Brevet FR2566764A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne une méthode de refroidissement de verre en fusion et un four de fusion de verre adapté à l'exécution de cette méthode. Les fours à verre courants ont une très grande cuve de refroidissement, d'environ la moitié de la cuve de fusion, du fait qu'ils sont conçus pour le refroidis- sement spontané du verre fondu principalement par dissipa- tion de la chaleur de la surface extérieure de la cuve de refroidissement. La durée du refroidissement s'en trouve longue, et une grande partie des calories sont dissipées avec perte de la surface de la cuve de refroidissement. De plus, ces fours n'ont aucune structure quelconque des- tinée à une utilisation efficace dela chaleur dissipe par la cuve de refroidissement, et en outre la grande dimen- sion de cette cuve renchérit le coût de l'installation et elle a aussi pour inconvénient que la modification de la composition du verre en fusion dans le four demande beau- coup de temps. La présente invention a pour objet une méthode efficace pour refroidir du verre en fusion, méthode qui permet de raccourcir la durée de refroidissement, dans laquelle les bulles qui restent dans le verre fondu peuvent être efficacement absorbées au sein du verre, qui permet également de récupérer et d'employer la chaleur dissipée, et dans laquelle enfin on peut utiliser une cuve de refroi- dissement plus petite que d'habitude. L'invention a encore pour objet un four de fusion de verre équipé d'une cuve de refroidissement adap- tée à la mise en oeuvre de la présente méthode. La présente méthode de refroidissement de verre en fusion comprend le refroidissement lent du verre alors que sa température moyenne est comprise dans un certain intervalle s'étendant au-dessous et au-dessus de la tempéra- ture à laquelle la vitesse d'absorption des bulles par le verre fondu est la plus élevée, et son refroidissement rapi- de quand sa température moyenne n'est plus dans cet inter- valle. En ce qui concerne les dessins annexés: la figure 1 est une vue en plan d'en haut du four de fusion de verre de cette invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale du four de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 2; la figure 4 est un diagramme caractéristique mon- trant les variations du nombre de bulles dans l'opération de refroidissement à différentes vitesses de refroidis- sement; la figure 5 est un diagramme caractéristique mon- trant la relation entre la température et la vitesse de dimi- nution des bulles quand la vitesse du refroidissement lent est de 2 C/mn; la figure 6 est une vue en plan d'en haut d'un four de fusion de verre ordinaire; et la figure 7 est une coupe verticale du four de fusion de la figure 6. La méthode de cette invention est fondée sur la nouvelle découverte que la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles par le verre en fusion est la plus élevée est très nette, bien qu'elle varie avec la composition du verre et la nature du gaz des bulles. C'est ainsi par exemple que la plus grande vitesse d'absorption de bulles de S03 dans des verres de silicate de chaux saudée se situe aux environs de 1390 C, et que dans des verres de borosilicate la vitesse maximale d'absorption de bulles de SO3 se situe aux environs de 1400 C. Conformément à la présente méthode, le verre fondu est lentement refroidi alors que sa température moyenne est comprise dans un certain intervalle s'étendant au-dessous et au-dessus de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles par le verre est la plus grande, par exemple dans un intervalle allant de 20 C au-dessous de cette température à 20 C au-dessus, et il en résulte que le verre en fusion absorbe rapidement les bulles. Ensuite, quand la température du verre n'est plus dans cet intervalle, on le refroidit rapidement pour accélérer son refroidissement. Il est souhaitable que le lent refroidisse- ment du verre se fasse à une vitesse ne dépassant pas 2 C/mn environ, et son refroidissement rapide peut se faire à une vitesse d'au moins 3 C/mn environ. La présente méthode peut être avantageu- sement exécutée dans un four de fusion également apporté par cette invention, four qui comprend une cuve de fusion pour fondre une fournée de verre, une cuve de refroidisse- ment après la cuve de fusion et un dispositif d'étirage du verre après la cuve de refroidissement pour le retirer de cette cuve, four dans lequel la cuve de refroidissement comprend au moins une première zone de refroidissement rapi- de, une zone de refroidissement lent et une seconde zone de refroidissement rapide dans lesquelles les vitesses de re- froidissement sont différentes, la température du verre en fusion est réglée pour qu'elle soit comprise dans un inter- valle s'étendant au-dessous et au-dessus de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles est la plus grande, et le verre est refroidi lentement alors que sa tempé- rature moyenne se