FR2926350A1

FR2926350A1 - Procede et four de fusion.

Info

Publication number: FR2926350A1
Application number: FR0850129A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Docquier; Bernard Labegorre
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-17
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: WO2009092941A3; WO2009092941A2; FR2926350B1

Abstract

Procédé pour la fusion d'une charge dans un four, le four étant équipé dans la partie amont de sa zone de fusion d'un ou plusieurs oxybrûleurs latéraux à flamme orientable.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la fusion d'une charge dans un four et un four de fusion pour la mise en oeuvre dudit procédé.

L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fusion d'une charge dans un four dans lequel : • la charge à fondre est introduite sous forme solide dans la zone d'enfournement située dans la partie amont du four, • ladite charge sous forme solide est amenée de la zone d'enfournement vers la zone de fusion où elle est chauffée et fondue par l'intermédiaire d'au moins un brûleur et • la charge fondue issue de la zone de fusion est amenée vers la zone de prélèvement située dans la partie aval du four où la charge est prélevée du four.

De tels fours, et notamment de tels fours verriers, sont d'une part de très gros consommateurs d'énergie et d'autre part nécessitent des investissements conséquents. Leur fonctionnement ne peut être rentable que si leur rendement énergétique et leur productivité sont compétitifs.

Concernant le rendement énergétique, les fours verriers sont couramment équipés de systèmes de combustion utilisant comme oxydant ou comburant soit de l'air préchauffé par le biais d'un régénérateur ou d'un récupérateur, soit de l'oxygène essentiellement pur. Dans le premier cas, le rendement énergétique est augmenté par le biais de l'augmentation de la température de l'oxydant par la récupération d'énergie thermique des fumées. Dans le second cas, on profite essentiellement de la diminution du volume (débit massique) des fumées pour augmenter le rendement de combustion.

Les fours verriers sont conçus pour une tirée ou productivité donnée (tirée ou productivité nominale). Quand la tirée ou productivité d'un four verrier existant doit être augmentée au-delà de la tirée ou productivité nominale, la puissance de chauffe doit être augmentée. De manière analogue, quand, suite à des problèmes techniques, la productivité réelle d'un four verrier descend en dessous de la productivité nominale, il peut être envisagé de remonter cette productivité par un incrément de la puissance de chauffe. Néanmoins, l'augmentation de la puissance de chauffe du four est limitée par des restrictions imposées par la résistance, notamment thermique, limitée des matériaux réfractaires utilisés dans le four.

Il est ainsi connu, notamment de EP-A-0850884 d'installer dans la zone d'enfournement deux brûleurs situés de part et d'autre de l'ouverture d'enfournement. Il est en particulier connu de EP-A-0850884 d'implanter dans un four verrier à brûleurs air-combustible au moins un brûleur oxycombustible supplémentaire dans une région située en amont de la zone du brûleur air-combustible le plus en amont. Cette technologie est connue sous la dénomination d'oxyboosting en port zéro. Grâce à cette implantation, les points froids de la voûte localisés sur les premiers mètres de celle-ci dans la direction longitudinale du four considérée d'amont en aval, sont réduits, voire supprimés. Il en résulte que la longévité de la voûte est accrue par suite de la suppression de la condensation des alcalins, et que les conséquences néfastes des envols sont minimisées. De plus, l'énergie est mieux répartie à la surface de la charge (la surface spécifique de chauffe est accrue), et la qualité est donc améliorée tandis que la productivité du four est augmentée.

Dans le présent contexte, les termes aval et amont sont utilisés par rapport au trajet suivi par la charge à partir de son enfournement dans le four. Il est également connu, notamment de EP-A-1077201 d'augmenter la productivité d'un four verrier par l'implantation d'au moins un brûleur oxycombustible en voûte du four, et ce au-dessus de la charge de verre sous forme solide. 30 Cette dernière option présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, les fours verriers ne sont normalement pas conçus de manière à permettre l'installation d'un ou plusieurs brûleurs en voûte et des travaux importants, longs et coûteux sont par conséquent nécessaires : d'abord la couche25 d'isolation thermique sur la voûte doit être enlevée, une couche de béton réfractaire doit ensuite être placée sur la voûte, la couche d'isolation doit être reconstruite au-dessus de la couche de béton, une plateforme de montage doit être installée au-dessus de la couche d'isolation, des ouvertures sont créées dans la voûte et les brûleurs sont enfin montés sur la plateforme et à travers les ouvertures. En outre la présence de brûleurs en voûte peut fragiliser ces dernières et réduire leur durée de vie sans opération de maintenance.

