Brevet FR2115460A1 — publié le 19720707

Quand on forme une matière en plaaue à partir de verre fondu, il est nécessaire d'accroître la viscosité du verre fondu en abaissant sa température afin de maintenir l'intégrité de la plaque nouvellement formée. Dans la zone de formation, où. le 5 verre fondu est encore dans un état fluide voisin du point d'étirage, il est connu d'appliquer sélectivement un refroidissement par petits incréments sur la largeur de la plaque afin de réduire les variations d'épaisseur au sein du verre. Toutefois, le but de ce refroidissement n'est pas d'extraire rapidement de la cha-10 leur afin d'établir et de maintenir l'intégrité de la plaque nouvellement formée, mais plutôt de refroidir sélectivement de petites zones désignées afin d'assurer une distribution plus uniforme d'épaisseur sur la largeur de la plaque, comme on y arrive avec les refroidisseurs à baïonnette du brevet des E.U.A. n° 3 223 502. 15 Une fois que la plaque nouvellement formée a été enlevée de la zone de formation, qui peut comprendre un bloc de débiteuse ou une barre d'étirage dans le cas de l'étirage par le haut ou bien un orifice de décharge ou un coin de formage dans le Cas de l'étirage par le bas, il est usuel d'appliquer à la plaque un 20 refroidissement généralisé dans une zone de transition avant d'amener la plaque à un appareil de recuisson. Toutefois, les procédés et appareils connus actuellement utilisés dans la technique ne sont pas entièrement satisfaisants car l'application directe d'air ou d'un autre gaz de refroidissement à la plaque engendre 25 des écoulements d'air et des courants de convection indésirables qui entraînent un refroidissement non uniforme sur la largeur» En outre, les écoulements d'air le long de la plaque produisent un effet de cheminée qui peut même gêner les fonctions normales de la zone de formation ou de la zone de recuisson. 30 Comme indiqué dans le brevet des E.TJ.A. n° 3 223 502 pré cité, ainsi que dans le brevet des E.U.A. n° 2 896 376, on a utilisé des refroidisseurs à eau dans la zone de transition voisine de la plaque nouvellement formée pour éliminer la chaleur indésirable. Toutefois, non seulement les récipients refroidis 35 par eau ont tendance à donner un refroidissement non uniforme sur la largeur de la plaque parce que la température de l'eau entrant dans le refroidisseur d'un côté de la plaque est inférieure à la température de l'eau qui quitte le refroidisseur du côté opposé de la plaque, mais encore les parois métalliques des refroidis-40 seurs à eau tendent à créer des courants de convection qui pro- 71 42578 2 2115460 duisent des effets de cheminée modérés et entraînent m refroidissement non uniforme sur la largeur de la plaque. De plus, la quantité totale de chaleur pouvant être dissipée en un laps de temps donné et aussi le réglage de cette élimination sont limités lors-5 qu'on utilise les techniques connues de refroidissement par eau. l'invention remédie aux problèmes rencontrés antérieurement dans le refroidissement de verre à vitre nouvellement formé dans une zone de transition, en utilisant de l'air de refroidissement à grande vitesse facile à régler dans un espace confiné se 10 trouvant derrière une paire de parois tournées vers la plaque, ce qui permet d'éliminer rapidement de la chaleur du verre nouvellement formé sans créer des courant de convection. l'invention concerne un procédé et des moyens nouveaux permettant de refroidir une plaque de verre nouvellement formée, 15 à une vitesse notable et réglable, après que cette plaque ait été retirée de sa zo&e de formation. La vitesse à laquelle de la chaleur est dissipée d'une plaque dépend du débit total de verre dans le processus et des caractéristiques de température sur la largeur de la plaque de verre. Selon l'invention, deux parois 20 ayant une grande conductivité thermique, une faible dilatation thermique et une grande émissivité, par exemple des plaques en carbure de silicium, sont disposées de part et d'autre de la plaque nouvellement formée dans une zone de transition. La plaque nouvellement formée, qui peut être dans un état semi-fondu, rayon-25 ne de la chaleur vers la surface antérieure de la plaque en carbure de silicium et de la chaleur est éliminée