Brevet FR2667588A1 — publié le 19920410

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CO TROMLE DE LA TENPERATURE D'UNE ASSIETTE DE FIBRAGE L'invention concerne un procédé de contrôle de la température d'une assiette de fibrage utilisée lors de la fabrication de fibres de verre dites d'isolation L'inven- tion a également trait à un dispositif propre à la mise en oeuvre de ce procédé Elle s'applique notamment à l'auto- matisation des lignes de production de laine de verre en- trant principalement dans la composition de produits20 d'isolation thermique et/ou acoustique. Les fibres de verre dites d'isolation sont couramment produites par centrifugation interne, c'est-à-dire en in- troduisant un filet de verre fondu dans un centrifugeur encore appelé assiette de fibrage, tournant à grande vi- tesse et présentant à sa périphérie un très grand nombre d'orifices Sous l'action de la force centrifuge le verre est projeté au travers de ces orifices sous forme de fila- ments A la force centrifuge vient éventuellement s'ajouter un étirage par un courant gazeux à température et vitesse30 élevées, émis tangentiellement à la paroi perforée du centrifugeur Dans ces techniques, le centrifugeur dont le diamètre peut éventuellement excéder un mètre est très fortement sollicité par des contraintes d'origine mécani- que, (vitesse de rotation élevée) thermique (verre autour35 de 1000 C 0) et chimique (corrosion par le verre) Or, la qualité des fibres produites dépend très étroitement du bon fonctionnement du centrifugeur, c'est-à-dire de ce bon état général et d'un respect des consignes de vitesse et de température. La vitesse n'a guère de raison d'être modifiée par des perturbations en cours de fabrication et surtout peut être entièrement maîtrisée indépendamment de tous les autres paramètres si on choisit par exemple d'entraîner l'arbre par un moteur asynchrone piloté de façon adéquate La con- signe donnée pour la vitesse de rotation peut donc être considérée comme strictement respectée. Par contre, la température du centrifugeur est sensi- ble à bon nombre de facteurs qui sont par exemple, l'action de brûleurs internes chauffant l'intérieur du centrifugeur et de moyens complémentaires de chauffage par exemple par induction magnétique visant plus spécialement le bas du centrifugeur, la température du verre, le débit du verre, la température du courant d'étirage gazeux éventuel émis à15 proximité immédiate du centrifugeur ou de toute façon de l'ambiance plus ou moins chaude régnant autour du centri- fugeur, le refroidissement plus ou moins intense dû à la rotation à vitesse plus ou moins grande et le centrifugeur lui-même qui peut notamment être déformé après une certaine20 durée d'utilisation et de ce fait subir différemment l'ac- tion d'échauffement par les brûleurs. Or comme indiqué précédemment, une température inadé- quate entraîne une perturbation importante du fibrage. Ainsi, si le centrifugeur est trop froid il peut se pro-25 duire un début de dévitrification qui rend le verre impro- pre au fibrage; un centrifugeur trop chaud est en limite de rupture thermique et peut d'autre part conduire à la formation d'infibrés ou de fibres extrêmement fines non souhaitées, dues à une trop grande fluidité du verre.30 Pour contrôler la température du centrifugeur, il a été proposé dans US-A-4 392 879 de placer des thermocouples sur la paroi interne du centrifugeur, de transformer le signal électrique reçu en une onde électromagnétique ana- lysée par un récepteur fixe non solidaire en rotation du35 centrifugeur Le signal électrique reçu sert ensuite de paramètre de régulation du brûleur annulaire d'étirage ga- zeux placé juste à la périphérie du centrifugeur Dans cette technique, le nombre de points analysés de la surface du centrifugeur est forcément limité par rapport à la 3 - hauteur de la bande et surtout par rapport à la longueur totale de la circonférence du centrifugeur Par ailleurs, la température interne n'est pas toujours très instructive car sa valeur peut être en fait plus caractéristique de le température du verre fondu accumulé sous forme d'une ré- serve que