Composition Gaffer

u cours des dernières années, Gaffer® Glass a évalué des douzaines de différents verres sodo-calciques et à base de plomb du point de vue des caractéristiques de dilatation et de viscosité. Notre travail en tant que fabricants de barre de couleurs est d’une certaine façon de s’adapter à une large amplitude de coefficients de dilatation existante. À la différence des personnes qui travaillent avec Pyrex, Bullseye, Spectrum 96 ou Moretti par exemple, il n'y a aucun ‘verre principal’ reconnu avec lequel les fabricants de barre de couleurs puissent accorder leurs verres. Nous avons donc décidé de formuler notre propre ‘verre principal’.

Notre recherche, théorique et pratique, a prouvé que la courbe de Bell des coefficients de dilatation linéaire, fondue dans des ateliers aux Etats-Unis, en Australie, en Nouvelle-Zélande, au Japon et en Angleterre, culmine à environ 96x10-7 (de 0 à 300oC) avec des limites extérieures s'étendant de 94 à 99.5.

Les données de viscosité, basées sur les facteurs de Lakatos et al.¹, montrent elles aussi de très grandes variations aux températures de fonte et de manipulation, s'étendant de 1290oC (2354oF) au logarithme 2 (une mesure de la viscosité suspendue à des températures d’affinage élevées ), jusqu'à une température aussi élevée que 1430oC (2606oF). Non pas que nous suggérions aux gens de faire fondre nécessairement à ces températures, mais dans le but d’effectuer une comparaison réaliste, les calculs de Lakatos s’affirment instructifs. En plus de cela, la courbe de Bell, pour une température au logarithme 2 de viscosité, culmine à 1370oC (2498oF) avec quelques compositions disponibles dans le commerce.

Gaffer® a décidé de chercher à concevoir à partir de zéro une composition incolore qui répondrait à certaines directives qui nous semblaient importantes, et rendre la composition disponible commercialement en étant fabriquée par Philips et Seattle Batch sous forme agglomérée. Les critères que nous avons considérés importants pour un atelier de verre sont les suivants (ces critères ne sont pas nécessairement classés par ordre de priorité) :

Coûts énergétiques

Le coût d'énergie demeure l'un des frais généraux les plus élevés dans la gestion d’un atelier de verre. De bien trop nombreuses compositions, fabriquées commercialement ou artisanalement, n’ont pas prêté assez d'attention aux caractéristiques de viscosité. La viscosité de la fonte à des températures d’affinage élevées détermine à quelle rapidité les points brillants sont éliminés de la fonte. Une quantité discrète de quelques produits chimiques peut créer une grande différence sur la rapidité de la fonte et sur l’affinage d’un verre.

La formulation de la composition Gaffer? s'est concentrée sur la réduction de la température du logarithme théorique 2 à 1325oC (2420oF) (en comparaison, celle du Spruce Pine 87 est à 1380oC (2516oF) ) et sur des températures de manipulation à une échelle plus confortable de 1080oC (1976oF). Des essais effectués sur un four à pots de 150 kilogrammes (330 livres) à capacité autonome ont montré une économie de gaz de 10%, une fois actionné à 1080oC (1976oF, comparé à 1150oC (2100oF)). Ceci représente une économie considérable sur la facture d'énergie et moins de dégradation des réfractaires. Les agglomérés indiquent une vitesse de fonte plus rapide de 15% par rapport à la composition non-agglomérante. En fait, l’économie effectuée sur les coûts énergétiques revient même presque à financer le coût de la composition.

Propriétés de manipulation

Cette formule, mis à part le fait d’avoir des températures de manipulation basses, offre également un temps de manipulation raisonnablement long. Elle est remarquablement rapide à réchauffer, possède un bon corps et modère la pression de surface. Cela reste un verre très indulgent, qu’on le rogne avec des ciseaux, qu’on le plaque, qu’on le façonne ou bien qu’on le fasse tomber dans le pontil. Il a peu tendance à se dévitrifier et est facilement manipulable sous le chalumeau.

