Traitement thermique de verre par immersion dans un bain fluidisé
calme à expansion uniforme.
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peuvent former isolément des pare-brise de véhicules motorisés ou constituer aes éléments de pare-brise stratifiés ou de feux latéraux ou arrière de tels véhicules ou encore servir à la fabrication d'assemblages de pare-brise pour avions et locomotives,
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per suivant l'invention d'autres articules en verre, par exemple articles en verre pressé ou soufflé.
On peut augmenter la résistance à la rupture d'un article
en verre par un processus de trempe consistant à porter le verre
à une température voisine de son point de ramolissement, puis à refroidir rapidement la surface du verre pour établir dans l'épaisseur du verre des gradients de température entre le milieu
et la surface. Ces gradients de température subsistent pendant que le verre franchit en refroidissent son point de déformation. Tl s'établit ainsi des contraintes de compression dans les couches superficielles de la feuille de verre et une contrainte de traction compensatoire au milieu de l'épaisseur du verre.
On opère habituellement ce durcissement ou trempe à l'aide d'air de refroidissement projeté uniformément sur les deux faces de la feuille de verre, mais il est difficile d'obtenir un haut degré de trempe à l'aide de courants d'air, notamment quand l' épaisseur des feuilles est de 3 mm ou moins. Si l'on tente d'augmenter la trempe d'une feuille de verre en augmentant le débit d'air de refroidissement, on risque de porter atteinte à la qualité optique des faces du verre et de déformer la feuille sous l'effet des jets d'air.
Un autre processus de trempe consiste à porter une feuille de verre à une température voisine de son point de ramollissement, puis à la plonger dans un liquide de refroidissement. Par cette méthode, on peut engendrer de fortes contraintes, les feuilles
de verre exigent un nettoyage après arrosage.
On a aussi proposé, pour tremper une feuille de verre, de la plonger après l'avoir chauffée dans un milieu formé, en pratique, d'une couche fluidisée de particules solides, par exemple sable,
à l'état bouillonnant ou libre dégagement de bulles.
Cette méthode n'a pas été, jusqu'à présent, appliquée industriellement.
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tentant d'opérer à l'aide d'une telle couche la trempe de verre réside dans l'importance du pourcentage de feuilles de verre
qui cassent pendant traitement dans la couche fluidisée. On pense
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contraintes de traction destructrices engendrées dans son bord menant du fait du refroidissement non uniforme subi par ce bord en pénétrant dans la couche de particules en état de bouillonnement ou de fluidisation agrégative.
Les pertes par casse de feuilles de verre sont particulièrement nombreuses lorsqu'on tente d'engendrer par trempe dans des
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4,0 mm, des contraintes élevées et leur fréquence rend le procédé inacceptable pour la fabrication industrielle de feuilles de verre trempé destinées à former, par exemple, des pare-brise
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mais encore important du point de vue économique, lorsqu'on tente
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On constate en outre qu'une couche fluidisée dans un état
de bouillonnement et de fluidisation agrégative, endommage les feuilles de verre chaudes qui y sont plongées, ceci par suite d'efforts irréguliers appliqués au verre du fait du bouillonnement. Il peut en résulter à la fois des déformations d'ensemble et des dommages superficiels localisés, les déformations d'ensemble apparaissant surtout pour des feuilles de verre d'une épaisseur faible, par exemple de 2 à 3 mm. Une déformation d'ensemble peut rendre difficile la réalisation de panneaux feuilletés ou stratifiés et les dommages superficiels peuvent rendre la qualité de la feuille inacceptable pour utilisation comme vitrage ou comme élément de vitrage feuilleté.
La présente invention repose sur la découverte qu'en utilisant une couche fluidisée au.gaz dans un état calme à expansion
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tendue des contraintes de trempe adéquates dans les feuilles de verre et on réduit'nettement les pertes résultant soit de casse dans la couche, soit de déformations ou de dommages superficiels, de sorte que le rendement en quantité est satisfaisant.
L'invention vise un procédé de traitement thermique de verre <EMI ID=13.1>
ticules fluidisée au gaz dans un état calme d'expansion uniforme de fluidisation particulaire' , pour assurer une transmission de chaleur entre les faces du verre et la couche fluidisée.
L'invention propose encore un procédé de traitement thermique de verre, consistant à porter le verre à une température supérieure à son point de déformation, puis à le plonger dans
une couche de particules fluidisée au gaz présentant, avant cette immersion, un ébat calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire.
L'invention concerne particulièrement la trempe de feuilles de verre et vise un procédé de trempe de feuille de verre consistant à chauffer la feuille, puis à descendre la feuille chaude dans la couche calme à expansion uniforme de particules. De préférence, on maintient la couche à une température de 30 à 150[deg.]C. On choisit cette température en fonction de l'aptitude des particules à la fluidisation et du niveau de contrainte à obtenir dans les feuilles trempées.
