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Moulage de feuilles de verre.
La présente invention concerne les feuilles de verre dont les faces possèdent le "poli au feu" ainsi qu'une planéité excellente et dont les bords sont arrondis et polis.
De telles feuilles sont employées pour vitrer les voi- tures automobiles , elles sont aussi utilisées comme miroirs après qu'une des faces a reçu un dépôt réfléchissant, une argen- ture par exemple.
Actuellement, ces feuilles sont prélevées par découpe dans des rubans continus dont les faces possèdent le "poli au feu" et une planéité excellente, les bords bruts de coupe étant
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ensuite arrondis,par taille puis polis mécaniquement.
Certes, les frais de découpe ne sont pas négligeables, mais ils sont faibles comparativement aux frais de taille et de polissage des bords, habituellement dénommés "joints" en langage du métier.
Dans le cas des feuilles de superficie relativement faible qui servent de vitrage aux voitures automobiles, ces frais représentent une fraction importante du prix de revient total.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir, à un prix de revient plus bas que par les techniques actuelles, des feuilles de dimensions et de forme déterminées dont les !'aces possèdent le "poli au feu" ainsi qu'une planéité excellente et dont les bords sont arrondis et polis, cette dimi- nution du prix de revient étant obtenue en supprimant la découpe ainsi que la taille et le polissage mécanique des bords.
Le procédé objet de la présente invention consiste:
1 ) à introduire en atmosphère non oxydante du verre li- quide sur le fond plat et horizontal d'un moule chauffé qui est fait d'un matériau qu'il ne mouille pas,le volume de verre in- troduit n'étant pas inférieur au produit de la surface du fond du moule par l'épaisseur que prendrait, à l'équilibre , du verre qu'on laisserait s'étaler librement, sans contact latéral, sur le fond du moule à la température et dans l'atmosphère en ques- tion;
2 ) à laisser le volume de verre introduit dans le moule s'étaler sous l'effet de la gravité et de la tension super- ficielle de manière à former une couche d'épaisseur uniforme et dont les bords à surface'arrondie, sont en contact de tous les côtés avec la surface intérieure.de l'entourage du moule,qui comme le fond du moule, est fait d'un matériau que le verre ne mouille-pas;
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à raffermir rapidement sous la forme d'une feuille plastique la couche de verre d'épaisseur uniforme ayant le même contour horizontal que le moule;
4 ) à extraire cette feuille du moule et à la déposer à la surface d'un bain de métal fondu au-dessus duquel règne une atmosphère non oxydante;
5 ) àv maintenir la feuille à l'état plastique pendant le temps nécessaire pour que disparaissent les défauts de planéi- té de ses faces ;
6 ) enfin, à,refroidir progressivement la feuille suffi- samment puis à la transférer et à la recuire dans une galerie de recuisson sans endommager ses faces;
On voit que le procédé ci-dessus, comprend deux opérations fondamentales : - d'une part, le moulage d'un volume suffisant de verre sous la forme d'une feuille de dimensions et de contour bien déterminés et à bords arrondis par les seules interventions de la 'gravité et de la tension superficielle ; - d'autre part, le nivellement des défauts de planéité des faces de la feuille moulée, notamment ceux de la face infé- rieure, par le maintien de la feuille à l'état plastique à la surface d'un bain de métal fondu.
Il est question plus loin d'une variante du procédé ci-dessus dans laquelle le transfert de la feuille plastique depuis le moule' jusqu'à la surface de métal fondu et le nivelle- ment des défauts de planéité des faces ne sont pas nécessaires, cette simplification étant obtenue en adoptant comme fond de moule la surface même. du bain de métal fondu.
Le demandeur a constaté qu'un volume de verre liquide versé sur une surface horizontale qu'il ne mouille pas prend à l'équilibre, en s'étalant, sans contact matériel latéral,sous l'effet de la gravité et de la tension superficielle, une épais-
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seur voisine de 6 millimètres lorsque la tensicn superficielle a une valeur de l'ordre de 350 dynes par centimètre et lorsque la densité a pour valeur 2,50 environ.