Un autre inconvénient des brûleurs montés en voûte est que leurs flammes ne couvrent qu'une surface très limitée de la matière à chauffer et qu'un nombre plus élevé de brûleurs est par conséquent nécessaire par unité de surface par rapport aux brûleurs montés dans les parois, ce qui accroît la complexité de l'installation, les risques et les coûts. Finalement, le champ d'opération desdits brûleurs est fortement limité car le positionnement en voûte et perpendiculairement à la charge à chauffer impose des restrictions importantes en ce qui concerne la longueur et la vitesse de la flamme afin d'assurer un transfert thermique suffisant vers la charge et d'éviter des points chauds sur la voûte, ce qui conduit à une flexibilité limitée de la technologie.

La présente invention a pour but d'améliorer les procédés de fusion dans les fours du type décrit ci-dessus comportant au moins un oxybrûleur dans la partie amont du four.

Dans la description ci-après de l'invention, référence est faite aux différents exemples non-limitatifs de mise en oeuvre de l'invention illustrés dans les figures 1 à 5, dans lesquelles : • les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un four verrier suivant l'invention dans lesquelles seuls les brûleurs dans la partie amont du four sont représentés ; • la figure 3 est une représentation schématique d'une section transversale de la partie amont d'un four suivant l'invention au niveau d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable ; • les figures 4a, b et c représentent un schéma de principe de la variation de l'orientation de la flamme d'un oxybrûleur au moyen d'actuateurs fluides ; • la figure 5 est une représentation schématique d'une section transversale de la partie amont d'un four suivant l'invention au niveau d'une paire d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable.

L'invention concerne en particulier un procédé pour la fusion d'une charge dans un four, ledit four ayant une partie amont 11 dans laquelle la charge est au moins partiellement présente sous forme solide 31 et une partie aval 12 dans laquelle la charge est entièrement présente sous forme fondue. La ligne 13 qui démarque la partie 11 du four dans laquelle la charge est au moins partiellement présente sous forme solide (partie amont) de la partie 12 dans laquelle la charge est entièrement présente sous forme fondue (partie aval) est généralement appelée la ligne de batch.

Selon ce procédé, la charge est introduite dans le four sous forme solide dans une zone d'enfournement 14 située dans la partie amont 11 du four. La charge est ensuite amenée sous forme solide de la zone d'enfournement vers une zone de fusion 15 équipée de brûleurs. Cette zone de fusion 15 est située partiellement dans la partie amont 11 et partiellement dans la partie aval 12 du four. (Dans les figures 1 et 2, seuls les brûleurs de la zone de fusion 15 situés dans la partie amont 11 du four sont représentés. Les brûleurs de la zone de fusion 15 situés dans la partie aval 12 du four ne sont pas représentés.) Dans la zone de fusion la charge est chauffée et fondue, notamment par transfert énergétique au moyen desdits brûleurs. La charge sous forme fondue issue de la zone de fusion 15 est amenée vers une zone de prélèvement 16 où elle est prélevée du four. Cette zone de prélèvement 16 étant située dans la partie aval du four 12.

Suivant l'invention, la zone de fusion 15 est équipée dans la partie amont 11 du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux, encore de préférence d'au moins trois et plus de préférence encore d'au moins quatre oxybrûleurs 17, 17' latéraux à flamme orientable, c'est-à-dire des oxybrûleurs à flamme d'orientation variable montées dans les parois latérales 18 du four. Pour certaines applications, notamment l'oxyboosting en port zéro, on utilisera deux oxybrûleurs 17, 17' latéraux à flamme orientable, typiquement sous la forme d'une paire d'oxybrûleurs telle que définie ci-après. On entend par oxybrûleur un brûleur dont le gaz associé au combustible est notablement plus riche en oxygène que l'air, par exemple un gaz comportant au moins 40 % et de préférence au moins 50 % d'oxygène, par exemple un mélange d'air et d'oxygène. 10 Les avantages du procédé suivant l'invention sont multiples. L'utilisation d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable permet de varier l'orientation de la flamme sans interruption du fonctionnement du brûleur. Quand l'oxybrûleur à flamme orientable est opéré de manière à ce que sa flamme balaie la surface 15 de la charge, une plus grande superficie de la charge peut être couverte par un seul brûleur. La tirée du four peut ainsi être augmentée grâce à l'installation d'un nombre limité d'oxybrûleurs dans la partie amont du four. Qui plus est, cette façon d'opérer un oxybrûleur latéral à flamme orientable limite fortement le risque de points chauds (points surchauffés) sur la charge 20 dans la zone de fusion 15 (limitant le transfert de chaleur vers la charge), sur les parois latérales 18 et/ou sur la voûte 30 du four. Du fait du montage de l'oxybrûleur 17 à flamme orientable dans une paroi latérale du four, le risque de soulèvement de la flamme vers la voûte est réduit et le brûleur peut être opéré dans une plus grande gamme de puissances. Aucune modification ou 25 adaptation de la voûte du four n'est nécessaire, comme c'est le cas pour les brûleurs montés en voûte.

