infrarouge. Le liant est avantageusement choisi, notamment en fonction de sa viscosité à la température de la paroi et de sa tension superficielle, de façon à obturer au moins partiellement les espaces interstitiels entre les particules de grenaille. La couche composite peut être réalisée de diverses manières: on peut étendre sur la surface un mélange de grenaille de réfractaire et de matériau minéral et chauffer ce mélange, par exemple lors du démarrage du four, pour former le composite, ou bien on peut disposer tout d'abord une couche de grenaille puis une couche de matériau minéral que l'on fait fondre pour imprégner la grenaille. Au contact des particules de matériau réfractaire, le matériau minéral fondu (verre ou autre matériau liant) se charge peu à peu en éléments d'oxydes contenus dans ledit matériau. Il semble que la cohésion de la couche ainsi constituée soit liée à la modification progressive de la composition chimique du liant, qui entraînerait une augmentation de la viscosité et/ou la dévitrification de ce dernier à la température de la sole ou de la paroi, empêchant le verre du bain fondu de s'infiltrer entre les particules de réfractaire. Cet enrichissement du verre (ou autre matériau) interstitiel est en général d'autant plus prononcé que la surface d'échange avec le matériau réfractaire est élevée, c'est-à-dire que la granulométrie de la grenaille est fine. On ajustera le choix de la granulométrie et du type de verre liant en fonction des propriétés du matériau destiné à être fondu dans le four. La structure de la sole et/ou des parois peut être adaptée en fonction des besoins, notamment en choisissant parmi les variantes suivantes: - la ou les couches comprenant de la grenaille de réfractaire peuvent être appliquées sur des dalles ou blocs de matériau réfractaire utilisés habituellement pour réaliser la surface de contact avec le bain fondu; la ou les couches comprenant de la grenaille de réfractaire peuvent être appliquées à la place d'un matériau traditionnel en bloc ou dalle, soit sur une couche de béton nivelant, soit directement sur les blocs d'isolant. La ou les couches comprenant de la grenaille peuvent aussi être utilisée sur les parois intérieures du four en des zones bien déterminées, notamment en fonction de la température régnant dans le bain ou au- dessus du bain dans les zones considérées, ou en fonction de la qualité du matériau dans le bain fondu au niveau des zones considérées. De manière générale, le composite à base de grenaille de réfractaire peut être utilisé dans tous les types de fours. Son emploi peut néanmoins varier suivant le type de four. Ainsi, au niveau de la sole, la couche comprenant de la grenaille pourra être utilisée sur toute la surface de la sole dans un four électrique notamment du type à électrodes plongeantes, alors qu'elle pourra n'être utilisée que dans la zone d'enfournement dans un four à brûleurs, dans lequel la zone aval peut utiliser des dalles classiques au contact du matériau fondu. Il est en général avantageux que la sole présente une couche comprenant de la grenaille de réfractaire au moins dans une zone du four o a lieu l'alimentation en matériau à fondre. Ainsi, lorsque ledit matériau renferme des résidus fusibles, en particulier métalliques, qui ont tendance à se déposer au fond du bain dans la zone d'alimentation du four, le revêtement de surface selon l'invention est parfaitement adapté pour recevoir ces résidus. Il peut notamment permettre d'empêcher la progression de ces résidus vers les niveaux structurels inférieurs des parois, tels que les blocs d'isolant. En particulier, la revêtement de surface de paroi selon l'invention présente un avantage remarquable lorsque le matériau à fondre renferme des résidus métalliques, en ce sens qu'il résiste beaucoup mieux qu'un matériau réfractaire de contact conventionnel à la corrosion par le matériau fondu à une température voisine de son point de fusion. En effet, dans un four à verre dont la surface de la sole est constituée par une dalle de réfractaire usuelle, la présence de métal liquide à la surface de la sole provoque au niveau du point triple verre fondu-métal liquide-réfractaire une corrosion très sévère du réfractaire. On constate alors rapidement une dégradation des éléments constitutifs de la paroi par infiltration du métal. Cet inconvénient ne se présente pas ou est singulièrement réduit lorsqu'on réalise une surface de paroi selon l'invention A cet égard, I'invention a également pour objet l'utilisation d'un four tel que décrit précédemment pour fondre du verre de récupération renfermant des résidus métalliques. Le verre de récupération peut être de diverses provenances, notamment provenir de miroirs, de vitrages chauffants de véhicules automobiles en particulier lunettes arrière, ou bien de verres étamés ou émaillés notamment pour vitrages d'automobile. Les métaux présents à l'état de résidus métalliques dans ces verres de récupération peuvent être notamment de l'argent, du cuivre, de l'étain ou autres. Il fut surprenant de constater que, selon la granulométrie de la grenaille employée (pour un liant vitreux donné), le métal liquide issu de la fusion du verre de récupération