Les principaux types de fours comprennent :
Fours à pot (discontinus)
Cuves de jour (semi-continues)
Fondeurs récupératifs/de type unitaire
Fours régénératifs à tirage croisé – conception de la gorge ou du cou/taille
Fours régénératifs à tirage par port d'extrémité – conception de la gorge
Fondeurs à oxygène
Fondeur spécial (segmenté) (LoNOx®, Flex® fondeurs)
Fours entièrement électriques
1. Four discontinu (cuves de jour et fours à pot)
Les actions suivantes se déroulent (généralement dans un cycle d'une journée au sein des fours de fusion discontinus :
Le réservoir de fusion ou le pot est chargé avec un mélange de matière première
Ce mélange est chauffé à la température souhaitée
Le verre est fondu, affiné, homogénéisé et ensuite refroidi à la température de travail pour permettre la formation par l'artisan ou des machines semi-automatiques prenant des portions (gobs) de verre du pot de fusion.
2. Fours à verre continus
Les synonymes habituels d'un four continu sont cuve de fusion de verre ou four à cuve.
Ces fours sont appliqués pour :
a. Production de verre pour conteneurs
b. Production de verre plat (flotté et roulé)
c. Production de la plupart des articles en verre de table
d. Production de fibres et de laine de verre
e. Production de la plupart des verres spéciaux (tubes, verre d'affichage, verre céramique, ampoules d'éclairage, ..)
Ces fours ne sont pas appliqués pour :
a. La plupart des verres faits à la main
b. Silice vitreuse
c. Fibres de verre optiques
3. Fours à verre continus Caractéristiques
Cuve en matériau réfractaire, chargée en continu avec un mélange
Transfert de chaleur depuis la chambre de combustion utilisant un combustible fossile (principalement du gaz naturel) avec de l'air ou de l'oxygène préchauffé
Tous les étapes de processus de base dans différentes zones ou sections du four
Fonctionnement continu, pendant des campagnes de 5 à 15 ans
Nombre indéfini de trajectoires du chargeur de mélange à la sortie du four (gorge ou canal).
Ces types de fours sont adaptés à la production de masse de verre
La capacité de fusion du four (tirage de verre) est généralement exprimée en nombre de tonnes (métriques) de verre fondu par jour (24 heures)
Selon le four et le type de verre produit, le tirage peut varier de ~20 tonnes par jour (TPD) jusqu'à >700 TPD
Au sein de la fusion, des courants (modèles d'écoulement de la fusion de verre) sont générés, à la fois par tirage et par convection libre
Mélange supplémentaire par l'application de bulles ou d'électrodes
Possibilité d'augmenter l'apport d'énergie en utilisant des électrodes
Le courant électrique dans la fusion libérera de l'énergie latente
Grand nombre de trajectoires de matériau dans la cuve : large distribution du temps de résidence et différences de qualité selon le parcours
Gradients de température dans la fusion : les niveaux supérieurs (proches de la surface) sont généralement plus chauds que le fond de la fusion de verre
Des déversoirs ou des barrages sont appliqués en option pour amener le verre du fond vers les couches supérieures de la fusion de verre
Utilisation du préchauffage de l'air (régénérateurs/récupérateurs) ou d'oxygène pur
Un four de fusion se compose de :
a. Réservoir de fusion (bain de fusion de verre)
b. Superstructure (chambre de combustion)
c. Gorge comme connexion entre l'extrémité de fusion et le soulèvement qui amène le verre fondu dans le raffineur, l'extrémité de travail ou le distributeur
d. Cou dans le cas de la production de verre flotté, entre l'extrémité de fusion et l'extrémité de travail
e. Chambre de travail (extrémité de travail, extrémité de collecte, nez, raffineur)
f. Échangeurs de chaleur : régénérateurs ou récupérateurs
4. Composants du four à verre continu
Désignations des composants du four à verre (four à cuve, tirage croisé, l'échelle de dimension n'est pas censée être correctement présentée).
5. Fours régénératifs
Un régénérateur se compose d'une chambre de régénérateur dans laquelle un checkerwork (ou simplement des checkers) de briques réfractaires a été empilé.
Dans un cycle, le checker est chauffé par les gaz de combustion, ensuite dans la phase suivante (20-30 minutes) la chaleur est transférée à l'air de combustion
Ces fours sont équipés de 2 ou plusieurs (un nombre pair) régénérateurs
En principe, le temps de demi-cycle optimal dépend du tirage du réservoir de fusion (charge thermique)
Pendant la réversion du brûleur, durant environ 30-60 secondes, il n'y a pas de flammes à l'intérieur du four.