de la plaque au moyen d'air à grande vitesse passant à l'intérieur d'un espace ou passage confiné réglable se trouvant à l'arrière de la plaque ou paroi, l'air de refroidissement s'écoulant longitudinalement par 30 rapport à l'étirage et non transversalement ainsi qu'il était usuel antérieurement. La quantité totale de chaleur dissipée sur la largeur de la plaque est fonction de la vitesse de l'air qui passe sur la surface postérieure de la plaoue en carbure de silicium et, en 35 conséquence, on peut régler la vitesse d'extraction de chaleur dans la zone de transition en réglant la vitesse de l'air. On peut régler la vitesse de l'air soit en ajustant la largeur du passage d'écoulement derrière la plaque en carbure de silicium, soit en réglant le débit global appliqué au système, par exemple 40 au moyen d'un registre principal ou d'une vanne de réglage de 71 42578 3 2115460 l'écoulement. En outre, on peut obtenir des vitesses différentielles de refroidissement sur la largeur de la plaque de verre en utilisant des registres ou vannes commandés individuellement, disposés à l'intérieur de conduits à air qui sont reliés à des 5 segments disposés horizontalement sur la largeur de l'enveloppe de transition refroidie par air. En général, étant donné les caractéristiques des processus d'étirage de plaques, les portions marginales de la plaque sont plus épaisses que les portions centrales et il est donc nécessaire d'assurer un refroidissement 10 plus fort aux bords afin d'éliminer les contraintes indésirables qui peuvent avoir pour effet que la plaque gauchisse ou se brise. L'air à grande vitesse servant à refroidir les plaques en carbure de silicium est de préférence aspiré à travers chaque enveloppe de transition par tous moyens appropriés tels qu'un 15 ventilateur de tirage. Par suite, l'intérieur de chacune de ces enveloppes est maintenu à une pression réduite ou négative relativement à la zone adjacente de formation de verre et, en conséquence, s'il se produit une fuite d'air dans l'enveloppe, elle ne s'écoule pas dans la zone de formation et ne perturbe pas 20 celle-ci. Bien que les enveloppes refroidies par air de l'invention soient principalement conçues pour refroidir une plaque de verre nouvellement formée à mesure qu'elle passe à travers la zone de transition pour aller de la zone de formation à un appareil de 25 recuisson, des éléments chauffants sont prévus à l'intérieur des enveloppes non seulement pour faciliter les opérations initiales de démarrage, mais aussi pour aider à stabiliser l'étirage s'il se produit une rupture de verre dans l'opération. L'un des objets de l'invention est de fournir, pour la 30 zone de transition d'une opération d'étirage de verre à vitre, un système de refroidissement perfectionné dans lequel de l'air à grande vitesse est aspiré à travers un passage confiné à l'intérieur d'une enveloppe fermée pour refroidir une paroi qui présente une grande conductivité, une faible dilatation et une forte 35 émissivité et qui est disposée auprès d'une plaque de verre nouvellement formée passant à travers la zone de transition et absorbe de la chaleur de cette plaque. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé et un appareil permettant de refroidir rapidement et de façon 40 réglable une plaque de verre nouvellement formée après qu'elle 71 42578 4 2115460 ait été retirée de la zone de formation, en faisant passer sélectivement de l'air à des débits réglés à travers un passage confiné se trouvant d'un côté d'une plaque en carbure de silicium, la face opposée de cette plaque étant disposée au voisinage de la plaque 5 de verre nouvellement formée. la description qui va suivre en regard du dessin annexé donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités gui ressor-tent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de 10 ladite invention. La figure 1 est une vue schématique en élévation avec coupe montrant la zone de transition refroidie par air de l'invention, disposée dans un ensemble d'étirage de verre à vitre par le bas; 15 La figure 2 est une vue latérale en élévation de l'une des enveloppes de transition refroidies par air figurant sur la figure ^ t La figure 3 est une vue en élévation latérale de la structure d'enveloppe, les