Brevet FR2910461A1 — publié le 20080627

B07-4544FR Société dite : SCHOTT AG Procédé et dispositif d'homogénéisation de verre fondu Invention de : BEMDHÀUSER Christoph LENTES Thomas NAUMANN Karin DÜROLF Hans HUNNIUS Holger Priorité d'une demande de brevet déposé en Allemagne le 20 décembre 2006 sous le n 10 2006 060 972.7 2910461 2 Procédé et dispositif d'homogénéisation de verre fondu La présente invention se rapporte à l'homogénéisation d'un verre fondu, et en particulier à l'homogénéisation d'un verre fondu utilisé pour la fabrication d'un produit en verre ou en vitrocéramique de grande qualité et présentant une faible densité d'inclusions et/ou d'imperfections, tel que le verre destiné aux écrans. L'objectif de l'homogénéisation d'un verre fondu est de réduire les variations l0 spatiales et temporelles dans la composition chimique du verre fondu, conformément aux exigences concernant le produit. Les manques d'homogénéité chimique peuvent avoir pour résultat des manques d'homogénéité de l'indice de réfraction, ce qui peut, par exemple, altérer l'image optique, et des manques d'homogénéité dans la viscosité, ce qui peut avoir pour résultat, par exemple, des variations géométriques non commandées au 15 cours du processus de finition à chaud, ou de traitement à chaud. Dans ce but, une différenciation est faite entre les macro-inhomogénéités, c'est-à-dire une variation de la composition chimique à des échelles spatiales comparativement grandes, de, par exemple, quelques centimètres avec de faibles gradients spatiaux et de microinhomogénéités (appelées également striations), c'est-à-dire une variation de la 20 composition chimique à de faibles échelles spatiales de, par exemple, 0,1 à 2 mm avec partiellement des gradients spatiaux importants. Le but du processus d'homogénéisation est d'éliminer les macro-inhomogénéités et les micro-inhomogénéités dans une mesure aussi large que possible, de telle sorte que, par exemple, on puisse obtenir une progression douce de l'indice de réfraction. 25 Les verres fondus sont caractérisés, dans les systèmes d'agitation typiquement utilisés, en ce qu'ils présentent des viscosités comprises entre 1 et 200 Pa•s, ce qui a pour résultat, un écoulement laminaire du verre fondu (nombre de Reynolds représentent schématiquement sur la figure 4a le résultat d'une simulation physique, comme décrit plus haut sur la base de la figure 2b et de la figure 3b. Il apparaît clairement qu'une homogénéisation presque complète du fluide a été déjà obtenue dans le tiers supérieur du premier agitateur. 15 D'autre simulations mathématiques exécutées par les inventeurs ont démontré qu'avec un dispositif d'agitation en forme de canal de cette sorte, l'écoulement massique axial provoqué par l'effet d'avancement axial est toujours plus important qu'un écoulement transitant par le canal. En raison de l'effet d'avancement axial des récipients d'agitation virtuels sont 20 créés, dans lesquels le verre fondu est transporté depuis le sommet jusqu'à la base ou depuis la base jusqu'au sommet sans pénétrer dans le circuit d'agitation. En conséquence, la distance des agitateurs par rapport à la paroi du canal pour verre fondu peut être augmentée, sans que des inhomogénéités passent par cet intervalle. En optimisant la vitesse de rotation des agitateurs, le diamètre, le nombre des pales 25 d'agitateur, l'effet d'avancement des pales d'agitateur, leur agencement hélicoïdal sur l'arbre d'agitateur et des paramètres comparables ainsi que grâce à des simulations mathématiques et/ou physiques, des résultats d'agitation optimisés peuvent être obtenus pour l'application respective. La figure 5a et la figure 5b représentent un autre exemple du dispositif 30 d'agitation de l'invention en forme de canal, dans lequel les agitateurs ne sont pas 2910461 19 connectés en série dans la direction de passage du canal, mais au lieu de cela ils sont disposés en alignement le long d'un axe qui intersecte le canal à angle droit. Comme cela apparaît clairement sans difficulté à une personne expérimentée dans l'art, des dispositifs d'agitation tels que décrits plus haut, peuvent être utilisés pour 5 commander le débit massique du verre fondu dans le récipient pour verre fondu, indépendamment de la température et/ou de la viscosité du verre fondu. Les agitateurs et/ou les récipients d'agitateur peuvent être réalisés partiellement ou entièrement en un métal précieux ou en un ou plusieurs autres métaux réfractaires. On préfère particulièrement l'utilisation d'alliages de métaux précieux, en particulier d'un alliage I o platine-rhodium spécialement pour obtenir des températures de fusion élevées. Il apparaîtra facilement aux personnes expérimentées dans l'art que le principe, sous-jacent à la présente invention, d'homogénéisation d'un verre fondu peut être utilisé pour la production de verre destiné à des écrans en particulier de dalles de verre destinées aux écrans LCD, OLED ou plasma, pour la production de vitrocéramiques, de 15 verre au silicate de bore ou de verre optique. En raison du verrouillage dynamique de l'intervalle marginal on peut obtenir des largeurs d'intervalle plus importantes, si bien que selon l'invention l'abrasion du matériau peut être réduite. Ceci signifie également que, selon la présente invention, l'enlèvement de particules et la