La couche de particules fluidisées dans un état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire servant à la mise en oeuvre de l'invention peut être définie par la vitesse à laquelle du gaz traverse la couche et par la hauteur prise par la couche à l'état expansé. L'état calme de fluidisation particulaire avec expansion uniforme apparaît entre une vitesse-limite basse, pour laquelle la fluidisation s'amorce, c'est-à-dire pour laquelle les particules entrent tout juste en suspension dans le courant ascendant de gaz uniformément réparti, et une vitesselimite haute, pour laquelle il y a expansion maximale de la couche, celle-ci demeurant toutefois délimitée en haut par une surface libre.
La vitesse-limite haute du gaz fluidisant.peut dépasser légèrement la vitesse pour laquelle on voit la première bulle nettement perceptible, par exemple de 5 mm de diamètre, venir crever la surface calme de la couche. Une ou deux bulles de ce genre peuvent être visibles à la vitesse-limite haute.
Pour une vitesse de gaz supérieure, il apparaît dans la couche un bouillonnement accusé et, quand celui-ci s'amorce, la hauteur de la couche s'affaisse partiellement.
L'opinion de la demanderesse est que, lorsqu'on arrose la feuille au moyen d'une couche fluidisée au gaz dans un état calme <EMI ID=14.1>
de traction transitoires éventuellement engendrées dans le bord menant de la feuille de verre, à la pénétration dans la couche fluidisée, ne sont pas assez accusées pour que la feuille de verre risque de casser.
En outre, du fait que la couche est sensiblement exempte de bulles, le verre chaud ne subit pas d'effort irréguliers qui risqueraient aussi de le casser, de le déformer pendant son refroidissement brusque ou d'endommager sa surface.
Antérieurement, on pensait que, pour obtenir uncoefficient élevé de transmission de chaleur entre une couche fluidisée et
un article plongé dans cette couche, il fallait maintenir la couche à l'état bouillonnant, afin que le mouvement rapide et continu des particules assure la transmission de chaleur entre l'article et l'ensemble de la couche. On pensait qu'il n'y aurait pas transmission de chaleur dans une couche calme, à particules moins mobiles. Or, on a constaté qu'on obtient des coefficients étonnament élevés de transmission de chaleur entre un article
en verre chaud et une couche particulaire fluidisée -plus froide dans un état calme d'expansion uniforme et dotée de caractéristiques choisies.
On constate qu'il apparaît une agitation thermique des particules uniformément fluidisées au niveau des faces du verre chaud, lorsqu'on plonge une feuille de verre chau� dans la couche, et que les particules fluidisées se déplacent plus vite et présentent plus de turbulence au voisinage des faces de la feuille
de verre que dans le reste de la couche. Il en résulte un prélèvement de chaleur rapide sur les faces du verre. On pense que les particules qui s'échauffent en passant près des faces de la feuille de verre s'écartent ensuite rapidement de celle-ci et cèdent de la chaleur à l'air fluidisant qui traverse le reste
de la couche.
Suivant un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention,
on règle le débit de gaz,- pour maintenir la couche fluidisée à l'état calme, en faisant arriver le gaz fluidisant dans la couche à travers une membrane qui lui fait subir une forte perte de charge.
Suivant l'invention, les particules formant la couche peuvent avoir une masse spécifique de 0,3 à 3,97g/cm3 et une grosseur moyenne de 5 à 120 microns et sont choisies propres à prendre <EMI ID=15.1>
disant traversant uniformément la couche à une vitesse de 0,045
à 5,61 cm/s.
La densité et la grosseur moyenne des particules constituent deux facteurs importants pour déterminer l'aptitude de particules à former la couche fluidisée dans un état calme d'expansion uni-
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particules propres à former une couche fluidisée dans un état calme d'expansion uniforme sous l'effet d'air fluidisant, à la température et sous la pression ambiantes normales, sont telles que le produit numérique de leur masse spécifique en g/cm3 par leur grosseur moyenne en microns, ne dépasse pas 220 environ.
Le degré de trempe communiqué à une feuille de verre par le procédé suivant l'invention dépend du coefficient de transmission de chaleur entre la couche fluidisée et la feuille de verre chaud plongée dans cette couche. Comme noté plus haut, il apparaît sur les faces du verre chaud une agitation thermique qui provoque
un prélèvement de chaleur rapide sur ces faces. Cependant les propriétés des particules elles-mêmes affectent aussi la grandeur du coefficient de transmission de chaleur.
Pour la trempe de verre plat sodocalcosilicique d'une épaisseur de 2,3 à 12 mm, on peut suivant l'invention porter le verre à une température de 610 à 680[deg.]C, le plonger dans une couche fluidisée dans ledit état calme, dotée d'une capacité thermique volumique comprise, pour une fluidisation minimale, entre 0,02
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température pouvant aller jusqu'à 150[deg.]C pour engendrer dans le verre une contrainte de traction médiane moyenne de 22 à 115 MN/ m2.
La grandeur maximale de la contrainte de traction médiane moyenne qu'on peut obtenir varie avec l'épaisseur du verre et avec le coefficient de transmission de chaleur. Par choix de particules convenables, on peut établir un coefficient de transmission de chaleur suffisante pour obtenir par trempe des contraintes médianes de traction atteignant 40 MN/m2 dans du verre de 2 mm d'épaisseur, 50 MN/m2 dans du verre de 3,0 mm d'épaisseur et 104 MN/m2 dans du verre de 12 mm d'épaisseur. On a même pu obtenir des contraintes de traction médianes encore supérieures, comme indiqué dans certains des exemples donnés ci-dessous.