conduits à air extérieurs étant enlevés pour 20 plus de clarté; La figure 4 est une vue en plan supérieure des enveloppes de transition opposées refroidies par air, avec arrachage partiel. On se référera maintenant aux dessins et particulièrement à la figure 1, qui montre deux enveloppes opposées de transition 25 refroidies par air 10 disposées dans un ensemble de formation de verre à vitre avec étirage par le bas. Les enveloppes 10 sont disposées dans une zone de transition 12, entre une zone de formation 14 et une zone de recuisson 16, Du verre fondu G- qui se trouve dans la zone de formation est amené à travers un orifice 30 ou le long d'un coin de formation et est tiré vers le bas par des rouleaux dentés appropriés 18 de manière à former du verre à vitre S. Habituellement, les enveloppes réfractaires 20 qui entourent la zone de formation 14 sont munies de dispositifs de refroidissement incrémentiel de manière à assurer l'uniformité d'épaisseur 35 sur la largeur de la plaque pendant qu'elle se forme et pendant qu'elle est encore à l'état fondu ou semi-fluide. Bien que les caractéristiques d'épaisseur de la plaque nouvellement formée S qui arrive dans la zone de transition 12 aient été déterminées dans la zone de formation, il est nécessaire de dissiper une cer-40 taine quantité de chaleur du verre nouvellement formé dans la zone 71 42578 5 2115460 de transition de manière à maintenir l'intégrité de l'étirage lorsque la plaque est amenée à d'autres zones de traitement thermique telles que la zone de recuisson 16. les supports réfrac-taires 22 des enveloppes de transition 10 peuvent aussi être de 5 structure creuse et munis de moyens de refroidissement si on le désire, le support 22 pourrait en fait prendre la forme d'une enveloppe de transition supplémentaire 10 car on a trouvé que plusieurs enveloppes de transition refroidies par air 10, empilées verticalement et commandées individuellement, peuvent éliminer 10 la nécessité d'un appareil de recuisson usuel. Comme le montre la figure 1, les deux enveloppes de tran-- sition opposées refroidies par air, 10, sont identiques et en conséquence, on ne décrira en détail qu'une seule enveloppe. Les enveloppes de transition opposées 10 peuvent être supportées en 15 position espacée et adjacente à la feuille de verre étirée grâce à un "bâti commun, comme représenté sur les figures 3 et 4, qui comprend des supports verticaux 24 et un support horizontal 26. Comme on le voit particulièrement sur la figure 2, l'enveloppe 10, qui comprend une paroi antérieure 28, une paroi supérieure 20 30, une paroi inférieure 32, une paroi postérieure 34 et des blocs d'extrémité 36 (visibles sur la figure 4) délimite un espace confiné 38 destiné au passage de l'air. Comme le montrent les flèches sur la figure 2, de l'air est aspiré dans l'enveloppe 10 à travers un collecteur d'entrée 40 présentant un filtre en toile métallique 25 42. Le collecteur d'entrée 40 est fixé à un support de montage 46 prévu sur la paroi postérieure 34 et communique avec des ouvertures d'entrée alignées 44 prévues dans le support de montage et la paroi postérieure. L'air est aspiré à travers un espacement ou passage réglable 48 situé derrière la paroi antérieure dans une 30 direction longitudinale relativement à l'étirage du verre, et ensuite vers l'extérieur, depuis l'espacement confiné 38, à travers de multiples ouvertures de sortie 50 prévues dans le support de montage 46 et la paroi postérieure 34. Comme le montrent plus particulièrement les figures 3 et 35 4, le support de montage 46 est muni d'une pluralité de cloisons 52 qui forment cinq ouvertures do sortie séparées 50 à l'arrière de chaque enveloppe 10. Une pluralité de conduits de tirage 54 sont reliés au support de montage 46, un de ces conduits communiquant avec chaque ouverture de sortie 50. Chaque conduit de ti-40 rage 54 est muni d'une vaftne ou d'un volet réglable 56 (figure 1), 71 42578 e 2115460 par exemple du type fabriqué par la Clarage Pan Co. à Ealamazoo, Michigan. Pour plus de clarté, les volets individuels ne sont pas représentés dans les conduits 54 de la figure 4. Toutefois, comme on le voit bien sur la figure 1 et sur la figure 4, le 5 conduit individuel de tirage 54 de chaque enveloppe 