Brevet FR2503132A1 — publié le 19821008

La présente invention est relative aux procédés et installations pour extruder des articles. En particulier, l'invention vise une technique d'extrusion par pression gazeuse dynamique pour former des articles à partir d'une masse fondue de verre visqueux. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.195.982 décrit une installation pour extruder un tube de verre creux à partir d'une masse fondue utilisant une pression gazeuse dynamique. De la chaleur est appliquée à une cham- bre cylindrique dans laquelle se trouve une atmosphère inerte et qui contient du verre pour former une masse fondue visqueuse. On augmente la pression de l'atmosphère inerte dans la chambre pour faire s'écouler la masse fondue vis- queuse dans une ouverture annulaire ménagée dans le fond de la chambre, afin de former un tube de verre creux. La technique décrite ci-dessus s'est révélée effi- cace pour extruder des tubes de verre creux. Mais il s'est avéré qu'il y a une perte de matière fondue (par exemple SiO2) par vaporisation due aux conditions de déséquili- bre qui existent dans la chambre pendant le processus d'ex- trusion. Une partie de la substance fondue vaporisée se dépose dans la partie intérieure supérieure (région plus froide) de la chambre. Ce dépôt de matière et la perte qui l'accompagne de masse fondue peut être considérable quand l'extrusion du verre s'étend sur des périodes prolongées. En outre, ces dépôts peuvent collecter des substances polluantes provenant de la paroi de la chambre, ou de l'en- vironnement gazeux qui s'y trouve, et retomber finalement dans la masse fondue pendant le processus d'extrusion, ce qui donne un tube de verre d'une qualité médiocre. On a donc besoin d'une technique pour éliminer ou pour pratiquement inhiber la formation de dépôts de matière fondue vaporisée pendant le procédé d'extrusion de verre sous pression gazeuse dynamique. Suivant l'un de ses aspects, l'invention vise un procédé pour extruder un tube à partir d'une masse de verre fondu qui consiste à appliquer une pression gazeuse dynami- que dans une chambre contenant la masse fondue, à forcer 2 25 03 132 des parties de cette masse fondue dans un orifice annulaire ménagé dans la chambre pour former le tube de verre, tout en empêchant simultanément toute perte importante de la masse fondue par évaporation. L'invention vise également une installation pour extruder un tube à partir d'une masse de verre fondu,qui com- prend des moyens pour appliquer une pression gazeuse dynami- que dans une chambre contenant la masse fondue, afin de for- cer des parties de cette masse fondue dans un orifice annu- laire pour former le tube de verre,et des moyens pour empê- cher simultanément toute perte importante de la masse fon- due par évaporation pendant l'extrusion du tube. L'installation utilisée pour mettre en oeuvre un mode d'exécution du procédé suivant l'invention d'extrusion de tubes à partir d'une masse de verre fondu, comprend une chambre ayant une entrée pour le gaz et une ouverture annu- laire ménagée dans le fond, et au moins un écran plan monté dans la chambre à proximité d'une zone fondue afin d'empê- cher pratiquement des pertes de la masse fondue par évapora- tion pendant l'extrusion du tube. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la figure 1 est une vue en coupe d'une forme connue d'installation pour l'extrusion du verre sous pression dyna- mique gazeuse; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe d'une ins- tallation d'extrusion de verre sous pression dynamique ga- zeuse,dans laquelle sont montés des écrans de protection et la figure 4 est une vue en coupe d'une installation d'extrusion de verre sous pression dynamique gazeuse, dans laquelle une tige pleine de verre est chargée en continu dans une zone fondue. La figure 1 du dessin est une vue en coupe d'une installation d'extrusion sous pression gazeuse dynamique, désignée d'une manière générale par le numéro de référence 10. L'installation 10 est en matériau TZM,qui est un allia- ge au molybdène contenant environ 0,5 % de titane, 0,1 % de zirconium et 0,02 % de carbone, le solde étant du molybdène. 