situe dans cet intervalle. Ainsi, la méthode de cette invention peut être exécutée par exemple avec une cuve de fusion pour fon- dre une fournée de verre, une cuve de refroidissement placée après la cuve de fusion et un dispositif d'étirage du verre après la cuve de refroidissement. Dans cette méthode, la cuve de refroidissement comprend au moins une première zone de refroidissement rapide, une zone de refroidissement lent et une seconde zone de refroidissement rapide dans lesquelles les vitesses de refroidissement sont différentes, on règle la température du verre en fusion pour que dans la zone de refroidissement lent elle soit comprise dans un intervalle s'étendant au-dessous et au-dessus de la température à la- quelle la vitesse d'absorption des bulles est la plus grande, et on refroidit lentement le verre alors que sa température moyenne se situe dans cet intervalle. De préférence, on règle la température moyenne du verre dans la zone de refroidissement lent pour qu'elle se situe dans l'intervalle allant de 200C au-dessous de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles par le verre est la plus grande, à 20 C au-dessus de cette température, et on refroidit lentement le verre alors que sa température moyenne se situe dans cet inter- valle. Le verre est lentement refroidi à une vitesse par exemple ne dépassant pas 2 C/mn dans la zone de refroidisse- ment lent, et dans la première et la seconde zones de refroi- dissement rapide il est refroidi par exemple à une vitesse d'au moins 3 C/mn. On décrira maintenant un mode d'exécution préféré de l'invention en se reportant aux dessins annexés. Les figures 1 à 3 présentent un mode de réalisation d'un four 11 de fusion de verre conforme à cette invention. La figure 1 est une vue en plan d'en haut, la fi- gure 2 une coupe verticale et la figure 3 une coupe prise suivant la ligne A-A de la figure 2. Ce four 11 comprend une cuve de fusion 12 avec une ouverture 13 pour l'arrivée du verre, cuve qui com- porte sur ses deux côtés des régénérateurs 14 et 14' reliés à la cuve de fusion par plusieurs orifices de soufflage 15, ouvertures par lesquelles les flammes produites par la combus- tion d'une huile lourde arrivent à la fournée de verre et la fondent, et le verre fondu 16 s'accumule dans la cuve de fu- sion. Le verre est chauffé à au moins 1500 C pendant plus de 30 minutes et il s'écoule dans une cuve de refroidissement 17 alors qu'il est à une température de 1500 à 1550 C. La cuve de refroidissement 17 est moins large, d'environ 40 à 60 %, que la cuve de fusion 12, et sa profondeur est de l'ordre de 0,2 à 0,4 mètre. Ses dimensions d'ensemble sont plus petites que celles d'une cuve de refroi- dissement habituelle et la quantité de verre qu'elle peut contenir est comprise entre le cinquième et le sixième de celle que peut contenir une cuve de refroidissement habi- tuelle. Cette cuve de refroidissement 17 est divisée en trois zones 17a, 17b et 17c, l'une de ses extrémités est reliée à la cuve de fusion 12 et l'autre forme un orifice d'étirage 18. Des cloisons 19 séparent les zones 17a, 17b et 17c. Les zones 17a et 17c sont des zones de refroidissement forcé et la zone 17b est une zone de re- froidissement spontané. Le verre en fusion est ainsi re- froidi rapidement dans les zones 17a et 17c et il est re- froidi lentement dans la zone 17b. Comme éléments de refroi- dissement forcé pour les zones 17a et 17c, plusieurs dispo- sitifs radiaux 20 sont placés au plafond de la cuve, comme le montre la figure 3, dispositifs qui souffle de l'air dans la cuve de refroidissement 17 par les orifices 20a. Cet air rend la surface interne de ces dispositifs plus froide que le verre en fusion, et le verre 16 se trouve ainsi refroidi par rayonnement et conduction. Comme le montre la figure 3, la cuve de refroidissement 17 est construiteavec fixation d'élé- ments thermo-isolants 22 et 22' à la surface de la structure d'en- semble formée de briques 21 pour isoler la surface extérieure de la cuve et réduire au minimum la dissipation de chaleur par cette cuve. La température, par exemple d'un verre du type silicate de chaux sodée, est de préférence, comme tempé- rature initiale, de 1420 C dans la zone 17a, de 1420 à 1370 C dans la zone 17b et de moins de 13700C dans la zone 17c. De préférence également, la vitesse de refroidissement n'est pas inférieure à 3 C/mn dans la zone 17a, elle est supérieure à 2 C/mn dans la zone 17b et elle est d'au moins 3 C/mn dans la zone 17c. Les raisons de la fixation de ces tempéra- tures et de cette vitesse de refroidissement lent sont données ci-après avec référence aux figures 4 et 5. La figu- re 4 montre les variations du nombre de bulles dans le verre pour différentes vitesses de refroidissement, les ordonnées indiquant le nombre de bulles restantes, en rapports. Sur cette figure 4, la vitesse de refroidissement est de 2 C/mn pour le courbe a, de 3 C/mn pour la courbe b, de 4 C/mn pour la courbe c et