Brevet FR2215400A1 — publié le 19740823

La présente invention se rapporte à un appareil de filage du verre destiné à produire des fibres de verre. Il est courant de produire des fibres de verre en étirant du vérre fondu à travers de petites perforations formées dans le fond d'un creuset en platine ou une autre matière réfractaire métallique ou autre. Non seulement ces matières sont coûteuses à fabriquer, mais elles présentent également l'inconvénient que l'érosion du corps ou des parties perforées du creuset rend l'ensemble du creuset inutilisable. On a proposé un creuset comprenant une partie de corps en céramique et une tringle de tirage métallique, liée par du ciment à la partie de corps. Cependant, du fait de la différence de dilatation thermique, cet agencement ntest pas satisfaisant.On notera que la fracture du joint de ciment ou mme de la partie du corps du creuset aboutirait à la submersion par du verre fondu de la partie inférieure au moins de la tringle de tirage. La présente invention vise à réaliser un appareil de filage du verre ne présentant pas les inconvénients cités plus haut, d'un prix de revient peu élevé et d'une utilisation économique. Selon l'invention, un appareil de filage du verre comprend un récipient ouvert en son fond, destiné à contenir de la matière à base de verre, une plaque de fond perforée sur laquelle repose la portion de fond ouverte du récipient, des moyens calorifuges perméables au verre fondu et entourant la jonction entre portions en regard de la plaque de fond perforée et du récipient, et des moyens chauffants destinés à chauffer la matière à base de verre contenue dans le ré ci- pient pour l'amener à l'état fondu, de façon quelle coule à travers les perforations de la plaque de fond, puis se solidifie pour former un faisceau de fibres de verre, les moyens calorifuges étant dimensionnés de façon que, pendant l'utilisation de l'appareil, le verre fondu sortant du récipient par ladite jonction pénètre dans les moyens calorifuges, mais s'y solidifie avant de parvenir à leur (s) surface (s) tournée(s) vers l'extérieur. Les moyens calorifuges peuvent être constitués par une matière elle-meume perméable au verre fondu. En variante, les moyens calorifuges peuvent être constitués de petits morceaux de matière pouvant votre perméable ou non au verre fondu qui sont assemblés avec des interstices inévitables entre morceaux adjacents, dans lesquels peut pénétrer du verre fondu sortant par ladite jonction. Il est préférable que lesdits seconds moyens calorifuges soient en matière réfractaire. Il est préférable que le récipient soit en une matière fortement réfractaire, par exemple en alumine, en zircone, en sillimanite ou en mullite, ou en un alliage résistant à la chaleur. Le récipient peut être réalisé en une seule piece, ou bien il peut être assemblé à partir de plusieurs pièces profilées de façon appropriée. Dans ce dernier cas, les pièces peuvent être assemblées de façon lâche de manière que le verre fondu se trouvant dans le récipient puisse s'échapper à travers la paroi du récipient. Lorsque le récipient est perméable au verre fondu de cette façon, il faut, bien entendu, que les moyens calorifuges entourent les parties perméables du récipient ainsi que la jonction. Il est préférable que le récipient soit conformé de façon que la cavité qu'il contient ait une section dans un plan vertical présentant la forme d'un L ou d'un T renversé, de façon que la cavité comporte une ou deux sections de pré fusion et une section de clarification plus profonde. La plaque de fond peut tre constituée par une matière réfractaire métallique, par exemple par des alliages chrome-fer-nickel ou par du platine, ou par une matière céramique. On chauffe éventuellement électriquement la plaque de-fond en y faisant passer un courant électrique. Si, dans ce cas, la plaque de fond est en une matière céramique, cette dernière doit être constituée par une matière semi-conductrice, par exemple du carbure de silicium. Il est préférable que la plaque de fond ait une forme sensiblement rectangulaire et qu'un rebord soit fixé à chacun de deux côtés opposés, chaque rebord étant incliné vers le bas en s'éloignant de la plaque de fond pour empêcher le verre fondu qui s'échappe de ladite jonction pendant l'utilisation de l'appareil de rencontrer les fibres de verre étirées provenant de la plaque de fond. Il est préférable que le récipient soit fermé à son extrémité supérieure par des seconds moyens calorifuges, qui peuvent se présenter sous la forme d'un couvercle surmonté par une matière réfractaire fibreuse, par exemple la matière vendue sous le nom de "Kaowool". Les figures du dessin annexé, donné à titre dtexemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure t est une vue schématique, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2, d'un