L'invention vise encore un procédé de trempe de verre consis- <EMI ID=18.1>
couche fluidisée de particules ayant une structure particulaire non compacte de sorte que leur densité apparente est inférieure
à la densité de leur matière constitutive et que les particules flottantes forment une couche fluidisée au gaz dans un état calme à expansion uniforme,de fluidisation particulaire en choisissant la matière constitutive des particules et la température de la couche de façon que la transmission de chaleur assurée par la couche fluidisée soit suffisante pour engendrer les contraintes de trempe souhaitées dans le verre, pendant que celui-ci refroidit dans la couche.
L'utilisation de particules à structure non compacte permet de choisir la matière constitutive des particules de façon que
la couche fluidisée ait une capacité thermique volumique suffisante, pour une fluidisation minimale, pour engendrer une forte contrainte de trempe dans le verre, sans qu'on éprouve de difficultés à mettre les particules sous forme de couche fluidisée à l'état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire.
On peut régler la grandeur de la contrainte de trempe engendrée dans le verre à l'aide d'une couche fluidisée formée de particules à structure non compactée par choix de la densité
des particules. Pour une grosseur de particules donnée, on obtient avec des particules de densité faible une contrainte de trempe peu accusée dans le verre, la grandeur de la contrainte
de trempe augmentant avec la densité des particules jusqu'à la densité maximale pour laquelle des particules de la grosseur donnée peuvent former une couche fluidisée présentant ledit
état calme.
L'invention vise encore un procédé de trempe de feuille de verre consistant à immerger une feuille de verre chaude dans une couché fluidisée dans ledit état calme, formée de particules d'une grosseur moyenne de 5 à 120 microns et d'une masse volumique apparente de 0,3 à 2,35 g/cm3, la couche ayant, pour une fluidisation minimale, une capacité thermique volumique de 0,02 à 0,37 cal/cm3.[deg.]C.
La masse volumique apparente des particules comprise dans la gamme précitée est celle mesurée en tenant compte des vides à l'intérieur des particules par opposition à la masse volumique vraie de la matière constitutive.
Par corrélation entre la grosseur moyenne et la masse volu- <EMI ID=19.1>
à former la couche fluidisée à l'état calme d'expansion uniforme. De préférence, la valeur numérique du produit de la massevolumique apparente en g/cm3, par la grosseur moyenne, en microns des particules ne dépasse pas 220.
Les particules peuvent être des particules poreuses d'alumine gamma d'une grosseur moyenne de 64 microns et d'une masse volurai-que apparente de 2,2 g/cm3, la capacité thermique volumique de
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En variante, les particules peuvent être des particules poreuses d'aluminosilicate, d'une grosseur moyenne de 60 à 75 microns et d'une masse volumique apparente de 1,21 à 1,22 g/cm3, la capacité thermique volumique de la couche étant, pour une fluidisation minimale, de 0,11 à 0,19 cal/cm3.[deg.]C.
On peut encore utiliser des particules de nickel pulvérulent poreux d'une grosseur moyenne de 5 microns et d'une masse volumique apparente de 2,35g/cm3, la capacité thermique volumique de la couche étant, pour une fluidisation minimale, de 0,37 cal/cm3.[deg.]C.
Selon une autre variante, les particules sont des sphères
de verre creuses d'une grosseur moyenne de 77 à 120 microns et d'une masse volumique apparente de 0,38 g/cm3, la capacité thermique volumique de la couche étant, pour une fluidisation minimale, de 0,05 à 0,06 cal/cm3.[deg.]C.
Les particules peuvent encore être des sphères creuses en carbone d'une grosseur moyenne de 48 microns et d'une masse volumique apparente de 0,3g/cm3, la capacité thermique volumique de la couche étant pour une fluidisation minimale de 0,02 cal/cm3.[deg.]C.
Les particules peuvent enfin être de l'alumine alpha en poudre non poreuse d'une grosseur moyenne de 23 à 54 microns et d'une masse volumique de particules de 3,97 g/cm3, la capacité thermique volumique de la couche étant, pour une fluidisation minimale, de 0,32 cal/cm3.[deg.]C.
L'invention vise encore une couche fluidisée, à utiliser comme milieu de refroidissement pour la trempe d'une feuille de verre chaude, formée de particules, d'une grosseur moyenne de 5
à 120 microns et d'une masse volumique apparente de 0,3 à 3,97 g/cm3, choisies de 'façon que la couche fluidisée soit dans un état calme d'expansion uniforme et ait une capacité thermique volumique de 0,02 à 0,37 cal/cm3.[deg.]C.
L'invention vise enfin du verre traité thermiquement par le <EMI ID=21.1>
pée par le procédé selon l'invention.
Pour faire plus clairement comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple certains modes de mise
en oeuvre en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est une vue de détail reproduisant avec grossissement une partie de la figure 1 ; la figure 3 est un graphique illustrant une caractéristique, utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention, d'une couche de particules fluidisée au gaz, dans un état calme d'expansion ou de fluidisation uniforme.
