Brevet FR2134342A1 — publié le 19721208

• 72 02036 2134342 La présente invention a trait à la fabrication de verre plat de haute qualité par le procédé de flottage, et plus particulièrement à un processus grâce auquel la fréquence observée des défauts dans le produit, qui peuvent être attribués à des pierres 5 ou grains àe tridymite cristallisée est maintenue à un niveau lai-niipum. la production de verre plat de haute qualité par la méthode du flottage, suivant par exemple le procédé décrit dans le brevet américain îî° 3.083.551, sfeffectue sur une vaste échelle. 10 Dans cette technique, il est connu que, pour obtenir un produit commercialement acceptable, il faut prendre soin d'éliminer autant que possible les espèces communes de défauts' ponctuels qui se manifestent dans ce verre, à savoir les grains, "bulles, noeuds de mousse, et les pierres ou sables. En outre, les mesures adoptées 15 pour éliminer ou éviter de tels défauts doivent être de nature à ne pas engendrer des effets nuisibles sur la qualité du verre du point de vue de la distorsion. Pour qu'une exploitation soit industriellement réussie, il est indispensable, en général, de produire du verre ayant une densité de défauts (en considérant les 20 défauts de toutes espèces connues) ne dépassant pas 40 ou 45 pour 2 100 m , si possible moins. Dans la fabrication du verre plat, il est connu par ailleurs que l'un des défauts que l'on rencontre occasionnellement soit le défaut précité dû à des pierres ou grains de tridymite 25 cristallisée. On sait que ce genre de défaut résulte de l'action de vapeurs alcalines sur les revêtements réfractaires des voûtes ou toits du four de fusion et de raffinage, qui sont ordinairement à base de silice. Ce problème des pierres ou grains de tridymite cristallisée n'a. qu'une importance relativement réduite dans la fa-30 brication de verre en plaques, car ces défauts sont généralement élimines au cours des opérations ultérieures de meulage et de polissage. Cependant, dans un procédé de verre flotté, on évite ces opérations de meulage et de polissage, et il devient alors nécessaire d'adopter des mesures différentes pour éviter toute diffi-35 culté avec ce défaut particulier. De plus, on sait qu'il ne se pose généralement aucun problème de pierres de tridymite cristallisée au cours des premiers 8 72 02036 2134342 à 12 mois d'exploitation d'un four neuf ou dont oh vient de refaire le revêtement réfractaire de la voûte- Parfois, le problème n'apparaît pas du tout, même plus tard. S'il apparaît, l'art antérieur propose différents moyens pour le résoudre, mais il semble que 5 tous présentent des inconvénients, si on les compare à ceux que propose la présente invention, Dans un article intitulé "Les Ecailles Siliceuses Tombant de la Coupole du Four-Cuve" (The Siliceous Scale Bropped From The Tank Eurnace Crown") par lï. Araki, il est suggéré de résoudre 10 ce problème en utilisant une brique de silice à teneur particulièrement faible en chaux, les inconvénients inhérents à cette tentative sont le prix de revient plus élevé de tels réfractaires et la nécessité d'une réparation à froid lorsqu'il s'agit d'un four en cours d'exploitation. 15 Dans des documents antérieurs de référence, tels que les brevets britanniques N° 1 067 006 et 1 035 415, les brevets américains N° 3 240 581 et 3 238 030, on a proposé de résoudre le problème en alimentant le four avec un composé sodium-soufre et une atmosphère chimiquement réductrice. Cela présente cependant l'in-20 convénient de nécessiter un contrôle serré non seulement des conditions dans lesquelles se dérouQelsprocessus de fabrication , mais aussi d'une détérioration éventuelle des réfractaires siliceux, de la contamination du verre en cours d'élaboration, et la possibilité de ne traiter que les zones que l'on peut atteindre avec l'équipe-25 ment en question. En général, les ingénieurs qui conçoivent ces fours ont évité d'utiliser pour la voûte ou coupole du four de raffinage des matériaux réfractaires autres que la silice. En effet, celle-ci est préférable car elle est bon marché, possède une densité relati-30 vement faible et un coefficient favorablement bas de dilation thermique aux températures de fonctionnement qu'atteignent les voûtes, toits ou -coupoles des