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La présente invention est relative à la fusion continue du verre dans un four à bassin; elle concerne directement le stade de la fusion qui se déroule entre la zone d'affinage et le compartiment'; ou enceinte de tra- vail.
On sait qu'au cours de ce stade, on refroidit la masse de verre af- finé suivante processus lui conférant l'état thermique le mieux adapté au mode de travail. C'est pourquoi, ce stade est généralement dénommé "condi- tionnement thermique du verre en vue du travail" et la zone d'un four à bas- sin dans laquelle il se déroule porte le nom de zone de conditionnement ther- mique.
La présente invention vise, de manière générale, le conditionne- ment thermique du verre en vue de son étirage sous la forme d'une feuille con- tinue à partir de la surface libre du bain, que le bain d'étirage présente une faible profondeur comme dans le procédé LIBBEY-OWENS, ou que le bain soit profond comme dans le procédé PITTSBURGH. L'invention présente aussi de l'intérêt pour les autres procédés d'étirage du verre en feuille,notam- ment ceux dans lesquels la feuille qu'on étire de manière continue est for- mée au contact d'une pièce en matériaux réfractaire, appelée débiteuse, qui flotte à la surface .du bain d'étirage.
Dans la mise en oeuvre actuelle des procédés connus, le 'bain de verre se refroidit de manière importante dans la zone de conditionnement thermique en rayonnant sur les maçonneries de la superstructure, notamment sur la voûte. Il est connu que cette:déperdition calorifique par rayonne- ment vers le haut a les deux conséquences suivantes : - la surface du bain se trouve aune température inférieure à la température des couches sous-jacentes; - le long de toute verticale, il existe, dans le bain, un maximum de température qui se trouve à une certaine profondeur et il existe une sur- face géométrique (assimilable à un plan dans la partie centrale du bain) qui est le lieu des points où la température est maximum.
La demanderesse a constaté que des échanges thermoconvectifs s'éta- blissent dans la zone comprise entre la surface (ou couche) de température maximum et la surface libre horizontale du bain.
De tels échanges ont pour effet de créer à l'intérieur et à la surface du bain de verre de bru squesvariations locales de températures qui se traduisent, au moment de l'étirage du verre, par des irrégularités d'épaisseur de la feuille de verre obtenue, c'est-à-dire par des dénivellations ou ondulations de sa surface. @ @
Ces échanges thermo-convectifs sont fonction du gradient de tem- pérature existant entre la couche de température maximum et la couche su- perficielle du bain.
Parmi les divers facteurs dont dépend ce gradient, on peut men- tionner : - les propriétés d'absorption et de rayonnement du verre; - l'isolement thermique de la voûte; - la profondeur du bain ='qui est un facteur très important car lorsque, pour des considérations techniques de fabrication, on est dans l'obligation de diminuer la profondeur du bain, le gradient de température précité peut augmenter notablement;cette augmentation est d'ailleurs, en général, un inconvénient de l'étirage à partir de la surface libre d'un bain de faible profondeur.
La présente invention a pour objet de supprimer les échanges ther-
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mo-convectifs dans le flux de verre qui alimente le compartiment de travail pendant que ce flux traverse sur une certaine longueur la partie de la zone de conditionnement thermique qui précède immédiatement le compartiment de travail.
La présente invention permet donc d'améliorer la planéité de la surface des feuilles de verre produites à partir d'un bain d'étirage alimen- té par un tel flux de verre.
Conformément à l'invention, on s'arrange pour faire disparaître dans ce flux de verre la couche de température maximum qui s'y établit dès l'origine duconditionnement thermique à une certaine profondeur au-dessous de la surface libre horizontale et qui y subsiste habituellement jusqu'à la fin du conditionnement thermique.
En d'autres termes, l'objet de l'invention est atteint en faisant en sorte que la température n'aille pas en augmentant lorsqu'on pénètre verticalement dans le flux de verre à partir de sa surface;soit que la tem- pérature décroisse le long d'une verticale, soit qu'elle demeure sensible- ment constante dans une certaine tranche horizontale à partir de la surface et décroisse ensuite le long d'une verticale.