de la température réelle du centrifugeur Subsi- diairement, un thermocouple peut se détacher de la paroi interne et indiquer alors la température d'un point autre que celui qu'il est sensé analyser Or, la température d'un centrifugeur n'est pas constante sur toute la hauteur de la bande, ne serait-ce que parce que le verre ne la mouille pas toujours bien uniformément; ces hétérogénéités de température sont donc considérées comme normales tant qu'elles restent dans des limites définies et une mesure délocalisée, donc mal interprétée, peut conduire à un pi- lotage anarchique du brûleur annulaire. Il est de plus connu selon EP-BI-219 433 un procédé de fabrication de fibres de verte dans lequel on détermine la température maximale du centrifugeur par une mesure conti-20 nue du rayonnement émis superficiellement par ladite bande, dans un mouvement de va-et-vient sur toute la hauteur de la bande La température maximale est ensuite utilisée comme grandeur de régulation du brûleur L'appareillage est moins fragile que dans le cas précédent En outre, on a une me-25 sure effective de la température du point le plus chaud et non celle de celui qui est supposé tel On peut ainsi éviter les surchauffes ou qu'elles se produisent et non seulement là o on s'attend à ce qu'elles se produisent. Par ailleurs, on mesure la température externe et non in-30 terne de la bande du centrifugeur, la température externe étant plus représentative de la température de l'étirage par centrifugation. Il est toutefois apparu que le dispositif connu de EP-BI-219 433 est surtout avantageux lors de la phase de mise en route du fibrage, lorsqu'il s'agit d'élever pro- gressivement la température du centrifugeur sans créer de chocs thermiques, le dispositif permettant d'être systéma- tiquement en dessous des températures critiques et de bien respecter le profil théorique d'échauffement de la pièce. 4 - En phase de fibrage, on a constaté qu'il n'est pas toujours souhaitable de modifier les caractéristiques du gaz d'étirage car on modifie alors la qualité des fibres pro- duites, la relation entre la température du centrifugeur et 5 la température des gaz d'étirage n'étant pas purement uni- voque mais faisant intervenir d'autres paramètres tels la déformation du centrifugeur qui par exemple s'échauffe en se rapprochant du brûleur De plus, nous avons indiqué précédemment que la température du centrifugeur n'est nor-10 malement pas constante sur toute la hauteur de la bande; or si des écarts de faible amplitude sont considérés comme normaux, des écarts trop importants sont par contre domma- geables au centrifugeur lui-même, et à la qualité des fi- bres produites dans la mesure o ils supposent un fonc-15 tionnement anormal du dispositif. Par ailleurs, les dispositifs connus de US-A-392 879 et EP-B-1 219 433 sont tous deux pratiquement inopérants pour ce qui concerne le repérage de défauts tels un début de fissuration du centrifugeur ou encore une déformation20 due à un bas du centrifugeur se déjetant vers l'extérieur. Or ces défauts peuvent entraîner la rupture du centrifugeur dans la hotte de fibrage, avec un risque non négligeable d'inflammation et en tout cas des dégâts fort importants voire un danger de blessure pour les ouvriers intervenant à25 proximité. Les auteurs de la présente invention se sont donnés pour but un nouveau procédé de contrôle d'un centrifugeur de fibrage apte à fournir des renseignements qui peuvent être mis en correspondance avec diverses anomalies du pro- cessus de fibrage en vue d'une intervention rapide, ma- nuelle ou automatisée. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que lors de la fabrication de fibres minérales notamment de fibres de verre par un procédé faisant intervenir une cen-35 trifugation interne au moyen d'un centrifugeur dont la bande périphérique est percée d'un grand nombre d'orifices de sortie, on mesure le rayonnement émis superficiellement par ladite bande périphérique en vue de déterminer la tem- pérature des points de ladite bande périphérique et la - coordonnée verticale de chacun de ces points correspondant. Par rapport à l'état de la technique connu de EP-B-1 219 433 on a donc une étape supplémentaire de corrélation entre les températures mesurées et leur loca- 5 lisation. Le premier point remarquable du profil mesuré corres- pond au point le plus chaud de la partie perforée de la bande périphérique, point qui sera par la suite dénommé plus brièvement point le plus chaud, bien que dans de nom- breux cas le point effectivement le plus chaud du centri- fugeur soit situé hors de cette zone perforée o se forment les filaments Dans des conditions normales de fibrage, à vitesse et température constantes, le point le plus chaud est fixe et déterminé par les conditions d'écoulement du15 verre L'expérience montre que le point le plus chaud est associé au maximum de débit Lorsque la viscosité du verre fondu diminue (ou en d'autres termes si la température du verre augmente ou si la composition du verre a été modi- fiée), le point le plus chaud va se déplacer, en l'occur-20 rence descendre De plus, et il s'agit là d'un aspect tout particulièrement avantageux de l'invention, si de nouvelles possibilités d'échappement s'offrent au verre, cas d'un début de fissuration par exemple, le point chaud va à nou- veau se décaler pour se centrer au niveau de cette fissure.25 Sachant que la propagation d'une fissure n'est pas instan- tanée, l'opérateur dispose d'un temps très suffisant pour interrompre la coulée de verre et arrêter le centrifugeur selon la procédure d'arrêt normale, et non selon une pro- cédure d'urgence toujours plus risquée.30 En règle générale, il a été indiqué plus haut que les auteurs de la présente invention préfèrent ne pas tenter, en période de fibrage, de corriger la température du point le plus chaud en modifiant la température et/ou le débit des gaz chauds émis par le brûleur annulaire d'étirage,35 cette intervention se faisant au prix d'une modification des caractéristiques des fibres dues à une variation des conditions d'étirage Par contre, hors période de fibrage - notamment lors de l'arrêt ou la mise en route d'une pro- duction ou si les gaz émis sont simplement des flammes 6 - molles destinées seulement à entretenir une ambiance chaude autour du centrifugeur il est tout particulièrement in- téressant d'utiliser la température maximale mesurée comme grandeur de régulation du brûleur annulaire. Ce premier contrôle est avantageusement complété par la mesure de la température du bas de la bande périphéri- que En effet, si le centrifugeur se déjette, le bas du centrifugeur pénètre dans la zone des gaz chauds émis par le brûleur annulaire, est alors réchauffé de façon plus importante par ces gaz et voit donc sa température aug- mentée Cette élévation de température est donc caracté- ristique d'une fatigue importante du centrifugeur dont le remplacement doit alors être préparé Si en revanche, la température du bas de la bande diminue sensiblement, cela15 signifie par exemple un début de dévitrification du verre accumulé au fond du centrifugeur et fortement refroidi par l'air froid présent sous le centrifugeur et intensément brassé du fait de la rotation Il est alors nécessaire d'augmenter la quantité de chaleur apportée spécifiquement20 au fond du centrifugeur notamment par un dispositif de chauffage par induction magnétique tel que connu par exem- ple du brevet FR-A-2 443 436. De façon préférée, on repère de plus sur le profil, la température du haut de la bande périphérique, point le plus chaud au-dessus de la partie perforée, dont une brusque élévation est caractéristique d'une anomalie par exemple un centrifugeur victime d'un début de fissuration ou un brûleur annulaire décentré émettant des gaz dirigés di- rectement vers le centrifugeur et non uniquement à la pé-30 riphérie, alors qu'une variation plus progressive coro- llée éventuellement à une augmentation de la température du bas de bande, est plutôt l'indice d'une usure anormale du centrifugeur. Dans sa variante préférée, l'invention propose ainsi de surveiller plus particulièrement trois points de la bande périphérique dont les coordonnées sont parfaitement déterminées, mais non définies a priori Avantageusement ces trois