Brevet FR2179133A1 — publié le 19731116

L'invention concerne un procédé et une installation pour 1'augmentation continue de la résistance d'une bande de verre profilée, de préférence ayant une section droite en U et destinée à être employée dans l'industrie du bâtiment. I1 est connu, dans la fabrication de verre profilé renforcé suivant le procédé habituel, de refroidir soudainement les profilés chauffés jusqu'au voisinage du point de ramollissement, au moyen de douches d'air ou de masses fondues métalliques : les zones extérieures du corps en verre se refroidissent plus tt que les couches intérieures et il se produit finalement des contraintes de compression superficielle. Les procédés de ce genre sont en partie continus et en partie discontinus. Dans la mise en application du procédé employant la douche d'air, le verre profilé est conduit à travers une installation de bottes à vent qui sont disposées par paires des deux côtés de la surface du verre et qui sont munies, vis-à-vis de cette surface, de fentes de soufflage qui varient, par rapport au rayon de courbure, de la manière suivante : devant les surfaces planes, se trouvent des ouvertures ayant des sections droites uniformes, devant les zones incurvées concaves du profilé, se trouvent des ouvertures ayant des sections droites augmentées et devant les zones incurvées convexes du profilé, se trouvent des ouvertures ayant des sections droites diminuées.Grâce à cette disposition, on obtient un refroidissement symétrique de la surface du verre le long des parties incurvées de cette dernière de telle sorte que le courant de gaz et par conséquent l'évacuation de chaleur hors des couches superficielles peuvent être modifiés localement. L'amenée d'air est commandée périodiquement par l'intermédiaire d'une soupape électrique. Il est connu en outre que les objets en verre, qui sont plongés dans une masse fondue de sel alcalin à des températures inférieures à celle de la zone de transformation ('fa), acquièrent une résistance mécanique plus grande quand de petits ions alcalins de la surface du verre sont remplacés par des ions alcalins plus grands de la masse fondue et soumettent de ce fait à des tensions de compression la structure de la surface du verre en raison de l'encombrement plus grand des ions alcalins qui sont plus grands, Etant donné que la profondeur de pénétration des ions alcalins de la masse fondue et par suite la résistance mécanique pouvant entre obtenue dépendent dans une large mesure de la durée du traitement et que pour cette raison le processus d'échange dans le cas des verres chaux-soude demanderait trop de temps, il ne serait pas possible d'effectuer un renforcement technologique continu de produits en verre, fabriqués par un procédé d'étirage ou de laminage. Mais il est connu que la profondeur de pénétration des ions et l'intensité de la tension de compression de la surface du verre peut étre augmentée quand les ions se déplacent dans un champ électrique. Pour l'augmentation continue de la résistance mécanique d'un objet en verre et en particulier d'une plaque en verre, dans un champ électrique, cette plaque est guidée verticalement au moyen de deux cuvettes plates contenant chacune une masse fondue de sel polarisée, chacune de ces cuvettes étant munie drune fente à travers laquelle la plaque de verre, au moyen de rouleaux qui plongent en partie dans la masse fondue de sel, est guidée tout d'abord dans la cuvette polarisée cathodique et ensuite dans la cuvette polarisée anodique. Dans le cas d'une disposition inverse, une partie des ions qui, au franchissement de la cuvette polarisée anodiquement, ont été introduits dans le verre, sont amenés de nouveau à la masse fondue cathodique. Du fait que la bande de verre traverse l'une après l'autre deux masses fondues de sel à polarisations différentes, l'ensemble de la surface d'une plaque de verre peut dtre raffermi en una seule fois. I1 est connu d'exécuter aussi le raffermissement d'un objet en verre dans un champ électrique en amenant l'objet à traiter dans un bain d'un sel à l'état fondu d'une manière telle que le bain soit divisé en une partie anodique et en une partie cathodique, l'objet en verre formant une sorte de diaphragme et les cations du bain pénétrant dans le verre du côté anode, tandis qu'une quantité équivalente d'ions de même signe quitte le verre du c8té cathode.De cette manière, on n'affermit que le côté anode tandis que le côté cathode peut entre traité par inversion de la polarité après un temps de traitement approprié. Les profilés mis thermiquement en précontrainte présentent les inconvénients suivants qui leur sont propres. Les valeurs de traction par flexion et de flexion par choc pouvant être obtenues sont plus faibles, la surface raffermie présente vis-à-vis des détériorations mécaniques telles quelles se produisent sur les chantiers une résistance plus faible et, dans certaines circonstances, de telles détériorations aboutissent à une désagrégation spontanée de l'élément profilé en verre qui se trouve réduit en morceaux émoussés et friables. En outre, il n'est pas possible d'envisager une diminution de l'épaisseur à la paroi du profilé jusqu'à une valeur de 3 à 4 mm et par suite une diminution du poids du profilé quand il s'agit de profilés de dimensions relativement grandes ainsi qu'une coupe postérieure du profilé qui soit exempte de destructions.La possibilité technologique d'application du procédé du raffermissement continu du verre par un échange d'ions dans un champ électrique sur une bande profilée horizontale de telle manière que ce raffermissement s'effectue symétriquement sans inversion de la polarité du champ électrique, cette possibilité n'existe pas en raison de la position horizontale de la bande de profilé en verre et de la section droite en forme de lettre U. L'invention a pour objet de permettre la fabrication au moyen d'un processus continu de profilés plus larges et avant tout plus longs, ayant un poids au mètre relativement faible et une capacité élevée de résistance mécanique. L'invention a pour but de créer un procédé et une installation pour l'amélioration de la résistance mécanique de bandes de ve-re profilé , dans lesquels pour la production de profilés sous tension, des ions se diffusent à l'intérieur du verre sous l'action d'un champ électrique, l'étanchement ne conduisant pas l'électricité, entre l'emplacement de l'anode et l'emplacement de la cathode étant obtenu lors du processus continu, au moyen d'un dispositif spécial. L'invention concerne à cet effet un procédé du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'on conduit la bande de verre profilée, refroidie à une température convenant pour le traitement et inférieure au point de transformation (TG), à travers une cuve de bain de sel, remplie d'une masse fondue ayant des dimensions correspondant à la vitesse de la bande, et comportant un champ électrique dont la polarité est inversée périodiquement et après un refroidissement qui suit ce traitement, on coupe la bande à la longueur souhaitée suivant des procédés ordinaires ou suivant des procédés modifiés. L'invention s'étend à une installation pour la mise en application du procédé ci-dessus. Le four à bain de sel dont il est fait usage est construit d'une manière telle qutil présente deux gouttières pouvant être réglées verticalement et horizontalement pour les branches du profilé en verre, ces deux gouttières étant en une matière qui ne conduit pas l'électri- cité et étant de préférence à base céramique. En outre, ces gouttières, en vue de l'étanchement avec isolement électrique de l'emplacement de l'anode et de l'emplacement de la cathode, sont remplies avec une masse d'étanchement organique ou inorganique ayant une faible conductibilité électrique. I1 s'est avéré comme étant nécessaire dans le cas d'une masse fondue de sel alcalin fortement oxydante, se composant de préférence d'une masse fondue de sel de potassium (KN03), d'employer comme masse d'étanchement une masse d'étanchement inorganique résistant à une attaque par oxydation tandis que, dans le cas d'une masse fondue de sel de potassium (par exemple KSCN) moins agressive, on peut employer aussi des masses d'étanchement organiques. La masse d'étanchement organique ainsi que la masse d'étanchement ilorganique doivent être plus légères que la masse fondue de sel de potassium et posséder une eonductibilité électrique plus faible que celle de la bande du profilé en verre. Dans ces conditions, l'emplacement de l'anode est étanche réglementairement par rapport à l'empla- cement de la cathode et l'action du champ électrique devient optimale La cuve de bain de sel est conçue d'une manière telle qu'elle contient, des côtés où la bande profilée en verre entre dans ladite cuve ou en sort des boites recevant le sel qui peuvent être chauffées, pour la masse fondue de sel de potassium qui a débordé de la cuve à bain de sel, ces boîtes étant reliées de nouveau par l'intermédiaire de conduites isolées au circuit principal de masse fondue de sel et les boites qui reçoivent le sel pouvant être modifiées en outre d'une manière telle qu'en elles soit produite une surpression ayant pour effet que la quantité de la masse fondue de sel de potassium ayant débordé de la cuve à bain de sel diminue.Cette mesure peut être aidée encore par des manchons de refroidissement, disposés du côté entrée et du coté sortie du profilé en verre, à travers la paroi de la cuve à bain de sel, de telle sorte quten raison du refroidissement local produit par la cristallisation du sel, on obtienne un étanchement supplémentaire. La masse fondue de sel de potassium de l'emplacement de l'anode et la masse fondue de sel de potassium de l'emplacement de la cathode sont conduites au moyen de pompes dans deux circuits principaux séparés de masse fondue de sel en sens inverse de la direction du mouvement de la bande en verre profilée afin d'abaisser à la limite de phase masse fondue/surface du verre la résistance limite à la diffusion. A un moment donné, on peut vidanger par l'intermédiaire de clapets de vidange des circuits principaux de masse fondue de sel de potassium qui ont été successivement consommés, On procède par l'intermédiaire d'ouvertures de remplissage à l'alimentation en sel frais de l'emplacement d'anode et de l'emplacement de cathode. Des aubes qui sont montées sur les mimes axes que les rouleaux et qui déplacent à travers le bain de sel la bande profilée en verre sous une légère pression contre les gouttières de guidage, réglables horizontalement et verticalement, des branches du profilé en verre, assurent dans l'emplacement d'anode ou dans ltemplacement de cathode un bon mélange intime du sel frais avec la masse fondue de sel de potassium consomme. I1 est possible en employant des profilés raffermis suivant la présente invention de mettre en place dans l'industrie du bâtiment des profilés plus longs qu'un vibrage vertical ou horizontal et spécialement dans le cas du vibrage vertical, on fait l'économie de verrous en acier très coûteux Etant donné qu'on peut fabriquer même des verres ayant des épaisseurs de paroi profilées de 3 à 4 mm, et en particulier de 4 mm, il est de ce fait possible pour ce qui concerne la technique de pose, de venir à bout de profilés plus longs La réduction de l'épaisseur de paroi des profilés de 6 mm à 4 mm provoque en outre une économie de verre qui est dans le rapport des épaisseurs.Le raffermissement des profilés au moyen d'un échange d'ions dans un champ électrique a pour effet que la profondeur de pénétration des ions échangés dans le verre est plus grande et, par suite, augmentent proportionnellement l'épaisseur et l'intensité de la couche présentant une contrainte de compression, ce qui signifie de nouveau une capacité de résistance augmentée vis-à-vis des râcloirs ainsi que vis-à-vis d'un choc élastique ou non élastique et il s'ensuit que les frais de casse pendant le transport et sur objet fini sont abaissés considérablement par rapport à ceux qui se rapportent au verre profilé mis sous contrainte thermiquement0 L'invention permet d'augmenter la résistance d'un grand nombre de profilés différents moyennant des modifications de peu dtimportance des gouttières de guidage et d'autres éléments du dispositif. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - La figure I est une coupe transversale d'une installation pour bandes profilées en verre à section droite en U; - La figure 2 est une coupe effectuée suivant la ligne A-A de la figure 1. La bande 8 de verre profilée (figure 1 et figure 2) refroidie de 700 à 1000C au-dessous du point de transformation (TG) entre en 16 (figure 2, coupe A-A) dans la cuve 17 à bain de sel en passant à travers la boite recevant le sel. La cuve 17 à bain de sel est remplie avec une masse fondue de KNO3 ou de KSCN. Etant donné que l'étanchement à la zone de passage de la bande profilée vers la cuve de bain de sel 17 ne peut être obtenu d'une manière complète, la masse fondue de sel de potassium qui a débordé est ramenée par l'intermédiaire de la boîte 16 de réception du sel, pouvant être chauffée, au circuit principal 12, 13 de la masse fondue de sel La meme opération s'effectue lors de la sortie de la bande de verre à profil en U hors de la cuve 17 à bain de sel.La bande 8 de verre profilée est déplacée au moyen de rouleaux 6 (figure 1 et figure 2) à travers la masse fondue 1 de sel de potassium et sous une légère pression exercée contre les gouttières de guidage 9 (figure 1) des branches du profilé en U Par l'intermédiaire des ouvertures de remplissage 2 (figure 1), on peut, suivant les besoins, amener, dans les gouttières de guidage 9, de la masse d'étanchement. Etant donné que la masse d'étanchement 11 est spécifiquement plus légère que la masse fondue 1 de sel de potassium, elle flotte sur la masse fondue 1 de sel de calcium et elle assure l'étanchement de l'espace de l'anode par rapport à l'espace de la cathode même stil existe des inégalités des branches et un niveau augmenté du bain de sel. La bande 8 de verre à profil en U sépare la masse fondue 1 de sel de potassium en une partie polarisée d'une manière électriquement positive par les anodes 4 (figure 1 et figure 2) et une partie polarisée de manière électriquement négative par les cathodes 5.Pour abaisser la résistance limite à la diffusion qui croit lorsque progresse le traitement, il apparaît comme étant nécessaire de conduire au moyen de pompes 10 (figure 2), dans deux circuits principaux séparés 12, 13 de masse fondue de sel, en sens inverse de la direction du mouvement ae la bande en verre profilé 8, la masse fondue de sel de potassium de l'emplacement de l'anode et la masse fondue de sel de potassium de l'emplacement de la cathode. Quand la masse fondue 1 de sel de potassium est devenue inutilisable, on peut vidang-!r successivement, par l'intermédiaire de soupapes de vidange 15 (figure 2), la masse fondue de potassium consommée. En même temps, par l'intermédiaire d'ouvertures de remplissage 3 (figure 1), on amène des quantités correspondantes de sel frais qui est mélangé immédiatement dans l'emplacement de cathode au moyen d'aubes 7 (figure 1 et figure 2) avec la masse fondue 1 de sel de potassium et qui est fondu avec cette masse. La cuve de bain de sel 17 est entourée par un chauffage électrique (figure 1 et figure 2). La vitesse avec laquelle le verre profilé 8 traverse la cuve 17 à bain de sel est comprise entre 1,6 et 2,0 mètres par minute. La fréquence de l'inversion de la polarité du champ électrique est déterminée par la vitesse de passage de la bande 8 de verre profilé Après avoir quitté le four à bain de sel, la bande de verre profilée 8 passe le long du chemin de refroidissement ordinaire qui se raccorde au four et après avoir quitté ce chemin, elle est libérée au moyen d'eau chaude des restants de sel adhérant encore et elle est coupée ensuite aux longueurs souhaitées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEND I CA T IONS 10) Procédé pour l'augmentation continue de la résistance d'une bande de verre, profilée (8), ayant de préférence une section droite en forme de lettre U, procédé caractérisé en ce qu'on conduit cette bande, à une température convenant pour le traitement et inférieure au point de transformation (TG), à travers une cuve (17) à bain de sel, remplie d'une masse fondue (1) de sel alcalin, avec application d'un champ électrique dont la polarité peut entre inversée périodiquement et après un refroidissement qui suit ce traitement, on coupe la bande à l'aide de moyens connus aux longueurs désirées. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on emploie comme masse fondue de sel alcalin (1) une masse fondue de sel de potassium tel que nitrate de potassium ou sulfocyanure de potassium. 30) Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étanchement électrique de l'emplacement d'anode et de l'emplacement de cathode au bord supérieur de la branche de ltU est obtenu, dans le cas d'un bain de sel oxydant, avec une masse d'étanchement inorganique (ll) du type oxydant et dans le cas de bains de sel moins agressifs, également avec une masse d'étanchement (11) organique. 4 ) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on emploie une masse d'étanchement (11) qui est spécifiquement plus légère que la masse fondue (1) de sel alcalin et qui a une conductibilité plus faible que celle de la bande en verre (8) profilée. 50) Installation pour la mise en application du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est fait usage, pour les branches du profilé en verre de gouttières de guidage (9) ou une matière ne conduisant pas l'électricité et de préférence à base céramique. 60) Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les gouttières de guidage (9) peuvent être réglées verticalement et horizon tapement. 70) Installation pour la mise en application du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce que du côté entrée et du coté sortie de la cuve à bain de sel il est prévu une boite (16) recevant le sel, ces boîtes étant reliées à un circuit principal (12, 13) de la masse fondue de sel 80) Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'une surpression est produite dans les boites (16) recevant le sel. 90) Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'il existe du côté entrée et du côté sortie de la bande en verre, profilée, à travers la paroi de la cuve à bain de sel des manchons de refroidissement amovibles. 10 ) Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la masse fondue (1) de sel alcalin de l'emplacement d'anode et de l'emplacement de cathode est conduite au moyen de pompes (10) dans deux circuits principaux séparés (12, 13) de masse fondue de sel, dans la direction opposée à la direction du mouvement du verre profilé. 110) Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que chaque circuit principal (12, 13) de masse fondue de sel est muni dsun robinet de vidange. 120) Installation pour la mise en application du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce que du sel frais est amené par l'intermédiaire d'ouvertures de remplissage (3) qui se trouvent à la partie supérieure de la cuve (17) à bain de sel. 130) Installation pour la mise en application du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce que des aubes (7) qui sont montées sur les mêmes axes que les rouleaux (6) qui provoquent l'avancement dans le bain de la bande (8l en verre, profilée, assurent un mélange intime supplémentaire dans ltun des deux espaces pour électrodes.