Brevet FR2618139A1 — publié le 19890120

L'invention a trait au domaine de la production de verre en fibres. L'invention concerne plus particuliere- ment la production de fibres de verre par le procédé d'étirage à la flamme. L'invention concerne de façon encore plus particulière le procédé d'étirage à la flamme pour la production de fibres de verre par l'utilisation d'un souffle de gaz chaud. L'invention concerne de façon encore plus particulière, mais non limitative, un procédé et un appareil pour la production d'un souffle de gaz chaud à partir d'un brûleur, les gaz étant comprimés à la partie d'entrée vers le brûleur. Le procédé d'étirage à la flamme pour produire des fibres de verre consiste à produire des billes ou pastilles de verre dans-un four à chauffe par combustible fossile, puis à faire refondre les billes dans des creusets présentant divers orifices et divers nombres d'orifices. Le verre sortant des orifices est initialement étiré par traction mécanique pour former des baguettes de faible diamètre appelées fibres primaires. Celles-ci sont ensuite étirées par un jet de combustion à haute température et haute vitesse sortant d'un brûleur à mélange de gaz naturel et d'air. Les brûleurs à gaz naturel et air demandent une grande quantité de combustible pour etirer les baguettes de verre (fibres primaires) aux diamètres souhaités pour les fibres finales.Ainsi qu'on peut l'apprécier, l'utilisation de combustibles fossiles dans de tels brûleurs est un facteur de coût majeur dans la production des fibres de verre. On a donc consacré des efforts visant à réduire la quantité d'énergie demandée pour etirer les fibres primaires en fibres afin de réduire les coûts de fabrication des fibres résultantes. Dans des dispositifs de l'art antérieur, tels que celui représenté sur la figure 1 du dessin annexé et décrit ci-après, un pré-mélange d'air et de gaz naturel est transporté à travers un appareil classique 11 vers une partie arrière 12 d'un brûleur 13 à combustion. Le brûleur 13 comprend une chambre 14 de combustion qui est définie par des parois réfractaires 15. Celles-ci définissent donc une chambre 14 de combustion ayant une première section transversale. Ceci apparaît mieux sur la figure 3 qui est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 1. Le prémélange d'air et de gaz naturel est alors dispersé uniformément dans la chambre 14 de combustion avec l'utilisation d'une grille 16 de dispersion en acier inoxydable, du type "Conidur". Lorsque le mélange de gaz naturel et d'air entre à travers la grille 16 de dispersion dans la chambre 14 de combustion, le processus de combustion est amorcé. Une fois que les gaz combustibles sont allumés dans la chambre 14 de combustion, ils sont dirigés à travers la partie de bec 17 et la partie de levure 18 du brûleur. Ces gaz chauds sont ensuite dirigés vers une fibre primaire ou baguette de verre afin d'étirer la baguette de verre fondue pour constituer des fibres de verre. L'invention concerne des perfectionnements apportés à la partie d'entrée de la chambre de combustion d'un brûleur classique d'étirage pour accroître l'efficacité d'utilisation du combustible dans le procédé d'étirage de fibres. Des moyens sont prévus, dans la partie d'entrée du brûleur, à proximité immédiate de la chambre dé combustion, pour comprimer les gaz combustibles à leur passage de l'appareil d'alimentation en gaz dans la chambre de combustion. En particulier, une matière réfractaire, ayant une ouverture dont la section transversale est inférieure à celle de la chambre de combustion, permet aux gaz combustibles d'être comprimés à leur entrée dans le brûleur, puis d'être détendus dans la chambre de combustion.Cet effet améliore l'efficacité d'utilisation du combustible du procédé d'étirage, améliore la conduc tibilité thermique, abaisse la teneur en "perles" (matière non formée en fibres) de la fibre et permet d'une façon générale la production d'une fibre plus uniforme. