Brevet FR2535310A1 — publié le 19840504

DISPOSITIF DE FIBRAGE DESTINE A LA FABRICATION DE FIBRES DE VERRE CONTINUES La présente invention est relative à un dispositif destiné à la fabrication de fibres de matières minérales thermoplastiques, par étirage de la matière fondue sortant des orifices d'une plaque perforée comprenant un grand nombre d'orifices. Elle concerne en particulier la fabrication de fibres de ver- re continues par étirage mécanique de filets et de filaments formés en aval de la plaque perforée, ces filaments étant bobinés sur un support généralement cylindrique. Parmi les différents dispositifs relevant de la technique antérieure, il en existe un certain nombre comprenant des filières dont le fond est perforé d'un grand nombre d'orifices, généralement très rapprochés. Pour ces filières, le principal objectif a atteindre est d'éviter ou de limiter la submersion de la face inférieure du fond par le verre fondu Ce phénomène, appelé enverrage, peut apparaître aussi bien au moment du démarrage de la filiere qu'en cours d'étirage des filaments. Différentes solutions ont été préconisées pour résoudre cette difficulté En général ces solutions prévoient séparément ou en combi- naison, le refroidissement permanent du fond de la filière par l'action d'un flux gazeux, un mode de disposition particulière des orifices sur ledit fond, une structure particulière du fond de la filière. Par rapport a l'invention décrite ci-après, les antériorités suivantes illustrent bien la technique connue dans ce domaine. Le brevet américain US 3 574 581 décrit des filières alimen- tées en verre fondu mis sous pression, dont le fond est conçu pour ré- sister E ladite pression Ainsi ce fond peut être constitué par une mince feuille métallique repliée un certain nombre de fois en formant une série d'ondulations dont les parois sont jointives Cette structure définit une série de canaux parallèles, E base arrondie, perforé chacun d'une rangée d'orifices Le fond peut être également constitué de deux plaques soudées localement, qui délimitent un compartiment intermédiai- re entre l'intérieur de la filière et les zones perforées E partir des- quelles sont formés les filaments: la plaque supérieure, qui confère la rigidité au fond, est épaisse et munie à sa base d'une série de protubérances, sur la face inférieure desquelles est soudée une seconde plaque beaucoup plus mince; cette dernière présente une série de très petites cavités, délimitées extérieurement par des calottes sphériques perforées par un ou plusieurs orifices. Dans l'un ou l'autre cas, les difficultés dues a l'enverrage sont surmontées grâce à l'action de la pression qui permet d'extruder les filaments. Mais le maintien du verre fondu sous une pression de l'ordre d'une dizaine de bars ne va pas sans poser quelques problèmes peu faci- les à résoudre. Un autre moyen de maîtriser l'enverrage est proposé par le brevet français publié sous le numéro 2 334 637 Ce dernier décrit un type de filière dont le fond est formé d'une simple plaque plane, per- forée d'une multiplicité d'orifices; ces orifices sont disposés par zones, chacune comprenant plusieurs dizaines d'orifices étroitement ap- pariés par groupe de deux ou trois. Cette disposition permet tout à la fois de successivement mattriser l'enverrage lors du démarrage de la filière, et d'éviter sa propagation lorsqu'un filament casse accidentellement. Ceci implique l'action permanente d'un (ou plusieurs) jet d'air dirigé vers le fond de la filière. Avec ce mode de refroidissement et ce type de fond, il est difficile d'éviter des variations très localisées de la température du verre, pouvant conduire à une rupture en chalne ou à un enverrage non contr 8 lé. La présente invention a pour objet un dispositif comprenant une filière chauffée par effet Joule et destinée à la fabrication de fibres de verre continues par étirage mécanique, qui permet d'obtenir un enverrage limité et stable sur des zones perforées d'une multitude d'orifices. La présente invention a pour objet une filière dont le fond est percé d'un grand nombre d'orifices à partir desquels il est possi- ble d'étirer