Le procédé suivant l'invention permet aussi de corriger les dissymétries dans la fusion de la charge, dissymétries qui peuvent entre autres se manifester 30 sous la forme d'une dissymétrie de la ligne de batch.

Un avantage important de l'invention est qu'elle permet d'augmenter l'énergie fournie dans la partie amont du four, par exemple dans le cas d'oxyboosting, sans risque de surchauffe de la voûte.5 La figure 3 montre schématiquement le montage d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable dans une paroi latérale 17 du four, la flamme 32 dudit oxybrûleur étant orientée de manière à impacter la surface de la charge 31, 33.

De manière avantageuse, le ou les premiers brûleurs rencontré(s) par la charge lors de son entrée dans la zone de fusion 15 sont un ou des oxybrûleurs latéraux 17 à flamme orientable. Ainsi, suivant l'invention, le ou les oxybrûleurs 17 à flamme orientable sont de préférence situés directement en aval de la zone d'enfournement 14.

Le four comprend en général également une zone d'affinage en aval de la zone de fusion 15 et en amont de la zone de prélèvement 16. Dans ce cas, la charge fondue issue de la zone de fusion 15 traverse la zone d'affinage où elle est amenée à la température et la viscosité désirées avant d'entrer dans la zone de prélèvement 16.

Après son prélèvement du four, la charge fondue est typiquement amenée dans un canal d'alimentation d'une machine de formage. Le canal d'alimentation amène la charge fondue vers la machine de formage pour sa mise en forme.

Les figures 1 et 2 montrent deux fours suivant l'invention comprenant quatre oxybrûleurs latéraux 17 à flamme orientable positionnés directement en aval de la zone d'enfournement 14.

De préférence, l'orientation de la flamme du ou des oxybrûleurs latéraux à flamme orientable est modifiée ou réglée par des actionneurs non-mécaniques. En effet, l'utilisation d'actionneurs mécaniques, tels que des pivots, est peu durable dans un environnement hostile, tel qu'un four de fusion de verre, étant donné que les actionneurs mécaniques y subissent des températures particulièrement élevées, des attaques chimiques et mécaniques et des dépôts de polluants présents dans l'atmosphère du four.

Ainsi, la variation de l'orientation de la flamme est de préférence assurée par interactions fluidiques entre plusieurs jets de fluide. Dans ce cas, l'orientation de la flamme est modifiée ou réglée par le biais d'un ou plusieurs jets de fluide(s) secondaires, typiquement des jets de gaz secondaires, appelés actuateurs fluides.

Par exemple, suivant l'invention, ledit ou lesdits oxybrûleurs latéraux à flamme orientable comportent : • un canal d'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange comburant et combustible et • au moins un injecteur d'un actuateur fluide débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci.

Le canal d'injection et l'injecteur sont orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal et permet ainsi une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur. Le canal d'injection et l'injecteur sont avantageusement orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal sous un angle a supérieur à 0° et inférieur ou égal à 90°, de préférence de 45° à 90° et plus de préférence de 60° à 90°.

De préférence, au moins un injecteur d'actionneur fluide débouche dans le canal d'injection de l'oxybrûleur, c'est-à-dire en amont de l'ouverture de sortie dudit canal.

Sur les figure 4a, b et c est représenté un schéma de principe de la variation de l'orientation de la flamme d'un oxybrûleur au moyen d'actionneurs fluides.

Comme montré dans les figures 4a et 4c, le jet principal 42 à contrôler issu du canal d'injection 41 vient interagir avec l'actuateur fluide 46 issu de l'injecteur 45 créant ainsi un jet résultant et donc une flamme 48 de direction différente de la direction XX' du jet principal/de la flamme 48 en l'absence d'un actuateur fluide 46 (figure 4b).

