METHOD AND APPARATUS FOR MELTING GLASSY MINERAL MATERIALS

Abstract: 1. Process for the fusion of vitrifiable substances which take the form of granular solid materials, each element essentially containing all the components and these in the proportions necessary to form glass, whereby the said materials, after being preheated (1, 9, 29) by means of heat which at least partially emanates from the energy released in a fusion zone (25), are conveyed onto an inclined solid support (7) where they are melted by means of gases (17) raised to a high level of temperature and propelled at high speeds, the viscous mass obtained being discharged once it has formed and being at once replaced by the said preheated materials, characterized in that the conveyance of the said materials onto the said solid support (7) is carried out by gravity feed, in such a way as to constitute a slope (9) which is maintained by solid slippage, and in that a partioning (23) is introduced into the said slope (9) halfway up the gradient, over a preferably regulable thickness, bounding the fusion zone (25) which is subjected to the said high velocity heated gases, in the downstream part of the slope in relation to the upstream zone (29) which is referred to as a solid slippage control zone, at least a part of the hot gases issuing from the fusion zone (25) being drawn therefrom (at 27) to be introduced at the level of the upstream zone (29) to the heart of the said slope (9) in order to participate in the preheating of the said granular solid materials, the said heated gases being preferably used, prior to being introduced into the upstream zone (29), for preheating (51) the conbustion air added to the fuel to be burned (17) in the said fusion zone (25).

Description: PROCEDE ET DISPOSITIF DE FUSION DE MSTIERES MlNERM±S, NOrENr VITRIF IN3I±S La présente invention intéresse la fusion du verre et concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de préparation d'une masse vitreuse sommairement élaborée telle que celle à laquelle s'applique le procédé d'affinage rapide décrit par le brevet français publié sous le n 2 281 902. On a décrit dans ce brevet, et plus particulièrement dans la demande de brevet français publiée sous le n 2 423 452, un procédé de fusion de verre, selon lequel la matière à fondre, se présentant sous la forme d'éléments granulaires solides, tels que gravillons, granules, boulets, plaquettes ou pellets, chaque élément contenant essentiellement 1'ensemble des composants dans les proportions nécessaires à la formation du verre, est tout d'abord soumise, dans une phase de préchauffage, à l'action de gaz chauds la portant à une température inférieure à celle du frittage, puis, pour la phase de fusion proprement dite, est déposée à la surface d'une couche mince de matière fondue de meme composition et est soumise à un chauffage intensif, le mouvement de la masse fondue obtenue étant tel qu'il assure le renouvellement continu de la couche réceptrice sur laquelle sont amenés les éléments solides granulaires. Dans les dispositifs connus se prêtant à la mise en oeuvre de ce procédé, l'alimentation en éléments solides préchauffés est obtenue par des moyens mécaniques, tels que tambours de distribution, vis sans fin, etc..., qui sont généralement disposés à bonne distance de la zone de fusion proprement dite, pour leur éviter les difficultés de fonctionnement liés à a' une tevpérature excessive (enverrage, grippage, etc...). Ainsi, alors qu'au regard des performances des moyens visant plus spécifiquement la fusion des matériaux préchauffés, la limite énoncée plus haut (température de préchauffage inférieure à la tempéra- ture de frittage) serait le plus souvent avantageusement dépassée, elle constitue, eu égard aux moyens mécaniques d'alimentation en éléments préchauffés, un maximum à ne pas dépasser. L'un des buts de la présente invention est de fournir un pro- cédé permettant à la fois de s'affranchir dans une large mesure des précautions à prendre contre le risque de tels incidents, et d'optimiser le bilan énergétique global de la fusion. L'invention a notamment pour objet un procédé de fusion de matériaux solides granulaires dont chaque élément contient essentiellement l'ensemble des ccarposants nécessaires à la formation du verre, selon lequel lesdits matériaux sont amenés en charge, par gravité, sur un support solide sur lequel ils forment un talus, alimenté par éboulement solide, dont la partie aval est soumise à un chauffage intensif provo- quant la fusion desdits matériaux, un