Lorsque, la densité conservant la même valeur, la va- leur.de la tension superficielle est de 300 dynes par centimètre environ, l'épaisseur en question est voisine de 5,5 millimètres.
Il convient de noter que cette épaisseur d'équilibre varie peu en fonction de la température lorsque cette dernière reste comprise entre 1000 et 1300 C.
En désignant par e l'épaisseur d'équilibre et par S' la surface du fond de moule, le volume de verre à introduire à l'intérieur du moule pour que, après son étalement, ce moule soit couvert intérieurement d'une couche d'épaisseur uniforme ayant le même contour que lui, ne doit pas être inférieure à S x e si l'on néglige, en première approximation,le faible volume compris entre la surface arrondie des bords de la couche et la surface intérieure de l'entourage du moule.
Pour mieux comprendre ce qui précède, il est indiqué de se reporter à la figure 1 du dessin ci-annexé sur laquelle on a représenté, en coupe verticale, le.zone marginale 4 d'une couche 3 formée par libre étalement d'un volume de verre li- quide ne mouillant pas la surface plane et horizontale 2 du fond de moule 1 sur lequel il a été versé.
L'épaisseur d'équilibre de la couche est désignée par la lettre e ,le bord arrondi est représenté par la courbe a b c.
Il est évident que le volume compris entre le bord arron- di et le plan vertical passant par b est faible comparativement au volume de la feuille.
Dans le cas où la couche est en contact avec la surface intérieure 6 d'un entourage 5 (représenté en trait interrompu) la-zone marginale 4 présente un certain aplatissement (non repré- senté) au voisinage de b étant donné que l'angle de raccordement
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du verre avec cet entourage n'est pas nul mais le changement de forme qui en résulte pour la zone marginale est pratiquement sans importance.
Il convient de remarquer ici que les dimensions de la couche moulée à chaud et les dimensions à la température ambiante de la feuille recuite résultant de la solidification de cette couche différent sensiblement car la contraction des verres sodo- calciques industriels entre la température de moulage et la tem- pérature ambiante est relativement importante.
Il doit donc être entendu que pour avoir,à la température ambiante, une feuille ayant les dimensions voulues, il faut donner à l'entourage du moule des dimensions intérieures à ,froid tenant comp. de la dilatation du matériau dont cet entourage est fait et tenant compte aussi de la contraction du verre.
En désignant par L une des dimensions de la feuille à la température ambiante, par lm l'allongement d'une telle lon- gueur de moule de la température ambiante à la température de mou- lage; par lv la contraction linéaire du verre de la température de moulage à la température ambiante, la dimension à donner au moule à la température ambiante est : L - lm + lv. L'épaisseur étant faible comparativement aux dimensions superficielles,sa variation de la température de moulage à la température ambiante est pratiquement négligeable.
Pour mouler des feuilles suivant le procédé de l'inven- tion, on utilise. du verre liquide à une température générale- ment comprise entre 1300 et 1300 C, c'est-à-dire possédant une viscosité comprise approximativement entre 102,5 et 104,5 poises.
Ce .verre est, de préférence, produit dans un four à bassin.
Dans une fabrication discontinue, on y prélève le verre à mouler au moyen d'outils adéquats, tels que des "poches" de volume bien déterminé et dont la surface intérieure n'est pas mouillée par le verre.
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Le moule dans lequel on verse le verre liquide est géné- ralement en graphite; 'il comprend un fond et un entourage de faible hauteur reposant sur lui et qui limite par sa surface intérieure le contour des couches de verre qui s'y étaleront.
Le moule est chauffé afin de faciliter l'étalement du 'verre liquide. On évite la détérioration du moule en le plaçant dans une enciente de chauffage pourvue d'une atmosphère non oxy- dante.
Dès que l'étalement du verre est terminé, on raffermit rapidement la couche de verre d'épaisseur uniforme contenue dans le moule, de préférence par rayonnement en plaçant au-dessus d'elle un refroidisseur à circulation d'eau.
