Brevet FR2068580A1 — publié le 19710827

' 2068580 la présente invention concerne de façon générale la fabrication du verre plat par le procédé de flottage, et plus précisément un procédé et un appareil de commande automatique de l'introduction de chaleur dans la cuve d'un appareil à verre flotté, en fonc- 5 tion de la mesure directe de la température de la couche de verre qui avance à la surface du bain de métal fondu, le temps nécessaire au dispositif de chauffage pour réagir aux fluctuations de la température de la couche de verre se trouve réduit, ce qui empêche les variations indésirables des dimensions d'équilibre du ruban de 10 verre fabriqué. le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 083 551 décrit et représente un appareil classique de fabrication de verre flotté. Comme l'explique ce brevet, la fabrication du verre plat par le procédé de flottage implique qu'on dépose du verre fondu avec 15 un débit réglé sur un bain de métal fondu dont la densité est supérieure à celle du verre (par exemple d'étain ou d'alliages d'étain) et qu'on le fasse avancer à la surface du bain de métal fondu dans certaines conditions physiques et thermiques réglées ; il faut, dans ces conditions, qu'il se forme une couche de verre fondu 20 sur le bain, que le verre de cette couche puisse s'écouler latéralement sans obstacle de façon à former à la surface du bain un corps flottant en équilibre et d'épaisseur stable, et que le corps flottant avance de façon continue sur le bain et soit progressivement et suffisamment refroidi au cours de son avance pour permettre le 25 prélèvement de la couche par des moyens mécaniques "à l'extrémité du bain et sans détérioration. Comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique F0 3 083 551 précité dans sa colonne 4, lignes 15 à 19, un réglage de la chaleur introduite est nécessaire pour maintenir les 30 conditions thermiques qui assurent la formation convenable de la couche en équilibre et son refroidissement ultérieur. Dans les dispositifs de la technique antérieure, on règle l'introduction de chaleur en fonction de la température du bain de métal fondu lui-même. On utilise des thermocouples immergés dans le métal fondu 35 pour indiquer la température en divers points du bain. On relève périodiquement ces températures et, ensuite, on règle manuellement la quantité d1 érîergxe^a un ou/§rou^lsrconvenables de dispositifs 70 41864 2 2068580 de chauffage1 électrique classiques,logés dans le toit de la cuve, - de manière à compenser les déviations locales à la température désirée pour le bain. Ce système présente cependant des inconvénients, car quelle que soit la fréquence d'observation de la température 5 du bain, les variations de la température de 1'atmosphère.du bain et de la surface de la couche de verre sur le bain peuvent diminuer la qualité du produit avant qu'elles n'affectent suffisamment la température du bain pour pouvoir être détectées. Le problème est particulièrement important dans la zone du bain où 10 le verre fondu forme la couche en équilibre et où il peut se produire des variations indésirables de la largeur et de l'épaisseur du ruban résultant. la présente invention permet de supprimer les variations des dimensions du ruban de verre et de réduire les fluctuations de la 15 température dans la cuve, grâce à un réglage automatique de la quantité d'énergie fournie aux dispositifs de chauffage e_n fonction des différences entre la température vraie de la surface de la couche de verre et une température prédéterminée désirée. En conséquence, l'invention concerne un dispositif qui détecte 20 et corrige les variations de température de la couche de verre placé^feur un bain de flottage, avant que celles-ci n'influent sur l'uniformité de la couche d'équilibre, l'appareil commande automa-tiquement/ct^é&eS^ÎÎ xournie par les dispositifs de chauffage dans l'appareil,de manière à compenser les variations de température de 25 la couche de verre. Il mesure avec précision et directement la température de la couche de verre elle-même et règle en fonction de celle-ci les dispositifs de chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de,l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard 30 des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale par un plan vertical d'un appareil à cuve de fabrication de verre flotté, représentatif selon l'invention ; la figure 2 est une coupe partielle agrandie du plafond de 35 la cuve de la figure 1, représentant l'appareil de l'invention destiné à