Brevet FR2528820A1 — publié le 19831223

Dans un procédé de formation de fibres minérales, par exemple des fibres de verre, des matières en vrac ou des billes préformées sont fondues et des filaments conti- nus de matières fondues sont tirés d'une filière Ces -.5 filaments, connus sous le nom de primaires, sont ensuite réchauffés par un brûleur d'amincissement jusqu'à une température dépassant la température de ramollissement du verre afin que les filaments puissent être amincis. Ces brûleurs d'amincissement présentent des débits d'écou- * 10 lement de gaz extrêmement élevés afin d'étirer les fila- ments pendant qu'ils sont chauffés pour réduire leur diamètre Lorsque les filaments amincis refroidissent au-dessous de la température de fusion du verre, ils sont brisés, par la force du jet d'amincissement, en fibres ayant des longueurs comprises dans une plage prédéterminée qui est une fonction des paramèt es de travail et de la configuration de la zone d'amincissement. Etant donné que les coûts de l'énergie continuent de croltre de façon exponentielle, des efforts ont été développés pour trouver des moyens de réduire la quantité de gaz utilisée dans la production de fibres Sur l'énergie totale dépensée pour la transformation du verre ou autre matière première en fibres, environ les 2/3 sont consacrés à l'amincissement des fibres Une diminution, même d'un faible pourcentage, de la quantité de gaz utilisée pour l'amincissement desfibres peut entraîner une diminution de coût importante Le jet d'amincissement à grande vitesse entraine de l'air plus froid provenant de la zone l'entou- rant Cet air à faible énergie et faible vitesse est mélangé au courant d'amincissement qu'il dilue, ce qui en réduit à la fois la température et la vitesse L'apti- tude de l'appareil d'amincissement à réduire le diamètre des fibres (c'eat-à-dire à améliorer les possibilités -d'isolation de la matière) est affectée par cette dilution D 35 non réduite du courant Pour compenser les inconvénients *de la dilution, il faut brûler davantage de gaz pour -atteindre des températures plus élevées. L'invention élimine les problèmes de la dilution sans restriction en utilisant un carter entourant la zone d'amincissement Ce carter d'amincissement limite l'entrai- nement de l'air de dilution en réduisant l'accès du milieu ambiant vers la zone Le carter confine également la chaleur, accroissant ainsi la température dans la zone d'amincisse- ment Plusieurs ouvertures sont ménagées dans le carter pour permettre l'entraînement bénéfique, par le courant d'amincissement, d'une quantité réduite d'air de dilution. L'air de dilution provenant d'au moins l'une des ouver- tures passe par un préchauffeur qui utilise la chaleur perdue montant du brûleur d'amincissement pour chauffer l'air L'air de dilution préchauffé pénètre de préférence par l'arrière dans le carter o il assume deux fonctions utiles Tout d'abord, l'air de dilution préchauffé frappe les filaments primaires et les préchauffe avant leur exposition au jet principal d'amincissement Ensuite, cet écoulement d'air aspiré exerce une force orientée vers le bas et vers l'avant, qui favorise le maintien des pri- maires en contact avec une barre filetée d'entretoisement qui réduit la fréquence à laquelle les filaments s'emmêlent les uns avec les autres. Le brûleur d'amincissement avec lequel ce carter est utilisé comporte un support de montage permettant un certain jeu Autrement dit, bien que la position de l'ex- trémité avant du brûleur soit généralement fixe, la posi- tion de son extrémité arrière peut être placée dans un certain nombre de plans horizontaux pour permettre la fixation d'éléments disposés en amont, ce qui permet de faire varier la direction d'écoulement du jet d'amincis- sement Un carter totalement fixe risquerait donc de se trouver sur le trajet du jet d'amincissement, ce qui aurait pour résultat un amoncellement des fibres, une interruption de l'écoulement et, le cas échéant, une détérioration du carter lui-même. Le carter selon l'invention