Sur les figures 4a et c, l'actuateur fluide 46 véhiculé par l'injecteur 45 a la forme d'une canalisation qui traverse la matière 43, par exemple un bloc entourant le canal 41, cet actuateur fluide 46 débouchant par l'intermédiaire de l'injecteur 45, de préférence sensiblement perpendiculairement au jet principal 42 (a = 900). Le jet principal 42 débouche ici à l'intérieur de la matière 43, c'est à dire avant l'éjection du jet principal 42 du canal d'injection 41 par l'ouverture de sortie 49.

Comme illustré dans la figure 4a, un actuateur fluide 46 dirigé vers le haut permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers le haut. Comme illustré dans la figure 4c, un actuateur fluide 46 dirigé vers le bas permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers le bas.

Un actuateur fluide allant de gauche à droite permet de dévier le jet résultant et donc la flamme vers la droite et un jet actuateur fluide allant de droite à gauche permet de dévier le jet résultant et donc la flamme 48 vers la gauche (une orientation vers la gauche étant par exemple une orientation vers la zone d'enfournement et une orientation vers la droite une orientation vers la partie aval, zone de prélèvement).

Il est également possible de dévier le jet principal et donc la flamme selon une direction intermédiaire en combinant deux actuateurs fluides de directions différentes. Ainsi, la combinaison d'un actuateur fluide vers le haut avec un actuateur allant de droite à gauche permet de dévier le jet résultant et donc la flamme obliquement vers le haut et la gauche.

30 L'interaction entre les deux jets a lieu à une distance L de la face avant 44 de laquelle débouche le jet principal 42.

Bien entendu, même s'il s'avère préférable selon l'invention que l'actuateur fluide 46 agisse sur le jet principal 42 avant l'éjection de celui-ci par la face25 avant 44 du bloc de matière 43, on peut envisager une action sensiblement identique si l'injecteur 45 débouchait quasiment au niveau de la sortie 49 du jet principal 42. On peut même envisager un injecteur tel que l'interaction entre l'actuateur fluide et le jet principal ait lieu à l'extérieur du bloc de matière 43, mais très près de l'ouverture de sortie 49. La distance L peut varier en règle générale, de préférence, entre 0 et 20 cm, plus préférentiellement 0 et 10 cm. L'injecteur 45 peut également déboucher jusqu'à quelques centimètres au delà de l'endroit où débouche le jet principal 42. Pour permettre à l'actuateur fluide d'agir le plus efficacement possible sur le jet principal, il convient d'injecter l'actuateur fluide sensiblement perpendiculairement à la direction du jet principal. En pratique, pour assurer cette orthogonalité, il conviendra de prévoir un injecteur 45 de hauteur f et d'épaisseur e, avec la relation= 0,5, de préférence 0,5 = 5. e e Par un positionnement approprié des injecteurs 45, les actuateurs fluides peuvent être utilisés pour faire varier l'orientation de la flamme dans un plan horizontal (flamme positionnée dans un plan perpendiculaire à l'axe amont-aval du four, ou flamme dirigée vers la zone d'enfournement ou vers la zone d'affinage/de prélèvement), et/ou pour faire varier l'orientation de la flamme par rapport à la charge (flamme parallèle à la surface de la charge (non-incidence), flamme dirigée vers la charge (incidence), voire même flamme dirigée vers la voûte (non-incidence).

Des oxybrûleurs de ce type sont décrits plus en détail dans les demandes de brevet FR-A-2903325 et PCT/FR2007/051597 de la demanderesse. Un avantage important d'un tel oxybrûleur à flamme orientable est qu'il est possible faire varier l'angle d'incidence de la flamme avec la charge linéairement avec le rapport des impulsions du jet principal et de l'actionneur fluide utilisé. Ledit rapport des impulsions du jet principal et du jet secondaire peut par conséquent de manière utile être utilisé comme paramètre de contrôle pour l'orientation de la flamme du brûleur.

La zone de fusion du four peut notamment être équipée dans la partie amont du four d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable.

Dans le présent contexte, on comprend par paire d'oxybrûleurs , deux oxybrûleurs 17, 17' montés sur des parois latérales 18 opposées du four et situés en substance à la même distance de la zone d'enfournement du four 14.

Les figures 1 et 2 montrent deux fours comprenant deux paires d'oxybrûleurs latéraux 17, 17' à flamme orientable dans la partie de la zone de fusion située dans la partie amont du four.