de 6 C/mn pour la courbe d. La figure 5 montre la relation entre la température et la vitesse de diminution des bulles, figure sur laquelle la vitesse de refroidissement lent est de 2 C/mn. Le verre employé pour ces caractéristi- ques est un verre de silicate de chaux sodée dont la compo- sition est de 70,91 % en poids de SiO2, 1,69 " de A1203, 0,071 % de Fe203, 8,76 O de CaO, 3,92 % de MgO, 13,45 % de Na20, 0,82 " de K20 et 0,29 % de 503, en poids. I1 ressort clairement des figures 4 et 5 que la vitesse d'absorption des bulles s'élève aux alentours de 1390 C. Si le verre est lentement refroidi à une vitesse ne dépassant pas 2 C/mn dans cette zone de température, l'effi- cacité de la diminution des bulles devient plus grande et le nombre de bulles dans le verre diminue brusquement. Ainsi, suivant le procédé de diminution des bulles dans le verre en fusion au cours du refroidissement, on peut refroidir lentement le verre à une vitesse ne dépassant pas 2 C/mn, et de préférence ne dépassant pas 1 C/mn, seulement à des températures voisines de 13900C, ce qui fait diminuer plus efficacement les bulles, et on peut le refroidir plus rapi- dement par un refroidissement forcé, par exemple à une vi- tesse de 3 C/mn,à des températures en dehors de cette zone, ce qui accélère le refroidissement. On pense que la présence d'un pic dans la diminution des bulles autour de 1390 C pro- vient du fait que les bulles restantes sont des bulles de S03,qui se dissolvent rapidement dans le verre en fusion aux environs de 1390 C. Comme la cuve de refroidissement 17 com- prend le premier refroidissement rapide, le refroidissement lent et le second refroidissement rapide, il n'est plus nécessaire qu'elle ait de grandes dimensions. Dans les zones 17a et 17c, les calories du verre en fusion 16 sont absorbées par l'air qui est soufflé dans ces zones par les dispositifs 20, et l'air chaud qui provient de la cuve peut être utilisé d'une manière efficace. La profondeur de la cuve 17 est faible, comme il a été montré précédemment. Une cuve de refroidisse- ment peu profonde permet d'empêcher le retour du verre fon- du côté étirage de la cuve vers son côté faisant suite à la cuve de fusion, et de régler la différence de température dans la direction de la largeur de la cuve, et cela peut aussi permettre d'économiser l'énergie nécessaire pour rechauffer le verre fondu refroidi qui s'est écoulé en retour. Le nombre de zones de la cuve de refroi- dissement 17 peut être supérieur à trois car la température du pic d'absorption diffère avec la nature des bulles. Les moyens de refroidissement forcé peuvent également comprendre un refroidissement à l'eau fourni par un tube de circulation d'eau placé dans le verre en fusion, et dans ce cas les cloisons 19 ne sont pas néces- saires. La figure 6 présente une vue en plan d'en haut d' un four de fusion de verre continu usuel pour la production de verre en feuille, et la figure 7 montre son élévation de côté en coupe verticale. Sur ces figures, le four 1 comprend une cuve de fusion 2 et une cu- ve de refroidissement 3, avec une conduite 4 reliant les deux cuves. Une extrémité de la cuve de fusion 2 comporte une ouverture 5pour son alimentation en verre, et des régénérateurs 6 sont disposés sur les deux côtés de la cuve 2. Le verre arrive en continu par l'ouverture 5, et des flammes produites par la combustion d'une huile lourde arrivent par les orifices de soufflage 7 sur les deux pa- rois latérales de la cuve 2 dont l'intérieur est maintenu aux environs de 1600 C, température à laquelle le verre est fondu dans cette cuve. Le verre qui a été fondu, homogénéisé et démoussé dans la cuve 2 s'écoule ensuite dans la cuve de refroidissement 3 par la conduite 4, cuve dans laquelle il est refroidi, alors qu'en même temps les fines bulles qui restent dans le verre se dissolvent et sont absorbées par le verre en fusion au cours du refroidissement. Cette absorp- tion diminue la quantité de bulles dans le verre et elle améliore la qualité du produit final. Le verre refroidi dans la cuve 3 est ensuite retiré de cette cuve par l'orifice d'étirage 8. Comme le montrent les dessins, dans un four de fusion de verre ordinaire, la cuve de refroidis- sement 3 est très grande, sa capacité étant d'environ la moitié de celle de la cuve de fusion 2, et de ce fait la cuve de refroidissement ordinaire a les défauts qui ont été indiqués au début de cette description. Comme cela a été clairement dit dans la description précédente, dans la présente invention, le verre fondu n'est refroidi lentement à une vitesse déterminée que lorsque sa température se trouve dans l'intervalle qui a été spécifié. Il peut être ensuite refroidi rapidement en dehors de cet intervalle, ce qui raccourcit le temps de refroidisse- ment et permet de régler l'opération de refroidissement. Comme dans la présente invention il y a des zones de refroidissement forcé pour le refroidissement du verre en fusion, la cuve