évite ces problèmes en étant constitué d'une première partie fixe montée à proximité immédiate du brûleur, et d'une seconde partie montée en aval de façon à pouvoir pivoter par rapport à la première partie De cette manière, l'extrémité avant du carter peut être réglée vers le haut ou vers le bas pour êtremieux alignée avec la direction d'écoulement du jet. La position du courant de gaz peut également être réglée à l'intérieur du carter par réglage de la quantité d'air aspiré au-dessus et au-dessous de l'axe central du jet ou courant Une première ouverture est ménagée audessous de l'axe ceptral du courant, entre le br Oleur et le carter La dimension de cette première ouverture est modifiée en fonction du réglage de la posi- tion dé la partie pivotante du carter Une seconde ouver- ture est située au-dessus de l'axe central du courant, de façon asymétrique par rapport à,la première ouverture. Cette seconde ouverture est équipée d'un obturateur ou registre réglable de manière que la quantité d'air aspiré par cette ouverture puisse être réglée, de préférence pour établir un équilibre avec la quantité d'air aspiré par la première ouverture afin de positionner convenable- ment le courant d'amincissement Le courant d'air aspiré par cette seconde ouverture frappe le courant principal d'amincissement sous un angle important et en quantités suffisantes pour engendrer une turbulence dans le courant combiné Cette turbulence fait suivre aux filaments pri- maires un trajet sinueux à l'intérieur de la zone d'amin- cissement, ce qui augmente la durée d'exposition de chaque filament primaire à la chaleur de la zone d'amincissement et améliore ainsi l'amincissement des fibres (c'est-à-dire la réduction du diamètre des fibres). L'invention sera décrite plus en,détail en regard des dessins'annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale du carter d'amincissement monté à proximité immédiate du brûleur d'amincissement selon l'invention; -la figure 2 est une vue en perspective du carter d'amincissement selon l'invention; la figure 3 est une vue en bout du brûleur d'amin- cissement sur lequel est monté un préchauffeur d'air aspiré z la figure 4 est une vue partielle de dessous du carter d'amincissement selon l'invention; et la figure 5 est une élévation schématique du car- ter d'amincissement selon l'invention. Les dessins représentent globalement en 10 un carter d'amincissement Comme représenté sur la figure 1, le carter 10 d'amincissement comprend une première partie ou partie arrière 12,montée fixement à proximité immédiate de l'extrémité de décharge d'un brûleur 40 d'amincisse- ment, et une seconde partie ou partie avant 14 montée de façon à pouvoir pivoter sur la première partie 12 Le brûleur 40 d'amincissement comporte une première barre 42 de montage et une seconde barre 44 de montage La barre 42 est généralement positionnée fixement dans une console de montage (non représentée) Par contre, la seconde barre 44 peut être placée dans l'une quelconque d'un certain nombre de positions horizontales afin de faciliter le branchement de conduites de gaz ou autres-éléments simi- laires placés en amont. Le courant d'amincissement à haute pression et haute vitesse sortant de l'orifice 46 du brûleur peut donc être orienté dans l'une quelconque d'un certain nombre de directions possibles Il est très probable qu'une partie ou une autre de l'extrémité de sortie d'un carter d'amin- cissement monté fixement peut se trouver en alignement avec le courant d'amincissement Cette partie risque alors de gêner le courant normal et l'écoulement de fibres et d'être sujette à une accumulation de fibres, ce qui peut avoir pour résultat une réduction supplémentaire de l'écou- lement du courant et une détérioration par suite d'une exposition continue à la température élevée du courant d'amincissement Pour ces raisons, la seconde partie 14 peut pivoter par rapport à la première partie 12 afin de pouvoir être amenée sensiblement en alignement avec le courant d'amincissement Des tourillons 16 