Brevet FR2813536A1 — publié le 20020308

Dispositif et procédé permettant d'injecter des gaz dans un milieu très chaud, et emploi d'un tel dispositif La présente invention concerne un dispositif et un procédé qui permettent d'injecter des gaz dans un milieu très chaud. Dans la fabrication en continu de verre pour laser de puissance, on fait fondre les matières premières pour verre dans une cuve de fusion. Mais à la sortie de cette cuve, le verre contient beaucoup trop d'eau pour être employé comme verre à laser. On fait alors subir au verre une étape d'épuration et de séchage, au cours de laquelle on injecte dans le bain de verre un mélange gazeux constitué d'oxygène et de chlore en proportions différentes. Dans le bain de verre, la température vaut à peu près 1400 C. On amène ensuite le verre à l'homogénéité et à la température appropriées pour le moulage, puis on lui donne la forme voulue. Pour obtenir un verre qui absorbe très peu, comme il se doit, la lumière de longueur d'onde supérieure à 2,7 gym, il faut que ce verre contienne très peu d'eau, en conséquence de quoi il contiendra très peu de groupes hydroxyles. Dans le cas d'un procédé en mode discontinu, on peut respecter cette obligation d'une faible teneur en eau en laissant reposer le verre fondu pendant longtemps et en y injectant de l'oxygène. Mais dans une installation fonctionnant en continu, il ne serait pas réalisable, économiquement parlant, de suspendre aussi longtemps les opérations. On injecte donc du chlore gazeux dans le bain de verre, car c'est un très efficace agent desséchant. Comme le platine est ordinairement stable vis-à-vis du verre fondu aux températures rencontrées, c'est un tube de platine que l'on emploie pour l'injection du chlore. Ce tube plonge d'en haut dans le creuset, jusqu'à peu près juste au-dessus du fond. Le chlore gazeux injecté passe dans ce tube et traverse ensuite en bouillonnant le bain de verre depuis le fond du creuset, et c'est alors qu'il exerce son effet desséchant. Mais comme le tube de platine se trouve placé dans le bain de verre très chaud, sa température peut dépasser les 1000 C. Il s'est avéré qu'à de telles températures, le chlore gazeux corrosif parvient en peu de temps à perforer le tube de platine et à le dissoudre en partie. Le rôle de l'injection de gaz n'est dès lors plus assuré, de sorte que la teneur en eau du verre fondu atteint des valeurs élevées à un point inadmissible. De plus, en raison de la dissolution d'une partie du platine, on trouve dans le verre des inclusions de platine en un nombre trop élevé pour être acceptable. Il s'ensuit qu'au bout de peu de temps, l'on doit déjà interrompre la production. Lorsqu'on fabrique des verres qui doivent satisfaire à de hautes exigences de qualité, c'est une opération courante que d'injecter des gaz dans le bain de verre afin de provoquer certaines réactions grâce aux gaz injectés. Par injection d'oxygène ou d'autres gaz réducteurs, on peut faire varier de manière adéquate l'état d'oxydation d'ions colorants de métaux polyvalents contenus dans le verre, afin de donner à celui-ci une couleur voulue ou de l'empêcher de prendre une couleur indésirable. Dans les petites installations de fusion de verre, on emploie d'habitude à cet effet des tubes coudés de manière appropriée, en un matériau qui résiste bien aux températures du verre fondu et qui ne souille pas le bain, comme du verre de quartz ou du platine. Ces tubes plongent d'en haut dans le bain, et vont jusqu'à peu près juste au-dessus du fond du creuset. Dans les grandes installations industrielles, on injecte aussi des gaz en différents endroits dans le bain de verre. On se sert en majeure partie de ce que l'on appelle des buses de bouillonnage, pour influencer de manière adéquate le passage du courant dans les fours à fusion de verre. Dans de tels cas, c'est le plus souvent de l'oxygène que l'on emploie, et plus rarement, de l'air ou des gaz inertes. On peut aussi, en employant des gaz réactifs, influencer des réactions chimiques qui se déroulent au sein de la masse de verre fondu. Les procédés habituels d'injection de gaz dans les bains de verre fondu ne peuvent pas être appliqués dans la production en continu de bains corrosifs, en particulier de bains de verre de phosphates pour laser de puissance. Un tube de platine qui plonge d'en haut dans un tel bain est en peu de temps partiellement dissous et perforé, à tel point qu'il ne peut plus jouer son rôle. En outre, la dissolution d'une forte quantité de platine mène à la formation d'un grand nombre de très fines particules de platine qui se retrouvent dans le bain de verre, ce qui rend le verre obtenu à partir d'un tel bain inutilisable en tant que verre à laser. Si l'on remplace le tube d'injection en platine plongeant d'en haut dans le bain de verre par un tube fait d'un autre matériau, comme une céramique ou du verre de quartz, le problème n'est pas résolu pour longtemps, puisque tous les matériaux se dissolvent en un petit nombre d'heures dans les bains de verre corrosifs. Par conséquent, aucun ne convient pour la production en continu de verre. En raison des effets des bains de verre corrosifs, qui détruisent