points sont déduits par le calcul de la courbe dérivée du profil de température, les trois points mesurés 7 - correspondant à trois extrêmes de ce profil De préférence toutefois, le calculateur part des coordonnées du point le plus bas pour déterminer celles du point le plus haut, qu'il est parfois assez difficile de repérer sur le profil de température, mais est distant du point le plus bas d'une distance correspondant exactement à la hauteur de la bande périphérique. Avantageusement, l'opérateur est averti par une série de témoins d'alarme de toute température s'écartant de la normale correspondant donc à des mauvaises conditions de fonctionnement, les actions requises pour un retour à la normale étant déclenchées ou par l'opérateur ou de façon entièrement automatisée, ce dernier cas étant préféré lorsque l'arrêt de la coulée de verre fondu est nécessaire15 notamment pour une question de sécurité. Le procédé selon l'invention peut être avantageusement mis en oeuvre au moyen d'un pyromètre à rayonnement infra- rouge muni d'une optique pivotante avec une cible de visée rectangulaire, longue et étroite, de manière à enregistrer le rayonnement d'une surface relativement grande sans nuire pour autant à la précision de la mesure, une résolution de plus de 20 points étant préférée Avantageusement, seule l'optique du pyromètre est montée à proximité du centrifu- geur, mais à une distance néanmoins supérieure ou égale à 125 mètre et les signaux sont transmis par une fibre optique au boîtier électronique de calcul placé à distance et muni de dispositifs d'entrée/sortie usuels. D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui représentent: figure 1: un schéma illustrant le procédé de con- trôle selon l'invention, figure 2: un schéma du centrifugeur dont la bande périphérique est déformée, figure 3: un schéma correspondant à une température de bas de bande trop basse. Sur la figure 1 on a représenté à gauche la bande pé- riphérique 1, percée de plusieurs milliers d'orifices de sortie 2, d'un centrifugeur utilisé pour la fabrication par 8 - exemple de fibres de verre Dans le cas d'un étirage non purement centrifuge, le centrifugeur est entouré par la lèvre d'un brûleur annulaire 3 qui génère un courant gazeux propre à maintenir autour du centrifugeur une température 5 élevée La distance d à chaud qui sépare normalement le haut de la bande périphérie du centrifugeur de la lèvre du brûleur annulaire n'est que de quelques millimètres; tout décentrage entraîne donc une perturbation importante des conditions de chauffage Le centrifugeur tourne à grande10 vitesse et est alimenté de façon continue par un jet de verre fondu déversé de préférence sur un organe distribu- teur constitué par un corps cylindrique creux muni d'ori- fices relativement gros dont le rôle est de diviser la ma- tière fondue et de la diriger sous l'effet de la force15 centrifuge vers la surface intérieure de la bande périphé- rique qu'elle nappe et dont elle s'échappe par les multi- ples orifices 2, sous la forme d'une série de filaments radiaux. Ces filaments radiaux pénètrent dans le courant gazeux émis par le brûleur externe et éventuellement une seconde couronne de soufflage, sont étirés par ce courant gazeux et ainsi transformés en fibres. A une distance par exemple de l'ordre de 1 mètre, on place la partie optique d'un pyromètre dont le maximum de sensibilité est de préférence pour le domaine de radiations proche de l'infrarouge donc entre 0,6 et 1,1 micron Cette optique est montée pivotante et balaye un angle a de façon à couvrir par un mouvement continu de va-et-vient toute la hauteur de la bande périphérique La cible visée doit pré- senter une surface assez grande, de préférence de l'ordre de 10 à 50 mm 2 afin d'obtenir une bonne sensibilité de me- sure Par ailleurs, la hauteur de la cible doit être aussi petite que possible afin d'obtenir une grande précision quant aux coordonnées verticales des points mesurés Un bon35 compromis est obtenu avec une cible rectangulaire de 1 à 3 mm de haut pour 20 mm de large. Toute l'électronique associée à la partie optique proprement dite est de