mécaniquement de manière stable des filaments de verre continus de faible diamètre. La filière selon l'invention équipe une installation de fi- brage telle que définie ci-après. L'installation de fibrage comprend essentiellement une source d'alimentation en verre fondu, reliée à une filière réalisée à partir de plaques planes métalliques, un dispositif de soufflage de gaz dirigé vers le fond de la filière, des moyens d'enduction des filaments de verre ainsi que des organes de guidage et d'étirage mécanique desdits filaments; le fond de la filière est formé d'une plaque plane dans la- quelle sont ménagés une multitude de conduits s'ouvrant à leur partie supérieure vers l'intérieur de la filière, à leur partie inférieure vers une multitude de cellules, chaque cellule étant en communication avec l'intérieur de la filière par l'intermédiaire d'un desdits con- duits, une paroi continue fermant la base de chaque cellule, ladite paroi étant perforée de plusieurs orifices et présentant une face infé- rieure externe plane. Cette installation peut également comporter des organes re- froidisseurs, implantés à proximité du fond de la filière, et suscepti- bles de coopérer avec le flux gazeux dirigé vers le fond de ladite filière. Une des caractéristiques de l'invention consiste en ce que la base des conduits et le sommet des cellules en communication avec les- dits conduits sont situés dans un même plan. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque con- duit débouche sur une ou plusieurs cellules. Les conduits débouchant sur une ou plusieurs cellules peuvent avoir une section uniforme sur toute leur hauteur Lorsque chaque con- duit débouche sur une seule cellule la section desdits conduits peut être égale à la section de la cellule correspondante, au point de rac- cordement de ladite cellule avec ledit conduit Chaque cellule peut avoir également une section uniforme sur toute sa hauteur. L'invention et ses différentes caractéristiques sont exposées dans la description détaillée, donnée ci-après, en référence aux figu- res suivantes la figure 1 est une vue de face, dont certaines parties sont arrachées, et qui représente schématiquement une installation de fibrage équipée d'une filière selon l'invention, la figure 2 est une coupe verticale d'une partie du fond d'une filière selon une première variante, la figure 3 est une vue en plan de la face supérieure d'une partie du fond de la filière, tel que représenté par la figure 2, la figure 4 est une vue en plan de la face supérieure d'une partie du fond de la filière selon une deuxième variante, t 535310. la figure 5 est une coupe verticale d'une partie du fond d'une filière selon une troisième variante, la figure 6 est une vue en plan de la face inférieure d'une partie d'un fond de filière d'après l'invention, selon une quatrième variante, la figure 7 est une vue en plan, à une échelle plus petite que la précédente, de la face inférieure d'une partie du fond représen- té figure 6, et montrant la répartition des orifices sur ledit fond, la figure 8 est une vue en plan de la face inférieure d'une partie d'un fond de filière d'après l'invention, selon une cinquième variante, la figure 9 est une vue en plan, à une échelle plus petite que la précédente, de la face inférieure d'une partie du fond représen- té figure 8 et montrant la répartition des orifices sur ledit fond. La filière 10, généralement fabriquée à partir de plaques planes en alliage de platine, est munie de bornes 11 pour l'arrivée du courant électrique utilisé pour son chauffage par effet Joule Elle contient du verre fondu qui s'écoule par des orifices répartis sur la face inférieure d'une plaque plane 12, selon une multitude de groupe- ments de plusieurs orifices O situés à l'aplomb de chaque cellule La filière communique avec une source d'alimentation en verre de type con- nu qui peut être soit l'avant-corps d'un four à fusion directe à partir duquel le verre s'écoule dans la filière directement à l'état fondu, soit un système d'alimentation amenant le verre sous forme de billes, ces dernières étant alors refondues dans la filière Quelle que soit la source d'alimentation