pouvait ou non pénétrer dans la ou les couches de surface. La taille critique des particules de grenaille dépend de la nature du métal en particulier de sa viscosité à l'état fondu à la température de la sole, ainsi que du liant vitreux et du verre fondu dans ce bain. Ainsi, la surface d'une paroi de four peut être adaptée pour récupérer le métal séparé du verre par fusion, cette surface étant perméable audit métal. A cet égard, I'invention a encore pour objet un procédé de séparation de métal présent dans du verre de récupération, ce procédé comprenant une étape consistant à faire fondre le verre de récupération dans un four tel que décrit précédemment, dans lequel la grenaille comprise dans la couche de surface de la sole qui est au contact du verre a une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche perméable audit métal. Dans un premier mode de réalisation, on peut prévoir, immédiatement sous ladite couche, un espace de récupération du métal liquide s'écoulant à travers ladite couche. On peut éventuellement disposer en partie supérieure de cet espace un élément perforé tel qu'une grille, servant de support à la couche de contact. Dans un autre mode de réalisation, on peut disposer, immédiatement sous ladite couche, une deuxième couche dite " inférieure " comprenant de la grenaille ayant une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche inférieure imperméable au métal liquide. Le métal est alors emprisonné à la limite entre les deux couches à base de grenaille et stocké progressivement au cours d'une campagne d'utilisation du four. Après une ou plusieurs campagnes d'utilisation, il suffit de déposer le revêtement de surface de la sole, dont on peut aisément extraire le métal récupéré. Cette méthode permet, dans un même dispositif, de recycler le verre de récupération tandis qu'on récupère le métal séparément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés, sur lesquels: 8 2778910 - la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un four selon l'invention; - la figure 2 représente un détail agrandi de la sole du four de la figure 1. Sur la figure 1, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de I'invention ont été représentés, sans respecter l'échelle du dispositif. Sur la figure 2, seuls les ordres de grandeur des éléments respectifs ont été respectés. Le four 1 représenté sur la figure 1 est constitué essentiellement d'une sole 2, de parois latérales 3 et d'une voûte 4, délimitant un bain 5 d'une matière fondue telle que du verre. Il comprend en outre des moyens d'alimentation 6, tel qu'un convoyeur, en matériau à fondre 7 et un canal 8 d'écoulement du matériau fondu. Les moyens réalisant la fusion du matériau 7 ne sont pas représentés. Le matériau peut être constitué de verre de récupération (calcin) et/ou d'une composition d'oxydes pulvérulente. La sole 2 est constituée essentiellement, de l'extérieur vers l'intérieur, d'une paroi faite de blocs isolants 9 disposés sur une ou plusieurs rangées (seule une rangée étant représentée), d'une couche 10 de béton réfractaire sur laquelle sont éventuellement posées des dalles 11 de matériau réfractaire, puis d'une première couche 12 et d'une deuxième couche 13 continues à base de matériau réfractaire. Le détail des couches 12 et 13 est visible sur l'agrandissement de la figure 2. La première couche 12, ou couche inférieure, comprend de la grenaille 14 de matériau réfractaire, notamment de type AZS ou oxyde de chrome, d'une granulométrie relativement fine, noyée dans ou entourée d'un liant 15 formé à partir d'un matériau vitreux tel que du verre. La deuxième couche 13, ou couche de contact, comprend une autre grenaille 16 de matériau réfractaire, de composition identique ou différente de celle de la grenaille 14, mais de granulométrie supérieure à celle de ladite première grenaille 14, les particules de grenaille 16 étant entourées d'un liant minéral 17, de composition identique ou différente de celui de la couche de contact 12. La réalisation de ces couches sur la surface des dalles 11 peut avoir lieu de diverses manières. Dans un mode de fabrication préféré, une couche inférieure de la grenaille 14 relativement fine est déposée sur les dalles 11, puis une couche supérieure de la grenaille 16 relativement grosse est déposée sur la couche inférieure. On recouvre ensuite le tout d'une épaisseur de calcin fusible de matériau vitreux, notamment de verre, et l'on démarre le four: la fusion du calcin permet l'imprégnation des couches de grenaille et l'enrobage progressif des particules de grenaille 14 et 16 pour finalement produire les couches 12 et 13 dans lesquelles le calcin fondu joue le rôle de liant et assure la cohésion de l'ensemble. Au fur et à mesure qu'il s'écoule entre les particules de grenaille, le verre fondu à partir du calcin interagit avec la surface des grenailles et se charge en élément(s) d'oxyde(s) du réfractaire, par exemple AI, Zr, Si dans le cas de grenaille AZS, ou Cr dans le cas de grenaille au chrome. Le verre finit par dévitrifier dans les espaces interstitiels libres, la matière dévitrifiée empêchant le passage de verre à partir du bain 5. Dans une variante, un élément séparateur tel