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un brûleur classique d'étirage la figure 2 est une' vue en coupe longitudinale partielle à échelle agrandie de la partie d'entrée d'un brûleur d'étirage qui a été modifié conformément à l'invention ; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant la section transversale de la chambre de combustion la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2, montrant la section transversale réduite à la partie d'entrée ; la figure 5 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation de la partie d'entrée illustrée sur la figure 4 ; et la figure 6 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation de la chambre de combustion d'un brûleur d'étirage. En référence à la figure 2, des moyens classiques 11 d'alimentation en gaz de combustion, situés à l'arrière du brûleur 13 sont identiques à ceux montrés sur la figure 1. De façon similaire, comme sur la figure 1, la brûleur d'étirage comprend une coque métallique'13 et des parties 15 de matière réfractaire pour définir une chambre 14 de combustion. L'invention comprend l'insertion d'un moyen destiné å réduire la section transversale de l'ouverture d'entrée vers la chambre 14 de combustion. En particulier, une partie 19 d'allumage en brique réfractaire est insérée entre l'écran 16 de dispersion et la chambre 14 de combustion.Ainsi, lorsque-les gaz partiellement brûlés franchissent la partie 19 en brique, ils sont comprimés, cette compression étant suivie d'une brusque détente qui engendre une turbulence et des tourbillons dans les gaz comme montré sur la figure 2. La partie 19 peut être produite à partir d'une brique réfractaire isolante telle que la brique du type "JM-3000" produite et vendue par la firme Manville Corporation. Cette brique réfractaire isolante est moins dense que la brique réfractaire 15 qui entoure la chambre 14 de combustion. La brique 19 étant moins dense, elle absorbe la chaleur provenant du processus de combustion et rayonne de la chaleur supplémentaire vers les gaz passant sur elle. La brique est incandescente et agit à la maniere d'une bougie de préchauffage ou d'allumage pour les gaz à leur entrée dans la chambre 14 de combustion. Lorsque le mélange d'air et de gaz passe à travers la brique 19 d'allumage (1) il est comprimé et accélere et (2) il s'élève à une température supérieure au point d'éclair du mélange. L'étranglement de la bride d'allumage favorise aussi un "frottement" entre elles des molécules de l'air et du gaz. Lorsque le mélange d'air et de gaz franchit l'étranglement, il se détend et produit des courants tourbillonnaires et une turbulence, augmentant a5' la la vitesse de combustion. La combustion améliorée produit une configuration de flamme notablement différente, ' est plus longue que celle du brûleur classique d'étirage sortant de la partie à lèvre 18. Les profils de température et d'impact dans le bec 17 du brûleur indiquent une élévation des températures à la lèvre 18 et de la vitesse du gaz d'impact dans le bec 17 par suite de la configuration de la partie en brique 19. Par exemple, une diminution de la largeur de l'orifice de la brique d'allumage de 19 mm a une valeur comprise entre 16 et 13 mm, augmente les températures et les vitesses d'impact au bec. En référence à la figure 4, la dimension et la section transversale de la partie en brique 19 sont importantes. Avec une partie en brique d'une largeur 21 de 19 mm et une profondeur d'orifice 22 de 19 mm, on a obtenu une élévation d'environ 165vC de la température à la lèvre 18 et une élévation de pression d'impact de 250 Pa, avec une profondeur d'orifice dans le bec 17 de 14,3 mm. Le brûleur d'étirage selon l'invention est capable de produire une fibre ayant un diamètre compris entre 432 et 584 x 10'5mu. Pour obtenir des fibres plus fines ou plus grosses que cette gamme particulière, on peut faire varier les dimensions et les configurations de la partie en brique 19 et la position du bec 17 du brûleur. L'accélération accrue du mélange d'air et de gaz à la partie en brique d'allumage 19 constitue une mesure de sécurité pour ce brûleur. Les vitesses accrues des gaz à la partie en brique d'allumage sont supérieures à la vitesse de propagation de la flamme, ce qui empêche une combustion complète dans la zone de la grille. Ceci maintient la grille métallique à une température plus basse. La brique d'allumage 19 protège également de façon partielle la grille 16 de la chambre 14 de combustion, ce qui réduit la quantité d'énergie rayonnante arrivant à la grille 16. Si une matière étrangère se trouve dans le courant du mélange, elle