cloisonnement, situé à un niveau médian de la pente du talus, délimitant l'atmosphère de la zone de fusion correspondante par rapport à celle de la zone amont dite de con- trôle de l'éboulement solide, qui assure le remplacement desdits matériaux dès leur fusion et au fur et à mesure que la masse visqueuse obtenue s'écoule vers le pied du talus. L'invention a également pour objet un dispositif de fusion de matériaux solides granulaires dont chaque élément contient essentiellement l'ensemble des composants nécessaires à la formation du verre, comportant un conduit d'alimentation sensiblement vertical traversé par lesdits matériaux et débouchant au-dessus d'une sole sur laquelle il amène lesdits matériaux en charge, par gravité, pour y former un talus alimenté par éboulement solide, dont la partie aval, dite zone de fusion, séparée, quant à la atmospeère, de la zone amont, dite de con- trôle de l'éboulement solide, par un écran réfractaire venant en oen tact avec ledit talus à un niveau médian de sa pente, est munie de brûleurs à chauffage intensif disposés, notamment, au voisinage de l'écran et destinés à assurer la fusion des matériaux granulaires parc venus a ce niveau, un conduit étant disposé à l'aval et au-delà dudit talus, pour l'évacuation de la masse fondue vers les installations utilisatrices, comportant éventuellement un bassin d'affinage et d'ho- mogénéisation. On a déjà proposé dans le passé des dispositifs présentant une structure dont l'allure générale rappelle celle du dispositif selon l'invention, par exemple du type des fours-puits, ou des hautfourneaux, dans lesquels la charge vitrifiable est introduite par le haut, tandis que l'air de coMbustion y pénètre par le bas, le produit coMbustible étant lui-même introduit soit par le haut en mélange avec la charge solide, soit par le bas, a' à l'état gazeux, séparément ou me- langé avec l'air de combustion. Le brevet anglais 314 209 préfère le procédé selon lequel la charge vitrifiable seule est introduite en haut d'une colonne formant four-puits, tandis que des "flammes" pénètrent dans le four par le bas, lesdites flammes provenant d'une chambre de combustion ménagée au pied du four-puits, la fusion de la charge a s'effectuant alors essentiellement au sein du four-puits, et non pas, comme dans le dispositif de la présente invention, exclusivement hors de la colonne dans une zone ménagée à la partie inférieure du talus d'éboule- ment forme par la charge solide qui s'en échappe. Selon une caractéristique intéressant cet aspect de la présente invention, ledit écran réfractaire comprend de préférence des moyens de réglage de sa position par rapport audit talus. Certains définiront la position de l'écran dans le sens de l'épaisseur du talus, de manière à permettre à sa base soit d'affleurer la surface, pour un premier mode de fonctionnement, soit de pénétrer dans 1 l'épaisseur même du talus, pour un second mode. Ce premier type de réglage sera ici, par convention, qualifié d' "orthogonal", tandis qu'un second type de réglage, dont la mise en oeuvre sera montrée avantageuse également, dans le cadre de l'invention, et qui permet d'ajuster la position du cloisonnement dans le sens de la pente du talus, sera qualifié de "longitudinal". En tout état de cause, ces divers moyens visent à maintenir constant, lors du fonctionnement du dispositif, le cloisonnement pour les gaz chauds et le rayonnement et à assurer le contrôle des éboulements superficiels de matériaux granulaires provenant de la zone amont, dite de contrôle de l'éboulement solide, permettant ainsi de maîtriser l'écoulement visqueux de la masse fondue produite dans la zone de fusion. Selon une autre caractéristique de a invention, le conduit d'alimentation est muni d'un registre permettant de régler le niveau de la surface du talus par rapport à la partie inférieure, ou base, dudit écran réfractaire, concurremment aux réglages de la position de celuici par rapport à la sole. Selon une caractéristique spécialement avantageuse lorsque l'écran affleure la surface du talus, l'écran est muni, immediatement en amont et le long de sa base en contact avec le talus de matériaux granulaires, de moyens de refroidissement tels que rampe de soufflage d'air ou boite à eau, renforçant le gradient thermique au sein du talus entre la zone de fusion et la zone de contrôle de 1 ltéboulement solide. I1 est prévu en outre, de préférence, pour ce même mode de fonctionnement selon lequel la base de l'écran affleure la surface du talus de matériaux granulaires s'éboulant de la trémie, et afin de