fours. Dans un brevet canadien N° 851.103 on suggère de résoudre le problème en reconstruisant le toit ou voûte du four de telle 35 sorte qu'une infiltration constante de gaz à travers les pores du réfractaire siliceux puisse contribuer à protéger ce réfractaire des attaques par les vapeurs alcalines, l'adoption d'un tel expé— 3 'arrêt total du four pour efi^clttle^c^^ réparations à froid. Il est cependant douteux que la quantité et la direction du gaz traversant les réfractaires perméables soient respectivement suffisante et adéquate pour produire l'effet désiré, 5 à moins d'utiliser des réfractaires siliceux spéciaux, plus poreux que ceux normalement utilisés, et même dans ce cas il n'est pas certain que l'on puisse réaliser un matériau réfractaire siliceux possédant à la fois la porosité requise et une résistance à chaud suffisantes pour en permettre 1'application dans une structure de 10 voûte de four de grande portée. Suivant la présente invention, on élabore du verre flotté dans un procédé selon lequel les matières premières d'une charge de verre sont introduites dans une première extrémité, ou extrémité d'alimentation, d'un four de fusion de forme allongée, où 15 ces matières sont chauffées pour former un bain de verre en fusion, après quoi le verre fondu circulant dans le sens longitudinal du four pénètre dans une zone d'affinage adjacente à une seconde extrémité, ou extrémité de sortie, du four, ce dernier comportant, au moins dans cette zone d'affinage, un toit ou voûte en silice. 20 En outre, l'invention comprend la phase qui consiste à enlever mécaniquement, à des intervalles de temps brefs et peu fréquents, par exemple d'une durée ne dépassant pas 36. heures et à une fréquence maximale de 4 fois par an, pratiquement la totalité des particules facilement détachables de tridymite (c'est-à-dire les 25 défauts potentiels de grains ou"pierres") qui adhèrent à la voûte de la zone d'affinage du four. Cet enlèvement mécanique s'effectue dès que la densité des défauts dû à des pierres ou grains de • 2 tridymite cristallisée dépasse 3,25 pour 100 m de verre produit. Cette phase d'enlèvement mécanique assure efficacement la diminu-30 tion de la densité des défauts de pierres ou grains de tridymite jusqu'à une valeur voisine de zéro, c'est-à-dire ne dépassant pas environ 0,1 pour 100 m de verre. Bien que, si l'on considère l'invention dans son aspect le plus large, l'on puisse effectuer cet enlèvement mécanique en utilisant une tringle ou sonde en ma-35 tériau résistant à la chaleur, par exemple en acier inoxydable, il est préférable d'opérer en soufflant de grandes quantités d'un gaz à température relativement élevée, par exemple de l'ordre de 1 200°C, 72 02036 « 2134342 en direction de la voûte ou du toit du four, dans la zone d'affinage de celui-ci, a/vec une force suffisante (environ 70 m/s à la sortie de la buse de soufflage) pour déloger les particules de tridymite qui y adhèrent; or, cette opération peut s'effectuer sans refroi-5 dir le four,au préalable, et de préférence pendant des intervalles de temps favorables, par exemple durant un changement de dilution ou d'épaisseur du verre, ce qui évite toute perte à la production. L'invention concerne la production de verre plat de haute 10 qualité selon le procédé de flottage, c'est-à-dire un procédé dans lequel_Jl.es ingrédients ou matières premières de la charge de verre sont introduits dans la première extrémité d'un four de fusion de forme généralement allongée, puis chauffés pour y former un bain de verre en fusion qui progresse le long du four pour pénétrer ensuite 15 dans une zone d'affinage adjacente à une seconde extrémité ou extrémité de sortie du four, et s'écouler de là par-dessus un rebord pour passer dans un bain d'étain fondu où, sous l'action conjointe de la chaleur et de forces agissant sur lè verre, celui-ci est amené à une épaisseur désirée et à la densité élevée qui convient, 20 avant d'être extrait du bain d'étain pour être soumis aux phases ultérieures appropriées de son élaboration. Dans un tel procédé, la zone d'affinage du four de fusion comporte généralement un four en matériau réfractaire siliceux et, ainsi qu'il est connu, c'est par suite des réactions entre les vapeurs alcalines qui s'echap-25 pent par