On comprend aisément que, par l'application de l'invention, on écarte, du fait de la répartition des densités et du régime d'écoulement la- minaire du verre dans le bain, le risque de mouvements convectifs juxtapo- sant des veines et des plages qui présentent des écarts relativement impor- tants de température et l'on évite, par conséquent, les inconvénients bien connus qui en découlent lors de 1 retirage.
Le procédé conforme à l'invention consiste essentiellement à - faire traverser au flux de verre en mouvement vers le compartiment d'é- tirage, avant son entrée dans ce compartiment... une chambre de profondeur re- lativement faible, dans laquelle la dépertition calorifique de ce flux vers le haut par l'intermédiaire des maçonneries de superstructure qui le couvrent et la déperdition calorifique de ce flux par les parois qui le contiennent latéralement sont pratiquement supprimées, en même temps que l'on crée par le fond une déperdition calorifique réglable permettant d'annuler le gradient de température qui existait dans ce flux avant son entrée dans la chambre ou de lui substituer un gradient de sens inverse de grandeur variable.
Les pertes de chaleur ne se faisant plus que par la partie in- férieure du flux de verre, elles tendent à instaurer dans ce flux un gra- dient de température (gradient secondaire) opposé au gradient (gradient primaire) qui y existait avec l'entrée dans la chambre. On conçoit aisément qu'en réglant ces pertes de chaleur,ce gradient secondaire puisse : - soit simplement diminuer l'intensité du gradient primaire ; - soit l'annuler; - soit encore imposer un gradient résultant de même sens que le gradient secondaire, c'est-à-dire faire qu'à la sortie de la chambre confor- me à l'invention, la surface libre du flux de verre se trouve à une tempé- rature plus élevée que celle des couches sous-jacentes.
La réduction aussi complète que possible de la déperdition calo- rifique, par les maçonneries de superstructure et par les parois latérales du flux de verre contenu dans la chambre, conforme à l'invention, dite de modification du gradient thermique, ne pose aucun problème délicat, ne sou- lève aucune difficulté d'exécution,, étant donné que le domaine des tempéra- tures en cause est de l'ordre de 1000 à 1200 C environ. C'est là une questïor de calorifugation banale bienconnue ne mettant en eouvre que des matériaux
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calorifuges courants.
Il faut souligner que la calorifugation des parois verticales qui contiennent latéralement le verre ne saurait amener une augmentation appré- ciable de la corrosion, étant'donné la température relativement basse du ver- re.
D'un autre côté, pour créer les pertes de chaleur par le fond de la chambre, pertes qui neutralisent ou inversent le gradient primaire préexis- tant,divers moyens peuvent être employés i
1 on converse à ce fond son épaisseur habituelle et l'on prati- que l'une ou l'autre des deux variantes suivantes ; a) les matériaux constituant le fond sont'du type silico-alumineux ordinaire et présentent une conductibilité thermique relativement faible: on active alors le refroidissement de leur surface extérieure par soufflage d'air ou par contact avec des water-jackets;
b) les matériaux constituant le fond sont du type électro-fondu à base-de mullite, de mullite et de zircone ou de corindon et présentent une conductibilité thermique nettement plus élevée que ceux mentionnés précédem- ment, on peut alors soit laisser simplement intervenir le déperdition calo- rifique naturelle à l'air ambiant, soit aumenter cette déperdition par souf- flage d'air;
2 on réduit de manière importante l'épaisseur du fond et on asso- cie éventuellement à cette première mesure des moyens augmentant,la déperdi- tion calorifique naturelle (soufflage d'airécrans refroidisseurs, etc...)
L'efficacité des moyens mentionnés sous 1 est relativement mo- dérée et l'on meten oeuvre, de préférence, le moyen indiqué en dernier lieu, c'est-à-dire la réduction de l'épaisseur du fond,
C'est pourquoi, conformément à une caractéristique importante de l'invention, au lieu de donner aux blocs, qui constituent le fond de la chambre précédant le compartiment de travail, l'épaisseur habituelle qui est voisine de 30 centimètres, on réduit leur épaisseur à 20 centimètres, à 15 centimères ou même moins.