qu'une grille ou un tamis en métal réfractaire pourrait être interposé entre les deux couches de grenaille, et éventuellement un élément similaire pourrait être posé sur la deuxième couche de façon à maintenir les niveaux respectifs des couches. La même technique avec une grille de maintien pourrait être utilisée pour appliquer une ou des couches similaires sur les parois latérales 3. Sur la figure 2, on a illustré en outre la différence de comportement des deux couches 12 et 13 vis-à-vis d'un métal 18, présent à l'état fondu dans le bain , notamment dans le cas o le matériau à fondre 7 est un verre de récupération renfermant des résidus métalliques. La granulométrie de la grenaille 16 et la qualité du verre liant 17 sont tels que la couche 13 est perméable au métal 18. Au contraire, la granulométrie de la grenaille 14 et la qualité du verre liant sont tels que la couche 12 est imperméable au métal 18. Ainsi, en fonctionnement, le métal 18 présent à l'état fondu dans le bain 5 s'écoule par gravité jusqu'à la sole 2, pénètre à travers la couche 13 en se frayant un passage entre les particules de grenaille 16, et est bloqué à la limite entre les couches 13 et 12, o il s'accumule sous la forme de gouttes dont la taille croît progressivement. L'épaisseur de la couche 13 est avantageusement déterminée de telle sorte qu'elle procure une capacité de stockage du métal, dans les espaces interstitiels entre la grenaille, suffisante pour une durée donnée de campagne d'utilisation. L'invention qui vient d'être décrite dans le cas particulier d'un four à verre dont la sole, de structure donnée, est équipée sur toute sa surface de deux couches à base de grenaille n'est nullement limitée à ce mode de réalisation. Les indications données dans la description détaillée peuvent être étendues aux autres modes de réalisation notamment aux cas suivants: la sole a une autre structure (notamment les blocs d'isolant, le béton et/ou les dalles sont absents); on n'utilise qu'une seule couche à base de grenaille; la ou les couches sont appliquées sur les parois latérales; la ou les couches ne sont appliquées que sur une partie de la sole. Les autres aménagements usuels dans les fours du type à verre conviennent également dans la présente invention. REVENDICATIONS 1. Four (1) pour réaliser la fusion d'un matériau de haut point de fusion, tel que du verre, comprenant une sole (2) et des parois latérales (3) délimitant un bain (5) de matériau fondu, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface de la sole (2), et éventuellement des parois latérales (3), qui est au contact du matériau fondu (5) est constituée par au moins une couche (12,13) comprenant de la grenaille (14,16) de matériau réfractaire. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau réfractaire en grenaille est un matériau résistant à la corrosion par le verre, notamment du type à base d'oxyde de chrome ou à base d'oxyde de zirconium, silicium et/ou aluminium. 3. Four selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la grenaille (14,16) a une granulométrie inférieure à 50 mm. 4. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite surface comprend une première couche (13) au contact du matériau fondu, sous laquelle se trouve une couche inférieure (12) comprenant de la grenaille (14) dont la granulométrie est inférieure à la granulométrie de la grenaille (16) de la première couche (couche de contact 13). 5. Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche (13) de contact comprend de la grenaille (16) ayant une granulométrie de l'ordre de 20 à mm et la couche inférieure (12) comprend de la grenaille (14) ayant une granulométrie inférieure à 20 mm. 6. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche ou au moins une desdites couches (12, 13) comprend, en plus de la grenaille (14.16), un liant minéral (15,17) formé à partir d'oxyde ou d'un matériau vitreux tel que du verre, notamment du verre de récupération. 7. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les couches (12,13) comprenant de la grenaille (14,16) sont appliquées sur des dalles (11) ou blocs de matériau réfractaire. 8. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la sole comporte une couche comprenant de la grenaille de réfractaire au moins dans une portion du four o a lieu l'alimentation en matériau à fondre. 9. Utilisation d'un four selon l'une quelconque des revendications précédentes pour fondre du verre de récupération renfermant des résidus métalliques. 10. Procédé de récupération de métal (18) présent dans du verre de récupération comprenant une étape consistant à faire fondre le verre de récupération dans un four (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel la grenaille (16) comprise dans la couche (13) de la sole (2) qui est au contact du verre a une granulométrie adaptée pour rendre ladite couche (13) perméable audit métal (18). 11. Procédé de récupération selon la revendication 10, caractérisé en ce que le four (1) comporte, immédiatement sous ladite couche de surface (13), une couche inférieure (12) comprenant de la grenaille (14) dont la granulométrie est adaptée pour rendre la couche inférieure (12) imperméable audit métal (18).