10 communique avec un collecteur principal de tirage 58 qui, comme le montre la figure 4, est muni d'un volet principal 60 servant à commander l'écoulement d'ensemble à travers le collecteur 58 et d'un dispositif générateur de dépression tel qu'un ventilateur de tirage 62 10 servant à aspirer l'air à travers l'enveloppe 10. ïïn ensemble de bloc de chauffage 64 est monté coulissant sur plusieurs glissières 66 à l'intérieur de chaque enveloppe 10. L'ensemble de bloc de chauffage 64 présente un corps réfractaire principal 68 entouré d'un carter en métal déployé 70 et une por-15 tion antérieure de chauffage 72 comprenant plusieurs éléments chauffants électriques 74 maintenus en position à l'intérieur d'une matière isolante appropriée 76. L'ensemble de bloc de chauffage 64 est muni d'une plaque postérieure 78 s*étendant sur toute sa largeur et présentant deux blocs adapteurs 80 munis chacun 20 d'une bague de retenue 82 servant à supporter avec possibilité de rotation une vis de réglage 84. Un bloc rigide 86 est fixé au support de montage 46 dans l'alignement de chaque bloc adap-teur 80 et dans ce bloc 86 peut se visser l'une des vis de réglage 84 de sorte que l'on peut déplacfer de façon réglable 1'ensem— 25 ble de bloc de chauffage 64 vers l'intérieur et vers l'extérieur, à l'intérieur de l'espace confiné 38 de l'enveloppe 10, le long des glissières 66, pour régler l'épaisseur du passage confiné 48 et, en conséquence, la vitesse de l'air qui passe au travers. En service, du verre fondu G- est converti en verre à 30 vitre S à l'intérieur d'une zone de formation 14 et retiré de celle-ci par des rouleaux dentés appropriés 18. Le verre à vitre nouvellement formé, dont les caractéristiques de surface ont été déterminées dans la zone de formation 14, passe alorB à travers une zone de transition 12 dans laquelle une quantité 35 notable de chaleur est éliminée de manière à rendre la plaque plus rigide et à maintenir son intégrité pendant qu'elle est conduite à d'autres moyens de conditionnement tels qu'une zone de recuisson 16. Le ventilateur de tirage 62 a normalement pour effet de 4-0 maintenir dans les collecteurs 58 une pression réduite ou sous- 71 42578 7 2115460 atmosphérique déterminée par la position du volet principal ou vanne 60, De l'air est donc aspiré à travers le collecteur d'entrée 40 et les ouvertures d'entrée 44, passe le long de l'espacement réglable 48 auprès de la surface postérieure de la paroi an-5 térieure en carbure de silicium 28 de manière à s'écouler longi-tudinalement relativement à la direction d'étirage, et va vers l'extérieur par les ouvertures de sortie 50 et les conduits de tirage 54» Etant donné que chaque conduit d'échappement 54 est muni d'une vanne ou d'un volet 56 commandé individuellement et 10 que chaque conduit communique avec une ouverture de sortie 50 qui s'étend sur une zone prédéterminée de la largeur de l'enveloppe 10, il est possible de régler sélectivement la quantité d'air qui passe sur diverses portions horizontales de la paroi antérieure 28. Autrement dit, étant donné que les portions margina-15 les du verre à vitre nouvellement formé sont normalement plus épaisses que les portions centrales par suite de caractéristiques de formation, il est nécessaire d'appliquer un refroidissement plus important le long des portions marginales pour compenser le plus grand volume de verre le long de celles-ci et assurer un 20 refroidissement uniforme sur toute la largeur de la plaque. Ainsi, les vannes 56 prévues dans les conduits de tirage 54 le long des bords extérieurs de la plaque sont ajustées à une position plus ouverte que les conduits à position centrale 54, de manière à avoir davantage d'air de refroidissement le long de la surface 25 postérieure de la paroi frontale 28 auprès des bords de la plaque S. On comprend, bien entendu, que cela n'est qu'ion exemple de la façon de régler la vitesse de l'air sur la largeur de la surface postérieure de la paroi antérieure 28 pour assurer un 30 refroidissement uniforme sur la largeur de la plaque. On peut régler les vannes individuelles 56 pour compenser d'autres irrégularités, par exemple un effet de coin dans la plaque, l'ouverture de chaque vanne étant alors réglée proportionnellement à la