préférence placée à grande distance, les deux parties étant reliées par une fibre optique si 9 - nécessaire refroidie A chaque balayage de la bande péri- phérique, on enregistre le profil de température sur la hauteur de la bande Ce profil comporte trois points re- marquables A, B et C correspondant respectivement au point 5 le plus haut de la bande, au point le plus chaud et au point le plus froid Il est à noter que le point A ne cor- respond pas dans tous les cas à un extrémum de la courbe mais peut être retrouvé grâce à sa coordonnée verticale par définition fixe et au positionnement du point C, l'écart10 entre A et C correspondant à la hauteur de la bande péri- phérique De préférence, les points B et C sont repérés par analyse de la courbe dérivée correspondant au profil de température. La connaissance de ce profil de température ou plus précisément de ces points A, B et C permet une analyse continue du processus de fibrage et une régulation automa- tisée appropriée Avantageusement le profil est établi au moins toutes les minutes et de préférence trois à quatre fois par minute, ce qui est bien sûr impossible à réaliser20 par des contrôles par les opérateurs eux-mêmes. Hors période de fibrage, c'est-à-dire tant que le centrifugeur n'est pas alimenté en verre fondu, le point essentiel est d'éviter une surchauffe locale en jouant si nécessaire sur la température et/ou le débit des gaz émis25 par le brûleur annulaire La régulation est donc effectuée sur la base du point B comme indiqué dans le brevet EP-BI- 219 433. En période de fibrage, on ne cherche plus spécialement à réguler le brûleur annulaire qui a normalement atteint un équilibre propice à un étirage parfaitement régulier Par contre les trois points A, B et C donnent des indications bien caractéristiques du processus de fibrage. Ainsi si les températures relevées sont trop élevées cela signifie pour le point haut A que le centrifugeur a commencé à pénétrer d'une façon anormale dans la lèvre du brûleur annulaire (cas illustré figure 2 les déformations étant exagérées pour simplifier la compréhension des phé- nomènes) La conséquence en est une usure plus grande du centrifugeur Au bout d'un certain temps cette surchauffe - se propage jusqu'au point B, signe d'une corrosion et d'une déformation accentuée et atteint enfin le point C; dans ce cas le centrifugeur doit être remplacé rapidement L'opé- rateur a ainsi une image permanente de l'état réel du cen- trifugeur dont on sait qu'il dépend non seulement de son "âge" mais aussi des conditions de fabrication et de son exploitation, sa durée de vie variant entre par exemple quelques heures seulement, si la pièce présente des défauts de fonderie et plusieurs centaines d'heures Un moyen pos-10 sible pour corriger cette anomalie est de réduire la vi- tesse de rotation du centrifugeur. Une telle augmentation progressive de la température est également observée si le verre utilisé est trop chaud donc trop fluide; il va alors avoir tendance à passer avec15 un plus fort débit selon les orifices du bas de la bande périphérique, et le point le plus chaud va de ce fait se situer par exemple à mi-hauteur de la bande périphérique et non aux environs des premières rangées d'orifices de sor- tie Dans ce cas, et après vérification de la composition20 du verre, on peut donc diminuer le chauffage du verre no- tamment en modulant la puissance électrique fournie aux électrodes des canaux d'alimentation placés à la sortie du four de fusion ou modifier la température et/ou le débit du brûleur interne si celui-ci existe Il peut également être25 avantageux de modifier la vitesse de rotation du centrifu- geur plus précisément de l'augmenter de manière à faire monter le point le plus chaud. Nous avons évoqué précédemment le cas d'une augmenta- tion progressive des températures mais il arrive également que cette augmentation soit brutale et généralement asso- ciée à un déplacement rapide du point le plus chaud Ce phénomène est caractéristique d'un afflux de verre fondu dans certaines zones, dû à un début de fissuration du cen- trifugeur L'opérateur peut alors intervenir