15 Comme illustrée dans la figure 2, la zone de fusion 15 du four peut notamment être équipée dans la partie amont 11 d'une ou plusieurs paires d'oxybrûleurs 17, 17' montées face à face si on souhaite privilégier la compacité à cet endroit. Comme illustrée dans la figure 1, la zone de fusion 15 peut également être équipée dans la partie amont 11 d'une ou plusieurs 20 paires d'oxybrûleurs latéraux 17, 17' montées en quinconce, ce qui permet un taux de couverture plus élevé et limite la déviation de la flamme vers la voûte du four.

La mise en incidence (le contact ou le rapprochement) de la flamme du ou 25 des oxybrûleurs latéraux à flamme orientable avec la charge (illustrée dans les figures 3 et 5) permet d'accroître le transfert thermique vers la charge grâce à plusieurs mécanismes : • augmentation des températures au voisinage de la surface de la charge, donc augmentation des transferts convectifs et radiatifs, 30 • rapprochement de la zone de mélange turbulente de la flamme et la charge, donc augmentation des coefficients d'échange convectifs, • recombinaison des molécules dissociées au voisinage de la charge, donc libération supplémentaire d'énergie au contact de la charge. 10 La mise en incidence de la flamme du ou des oxybrûleurs à flamme orientable avec la charge présente aussi l'avantage que la flamme est collée à la charge, ce qui limite fortement le risque de soulèvement des flammes et de formation de points chauds au niveau des parois.

Suivant une forme d'exécution particulièrement favorable, la zone de fusion 15 est équipée dans la partie amont 11 d'une et de préférence de plusieurs paire(s) d'oxybrûleurs latéraux 17, 17' à flamme orientable dont les deux oxybrûleurs 17, 17' sont opérés de telle façon que quand les flammes 32, 32' des deux oxybrûleurs sont orientées de manières à ce qu'elles impactent la charge 31, 33 à des points d'impact, les points d'impact des deux brûleurs 17, 17' se recouvrent. De préférence, les deux oxybrûleurs 17, 17' d'une paire d'oxybrûleurs sont opérés de telle façon que, quand les flammes 32, 32' des deux oxybrûleurs impactent la charge, les points d'impact des deux flammes se recouvrent en permanence, y compris quand, au cours du procédé de fusion, l'orientation des deux flammes est modifiée. Une telle forme de mise en oeuvre est illustrée dans la figure 5. En réglant l'orientation des flammes des deux oxybrûleurs de manière à ce que les deux points d'impact se recouvrent, un point d'arrêt est créé permettant de limiter le phénomène d'envol.

Comme mentionné ci-dessus, l'orientation de la flamme de chaque oxybrûleur latéral à flamme orientable est de préférence réglée de telle manière que la flamme balaie la superficie de la charge. On propose notamment, grâce à la variation de l'orientation de la flamme de balayer continûment ou de manière périodique la surface de la charge couverte par la flamme d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable afin de limiter l'échauffement local de la charge et d'homogénéiser le transfert thermique. Une homogénéisation de transfert thermique vers la charge permet en général également d'améliorer la symétrie de la fusion de la charge. De préférence, on optimise le cycle de balayage afin de maximiser le transfert thermique en opérant l'oxybrûleur pour garder le plus grand écart de température entre la flamme et la surface de la charge couverte par la flamme.

L'orientation de la flamme d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable installé sur le four peut être réglée en boucle ouverte, par exemple avec un opérateur réglant l'orientation et/ou le mouvement de la flamme en temps réel ou encore, de manière automatisée, avec un dispositif de contrôle pour le réglage de chaque oxybrûleur latéral à flamme orientable imposant un cycle d'orientation prédéterminé avec une fréquence de cycle prédéterminée.

L'orientation de la flamme d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable installé sur le four peut également être réglée en boucle fermée.

Pour optimiser la productivité ou tirée du four, on peut notamment détecter la température des fumées dans le four ou sortant du four, une augmentation de la température des fumées tendant à indiquer toute chose égale par ailleurs une baisse du rendement thermique du four. On peut alors : • augmenter le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable, de préférence par des actionneurs non-mécaniques, de manière à rapprocher la ou les flammes de la charge quand la température détectée des fumées augmente au dessus d'une température limite supérieure prédéterminée et • réduire le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à éloigner la ou les flammes de la charge quand la température détectée des fumées descend en dessous d'une température limite inférieure prédéterminée.