mode de réalisation d'un appareil de filage selon l'invention ; La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-IIde la figure 1. Le dessin représente un appareil de filage du verre, désigné par la référence numérique générale 1, comprenant un récipient se présentant sous la forme d'un creuset 2 constitué par des carreaux ou des dalles de matière réfractaire, ledit creuset étant ouvert à son fond. Le creuset comporte un couvercle 3 et il continent une cavité allongee 4 présentant une section en T dans un plan transversal vertical. Le creuset 2 repose sur une plaque de fond rectangulaire perforée 5, disposée à peu près horizontalement, de telle façon que la plaque 5 recouvre complètement l'ouverture se trouvant au fond du creuset. Des rebords 7 et 8 sont fixés à chacun des deux grands côtés opposés de la plaque 5 et ils sont inclinés vers le bas à partir de ceux-ci. Des moyens calorifuges réalisés sous la forme de blocs réfractaires 9 entourent la jonction 6 entre portions en regard de la plaque 5 et des parois du creuset 2. Les moyens calorifuges entourent également les parois du creuset 2 et s'étendent au-dessus du creuset. Un canal 10 formé dans cette partie supérieure des moyens calorifuges permet d'accéder au creuset 2, ce canal étant rempli, lorsque l'appa- reil est en cours de fonctionnement, de secondsmoyens calorifuges se présentant sous la forme d'une matière réfractairefibreuse 11. Des tubes verticaux de matière réfractaire 12 et 12a descendent à travers le canal 10 et à travers des ouvertures 13 formées dans le couvercle 3. Ces tubes ont pour rôle d'amener du verre, par exemple sous la forme de billes ou de calcin, dans des sections de préfusion 14 et 15 de la cavité 4 du creuset, ces sections 14, 15 se trouvant chacune d'un c8té d'une~section de clarification 16 plus profonde de la cavité. Quatre éléments électriques chauffants rayonnants 17, supportés dans les parois terminales du creuset 2, traversent la cavité 4 et ont pour rôle de fondre le verre amené dans les sections de pré-fusion 14 et 15 et de maintenir le verre à l'état fondu dans la section 16. Les blocs 9 constituant les moyens calorifuges sont supportés dans un cadre 18, constitué par exemple par des cornières. On monte l'appareil en assemblant d'abord la couche inférieure de blocs 9 dans le cadre et en montant la plaque de fond 5, avec ses rebords 7 et 8, sur celui-ci. Cette couche inférieure de blocs comprend les blocs 9a et 9b de profil spécial comportant des faces inclinées entre lesquelles sont reçus les rebords 7 et 8. D'autres couohes de blocs 9 sont alors constituées sur la couche inférieure et, en m8me temps, l'on assemble le creuset 2 à partir des dalles ou carreaux. Pendant l'utilisation de l'appareil decritci- dessus, on envoie du verre sous la forme de billes et/ou de calcin, par les tubes 12 et 12a, dans les sections de préfusion 14 et 15 de la cavité 4. Le fond de chacune de ces sections est normalement incliné vers le bas en direction de la section de clarification 16 le verre ne pénétrant dans la section 16 qu'après avoir été fondu par la chaleur rayonnée par les éléments chauffants 17. Le verre fondu chaud passe des sections 14, 15 à la section 16 et sort par les perfora tions de la plaque de fond 5, pour se solidifier alors en formant un faisceau de fibres de verre, de la façon usuelle. Du fait que le creuset 2 ne repose que sur la plaque 5, du verre fondu suinte par la jonction 6 et se solidifie dans les blocs réfractaires perméables 9 et/ou les interstices entre blocs 9 adjacents avant de parvenir aux surfaces tournées vers l'extérieur des moyens calorifuges. Les rebords 7 et 8 fixés à la plaque de fond contribuent à empêcher le verre fondu de mouiller la face inférieure de la plaque 5 et de rencontrer ainsi le faisceau de fibres de verre. Du fait que le creuset 2 est constitué par plusieurs dalles ou carreaux de matièrè réfractaire, le verre fondu suinte également par les interstices compris entre dalles ou carreaux et il se solidifie à une certaine distance du creuset 2 dans-les blocs 9 et/ou dans les interstices entre blocs adjacents, avant dtatteindre les surfaces tournées vers l'extérieur des moyens calorifuges. Ainsi, le creuset 2 et la plaque de fond 5 "flottent" ensemble dans-le verre fondu, et ne sont retenus vers le bas que par leur propre poids. il peut alors se produire facilement une différence de dilatation entre le creuset 2 et la plaque de fond 5 du fait qu'il y a un joint liquide de verre fondu entre eux. Pour- contribuer à maintenir le verre à l'état fondu lorsqu il traverse la plaque perforée 5, on peut faire passer un-courant électrique de chauffage par la plaque. Pour réduire au minimum les pertes thermiques, il faut réaliser la plaque 5 et les rebords 7 et 