La face extérieure du fond de la chambre est alors portée à une température à laquelle les pertes par rayonnements sont importantes. Il est alors possible de régler ces pertes par rayonnements au moyen de refroidisseurs à circulation d'eau placés à distance variable du fond,
La diminution de l'épaisseur du fond est évidemment sans incon- vénient en ce qui concerne les fuites'possibles par les joints des blocs réfractaires car la charge de verre dans la; chambre est faible et le refroi- dissement par rayonnement est énergique.
Il oonvient de mentionner, en outre, que le fait d'annuler prati- quement la déperdition calorifique par les superstructures Et par les parois latérales permet' de régler les pertes par le fond de la chambre avec la mar- ge de sécurité désirable au regard de la dévitrification.
Le procédé selon l'invention s'adapte particulièrement bien à l'é- tirage à partir de la surface libre d'un bain de faible profondeur, la chambre de modification du gradient thermique conforme à l'invention ayant une profondeur s'harmonisant avec celle du récipient d'étirage; cependant ainsi qu'on l'a exposé ci-dessus, l'invention peut également s'appliquer lorsque le bain d'étirage est profond, l'étirage pouvant être effectué soit à partir de la surface libre du bain comme lans le procédé PITTSBURGH, soit à partir de la fente d'une pièce réfractaire flottant à la surface comme dans le procédé FOURCAULT.
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Dans ces deux procédés, à bain d'étirage profond, la chambre di- te de modification du gradient thermique .communique avec la partie supérieu- re du bain d'étirage. Comme le flux de verre qui pénètre dans le bain d'éti- rage apporte plus de verre qu'il n'en passe dans la feuille qu'on étire, il y a lieu de raccorder par un canal la partie inférieure du bain d'étirage avec la partie profonde de la zone de conditionnement thermique afin que puisse s'établir un courant de retour passant sous la chambre de modifica- tion du gradient et dirigé de la chambre d'étirage vers la zone de fusion du four.
Il existe alors un espace vide entre la chambre de modification du gradient thermique et le canal de retour du verre ; dans cet espace vide que sont installés les moyens de refroidissement chargés d'agir sur la surface extérieure du fond de la chambre de modification du gradient thermique.
Selon l'invention, le flux de verre qui alimente le bain d'étira- ge est tel que la température de sa surface n'est pas inférieure à celle des couches sous-jacentes. Ce flux de verre est ainsi exempt de courants thermo-convectifs et il n'existeri à son intérieur, ni à sa surface de brus- ques variations de la température.
Lorsqu'il est soumis ultérieurement à l'action des organes refroi- disseurs qui forment le pied de la feuille, il se produit (et ceci plus par- ticulièrement dans le cas de l'étirage à partir de la surface libre) dans les couches qui vont s'engager dans la feuille, un gradient de température favorable, en principe, à des courants thermo-convectifs, mais le brusque raffermissement du verre de ces couches par lesdits organes refroidisseurs freine alors énormément ces courants. En définitive, il ne se produit rien de fâcheux pendant le temps relativement court de l'incorporation de ces couches dans la feuille.