Sur la figure 1. on voit un four de trempe vertical, désigné par la référence générale 1, comportant des parois latérales 2
et un toit 3. Les parois latérales 2 et le toit 3 sont en réfractaire usuel et le fond du four présente une ouverture allongée
4, ménagée dans une embase 5 sur laquelle repose le four 1. Un opercule mobile non représenté est prévu, de manière connue,
pour fermer l'ouverture 4.
Une feuille de verre 6 devant subir un bombage, puis une trempe, est suspendue dans le four 1 par des pinces 7 qui agrippent son bord supérieur et sont maintenues fermées, de manière courante, par le poids de la feuille enserrée entre leurs pointes. Les pinces 7 sont suspendues à une barre porte-pinces 8 elle-même suspendue à un groupe de levage classique non représenté, et guidée par des coulisses verticales 9, prolongées au-dessous du four pour guider les mouvements de descente et de remontée de la barre porte-pinces 8.
Deux matrices à bomber 10 et 11 sont situées de part et d' autre du trajet de la feuille de verre 6 dans une chambre 12, chauffée par des courants de gaz chaud traversant des conduits
12a. L'intérieur de la chambre 12 et les matrices 10 et 11 sont maintenues à la température que la feuille de verre chaude 6 présente en entrant dans la chambre 12.
La matrice 10 est une matrice mâle pleine, montée sur un piston 13, et présente une face avant bombée qui définit la courbure à conférer à la feuille de verre chaude. La matrice femelle 11
est un châssis arqué monté par des entretoises 14 sur une plaque de support 15, portée par un piston 16. La courbure de son châssis <EMI ID=22.1>
Les coulisses 9 s'étendent de haut en bas à travers la chambre 12, de part et d'autre des matrices à bomber, vers une enceinte contenant une couche 17, fluidisée au gaz, de particules réfractaires destinée à assurer le refroidissement brusque de la feuille de verre bombée chaude. L'enceinte contenant la couche fluidisée est une cuve rectangulaire 18, ouverte au sommet, montée sur une plate-forme 19 à mécanisme de levage en ciseaux. Quand la plate-forme 19 est en position haute, le bord supérieur de la cuve 18 est situé immédiatement au-dessous des matrices
à bomber 10 et 11.
Une membrane micro-poreuse 20, qu'on décrira en détail à propos de la figure 2, s'étend en travers de la base de la cuve
18. Ses bords sont fixés entre une bride 21 formée sur la cuve
et une bride 22 formée sur un réservoir collecteur 23 monté sous la cuve. Les brides et les bords de la plaque 20 sonc réunis par boulonnage comme indiqué en 24. Un conduit d'admission de gaz 25 est relié au réservoir collecteur, auquel il amène de l'air de fluidisation sous pression réglée. La membrane a la structure voulue pour laisser l'air fluidisant pénétrer uniformément par en bas dans toute la couche fluidisée pour maintenir celle-ci dans un état calme d'expansion -ou de fluidisation' uniforme.
Les particules réfractaires présentes dans la cuve 18 sont maintenues dans l'état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire par le courant ascendant d'air uniformément réparti par la membrane poreuse 20. La couche en expansion est à l'état calme, sensiblement exempte de bouillonnement et de régions non fluidisées.
Une membrane micro-poreuse de structure préférée, représentée sur la figure 2, est telle que décrite dans la demande de brevet GB 24124/76. Cette membrane comprend une plaque en acier
26 percée de trous 27 répartis en motif régulier. Dans les bords de la plaque sont percés des trous destinés à recevoir des boulons 24. Un joint d'étanchéité 28 est interposé entre le côté inférieur des bords de la plaque et la bride 22 du réservoir collecteur.
Sur la plaque 26 reposent une série d'épaisseurs 29 de papier micro-poreux fort, par exemple au nombre de quinze. La membrane est complétée par une toile métallique 30, par exemple en acier inoxydable, posée par-dessus le papier. Un joint d'étanchéité <EMI ID=23.1>
que 30 et la bride 21 de la cuve.
Un panier de réception du calcin peut être disposé près de la plaque 20, de manière à ne pas gêner l'écoulement ascendant uniforne de l'air fluidisant à partir de la membrane.
En se reportant à la figure 1, on voit que les coulisses 9 s'étendent vers le bas jusqu'au-dessous des matrices à bomber et se terminent dans la région du bord supérieur de la cuve 18. Un châssis fixe indiqué en 32, monté dans la cuve 18, présente
à la base des pieds 33 rabattus vers le haut pour recevoir le bord inférieur d'une feuille de verre arrivant de haut en bas dans la couche fluidisée quand la barre porte-pinces 8 descend au-delà des matrices à bomber sous l'action du groupe de levage.
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descendue et que la barre 8 et les pinces 7 portées par celle-ci sont en position basse limite en bas des coulisses 9, une feuille de verre froide, à bomber et à tremper, est chargée dans les pinces. Le groupe de levage amène alors de bas en haut la feuille
de verre suspendue dans le four 1, maintenu à une température de trempe, par exemple de 850[deg.]C pour du verre sodocalcosilicique.
