Brevet FR2008442A1 — publié le 19700123

Pour fabriquer des fibres de verre, on alimente en ingrédients de formation du verre un four, dans lequel ils sont fondus par la chaleur fournie par la combustion d'un produit combustible, tel que du gaz naturel, en présence d'air de combustion chauffé, 5 et on raffine le verre fondu dans la même enceinte, 'dont les extrémités de fusion et de raffinage sont éventuellement séparées par des gorges, étranglements ou similaires. Dans un tel four, il y a des courants de convection naturels, si bien que le temps de séjour de certaines portions du verre est plus grand que celui d'autres 10 portions. Cela signifie que certaines portions du verre sont plus homogènes que d'autres portions; la qualité du produit final est donc variable. Le verre fondu s'écoule généralement du four, par un canal, dans un avant-creuset, qui peut avoir une forme en T. Chaque avant-creuset comprend un certain nombre de filières de formation 15 de fibres, par exemple 40 ou plus, si bien que, lorsqu'il est en forme de T, chacun de ses bras comprendra 20 filières ou plus. Généralement, ces avant-creusets sont réalisés de section uniforme d'une extrémité à l'autre et ils s'ensuit que la- vitesse- du verre et éventuellement la charge de verre au-dessus des filières varie 20 d'une filière à l'autre. De ce fait, la traction exercée par chaque filière, même lorsque les orifices sont identiques, peut varier le long de l'avant-creuset. Une méthode antérieure pour tenter d'égaliser la charge de verre au-dessus des filières a consisté à incliner l'avant-creuset, de façon que ses extrémités terminales soient à un 25 niveau inférieur au niveau d'introduction du verre. Ce procédé ne s'est pas révélé satisfaisant. Pour maintenir une température convenable dans l'avant-creuset, on a chauffé le verre dans cette enceinte même. Cette, pratique a raccourci la vie des réfractaires, et a eu pour consé-350 quence des températures inégales du verre dans les filières, ce qui a obligé à mettre en oeuvre divers programmes de chauffage pour les différentes filières. Le dispositif suivant l'invention pour produire des fibres de verre est construit de façon que le verre parvenant dans les fi-35 lières de formation des fibres de l'avant-creuset soit homogène. Ce dispositif comprend un four de fusion alimenté en ingrédients de fabrication du verre et chauffé au gaz, l'air de combustion amené aux brûleurs à gaz étant pré-chauffé par un récupérateur de chaleur. La cheminée du four est reliée à line extrémité de celui-ci, dont 40 elle est toutefois éloignée, de façon à assurer un trajet calorifu- 11057 2 2008442 gé suffisamment long aux produits très chauds de la combustion, car on a en effet constaté que la vie du récupérateur ou de la cheminée peut être considérablement accrue par une telle disposition, et qu'une quantité minimale de chaleur est dissipée avant l'évacuation, un pré-chauffagé à température élevée de l'air de combustion étant ainsi encore assuré. Comme on le verra ci-après, la disposition du four de fusion et de la cheminée est telle qu'elle facilite la reconstruction et le remplacement d'un four de fusion, lorsque c'est nécessaire. Un registre vertical en métal refroidi à l'eau formant vanne de fermeture est disposé de façon à tomber en place, lorsqu'un incident ou un accident se produit. Le four de fusion est construit de façon à seulement fondre les ingrédients de fabrication du verre et, contrairement aux autres fours classiques de formation de fibres, il n'est pas prévu pour raffiner le verre. Une unité de raffinage séparée est reliée au four de fusion, cette unité de raffinage, suivant l'invention, étant relativement longue et étroite. Sa largeur est très inférieure à celle du four de fusion. Dans l'unité de raffinage, le verre fondu s'écoule depuis l'extrémité d'introduction jusqu'à l'extrémité-de sortie, pratiquement sans recirculation. Il n'y a pas, ou presque pas, de courants de convexion.dans le verre, dans l'unité de raffinage. Dans cette unité, le verre fondu présente ce qu'on