Brevet FR2008710A1 — publié le 19700123

La présente invention se réfère aux fours destinés notamment à alimenter en matières minérales fondues, telles que verre fondu, des orifices de filières d'où la matiere s'écoule sous forme de filets lesquels sont ensuite soumis à un étirage pour leur transformation en fibres. Les fours connus comprennent un corps généralement tubulaire allongé dont une partie du fond comporte des orifices de filières, ce corps etant alimenté en matière à fondre et à affi nerO Ces fours sont en général chauffés électriquement, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement correct mais au prix d'une dépense élevée eu égard au coflt de l'énergie électrique et du rendement therrnique généralement faible0 L'emploi de combustibles gazeux, tels que le méthane, est plus économique mais entratne de sérieuses difficultés pour assurer une complète homogénéité thermique de la masse en fusion qui alimente les orifices de filière. De plus le rendement thermique est également tres faible du fait que la flamme et les produits de combustion sortent du four à une température encore très élevée en n'ayant cédé qufune fraction seulement de leur chaleur à la matière contenue dans le four. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients et d'obtenir en outre des avantages qui ressortiront de la description qui suit, D'une-façon générale, elle permet d'utiliser des combustibles gazeux, en particulier du méthane, avec un rendement thermique élevé et dans des conditions de fusion, d'affinage et d'alimentation des orifices de filières particulièrement favo rabes. Suivant une caractéristique de l'invention, le four comprend un compartiment dont le fond est pourvu d'orifices de filierres, un compartiment d'affinage final, un compartiment de fusion et de pré-affinage et un compartiment de charge, ces divers compartiments communiquant entre eux à la suite les uns des autres et étant parcourus par la matière, telle que verre, à contrecourant de la flamme et des gaz de combustion produits par un brtleur prévu dans le compartiment pourvu des orifices de filière Suivant une autre caractéristique de l'invention, sur une partie de son trajet à contre-courant des gaz de combustion, la matière à l'état fondu s'écoule sous la forme d'au moins un filet ou d'une nappe dont le rapport entre la surface et la section est suffisamment élevé pour assurer un échange thermique important entre les gaz de combustion et la matière. Suivant une autre caractéristique, la matière s'écoule en filet ou en nappe mince du compartiment de fusion et de pré- affinage dans le compartiment d'affinage final0 Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le brûleur produit une flamme dont la température, supérieure à celle de la matière fondue alimentant les orifices de filières, est telle qu'elle compense les pertes de chaleur de la matière dans le compartiment des filières en maintenantjuniforme la température de la matière au-dessus de l'ensemble des orifices de filières. Suivant une disposition, conforme à l'invention, le four comprend au moins deux compartiments de filières comportant chacun un brtleur, ces compartiments étant alimentés en matière fondue par un ensemble unique comportant un compartiment d'affinage final et un compartiment de fusion et de pré-affinage d'où la matière écoule sous forme dlun filet ou d'une nappe mince dans le compartiment d'affinage final D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est relative à des formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs0 Dans cette description, on se réfère au dessin annexé qui montre Fig.1 une vue en coupe verticale longitudinale d'un four;; Fig.2 des diagrammes concernant les variations de température de la flamme et des produits de combustion ainsi que du verre au cours de leur trajet dans le four; Fig.3 une vue en coupe verticale dtun four servant à l'alimentation de deux unités d'étirage (coupe suivant III-III de la fige4); Fig.4 une vue en coupe suivant 1V-I IV de la fig.3. En se référant à la fig.l, on voit que le four suivant l'invention comporte plusieurs compartiments parcourus par la flamme et les produits de combustion dans le sens des flèches P en contre-courant par rapport au sens de propagation du verre V. Les températures de la flamme et des courants de combustion, d'une part, et celles dru verre, d'autre part, sont reportées sur la figure 2o Le four suivant l'invention comprend au moins un comparti ment 10 pourvu de filières une extrémité 11 duquel est prévu un brûleur 12 alimenté en combustible gazeux, par exemple en méthane. Une partie du compartiment 10, ayant de préférence une forme allongée et constitué en matériau réfractaire, comprend des orifices de filières 13. Ces orifices de filières peuvent etre prévus dans une plaque de métal réfractaire. Ils donnent naissance à un certain nombre de filets F qui, à l'aide de moyens d'étirage connus (non représentés), sont étirés en filaments ou fibres. Au-dessus de ces orifices de filières 13 est formé un bain de verre en fusion V5 dont la température T5 (fig.2) permet la formation des filets et leur étirage. Le bain V5 est alimenté de façon continue par un bain d'affinage et d'homogénéisation V4 formé dans un compartiment 14 communiquant par un déversoir 15 avec le compartiment de filières 10 par son extrémité opposée à celle ou se trouve le brûleur 12o Dans la forme