tous les matériaux connus, on ne pouvait pas jusqu'à maintenant injecter un gaz par le fond d'un récipient contenant un bain de verre. La corrosion et la destruction des dispositifs d'injection de gaz placés au fond d'un récipient contenant un bain de verre aurait pour conséquence l'écoulement de tout le bain, et donc l'exposition du personnel à un grand danger, ainsi qu'une longue interruption de la production. Le but de la présente invention est donc de proposer un dispositif et un procédé, économiques et sans danger pour l'environnement, dans lequel on injecte un gaz dans un milieu très chaud, pendant un laps de temps relativement long, sans que le gaz n'endommage le dispositif ou n'en provoque la dissolution. Ce but est atteint grâce à un dispositif d'injection de gaz dans un milieu très chaud contenu dans un récipient, dispositif comportant un tube d'injection de gaz et une enveloppe réfrigérante qui entoure ce tube, de préférence jusqu'à l'orifice de sortie de celui-ci. Par le dispositif de l'invention, on injecte un gaz corrosif, en particulier du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz, tout en maintenant les surfaces du dispositif qui entrent en contact avec le gaz, grâce à une réfrigération appropriée, à une température inférieure à une certaine température critique, au-delà de laquelle le matériau du dispositif réagirait avec le gaz corrosif. Dans le dispositif de cette invention, les parties qui entrent en contact avec le gaz injecté, par exemple du chlore, sont suffisamment réfrigérées, grâce à quoi le tube, qui est en un métal tel que du platine, n'est pas très chaud pendant qu'il se trouve en contact avec le chlore gazeux. Le dispositif de l'invention permet, grâce à une réfrigération adaptée, que toutes les surfaces métalliques qui ne sont pas couvertes par du verre et qui entrent en contact avec le gaz ne s'échauffent pas au-delà d'une certaine température critique, à laquelle le métal du tube commencerait à se dissoudre sous l'action du gaz corrosif utilisé. Les surfaces du dispositif qui entrent en contact avec le gaz injecté sont de préférence en platine ou en un alliage de platine. Dans un mode avantageux de réalisation du dispositif de l'invention, les surfaces de contact réfrigérées sont revêtues d'une couche de matériau chimiquement stable vis-à-vis du chlore gazeux aux températures opératoires. Cette couche peut être une mince couche de platine, déposée sur un autre matériau de structure. Elle peut aussi comporter des matières plastiques à haute teneur en fluor. La réfrigération effectuée garantit que la température au-delà de laquelle cette matière plastique se décompose ne sera pas atteinte. Dans ce mode de réalisation, on peut employer comme matériau de structure un grand nombre de matériaux, comme des aciers. Ainsi peut-on réduire significativement la quantité de métal noble utilisée, grâce à quoi le dispositif de l'invention est nettement économique, tant du point de vue de la fabrication que de celui de l'utilisation. Dans le dispositif de l'invention, on utilise comme milieu réfrigérant, dans l'enveloppe réfrigérante, un gaz ou un mélange de gaz, une huile ou un mélange d'huiles, une huile de silicone ou un mélange d'huiles de silicone, ou bien, en particulier, de l'eau ou une solution aqueuse. Un tel milieu réfrigérant est économique et peu polluant. Les surfaces du dispositif de l'invention qui entrent, sans aucune protection, en contact avec le gaz injecté, par exemple du chlore, sont de préférence en platine ou en un alliage de platine. Avec un tel matériau, on obtient des résultats particulièrement intéressants. A l'aide du dispositif de l'invention, on peut injecter un gaz corrosif tel que du chlore dans un milieu très chaud, en particulier un verre en fusion, contenu dans un récipient, lequel est avantageusement un four à fusion de verre ou la partie inférieure d'un tel four, ou encore un creuset. Au moyen du dispositif de l'invention, on peut aussi injecter un gaz tel que du chlore dans une zone d'affinage ou dans une zone de braise d'un four. Le but de l'invention est aussi atteint grâce à un procédé d'injection de gaz dans un milieu très chaud contenu dans un récipient, procédé mis en oeuvre au moyen d'un dispositif comportant un tube d'injection de gaz et une enveloppe réfrigérante qui entoure ce tube, de préférence jusqu'à son orifice de sortie, et qui est réfrigérée avec de l'eau ou avec une solution aqueuse. Dans le procédé de l'invention, on injecte un gaz, en particulier du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz, dans un bain de verre fondu, contenu dans un récipient qui est avantageusement un four à fusion de verre ou la partie inférieure d'un tel four, ou encore un creuset. Grâce au procédé de l'invention, on peut en outre introduire un gaz tel que du chlore dans une zone d'affinage ou dans une zone de braise d'un four. Il est avantageux que le procédé de l'invention soit mis en oeuvre en mode continu. Dans la fabrication en continu de verre pour laser, il était jusqu'à maintenant exclu d'injecter du chlore gazeux par en bas, car une fuite dans le corps du creuset aurait eu pour conséquence l'écoulement