dépassent laté- ralement vers l'extérieur de portions semi-circulaires 18 de la première partie 12 Les tourillons 16 s'ajustent dans des ouvertures 22 formées dans des plaques latérales semi-circulaires 19, 20 de la seconde partie 14 Les pla- ques latérales 19, 20 sont évidées de façon à recevoir les portions semicirculaires 18, et les parois latérales 36 et 37 sont évidées de'façon similaire à proximité des portions t 8 afin de recevoir les portions semicirculaires des plaques latérales 19, 20 La portion semi-circulaire 18 et les plaques latérales semi-circulaires 19, 20 pré- sentent le m 4 me rayon de courbure et, lorsqu'elles sont assemblées, définissent un cercle complet qui facilite le pivotement de la partie 14 par rapport à la partie 12. Comme représenté sur la figure 2, une tige filetée 24 de commande passe à travers des équerres 26 et 28 qui sont : 1 -fixées aux parties 12 et 14, respectivement L'équerre 26 loge un écrou dans lequel est vissée la tige 24. L'équerre 28 comporte une butée intérieure Des première et seconde rondelles (non représentées) sont soudées sur -la tige filetée 24, au-dessus et au-dessous de la butée. Une poignée 30 peut être saisie et tournée afin que la tige 24 se déplace vers l'avant ou vers l'arrière à tra- vers l'équerre 26 Ceci a pour effet de pousser ou de tirer-l'équerre 28 et de faire pivoter la partie 14 sur les tourillons 16. Des plaques supérieure et inférieure 32 et 34 sont fixées aux plaques latérales 19 et 20 par soudage ou par d'autres moyens de fixation (non représentés). La première partie 12 comporte une paroi avant 36 fixée des parois latérales 37 et 38 La partie inférieure de la paroi 36 est recourbée afin de former une transition -entre la première partie 12, qui s'étend à peu près ver- ticalement, et la seconde partie 14 qui s'étend à peu près horizontalement Le bord avant 39 de cette partie incurvée ne rejoint pas la plaque supérieure 32, mais il est plutôt placé au-dessous du plan de la plaque supé- rieure 32 de laquelle il est espacé latéralement pour définir une ouverture 48 Un obturateur ou registre 50 s'étend en travers de l'ouverture 48 et est monté de façon à pouvoir pivoter sur la plaque supérieure 32 Des secteurs triangulaires 52 sont fixés au registre 50. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 2 et 5, une seconde tige 54 de commande est reliée au secteur triangulaire 52, sur le côté du carter 10 opposé à celui comportant la tige 24 de commande, au moyen d'un axe 56 ou de toute autre articulation La tige 54 passe à travers une équerre 58 montée sur la partie 14 L'équerre 58 guide la tige 54 et la retient, ainsi que le registre 50, dans une position de réglage souhaitée, au moyen d'un palier à frottement logé dans cette équerre Pour permettre à un opérateur de distinguer la tige 54 de poussée et de trac- tion de la tige filetée 24 de commande, la tige 54 peut être réalisée dans une barre plate ou rectangulaire. Une autre ouverture 62 est formée au-dessous de l'axe central du courant d'amincissement, entre le brûleur et le carter 10 Un prolongement de la plaque inférieure 34 est formé par des bandes 64 et 66 La plaque inférieure 34 est articulée sur la bande 64 qui, elle-même, est arti- culée sur la bande 66 Cette double articulation permet à la paroi inférieure, qui est constituée des éléments 34, 64 et 66, d'épouser plus étroitement les surfaces incurvées des portions semi-circulaires 18 lorsque la partie 14 pivote Comme montré sur la figure 4, la bande 66 présente des trous oblongs 68 au moyen desquels des boulons 70 relient cette bande 66, en lui permettant de glisser, aux parois latérales 37 et 38 de la partie fixe 12 Les bandes 64 et 66 glissent vers l'avant et vers l'arrière pour s'adapter au pivotement de la partie 12, accroissant et réduisant ainsi la dimension de l'ouver- ture 62. Des encoches 72 sont ménagées dans les parois latérales 37 et 38 Ces encoches logent des paliers coulis- sants 74 dans lesquels tourillonne l'axe 76 d'un rouleau 78 de traction La partie avant des