La feuille de verre est rapidement portée à une température
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680[deg.]C.
Quand la feuille de verre a atteint uniformément la température requise, l'opercule refermant l'ouverture 4 s'ouvre et le groupe de levage descend la feuille entre les matrices à bomber ouvertes 10 et 11. Les pistons 13 et 16- agissent pour réunir les
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courbure requise, les matrices se séparent et la feuille de verre bombée chaude est rapidement descendue dans la couche fluidisée que contient la cuve 18, amenée en position haute de trempe par
le mécanisme en ciseaux de levage de la table 19 pendant chauffage de la feuille de verre dans le four 1.
Lorsqu'on doit fabriquer des produits en verre feuilleté ou stratifié de haute qualité, comportant des feuilles de verre trempées par refroidissement brusque dans une couche fluidisée, on note qu'on améliore la qualité optique en soumettant les faces
de la feuille de verre à un refroidissement préliminaire à l'air immédiatement avant de plonger le verre dans la couche fluidisée. On peut opérer ce refroidissement en plaçant immédiatement au- <EMI ID=27.1>
de hauteur faible qui projettent de l'air de refroidissement sur les faces de la feuille de verre bombée pendant que celle-ci quitte les matrices à bomber et pénètre dans la couche fluidisée.
Le refroidissement superficiel préliminaire assure un début de durcissement des faces de la feuille de verre et évite ainsi les infimes déformations parfois notées dans celles-ci et qui peuvent être dues à l'agitation thermique des particules juxtaposées aux faces du verre. Toutefois, on n'assure habituellement ce refroidissement superficiel préliminaire que quand le verre est destiné à la fabrication de panneaux feuilletés de haute qualité optique.
La couche fluidisée est maintenue à une température, par exemple de 30 à 150[deg.]C, propre à engendrer dans le verre la contrainte de traction médiane souhaitée par des chemises d'eau 34 montées sur les grandes parois plates de la cuve 18 et par réglage de la température de l'air fluidisant qui arrive dans le réservoir collecteur 23. Les chemises d'eau 34 agissent en puisard de chaleur, absorbant la chaleur transmise à travers.la couche
à partir de la feuille de verre chaude.
Le bord inférieur de la feuille de verre est uniformément refroidi sur toute sa longueur en franchissant la surface horizontale, calme, de la couche fluidisée, de sorte qu'on ne risque pas d'engendrer des contraintes de traction différentes dans différentes zones superficielles de ce bord, ce qui pourrait casser la feuille. En descendant dans la couche fluidisée, le bord inférieur est toujours en contact avec des particules fluidisées dans un état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire, même si des courants ascendants de particules sont engendrés sur les faces chaudes du verre dès pénétration de celles-ci dans la couche, et ce traitement uniforme du bord inférieur réduit beaucoup les risques de casse et les problèmes posés par
la présence de débris de verre dans la couche. De ce fait, et du fait,qu'on évite les pertes dues à des déformations des feuilles de verre et/ou à des dommages superficiels, le rendement en quantité de feuilles de verre trempées est commercialement satisfaisant.
La couche fluidisée subit une agitation thermique localisée contre les faces de la feuille chaude, peut-être par suite d'une dilatation de gaz rapide analogue à celle survenant au cours d'une <EMI ID=28.1>
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par exemple, on obtient entre la couche et la feuille des coefficients de transmission de chaleur de 0,003 à 0,02 cal/cm2.[deg.]C.s. La transmission de chaleur se poursuit bien après que le verre a franchi son point de déformation, avec une intensité suffisante pour que les gradients de température milieu/surface subsistent pendant que le verre franchit en refroissant son point de déformation, et les contraintes de trempe apparaissent ensuite pendant que le verre encore immergé dans la couche continue à refroidir.
L'agitation subie par la couche fluidisée sur les faces du verre engendre dans la masse de cette couche des courants qui dissipent en continu, vers les régions plus distantes de la couche, la chaleur prélevée sur le verre par agitation thermique
de la couche dans la région entourant immédiatement la feuille
de verre. Les chemises d'eau 34, agissant en puisard de chaleur, maintiennent froides ces parties distantes de la couche.
En fin de course descendante, la feuille rencontre les pieds
33 du châssis 32, ce qui desserre les pinces 8. La feuille de verre repose alors sur le châssis 32 pendant qu'elle refroidit dans la couche fluidisée. La feuille de verre demeure dans cette couche jusqu'à avoir refroidi à un point permettant sa manutention, puis la cuve 18 descend, sous l'effet de son mécanisme de levage en ciseaux, pour exposer le châssis fixe 32 et la feuille de verre trempée qu'il porte, qu'on retire alors afin qu'elle revienne ensuite à température ambiante.