de refroidissement peut être relativement petite et peu profonde, ce qui diminue considé- rablement les pertes d'énergie thermique et réduit le coût de l'installation de cette cuve. Les calories résultant du refroidissement forcé peuvent être efficacement employées à l'extérieur, et de plus, comme il y a des éléments isolants disposés autour de la surface périphérique externe de la cuve de refroidisse- ment, la perte d'énergie thermique peut être encore réduite et la chaleur peut être utilisée efficacement. Comme la cuve de refroidissement peut être relativement petite, elle contient moins de verre en fusion, ce qui permet de modifier rapidement et facilement la compo- sition du verre fondu et de prérégler aisément la répartition des températures dans la cuve de refroidissement, et le fonc- tionnement du four peut être ainsi facilement maîtrisé. Le mode d'exécution ci-dessus a été donné pour ce qui concerne des bulles de SO3 dans le verre de si- licate de chaux sodée. Mais la présente Demanderesse a trou- vé qu'un pic d'absorption de bulles de SO3 se trouve aux environs de 14000C dans le cas d'un verre de borosilicate, et il doit être entendu par conséquent que la température d'un pic d'absorption des bulles varie naturellement avec la composition du verre et la nature des bulles (par exem- ple bulles d'oxygène ou de vapeur d'eau). La méthode de refroidissement de la pré- sente invention peut s'appliquer non seulement à un four de fusion de verre fonctionnant en continu, mais aussi à d'autres procédés de fusion de verre, par exemple à la fu- sion dans un creuset. REVENDICATIONS 1.- Une méthode de refroidissement de verre en fusion qui comprend le refroidissement lent du verre fondu alors que sa température moyenne est comprise dans un certain intervalle s'étendant au-dessous et au- dessus de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles par le verre fondu est la plus élevée, et son refroidissement rapide quand sa température moyenne n'est plus dans cet intervalle. 2.- Méthode selon la revendication 1 dans laquelle le verre en fusion est refroidi lentement alors que sa température moyenne est comprise dans un intervalle allant de 20 C au-dessous de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles est la plus grande, à 20 C au-dessus de cette température. 3.- Méthode selon la revendication 1 dans laquelle le refroidissement lent du verre se fait à une vitesse ne dépassant pas 2 C/mn environ. 4.- Une méthode de refroidissement de verre en fusion dans un four pour la fusion de verre qui comprend une cuve de fusion pour fondre une fournée de verre, une cuve de refroidissement placée après la cuve de fusion et un dispositif d'étirage du verre après la cuve de refroidissement, méthode dans laquelle la cuve de refroidisse- ment comprend au moins une première zone de refroidissement rapide, une zone de refroidissement lent et une seconde zone de refroidissement rapide dans lesquelles les vitesses de refroidissement sont différentes, on règle la température du verre en fusion pour que dans la zone de refroidisse- ment lent elle soit comprise dans un intervalle s'étendant au-dessous et au-dessus de la température à laquelle la vitesse d'absorption des-bulles est la plus grande, et on refroidit lentement le verre alors que sa température moyen- ne se situe dans cet intervalle. 5.- Méthode selon la revendication 4 dans laquelle, dans la zone de-refroidissement lent, la tempéra- ture moyenne du verre en fusion est réglée pour qu'elle soit 1l comprise dans un intervalle allant de 20 C au-dessous de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles est la plus élevée, à 20 C au-dessus de cette tem- pérature, et le verre est refroidi lentement alors que sa température moyenne se situe dans cet intervalle. 6.- Méthode selon la revendication 4 dans laquelle le verre est refroidi lentement dans la zone de refroidissement lent à une vitesse ne dépassant pas 2 C/mn. 7.- Méthode selon la revendication 4 dans laquelle le verre est refroidi rapidement à une vi- tesse d'au moins 3 C/mn dans la première et la seconde zones de refroidissement rapide. 8.- Un four pour la fusion de verre qui comprend une cuve de fusion pour fondre une fournée de verre, une cuve de refroidissement placée après la cuve de fusion et un dispositif d'étirage du verre après la cuve de refroidissement, four dans lequel la cuve de refroidisse- ment comprend au moins une première zone de refroidissement rapide, une zone de refroidissement lent et une seconde zone de refroidissement rapide dans lesquelles les vitesses de refroidissement sont différentes, on règle la température du verre en fusion pour que dans la zone de refroidissement lent elle soit comprise dans un intervalle s'étendant au- dessous et au-dessus de la température à laquelle la vitesse d'absorption des bulles est la plus grande, et on refroidit lentement le verre alors que sa température moyen- ne se situe dans cet intervalle.