variation d'épaisseur dans le coin, une petite ouverture de vanne 35 amenant une quantité d'air relativement petite à la zone voisine du sommet du coin et une plus grande ouverture de vanne amenant une quantité d'air relativement grande à la zone voisine de la portion la plus épaisse du coin. Le refroidissement du verre est assuré par le rayonne-40 ment de la chaleur de la plaque vers la surface antérieure de la 71 42578 8 2115460 paroi 28 et la dissipation efficace de cette chaleur de la paroi par le passage d'un courant d'air à grande vitesse réglée sur la surface postérieure de cette paroi. En conséquence, la paroi est, de préférence, formée d'une matière qui a une grande émis-5 sivité de manière à absorber la chaleur rayonnée de la plaque de verre, une grande conductivité thermique de manière à transférer facilement cette chaleur absorbée à la surface postérieure pour une dissipation rapide, et une faible dilatation thermique de manière à éviter un pli et à présenter une surface extérieure lis-10 se et continue au verre à vitre. On peut régler l'épaisseur du passage d'écoulement 48 à l'intérieur de l'espace confiné 38 de chaque enveloppe 10 de manière à faire varier la vitesse de l'air qui passe sur la surface postérieure de la paroi antérieure 28 par exemple en déplaçant 15 l'ensemble de bloc de chauffage 46 vers l'intérieur ou vers l'extérieur le long des glissières 66 au moyen des vis de réglage 84. En conséquence, pour les tirées relativement grandes de verre où il faut refroidir un volume relativement important de verre en un laps de temps donné, on peut augmenter la vitesse globale de re-20 froidissement en augmentant la vitesse sur la surface postérieure de la paroi antérieure 28, soit en réduisant l'épaisseur du passage 48 au moyen des vis de réglage 84, soit en augmentant la vitesse à travers le système par une plus grande ouverture du volet principal 60. Bien que la portion chauffante 72 ne soit 25 pas jugée absolument nécessaire au fonctionnement de l'appareil, les éléments de chauffage 74 sont avantageux pour fournir de la chaleur à la zone de transition s'il se produit une rupture de verre et aussi pour faciliter la mise en route initiale du système au moment du démarrage. 30 Bien que le fonctionnement de l'appareil soit évident pour l'homme de l'art d'après la description ci-dessus, on donne l'exemple précis suivant pour illustrer ledit fonctionnement. Deux enveloppes de transition refroidies par air présentant des parois antérieures en carbure de silicium d'environ 2,5 cm d'é-35 paisseur sont disposées à environ 12,7 cm de part et d'autre d'une ligne d'étirage de verre, chanue paroi antérieure dépassant horizontalement d'environ 7,6 cm chaque bord de la plaque étirée et formant une zone de transition d'environ 50 cm de hauteur. Un espacement de 2,5 cm est prévu à l'intérieur de chaque enveloppe 40 de transition refroidie par air entre la surface postérieure de 71 42578 9 2115460 la paroi antérieure et la surface antérieure de l'ensemble de bloc de chauffage, et de l'air à la température ambiante est aspiré à travers l'espace confiné situé à l'intérieur des enveloppes à * 7 raison de 20 m /mn. Une plaque de verre s'écoulant à raison de 5 700 kg/h est refroidie par les enveloppes de transition à air à raison d'environ 3800 kcal/h, les diverses vannes des conduits de tirage étant réglées de manière à maintenir un refroidissement substantiellement uniforme sur la largeur de la plaque. On a décrit l'invention à propos d'un processus d'étirage 10 de verre par le bas dans lequel la plaque peut être formée soit par m orifice distributeur soit par un coin de formation, mais il est évident que l'invention est aussi bien applicable à une opération de formation de plaque avec étirage par le haut. En outre, bien qu'il soit préférable d'utiliser un système à pres-15 sion négative dans les enveloppes de transition à air pour aspirer l'air de refroidissement à travers celles-ci de manière à éviter une fuite d'air indésirable vers la zone de transition, qui pourrait influencer le verre de façon nuisible, on peut utiliser une pression positive si l'on prend des mesures appropriées pour em-20 pêcher toute fuite d'air vers la zone de transition. En outre, s'il est