paliers 74 et des encoches 72 est arrondie afin d'établir une position avant calée pour les paliers dans les encoches Un tronçon de l'arbre 76 s'étend au-delà de l'un des paliers 74, à l'extérieur du carter 10 Ce prolongement porte une roue dentée ou autre élément pouvant être entraîné (non repré- senté) qui est monté de façon à permettre au rouleau 78 de traction d'être entraîné Une gorge supérieure 80 et , une gorge inférieure 82, ménagées dans chacune des parois latérales 37 et 38, constituent des supports pour des barres supérieure et inférieure 84 et 86 de guidage Ces barres de guidage sont de forme semi-cylindrique et sont fiietées, les filaments primaires 88 s'engageant dans les gorges des filets qui les guident Un axe 90, logé dans chacune des gorges 82, limite l'importance du mouvement vers l'avant de la barre inférieure 86 de guidage Les gorges 82 sont inclinées légèrement vers le bas, ce qui, en association avec la pression provenant des filaments, empoche la barre 86 de guidage de se déplacer vers l'ar- rière Un ensemble intermédiaire de gorges 92 supporte les extrémités d'une barre 94 de pression Les gorges 92 sont davantage inclinées vers le bas et la barre cylin- drique 94,de pression peut se déplacer librement dans ces gorges 92, maintenant une pression exercée vers l'avant sur les filaments primaires 88. Un ensemble 96 de support, destiné à un second rouleau 79 de traction, est monté de façon à pouvoir pivoter sur les parois latérales 37 et 38 au moyen de deux tringleries 98 chaque tringlerie 98 est articulée par deux axes sur sa paroi respective 37 ou 38 et est reliée b l'ensemble 96 de support du rouleau par un axe de pivotement De même que pour le premier rouleau 78 de traction, l'arbre 77 du rouleau 79 est monté dans des paliers 75 qui coulissent dans des encoches 73 De -même que dans le cas des encoches 72, les dimensions extérieures des encoches 73 sont inférieures à la hauteur des paliers 75, tandis que les dimensions intérieures des encoches 73 leur permettent de recevoir la hauteur des paliers 75 De cette manière, les parties extérieures des efcoches 73 maintiennent les paliers 75 sur l'arbre 77. ,Une vis 12 de réglage est vissée dans l'ensemble 96 et porte contre une lame à ressort (non représentée) qui, elle-même, porte contre chaque palier coulissant 75 La vis 102 de réglage commande la pression que les rouleaux 78 et 79 en élastomère exercent l'un sur l'autre et sur les filaments primaires 88. Des bras 104 de verrouillage sont articulés en sur chaque côté de l'ensemble 96 de support de rou- leau Une barre 106 de commande s'étend latéralement entre les bras 104 de verrouillage Des crochets 108 situés sur les bras 104 s'enclenchent avec des ergots 110 montés sur les parois latérales 37 et 38 Un ressort 112 à lame unique est engagé dans un trou ménagé dans la partie arrière de la barre 106 de commande et dans un autre trou ménagé dans la partie supérieure de l'ensemble 96 de support afin d'exercer une traction sur les bras 104 de verrouillage Pour déverrouiller l'ensemble 96 de support, l'opérateur saisit la barre sensible de com- mande, la déplace malgré la pression du ressort et dégage les crochets 108 des ergots 110, permettant à l'ensemble 96 de pivoter librement vers l'arrière autour de l'axe 100 L'opérateur dispose alors de l'accès nécessaire au remplacement de l'un ou des deux rouleaux 78 et 79 de traction. Une plaque déflectrice 114 s'étend sur toute la largeur du carter 10 d'amincissement, entre les parois latérales 37 et 38 Le courant à grande vitesse sortant de l'orifice 46 tend à aspirer de l'air de dilution, c'est-à-dire à entrainer de l'air provenant du milieu environnant, avec le courant avec lequel il se mélange finalement La plaque déflectrice 114 s'étend transver- salement sur une portion considérable de la partie arrière du carter 10 afin que la préférence soit donnée à l'air se trouvant à proximité immédiate du brûleur 40 d'amincis- sement Des exemples de types de brûleurs sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 