n'est pas cuite sur la grille comme cela était le cas avec le brûleur de l'art antérieur. La matière étrangère cuite sur la grille réduit l'écoule ment du mélange air/gaz dans des zones particulières, diminuant ainsi son effet de refroidissement. La grille devient chaude, constituant un point d'allumage et allumant le mélange air/gaz en arrière de la grille. Cet allumage du mélange air/gaz en arrière de la grille provoque un "retour de flamme" et une explosion dans les conduites de gaz. En référence à la figure 5, il est représenté une autre forme de réalisation de l'invention. Ainsi, des parties 19 en brique réfractaire sont taillées de façon à présenter une configuration 23 en "dents de requin" pour les ouvertures d'entrée dans la chambre de combustion. Lorsqu'elle est utilisée à la place de la partie en brique 19 montrée sur la figure 4, la forme de réalisation de la figure 5 engendre encore plus de turbulences et de compression dans les gaz de combustion à leur passage dans la chambre de combustion. Cette configuration permet donc d'obtenir une amélioration encore plus grande. La figure 6 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle, à la place d'un élément rapporté 19 en brique dans la partie d'entrée de la chambre de combustion, la chambre de combustion est formée d'une matiere réfractaire 15 qui comprend une zone étranglée 24 adjacente à l'entrée dans la chambre 14 de combustion. Ainsi, les gaz de combustion, passant de la conduite d'arrivée au brûleur et de la partie arrière du brûleur 12 dans la chambre 14 de combustion, sont étranglés en des points 24, puis peuvent se détendre dans la chambre 14 de combustion dont la section transversale. est plus grande. On obtient ainsi, également, la turbulence et les tourbillons produits par l'élément rapporté 19 de la figure 2. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées 9 l'appareil et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, bien que des configurations particulières de la partie en brique 19 aient été décrites, il est bien entendu que toute partie -19 étranglant l'écoulement des gaz de combustion ayant l'entrée dans la chambre de combustion, puis permettant aux gaz de se détendre dans la chambre de combustion, peut être utilisée sans sortir du cadre de l'invention. De plus, bien que'certaines matières par ticulieres aient été indiquées comme étant préférées pour la réalisation de l'invention, il est bien entendu que toutes matières convenables peuvent être utilisées à cet effet. REVENDICATIONS 1. Appareil à brûleur (13) d'étirage de fibres de verre, comprenant des parois intérieures (15) définissant une chambre (14) de combustion d'une première section transversale, une ouverture d'entrée communiquant avec la chambre de combustion et des moyens (11) d'alimentation en gaz combustibles, par ladite ouverture d'entrée, de la chambre de combustion, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens situés dans l'ouverture d'entrée et destinés à réduire la section de cette ouverture d'entrée afin qu'elle soit inférieure à ladite première section transversale. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent une matière réfractaire. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière ' réfractaire comprend une matière réfractaire en brique (19). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière réfractaire comprend un béton réfractaire (15). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent une ouverture (24) ayant approximativement la même configuration que l'ouverture d'entrée et de section inférieure à ladite première section transversale. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent une ouverture (23) ayant une configuration en dents de requin dont la section transversale totale est inférieure à ladite première section transversale. 7. Procédé pour étirer des filets de verre fondu en fibres de verre par un souffle de gaz chaud provenant d'un brûleur (13), caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en gaz combustible une entrée du brûleur, à comprimer les gaz combustibles à ladite entrée, à permettre aux gaz combustibles de se détendre dans une chambre (14) de combustion adjacente à l'entrée, à allumer les gaz combustibles et à diriger les gaz brûlés vers les filets de verre fondu.