8 de façon à s opposer au passage du courant électrique par les rebords 7 et 8. On peut le faire en réalisant les rebords 7 et 8 en une matière plus mince que la plaque 5 et/ou en formant des rainures longitudinales et/ou transversales profondes (non représentées) dans les rebords 7 et 8, pour augmenter leur résistance électrique. Selon un mode d'exécution de l'appa- reil représenté, la plaque de fond 5 a une épaisseur de 2 à 10 mm, tandis que les rebords 7 et 8 on une épaisseur de 0,25 à 1 mm. Du fait que la plaque 5 atteindra une température beaucoup plus élevée que les deux rebords 7 et 8, il est recommandable de former des ondulations transversales (non représentées) dans les rebords pour-compenser la différence de dilatation thermique. Pendant la production de fibres de verre dans l'appareil 1, on préfère maintenir le niveau du verre fondu dans le creuset 2 à une hauteur sensiblement constante, en envoyant du verre dans les sections de préfusion 14 et 15 à peu près au même débit que celui du passage du verre fondu à travers la plaque perforée 5. Ainsi, on maintient la "ligne à trois phases (expression qui désigne la ligne longeant l'intérieur des parois du récipient ou creuset 2 où le verre fondu est en contact avec l'atmosphère située au-dessus de lui) à un niveau sensiblement constant dans la cavité 4, pendant toute une période de filage de fibres de verre. Du fait que du verre continue à parvenir au creuset 2 et à en partir, et qu'il existe des différences de température dans le verre fondu, des courants sont engendrés dans le verre fondu contenu dans le creuset.Ces courants sont les plus intenses dans la région de la ligne à trois phases et ils ont un effet d'érosion sur les parois du creuset 2. On peut sty opposer d'une ou plusieurs façons différentes. Par exemple, le creuset 2 peut être réalisé de façon à comporter une zone résistant mieux à l'érosion dans la région de la ligne à trois phases ; par exemple, les carreaux ou dalles se trouvant dans cette région peuvent être constituées par de l'oxyde chromique ou revêtus de cette matière, tandis que les carreaux ou dalles situées au-dessus et au-dessous de ladite région peuvent être constitués par une matière moins coûteuse et résistant moins bien à l'érosion, par exemple par de l'alumine ou de la zircone.Une autre façon consiste à rendre la paroi du creuset plus épaisse dans la région de la ligne à trois phases et de réaliser la cavité 4 de façon que le verre fondu se trouvant dans la région de la ligne à trois phases soit protégé contre le rayonnement direct des éléments chauffants 17. On peut aussi refroidir le verre fondu se trouvant dans la région de la ligne à trois phases en faisant passer du fluide de refroidissement par une canalisation 19 disposée à l'extérieur du creuset, au niveau de la ligne à trois phases. Ainsi, la circulation du verre fondu est réduite dans la région de la ligne à trois phases du fait que le verre devient plus visqueux, de sorte que l'on élimine dans une large mesure l'érosion concomitante. De façon connue, les perforations de la plaque de fond 5 peuvent être réalisées sous la forme de trous très fins qui la traversent, ou bien d'embouts traversés par des trous très fins, fissés ou fixés autrement dans les trous de la plaque. Ces perforations ont un diamètre trop petit pour être représentées sur les figures. Selon un autre mode d'exécution de l'invention la cavité 4 peut présenter une section dans un-plan vertical en forme de L renversé. Typiquement, dans ce cas, le creuset 2 comporte seulement une section de préfusion 14, les parois du creuset ou récipient 2 formant l'autre section de préfusion 15 étant remplacées par une paroi 20 (représentée en tirets sur la figure 1). En outre, dans ce mode d'+wécution de l'invention, le volume occupé par la section de préfusion 15 de la figure 1 est rempli d'autres blocs 9 (non représentés), et l'élément chauffant 17 situé à ltextrEme droite et le tube 12a sont supprimés. il faut rappeler qu'au lieu d'être constitué par des dalles ou des carreaux, le creuset 2 peut avoir une structure monolithique par moulage en une matière réfractaire appropriée, R E V E N D I C A T I O N S R~EUE~N~o~Z~CA~T~I~o~N~S 1.- Appareil de filage du verre comprenant un récipient ouvert en son fond destiné à contenir de la matière à base de verre, une plaque de fond perforée sur laquelle repose la portion de fond ouverte du récipient, et des moyens chauffants destinés à chauffer la matière à base de verre contenue dans le récipient pour l'amener à l'état fondu, de façon qu'elle coule à travers les perforations de la plaque de fond, puis se solidifie pour former un faisceau de fibres de verre, caractérisé en ce que des moyens calorifuges, qui sont perméables au verre fondu, sont agencés de façon d entourer la jonction entre des portions en regard de la plaque de fond perforée et du récipient, et en ce que lesdits moyens calorifuges sont dimensionnés de façon que,pendant l'utilisation de l'appareil, le verre fondu sortant de l'appareil par ladite jonction pénètre dans les moyens calorifuges, mais sty solidifie avant de parvenir à leur (s) surface (s) tournée (s) vers l'extérieur. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens calorifuges sont en une matière qui est elle-meome perméable au verre fondu. 3.- Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens calorifuges sont constitués par plusieurs pièces de matière calorifuge, qui sont-assem blées de façon que le verre fondu sortant par ladite jonction puisse pénétrer dans des interstices compris entre pièces de matière calorifuge adjacentes. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens calorifuges sont constitués par une matière réfractaire. 5.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le récipient comporte une cavité présentant, dans un plan vertical, une section en T, de sorte que la cavité est divisée en deux sections de pré fusion dans lesquelles la matière à base de verre doit être fondue et une section de clarification disposée entre les sections de préfusion et plus profonde qu'elles, la section de clarification se trouvant juste au-dessus de la plaque de fond. 6.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le récipient comporte une cavité qui a, dans un plan vertical, une section en forme de L renversé, de sorte que la cavité est divisée en une section de pré fusion dans laquelle la matière à base de verre doit être fondue et une section de clarification plus profonde se trouvant au-dessus de la plaque de fond. 7. - Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le fond de la ou de chaque section de préfusion est inclinée vers le bas, dans la direction de la section de clarification. 8.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens chauffants sont placés dans ladite cavité dans une position telle qu'ils chauffent la ou chaque section de pré fusion plus intensément que la section de clarification. 9.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce qu il comporte des moyens pour amener de la matière à base de verre solide dans la ou chaque section de préfusion. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel la plaque de fond a une forme sensiblement rectangulaire et comporte un rebord fixé à chacun de deux côtés opposés, caractérisé en ce que chaque rebord est incliné vers le bas en s'éloignant de la plaque de fond pour empocher le verre fondu qui s'échappe par la jonction pendant l'utilisation de l'appareil de rencontrer les fibres de verre étirées à partir de la face inférieure de la plaque de fond. 11.- Appareil selon la revendication 10, dans lequel la plaque de fond est constituée par une matière électriquement conductrice ou semi-conductrice, caractérisé en ce que les rebords ont une plus forte résistance électrique que la plaque de fond. 12.- Appareil selon la revendication 10, caracterisé en ce que l'épaisseur de chaque rebord est de 0,25 à 1 mm, et en ce que l'épaisseur de la plaque de fond est de 2 et 10 mm. 13.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que des ondulations transversales sont formées dans les rebords pour compenser la différence de dilatation entre les rebords et la plaque de fond pendant l'utilisation de l'appareil. 14.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le récipient a une structure monolithique en matière réfractaire. 15.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'on monte le récipient à partir de plusieurs pièces séparées en matière réfractaire. 16.- Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens calorifuges entourent également la paroi ou les parois du récipient. 17.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que, dans la région de sa ligne à trois phases (ligne qui longe l'intérieur des parois du récipient ou du creuset où le verre fondu est en contact avec l'atmosphère se trouvant au-dessus de lui), le récipient est constitué ou revetu par une matière présentant une plus forte résistance à l'érosion par le verre fondu que le reste du récipient. 18.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que, dans la région de sa ligne à trois phases, le récipient est à l'abri de l'irradiation directe par les moyens chauffants. 19.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour refroidir le récipient dans la région de sa ligne à trois phases. 20.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que de seconds moyens calorifuges se trouvent au-dessus du récipient. 21.- Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que les seconds moyens calorifuge sont constitués par une matière réfractaire fibreuse.