appelle, dans la technique de fabrication du verre, un écoulement uniforme (écoulement par glissement sans cisaillement plastique). Un nouveau dispositif d'introduction est prévu pour amener le verre fondu du four de fusion à l'unité de raffinage, la surface du verre dans cette mité étant sensiblement inférieure à la surface du verre dans le four de fusion. Le verre fondu s'écoule sur une goulotte relativement étroite comprenant un déversoir, dont • la largeur est très inférieure à celle du four de fusion ou de l'unité de raffinage, l'écoulement se faisant sous' forme d'un courant d'épaisseur relativement faible, qui est exposé à l'atmosphère qui le surmonte. On suppose qu'il se produit une action de roulement, si bien que les gaz présents dans le courant de verre fondu sont relâchés dans l'atmosphère. Le verre s'écoule de la goulotte dans un récipient que l'on peut appeler un homogénéiseur par chute libre, dont le fond est percé d'un orifice. Le fond de ce récipient est placé au-dessus de la surface du verre fondu dans l'unité de raffinage, si bien que le verre fondu en s'écoulant par ledit orifice 69 11057 3 2008442 et en suivant un trajet spiralé tombe sur le verre situé en dessous dans l'unité de raffinage. L'écoulement du verre sur la goulotte, puis à travers l'orifice prévu dans ledit récipient suivant un trajet spiralé assure l'homogénéité du verre parvenant dans l'imité 5 de raffinage. Cela évite aussi tout reflux, à_ contre-courant, vers le four de fusion. L'unité de raffinage est reliée par -un canal à un avant-creuset en forme de T, dans lequel sont situées les filières de formation des fibres. Contrairement à l'avant-creuset classique, 10 l'avant-creuset suivant la présente invention se rétrécit ou est convergent depuis le canal jusqu'à ses extrémités terminales tout en conservant une profondeur sensiblement uniforme, le niveau du verre y étant ainsi lui-même sensiblement uniforme, si bien que la vitesse du verre introduit dans l'avant-creuset demeure sensi-15 blement la même depuis le point d'entrée du verre jusqu'aux extrémités de l'avant-creuset. D'autre part, l'avant-creuset est bien calorifugé et il suffit de peu de chaleur.additionnelle pour maintenir le verre fondu à la température d'étirage convenable. Comme cela apparaîtra dans la description qui va suivre, 20 en référence au dessin, la disposition physique des différentes parties du dispositif se prête au remplacement de celles-ci, sans qu'il soit nécessaire d'interrompre le processus de fabrication. Ceci concerne plus spécialement le four de fusion et l'unité de raffinage, qui sont prévus en position déportée. 25 Généralement, un four de fusion est complètement usé à la fin d'une campagne de fabrication, et il faut alors le reconstruire. Plusieurs semaines sont nécessaires pour cette reconstruction, et pendant ce temps là, les filières de l'avant-creuset cessent de produire. Avec l'agencement suivant l'invention, le 30 temps d'arrêt est considérablement réduit. Par suite de la position déportée du four de fusion et de l'unité de raffinage, un autre ensemble four de fusion-unité de raffinage peut être construit, qui est l'image spéculaire de celui qui est usé, et il y a seulement à effectuer les raccordements à la cheminée et au 35 canal. Le canal et l'avant-creuset ont généralement une vie plus longue que le four de fusion et l'unité de raffinage. Avec cet agencement, le temps total d'arrêt de l'installation peut être inférieur à une semaine. On décrira plus en détail ci-après l'invention, en réfé-40 rence au dessin, sur lequel : 69 11057 4 2008442 La figure 1 est une vue générale en plan du dispositif suivant l'invention de production de fibres de verre. La figure 2 est une vue partielle en coupe horizontale dù dispositif de la figure 1. 