On peut également détecter la température de la sole 34 du four dans une zone couverte par la flamme d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable, une chute de cette température indiquant généralement une baisse du transfert thermique de la flamme vers la charge. On peut alors : • augmenter le transfert énergétique vers la charge par la flamme dudit oxybrûleur en changeant l'orientation de cette flamme, de préférence par des actionneurs non-mécaniques, de manière à rapprocher la flamme de la charge quand la température détectée de la sole descend en dessous d'une température limite inférieure prédéterminée et • réduire le transfert énergétique vers la charge par la flamme dudit oxybbrûleur en changeant l'orientation de cette flamme de manière à l'éloigner de la charge quand la température détectée de la sole monte au-dessus d'une température limite supérieure prédéterminée.

On peut aussi détecter la position de la ligne de batch dans le four, par exemple avec un dispositif optique tel qu'une caméra visible ou infrarouge.

On peut alors : • augmenter le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à rapprocher la ou les flammes de la charge quand la position détectée de la ligne de batch est en aval d'une position limite aval prédéterminée et • réduire le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à éloigner la ou les flammes de la charge quand la position détectée de la ligne de batch est en amont d'une position limite amont prédéterminée.

Le four peut être équipé de moyens permettant de détecter la présence et la position de mottes au niveau du batch dans le cas d'un four verrier, ou plus généralement la présence de dissymétries dans la fusion de la charge (par exemple une dissymétrie de la ligne de batch 13). De tels moyens peuvent notamment comporter un capteur optique (caméra visible ou infrarouge, par exemple associé à une reconnaissance de forme), on peut alors opérer la ou les oxybrûleurs latéraux à flamme orientable et orienter la ou les flammes correspondantes de manière à éliminer lesdites dissymétries.

En détectant la température de la voûte dans la partie amont du four, de préférence dans la zone d'enfournement, on peut, quand la température détectée de la voûte descend en-dessous d'une limite inférieure prédéterminée, faire remonter la température de la voûte au-dessus de cette limite inférieure en changeant temporairement l'orientation de la flamme d'au moins un oxybrûleur latéral à flamme orientable plus vers la voûte.

Il est à noter que grâce à l'utilisation d'un ou plusieurs oxybrûleurs latéraux à flamme orientable, la présente invention permet un meilleur réglage ou contrôle du procédé de fusion en fonction de la distance entre le ou les oxybrûleurs et le batch.

Le procédé suivant l'invention est particulièrement utile pour la fusion de matières à faible conductivité thermique telle que la fusion de verre et d'émail.

L'invention est notamment utile pour l'oxyboosting de fours, et en particulier de fours verriers, comportant des brûleurs à air. Dans ce cas, l'installation d'un ou plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable suivant l'invention permet d'augmenter ponctuellement la tirée ou de la maintenir lorsque par exemple les régénérateurs du four sont endommagés ou que la charge à fondre requiert plus d'énergie que la charge habituellement exploitée. Dans le cas d'un procédé d'oxyboosting suivant l'invention, la mise en oeuvre du procédé peut inclure l'installation d'un ou plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable dans la partie amont du four. Suivant une forme de réalisation particulière, on installe au moins un et de préférence au moins deux oxybrûleurs à flamme orientable directement en amont des premiers brûleurs à air du four. De cette façon, la zone de fusion est en fait étendue vers l'amont du four, ces oxybrûleurs à flamme orientable étant les premiers brûleurs rencontrés par la charge à la sortie de la zone d'enfournement du four. Dans le cas d'un four déjà équipé pour l'oxyboosting, la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention peut inclure le remplacement d'au moins un oxybrûleur préexistant dans la partie amont du four par un oxybrûleur à flamme orientable.

L'invention est également utile pour des fours équipés uniquement d'oxybrûleurs.

Une autre application est celle des fours et procédés de fusion de drosses d'aluminium, étant notamment donné que l'aluminium métallique peut être emprisonné dans des gangues d'alumine isolante. L'art antérieur ne permettant alors de récupérer aluminium métallique qu'au prix d'une dépense énergétique très élevée.

La présente invention concerne également un four de fusion approprié pour le procédé de fusion décrit ci-dessus.

Ainsi, l'invention concerne en particulier un four pour la fusion d'une charge, ledit four ayant une partie amont et une partie aval et comprenant une zone d'enfournement située dans la partie amont, une zone de fusion située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval et une zone de prélèvement située dans la partie aval. La charge est introduite sous forme solide dans la zone d'enfournement. La zone de fusion est équipée de brûleurs pour le chauffage et la fusion de la charge. La charge est ensuite prélevée du four depuis la zone de prélèvement. Suivant l'invention, la zone de fusion est équipée dans la partie amont du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux, encore de préférence d'au moins trois et plus de préférence encore d'au moins quatre oxybrûleurs latéraux à flamme orientable. De préférence, ledit ou lesdits oxybrûleurs à flamme orientable sont situés directement en aval de la zone d'enfournement.