garantir la permanence du cloisonnement que procure ltécran entre la zone de fusion et la zone de contrôle de l'éboulement solide, des moyens de déstabilisation du talus agissant entre ledit écran et ledit registre, c'est-à-dire dans ladite zone de contrôle, permettant de conserver constant le profil dudit talus, et par conséquent la position relative dudit écran par rapport audit talus. Ces moyens peuvent comprendre des outils noyés au sein du talus, par exemple un arbre transversal rotatif porteur de courtes pales, un peigne dont les dents servent de ringards, à mouvement cyclique, un vibreur, une rampe d'injection de gaz, etc..., ou des organes disposés a' à l'extérieur du talus et ne les pénétrant que par intermittence, par exemple une herse, telle que décrite plus loin. Selon une autre caractéristique du dispositif selon a l'inven- tion, la sole sur laquelle les matériaux granulaires contenus dans la trémie s'éboulent en talus est avantageusement disposée de manière que sa surface en contact avec lesdits matériaux présente une pente dirigée dans le même sens que la pente du talus, d'une valeur de préférence de 1 'ordre de celle de la pente du talus d'éboulement naturel desdits matériaux. A cet effet, il est avantageusement prévu des moyens de réglage de la pente de ladite sole, permettant de l'ajuster par rapport à ladite pente naturelle. Dans une forme préférée de réalisation, ladite sole inclinée est constituée d'une grille présentant des ouvertures de dimensions avantageusement telles qu'elles correspondent à un refus d'au moins 95 % en poids des matériaux granulaires utilisés. Au-dessous de ladite grille, l'invention prévoit en outre des moyens de circulation gazeuse, par soufflage et/ou aspiration, suscep tibles d' être appliqués à â tels ou tels secteurs de la grille, grâce à un cloisonnement de celle-ci. L'invention prévoit également des moyens d'aspiration de gaz chauds permettant un prélèvement dans l'enceinte de fusion, en vue de réinjection en amont, au sein de la masse de matériaux granulaires, après un refroidissement obtenu éventuellement par dilution, pour effectuer le préchauffage et/ou le séchage desdits matériaux. Une telle réinjection sera avantageusement ménagée au niveau de la zone de contrôle d'étculement, c' est-a'-dire dans laquelle s'épanouit le talus d'éboulement, avec pour délimitation vers l'aval l'écran, et vers l'amont le conduit d'alimentation. Les gaz chauds prélevés dans l'enceinte de fusion peuvent également, pour partie, traverser un échangeur indirect, par exemple à tubes, disposé a' à inti'rieur du conduit d'alimentation en éléments granulaires, évitant ainsi les risques de colmatage liés à a' la présence éventuelle de fines. La présente invention, comme on le montrera par les exemples concrets décrits ci-après en référence aux dessins, permet d'obtenir une bonne maîtrise de l'enfournement du matériau à fondre, ainsi que de son préchauffage, associée à a' une récupération importante de la chaleur sensible des gaz issus de l'enceinte de fusion. Ainsi, et grâce au renouvellement très rapide des matériaux soumis à action des brûleurs dans l'enceinte de fusion, et au très faible volume de cette dernière pour une production donnée, le codt en énergie de ladite production est très faible. Un autre avantage de l'invention réside dans le lien très direct entre la puissance thermique injectée dans l'enceinte de fusion et le débit de la matière fondue produite, ce qui permet d'ajuster ce dernier par le seul réglage du débit du combustible fourni aux brûleurs, du moins pour les régimes de production de l'ordre du régime naninal. S'appliquant à des matériaux granulaires de natures très diverses, et autorisant une conduite très souple des installations, leur faible inertie permettant une mise en régime très rapide, 1' inven tion intéresse de nombreux secteurs de l'industrie verrière, et notant ment de petites unités de production, travaillant de manière discontinue, par exemple dans le domaine du fibrage pour isolation. Certaines formes de réalisation de dispositifs selon l'inven tion seront maintenant décrites par référence aux dessins qui représen- tent - Figure 1 : une vue en coupe, selon son plan de symétrie vertical, d'un dispositif selon l'invention, sur laquelle apparaissent les principaux organes nécessaires à son fonctionnement au régime nominal - Figure 2 : une vue de dessus de ce même dispositif, en cou- pe selon le plan horizontal II-II' de la figure 1, complétant la définition de la forme de certains organes - Figure 3 : une vue partielle, en