immédiatement35 et interrompre le fibrage avant que des dégats tels l'ex- plosion du centrifugeur ne se produisent. Par ailleurs, il peut arriver également que les tem- pératures mesurées soient trop basses, ce qui est illustré à la figure 3 et ce qui est dommageable à la qualité des 1 2667588 il - fibres produites qui sont alors étirées à partir de fila- ments trop épais Si on exclut une action sur le brûleur externe d'étirage, il faut alors pour obtenir la même fi- nesse de fibres intervenir sur le chauffage interne du centrifugeur opéré par le brûleur interne ou par les ind- ucteurs magnétiques et/ou sur la température du verre fon- du Un cas particulier est celui d'une température nette- ment trop basse au niveau du point C, on est alors dans la situation o il faut absolument éviter l'enverrage du cen- trifugeur dû à la dévitrification du verre sur le fond du centrifugeur, fond qui est plus éloigné de la lèvre du brûleur et donc moins chauffé par celui-ci mais qui de plus subit un refroidissement du fait même de la rotation par le brassage de l'air sous le centrifugeur De préférence, on asservit donc les moyens de chauffage complémentaires du bas du centrifugeur à cette température du point C, cet asservissement étant facilité par le fait qu'on utilise des inducteurs électromagnétiques qui réagissent donc rapide- ment Toutefois, la commande des inducteurs est de préfé- rence contrôler par exemple par des butées limitant les réglages des fréquences, car on sait qu'en pratique le chauffage électromagnétique est impuissant à désenverrer un centrifugeur si malgré toutes les précautions prises le verre a dévitrifié, et qu'il est donc inutile voire dange-25 reux de continuer plus avant ce chauffage, un inducteur réglé au maximum de fréquence avec néanmoins une tempéra- ture du bas de bande trop basse doit donc entraîner l'arrêt immédiat de la coulée de verre fondu. 12 - REVENDICATIONS 1 Procédé de contrôle de la fabrication de fibres minérales, notamment de fibres de verre, par un procédé de f ibrage faisant intervenir une centrifugation interne au moyen d'un centrifugeur dont la bande périphérique est percée d'un grand nombre d'orifices de sortie, selon lequel on mesure le rayonnement émis superficiellement par la bande périphérique en vue de déterminer la température de points de ladite bande périphérique, caractérisé en ce qu'on détermine la coordonnée verticale de chacun desdits points mesurés. 2 Procédé de contrôle selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'un des points mesurés est le point le plus chaud de la partie perforée de la bande périphérique.15 3 Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un des points mesurés correspond au bas de la bande périphérique. 4 Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un des points mesurés correspond au haut de la bande périphérique. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine les tem- pératures et coordonnées des points remarquables de la bande (points haut et bas et point le plus chaud), par25 analyse de la courbe dérivée de la courbe correspondant au profil de température sur la hauteur de la bande périphé- rique. 6 Procédé de contrôle selon la revendication 3 à 5, caractérisé en ce que la température du bas de la bande périphérique sert de grandeur de régulation pour les moyens de chauffage par induction électromagnétique du bas de la- dite bande périphérique. 7 Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque les températures me- surées en phase de fibrage s'écartent de la normale, l'opérateur en est immédiatement averti par des témoins d'alarme et/ou la coulée de verre est automatiquement in- terrompue. 8 Procédé de contrôle selon l'une des revendications 13 - précédentes, caractérisé en ce qu'hors fibrage, les tempé- ratures mesurées servent à la régulation du brûleur exté- rieur. 9 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant un pyrom- ètre dont le maximum de sensibilité est dans le domaine proche de l'infrarouge, dont l'optique est montée pivotante et a une cible de visée d'au plus 3 mm de haut pour une surface de visée supérieure à 20 mm 2.10