La longueur et la profondeur de la chambre de modification du gra- dient thermique, conforme à l'invention, sont fonction d'un grand nombre de facteurs, parmi lesquels on peut citer la vitesse du flux de verre qui la traverse et la productionde verre à assurer. Pour fixer les idées, dans le cas d'une machine LIBBEY-OWENS, étirant 45 tonnes par 24 heures de verre en feuille de 300 centimètres environ de largeur à partir d'un bain d'éti- rage de 15 centimètres de profondeur environ, la chambre de modification du gradient thermique peut avoirune profondeur comprise entre 20 et 40 centi- mètres environ, et une longueur comprise entre 300 et 400 centimètres envi- ron.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de mise en oeuvre de l'inven- tion, représentés sur le dessin annexé sur lequel : la figure 1 représente, en coupe longitudinale axiale, une chambre de modification du gradient thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans le cas où l'on étire la feuille sur un bain de fai- ble profondeur par exemple selon le procédé LIBBEY-OWENS; . la figure 2 est, à plus grande échelle, une coupe par II-II de la figure 1 ;
la figure 3 représente, en coupe longitudinale axiale, une cham- bre de modification du gradient thermique selon un deuxième mode de réalisa- tion de l'invention et un canal de retour du verre, dans le cas où l'on étire la feuille sur un bain de grande profondeur, par exemple selon le pro- cédé PITTSBURGH; la figure 4, enfin, est, à plus grande échelle, une coupe par IV-IV de la figure 3.
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En se référant d'abord à la figure 1, on voit que le flux de verre, qui a traversé le compartiment 1de grande profondeur de la zone de condi- tionnement thermique, traverse de gauche à droite, suivant la direction de la flèche f, la chambre 2 de modification du gradient-thermique, puis va ali- menter le bain d'étirage. 3. A partir de la surface libre 4 de ce bain, on étire verticalement et de manière continue) 'la feuille F qui est pliée sur le rouleau plieur 5.
En traversant la chambre 2, dans laquelle se produit, selon l'in- vention, la modification du gradient thermique primaire préexistant, le flux de verre qui se rend à l'étirage suivant la flèche f est en contact avec le fond 6 de faible épaisseur qui se raccorde avec le fond 7 du pot d'étira- ge par le plan incliné 8. A l'autre extrémité, le fond 6 se raccorde avec le plan incliné 9 qui se trouve à la partie supérieure du mur d'extré- mité du compartimentsde grande profondeur 1.
En se référant maintenant également à la fig. 2,on voit que le fond 6 repose sur de petits fers 1 longitudinaux 3 la. supportés par des fers
I transversaux 31 qui, par l'intermédiaire d'autres fers 1 longitudinaux
31b prennent appui sur les colonnes 34.
Le fond 6 de la chambre de modification du gradient thermique est constitué par des blocs réfractaires 6a ayant une épaisseur qui n'est pas le tiers environ de celle des parois 15 qui contiennent latéralement le flux de verre. Ces parois latérales 15 sont calorifugées soit par des briques isolantes, soit par un entourage de manière de faible densité apparente. Par exemple, ces parois latérales sont entourées sur les deux faces par un ma- telas 30 de matière calorifuge (laine de laitier, bourre d'amiante , etc.) contenue dans un coffrage 30a en tôle métallique (en tôle d'aluminium par exemple).
Des refroidisseurs à circulation d'eau sont placés sous le fond 6; sur la figure 2, on a représenté trois refroidisseurs, à savoir un grand refroidisseur 10a pour la partie centrale du fond et deux petits refroidis- seurs.10 pour les extrémités de celui-ci. Ces refroidisseurs 10, 10a sont suspendus et on peut les déplacer verticalement et modifier leur inclinai- son sur l'horizontale grâce à des poulies 32 fixées sur les fers 31 et aux contrepoids 33. On peut ainsi faire varier le refroidissement par le rayon- nement que ces refroidisseurs exercent sur le fond 6.
Le flux de verre qui traverse la chambre 2 est couvert par la voû- te 11 qui reçoit une double calorifugation grâce à une voûte 12 en briques réfractaires isolantes et grâce à une couche épaisse 13 en une matière oalo- rifuge telle que le Kieselguhr ou la laine de laitier maintenue latéralement par un coffrage 14.
Les voûtes 11 et 12 sont supportées de la manière classique. L' intervalle entrées murs latéraux 15 et la voûte 11 est comblé par des bri- ques de calage isolantes 35.