La nature de la couche fluidisée dans un état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire est illustrée par la figure 3, qui est un diagramme portant, en abscisses, la pression régnant dans le réservoir collecteur et, en ordonnées, la hauteur de la couche formée dans la cuve 18 à l'aide de particules d'alumine gamma, comme décrit ci-dessous dans l'exemple 2, les dimensions de la cuve et les conditions de fluidisation étant celles citées dans cet exemple et la température de la couche étant <EMI ID=30.1>
Quand la pression régnant dans le réservoir collecteur atteint 15 kN/m2, l'expansion de la couche s'amorce-, la vitesse de l'air fluidisant qui traverse la couche étant alors suffisante pour provoquer un début de fluidisation. Autrement dit, pour cette limite basse de vitesse du gaz, les particules d'alumine gamma <EMI ID=31.1>
En assurant une forte perte de charge à l'aide d'une membrane uniformément micro-poreuse du genre représenté sur la figure 2, provoquant à sa traversée une perte de charge supérieure à 60%
de la pression régnant dans le réservoir collecteur, on obtient une répartition uniforme de l'air fluidisant s'écoulant vers le haut à partir de la face supérieure de la membrane. Cette forte perte de charge à la traversée de la membrane permet le réglage fin de la vitesse du gaz traversant de bas en haut les particules, ce qui permet de régler l'état de fluidisation calme de l'alumine gamma entre le degré de fluidisation minimale qu'on vient de décrire et un degré maximum d'expansion de la couche pour lequel il subsiste une fluidisation en phase dense.
On assure ce réglage fin de la vitesse de gaz par régulation de la pression régnant dans le réservoir collecteur 23 et, quand cette pression augmente, il n'y a pas variation brusque ou discontinue de l'état de la couche. En fait, la couche demeure dans l'état calme d'expansion uniforme, comme illustré par la figure 3, quand la pression de collecteur augmente jusqu'aux environs de
25 kN/m2 et que la couche atteint par expansion une hauteur d'environ 102 cm dans la cuve.
Pour cette pression de collecteur, on voit la première bulle nettement distincte, par exemple d'environ 5 mm de diamètre, crever la surface de la couche calme et cette vitesse de l'air fluidisant peut être considérée comme la vitesse de bouillonnement minimum.
On a noté que, grâce à la membrane 20 engendrant une forte perte de charge, cette vitesse de bouillonnement minimum n'est pas nécessairement la vitesse de gaz provoquant une expansion maximale de la couche et, en réglant encore la pression de collecteur jusqu'à 27 kN/m2, on confère à la couche une hauteur maximale de 105 cm. Lorsqu'on porte ainsi la pression de collecteur à
27 kN/m2, on voit davantage de petites bulles venir crever la surface de la couche, mais ces petites bulles demeurent assez rares pour ne pas affecter l'aptitude de la couche à tremper des feuilles de verre chaudes, en particulier épaisses.
Lorsqu'on augmente encore la pression de collecteur, au-delà
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de la couche a prendre par affaissement une hauteur/a celle, maxi-
<EMI ID=33.1> <EMI ID=34.1>
Dans cet exemple, donc, l'état calme d'expansion uniforme
de la couche fluidisée d'alumine gamma convenant pour la trempe de feuilles de verre chaudes, est représenté par la partie de la courbe portée sur la figure 3 correspondant à des pressions de collecteurs allant de 15 à 27 kN/m2, plage dans laquelle il est possible de régler finement l'état de fluidisation et d'ajuster en conséquence les contraintes de trempe uniformes engendrées dans le verre.
Le coefficient effectif de transmission de chaleur entre
la couche fluidisée et le verre chaud est déterminé par les propriétés du gaz fluidisant, habituellement air, la vitesse auquel ce gaz traverse la couche, les propriétés des particules réfractaires et notamment, leur gamme granulométrique, leur grosseur moyenne, leur densité et, quand les particules ont une structure poreuse ou ajourée, la densité de leur matière constitutive. Le coefficient de transmission de chaleur dépend aussi des températures du verre et de la couche car, si l'écart entre ces deux températures est peu important, l'agitation sur les faces
du verre est faible et le coefficient de transmission de chaleur est relativement bas.
D'autres facteurs affectant le coefficient de transmission de chaleur sont la chaleur spécifique des particules et leur capacité calorifique moyenne. Dans chacun des exemples ci-dessous, la valeur numérique du produit de la masse volumique des particules en g/cm3 par la grosseur moyenne, en microns, des particules, est inférieur à 220. Ce produit constitue un critère permettant
de déterminer si une matière en particules est adéquate, c'est-àdire apte à être mise par de l'air de fluidisation dans un état calme d'expansion uniforme, à température et sous pression ambiantes normales.
On va maintenant donner quelques exemples de trempe de feuilles de verre d'une épaisseur de 2,3 à 12 mm, opérée dans un appareil tel que représenté sur les figures 1 et 2, à l'aide d'une couche fluidisée dans un état calme d'expansion uniforme. Dans chacun des exemples 1 à 11 ci-dessous, on a soumis les bords de la feuille de verre à un finissage en les arrondissant à l'aide d'une meule à l'égrisé fin.
EXEMPTE 1
Les particules réfractaires sont de l'alumine poreuse à <EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
En maintenant la couche à 40[deg.]C, on obtient dans des feuilles
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
Le coefficient effectif de transmission de chaleur entre la couche et les feuilles de verre est de 0,01 à 0,012 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE 2
Dans une série de fabrication particulière, on trempe, à l'aide de la même alumine poreuse à l'état gamma que dans l'exemple 1, des feuilles de verre bombées de 2,3 mm d'épaisseur. On utilise ensuite ces feuilles comme éléments constitutifs de parebrise feuilletés pour automobiles.