5 La figure 2A est une vue en coupe horizontale de l'unité de raffinage, du canal et de l'avant-creuset. La figure 3 est une vue en coupe verticale suivant la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe verticale suivant la 10 ligne 4-4 de la figure 2. La figure 5 est une vue à échelle agrandie du dispositif d'alimentation à goulotte et récipient permettant d'amener le verre fondu du four de fusion dans l'unité de raffinage. La figure 5A est une vue à échelle agrandie suivant la 15 ligne 5A-5A de la figure 5. La figure 6 est une vue en coupe verticale suivant la ligne 6-6 de la figure 2A. Les figures 7, 8 et 9 sont des vues en coupe verticale suivant les lignes 1-1, 8-8 et 9-9.» respectivement, de la figure 20 2A. La figure 10 est une vue générale en élévation illustrant une opération de formation de fibres. La figure 1 du dessin montre en plan la disposition générale du dispositif de formation de fibres suivant l'invention, 25 Cette figure montre le réservoir, four ou unité de fusion 10 avec chambre d'alimentation ou d'introduction de la charge 12, . dans laquelle les ingrédients de fabrication du verre ou la charge sont amenés par tout moyen 'classique, par exemple un dispositif d'alimentation 13 à. vis jumelées, une cheminée 14 à l'extrémité 30 d'alimentation du four de fusion 10, une unité de raffinage 16 à l'extrémité opposé.e du four de fusion 10, un canal 18 relié à l'unité de raffinage 16 et un avant-creuset 20 en forme de T relié au canal l8. Une sonde de niveau 21 placée dans l'unité de raffinage commande 1 'alimentateur de charges 1J> du four de fusion. 35 /La disposition des différentes unités facilite la recons truction du four de fusion, de l'unité de raffinage, de leur raccordement à la cheminée ou de la maçonnerie de celle-ci, étant donné qu'il est possible de construire une installation qui est l'image spécùlaire de la première, comme représenté à la figure 1 en lignes 40 brisées, sans qu'il y ait lieu d'interrompre le fonctionnement de 69 11057 5 2008442 l'installation existante. Deux raccordement seulement sont à effectuer pour relier le nouveau four de fusion et la nouvelle unité de raffinage à la cheminée d'une part et au canal d'autre part. Cet agencement permet de réduire considérablement le temps d'arrêt 5 du dispositif. Les figures 2 et 4 sont des vues en coupe du four de fusion 10 et d'un tunnel 22'reliant le four de fusion 10 à la cheminée 24. Le tunnel 22 est pourvu d'une vanne ou registre 23 métallique, vertical et refroidi à l'eau. Le four de fusion 10 est fait 10 d'une pluralité de blocs réfractaires 25 en argile, et il comprend des parois latérales 26, des parois terminales 28a et 28b, un fond 30 et un plafond La paroi terminale 28b est refroidie à l'air pour assurer le réglage de la température du verre. La paroi terminale 28a est reliée par un passage 34 en 15 blocs réfractaires d'argile au tunnel 22, qui ést également construit en blocs réfractairesd'argile. La cheminée 24 est construite de façon similaire (voir aussi la figure 3). La paroi terminale opposée ç>PB est reliée à l'unité de raffinage 16 par une construc-' : cr. ~.£ on ferme de tunnel présentant une lèvre ou rive et un dispositif d'alimentation, que l'on décrira ultérieurement. Les parois latérales 26 du four de fusion 10 sont pour--pluralité d'orifices espacés 38 construits de façon -.ionvenulle en éléments réfractaires d'argile. Les orifices 38 zoi:t pl acd-s au-dessus de la surface du verre et ils reçoivent ; hr.cun un brûleur à combustible 40. Le gaz combustible est amené auxbrûleurs par un conduit convenable 42 relié à une source non représentée. L'air de combustion préchauffé est amené aux brûleurs 40 par un conduit convenable 44. Un récupérateur de chaleur classique est placé au-dessus de la cheminée 24 et est construit de façon 30 à préchauffer l'air de combustion qui est amené aux brûleurs 40 par le conduit 44. Les orifices 38, les brûleurs 40 etc.. sont situés de chaque côté du four de fusion 10. Du mazout peut être substitué au gaz combustible, si cela est nécessaire ou souhaitable. Les détails complémentaires relatifs à l'agencement de la cheminée 35 14 peuvent être vus sur la figure 3- Le dispositif d'alimentation à lèvre, désigné globalement par le chiffre de référence 50, relie le four de fi siôn 10 à l'unité de raffinage 