3 2503132 L'installation 10 comprend une chambre il cylindrique coiffée d'un couvercle 12 et une ouverture 13 annulaire ména- gée à la base 14. L'ouverture 13 annulaire peut être formée en insérant un mandrin 15 dans une ouverture 16 de la base 14, comme cela est décrit au brevet des Etats-Unis d'Améri- que No. 4.195.982. Le couvercle 12 a un tube 17 qui le tra- verse et une bobine 18 électrique entoure la partie inférieu- re de la chambre 11. En fonctionnement, on enlève le couvercle 12 et on place une billette pleine de verre (par exemple de silice fondue) ou de verre en particules dans la partie inférieure de la chambre 11, puis on recoiffe la chambre à l'aide du couvercle. On alimente en énergie électrique la bobine 18 pour chauffer par induction la partie inférieure de la cham- bre 11 afin d'obtenir une zone 19 chauffée. La billette ou les particules de verre de silice fondue sont portées à une température de 20000C environ, de manière à ramollir le verre en une masse 21 fondue, ayant une viscosité de 105 poises environ. Le verre s'écoule pour fermer, d'une manière efficace, l'ouverture 13 étroite annulairealors qu'un gaz (par exemple de l'argon, de l'hélium, ou un autre gaz sem- blable) est envoyé dans la chambre 11 par l'intermédiaire du tube 17 pour y porter la pression à 7 bars environ. La pression du gaz provoque l'extrusion du verre 21 fondu dans l'ouverture 13 annulaire en un tube 26 de verre creux. La technique ci-dessus s'est révélée efficace pour extruder des tubes 26 de verre, mais il s'est avéré qu'une quantité importante de silice s'évapore de la masse 21 fondue. La chambre il est dans des conditions qui ne sont pas isothermes, et contient l'espèce gazeuse étrangère qui donne la pression gazeuse dynamique au-dessus de la masse 21 fondue. La tension totale de vapeur à l'équilibre d'une masse fondue de silice à 17770C est d'environ 10 4 bar et elle est d'environ 10 3 bar à 2070'C, cette pression étant composée des pressions partielle-% à 20700C, des éléments et molécules gazeux suivants: SiO (environ 10 3 bar); -4 - 42 (environ 8 x 10 bar); O (environ 10 bar); SiO2 (en- viron 6 x 10 5 bar); Si202 (environ 10-9 bar) 4 2503132 Avec la pression dynamique due au gaz étranger uti- lisé au-dessus de la masse fondue, une perte de SiO2 par vapo- risation se produit, due aux conditions apparentes d'absence d'équilibre régnant dans la chambre 11 pendant l'extrusion du tube 26 en verre. On a trouvé qu'une poudre 27 fine se dépose sur la surface intérieure de la région 26 supérieure la plus froide de la chambre 11. Les flèches donnent une indication générale du sens de l'écoulement de la matière vaporisée. La poudre a été identifiée par analyse au micro- scope électronique à balayage comme contenant du Si pour la plus grande partie. Ces dépôts de poudre 27 peuvent provo- quer une perte considérable du SiO2 quand on extrude des tubes 26 de verre pendant des périodes prolongées. En outre, la poudre 27 peut collecter des substances polluantes de la paroi de la chambre ainsi que de l'environnement gazeux et retomber finalement dans la masse 21 fondue, ce qui en- traine l'extrusion d'un tube 26 de qualité médiocre. On a trouvé qu'en plaçant au moins un écran 29 plan (cf. figure 2) à proximité immédiate de la surface de la masse 21 fondue, on élimine sensiblement la formation de la poudre 27,qui se dépose sur la paroi intérieure de la chambre 1, sensiblement dans les mêmes conditions de tempé- rature, de pression et d'environnment gazeux que décrit ci- dessus. La figure 2 représente la chambre 11 ayant plusieurs écrans 29-29 suspendus à un support 31, l'écran le plus bas étant à distance de la masse 21 fondue. Bien que l'inven- tion puisse être mise en oeuvre en utilisant un seul écran 29, l'utilisation de plusieurs écrans à distance les uns des autres fournit une couche isolante entre les écrans qui aide aussi à se prémunir d'une perte de chaleur vers la par- tie 28 supérieure plus froide de la chambre 11. Dans un mode de réalisation particulier, les écrans 29-29 sont des disques circulaires en molybdène ayant de 0,125 à 0,250 mm d'épaisseur, leur pourtour extérieur étant voisin de la surface intérieure de la paroi de la chambre 11, mais à distance de celle-ci d'environ 0,3 mm. Les écrans 29-29 sont supportés par des tiges 31-31 (par exemple en tungs- tène) qui pendent du couvercle 12. 