Ayant ainsi obtenu une feuille de verre plastique,on re- tire l'entourage du moule et l'on fait glisser la feuille sur la surface d'un bain de métal fondu (généralement de l'étain) surmonté d'une atmosphère non oxydante (généralement de l'azote pur ou un mélange d'azote et d'hydrogène).
Le bain de métal fondu comporte une zone chauffée où la feuille est maintenue pendant lui certain temps au ramollisse- ment afin que sous l'effet de la tension superficielle lerain du fond de moule en graphite qui s'est imprimé sur sa face infé- rieure disparaisse.
Faisant suite à la zone de chauffage, le bain de métal fondu comporte une zone de refroidissement dans laquelle on raffermit suffisamment la feuille avant de l'enlever de la surface du bain et pour l'engager sur les rouleaux porteurs d'une galerie de recuisson.
De ce qui. précède,il résulte que le procédé selon l'in- vention permet de fabriquer des feuilles de contour donné possé- dant des faces planes et polies ainsi que des bords arrondis et polis en évitant les frais de découpa et les frais de façonnage des bords.
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Les feuilles ainsi obtenues ont une épaisseur minimum déterminée qui dépend étroitement des valeurs de la tension super- ficielle et de la densité du verre.
.Il se trouve que les verres sodo-calciques habituellement utilisés pour fabriquer industriellement les feuilles à vitrer et les miroirs ont, sur des surfaces horizontales qu'ils ne mouillent pas des épaisseurs d'équilibre comprises entre approxi- mativement 5,5 et 6,5 mm, limites entre lesquelles se trouve l'é- paisseur courante des vitrages pour automobiles et des feuilles pour la miroiterie.
Il est bien évident que le procédé selon l'invention permet de mouler à l'intérieur d'un même moule des feuilles d'é- paisseur supérieure à celle indiquée ci-dessus sans autre inciden- ce qu'une légère modification du profil des bords.
Dans ces conditions, le nouveau procédé décrit précédem- ment a devant.lui de belles perspectives.
Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, ce procédé connaît une importante simplification et un mode de réalisation particulièrement avantageux ou semi-continu lorsque le moulage des feuilles s'effectue dans un moule dont le fond est constitué par la surfacehorizontale d'un bain de métal fondu. Il suffit, alors, de poser sur ce bain un cadre en graphite (ou d'un autre matériau réfractaire non mouillé par le verre) de dimensions vou- lues et de faible hauteur pour disposer d'un moule permettant,une fois le moulage terminé, de déplacer commodément la feuille à la surface du bain de métal fondu au cours des opérations de re- froidissement.
Le moulage en semi-continu peut, alors, s'effectuer de la manière suivante:
On dispose d'un bain d'étain fondu à l'intérieur d'une enceinte à atmosphère non oxydante,la température décroissant d'une extrémité à l'autre.
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Une goulotte d'écoulement du verre liquide,revêtue intérieurement d'un matériau réfractaire quele verre ne mouille pas, pénètre dans l'enceinte du côté où la température est la plus élevée. Par cette goulotte s'écoule périodiquement, grâce à un distributeur approprié, le volume de verre nécessaire à l'obten- tion d'une couche occupant toute la surface horizontale comprise à l'intérieur du cadre et ayant l'épaisseur d'équilibre dont il a été question précédemment.
Dès que le volume de verre liquide s'est sommairement étalé,le cadre de graphite est déplacé à la surface du bain de la position de coulage à la position dite de fin d'étalement et cède la place à un nouveau cadre qui est mis en place en position de couplage.
Dans les derniers instants de stationnement à la position de fin d'étalement, la couche de verre d'épaisseur constante qui se trouve à l'intérieur du cadre est rapidement raffermie par rayonnement au moyen d'un écran d'eau placé au-dessus et à proxi- mité d'elle.
' Le cadre contenant la feuille moulée occupe ensuite plu- .sieurs positions où,elle demeure plastique et où la planéité de , ses faces se stabilise. Elle est ensuite progressivement raffermie 'puis libérée de son'cadre avant d'être engagée dans la galerie de' recuisson.