16 et est représenté au mieux sur les figures 4, 5 et 5A. Ce dispositif comprend une goulotte ou déversoir ou trop-40 plein 52 en platine, qui est fixé sur la paroi terminale 54 *u BAD ORIGINAL 69 11057 6 2008442 four de fusion 10. Le déversoir ou goulotte 52, comme on peut le voir sur la figure 5A, est relativement étroit et peu profond, de telle sorte qu'un courant de verre fondu d'épaisseur relativement faible s'écoule sur ce déversoir depuis le four de fusion 10, pro-5 bablement avec une action de roulement et en étant exposé à l'atmosphère qui le surmonte. Le verre fondu s'écoulant par le déversoir ou goulotte 52 tombe dans un bassin plat 56 relativement petit et dont le fond est percé d'un orifice 58- Le bassin plat 56 est de préférence en platine. Le verre fondu s'écoule par l'ori-10 fice 58 sur le verre présent dans l'unité de raffinage 16 sous forme d'un courant spiralé. L'exposition du verre à l'atmosphère et son mouvement de roulement tandis qu'il descend dans la goulotte ainsi que le courant spiralé qui se forme à la sortie du bassin plat 56 aident au raffinage du verre en favorisant l'élimination 15 des gaz qu'il contient. L'écoulement dans le déversoir 52 est réglé par le. contrôleur de niveau du type sonde 21 placé dans l'unité de raffinage et commandant la vitesse d'alimentation en charges du four de fusion. L'unité de raffinage 16 (voir en particulier la figure 6) 20 est construite en blocs réfractaires d'argile et comprend un fond 60, un plafond 62, des parois d'extrémité 64 et des parois latérales 66. Dans l'unité de raffinage 16, il y a un écoulement uniforme (glissement sans cisaillement plastique) du verre jusque 25 dans le canal 18, puis dans l'avant-creuset 20. Le canal 18 est également construit en blocs réfractaires d'argile, avec un plafond, un fond et des parois latérales. L'avant-creuset 20 et le canal 18 forment généralement unT (voir la figure 2A). Comme indiqué précédemment, il y a une pluralité de filières 68 de formation de fi-30 bres (voir figures 7 à 9 et 10) dans le fond de 1'avant-creuset.. L'avant-creuset 20 du dispositif suivant l'invention a une profondeur sensiblement uniforme sur toute sa longueur et est construit d'une pluralité de blocs réfractaires, de telle sorte que son fond 70 forme un réceptacle pour le verre fondu, qui est plus étroit 35 à ses deux extrémités qu'en son centre. Des ouvertures espacées 72 mettent le réceptacle en communication avec les filières 68. De la matière réfractaire en retour 72 complète le réfractaire façonné 70 pour calorifuger l'avant-creuset. Un plafond 76 et des orifices 78 logeant des brûleurs sont prévus. Pour maintenir le 40 verre à la température convenable dans l'avant-creuset, on peut lui 69 11057 7 2008442 fournir un peu de chaleur au moyen des brûleurs 80 placés dans les orifices 78. Ces brûleurs 80 sont alimentés de façon convenable avec le mélange gazeux combustible fourni par une source non représentée. 5 On se reportera maintenant à la figure 10 qui représente, d'une façon générale, une série de postes de formation de fibres, l'avant-creuset étant désigné- par le chiffre de référence 20 et comportant une série de filières 68 de formation de fibres. Le verre s'écoule à travers les orifices de la filière 10 (il peut y avoir plusieurs centaines d'ouvertures dans une filière) et les courants de verre résultants sont amincis en fibres 82 au moyen d'un bobinoir 84 sur lequel .les fibres sont recueillies. Les fibres 82 sont rassemblées pour former un toron 82A au moyen d'un guide 86 et, juste avant ce guide, elles entrent en contact 15 avec un applicateur de liant 88 qui y applique un liant. Le bobinoir 84 est un tambour entraîné, qui reçoit un tube 90 sur lequel le toron 82A est recueilli sous forme d'un • écheveau ou moche. Des cloisons de protection 92 séparent les divers postes de formation de fibres. 