détecter la température et monté à l'intérieur ; 70 41864 2068580 la figure 3 est une vue en perspective agrandie.de la.tête refroidie par eau de l'appareil de la figure 2, avec des parties arrachées ; la figure 4 est une vue en perspective agrandie de la buse 5 de vidange d'air de l'appareil, avec des parties arrachées; la figure 5 est une vue en perspective agrandie du dispositif détecteur de température lui-même ; la figure 6 est une élévation agrandie de l'appareil de la figure 2, après retrait du tube de visée ; 10 la figure 7 est une coupe verticale agrandie du dispositif de la figure 5 ; et la figure 8 est un schéma d'un mode de réalisation du circuit de commande électrique de l'invention. l'invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille 15 continue de verre par flottage, dans lequel on dépose du verre ' fondu sur la masse du métal fondu et on le déplace d'un bout à l'autre en réglant sa température au moins en partie par irradiation thermique, de façon que la feuille ait les températures voulues Iç^Long de la masse de métal ; de cette façon, le verre fondu s'étale,du 20 fait de la tension superficielle et de la gravité,de manière à former une couche de l'épaisseur et de la largeur voulues et qu'on refroidit progressivement,de façon à pouvoir la retirer de la masse du métal fondu sous forme d'une feuille continue. Selon l'invention, on observe directement la température de la couche de verre, et 25 on règle .la fourniture de chaleur en fonction de la température du verre,de manière à conserver les températures/ïeulong de la feuille. l'invention concerne aussi un appareil de fabrication de verre flotté comprenant une cuve qui contient un bain de métal fondu surmonté d'un espace fermé, un dispositif destiné à fournir 30 du verre fondu pour former une couche flottant sur le métal, un dispositif destiné à faire avancer la couche sur le bain et à la retirer de celui-ci sous forme d'une feuille continue, et plusieurs éléments de chauffage disposés dans l'espace fermé en vue de maintenir les températures voulues le long de la couche de verre ; 35 selon une caractéristique de l'appareil de l'invention, celui-ci comprend un dispositif d'observation directe de la température de la couche de verre à un emplacement déterminé,et de comparaison de cette température avec une température prédéterminée voulue 70 41864 . 4 2068580 pour le verre à cet emplacement, et un dispositif qui règle la chaleur fournie par les éléments de chauffage en fonction de la différence qui existe entre les températures observée et voulue, de manière à réduire cette différence de température. 5 la figure 1 des dessins représente un exemple d'appareil à verre flotté analogue à celui que décrit le brevet des Etats-Unis .pré cite d'Amerique N° 3 083 551/dans lequel du verre fondu 10 provient du canal de distribution d'un four 11 de fusion de verre en passant sur une lèvre de coulée 12 et sous une porte -d'ouvreau 13, une porte 10 14 commandant le débit. le verre s'écoule sur la lèvre 12 et arrive sur le bain 15 de métal fondu contenu dans la cuve 16, en formant une masse flottante de verre fondu 17 à partir de laquelle se forme une couche flottante 18 de largeur et d'épaisseur en équilibre et formant un ruban. 15 l'espace 19 situé au-dessus du bain, fermé par des parois latérales 20, d'extrémité d'entrée 21, d'extrémité de sortie 22 et par un toit 23, et appelé généralement chambre pleine, contient l'atmosphère protectrice des matières qui flottent (un mélange inerte classique d'azote et d'hydrogène) qui protège le bain de l'oxydation 20 à l'oxygène de l'air, l'atmosphère est continuellement complétée par un dispositif comprenant un distributeur principal 24 et des dérivations 25, ainsi que plusieurs canalisations d'entrée dans la chambre 26. Des dispositifs de chauffage électrique 27 à résistance 25 sont suspendus sous le toit 23 à la surface duquel ils sont répartis, de façon à fournir la quantité de chaleur nécessaire pour maintenir la température voulue dans la couche de verre et le bain, de la manière qu'on décrira en détail plus loin, la référence 23 désigne le dispositif détecteur de température de l'invention qu'on décrira 30 aussi en détail plus loin.. le ruban final 29, qui a subi un refroidissement progressif depuis sa formation en équilibre et au cours de son avance le long du bain, est suffisamment refroidi pour avoir une rigidité qui permet de le faire passer dans une étenderie classique (non représentée) 35 sur un dispositif mécanique de transport, sans endommager les surfaces. On a représenté un type de transporteur mécanique formé de rouleaux de support 30, 31 et 32 et d'un rouleau supérieur 33. 