Afin d'augmenter le rendement 'le la fabrication,une 'même goulotte d'écoulement peut moyennant une faible rotation osciller entre deux positions et alimenter périodiquement deux .lignes de moules parallèles à la surface d'un même bain de métal fondu.
Il est clair qu'un même four peut alternativement alimenter deux.goulottes et, par conséquent, alimenter 4 lignes de moules. Ainsi, on assure un écoulement quasi continu du verre affiné produit par un bassin.
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On voit qu'à partir d'un four fondant 200 tonnes de verre affiné par 24 heures, il est possible de produire par le procédé selon l'invention, environ 50. 000 feuilles polies à bords arrondies de 6 mm d'épaisseur et dont la superficie moyenne est de 0,25 m2.
La présente invention sera mieux comprise en se reportant au dessin ci-annexé qui représente, à titre d'exemples non limita- tifs et de manière schématique, des dispositifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention et sur lequel : la Fig.l représente une coupe verticale de la zone . marginale d'une couche de verre liquide produite par le libre éta- lem t d'un volume de verre déposé sur une surface plane et hori- zontale qu'il ne mouille pas; la Fig. 2 représente la coupe verticale longitudinale d'une installation produisant des feuilles moulées par "va et vient" d'un seul moule monté sur chariot ; la Fig. 3 représente la coupe verticale longitudinale d'une installation à une ligne de moules qui fonctionné en se:ni- ' continu;
la Fig., représente en coupe verticale partielle deux cadres en graphite réunis par un cavalier et entourant chacun, une feuille moulée sur un fond constitué par la surface d'un bain d'étain.
Considérant la fig.l,il y a lieu de compléter ce qui a été dit précédemment,en signalant que la courbe a b c se raccorde tangentiellement en@a avec la face supérieure de la couche 3 alors que le raccordement en c avec sa face inférieure se fait sous un certain angle. La légère dissymétrie de la courbe a b c est sans inconvénient pratique.
Sur la fig.2, l'installation comprend:
1- un compartiment 7 d'écoulement et d'étalement du verre à l'intérieur du moule;
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2 - un compartiment 8 de raffernissement de la couche uniforme de verre liquide obtenue précédemment;
3 - un compartiment 9 à l'intérieur duquel on bascule le chariot après avoir retiré l'entourage du moule; 4 - un compartiment 10 comportant un plan incliné en graphite sur lequel on fait glisser la feuille depuis le fond de moule jusqu'au bain de métal fondu;
5 - un compartiment 11 où la feuille demeure pendant un certain temps au ramollissement alors qu'elle repose sur le bain de métal fondu;
6 - un compartiment 12 où la feuille est refroidie avant d'être transférée dans une galerie de recuisson.
Dans les 3 compartiments 7, 8 et 9 qui sont séparés par les écrans 13 en maçonnerie, le moule comprend un fond de moule 1 et un entourage 5 en graphite qui sont portés par un chariot 14.
En roulant sur les rails 15, il est amené successive- ment du compartiment 7 dans.le compartiment 8, puis dans le com- partiment 9 et revient ensuite dans le compartiment 7.
Dans le compartiment 7 chauffé par les résistors 16, on verse à l'intérieur du moule du verre liquide 17 au moyen d'une poche 18 de volume bien déterminé qui est revêtue intérieurement de graphite afin que tout le verre qu'elle contient s'en écoule.
Dans le compartiment 8, la couche uniforme de verre li- quide qui s'est formée dans le moule est raffermie au moyen de l'écran d'eau 19.
Dans le compartiment 9, l'entourage 5 du moule est soulevé au moyen de crochets 20 qui s'engagent dans des logements latéraux.
La feuille plastique 3 n'est plus, alors, maintenue sur son pourtour et, après avoir fait basculer le chariot 14 au moyen d'un dispositif non représenté, pour l'amener dans la position figurée en trait discontinu, on engage cette feuille sur
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le plan incliné en graphite 21 sur lequel elle glisse pour aller se mettre en place dans le compartiment 11, à la surface du bain d'étain 22.
Ce compartiment est chauffé par des résistors'23 placés au-dessus du bain et par les résistors 24 noyés dans le bain d'é- tain.