utilisée, l'écoulement du verre fondu à travers les orifices est assuré essentiellement par la pression hydrostatique de la masse en fusion se trouvant au-dessus de la plaque Le verre est étiré en filaments élémentaires 13, de façon classique, par l'intermé- diaire d'une broche tournante 14 Après dépôt d'ensimage au moyen d'un organe ensimeur schématisé en 15, les filaments sont rassemblés en un ou plusieurs fils 16 par les organes habituellement employés dans cette technique, tels que les peignes 17 et 18; le fil est ensuite bobiné autour de la broche tournante 14, le long de laquelle il se déplace sous l'influence d'un organe de répartition ou hélice 19. Une rampe de soufflage 20, munie par exemple d'une série d'ouvertures 21, est installée à proximité et au-dessous du plan de fibrage, les ouvertures 21 étant dirigées vers le fond de la filière. Lesdites ouvertures peuvent être constituées de buses ou de trous très rnpprc Ms disposide parallèlemnent à l'axe longitudinal de la f ilière. 7 a reaupa 7 2 CG est racord 6 e par les conduits 22 à une source de gaz non Elle peut être moî-t 63 e fixe, rotative ou oscillante O Dans C - cirl s illustr, ? la figure l, l'une de ses extrémités est re- l Lc un noacetr nar liaem'dar, d'un bras 24 muni d'un -galet 25 n î)o' u If rort-c J'une came 26 f ixée sur l'axe du moteur D'au- ivres Do 6 e soufflage coennus de 1 Ubomme de l'art peuvent être adaptds 2 t alzto qu-îpee de f ilières oeloî V' nventoion Le iu gazeux: Cirigé qje_s la face inférieure de la plaque 12 pcut_ Gdt r G utîlîis, uniquenta oment dui (démarrage de l' opération de f în R o pendant tủtc la durée de ce'tt* dernire Ceci dépend de la dîsrz:01 ÈIn dandffrns groupemecnts: d'orifices O sur le fond de la 2 ie du nmr d'orifices par groupement,d apéec ud I ub-ece d'Organees refroîdinseurs. La 2-7 Zure 2 représene une des -variantes de la f ilière selon i' f Jnvetiaron Dans cet exnemple, le fond de la filière est contitué d'une p JL 1 que 30 an allage de platina, rsi;sîscant i: ll'ox ydation à haute tempg- reture, t:el que l'n linge f Lornà à 90 Z de platina et à 10 % de rhodiîui O 2 G lina Mu Lltîet udie de con nits 31 sont ménagés dans la partie su- piérîGure de la plaque 30; ils s'ouvrent leur partie supérieure vers 1 'nt ir de la f Aière, et, à Y eur partie inférieure sur une multi- dc_ cellules 32 La base des conduits et le sommet des cellules en e nnicaienavec lesdits conduits sont situés dans un -même plan Il- Il Las cellules 32 sont ménagées dans la partie inférieure de la pla- que,0 et sont fermées à leur base par une paroi formée ici d'une plaque 53 î de f aib epaisseur; cette plaque 33 est f ixée 9 la plaque pn 2 r tout moyen de soudage -adéquat connu de l'homme de l'art. A P aplomb des cellules 32, la plaque 33 est perforée de plu- sieurs oïlfi 7 ces 34 au travers desquels le verre s'écoule pour donner na-Issal-nce ades S Ui'laments continus 35 Dans la variante représentée à la figure 2, les conduits 31 bnt une sec:iou identique sur toute leur haueur et se raccordent, après un décrochement, aux cellules 32 qui ont une section supérieure à celle des conduits O Ces cellules peuvent Lalement présenter une section uniif orme sur toute leur hauteur Des organes refroidisseurs, tels que des ailettes 36, peuvent être disposés il prozîmité de la plaque 33. La figure 3, qui est une -vue en plan d'une partie de la face sup&rieure du fond de la même f ilière, montre les différences existant entr'_ les 3 Z des 3, l clanc 2 e Cao DFseîIt' cer, sorte for-me el'iralaire La plaque -_: 3 per- e Dar cellule cc-0 cirl- fices G On_ carrâ donne: le J c 3 I-Dcl_àencc L'; C_ U 'z celui- chz Zon ut îs"z î N % îaî L - c M=_ r a z G-ic z alnaî avec un aile eje r -1 %: ïi- C 'e L'anle de Contact dis 2 Z I J;ierr,3 c a 11 S M 50,C, est 75 ' C-Gt SD' L' our une Dlaqua Le t 7 p CIO &-, 3-a Ctlms on non, sont envisagea- les el/Gu lits Ta-ce'arée- dS uns 22:_ _Utzez dt Tr moins brzî:el qu'un sîmpîe a Enmz 'oîidu celliii-esDans J J- ci: sain -20 îlêesON In de J -I le fond de la Ziliêre, Sc- 2-5 iz D-m 3-:5 ,2 partle se-97 îe Ure de Ia L Uze îlette, - 3 scnt usines à Cheval sur -zel'hiles