coupe, d'un dispositif semblable à celui représenté par la figure 1, mais comportant certains organes covplémentaires utiles pour faire fonctionner l'installation sous de faibles tirées. La figure 1 représente un dispositif selon la invention, comprenant une colonne verticale 1, dont la partie supérieure est reliée à une trémie d'alimentation 3, recevant elle-même les matériaux granulaires d'un organe d'alimentation, tel que distributeur vibrant, non représenté. Au pied de la colonne est disposée une embase d' alimenta- tion 5, débouchant au-dessus d'une sole inclinée 7, amovible et de préférence réglable en inclinaison, en tôle épaisse d'acier réfractaire, perforée e de trous, sur laquelle les matériaux granulaires s'éboulent en un talus 9 dont l'épaisseur peut être réglée par un registre 11, mobile verticalement. Au cours des manoeuvres du registre 11, la surface 9' du talus 9 se déplace parallèlement à elle-meme, avec un extremum haut 9", dit "surface enveloppe", défini dans le cas de la figure 1 par la position de la lèvre inférieure 5' de 1' erribase d1 alimentation 5, registre 11 escamoté vers le haut, et ceci de telle manière qu'il ne puisse se produire un éboulement solide atteignant l'extrémité aval, munie du déversoir 13', du support réfractaire fixe 13, sur lequel repose la sole inclinée 7, éboulement qui se traduirait par 1 'introduction dans le bassin d'affinage et de conditionnement 15, situé encore en aval, de matériaux granulaires insuffisamment fondus. Au-dessus du talus 9 sont disposés des brûleurs intensifs 17, au travers d'une voûte 19 qui, avec le support fixe 13, les parois latérales 21 (fig. 2) et un écran mobile 23, disposé en amont des brûleurs, carportant des moyens 24 de réglage de la position de sa base 23' par rapport au talus 9, délimitent une chambre de fusion 25. Cette chambre carrrique vers aval, par le déversoir 13', avec le bassin d'affinage et de conditionnement 15, et vers l'amont, par le conduit de dilution 27, qui colporte un ouvreau à tiroir de réglage de dilution 28, avec une chambre de contrôle et régularisation d'éboulement 29. Les moyens 24 comprennent par exemple une noix à vis, montée sur un axe hcw rizorrtal et parallèle à la surface du talus, assurant ainsi les réglages de a e' l'écran dits plus haut orthogonal et longitudinal. Au-dessous de la grille 7 peuvent être disposés des caissons de soufflage ou de prélèvement gazeux intéressant tels ou tels secteurs particuliers de la grille. La fig. 1 montre une paroi 31, éventuelle- ment amovible et de position réglable, délimitant un caisson de préle- vement 33, ainsi qu'un conduit de dilution 35, colportant un ouvreau 37 de réglage de dilution et un papillon 39 de réglage de débit, qui per mettent d'introduire, au travers de la grille 41, au sein des matériaux granulaires contenus dans la partie médiane de la colonne 1 servant de préchauffeur, des gaz prélevés au-dessous de la grille 7, et dont la tewpérature peut être ajustée au niveau souhaité. Un conduit 43, relié à un ventilateur d'extraction non repré senté, par l'intermédiaire d'un cyclone, également non représenté, permet de créer le mouvement des gaz chauds au sein du dispositif selon la représentation figurée e par les flèches : les fumées des brûleurs sont évacuées de la chambre de fusion 25, comme figuré par la flèche fl, au moyen du conduit de dilution 27, vers la charte de contrôle et régula risation d'éboulement 29, où elles se divisent en deux flux, l'un traversant le talus 9 et la grille 7 selon la flèche f2 et la autre rron tant vers la colonne au travers de l'embase d'alimentation 5, selon la flèche f3. Le flux f2, éventuellement dilué lors de son passage par le conduit de dilution 35, et le flux f3 se rejoignent selon f4 pour être évacués vers l'extérieur par le ventilateur d'extraction, après avoir cédé la plus grande partie de leur chaleur sensible aux matériaux granulaires admis sur le talus 9. I1 est prévu également une arrivée d'air frais au-dessous de la grille 7, au niveau d'un caisson de soufflage 45, séparé du caisson de prélèvement 33 par la paroi 31, et alimenté par le conduit 47 et le ventilateur 49. I1 est ainsi possible de maltriser la température de la grille 7 au droit de la chambre de fusion 25. I1 est prévu aussi d'alimenter les bruleurs 17 en air de can- b otion préchauffé, par exemple grâce à un échangeur 51 monté sur le conduit 27 d'extraction de fumées de la chambre de fusion 25. Tel qu'il vient d'etre décrit, le dispositif selon l'inven tion se prete tout spécialement à un fonctionnement