de réalisation représentée, le bain d'affinage V4 est alimenté par un filet de verre V3 tombant libremen d'un compartiment 16 situé au-dessus du compartiment 14. Ce filet de verre V3 se trouve en contact avec les gaz de combustion qui passent de bas en haut entre les compartiments 14 et 16. Le filet de verre V3 écoule par un canal ou goulotte 17 prévu à la sortie d'un compartiment 18 dans lequel se trouve le bain de verre en fusion V2 et qui fait suite à un compartiment 19. Ce compartiment 19 est pourvu d'une ouverture 20 pour l'introduction de la composition de charge V amenée à l'état fondu en une masse V1 présentant une viscosité suffisante pour permettre son écoulement dans le compartiment 18. On voit que la série des compartiments qui constituent le four se trouve parcourue à contre-courant du mouvement du verre par le flux gazeux constitué par la flamme du brûleur 12 et ses produits de combustion. A titre indicatif, la fig.2 montre, d'une part, la variation de la température de la flamme et des gaz de combustion du brflleur (courbe TP) et, d'autre part, la variation de la température du verre (courbe TV) dans tout le parcours des compartiments du four. L'airenT indique de façon approchée le gradient thermique entre la température TP de la flamme et des gaz de combustion et la température TV du verre dans les différentes parties du four.L'aire hachurée D au-dessous de l'axe des abscisses re présente les quantités de chaleur dissipées dans le compartiment de filières 10, la courbe D représentant la diminution progressive de la température du verre qui se produirait au cours de sa progression au-dessus des filières 13 dans l'hypothèse où le verre ne serait soumis à aucune action de réchauffage pendant cette progression. La courbe TP montre la diminution de température de la flamme et des gaz de combustion le long du verre au-dessus des orifices de filières et au-delà. Cette chute de température cor respond à la transmission de chaleur par rayonnement et par conduction au travers de la surface du bain V5 de verre au-dessus des orifices de filières0 Cette transmission de chaleur compense la quantité de chaleur dissipée D. La température T5 du verres et par suite sa viscosité, sont maintenues constantes au moins sur toute la longueur du bain V5 au-dessus des orifices de fi lièvres. La section transversale du bain V5 est par ailleurs telle qu'elle assure un mouvement tiers lent du verre dans la direction V pour compenser la sortie du verre sous la forme des filets F. Le verre est ainsi parfaitement homogène, tant du point de vue température et par conséquent viscosité que du point de vue composition, au-dessus de chaque orifice ou téton de filière. Il en résulte que l'on obtient des filets F réguliers donnant à la suite de l'étirage, des fibres qui sont elles-memes de diamètre constants Afin de donner au bain V5 une température T5 convenable, il est avantageux de donner au bain du compartiment d'affinage une température légèrement supérieure à cette température T50 Cette température est atteinte par le verre pendant son écoulement sous forme de filets V30 Cet écoulement, qui peut également se faire sous la forme d'un voile ou d'une nappe de faible épaisseur, permet d'obtenir les avantages importants suivants - Le verre s'écoulant sous forme d'un filet ou d'une nappe mince présente une grande surface par rapport à sa section trans versables d'où il résulte que la transmission de chaleur entre les gaz chauds et le verre est rapide et importante malgré la faible conductibilité du verre. On obtient donc une augmentation rapide de la température TV du verre, comme montré sur le diagramme de la fig.2 où l'on voit la partie rapidement ascendante de la courbe de température correspondant à la chute-du filet V30. - Toute la masse de verre, qui avance progressivement à travers les différents compartiments du four, se réduit localement en un filet ou nappe de très petite section transversale et par conséquent chaque point du verre est soumis à un réchauffement avant que se reforme une nouvelle masse à partir du compartiment d'affinage V4. Il s'ensuit que l'homogénéité thermique du verre est assurée en tout point de cette masse. Au cours de sa progression- dans le compartiment 18 depuis le compartiment de charge 19 jusqu'au seuil du canal de sortie 17, le verre augmente progressivement de température depuis une température minimale qui est pratiquement la température de fusion. Cette température est évidemment beaucoup plus basse que la température T5 d'étirage et peut par conséquent être atteinte par cession due chaleur d'un flux gazeux dont la température TP est elle-m8me plus basse que la température finale T5. On voit sur le graphique de la- fig.2 la diminution progressive de la courbe TP de la température des gaz de combustion ainsi que, figurée en traits hachurés, l'intégrale IET de l'énergie thermique cédée au verre.Ce graphique montre qu'avec un four perfectionné suivant l'invention on peut atteindre un rendement thermique élevé résultant de la différence importante entre les températures maximale et minimale de la flamme et des produits de combustion à l'intérieur du four0 Pour des commodités de représentation et de référence aux diagrammes de la fig.2, on a montré sur la fig.1 un four dont les axes du compartiment 10 de filières, d'une part, et du compartiment de fusion et d'affinage préalable 18 d'autre