Jta Oq U'à m,"ec le soï-1 Irez': de la fassede mz 21 c-;:-are les Beurre les cordz_-_î_-o 41 les ce rvicale, 7 ra? crise par 0 o a r a N t e î î -0 t 9,: p a -z - a 1 i -u 2 'z, 1 a b a S -a de S c e 3 e c Inq-ce Bains,-quelle sert perc 3 S à--o q u re',zre O r e o za r c e 1 1 U -1 e -1 a an t e c î o N, p a r t -1 c u 1 î r e m e N 2: S î mle j'n i-13 i_ je car, cI le rondui iceliule la me;me sectîc 1 sur toute leue Ils défî-îiisseï e;: alors une cavitê Aî dévî etre, Dar exemple, c-7,lîndr-î- que La plaque 5 O est simplement usinée ea à la base de 5 cavï- tés 41 J une mîr-ce paroi 46 qui est ensuite percëe, à raison de plusieurs orifices 47 par cavît 5 Des organes refroidisseurs tels que des ailet- 253531 È tes 48, peuvent être disposés a proximité de la paroi 46. Du fait de la répartition des orifices à la base de chaque cellule ou cavité, ceux-ci se présentent sous forme de groupements ré- gulièrement répartis sur le fond de la filière Les figures 6 et 8 re- présentent deux exemples de groupements d'orifices référencés 01 et 02 Ces groupements comprenant 4 ou 7 orifices sont disposés à la base de cellules 32 ou de cavités 40, telles que représentées figures 2 et 5. Le nombre d'orifices par cellule, la distance séparant deux orifices adjacents appartenant a un même groupement ou la distance sé- parant deux cellules ou cavités adjacentes sont autant de paramètres qui peuvent varier d'un exemple de réalisation à un autre, et qui dé- pendent notamment de l'épaisseur du fond et du mode de refroidissement utilisé. Ainsi le fond des filières selon l'invention peut être re- froidi par un courant gazeux, et/ou par un dispositif de refroidisse- ment comprenant des ailettes telles que représentées sur les figures 2, , 8 et 9 Ces ailettes possèdent une bonne conductibilité thermique et sont reliées a au moins un tube principal, non représenté, dans lequel circule un liquide réfrigérant, par exemple de l'eau. Les cellules ou cavités peuvent être disposées en rangées perpendiculairement a l'axe longitudinal de la filière Ces rangées sont simples, doubles ou multiples en quinconce comme le représentent les figures 6 et 8 Dans ces deux derniers cas les groupements d'ori- fices sont rassemblés par zone ainsi que le montrent les figures 7 et 9. Les distances "a' et 'b' séparant deux zones adjacentes, res- pectivement dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, peu- vent varier de 2,5 a 6 mm et de préférence de 3 à 4 mm. Dans chaque rangée, les distances "c ou f' séparant deux cellules ou cavités adjacentes sont au moins égales à 0,2 mm et sont de préférence comprises entre 0,5 et 1,5 mm o La distance "e' qui sépare deux cellules ou cavités adjacentes appartenant à deux rangées diffé- rentes, est au plus égale a 5 mm; dans le cas d'une disposition en quinconce (voir figure 4) cette distance peut être nulle voire néga- tive. L'épaisseur totale p du fond de filière est comprise entre 3 et 10 mm, alors que l'épaisseur p' de la plaque 33, ou de la paroi 41 peut varier entre 0,2 et 2 mm; p' est de préférence comprise entre 0,4 et 1 mm. 253531 È Ces dernières caractéristiques dimensionnelles sont Importan- tes et sont à l'origine de différents avantages présentés par les fi- lières selon l'invention sur les filières connues. Les filières à fond plat de l'art antérieur sont généralement munies d'une plaque plane, perforée d'une multitude de trous, et de faible épaisseur pour éviter une perte de charge trop élevée lors de l'écoulement du verre dans lesdits trous. Cette plaque est assez rapidement déformée sous l'effet con- jugué de la chaleur et de la pression exercée par le verre Aussi est- il nécessaire de renforcer le fond de la filière par des nervures, par exemple ainsi que le décrit le brevet US 3 988 135. La structure de la plaque formant le fond de la filière selon l'invention permet d'éviter les déformations grâce à l'épaisseur p sans pour autant augmenter les pertes de charge; de plus, la section de passage des ouvertures à l'entrée de chaque cellule pouvant varier con- sidérablement selon les dimensions des conduits et/ou leur disposition par rapport aux cellules, les