2503 1 32 Bien que le mécanisme ne soit pas entièrement éluci- dé, il semble que l'écran 29 protège d'une manière efficace la surface de la masse fondue et minimise la perte de va- peur de la masse 21 fondue, de manière à maintenir des conditions de quasi-équilibre telles qu'indiquées d'une ma- nière générale par les flèches. En d'autres termes, il y a un équilibre entre SiO2 (liquide) et la tension de vapeur de ce liquide que l'on sait être composé de SiO; 02; SiO2 et Si202. La tension totale de vapeur de SiO2 à 20000C est d'environ 10 3bar. En outre, en raison de la tempéra- ture élevée de l'écran 29, seules des quantités minimes de masse fondue vaporisée s'y déposent. La figure 3 représente une variante dans laquelle chacun des écrans 29a29a est incliné vers le bas à partir du pourtour, en direction d'une ouverture 32 centrale. Ces écrans 29-29 de forme tronconique permettent de charger du verre 33 en particules dans la masse 21 de verre fondu par les ouvertures 32-32 alignées suivant la verticale. Le verre 33 en particules peut être soit une charge initiale placée dans la section 28 supérieure au sommet de l'écran 29 supérieur et chargée en continu jusqu'à ce que la charge soit épuisée, ou des particules qui sont chargées en conti- nu dans la partie supérieure de la chambre 11 par une entrée (non représentée) sous pression. La figure 4 représente une autre variante de l'in- vention,dans laquelle une billette 35 pleine en verre est chargée en continu dans la zone 19 chaude pour s'ajouter à la masse 21 fondue. La section droite de la billette 35 est légèrement inférieure à la section droite du diamètre intérieur de la chambre 11 pour permettre à la pression gazeuse dynamique d'agir sur la masse 21 fondue, tout en minimisant la section totale de laquelle la matière fondue peut s'évaporer. Dans cette variante, la partie non fondue de la billette agit de manière à protéger d'une façon impor- tante la surface de la masse fondue, en y empêchant une évaporation importante de la masse fondue (c'est-à-dire en rendant l'évaporation minimale). En outre, on a trouvé qu'en chargeant en continu une telle billette 35 dans la 6 2503132 masse 21 fondue, la quantité de bulles qui se forment est nettement réduite. Dans un mode de réalisation particulier, on insère une billette 35 pleine en silice fondue ayant un diamètre de 33 mm environ dans la chambre 11,qui a un dia- mètre intérieur de 35 mm environ, en la passant par une garniture 34 d'étanchéité,tenant à la pression,ménagée dans le couvercle 12. 7 2503132 REVEND ICATIONS 1. Procédé pour extruder un tube à partir d'une masse (21) de verre fondu, qui consiste à appliquer une pression gazeuse dynamique dans la chambre (11) contenant la masse fondue pour forcer des parties de cette masse fondue dans un orifice (13) annulaire ménagé dans la cham- bre afin de former le tube (26) de verre, caractérisé en ce que la surface de la masse fondue est sensiblement protégée par un écran afin de minimiser la perte par évaporation de la masse fondue. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la masse fondue est protégée par un écran (29) sauf sur son pourtour extérieur. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la protection par écran de la masse fondue est obtenue en chargeant en continu une billette (35) en verre dans la masse fondue, la section droite de la billet- te étant légèrement plus petite que la section droite de l'intérieur de la chambre. 4. Installation pour extruder un tube (26) d'une masse (21) en verre fondu, comprenant des moyens (17) pour appliquer une pression gazeuse dynamique dans une chambre (11) destinée à contenir la masse fondue afin de forcer des parties de cette masse fondue dans un orifice (13) annulaire pour former le tube de verre, caractérisée par des moyens (29) pour empêcher simultanément toute perte importante de la masse fondue par évaporation pendant l'extrusion du tube. 5. Installation suivant la revendication 4, carac- térisée en ce que les moyens pour empêcher toute perte im- portante de la masse fondue comprennent au moins un écran (29) monté dans la chambre à proximité de la zone fondue. 6. Installation suivant la revendication 5, carac- térisée en ce que plusieurs écrans pour la chaleur sont alignés verticalement et sont à distance l'un de l'autre et de la zone fondue. 7. Installation suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que chaque écran est plan. 8 2503132 8. Installation suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que chaque écran est de forme tronconi- que en ayant une ouverture dans sa partie centrale.