selon le mode dit "en recouvrement", c'est-à-dire dans lequel la base 23' de l'écran 23 pénètre notablement dans le talus. On observe alors, sous l'effet du flux thermique émis par les bru leurs, la formation d'une excavation, dont la paroi est formée d'une "peau" visqueuse, dans la partie du talus située immédiatement à l'aval de ladite base 23'. Cette excavation se creuse jusqu'au moment où le poids de la charge de matériaux granulaires la surmontant vient à rompre cette "peau", formant une "avalanche" qui comble l'excavation, en général seulement partiellement du fait de l'état de ramollissement catrnençant de certains éléments de l'avalanche. I1 s'établit ainsi de soi-meme un régime d'avalanches d'amplitude et de fréquence relativement régulières, dépendant notamr ment de la profondeur de pénétration de l'écran ; l'excavation se creu se et se comble ainsi périodiquement, présentant un profil compris entre les deux profils 9M et 9m correspondant respectivement aux Ainsi tants se situant iiTrriatement avant 1'avalanche et immediatement après, et aux profondeurs maximale et minimale de l'excavation. Pour que ce régime périodique d'avalanches puisse s'étShlir, la profondeur de pénétration de l'écran dans le talus doit être réglée de telle manière que, lorsque se produit une avalanche, il n'y ait pas rupture du contact entre 1'écran et le talus, ce qui provoqherait un passage de gaz à très hautes températures vers la zone amont, et une fusion superficielle du talus, susceptible de bloquer le processus de son éboulement. Ladite profondeur de pénétration et la longueur de la charrue de contrôle 29 doivent donc être telles que le volume de la couche de matériaux granulaires retenue par l'écran soit au moins égal, et de préférence supérieur, au volume des avalanches, c'est-à-dire au volume carpris entre les profils repérés 9M et vm (fig. 1). Par ailleurs les proportions relatives des zones de fusion 25 et de contrôle de 1 l'éboulement 29 doivent permettre la maîtrise du pré- chauffage effectué dans la charte de contrôle 29, visant à la delivrance, dans la zone de fusion 25, de matériaux aussi chauds que possible, mais non collés s les uns aux autres. En outre, pour garantir à tout moment 1'étanchéité aux gaz chauds provenant du carpartiment de fusion 25, il est souhaitable que l'épaisseur de ladite couche retenue subsistant -à l'issue de chaque avalanche, c'est-à-dire ladite profondeur de pénétration, soit au moins de l'ordre de 3 à 5 fois la dimension moyenne des éléments granulaires (ou la plus petite dimension, c'est-à-dire l'épaisseur, dans le cas de plaquettes agglomerées, ou de calcin de verre plat). Pratiquement, l'expérience a montré que, pour une enceinte d'allure générale rectangulaire telle que décrite précédemment (cf.fig. 2), le rapport de l'aire de la surface de talus de la chambre de con- trôle de l'éboulement 29 à celle de la charte de fusion 25 présentait avantageusement une valeur d'au moins 1/4, de préférence comprise entre 1/3 et 2, en adoptant pour valeurs desdites aires celles de la projection desdites surfaces sur le plan de la surface enveloppe 9", la projection prise en coopte pour la zone de fusion étant limitée à la partie de ladite surface enveloppe carprise entre a l'écran 23 et la sole 13. Dans le mode de fonctionnement dit "en recouvrement", les dispositifs selon l'invention permettent d'atteindre de très hautes ti rées spécifiques, et un très bon rendement de fusion. I1 a été possible, en effet, à partir de calcin de verre blanc d'atteindre en régime des productions de verre fondu livré à 1300 C de l'ordre de 10 t/jour.mê de surface enveloppe du compartiment de fusion 25, cette surface étant déterminée comme indiqué ci-dessus, et pour une dépense énergétique pouvant s'abaisseur à environ 0,9 kWhtkg (ou 3240 kJ/kg). Lorsque la production visée correspond, pour un dispositif donné, à des tirées nettement inférieures à la tirée e nominale citée e ci- dessus, par exemple de la ordre de la moitié, ou le cas échéant avec un matériau granulaire dont la structure se prête mal à un éboulement naturel régulier, les essais effectués ont montré l'utilité de l'emploi de moyens de déstabilisation du talus d'éboulement. En effet, à défaut de ces moyens, il peut arriver que les matériaux granulaires en vien nent à prendre en masse, à enverrer la base de l'écran 23 et finalement à ne plus alimenter la partie du talus situe e en aval dudit écran, c'est-à-dire au niveau de la charre de fusion 25. Pour ne pas surcharger la figure 1, il est représenté à la figure 3 la