Brevet FR2859468A1 — publié le 20050311

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la fusion de verre dans un four et notamment le contrôle de la zone d'affinage du verre dans le four. La fusion du verre consiste à fondre en continu des composés siliceux additionnés ou non de verre de récupération. Ce mélange est dénommé la charge. Le système de chauffe est généralement constitué de brûleurs permettant la combustion de gaz naturel ou d'un combustible liquide avec de l'air ou de l'oxygène comme comburant. L'enceinte du four comprend la chambre de combustion, dans laquelle son situés les brûleurs, et la cuve, qui reçoit et contient la charge fondue. Le procédé de fusion se décompose de la manière suivante: - introduction en continu de la charge à fondre par-dessus le verre en fusion formant une couche infondue à la surface du verre en fusion, dans la zone dite zone de 15 composition, - fusion de la charge grâce à la chaleur des brûleurs, dans la zone dite zone de fusion, - circulation de la charge fondue dans la cuve jusqu'à obtention des caractéristiques thermiques et chimiques désirées pour le verre, dans la zone dite zone 20 d'affinage, - évacuation en continue du verre liquide. Chaque zone est contrôlée par un ou plusieurs brûleurs. La combustion au niveau des brûleurs génère des gaz de combustion, dont notamment: 02, CO, CO2, H2O, NOX et N2. Leur concentration varie en fonction du type de brûleur, de la nature du combustible et de la nature du comburant. CO2 et H2O sont les produits de combustion issus normalement de la réaction de combustion. N2 provient de l'azote présente dans le comburant, des entrées d'air dans le four ou encore de l'azote présent dans le combustible. 02 provient d'un excès de comburant pour réaliser la combustion ou d'une entrée d'air dans le four. NOX et CO dont des polluants gazeux dont la présence varie avec les conditions de combustion. Dans la zone d'affinage, H2O peut avoir une influence sur la fusion du verre, car il a une influence sur la viscosité du verre en fusion: plus l'atmosphère au-dessus du verre liquide est chargée en H2O, plus la viscosité du verre liquide diminue. Dans la zone d'affinage, on préfère obtenir un verre de viscosité faible: ainsi, le temps de résidence du verre est augmenté et suffisant pour permettre l'évacuation des dernières bulles présentes. On cherche donc à augmenter la teneur en H2O dans cette zone d'affinage. Dans la zone d'affinage, le verre perd ses derniers défauts et notamment ses bulles. Un problème fréquemment rencontré dans cette zone d'affinage est le phénomène de rebullage du verre ou "reboil" en anglais, au cours duquel des bulles sont générées dans un verre qui en était dépourvu. Ce phénomène survient généralement lorsqu'un verre sursaturé en un type de gaz (SO3 par exemple) est soumis à une nouvelle montée en température. Cette montée de température provoque un déplacement de l'équilibre de sursaturation et la formation de bulles, d'où des défauts dans le verre final. Pour résoudre le problème de viscosité dans la zone d'affinage, il est connu de 10 contrôler la teneur en H2O, par exemple par prélèvement. Ces mesures sont chères et limitées à certains endroits de la zone d'affinage. La température amplifiant le phénomène de rebullage, il est nécessaire de contrôler la température dans la zone d'affinage. Toutefois, le phénomène de rebullage étant assez local, il n'est pas caractérisé par la température de voûte du four mesurée par thermocouple. Habituellement, la température locale près du verre fondu peut être mesurée de manière ponctuelle et locale par des pyromètres optiques. Cette mesure est faite manuellement et dépend de l'opérateur et de l'endroit où il pointe le pyromètre. Au niveau de la composition fondue, le verre étant un milieu semi-transparent, il laisse passer une partie du rayonnement et il n'est pas sûr que la température de surface soit mesurée. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de contrôle de four permettant de mesurer rapidement et en continu la concentration en H2O gazeux et la température dans la zone d'affinage du verre de manière à anticiper l'apparition des problèmes de rebullage et de viscosité. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de contrôle de la fusion de verre dans un four, ladite fusion étant obtenue par chauffe d'une charge par combustion, dans lequel on mesure à l'aide d'au moins une diode laser la concentration en H2O et la température dans la zone d'affinage du four de verre. Une diode laser permet de mesurer l'absorption d'une partie d'un faisceau laser émis à une longueur d'onde appropriée par le gaz dont on cherche à mesurer la concentration. Dans le cadre de la présente invention, on entend par diode laser, un système de mesure se composant: d'un émetteur de faisceau laser ayant de préférence une longueur d'onde variable dans une plage de longueurs d'onde M qui englobe l'une au moins des longueurs caractéristiques absorbée par l'espèce dont on veut détecter la présence, - d'un détecteur de ce faisceau après sa traversée du milieu à analyser - de moyens de comparaison, par exemple de l'amplitude du faisceau laser reçu (intensité du faisceau) et de l'amplitude du faisceau laser émis dans toute la plage de longueurs d'ondes considérées. La diode laser peut être placée à une distance de la surface du verre fondu comprise entre 2 et 50 cm, de préférence entre 5 et 20 cm. De préférence, on utilise plusieurs diodes laser placées en différents points de la longueur de la zone de fusion du four. Selon un premier mode de réalisation, les diodes laser peuvent être réglées pour mesurer toutes les informations nécessaires en chaque point de la zone d'affinage: la concentration en H2O et la température. Il est alors possible d'utiliser un seul générateur de laser duquel part un réseau de fibres optiques pouvant être disposées en de multiples points autour du four. On peut ainsi disposer d'un nombre de systèmes de diode laser réduit. Selon un deuxième mode de réalisation, on peut utiliser des diodes réglées pour ne réaliser qu'un seul type de mesure: la concentration en H2O ou la température. Le rayon laser pénètre dans le four par des fenêtres de visée percée dans la paroi du four à une hauteur telle que le faisceau laser passe à faible distance au-dessus du verre fondu. L'émetteur et le récepteur laser peuvent être positionnés derrière chacune de ces fenêtres de visée. Selon une variante, l'émetteur et le récepteur peuvent être placés derrière la même fenêtre de visée; un miroir est placé derrière la seconde fenêtre de visée de manière à réfléchir le rayon laser émis par l'émetteur vers le récepteur. Un gaz, tel que de l'azote, peut être utilisé pour nettoyer la surface des fenêtres de visée de l'émetteur et du récepteur et éventuellement du miroir afin d'éviter le dépôt de poussière pour prévenir un échauffement trop important de l'émetteur et du récepteur. La diode laser présente l'intérêt de réaliser une mesure moyenne le long du chemin optique, donc sur toute la largeur du four, de l'information désirée. Elle permet la mesure à quelques centimètres au-dessus de la charge sans pénétration d'élément dans le four, ce qui évite une maintenance élevée des capteurs en contact avec les produits de combustion à haute température et un accès limité ou difficile aux capteurs. En outre, la diode laser ne génère pas de modifications du transfert thermique à la charge contrairement au cas d'une sonde qui serait disposée quelques cm au-dessus de la charge. Enfin, la mesure de la température au plus près de la surface permet de connaître le profil thermique exact de la charge de verre contrairement aux mesures réalisées en voûte de four, qui prennent en compte les transferts thermiques avec la voûte. Selon le procédé de l'invention, en fonction des valeurs de concentrations en H2O mesurées, il est possible de pulvériser de l'eau dans la zone de fusion du verre de manière à obtenir la viscosité du verre fondu désirée. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la fusion de verre dans un four, ladite fusion étant obtenue par chauffe d'une charge par combustion, caractérisé en ce qu'on mesure à l'aide d'au moins une diode laser = la concentration en H2O et la température dans la zone d'affinage du four de verre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode laser est placée à une distance de la surface du verre fondu comprise entre 2 et 50 cm, de préférence 10 entre 5 et 20 cm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise plusieurs diodes laser placées en différents points de la longueur de la zone d'affinage du four.