20 Partout sur le dessin, le verre fondu a été représenté par des traits interrompus, le niveau du verre étant réglé par un contrôleur du type sonde placé dans l'unité de raffinage et commandant la vitesse d'introduction des charges dans le four de fusion. On a ainsi décrit une installation de production de fibres 25 de verre. La portée de l'invention est définie par les revendications ci-après. 69 11057 8 2008442 REVENDICATIONS 1° Procédé pour amener du verre fondu d'un récipient dans un autre consistant à le faire passer sur un support incliné sous forme d'un courant d'épaisseur relativement faible, de telle sorte que ce courant soit exposé à l'atmosphère présente au-dessus ^ de ce support, à décharger le verre fondu du support dans un récipient présentant un orifice, et à faire passer le verre fondu à travers cet orifice et à le faire tomber sur une masse de verre fondu située à une certaine distance en dessous, de telle sorte que le verre suive depuis ledit orifice un trajet spiralé durant jO sa chute sur le verre placé en dessous. 2° Dispositif pour produire des fibres de verre comprenant un four de fusion des ingrédients de fabrication du verre avec lesquels on alimente ledit four, des moyens pour alimenter ledit four en lesdits ingrédients de fabrication du verre, des 15 moyens pour fournir audit four suffisamment de chaleur pour fondre lesdits ingrédients de fabrication du verre, une unité de raffinage relativement longue et étroite destinée à raffiner le verre fondu qui y est introduit en provenance, dudit four de fusion, des moyens pour amener le verre fondu du four dé fusion dans ladite 20 unité de raffinage, et un avant-creuset pourvu de filières de formation de fibres relié à ladite unité de raffinage, dans lequel le verre fondu s'écoule en provenance de l'unité de raffinage et par les filières duquel le verre fondu s'écoule sous forme de courants destinés à être transformés en fibres. 25 3° Dispositif suivant la revendication 2, comprenant en outre des moyens pour contrôler et régler le niveau du -verre dans le four de fusion, dans l'unité de raffinage et dans l'avant-creuset, dans lesquels le. niveau du verre est différent. 4° Dispositif suivant la revendication 2, dans lequel • 30 lesdits moyens de chauffage comprennent des brûleurs à combustible et comprennent en outre-une cheminée pour l'évacuation des gaz chauds du four de fusion, cette cheminée étant reliée au four de fusion tout en étant espacée de celui-ci en vue de fournir un trajet relativement long auxdits gaz. 35 5° Dispositif suivant la revendication 4, comprenant en outre un récupérateur de chaleur associé à ladite cheminée et destiné à préchai:ffer l'air de combustion envoyé dans lesdits brû 69 11057 9 2008442 leurs à combustible. 6° Dispositif suivant la revendication 2, dans lequel ladite unité de raffinage est séparée dudit four de fusion et est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit four. 7° Dispositif suivant la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour amener le verre fondu du four de fusion dans l'unité de raffinage comprennent une goulotte inclinée ouverte à sa partie supérieure, placée de façon à recevoir le verre fondu venant dudit four, et à décharger le verre fondu à son extrémité terminale inférieure située dans ladite unité de raffinage, et un récipient placé à ladite extrémité inférieure de la goulotte recevant le verre fondu descendant dans la goulotte, ce récipient présentant un orifice à travers lequel le verre fondu qu'il reçoit s'écoule dans l'unité de raffinage et sur le verre que cette unité contient. 8° Dispositif suivant la revendication 7, dans lequel il n'y a aucun reflux de verre de l'unité de raffinage vers le four de fusion. 9° Dispositif suivant la revendication 2, dans lequel ledit avant-creuset se rétrécit en largeur depuis 3e point d'entrée du verre jusqu'à ses extrémités terminales et a une profondeur partout uniforme, cet avant-creuset étant calorifugé sur toute sa longueur pour que ses pertes de chaleur soient réduites. ' 10° Appareil suivant la revendication 2, comprenant en outre un canal reliant ladite unité de raffinage audit avant-creuset, ce canal étant placé sensiblement perpendiculairement à ladite unité de raffinage.