212 557 et N O 3 547 568 Le brûleur est constitué d'une matière réfractaire 115 telle que du kaolin à haute pureté, enveloppée de métal réfractaire 116 La surface métallique située au-dessus du brûleur 40 peut atteindre une tempéra- ture de 4300 C. Pour utiliser au maximum cette chaleur perdue, un préchauffeur 118 est monté sur le haut du brûleur 40. Le préchauffeur 118 comprend un panneau supérieur 120, deux panneaux latéraux 122, plusieurs pattes 124 recou- vrant les c 8 tés du brûleur 40 et au moyen desquelles le préchauffeur 118 peut être fixé à ce dernier par des boulons 125 ou autres, et un absorbeur intérieur 126 de chaleur à serpentin qui augmente la quantité de chaleur transmise par le brûleur 40 au préchauffeur 118 et donc à l'air aspiré. Le carter 10 d'amincissement est monté fixement en avant de l'orifice 46 du brûleur au moyen d'une équerre (figure 2) Des boulons 134 passent dans des trous 132 de l'équerre 130 et sont vissés dans une poutre 127 de support. En fonctionnement, le carter 10 est monté comme décrit ci-dessus Le rouleau 78 de traction est entralné, ce qui a pour effet d'entraîner l'autre rouleau 79 de traction La vitesse de rotation des rouleaux 78 et 79 détermine la vitesse à laquelle le verre est tiré de la filière (non représentée) de production de fibres, ce qui détermine le diamètre des filaments primaires 88. Ces derniers sont guidés vers le bas par les barres 84 et 86 jusqu'à un point immédiatement adjacent à l'orifice 46 de sortie à haute température et haute pression La barre 94 de pression tend à maintenir les filaments 88 dans les gorges des barres 84 et 86 Dans le cas o les filaments s'emmêlent, l'opérateur peut accéder totalement par l'arrière du brûleur afin d'agir sur les filaments aui moyen d'un outil et d'un "peigne" pour les séparer. Avant d'être pris par le courant d'amincissement, les filaments primaires 88 sont pris par l'air de dilution qui a été chauffé par le préchauffeur 118 et qui est entraîné vers l'intérieur par la grande vitesse du courant d'amincisqement Cet air de dilution exerce une force vers l'avant et vers le bas qui tend à maintenir les fila- ments primaires en alignement convenable et qui amorce le processus de chauffage Les filaments ont refroidi à environ 950 C au moment o ils atteignent les rouleaux 78 et 79 de traction et l'air aspiré de dilution, qui a été porté à une température comprise entre 330 et 390 'C, commence à les réchauffer. Si le brûleur 40 est aligné de façon à projeter son courant à peu près horizontalement, l'air aspiré par l'ouverture 62 et à l'avant du carter 10 forme une couche limite qui supporte le courant et réduit le risque de déviation vers le bas du courant et des fibres par les forces de la pesanteur Le registre 50 peut être ouvert pour permettre un écoulement d'air aspiré à partir d'une zone située au-dessus de l'axe central du courant d'amin- cissement Cet air est en quantité et suit une direction telles qu'il engendre une turbulence dans la zone d'amin- cissement (c'est-à-dire la zone délimitée par le carter et s'étendant en aval de celui-ci) Cette turbulence fait suivre aux filaments primaires 88 un trajet sinueux dans la zone d'amincissement, exposant ainsi une plus grande longueur des filaments à une température plus élevée pen- dant une période plus longue Ceci améliore l'amincisse- ment des fibres et, en coopérant avec le carter, élève la température de la zone d'amincissement, ce qui permet de consommer moins de combustible pour produire des fibres de même diamètre. Dans le cas o le brûleur 40 d'amincissement s'écarte d'une direction horizontale (comme cela se mani- feste par des accumulations de fibres), l'opérateur peut incli- ner la seconde partie 14 vers le haut ou vers le bas en faisant tourner la poignée 30 de la tige 24 de commande. Ce réglage peut être affiné par fermeture ou ouverture du registre 50 au moyen de l'application d'une poussée ou d'une traction sur la poignée 60 de la tige 54 de commande Ceci règle la quantité d'air de