part, se trouvent dans le même plan vertical.On peut bien entendu utiliser des dispositions différentes, le compartiment 10 pouvant Qtre orienté de toute façon désirée par rapport à l'ensemble des compartiments 14 à 19, par exemple & re disposé au-dessous de cet ensemble. De cette façon on obtiendrait un four plus compact, donc de moindre encombrement, qui pourrait & re enfermé dans une enceinte métallique0 Dans la forme de réalisation qui précède le four comporte un seul compartiment de filières 10 produisant des filets pouvant entre transformés en fibres par un dispositif d'étirage méca- nique unique.L'invention prévoit également une disposition suivant laquelle un ensemble, comprenant les compartiments de charge 19, de fusion et d'affinage initial 18 et d'affinage terminal 14, alimente deux ou plusieurs compartiments de filières lOo C'est ainsi qu'à un compartiment d'affinage unique 14 peuvent faire suite deux ou plusieurs compartiments de filières 10 disposés les uns par rapport aux autres de toute façon désirée suivant les conditions d'utilisation, ces compartiments pouvant par exemple être disposés en étoile. Les figs.3 et 4 représentent à titre d'exemple un ensemble d'étirage comportant deux compartiments de filières opposés 10' et 10" pourvus respectivement d'un bradeur 12'-12" à une de leurs extrémités. Ces compartiments sont en communication par leur autre extrémité avec un compartiment unique d'affinage 14, leur alimentation s'effectuant par. passage du verre sur des déversoirs 15'-15". Le compartiment d'affinage 14 est lui-même alimenté par un filet ou nappe mince de verre fondu s'écoulant d'un ensemble 16-17-18-19 analogue à celui décrit ci-dessus. Les dimensions des éléments constitutifs de cet ensemble sont bien entendu déterminées de façon qu'il puisse alimenter de façon convenable les différents compartiments d'étirage. Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui viennent d'etre décrites mais qu'elle peut être réalisée suivant diverses variantes, REVENDICATIONS 1) Perfectionnement aux fours de petite puissance chauffés au moyen d'un brûleur et destinés en particulier à l'alimenta- tion de filières pour la production de filets de matières minéka- les telles que verre qui sont transformés en fibres par étirage, filières au-dessus desquelles est maintenu un bain de matière à la température propre à l'étirage, caractérisé en ce que le four comprend un compartiment dont le fond est pourvu d'orifices de filières, un compartiment d'affinage final, un compartiment de fusion et de pré-affinage et un compartiment de charge, cès divers compartiments communiquant entre eux à la suite les uns des autres et étant parcourus par la matière, telle que verre, à contre-courant de la flamme et des gaz de combustion produits par un brûleur prévu dans le compartiment pourvu des orifices de filière0 2) Four suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le brtleur est disposé à une extrémité du compartiment, de forme allongée, pourvu d'orifices de filières, l'autre extrémité de ce dernier etant en communication avec le compartiment d'affinage final0 3) Four suivant les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, sur une partie de son trajet à contre-courant des gaz de combustion, la matière à l'état fondu s'écoule sous la forme d' an moins un filet ou d'une nappe dont le rapport entre la surface et la section est suffisamment élevé pour assurer un échange thermique important entre les gaz de combustion et la matière0 4) Four suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la matière s'écoule en filet ou en nappe mince du compartiment de fusion et de pré-affinage dans le compartiment d'affinage final. 5) Four suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, au-dëssus du compartiment d'affinage terminal eet disposée la partie terminale du compartiment de fusion et de pré-affinage, cette partie terminale comportant un moyen, tel que déversoir ou goulotte, pour la formation du filet ou de la nappe mince de matière laquelle est léchée par les produits de combustion0 6) Four suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compartiment d'affinage communique avec le compartiment des filières par un déversoir, de façon à assurer l'homogénéisation et la mise à température de la matière dans le compartiment d'affinage avant son passage dans le compartiment des filières. 7) Four suivant l'une ou- l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que; le brûleur produit une flamme dont la température, supérieureà7celle de la matière fondue alimentant les orifices de filières, est telle qu'elle compense les pertes de chaleur de la matière dans le compartiment des filières èn maintenant ainsi uniforme la température de la matière au-dessus de tous les orifices de filières0 8) Four suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux compartiments de filières comportant chacun un brûleur, ces compartiments étant alimentés en matière fondue par-un ensemble unique comportant un compartiment d'affinage final et un compartiment de fusion et de pré-affinage d'où la matière s'écoule sous forme d'un filet/d'une nappe mince dans le compartiment d'affinage final. 9) Four suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des divers compartiments de filières estalimenté en matière fondue à partir du compartiment. d'affinage final unique par l'intermédiaire de déversoirs.