Comme indiqué ci-dessus, l'orientation de la flamme orientable est de préférence modifiée ou réglée par des actionneurs non-mécaniques.

Ainsi, la variation de l'orientation de la flamme est de préférence assurée par interaction fluidique entre plusieurs jets de fluide. Dans ce cas, l'orientation de la flamme est modifiée ou réglée par le biais d'un ou plusieurs jets de fluide(s) secondaires, typiquement des jets gazeux, appelés actuateurs fluides.

Comme décrit ci-dessus, dans ce cas, ledit ou lesdits oxybrûleurs latéraux à flamme orientable peuvent notamment comporter : • un canal d'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange comburant et combustible et • au moins un injecteur d'un actuateur fluide débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci.

Ledit canal d'injection et ledit injecteur sont orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principal de manière à permettre une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur.

Le four suivant l'invention peut également comprendre une zone d'affinage située dans la partie aval entre la zone de fusion et la zone de prélèvement.

La zone de fusion peut notamment être équipée dans la partie amont d'une 15 et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable, et en particulier d'une ou plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux montées face à face et/ou d'une ou plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux montés en quinconce.

20 Suivant une forme de réalisation, la zone de fusion est équipée dans la partie amont d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable, le four comprenant une installation de contrôle qui règle l'opération des deux oxybrûleurs appartenant à une paire d'oxybrûleurs de telle façon que quand la flamme des deux oxybrûleurs impactent la charge à 25 un point d'impact, les points d'impact des deux brûleurs se recouvrent.

Le four suivant l'invention peut notamment être muni d'un dispositif de contrôle pour le réglage de chaque oxybrûleur latéral à flamme orientable en boucle fermée ou en boucle ouverte comme décrit ci-dessus par rapport au 30 procédé de fusion.

L'invention concerne également une installation de fusion comprenant un four tel que décrit ci-dessus, un dispositif de formage et un canal d'alimentation entre la zone de prélèvement du four et le dispositif de 10 formage. L'invention concerne en particulier une telle installation pour la fusion et le formage de verre.5

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la fusion d'une charge dans un four ayant : • une partie amont dans laquelle la charge est au moins partiellement présente sous forme solide et • une partie aval dans laquelle la charge est entièrement présente sous forme fondue, la partie amont étant démarquée de la partie aval par une ligne de batch, procédé dans lequel : • la charge est introduite dans le four sous forme solide dans une zone d'enfournement située dans la partie amont du four, • la charge est amenée sous forme solide de la zone d'enfournement vers une zone de fusion équipée de brûleurs où la charge est chauffée et fondue, ladite zone de fusion étant située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval du four, • la charge sous forme fondue issue de la zone de fusion est amenée vers une zone de prélèvement où la charge sous forme fondue est prélevée du four, la zone de prélèvement étant située dans la partie aval du four, caractérisé en ce que la zone de fusion est équipée dans la partie amont du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux, encore de préférence d'au moins trois et plus de préférence encore d'au moins quatre oxybrûleurs latéraux à flamme orientable.

2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel ledit ou lesdits oxybrûleurs à flamme orientable sont situés directement en aval de la zone d'enfournement.

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit ou lesdits oxybrûleurs à flamme orientable comportent :30• un canal d'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange comburant et combustible et • au moins un injecteur d'un jet de fluide secondaire débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci, ledit canal d'injection et ledit injecteur étant orientés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que le jet de fluide secondaire impacte le jet principal de manière à permettre une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les jets secondaires du au moins un injecteur.

4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le four comprend également une zone d'affinage située dans la partie aval entre la zone de fusion et la zone de prélèvement.

5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone de fusion est équipée dans la partie amont du four d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable montées face à face et/ou en quinconce.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone de fusion est équipée dans la partie amont d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable dont les deux oxybrûleurs sont opérés de telle façon que quand la flamme des deux oxybrûleurs impacte la charge à un point d'impact, les points d'impact des deux brûleurs se recouvrent.

7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel on détecte la température des fumées dans le four ou sortant du four et dans lequel : • on augmente le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à rapprocher la ou les flammes de la charge quand la températuredétectée des fumées augmente au-dessus d'une température limite supérieure prédéterminée et • on réduit le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à éloigner la ou les flammes de la charge quand la température détectée des fumées descend en-dessous d'une température limite inférieure prédéterminée.