dilution admis par l'ouverture 48 afin d'établir un état d'équilibre avec l'air entrant par l'ouverture inférieure 62 et d'amener - le courant d'amincissement dans une position dans laquelle il n'est pas dirigé vers le carter. La température du courant d'amincissement porte les filaments primaires à une température supérieure au point de fusion du verre et la haute pression du courant tire alors les filaments Lorsque les filaments refroidis- sent au-dessous de leur point de fusion, la pression du courant divise les filaments en fibres dont les longueurs sont comprises dans une plage prédéterminée Cette plage de longueurs est une fonction des paramètres de travail et de la configuration de la zone d'amincissement. t O Il va de soi que de nombreuses modifications -peuvent être apportées au carter décrit et représenté sans sortir du cadrede l'invention. REVENDICATIONS 1 Carter d'amincissement destiné à être monté à proximité immédiate d'un brûleur ( 40) d'amincissement de fibres, le montage de ce brûleur lui laissant un cer- tain degré de jeu afin qu'il puisse être positionné convenablement par rapport à des éléments situés en amont, ce jeu faisant varier l'alignement de l'orifice ( 46) de sortie du brûleur, le carter d'amincissement étant carac- térisé par une première partie ( 12) située en amont, mcntée fixement à proximité immédiate du brûleur afin de recevoir et de diriger un flot de gaz chauds provenant de l'orifice de sortie, une seconde partie ( 14) située en aval, articulée sur la première partie afin de pouvoir pivoter autour d'un axe sensiblement horizontal, des moyens de commande permettant à la seconde partie d'être réglée, en pivotant, par rapport à la première partie afin d'être adaptée aux variations d'alignement de l'ori- fice de sortie du brûleur d'amincissement. 2 Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs ouvertures permettant l'aspiration de quantités commandées d'air de dilution à partir de la zone entourant le carter. 3 Carter selon la revendication 2, caractérisé par un élément ( 118) de préchauffage monté de façon à préchauffer au moins une certaine partie de l'air aspiré de dilution. 4 Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de préchauffage est monté sur le haut du br Ileur d'amincissement et comporte un panneau ondulé intérieur ( 126) qui accroit la surface de transmission de chaleur, cet élément utilisant la chaleur perdue du brûleur pour préchauffer l'air de dilution. Carter selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une ( 48) des ouvertures d'air de dilu- tion comporte un élément ( 50) d'obturation qui permet d'en faire varier la dimension afin de régler la quantité d'air de dilution s'écoulant par cette ouverture. À -, 6 Carter selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une première ( 62) des ouvertures d'air de dilu- tion est disposée au-dessous de l'axe central de l'orifice de sortie et une seconde ( 48) des ouvertures est disposée au-dessus de l'axe central de l'orifice de sortie. -: 7 Carter selon la revendication 6, caractérisé : (-en ce que la dimengion de la première ouverture varie lorsque la position de la seconde partie du carter est :: xrég Lée. 8 Carter selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconide ouverture est équipée d'un élément ( 50) d'obturation qui en fait varier la dimension utile ëen fonction des variations de la dimension de la première :souverture afin que l'air aspiré par les première et seconde '?iouvertures puisse être utilisé pour modifier la direction du flux provenant de l'orifice de sortie du brleur d'amin- :issement o ? l 9 Carter selon la revendication 6, caractérisé -" -en ce que la seconde ouverture est disposée de façon asymé- ' trique par rapport à la première ouverture. :'-; 10 Carter selon la revendication 1, caractérisé " en ce qu'il comporte des moyens de montage de deux rouleaux ( 78, 79) de traction de filaments primaires et des moyens 4 e montage d'éléments ( 84, 86, 94) de guidage des fila- mernts primaires. i J -,, t:jr,:.