volatilisation de la charge et du verre dans la chambre de fusion et là silice du toit ou voûte du four d'affinage que le défaut de pierre par tridymite cristallisée est engendré. Aux fins de la présente invention,, dans le cas de fours comportant un rétrécissement, la zone d'affinage du four de fusion 30 s'étend entre le commencement de ce rétrécissement, vers l'aval, et l'entrée du canal de sortie. Dans des fours dépourvus d'un tel rétrécissement, la zone d'affinage peut être considérée comme étant celle comprise entre l'entrée du canal de sortie et qui s'étend vers l'amont sur une distance représentant environ 10 à 40f° de la Ion-35 gueur total du four. Suivant la présente invention, on enlève mécaniquement la matière nocive de la voûte du four dans la zone d'affinage•de celui-ci. 5 72 02036 Ure première façon de procéder consis^e^ ^ uril^er une sonde ou tringle en matériau approprié, résistant à la chaleur, par exemple en acier inoxydable. On peut effectuer cette opération pendant la marche du four. Cependant; si l'on adopte cette mé-5 thode, il est parfois impossible ou tout au moins peu commode d'atteindre tous les endroits qui nécessitent ce sondage ou ce grattage en vue d'obtenir des résultats favorables ou préférés. On peut également opérer par sondage et grattage alors que le four est arrêté pour une réparation à froid. Bans la mesure 10 où mie telle réparation à froid n'est requise qu'à des intervalles peu fréquents, de l'ordre de 3 à 5 ans, voire davantage, il est vraisemblable qu'il serait peu raisonnable de compter sur cette situation pour produire du verre suffisamment exempt d'anomalies dues aux pierres de tridymite, si lfon se contentait de 15 sonder la voûte de la zone d'affinage du four pendant les réparations à froid, attendu que la période d1apparition des défauts par pierres de tridyinite est fréquemment dq/i' ordre de 8 à 12 moiSo Naturellement, si lron opère l'enlèvement mécanique au cours d'une réparation à froid, on peut utiliser pour cela une tringle ou son-20 de en métal ordinaire, le travail s'effectuant commodément et à fond par mi ouvrier opérant de l'intérieur dit four. Un autre moyen permettant d'enlever mécaniquement les particules de la voûte de la zone d'affinage du four consiste à utiliser un ou plusieurs soufflages de gaz à partir d'une source située 25 à l'extérieur du four. Un tel gaz peut être utilisé à température élevée, par exemple de l'ordre de 980° à 1 300° 0. En considérant ce moyen sous son aspect- le plus général, le gaz utilisé peut être chauffé ou non. La composition du gaz utilisé est telle qu'elle ne peut troubler de quelque façon que ce soit le fonctionnement du 30 four, ni exercer un effet nuisible quelconque sur la durée du revêtement réfractaire. Dans la plupart des cas, cela exclut l'usage de gaz réducteurs, tels que l'hydrogène ou HKX (composé d.e 95f" d'azote et de 5$ d'hydrogène). Le plus souvent, il est plus économique d'utiliser simplement de l'air ou un gaz résultant de la 35 combustion d'un hydrocarbure tel que le méthane (gaz naturel) avec de 50 à 500$ d'excédent d'air. 7202036 ' 2134342 Ainsi qu'il est signalé plus haut, dans certains cas des résultats satisfaisants peuvent être obtenus en utilisant de l'air froid. Toutefois, cette solution n'est pas la meilleure en raison de certaines difficultés qui suivissent, telles que le risque de 5 déterminer un effritement du revêtement réfractaire de la voûte, par suite du choc thermique produit; le risque de refroidir indûment "et inégalement cette voûte, ce qui tendrait à engendrer des courants indésirables dans le verre passant au-dcssuus; et enfin le risque de trop refroidir la totalité de la voûte dans la zone 10 d'affinage, ce qui déterminerait l'apparition de mousses dans le verre flotté, par suite d'instabilités signalées par Rayleigh. Par ailleurs, dans la mesure où l'air froid peut être utile (et il est même parfois tout-à-fait satisfaisant), la technique proposée ici n'apparaît pas comme évidente aux spécialistes en raison du pro-15 blême que pose l'effritement potentiel ou en perspective. Par conséquent, conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention, on effectue l'enlèvement mécanique par soufflage, contre/la voûte à revêtement-réfractaire siliceux de la zone