8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel on détecte la température de la sole dans une zone couverte par la flamme d'un oxybrûleur latéral à flamme orientable et dans lequel : • on augmente le transfert énergétique vers la charge par la flamme dudit oxybrûleur en changeant l'orientation de cette flamme de manière à rapprocher la flamme de la charge quand la température détectée de la sole descend en dessous d'une température limite inférieure prédéterminée et • on réduit le transfert énergétique vers la charge par la flamme dudit oxybbrûleur en changeant l'orientation de cette flamme de manière à l'éloigner de la charge quand la température détectée de la sole monte au-dessus d'une température limite supérieure prédéterminée.

9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel on détecte la position de la ligne de batch dans le four et dans lequel : • on augmente le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manière à rapprocher la ou les flammes de la charge quand la position détectée de la ligne de batch est en aval d'une position limite aval prédéterminée et • on réduit le transfert énergétique vers la charge dans la zone de fusion en changeant l'orientation de la flamme d'au moins un et de préférence de plusieurs oxybrûleurs à flamme orientable de manièreà éloigner la ou les flammes de la charge quand la position détectée de la ligne de batch est en amont d'une position limite amont prédéterminée.

10. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel on détecte la température de la voûte dans la partie amont du four, de préférence dans la zone d'enfournement, et dans lequel, quand la température détectée de la voûte descend en-dessous d'une limite inférieure de température prédéterminé, on fait remonter la température de la voûte au- dessus de cette limite inférieure en changeant temporairement l'orientation de la flamme d'au moins un oxybrûleur latéral à flamme orientable plus vers la voûte.

11. Procédé suivant l'une des revendications précédentes pour la fusion de verre ou pour la fusion de drosses d'aluminium.

12. Four pour la fusion d'une charge ayant une partie amont et une partie aval, ledit four comprenant : • une zone d'enfournement pour l'enfournement de la charge sous forme solide, ladite zone d'enfournement étant située dans la partie amont, • une zone de fusion équipée de brûleurs pour le chauffage et la fusion de la charge, ladite zone de fusion étant située partiellement dans la partie amont et partiellement dans la partie aval, • une zone de prélèvement pour le prélèvement du four de la charge sous forme fondue, la zone de prélèvement étant située dans la partie aval, caractérisé en ce que la zone de fusion est équipée dans la partie amont du four d'au moins un, de préférence d'au moins deux, encore de préférence d'au moins trois et plus de préférence encore d'au moins quatre oxybrûleurs latéraux à flamme orientable.

13. Four suivant la revendication 12, dans lequel ledit ou lesdits oxybrûleurs latéraux à flamme orientable sont situés directement en aval de la zone d'enfournement.

14. Four suivant l'une des revendications 12 et 13, dans lequel ledit ou lesdits oxybrûleurs à flamme orientable comportent : • un canal pour l'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange comburant et combustible et • au moins un injecteur pour l'injection d'un actuateur fluide débouchant dans ledit canal ou à proximité de celui-ci, ledit canal d'injection et ledit injecteur étant orienté l'un par rapport à l'autre de manière à ce que l'actuateur fluide impacte le jet principale de manière à permettre une variation de l'orientation de la flamme par interaction fluidique entre le jet principal et le ou les actuateurs fluides du au moins un injecteur.

15. Four suivant l'une des revendications 12 à 14, dans lequel le four comprend également une zone d'affinage située dans la partie aval entre la zone de fusion et la zone de prélèvement.

16. Four suivant l'une des revendications 12 à 15, dans lequel la zone de fusion est équipée dans la partie amont d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable montées face à face et/ou en quinconce. 25

17. Four suivant l'une des revendications 12 à 16, dans lequel la zone de fusion est équipée dans la partie amont d'une et de préférence de plusieurs paires d'oxybrûleurs latéraux à flamme orientable, le four comprenant une installation de contrôle qui règle l'opération des deux oxybrûleurs 30 appartenant à une paire d'oxybrûleurs de telle façon que quand la flamme des deux oxybrûleurs impactent la charge à un point d'impact, les points d'impact des deux brûleurs se recouvrent.20

18. Installation de fusion de verre, comprenant un four suivant l'une des revendications 15 à 21, un dispositif de formage et un canal d'alimentation entre la zone de prélèvement du four et le dispositif de formage.5