de tout le verre contenu dedans. Grâce à la présente invention, ce problème est résolu. La présente invention a aussi pour objet le fait de se servir d'un dispositif tel que celui décrit plus haut pour injecter du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz, dans un bain de verre fondu à partir duquel on fabrique un verre à utiliser dans un laser. Selon la présente invention, on propose donc un dispositif qui permet d'injecter, pendant longtemps et en toute sécurité, un gaz corrosif, tel du chlore, dans un bain très chaud de verre en fusion, sans que le gaz corrosif provoque la destruction ou la dissolution du dispositif. Dans le procédé de cette invention, on peut employer, outre du chlore gazeux pur ou technique, des gaz chlorés, tels du SiCl4 ou du CC14 à l'état gazeux, ou encore un mélange de chlore gazeux, de gaz chlorés et/ou d'autres gaz. La présente invention est illustrée plus en détail par les dessins annexés. Sur la figure 1 est représenté un dispositif de l'invention 1, dans lequel le gaz corrosif est injecté par le tube 2, tandis que le milieu réfrigérant est amené dans l'enveloppe réfrigérante 3 par l'entrée 4 et en sort par la sortie 5. L'enveloppe réfrigérante 3 entoure le tube 2 jusqu'à son orifice de sortie 2a. Sur la figure 2 est représenté un dispositif de l'invention 1, avec lequel, dans l'étape d'épuration et de séchage, on injecte le gaz d'en bas dans le bain de verre 6. Le verre est amené dans le bain 6 depuis une étape 7 de fusion de verre intermédiaire, et il en sort pour aller vers les étapes 8 suivantes de traitement. Le dispositif 1 est installé, de manière à ce que soit assurée l'étanchéité de l'ensemble aux gaz, à l'endroit d'un orifice 9 pratiqué dans le fond 10 de la cuve d'épuration et de séchage, et y est au besoin soudé. Sur la figure 3 est représentée une autre cuve d'épuration et de séchage, où la différence, par rapport à la figure 2, réside en ce que c'est d'en haut que le gaz est injecté dans le bain de verre 6 au moyen du dispositif 1 de l'invention. A cette fin, le dispositif 1 plonge d'en haut dans le bain 6, jusque juste au-dessus du fond 11 de la cuve. C'est de préférence là où il faut compléter une installation exis- tante avec un dispositif d'injection de gaz que l'on emploie la variante de réalisation représentée sur la figure 3. Comme les surfaces réfrigérées qui entrent en contact avec le bain de verre fondu sont nettement plus grandes que dans la variante de la figure 2, la quantité de chaleur perdue par le bain de verre est elle aussi plus importante, ce qu'il faut compenser en chauffant le bain davantage. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) d'injection de gaz dans un milieu très chaud contenu dans un récipient, caractérisé en ce qu'il comporte un tube (2) d'injection de gaz et une enveloppe réfrigérante (3) entourant le tube (2). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe réfrigérante (3) entoure le tube (2) jusqu'à son orifice de sortie (2a). 3. Dispositif conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe réfrigérante (3) contient un milieu réfrigérant qui est un gaz ou un mélange de gaz, une huile ou un mélange d'huiles, une huile de silicone ou un mélange d'huiles de silicone, ou bien de l'eau ou une solution aqueuse. 4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz injecté est du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces du dispositif qui entrent en contact avec le gaz injecté sont en platine ou en un alliage de platine. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le milieu dans lequel le gaz est injecté est un verre en fusion. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le récipient est un four à fusion de verre ou la partie inférieure d'un tel four, ou encore un creuset. 8. Procédé d'injection de gaz dans un milieu très chaud contenu dans un récipient, caractérisé en ce qu'on injecte un gaz dans un milieu très chaud en le faisant passer dans un dispositif (1) comportant un tube (2) d'injection de gaz et une enveloppe réfrigérante (3) entourant le tube (2). 9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe réfrigérante (3) entoure le tube (2) jusqu'à son orifice de sortie (2a). 10. Procédé conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'enveloppe réfrigérante (3) est réfrigérée avec de l'eau ou avec une solution aqueuse. 11. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le gaz injecté est du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz. 12. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le milieu dans lequel le gaz est injecté est un verre en fusion. 13. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que l'on injecte le gaz dans un four à fusion de verre ou la partie inférieure d'un tel four, ou encore un creuset, ou bien on l'introduit dans une zone d'affinage ou dans une zone de braise d'un four. 14. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en mode continu. 15. Emploi d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour injecter du chlore gazeux ou un mélange de chlore gazeux et d'un autre ou d'autres gaz dans un bain de verre fondu servant à fabriquer un verre à utiliser dans un laser.