d'affinage, en utilisant un ou plusieurs jets de gaz de combustion 20 ayant la composition indiquée plus haut. Les conditions de la combustion sont telles que l'on obtient une température théorique de flamme de l'ordre'de 1 150° à 1 260°C. En principe, le volume de gaz chauds utilisés et la dimension de la buse ainsi que le mode de fonctionnement (soit un 25 brûleur inséré à travers la paroi latérale du four et convenablement situé, soit une lance tenue à la main), est uniquement une question de choix, dans la mesure où cela permet de réaliser l'enlèvement mécanique des particules de tridymite adhérant à la voûte de la zone d'affinage. Le diamètre de la buse dont sort le jet ga-30 zeux peut varier entre 6 et 300 mm, et son extrémité peut être placée jusqu'à 12 mm ou moing&u toit ou voûte, ou bien à 25 cm de celui-ci. Bien entendu, il est concevable que les moyens utilisés pour introduire les gaz des produits de la combustion puissent avoir un diamètre suffisamment grand, et que le taux d'écoulement 35 gazeux à travers-cette buse atteigne une valeur suffisamment élevée pour supprimer la nécessité d'un effet d'enlèvement quelconque en effet, les vapeurs à forte teneur en alcali, provenant de l'es- 72 02036 .7 2134342 pace qui surmonte le bain, ne parviennent pas jusqu'au revêtement réfractaire. Cela n'est pas considéré comme faisant partie du but de l'invention, qui se limite à l'enlèvement mécanique de la tridymite au-dessus du ruban de verre, ce qui s'effectue le plus com-5 modément par l'usage d'un courant gazeux. Dans tous les cas, il est indispensable d'établir une corrélation entre le mode de fonctionnement, la dimension de la buse de soufflage, l'intervalle entre la sortie de la buse et la surface de la voûte, et le taux d'alimentation en gaz à utiliser, en vue de réaliser l'enlève-10 ment mécanique désiré. Le plus souvent, toutefois, on adoptera des conditions telles que cet enlèvement mécanique indispensable puisse s'effectuer à l'aide de brûleurs fixes insérés à travers des ouvertures prévues dans la paroi latérale .de la zone d'affinage du four. Une série de conditions propres à donner satisfaction, dans 15 le cas d'une zone d'affinage d'environ 9 m de large et 18 m de long, comprend l'usage de deux brûleurs, l'un traversant une paroi latérale et l'autre la paroi latérale opposée, chaque brûleur comportant une buse d'un diamètre de 0,30 m située à environ 0,75 m de la voûte, l'écoulement des produits de combustion s'effectuant *2 20 à environ 1 200° C avec un débit d'environ 5 100 m /h (soit environ la moitié à travers chaque buse)c La vitesse approximative du gaz au voisinage de la surface réfractaire est ainsi de 225 km/h. Cette vitesse peut s'échelonner entre 65 km/h et 650 km/h, voire davantage, pour satisfaire à des conditions particulières d'exploi-25 tation. Un exemple-type d'un gaz qui convient pour opérer à l'échelle indiquée plus haut est celui qui résulte de la combustion de 56 m /xnn de gaz naturel (essentiellement du méthane) avec rz 560 m / mn d'air. 30 Pour obteniï- les meilleurs résultats, on traite ainsi la totalité, en substance, de la surface de la voûte de la zone d' . affinage du four afin de détacher mécaniquement toutes particules de tridymite adhérant à cette voûte, et dont l'adhérence à cette voûte est suffisamment faible pour pouvoir s'en détacher aisément 35 et .risquer, en l'absence d'un tel traitement, de produire dans le verre élaboré des défauts dû aux pierres ou grains de tridymite cristallisée. A mesure que le traitement de la zone d'affinage de • 7202036 8 2134342 la voûte se rapproche d'une plénitude idéale les résultats, exprimés en densité des défauts que l'on peut attribuer aux pierres ou grains de tridymite cristallisée dans le verre produit, s'améliorent, et l'on estime, conformément à l'invention, que le traite-5 ment devrait être au moins suffisamment complet pour réduire cette densité des défauts jusqu'à un tiers ou même moins de ce qu'elle était avant le traitement. Il est possible, dans de nombreux cas, de diminuer la densité des défauts attribués aux pierres ou grains de tridymite jusqu'à un maximum d'environ 0,01 pour 100 m de verre, 10 soit pratiquement jusqu'à la suppression de tels défauts. Il convient de comparer ce résultat