essentiel des moyens complémentaires prévus, selon l'inven- tion, pour donner à l'installation une bonne fiabilité de fonctionnement à faible tirée. Comne dans le cas pré précédemment décrit, on utilise le registre 11 pour régler le niveau 9' du talus 9 en amont de l'écran 23. Alors que, dans le cas de la figure 1, l'écran 23 pénètre notablement dans le talus 9, sa base vient cette fois constamment affleurer la surface du talus, sans y pénétrer de plus de 5 fois la dimension moyenne des e' élé- ments granulaires. A cet effet, on dispose en amont et à faible distan ce de l'écran 23, pour jouer le rôle d'organe de de stabilisation du talus, une herse 55, disposée au-dessus de la surface 9' et parallèlement à la base de l'écran 23, et dont les dents 55', dirigées vers la surface 9' du talus, viennent cycliquement pénétrer dans ledit talus, de préférence au moins jusqu'à un niveau correspondant approximativement à la base de l'écran, puis reprennent leur position de repos, hors dudit talus. I1 est possible d'utiliser pour jouer ce même rôle, selon une variante de l'invention, un ou plusieurs ringards pénétrant dans le talus par l'amont, par exemple parallèlement à la pente du talus d'ébcu- lement naturel, et atteignant approximativement l'aplomb de la base de l'écran. Il est représenté en outre sur la figure 3, en amont de l'écran 23 et pratiquement en appui contre sa base, un organe de refroidissement constitué essentiellement d'une boite à eau 57 avantageuse sement conçue de manière à s'ajuster au-dessous de la base de l'écran 23, et à assurer à la fois des fonctions de renfort mécanique, et de protection thermique. Cette boite à eau 57 est ici constituée d'un tube de section carrée, qui porte deux ailes 57' et 57" s'appliquant contre, respectivement, la face amont et le dessous de la base de ltécran 23, mais d'autres formes pourraient également donner satisfaction. Dans la configuration de fonctionnement dite "en affleure ment", qui vient d'être décrite, selon laquelle l'écran réfractaire vient seulement en contact avec la surface du talus sans pénétrer notablement dans son épaisseur, et qui est mise en oeuvre avantageusement lorsqu'on vise une réduction importante de la tirée du four, la réduc- tion concomitante de l'énergie admise dans la zone de fusion doit, de préférence, se traduire par une réduction du flux thermique intéressant la région la plus proche de l'écran. Dans ces conditions, la tirée spécifique, rapportée au m2 de surface enveloppe de la zone de fusion, pourra néanmoins etre poussée jusqu'à environ 70 % de la tirée nominale atteinte dans la configuration dite "en recouvrement". Le court énergétique de fabrication, quant à lui, sera souvent plus élevé d'environ 25 à 30 % en affleurement qu'en recouvrement. Les excellentes performances de la configuration de fonction nement "en recouvrement" semblent pouvoir résulter non seulement du fait qu'après mise en régime, la couche de verre en fusion, qui paraît s'écouler dès le niveau de la base de l'écran et y être en quelque sorte accrochée, présente à l'faction des gaz chauds une surface supérieure à celle du talus en mode "affleurement", et à fortiori de la surface enveloppe, affectant à partir de ce niveau tout d'abord une pente quasi-verticale, favorable à l'écoulement du verre très visqueux, puis une pente progressivement moindre, à mesure que, la viscosité du verre diminuant, son écoulement s'en trouve facilité, mais aussi du fait que les avalanches viennent régulièrement augmenter très considérablement la surface effectivement offerte par les matières premières à î l'échange thermique avec les gaz émis par les brûleurs dans la zone de fusion 25, ce second phénomène étant lui aussi atténué dans le fonctionnement "en affleurement". Pour compléter les données relatives à un exemple pratique de dispositif selon l'invention, il peut encore être précisé que les performances indiquées plus haut peuvent être obtenues même avec des uni tés de dimensions relativement réduites, correspondant par exemple à des productions journalières nominales de a l'ordre de 5 tonnes. Ainsi, une unité susceptible de fournir de telles productions nominales, et par conséquent apte à alimenter une installation de fibrage comportant une ou deux assiettes de centrifugation, a été fabri que et a fonctionné de manière satisfaisante selon les données suivantes, en utilisant comme matière première à fondre un calcin de verre blanc silico-sodo-calcique usuel (verre plat de 3 mm d'épaisseur) de granulometrie comprise entre 0 et 20 irin, dont 70 % en