70 41864 2068580 On peut entraîner l'un des rouleaux 30 à 33 ou tous ceux-ci à l'aide d'un dispositif mécanique classique de façon à exercer sur le ruban de verre qui se déplace vers la sortie une traction suffisante pour le déplacer sur le bain ; si on le désire, on peut fabriquer 5 un ruban d'épaisseur inférieure à l'épaisseur d'équilibre en augmentant la vitesse des rouleaux 30 à 33, en accroissant ainsi la traction exercée et en réduisant le ruban 18. Il faut noter que la fabrication d'un ruban 29 en verre de largeur et d'épaisseur uniformes est particulièrement importante 10 pour la rentabilité du procédé de flottage, et la fabrication d'un tel ruban dépend de la formation d'une couche d'équilibre 18 de dimensions constantes à partir d'une masse flottante de verre 17, puisque cette couche émerge en formant le ruban 29. le réglage de la température est important, car la stabilité dimensionnelle 15 de la couche 18 dépend de .la viscosité du verre fondu 17, celle-ci variant avec la température. Des variations de la température de la couche de verre, en particulier dans la zone du bain où se forme la couche d'équilibre, peuvent donner des variations de largeur et d'épaisseur. 20 les dispositifs de la technique antérieure présentent des inconvénients en ce que le réglage de la température de la couche de verre est insuffisant, la couche de verre, placée entre le bain de métal fondu et la source de chaleur, reçoit une irradiation thermique provenant des dispositifs de chauffage. Comme la couche 25 de verre isole, partiellement le bain de la source de chaleur et a une masse par unité de surface bien inférieure à celle du métal fondu qui se trouve dessous, elle est bien plus sensible que le bain lui-même aux variations de la quantité de chaleur fournie par les éléments de chauffage ou de la température dans la chambre 19. 30 Ainsi, la couche de verre est défavorablement influencée par .des facteurs tels que, par exemple,les variations quotidiennes de la tension fournie aux éléments de chauffage dues aux variations de la quantité totale d'énergie demandée à la source» Si la tension augmente, l'augmentation de la quantité de chaleur fournie par les 35 dispositifs de chauffage accroît la température de la couche de verre, ce qui donne sur le bain une couche de verre plus large et plus fine qu'à une température inférieure. Inversement, si la tension baisse, on obtient une couche plus étroite et plus épaisse. 70 41864 2068580 De plus, du fait du décalage de temps entre les variations dans la couche de verre et dans le métal fondu du "bain, indépendamment de la fréquence de contrôle des thermocouples, il se produit des variations de la couche de verre avant qu'on puisse détecter et 5 corriger une variation de température dans le bain de métal fondu. L'invention concerne un dispositif perfectionné de réglage de la température qui résout ce problème. Ainsi, un dispositif détecteur de température repéré de façon générale par la référence 28 et mieux représenté sur la figure 2, est monté rigidement 10 dans le toit de la cuve à la plaque supérieure 34 de laquelle il est fixé par un raccord 35. Un tube creux. 36 de visée comportant un bloc 37 fixé à son extrémité inférieure et contenant un canal 38 qui le traverse et qui prolonge la partie creuse du tube, dépasse du raccord 35 dans la chambre 19 15 en passant par un orifice concentrique du toit 23 de la cuve et s'arrête à une courte distance de la couche de verre. Ce tube permet au dispositif détecteur de température de viser directement la couche de verre sans interférence avec d'autres sources d'énergie radiante, par exemple avec les dispositifs de chauffage et les 20 parois de la chambre, en permettant au dispositif détecteur lui-même d'être placé dans l'atmosphère à température ambiante qui se trouve à l'extérieur de la cuve. Dans le dispositif détecteur lui-même»mieux représenté sur la figure 7, les radiations provenant de la source de chaleur 25 visée par l'orifice 38 pénètrent par une fenêtre 39, passent par des orifices 40 vers un miroir courbe 41, et sont focalisées et réfléchies par le miroir 41 de manière à former une image bien définie sur la surface 42. Une partie de l'énergie thermique radiante passe par une petite ouverture divergente 43 et 30 conique de la surface 42. Cette ouverture permet à une partie de l'énergie de passer autour d'une