préférable de faire passer l'air à travers le passage réglable prévu à l'intérieur de l'espace confiné dans une direction longitudinale qui est contraire au sens de déplacement du verre à vitre, on peut utiliser xm écoulement à courant direct 25 relativement à la direction d'étirage si un écoulement à contre-courant n'est pas pratique. Etant donné que les enveloppes de transition à air sont commandées individuellement, il rentre dans le cadre de l'invention de prévoir plusieurs enveloppes de transition à air superposées de part et d'autre de la plaque nouvelle-30 ment formée pour régler le conditionnement de la plaque de façon similaire à un appareil de recuisson et éliminer ainsi la nécessité d'un appareil de recuisson usuel. On a exposé les modes d'exécution actuellement préférés de l'invention mais il est évident qu'il est possible d'y apporter 35 diverses modifications sans sortir pour cela du cadre de l'invention. 71 42578 ,0 2115460 REVENDICATIONS 1. Procédé pour refroidir rapidement et de façon réglable du verre à vitre nouvellement formé, étiré à partir d'un bain fondu en une plaque dans une zone de formation et transféré à une 5 zone de transition pendant qu'il est encore à une température élevée, ce procédé assurant aussi la compensation des variations d'épaisseur de la plaque étirée et un refroidissement uniforme sur la largeur de celle-ci, caractérisé en ce qu'on fait passer un courant d'air de refroidissement à grande vitesse à l'intérieur d'ion 10 espace confiné, situé derrière une paroi espacée de la plaque de verre nouvellement formée et s'étendant sur la largeur de celle-ci, dans une direction qui est longitudinale relativement à l'étirage de la plaque de verre et, si nécessaire, on fait varier la vitesse du courant d'air dans différents segments sur la largeur de 15 l'espace confiné. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait varier la vitesse du courant d'air de refroidissement qui passe derrière la paroi en faisant varier la largeur de l'espace confiné prévu immédiatement derrière cette paroi. 20 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer l'air de refroidissement à travers l'espacement confiné à contre-courant relativement à la direction d'étirage du verre à vitre. i 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 qu'on aspire l'air de refroidissement à travers l'espace confiné de manière à maintenir une pression sous-atmosphérique relativement à la zone de formation. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit plusieurs écoulements de sortie sur la largeur de 30 l'espace confiné et on règle indépendamment le débit de chacun de ces écoulements de sortie. 6. Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe disposée au voisinage d'une surface de verre nouvellement formé qui 35 présente une paroi tournée vers le verre à vitre nouvellement formé et composée d'une matière qui présente une grande émissivité, une grande conductivité et une faible dilatation thermique, la surface postérieure de la paroi et l'enveloppe formant un passage confiné pour un courant d'agent de refroidissement à vitesse élevée et 40 variable qui s'écoule sur une largeur proportionnée à la largeur 71 42578 n 2115460 du verre à vitre nouvellement formé. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe est munie d'ouvertures d'entrée et d'ouvertures de sortie pour l'agent de refroidissement, les ouvertures de sor- 5 tie étant reliées à des moyens servant à mouvoir l'agent de refroidissement à travers le passage confiné à contra-courant relativement à la direction d'étirage du verre à vitre. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ouvertures de sortie sont reliées à une série de conduits 10 de sortie répartis sur la largeur horizontale de l'enveloppe, chacun de ces conduits étant muni de vannes servant à régler l'écoulement d'agent de refroidissement à travers un segment horizontal du passage confiné. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce 15 que l'enveloppe est munie de moyens réglables servant à faire varier l'épaisseur du passage confiné. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe contient des moyens de chauffage servant à fournir de la chaleur à la zone de transition 20 pendant le démarrage.