avec une densité de défauts relevés avant traitement et imputables aux pierres de tridymite, qui est 2 de l'ordre de 40 ou 45 par 100 m voiœ sensiblement davantage. lia durée du traitement peut varier dans une large mesure, 15 selon des facteurs tels que l'importance du problème à résoudre, la dimension de la voûte, et le mode opératoire adopté, mais en règle générale cette durée peut se situer entre quelques heures et de un à deux jours. la fréquence du traitement peut aussi varier dans certaines 20 limites, afin de satisfaire à des conditions particulières. Même avec un four ayant beaucoup tendance à former des pierres ou grains de tridymite glacée, il ne devrait pas être nécessaire d'opérer ce traitement plus souvent qu'à raison d'environ 2 fois par an ou cinq jours par an. Dans la plupart des cas, il suffit d'appliquer 25 le traitement à peu près une fois tous les 8 à 14 mois. la fréquence peut être déterminée par un contrôle de la densité des défauts dûs aux pierres ou grains de tridymite glacée, et en appliquant le traitement à la première occasion suivante, après que la densité des défauts a atteint une valeur déterminéè, par exemple 5 ou 10 fois 30 pour 100 m de verre. Une occasion particulièrement propice est lorsque le moment est venu de modifier la composition du verre à élaborer par une chaîne de flottage. On appelle parfois ce changement "changement de dilution", et il' demande le plus souvent environ un à deux jours. Dans la mesure où le verre en cours d'éla-35 boration pendant un tel changement de dilution est généralement mis au rebut, il est avantageux d'effectuer le traitement pendant ce changement, attendu que le traitement n'entraîne dans ce cas aucune perte à la production. Un autre moment propice pour effec- 7202036 ' 2134342 tuer ce traitement est pendant un changement d'épaisseur ou un dé rangement dû à la génération de mousseo Au cas où le taux d'alimentation des gaz utilisés pour 1'enièvement mécanique des particules de tridymite glacée serait particulièrement élevé, il. serait préférable de prévoir soit un évent, scit un moyen d'évacuation associé à la zone d'affinage, s encore une barrière commandée pour isoler loe volumes supérieurs la zone d'affinage de la zone de fusion, sinon la, combustion des brûleurs d'amont du bain, dans la scne de fusion, - pourrait s'en trouver affectée de façon considérable. Bien entendu, il est préférable d'utiiicer des soufflages gazeux de volume important, plu tôt que des soufflages de puissance réduite, I/*évacuation ou écha pement peut se faire co^audjment par 15ouverture des portes d'une niche d'écrémage opportunément située, si le four considéré en comporte. 72 02036 10 2134342 - REVENDICATIONS 1 Procédé de production de verre plat de haute qualité par, le flottage, dans lequel les matières premières formant la charge de verre sont introduites dans une première extrémité d'un four de fusion de forme généralement allongée, et chauf-5 fées pour former un "bain de wr?'e en fusion, ce verre progressant le long du four pour atteindre une zone d'affinage adjacente à une seconde extrémité ou extrémité de sortie du four, celui-ci comportant une voûte 011 matériau réfractaire à base de silice, caractérisé en ce qu'on prévoit une phase qui consiste à détacher mécanique-10 ment de la voûte, pendant des périodes de temps brèves et peu fréquentes, à raison d'une maximum de 5 jours par an, pratiquement la totalité des particules de tridymite qui peuvent facilement s'en détacher, cette phase de détachement mécanique des particules précitées s'effectuant dès que la densité des défauts du verre que l'on 15 peut imputer à des pierres ou grains de tridymite cristallisée dé- 2 passe environ 3 pour 100 m , cette phase ayant pour résultat de réduire cette densité de défauts à une valeur maximale d'environ 0,1 pour 100 rc?. 20 ce que la phase qui consiste à détacher mécaniquement lesdites particules de tridymite de ladite voûte s'effectue en soufflant du gaz contre la voûte de la zone d'affinage avec une force suffisante pour en déloger les particules de tridymite. 25 ce que le gaz a une température comprise entre environ 980° et 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 3»- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en 1 300°C.*