Compatibilité

Nous sommes conscients que des normes de compatibilité nous sont fixées par nos concurrents et par des compositions déjà largement répandues commercialement. Les tests de la soudure trident2 avec la composition Gaffer? , fondue dans des conditions contrôlées de durée et de température, montrent une déformation de zéro avec le Spruce Pine 87, le East Bay Regular et le Spectrum System 96 par exemple.

Nous avons fait fondre ce verre à 1400oC (2550oF) pendant huit heures après la dernière charge (comparée à la fonte standard dont le facteur température/durée est de 1310oC/2400oF pendant six heures), et avons seulement abaissé son COE d’environ 0.5 points, prouvant qu'il s’agit d’un verre indulgent quant à la volatilisation. Il présente très peu de déplacement après une semaine à des températures de manipulation, peut-être 0.5 points tout au plus.

Propriétés physiques. 3

Dilatation: de 0 à 300oC: 96.0 x 10-7
de 25 à 300oC: 98.5 x 10-7

Point de Recuisson: 486oC (907oF)
Point de Déformation: 439oC (822oF)

Durabilité

Plusieurs des compositions que nous avons analysées ont montré une attention limitée à la durabilité, alors que d'autres semblent être d’une certaine façon nettement supérieures. L'alumine est l'agent le moins cher et le plus efficace pour rendre un verre plus durable, mais une quantité excessive rend le verre difficile à faire fondre. Aux températures de fonte, 2% d’Al2O3 peut faire grimper la température de fonte jusqu'à 35oC (presque 100oF) pour la même viscosité. La composition Gaffer contient un plus petit montant d'alumine, mais qui est complété avec de l'oxyde de zinc qui s’avère aussi efficace que l'alumine pour la résistance à l'eau, la vapeur et les acides, mais diminue en même temps la relation viscosité/températures.

Impact des réfractaires sur l’environnement

Agglomérer la composition a des avantages évidents. Non seulement elle fond plus rapidement, mais elle diminue aussi quasi-totalement les poussières, ce qui entraîne une plus longue vie de la superstructure réfractaire et généralement de plus faibles niveaux d'empoussièrement dans l’atelier. Il convient de noter que certaines des nouvelles compositions venant de Glasma et de Philips contiennent du carbonate de baryum en assez grands pourcentages, ce qui est non seulement toxique, mais aussi corrosif pour les pots avec des taux supérieurs à 4%. La composition Gaffer? est relativement non-toxique, ne contenant ni d’oxyde de baryum ni d’oxyde de plomb. Nous avons décidé de ne pas ajouter de fluorures, qui, bien qu'utiles pour abaisser la viscosité, restent volatiles aux températures de fonte et accélèrent la corrosion des pots et des superstructures. Les fluorures contribuent également aux émissions de gaz toxiques et corrosifs. La composition Gaffer? s'avère avoir un faible impact sur le verre d'un point de vue de la corrosion et de la toxicité. Il convient aussi bien à la cuisson électrique 4 qu’à la cuisson au gaz.

Footnotes.

  1.  Les données de viscosité/température sont compilées utilisant les facteurs établis par Lakatos T., Johanssen L., Simmingsköld B., Viscosity-Temperature Relations in glasses composed of SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-BaO-PbO-B2O3-CaO-ZnO-Li2O in the Compositional Range of “Crystalline” Glasses. Glasteknisk Tidskrift. 34 (3) 1979. 61-65
  2. Nous misons sur le test de la soudure trident pour tous les tests de compatibilité ou de disparité thermique. Il est bien plus précis que les tests du fil ou les dilatomètres. Hagy H.E., The Trident Seal- A Rapid and Accurate Expansion Differential Test. J. Am. Ceram. Soc. 62 (1972) 60-62
  3. Examinées par Integrex Testing, une division du laboratoire Owens Corning Inc. Les tests ont été réalisés sur du verre fraîchement fondu affiné après le dernier chargement pendant six heures à 1310°C (2390°F) dans un pot sur pieds.
  4. Nous recommandons que de l'air actif nettoie l'interface entre l’unité d’alimentation électrique et les éléments ou les raccordements de l’électrode.

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