poids entre 5 et 15 inn 1 - Aire de la zone de contrôle de l'éboulement (surface du talus d'éboulement comprise entre registre 11 et écran 23) : 0,2 mê (environ 0,35 m x 0,6 m) 2 - Aire de la zone de fusion (surface enveloppe 9" comprise entre écran 23 et sole 13) : 0,5 m2 (environ 0,85 m x 0,6 m) 3 - Pente de la grille-support 7 : 45O (angle du talus d'éboulement naturel) 4 - Epaisseur maximale du talus, registre 11 escamoté, dans le compartiment de contrôle 29 : 0,25 in 5 - Moyens de chauffage de la chambre de fusion 25 : 12 brûleurs à propane, disposés dans une voûte distante d'environ 0,1 m de la surface enveloppe 9". Pour un abaissement du registre 11 réduisant a l'épaisseur du talus d'environ 1 à 2 an par rapport à î l'épaisseur maximale, et un réglage de l'enfoncement de l'écran 23 ramenant 1 l'épaisseur du talus sous le pied 23' de l'écran à environ 0,19 m, on obtient un "recouvrement" minium de l'écran d'environ 0,04 m d'épaisseur. Dans ces conditions, on a obtenu en régime stabilisé, pour un débit de propane de 7 m3 (n) à l'heure, correspondant à une puissance d'environ 180 kW, une tirée d'environ 200 kg de verre à l300 C à l'heure, (n) signifiant : - dans les conditions "normales" de tewpéra- ture et pression-. Le verre ainsi obtenu, bien que ne faisant pas appel à des matières premières composées spôcialement (simple calcin de verre blanc silico-sodo-calcique) est susceptible d'être affiné par le procédé d'affinage rapide faisant l'objet du brevet français 2 281 902, n'exigeant qu'un faible apport thermique complémentaire, de l'ordre de 0,10 kWh/kg (ou 360 kJ/kg) ou par les techniques usuelles, au prix d'une dépense énergétique un peu plus élevée (0,15 kWh/kg ou 540 kJ/kg) et d'une augmentation notable du volume de a l'installation, de son inertie et de son coût. Cette même unité de fusion a permis de produire, selon le mcF de de fonctionnement dit "en affleurement", environ 135 kg/h de verre fondu à 1300 C, en utilisant une boîte à eau pour le refroidissement de la base 23' de l'écran et une herse actionnée de 2 à 5 fois par minute pour déstabiliser le talus en amont de l'écran, de manière à maintenir l'étanchéité entre les deux compartiments 25 et 29. La puissance dissi pée correspondant à ce régime était d'environ 155 kW (6,1 m3 (n)/h de propane), pour une épaisseur de talus d'environ 0,17 m au niveau de l'écran.

Claims: REVENDICATIONS 1. Procédé de fusion de matières vitrifiables se présentant sous forme de matériaux solides granulaires, chaque élément contenant essentiellement l'ensemble des ccnposants dans les proportions nécessaires à la formation du verre, selon lequel lesdits matériaux sont amenés en charge par gravité sur un support solide sur lequel ils forment un talus, alimenté par éboulement solide, caractérisé en ce que ledit talus est soumis, dans sa partie aval, à un chauffage intensif provoquant la fusion desdits matériaux, un cloisonnement, situé à un niveau médian de la pente du talus, délimitant l'atmosFhère de la zone de fusion correspondante par rapport à celle de la zone amont, dite de contrôle de îa l'éboulement solide, qui assure le remplacement desdits matériaux dès leur fusion et au fur et à mesure que la masse visqueuse obtenue St s'écoule vers le pied du talus. 2. Procédé de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cloisonnement pénètre dans ltépaisseur dudit talus sur une profondeur d'au moins 3 à 5 fois la dimension moyenne des éléments granul aires ou, s'il s'agit de plaquettes agglomérées ou de calcin de verre plat, de 3 à 5 fois leur épaisseur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport de l'aire de la surface du talus de la zone de contrôle de l'éboulement solide à celle de la zone de fusion atteint au moins 1/4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit rapport présente une valeur comprise entre 1/3 et 2. 5. Dispositif de fusion de matières vitrifiables se présen- tant sous la forme de matériaux solides granulaires, chaque élément contenant essentiellement l'ensemble des composants dans les proportions nécessaires à la formation du verre, comprenant un conduit d'alimentation sensiblement vertical (1), traversé par lesdits matériaux et debouchant au-dessus d'une sole (7) sur laquelle il amène lesdits maté- riaux en charge, par gravité, pour y former un talus (9) alimenté par éboulement solide, caractérisé en ce qu un écran réfractaire (23), est disposé en face de la sole de manière à venir en contact du talus (9) à un niveau médian de sa pente, et à assurer un cloisonnement entre l'atmosphère surmontant la partie aval (25) dudit talus (9), dite zone de fusion, et celle de sa partie amont (29), dite zone de contrôle de l'éboulement solide, la zone de fusion étant munie de brûleurs (17) à chauffage intensif, disposés notamment au voisinage de l'écran et des tinés à assurer la fusion des matériaux granulaires parvenus à ce niveau, et un conduit d'évacuation (13') étant disposé à l'aval et audelà dudit talus, pour l'évacuation de la masse fondue vers les installations utilisatrices. 