Dans sa partie 1 de grande profondeur, la zone de conditionnement thermique est couverte par la voûte 16 d'épaisseur habituelle
A l'entrée de la chambre 2, cette voûte s'arrête contre la maçon- nerie 17 qui surmonte la voûte surbaissée 18
On n'a volontairement pas représenté au-dessus du bain d'étira- ge 3 les maçonneries ainsi que les pièces réfractaires qui le recouvrent ha- bituellement. On a également supprimé sur le dessin les refroidisseurs de formation du pied de la feuille F ainsi que d'autres accessoires connus.
On s'est borné à schématiser la feuille F et le rouleau plieur 5 dans le cas de la mise en oeuvre du procédé LIBBEY-OWENS.
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Dans le mode de réalisation des fig.3 et 4, on a conservé les mê- mes nombres de référence pour des éléments équivalents.
'En se référant d'abord à la fig. 3, le flux de verre traverse de gauche à droite la chambre 2 de modification du gradient thermique,'comme indiqué par'la flèche fEn sortant de la chambre 2, ce flux alimenté le bain d'étirage 19 qui est profond. Une partie de.ce flux'passe dans la feuille F qui est étiréeà partir de la surface 4 au-dessus de la barre d'étirage 21 selon le procédé PITTSBURGH. Le surplus de ..ce flux provoque le'déplace- ment d'un certain volume de verre vers la chambre 1 à travers le canal 20, comme ind que sonématiquement par la double flèche f'.
La chambre 2 a pour caractéristique essentielles d'être de faible profondeur -et de comporter un fond 6 de faible épaisseur qui est constitué par des dalles 6a et qui est supporté par des fers I (de nombre de référence 22) s'étendant sur toute la largeur, le fond 6 et les fers 22 qui le sup- portent étant refroidispar rayonnement au moyen des tubes 23 à circulation d'eau.
Des tubes supplémentaires à circulation d'eau peuvent éventuelle- ment être placés entre les fers 22 afin d'activer le refroidissement du fond 6.
Les fers 22 passent à travers des échancrures 24 pratiquées dans les murs latéraux 25 de l'enceinte comprise entre le canal 20 et la cham- bre 2 et sont liés aux armatures d'ancrage, tandis que les tubes 23 passent à travers des ouvertures 24a pratiquées dans ces mêmes murs 25 au-dessous des assises des fers 22.
Le canal 20 de retour du verre est limité vers le haut par l'arc de voûte 28 qui est couvert par une couche de briques isolantes 29 afin de rendre négligeable le refroidissement que les tubes 23 exercent sur la voûte 28 et par suite sur le courant de retour qui circule au contact de son intrados.
Le canal 20 de retour est limité vers le bas par la sole 36 et par les murs latéraux 37.
Les murs 26 et 27 reposent sur l'arc de voûte 28.
La chambre 2 est couverte, comme dans le premier mode de réalisa- tion, par une voûte 11doublement calorifugée et ceci au moyen de la voûte en briques isolantes 12 et de la couche épaisse 13 de Kieselguhr ou de la laine de laitier.
On réduit la déperdition calorifique des parois latérales 15 de la chambre 2 par un matelas de matière calorifuge 30 contenu dans un coffra- ge métallique 30a.
Afin de ne pas compliquer inutilement la figo 3, on a renoncé à représenter les diverses pièces réfractaires qui recouvrent habituellement la surface libre du bain d'étirage 19 ou qui baignent dans ce bain.
De même, on n'a pas jugé utile de représenter les refroidisseurs servant à former le pied de la feuille F ainsi que les divers organes connus qui guident la feuille F et ses bords au début de son ascension verticale.
Du fait de la présence de la barre immerge 21, la fig. 3 se réfère au procédé PITTSBURGH mais il est évident que la chambre 2 représentée sur cette figure et sur la fig. 4 peut également être mise en oeuvre pour modifier le gradient thermique du flux du verre aLimentant un bain 19 compor- tant une débiteuse flottant à sa surface comme dans le procédé FOURCAULT.
Il est bien entendu qu'on peut apporter aux modes de réalisation
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décrits et représentés divers changements, perfectionnements ou additions, ou remplacer certains dispositifs par des dispositifs équivalents, sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention.