Brevet FR2240196A1 — publié le 19750307

L'invention concerne les procédés de fabrication des tubes de verre. On connait-largement des procédés de fabrication de tubes de verre par formage et tirage d'un verre fondu à partir de sa surface libre, permettant la production mécanisée de tubes dans un assortiment assez large. Le processus de fabrication des tubes de verre comprend trois opérations principales : préparation de la charge, cuisson du verre formage du tube de verre suivi desa recumson et du refroidissement, bris ou tron connage,recuissondestubes de verre dans des dispositifs de recuisson et coupe des tubes aux dimensions requises. Le formage du tube de verre suivi de salecuisson et de son refroidissement, ainsi que le bris ou tronçonnage du tube s'effectuent dans des installations de tirage vertical constituées par une chambre inférieure dans laquelle a lieu le formage du tube, et une gaine5 équipée de rouleaux qui-tirent le tube de verre partir de la surface libre du verre fondu. La chambre inférieure, ayant un diamètre de l'ordre de 2 m, est chauffée au gaz naturel à l'aide de brûleurs tangentiels. La chambre est reliée à la partie de sortie du four à verre par un passage large à travers lequel le verre fondu arrive contintment à la chambre. Au centre de la chambre est disposé un tube métallique à travers lequel de l'air injecté dans le tube en cours de -formage, sert à lui donner les dimensions requises A l'extérieur le formage du tube aux dimensions requises est assuré à l'aide d'un refrigérant à eau qui peut se -déplacer suivant-la verticale par rapport à la surface libre du verre fondu. Le réglage des dimensions du tube élaboré s'effectue en changeant le débit d'air injecté dans la zone de fermage5 la distance du réfrigérant à la surface libre du verre fondu et la vitesse de tirage. Le tube formé arrive dans la gaine de l'installation, dans laquelle dans un intervalle de température déterminé pour la composition chimique donnée du verre, le tube de verre est recuit et refroidi jusqu'à la- température à laquelle on exécute le bris. Toutefois, à sa sortie de l'installation de tirage vertical le tube a une résistance mécanique et- à chaleur insuffisante pour son utilisation fiable. Ces propriétés du tube de verre résultent de sa recuisson spon tanée,désordonnée.Etant donné que le formage du tube a lieu sous la pression produite par le refoulement de l'air dans son canal5 l'air circule à équicourant par rapport au tirage du tube de verre. I1 s'ensuit que l'air síéfhauffe dans la zone de formage à un tel point que, dans la zone où s'effectue la recuisson et dans le reste de la gaine5 il ne refroidit pas le tube.Le refroidissement du tube de verre dans la zone de recuisson, exécuté seulement à l'ex- extérieur, provoque l'apparition de fortes contraites d'extension à la surface intérieure du tube, aussi les tubes doivent-ils subir une recuisson complémentaire dans des dispositifs de recuisson spéciaux. La diminution des contraintes d'extension lors du second traitement thermique dans les-dispositifs de recuisson améliore les caractéristiques mécaniques et thermiques des tubes de verre. I1 est à noter que le plus acceptable du point devue descaractéristiques mécaniques des tubes est une distribution des contraintes, suivant l'épaisseur du tube, telle, que sa surface intérieure et sa surface extérieure se trouvent en compression. Toutefois, dans les procédés de fabrication existants on n'obtient pas une distribution des contraintes telle que le tube ait des caractéristiques mécaniques et thérmiques améliorées. La recuisson supplémentaire des tubes de verre complique le processus de fabrication et requiert de grandes aires pour l'installation des dispositifs de recuisson. En outre, le transport des tubes de verre jusqu'aux dispositifs de recuisson et à l'intérieur de ces dispositifs provoque la casse partielle de tubés de verre, d'où un abaissement du rendement en produits convenables. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. La solution consiste en ce que, dans la fabrication de tubes de verre par tirage vertical du verre fondu à partir de sa sur fa ce libre, avec formage du tube élaboré sous l'action d'une veine d'air passant dans le tube et s'échauffant dans la zone de formage, suivi de la recuisson du tube et de son refroidissement jusqu'a la température ambiante, d'après l'invention, le tube est refroidi de force à l'intérieur dans la zone de recuisson. I1 est avantageux d'injecter dans la zone de recuisson à travers un tube se trouvant à l'intérieur du tube en cours d'élaboration, un agent de refroidissement gazeux circulant à équicourant avec le tube formé et la veine de formage mentionnée. Dans le tube, on peut créer une dépression en aspirant l'air de formage à contre-courant, pour que l'air extérieur de refroidis sement entre dans le tubes. Pour créer une dépression dans la zone de reculssonj il est avantageux d'engager dans le tube en cours d'elaboration un élément tubulaire à travers lequel on aspire l'air aux zones de formage et de recuisson. L'essentiel de l'invention consiste en ce qui suit. Grace au fait que dans la zone de recuisson le tube est refroidi de force supplémentairement à l'intérieur, il est possible d'assurer dans cette zone son refroidissement uniforme dans la gaine de tirage vertical. Au-cté- extérieur, le tube se refroidit en cédant la chaleur à I'air, la vitesse de refroidissement dépendant de la conception de -la gaine, qui est déterminée en conformité avec les prescriptions présentées aux propriétés du tube. Au côté intérieur, l'intensité de refroidissement du tube dans la zone-de recuisson est-déterminée par le débit et la température de l'air dans cette zone. C'est pourquoi ltinjection d'un agent de refroidi - sement gazeux-dans la zone de recuisson, ou ltaspiration de l'air de formage chaud aux zones de formage et de recuisson lors du tirage du tube, s'avèrent favorables pour le refroidisseme t du tube à l'intérieur. Grâce au refroidissement bilatéral unciforme, le tube de verre est recuit et acquiert des qualités mécaniques élevées telles, qu'il devient inutile de lui faire subir une recuisson supplémentaire. La suppression de-l'operation de seconde recuisson des tubes de verre se traduit-par une réduction du cycle de fabrication et par la simplification du processus de fabrication, ainsi que par une réduction notable des aires de production. Dans le cas d'une seule recuisson des tubes de verre directement dans les installations de tirage vertical, les aires de production nécessaires pour la fabrication des tubes de verre diminuent de 3Q à 50 %. La fabrication des tubes de verre par le procédé,objet de l'invention,permet d'augmenter le rendement en produits convenables de 10 à 2Q K. Pour mieux expliquer l'essentiel de l'invention, on va décrire des exemples concrets de réalisation du procédé dans une installation pour la fabrication de tubes de verre représentée schématiquement par le dessin annexé. L'installation représentée par le dessin se compose de deux sous-ensembles principaux: un dispositif de tirage des tubes de verre5 constitué par plusieurs paires de rouleaux de traction 1 montés dans une gaine 2, et une chambre cylindrique 3,contenant le verre fondu,disposée audessous de la gaine 2 et reliée à la partie de sortie d'un four à verre par un large passage (non représenté sur le dessin). Dans les parois de la chambre 3 sont prévues des ouvertures 4 pour le montage de brtleurs (non représentés sur le dessin par convention), destinés à maintenir la température voulue dans la chambre. Dans la partie centrale de la chambre 3 est disposée une embouchure en céramique 5, sur laquelle est posé un ajutage conique 6 en céramique. Dans la chambre 3 est disposé coaxialement un tube métallique 7 qui s'appuie à l'aide d'une bride 8 sur l'ajutage conique 6. En outre, il est prévu dans l'installation un réfrigérant creux annulaire 9, monté de telle façon qu'il puisse se déplacer suivant l'axe vertical de l'installation. Le réfrigérant creux annulaire 9, à eau, assure le formage du tube 10 à l'extérieur et, en méme temps, il fait office d'écran séparant le tube de l'espace rempli de flamme de la chambre 3. A l'intérieur du tube 10 en cours d'élaboration est engagé un élément tubulaire fl à travers lequel un agent de refroidissement est injecté dans la zone de recuisson. L'élément 11 peut se déplacer dans la direction verticale à l'aide d'un mécanisme élévateur 12. L'élément 11 peut outre soit un tube réfractaire, soit un réfrigérant creux annulaire. Le procédb- de fabrication des tubes de verre est réalisé par l'installation décrite dans l'ordre suivant. Dans la chambre 3 contenant le verre fondu, la température est maintenue à 30-50 C au-dessus de la température de travail à laquelle sont élaborés les tubes de verre. Le réfrigérant 9 est alors sorti de la chambre 3 et il se trouve dans la partie inférieure de la gaine. On introduit, dans le verre fondu à travers la gaine, une amorce (non représentée sur le dessin) que l'on enfonce dans le verre fondu autour de l'ajutage conique 6 en céramique. Puis on fait descendre dans la chambre 3 le réfrigérant creux annulaire 9 et on arrente les brûleurs chauffant la chambre 3. Quand la température s'est abaissée dans la chambre à 30-50 C au-dessous de la température de travail5 on met en marche le moteur électrique faisant tourner les rouleaux de traction 1 et assurant simultanément la montée en synchronisme de l'amorce. Au même moment on met en action les brûleurs chauffant la chambre 3. Ceci fait, quand tous les rouleaux de traction 1 ont saisi la partie formée du tube et que l'amorce a été séparée du tube de verre, on injecte dans le tube 10 en cours d'élaboration (suivant la flèche A) de l'air servant à régler le diamètre du tube-de verre (la veine d'air de formage). En changeant la distance entre la tranche inférieure du réfrigérant 9 et le niveau du verre fondue en réglant la vitesse de tirage, on obtient le fonctionnement- stable du dispositif de tirage des tubes. Lorsque le régime d'élaboration s'est sta bilisé, on engage dans le tube l'élément ll servantà amener l'agent de refroidissement à la zone de recuisson. L'injection d'agent de refroidissement pour le refroidissement forcé du tube à l'intérieur s'effectue suivant la flèche B, à équicourant avec le tube élaboré et la veine d'air de formage. Le débit agent de refroidissement à l'intérieur du tube, dans la zone de recuisson, doit assurer le refroidissement uniforme bilatéral du tube. l'agent de refroidissement peut être un gaz quelconque: air-comprime, fumées vapeur d'eau7 etc. Pour une hauteur de la gaine de 12 m, l'élaboration d'un tube à diamètre extérieur de 44 mmet épaisseur de paroi de 4,0 mm s'effectue avec une vitesse de tirage de 330 m/h. Le réfrigérant 9, dont le diamètre intérieur est de 450 mm, est mis à 100 mm dè la surface libre du verre fondu. La pression de l'air, fourni par un ventilateur, au pied du tube métallique-à diamètre intérieur de 60 mm, est de 40 mm d'eau. La tranche supérieure de l'élément I1 injectant de l'air, à diamètre intérieur de 14 mm, est situee à 2800 mm de la surface du verre fondu. La pression de l'air au pied de l'élé- ment 11 estde 1,5 atm. eff.La température-de- travail de la chambre 3 est maintenue à 1240 C, ce qui correspond à une température du bulbe de verre de 1035 à 104O0C. La température du tube à l'endroit où il est brisé est de 3500C; la température de ltair=à la sortie du tube de verre est de 340 à 350 C. Dans un autre exemple de fabrication des tubes de verre, la particularité consiste en ce que le canal du tube est mis en dépression dans la zone de recuisson. La dépression est obtenue en aspirant à l'aide d'un ventilateur l'air de formage5 à contre-courant, pour que l'air extérieur de refroidissement entre dans le tube. Pour créer la dépression dans la zone de recuisson on engage dans le tube en cours d'élaboration un élément tubulaire 115 à travers lequel on aspire l'air aux zones de formage et de recuisson. La fabrication du tube de verre se déroule comme suit. Le réfrigérant 9 est d'abord sorti de la chambre 3 et se trouve dans la partie inférieure de la gaine 2. La température est maintenue dans la chambre 3 à 30-500C au-dessus de la température de travail. Par la gaine 2 6n fait descendre dans le verre fondu une amorce que l'on enfonce dans le verre fondu autour de l'ajutage 6, à une profondeur de 150 à 200 mm. Puis, on fait descendre dans la chambre 3 le réfrigérant 9, jusqu'à ce que sa surface inférieure soit à 100-150 mm de la surface libre du verre fondu. On arrête les brûleurs chauffant la chambre 3, ce qui provoque l'abaissement de la température dans cette chambre. Quand la température devient inférieure à la température de travail de 50 C, on met en marche le moteur électrique (non représenté sur le dessin), qui assure la remontée de l'amorce avec le verre fondu et, en même temps, fait tourner les rouleaux 1 à une vitesse égale à la vitesse de remontée de l'amorce. Quand l'amorce a franchi les deux premiers couples de rouleaux de traction, on met en action les brû- leurs à gaz et on fait monter la température dans la chambre jusqu'à la valeur de travail, à laquelle s'effectue le tirage du tube de dimensions requises. Dans le cas d'élaboration de tubes de 30 à 200 mm de diamètre, la température dans la chambre 3 est maintenue entre 1230 et 12600C, ce qui correspond à une température du bulbe de 1030 à 10700 C. Une fois l'amorce sortie de la gaine 2 de l'installation de tirage vertical et séparée du tube tiré -11, on met en action l'aspiration de l'air du canal du tube en cours de formage, suivant la flèche C, à travers le tube réfractaire 7. La dépression de l'air au pied du tube 7 est de 250 à 320 mm Hg; elle est choisie de façon que la vitesse de refroidissement du tube à l'intérieur, dans l'intervalle de température de recuisson, soit égale à la vitesse de refroidissement du tube à l'extérieur. Quand le tube de verre subit une telle recuisson, on observe une distribution symétrique des contraintes résiduelles suivant l'épaisseur de paroi du tube. Le réglage du diamètre et de l'épaisseur de paroi du tube élaboré s'effectue par déplacement du réfrigérant 9 par rapport à la surface libre du verre fondu, par variation de la vitesse de tirage du tube et de la température de l'eau dans le réfrigérant. Quand le réfrigérant est rapproché de la surface libre du verre fondu, l'épaisseur de paroi du tube augmente. Quand on augmente la vitesse de tirage, le diamètre du tube diminue simultanément avec l'épaisseur de paroi. La production de ltinstallation décrite de tirage vertical de tubes de verre est de 6 à 9 t de verre par 24 h. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes de verre par tirage vertical du verre fondu à partir de sa surface libre avec formage du tube élaboré sous l'action d'une veine d'air injecté dans le tube et s'échauffant dans la zone de formage, suivi de la recuisson du tube au cours de son déplacement vertical continu, et de son refroidissement jusqu'à la température ambiante, ce procédé étant caractérisé en ce que le tube est refroidi de force à l'intérieur dans la zone de recuisson. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le refroidissement forcé du tube à l'intérieur, dans la zone de recuisson, on injecte, à l'aide d'un élément tubulaire engagé dans le tube, un agent de refroidissement gazeux circulant à équicourant avec le tube en cours de formage et la veine d'air de fermage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le refroidissement forcé du tube à l'intérieur, dans la zone de recuisson, on met le canal du tube en dépression en aspirant l'air de formage à contre-courant, afin que l'air de refroidissement extérieur entre dans le tube. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour mettre le canal du tube élaboré en dépression dans la zone de recuisson, on engage dans le tube un élément tubulaire à travers lequel on aspire l'air aux zones de recuissonet de fermage.