La période de réversion (intervalle sans combustion) doit être aussi courte que possible pour éviter un refroidissement excessif du four
6. Fours régénératifs à tirage croisé
Les régénérateurs sont placés sur le côté du four
Le four peut être équipé des deux côtés avec 4 à 8 ports de brûleur (par côté) selon la taille du four.
Le profil de chauffage (distribution du combustible parmi les brûleurs situés le long des murs latéraux) détermine l'emplacement et la taille de la zone de point chaud (zone de finissage primaire) dans la fusion de verre.
7. Fours régénératifs à tirage par port d'extrémité (ou à flamme en U)
Les brûleurs (2 à 4 brûleurs à chaque port) et les chambres de régénérateur sont connectés au mur arrière de la superstructure.
La combustion du combustible et de l'air préchauffé d'une chambre de régénérateur a lieu : flammes partant des buses de brûleur et s'étendant presque sur toute la longueur du four
La direction de la flamme/combustion tourne au mur avant
Moins de pertes de chaleur structurelles par rapport aux fours régénératifs à tirage croisé (les gaz de combustion ont un temps de séjour plus long)
8. Fours récupérateurs
Récupérateur : échangeur de chaleur dans lequel la chaleur est transférée des gaz de combustion à l'air de combustion en flux co-courant ou en contre-courant
Les fours récupérateurs sont équipés d'un ou deux récupérateurs
La plupart des récupérateurs sont fabriqués à partir d'aciers résistants à haute température, comme l'acier chrome-nickel (ou les aciers chrome-nickel-aluminium)
Parce que la transmission de chaleur dans ce type de récupérateurs est principalement basée sur le rayonnement, ces échangeurs de chaleur sont appelés rayonnement
Les récupérateurs sont utilisés pour préchauffer l'air de combustion
Les gaz de combustion chauds sont envoyés à travers le récupérateur pour chauffer l'air de combustion
Les coûts d'investissement sont relativement bas
Pas de système de cycle (inversion de tir), donc des conditions de processus continues
Profil de température contrôlable le long de la longueur, en raison du grand nombre de brûleurs qui peuvent être contrôlés indépendamment (5 à 15 brûleurs par côté)
Le four est facilement accessible (également pour un four régénératif à tirage par port d'extrémité, les parois latérales peuvent facilement être équipées de trous d'observation)
La chambre de combustion a une construction relativement simple et peut être scellée raisonnablement bien (pas de grand port de brûleur)
Mais : le préchauffage de l'air de combustion est moins efficace que pour les fours régénératifs
9. Fours à oxy-combustible (Oxy-combustible)
Le combustible est brûlé sans azote dans l'oxydant appliqué (oxygène pur) (volumes de gaz de combustion plus faibles, moins dilués)
En général, les fours à oxy-combustible pour le verre ont le même design de base que les fondoirs à verre récupérateurs, avec plusieurs brûleurs latéraux et un nombre limité de ports d'échappement.
La plupart des fours à verre à oxygène n'utilisent guère de systèmes de récupération de chaleur pour préchauffer l'approvisionnement en oxygène aux brûleurs (il y a quelques développements dans le préchauffage de l'oxygène et du gaz naturel utilisant la chaleur des gaz de combustion)
Brûleurs positionnés dans des blocs de brûleurs spéciaux dans les parois latérales
Typiquement, seuls 4 à 6 brûleurs par paroi latérale sont installés.
NB : Les brûleurs des parois latérales opposées ne doivent pas être placés en ligne. Cela entraînerait des pointes de flamme instables s'influençant mutuellement.
Avantages
a. conceptions de fours moins chères
b. émissions spécifiques de NOx plus faibles (en kg NOx/tonne de verre fondu);
c. volumes de gaz de combustion plus petits
d. empreintes plus petites pour le système de four
e. réduction de la consommation de combustible
Inconvénients
1. les coûts de l'oxygène peuvent dépasser la réduction des coûts de combustible
2. la combustion à l'oxygène nécessite des superstructures réfractaires de qualité supérieure
10. Four de fusion entièrement électrique
Le chauffage n'est pas fourni par des systèmes de combustion, mais par l'énergie électrique fournie par des électrodes plongeant dans la fusion
Ci-dessous un exemple de four entièrement électrique avec des électrodes supérieures
Construction du réservoir de fusion et de la superstructure
Les flèches indiquent les supports de la superstructure par construction en acier
Réservoir de fusion en aval
La température de la fusion de verre, s'écoulant de l'extrémité de fusion à travers la gorge dans le soulèvement puis dans le distributeur/fin de travail/raffineur, est trop chaude pour le formage.
Refroidissement requis : par le raffineur et les alimentateurs de 200 à 300 °C jusqu'à environ la température de travail.
Des portions de verre ou des gobs ou un flux continu de verre à ce niveau de température plus bas sont nécessaires pour un processus de formation performant.