Les particules d'alumine gamma ont les caractéristiques <EMI ID=40.1>
<EMI ID=41.1>
Le coefficient effectif de transmission de chaleur entre la couche et les feuilles de verre est de 0,01 à 0,012 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE 3
Dans une autre série de fabrication, on trempe des feuilles de verre destinées à former des éléments de pare-brise d'avions feuilletés de 3 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm et 10 mm d'épaisseur, dans une couche fluidisée d'alumine gamma, calme et à expansion uniforme. On utilise la même alumine poreuse dans l'état gamma que dans les exemples 1 et 2.
<EMI ID=42.1>
Les contraintes de traction médianes uniformes ainsi engen-
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
Le coefficient effectif de transmission de chaleur entre
<EMI ID=45.1>
s.
EXEMPLE 4
Les particules réfractaires sont en un aluminosilicate en poudre poreuse, chaque particule contenant, en poids, 13% d'alu-
<EMI ID=46.1>
les suivantes :
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
vant s :
<EMI ID=50.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,007 à 0,009 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE 5
On utilise une autre forme d'aluminosilicate composite en poudre poreuse. Chaque particule est poreuse et contient en poids
29% en poids d'alumine et 69% de silice. Cette poudre poreuse a les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=51.1>
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
tiale du verre de 610 à 670[deg.]C, on obtient dans des feuilles de 2,3 à 10 mm d'épaisseur, les degrés de trempe suivants :
<EMI ID=54.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,007 à 0,01 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE 6
On choisit une poudre de "Fillite", formant les sphères creuses dérivées de cendres de combustible pulvérisées provenant de chaudières de centrales électriques, présentant les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
pées dans cette couche fluidisée peuvent être représentés par les contraintes de traction médianes moyennes, mesurées de manière classique; les résultats obtenus, pour des feuilles d'épaisseurs allant de 4 à 12 mm, à des températures initiales différentes allant de 610 à 670[deg.]C, traitées dans une couche fluidisée à 40[deg.]C sont les suivants :
<EMI ID=57.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,003 à 0,004 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE
On utilise une "Fillite" d'une autre nuance, ayant les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=58.1>
Pour des températures initiales du verre allant de 630 à <EMI ID=59.1> engendrées dans des feuilles de verre d'épaisseurs allant de 6
<EMI ID=60.1>
<EMI ID=61.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,005 à 0,006 cal/cm3.[deg.]C.s.
EXEMPLE 8
On utilise comme particules réfractaires des sphères en carbone du genre dit "Carbosphères" ayant les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1>
les suivants :
<EMI ID=65.1>
Le coefficient effectif de transmission de chaleur entre la
<EMI ID=66.1>
<EMI ID=67.1>
Les particules réfractaires sont du nickel pulvérulent poreux ayant les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=68.1>
On trempe des feuilles de verre de 2,3 à 6 mm d'épaisseur,
à une température initiale de 650[deg.]C, dans une couche fluidisée de cette poudre de nickel poreuse, dans un état calme, maintenue aux environs de 40[deg.]C. Les degrés de trempe obtenus, représentés par les contraintes de traction médianes, sont les suivants :
<EMI ID=69.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,02 cal/cm2.[deg.]C.s.
EXEMPLE 10
Les particules sont des grains de poudre d'alumine alpha non poreux. On utilise un certain nombre de poudres d'alumine alpha à granulométries moyennes différentes, ayant toutes les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=70.1>
On forme avec des poudres d'alumine alpha de granulométries échelonnées quatre couches fluidisées ayant les caractéristiques différentes suivantes :
<EMI ID=71.1>
On trempe des feuilles de verre de 2,3 à 12 mm d'épaisseur dans ces couches fluidisées, toutes portées à 40[deg.]C. Les températures initiales des feuilles de verre vont de 610 à 670[deg.]C et les degrés de trempe des feuilles sont représentés par des contraintes de traction médianes moyennes de 42 à 104 MN/m2.
Le coefficient de transmission de chaleur effectif entre la couche et les feuilles de verre est de 0,0062 à 0,0086 cal/cm2.[deg.]C. s.
EXEMPLE 11
On fluidise une couche de petites sphères de verre pleines du type dit "Ballotini". Cette couche a les caractéristiques suivantes :
<EMI ID=72.1>
On porte des feuilles de verre de 2,3 à 10 mm d'épaisseur
<EMI ID=73.1>
<EMI ID=74.1>
Les degrés de trempe des feuilles de verre sont les suivants:
<EMI ID=75.1>
Tableau (suite)
<EMI ID=76.1>
Le coefficient de transmission de chaleur effectif moyen entre la couche et les feuilles de verre est de 0,011 cal/cm2. [deg.]C.s.