Dans le compartiment 12, la feuille 3 est suffisamment refroidie avant d'être transférée sur la fourche.coudée 25 dans une galerie de recuisson non représentée..
Au.moyen des tubes 26 répartis le long de l'installa- tion, on fait pénétrer dans les divers compartiments de l'azote pur ou un mélange d'azote et d'hydrogène afin d'y maintenir une atmosphère non oxydante.
Sur la Fig.3, l'installation de moulage comprend essen- tiellement une enceinte 27, un bain d'étain fondu 28 et une ligne de cadres 29 en graphite se déplaçant d'une extrémité à l'autre de l'enceinte à la surface du bain,les cadres étant reliés les uns aux autres par des cavaliers'30 en matériau réfractaire.
Au-dessus du bain,'on distingue 4 compartiments:
1 - le compartiment 31 dans lequel le verre liquide 32 s'écoule de la goulotte 33 sur la partie de la surface au bain d'étain isolée par le cadre 29.
La goulotte 33, dont la surface intérieure est en gra- phite, se trouve à l'intérieur du conduit 34 où règne une atmosphère non oxydante.
Le compartiment 31 est chauffé par des résistors 35 placés au-dessus du bain d'étain et par des résistors 36 noyés dans ce bain.
2 - Le compartiment 37 dans lequel le verre liquide versé à l'intérieur du cadre finit de s'étaler.
Dans les derniers instants de son séjour dans ce
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compartiment, la couche de verre liquide d'épaisseur uniforme, qui repose sur la surface du bain d'étain jouant le rôle de fond de moule, est raffermie par un écran d'eau 38 que l'en descend momentanément de la position au voisinage du plafond de l'enceinte qu'il occupe pendant la majeure partie du temps. -
Le compartiment 37 est délimité par deux écrans
39 en maçonnerie.
3 - Le compartiment 40, chauffé par les ,résistors 41 et dans lequel la planéité de la feuille plastique 3 se stabilise.
4 - Le compartiment 42 dans lequel s'effectue' le raffer- missement final avant recuisson . C'est dans ce compartiment qu'intervient le crochet 43 permettant de faire avancer périodi- quement la ligne des cadres 29.
Après l'enlèvement du dernier cavalier 30 et après le transfert dans la galerie de recuisson du dernier cadre 29 et de la feuille 3 qu'il entoure, le crochet 43 vient s'engager dans l'alvéole libéré de ?' vent dernier cadre et 1''amené à la position de transfert en déplaçant en même temps toute la ligne' des cadres à la surface du bain d'étain.
Deux dispositifs particuliers non représentés sur la
Fig. 3 complètent l'installation.
1 = un dispositif permettant d'enlever latéralement cadrés et feuilles par la porte 44 du compartiment 42 et de déposer celles-ci à l'entrée d'une ge.erie de recuisson;
2 - un dispositif permettant d'introduire latéralement les cadres l'un après l'autre, dans le compartiment 31 par la ' porte 45.
Par les tubes 46 répartie tout le long de l'installa- tion arrive le mélange d'azote et d'hydrogène qui crée l'atmosphè- re non oxydante indispensable.
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Sur la Fig.4,deux cadres successifs 29, qui reposent sur la surface du bain d'étain 28 dans le compartiment de re- froidissement, sont reliés par le cavalier 30, en graphite dont les extrémités recourbées pénètrent dans les alvéoles 47 ménagés dans les côtés transversaux 48 des cadres.
On voit que ces côtés transversaux, tout comme les côtés longitudinaux,ne sont pas Nouilles par le bain d'étain 28 qui joue, à l'intérieur des cadres, le rôle de fond de moule.
Du fait de la différence importante de contraction entre le verre et le graphite, il existe un faible jeu entre les cad et les bords arrondis des feuilles.
Le profil de ces bords ne s'écarte que peu du profil idéal schématisé par la courbe a b c de la fig.l.
Il est bien entendu que les modes de mise en oeuvre ci-dessus décrits ne présentent'aucun caractère limitatif et peuvent recevoir toute modification dési rable sans sortir pour cela du cadre de l'invention.