thermopile 44 placée sur son trajet et d'atteindre un miroir 45 qui la réfléchit et focalise à nouveau les rayons sur les soudures de mesure de la thermopile 44. On effectue facilement la mise en position correcte du 35 détecteur,en vue de mesurer la température d'une zone visée particulière en visant l'image réfléchie de la zone sur la surface 42 à l'aide d'un verre de visée 46 et d'une lentille 47 travaillant en combinaison avec une chambre 48 et un trou (non représenté) 70 41864 2068580 dans le miroir 41. Comme on vise directement l'image observée, on peut régler facilement la position du dispositif détecteur si cela est nécessaire. Des fils 49 amènent le signal électrique créé par la thermo-5 pile 44 et proportionnel à l'énergie radiante focalisée sur elle à des bornes 50. Des fils 51 (figure 8) relient les bornes à un dispositif de commande qu'on décrira plus loin. Une tête 52 refroidie à l'eau (figure 3) évite que le détecteur lui-même soit surchauffé du fait de sa proximité des 10 sources de chaleur, et maintient la thermopile à une température plus ou moins constante. L'eau d'une réserve passe par un tuyau souple 53, une chemise 54 creuse et cylindrique de refroidissement et un tuyau souple d'évacuation 55 (figure 6). La tête de refroidissement 52 s'ajuste sur la partie inférieure cylindrique 15 du détecteur qu'elle entoure, comme représenté sur les figures , 5 et 6, et des attaches 56 logées dans des fentes 57 maintiennent en place la tête en la repoussant contre une garniture d'étanchéité 58. Une buse de vidange d'air, représentée de façon générale en 20 59 (figure 4) est montée de façon classique entre la tête 52 et le raccord 35 (figure 6) pour empêcher que des matières telles que de la fumée ou des vapeurs pénètrent dans le tube de visée 36 (figure 2) et influent sur les lectures du détecteur. Comme on le voit mieux sur la figure 4, cette buse comprend une partie cylin-25 drique creuse 60 comportant un flasque solidaire 61 et enfermant un volume interne 62. Un tuyau flexible 63 d'entrée est relié en 64 de façon classique et une garniture 65 forme un joint hermétique contre le raccord 35. Du gaz comprimé compatible avec l'atmosphère du bain et fourni à la buse par le tuyau 63 pénètre de façon conti-30 nue dans le volume interne 62 et sort par l'orifice 38 à l'extrémité du tube de visée 36, de façon à purger le volume fermé le long du trajet de visée. On trouve facilement dans le commerce plusieurs dispositifs thermo-électrique§ânalogues pour la mesure des températures. Un 35 mode de réalisation particulier, utilisé avec succès et représenté dans le mode de réalisation préféré, est connu sous le nom de détecteur "Ray-0-Tube" et est fabriqué par the Leeds & Northrup Company à Philadelphie, Pennsylvanie, Etats-Unis d'Amérique. 2G68580 La figure 8 est un schéma électriq.ue d'un mode de réalisation du dispositif de commande de l'invention. Les fils 51 conduisent le signal converti provenant du dispositif détecteur 28 à un dispositif de commande de température 66. On enregistre de façon continue 5 la température correspondant à ce signal sous forme d'une courte 68 tracée sur un ruban de papier 67 par une aiguille 69. De plus, on compare de façon continue la température indiquée par un appareil classique avec une température de commande ou température étalon indiquée en 70, et réglée par les boutons 71. Cette comparaison 10 donne un signal transmis à un ensemble de commande électrique 72 par des conducteurs 73. Un commutateur 74 relie l'appareil au réseau dont la tension est modulée en fonction du signal de commande par un amplificateur magnétique 75 placé du côté du primaire 76 d'un transformateur de commande 77. Ainsi, par exemple, si la lec-15 ture en 69 est inférieure à celle effectuée en 70, la tension du côté du primaire du transformateur augmente d'une quantité proportionnelle à la différence de température ; si la lecture en 69 dépasse celle effectuée en 70, l'inverse se produit. Les variations de la tension du primaire font varier propor-20 tionnellement la tension de sortie du secondaire 78 qui fournit l'énergie à plusieurs dispositifs de chauffage 79 à résistance montés en parallèle et associés à des rhéostats 80 qu'on peut régler manuellement pour équilibrer le dispositif en cas de nécessité. Les dispositifs de chauffage 79 représentés sur la figure 8 corres-25 pondent à une ou plusieurs zones ou baies de commande dans la cuve. Un exemple de cuve peut comprendre de l'ordre de 15 zones, ayant chacune environ 3 mètres de long, numérotées les unes à la suite des autres de l'entrée jusqu'à, la sortie de la cuve, et pouvant fonctionner chacune à une température différente. Ainsi, 30 on peut commander de cette façon une ou plusieurs des zones ou des combinaisons de zones. On constate que l'invention donne satisfaction dans un exemple particulier dans lequel l'appareil comporte le dispositif détecteur de l'invention monté dans la zone 9 de manière à commander la 35 température de la couche de verre dans la zone 7, à l'emplacement où la couche de verre atteint ses dimensions d'équilibre. 