Pour montrer combien le rendement en quantité ou pourcentage de feuilles de verre ni cassées ni déformées obtenues à l'aide d'une couche fluidisée au gaz suivant l'invention, dans un état calme a expansion uniforme, de fluidisation particulaire, est plus élevé quand lorsqu'on opère dans une couche fluidisée à l'état bouillonnant, on traite un certain nombre de feuilles de verre semblables de 30 x 30 cm ayant des épaisseurs de 2, de 6 et de
12 mm. On soumet précédemment les bords des feuilles à un finissage en les chanfreinant à l'aide d'une meule au carbure de silicium. Les bords sont ainsi plus rugueux que ceux des feuilles
de verre selon les exemples 1 à 11, finis à la meule à l'égrisé. Grâce à l'invention, le rendement en quantité est élevé même pour ce mode plus grossier et moins onéreux de finissage des bords.
On porte chaque feuille de verre à l'une des températures indiquées ci-dessus, puis on la plonge dans une couche fluidisée de l'alumine poreuse dans l'état gamma décrite dans l'exemple 1.
Pour ces essais comparés, on plonge certaines des feuilles dans une couche fluidisée dans un état calme, comme décrit dans
<EMI ID=77.1>
portant la vitesse du gaz fluidisant au-dessus de celle provoquant une expansion maximale de la couche, et l'on immerge dans la couche bouillonnante un nombre égal de feuilles de verre chaudes.
Les rendements en quantité obtenus, exprimés en pourcentage de feuilles non cassées et exemptes de déformations inadmissibles, rapportés au nombre total de feuilles traitées, sont les suivants:
Verre de 2 mm d'épaisseur
<EMI ID=78.1>
Verre de 6 mm d'épaisseur
<EMI ID=79.1>
<EMI ID=80.1>
<EMI ID=81.1>
Les exemples ci-dessus portent sur des feuilles de verre carrées de 30 x 30 cm, mais les rendements en quantité peuvent être encore plus faibles, par suite de casse et de déformation, lorsqu'on traite de grandes feuilles de verre, ayant, par exemple,
<EMI ID=82.1>
couche fluidisée bouillonnante. Par contre, les rendements obtenus en traitant ces grandes feuilles de verre dans une couche fluidisée calme sont au moins aussi bons que dans les exemples cités ci-dessus.
La grandeur des contraintes engendrées dans le verre diminue à mesure que la température de la couche s'élève et, pour une température-limite qui peut être d'environ 300[deg.]C ou plus, les contraintes engendrées sont telles que le verre subit plutôt un revenu qu'une trempe. On peut prévoir sur les parois latérales
de la cuve 18 des éléments chauffants et/ou refroidisseurs destinés à régler la température de la couche fluidisée. Dans tous les exemples ci-dessus, les feuilles sont en verre sodocalcosilicique <EMI ID=83.1>
avions et automobiles, de hublots et de panneaux architecturaux. On peut tremper ou traiter au revenu de la même manière, par le procédé suivant l'invention, des verres ayant d'autres compositions. On peut aussi traiter au revenu par ce procédé des articles autres que feuilles de verre, par exemple articles en verre pressé tels qu'isolateurs ou qu'ébauches de lentilles, ou des articles en verre soufflé.
Une couche fluidisée suivant l'invention peut encore servir
<EMI ID=84.1>
fage appliqué à un article en verre relativement froid avant un stade de traitement ultérieur, la couche fluidisée permettant de transmettre de la chaleur au verre sans l'endommager, même s'il est porté à une température à laquelle il est susceptible d'être endommagé par des forces irrégulières.
On peut aussi appliquer l'invention pour tremper des feuilles de verre qu'on a préalablement chauffées et bombées en les soutenant en position presque verticale, puis entraînées suivant un trajet horizontal, comme décrit dans la demande de brevet
GB 34703/73 (brevet GB 1 442 316). Dans l'appareil décrit dans cette demande, les matrices à bomber sont enfermées dans une chambre chauffée qui prend, en basculant à partir d'une position inclinée, une position telle que la feuille de verre bombée entre les matrices de bombage est verticale et peut être descendue verticalement dans une couche fluidisée calme du genre décrit ci-dessus.
Dans un autre traitement opéré par mise en oeuvre de l'invention, on peut chauffer une feuille de verre en la plongeant dans une couche fluidisée assez chaude pour porter le verre à la température de pré-bombage. Après l'avoir extraite de la couche chaude, on bombe la feuille,'puis on la trempe en la plongeant dans une couche fluidisée dans un état calme d'expansion uniforme tel que décrit ci -dessus. La feuille de verre peut être transportée par
le même ensemble de pinces pendant tout le processus de chauffage, de bombage et de trempe, les pinces présentant un montage réglable afin d'épouser la forme acquise par bombage par la feuille. Dans un autre agencement, chaque feuille de verre est suspendue pendant chauffage à des pinces non réglables, puis est transférée pour le bombage sur un support la soutenant par son bord inférieur,
<EMI ID=85.1> la feuille de verre est saisie par un second ensemble de pinces, dont la disposition épouse sa forme bombée, puis descendue pour refroidissement dans la couche fluidisée calme.
<EMI ID=86.1>
1. Procédé de trempe de verre, suivant lequel on met le verre en contact avec une matière en particules fluidisée au gaz pour assurer une transmission de chaleur entre les faces du verre et la matière fluidisée, caractérisé en ce que la matière' fluidisée est dans un état calme à expansion uniforme de fluidisation particulaire.