6. Dispositif selon la revendication 5, caratérisé en ce que ledit écran réfractaire (23) est une pièce mobile équipée de moyens (24) de réglage de sa position par rapport au talus (9). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens (24) comprennent un organe de réglage dit orthogonal, de'planant l'écran (23) de manière que sa base (23') affleure la surface (9') du talus (9), pour un mode de fonctionnement dit "en affleurement" ou qu'elle pénètre dans l'épaisseur du talus (9), pour un mode de fonc- tionnement dit "en recouvrement". 8. Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens (24) comprennent un organe de réglage dit longitudinal, déplaçant la base (23') de l'écran (23) dans le sens de la pente du talus. 9. Dispositif selon a une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le rapport de l'aire de la surface du talus de la zone de contrôle de l'éboulement solide (29) à celle de la zone de fusion (25) atteint au moins 1/4. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit rapport présente une valeur comprise entre 1/3 et 2. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation (1) est muni d'un registre (11) permettant de régler le niveau de la surface (9') du talus (9) dans la zone de contrôle d'éboulement (29). 12. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, caracte'- risé en ce que l'écran (23) est muni, irtinediatement en amont et le long de sa base (23') de moyens de refroidissement (57) renforçant la délimitation de la zone directement soumise au chauffage intensif des brûleurs (17). 13. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte, dans la zone de contrôle de l'éboulement Sp lide (29), des moyens (55) de déstabilisation du talus. 14. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 13, caraco'et risé en ce que la sole (7) sur laquelle les matériaux granulaires s'éboule en talus présente une pente dirigée dans le même sens que la pente du talus d'éboulement naturel. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la pente de la sole (7) présente une valeur de l'ordure de celle de la pente du talus d'éboulement naturel du matériau granulaire à fondre. 16. Dispositif selon la une des revendications 14 et 15, carac térisé en ce que la sole (7) est munie de moyens de réglage de sa pente. 17. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 16, caracte- risé en ce que la sole (7) est constituée d'une grille, les ouvertures de ladite grille correspondant de préférence à un refus d'au moins 95 % en poids du matériau granulaire à fondre. 18. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35, 47, 49) de circulation gazeuse, par soufflage et/ou aspiration, au travers de la grille (7). 19. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par des moyens (31) de cloisonnement de la grille (7), permettant de délimiter des caissons indépendants, par exemple un caisson de soufflage (45) et un caisson de prélèvement (33). 20. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (27) de prélèvement de gaz chauds dans la zone de fusion (25), pour effectuer le préchauffage du matériau a fondre. 21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'une partie au moins des gaz chauds prélevés dans la zone de fusion (25) est réinjectée dans la zone de contrôle de l'éboulement solide (29). 22. Dispositif selon l'une des revendications 20 et 21, carac térisé en ce qu'une partie des gaz chauds prélevés dans la zone de fusion (35) traverse un échangeur indirect, par exemple à tubes, disposé à l'intérieur du conduit vertical d'alimentation (1) en matériaux solides granulaires. 23. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 22, carat térisé en ce qu'une partie au moins des gaz chauds prélevés dans la zo- ne de fusion (25) traverse un échangeur indirect (51) permettant le préchauffage de l'air de coMbustion des brûleurs intensifs (17) chauffant ladite zone de fusion.

Inventors: BARTON, JAMES, BAUFUME, MICHEL, LEVY, PIERRE-EMANUEL
Applicants: ISOVER SAINT-GOBAIN
Application year: 1983
Main classification: C03B3
IPC codes: C03B3