70 41864 BAD ORIGINAL 70 41864 2068580 Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. 70 41864 io 2068580 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une feuille continue de verre par le procédé de flottage dans lequel on dépose du verre fondu sur une masse de métal fondu et on la déplace d'un bout à l'autre 5 de celle-ci en commandant la température,au moins en partie,par irradiation thermique de manière à obtenir les températures voulues le long du verre, de façon que le verre fondu s'étende sous l'action de la tension superficielle et de la gravité en formant une couche de la largeur et de l'épaisseur voulues et se refroidisse ensuite 10 progressivement de façon qu'on puisse retirer la couche de la masse de métal fondu sous forme d'une feuille continue, caractérisé en ce qu'on relève directement la température de la couche de verre, et on règle l'intensité de l'irradiation thermique en fonction de la température du verre, de manière à maintenir les températures voulues 15 le long de la couche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on, mesure la température en détectant la radiation de,1a couche de verre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on effectue l'irradiation thermique à l'aide de plusieurs éléments 20 chauffants à résistance électrique placés au-dessus de la couche de verre, caractérisé en ce qu'on compare la température relevée avec une température étalon prédéterminée,et on module l'énergie fournie aux .éléments de chauffage en fonction de la/§èÇrir£SSetempératures. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les éléments 25 de chauffage sont reliés électriquement par groupes, caractérisé en ce qu'on commande séparément les groupes de façon à obtenir les températures voulues le long de la couche de verre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on commande au moins un des groupes d'éléments chauffants placés 30 au-dessus de la couche de verre au voisinage de la zone de stabilisation de celle-ci, de façon à maintenir les dimensions voulues de ladite couche. 6. Appareil de fabrication de verre flotté, comprenant une cuve contenant un bain de métal fondu et un espace fermé au-dessus 35 de celui-ci, un dispositif destiné à fournir du verre fondu de façon à former une couche flottant sur le métal fondu, un dispositif destiné à faire avancer la couche sur le bain et à la retirer BAD ORIGINAL 70 41864 2068580 sous forme d'une feuille continue, et plusieurs éléments de chauffage disposés dans l'espace fermé et destinés à maintenir les températures voulues le long de la couche de verre, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à l'observation directe de la tempé-5 rature de la couche de verre à un emplacement choisi et à la comparaison de la température observée avec une température prédéterminée voulue à cet emplacement, et un dispositif de réglage de la quantité de chaleur fournie par les éléments de chauffage en fonction de la différence entre les températures observée et voulue de manière 10 à réduire cette différence.de température. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif détecteur est une thermopile montée de façon à viser directement le verre fondu. 8- Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel 15 les éléments de chauffage comportent des résistances électriques, caractérisé en ce que plusieurs éléments de chauffage sont montés en parallèle et à proximité du toit de la cuve et forment une zone de commande. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce 20 que les éléments de chauffage forment plusieurs zones de commandes analogues. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de comparaison des températures observée et voulue est un dispositif de commande électronique, 25 et le dispositif de réglage est un amplificateur magnétique monté en série avec le primaire d'un transformateur destiné à moduler la quantité d'énergie fournie par les éléments de chauffage.