nombreuses combinaisons offertes en la matière permettent de limiter les pertes de charge Par ailleurs l'épaisseur p' qui peut être choisie aussi faible que possible, indé- pendamment de p, permet d'obtenir des débits élevés à partir d'orifices de faible diamètre. Outre ces avantages, l'épaisseur p de la plaque permet de re- froidir efficacement le verre au moment de la relance de la filière ou lors de l'opération de fibrage, sans perturber longuement le fonction- nement de ladite filière Ceci est d'autant mieux marqué, que, pour une épaisseur p déterminée, la quantité d'alliage conservée est plus impor- tante C'est ainsi que la structure illustrée par la figure 2 peut être choisie de préférence à celle de la figure 5, en fonction de la densité d'orifices désirée, ou du mode de refroidissement adopté, par exemple. Un autre avantage des filières selon l'invention est le sui- vant: lorsqu'une casse se produit pendant l'opération de fibrage, l'enverrage qui peut en résulter est souvent limité à un groupement d'orifices O; il peut s'étendre à plusieurs groupements appartenant à une même zone mais ne se propagera d'une zone à une autre que dans des cas exceptionnels Ceci facilite considérablement la relance de la fi- lière et diminue la durée d'intervention de l'opérateur. Il est bien évident que l'on peut apporter des modifications aux modes de réalisation donnés ci-dessus sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dîspositi:f pour la fabrication de fibres de verre conti- nues N une source d'alîiuentatîon en verre par simple gravite __ll oî ne fi 11 ère chauf fée par effet Joule et dont la face înférîeu- Te Plan D e-otefo d'une mu t:ituda tl Vnrifîces très rapprochés for- mann yupemasrépartls r luatpar zones, un dispositif de ile gaz ipnt îIîl Czî a m dirige un flux gazeux vers le e-,_; cf ilire a 4 des organes refroîdisseurs disposes a proxi- onc, ferta un disuositif îIenductîon des fibres et des organes de i O dui Ce Vtirage *mealque desadite s f iàre C caractirisé en ce que __ oi cÀ fi'î-re est for ië &unie plaque plane ( 309 50) dans la- Jazz ur xmultîtudc de conduits ( 31 37, 41) s'ouvrant à laedr parte siérieuwc vers Iltint 5 riîeur de la f ilière (AO), et i leur iuiurcvers unc wuh:it 1 de de cellules ( 32, 38, 40), chaque c _lul éant encieîn avfec l 2 intérieur de la f iliire ( 10) par 1 int iaire uzà de O dîto, eonduits, une paroî plane continue ( 33, 46) Zerm-en Z la basc de chaque cellule, lad Ute paroi étant perforée de pluseursorifces ( 34, 4 46) formant un Sroupement d'orifices fol, -Dïsposît I: de f ibrags selon la 1 revendication 19 carac- tâLîisà en ce qtie le base des condults et le sommet des ce lules en comr- -i-unicationi avec lesdits conduits sont situis dans un même plan ( 11-II) . 3 Dispositif de f ibrage selonà l'une des revendications pré- cdetescaractirisi en ce que dans le fond de la f îliire chaque con- duît débouche sur une seule cellule. 4 Dispositif de f ibrage selon lunne des revendications pré- c 8 dentes, caractéirse en ce que la section de chaque conduit est uni- forme sur toute se hauteur. Dîsposîtîf de f brage selon l'une des revendications pré- SG cideutes, aractirisi en ce que la section de chaque cellule est uni- orme sur 7 toute se hauteur. 6 Dispositif de fîibrage selon l'une des revendications pré- câdentes, ca 7 actàris& en ce que la section de chaque conduit est égale a la section de la partie supérieure de chaque cellule communiquant avec ledit conduit. Dispositif de fibrage selon l'une des revendications pré- cidentes, caractirisi en ce que le fond de la f iliire est d'une seule pîice. B Dispositif de fîbrage selon l'une des revendications I à v C ce Fr_ f ris éel, c 2 fileI P-c ï,î 1-ria -se des C-2 luie O 'a îoz- île ï)Ipqv-pan L' 3 ctld-e" 'lace plaq d a ri P. Inqv:_zîL ont état jîênpg 7 S c '1-P ac ides. a; 3 cii cec 1:, _-J'a '-'Iîarc, c-s cm eïk (-1 C:c a, L MI:activité; G _D 1 ' I c Z U Ca î on Or 4 - e, î -3-pi-titîondeo dan G la 2 Di F, Recette, 2, 2def' -7 àr Ee e I'c î nt bon î carac téi- c-r c soicen I'nne des M et 12, -_-ïî cea _,z_-,Gles '-a-r cet: a E Ezra rs que s-f_-tîca r-lechaque et de cha- c'Ca