détérioration de la qualité du verre qui existent dans l'état de l'art, ne se produisent plus. 2910461 20 Liste des références numériques 1 Dispositif d'agitation 2 Récipient pour verre fondu / récipient d'agitateur 5 3 Verre fondu 4 Entrée 5 Sortie 10 Arbre d'agitateur 11 Pale d'agitateur l0 12 Zone d'agitation dotée d'une fonction d'avancement axial 13 Face d'extrémité de la pale d'agitateur 11 14 Axe de rotation 15 Epaulement 16 Intervalle / intervalle marginal Revendications 1. Procédé d'homogénéisation de verre fondu dans un récipient (2) pour verre fondu, au moins un dispositif d'agitation (10, 11) étant disposé dans le récipient pour verre fondu, ledit dispositif d'agitation (10, 11) comprenant un arbre d'agitateur (10) et une pluralité de pales d'agitateur (11), un intervalle (16) étant formé entre une paroi intérieure du récipient (2) pour verre fondu et les pales d'agitateur (11), ledit procédé comprenant : l'application d'un effet d'avancement axial, au moyen du dispositif d'agitation respectif, dans une zone d'agitation intérieure (12) située entre l'arbre d'agitateur (10) et les pales d'agitateur (11) afin de faire avancer le verre fondu dans la zone d'agitation intérieure, le long de l'arbre d'agitateur (10) ; et le verrouillage de l'intervalle (16) à l'encontre du passage direct du verre fondu, au moyen d'un écoulement de verre fondu provoqué par l'effet d'avancement axial. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'entrée directe du verre fondu dans la zone d'agitation intérieure (3) est empêchée par au moins une pale d'agitateur (11). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans lequel les pales d'agitateur (11) du dispositif d'agitation (10) s'étendent en travers d'une partie de la section transversale d'une entrée (4) du récipient pour verre fondu. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les pales d'agitateur (11) du dispositif d'agitation (10) observées dans la direction de l'effet d'avancement axial, recouvrent au moins 50 % de la section transversale de l'entrée (4) et plus préférablement elles recouvrent au moins deux tiers de la section transversale de l'entrée (4). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans lequel l'effet d'avancement axial est provoqué par des pales d'agitateur (11) formant un angle oblique, par la forme géométrique des pales d'agitateur (11) et/ou par l'agencement hélicoïdal des pales d'agitateur (11). 2910461 22 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans lequel le verre fondu s'écoule en continu dans une direction de transit dans le récipient (2) pour verre fondu et l'effet d'avancement axial se produit dans la direction de transit. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans 5 lequel une pluralité de dispositifs d'agitation (10, 11) sont disposés en série dans le récipient (2) pour verre fondu. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le dispositif d'agitation (10, 11) respectif dans le récipient (2) pour verre fondu constitue un récipient d'agitateur virtuel, un débit massique axial provoqué par l'effet d'avancement axial étant supérieur au débit 10 de transit dans le récipient (2) pour verre fondu. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le récipient (2) pour verre fondu est configuré, au moins dans certaines de ses sections, en un canal par lequel le verre fondu s'écoule dans une direction prédéfinie. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans 15 lequel la largeur de l'intervalle (16) est supérieure à 5 %, jusqu'à un maximum de 15 %, du diamètre du récipient (2) pour verre fondu. 11. Procédé selon une quelconque des revendications qui précèdent, dans lequel au moins un dispositif d'agitation (10, 11) est utilisé pour commander un débit massique du verre fondu dans le récipient pour verre fondu, indépendamment de la température 20 et/ou de la viscosité du verre fondu. 12. Utilisation du procédé selon une quelconque des revendications qui précèdent pour l'homogénéisation d'un verre fondu en vue de la fabrication de verre destiné à des écrans, de vitrocéramique, de verre au silicate de bore ou de verre optique. 13. Dispositif d'homogénéisation d'un verre fondu, comprenant un récipient (2) 25 pour verre fondu destiné à recevoir le verre fondu (3), au moins un dispositif d'agitation (10, 11) étant disposé dans le récipient pour verre fondu, ledit dispositif d'agitation (10, 11) comprenant un arbre d'agitateur (10) et une pluralité de pales d'agitateur (11), dans lequel dispositif : un intervalle (16) est formé entre une paroi intérieure du récipient (2) pour verre fondu et les pales d'agitateur (11), 2910461 23 le dispositif d'agitation (10, 11) respectif est conçu en vue de provoquer un effet d'avancement axial dans une zone d'agitation intérieure (12) située entre l'arbre d'agitateur (10) et les pales d'agitateur (11) et pour faire avancer le verre fondu dans la zone d'agitation intérieure (12) le long de l'arbre d'agitateur (10), et 5 ledit dispositif étant conçu de telle manière que l'écoulement de verre fondu provoqué par l'effet d'avancement axial verrouille l'intervalle (16) à l'encontre d'un passage direct du verre fondu. 14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel l'entrée directe du verre fondu (3) dans la zone d'agitation intérieure est empêchée par au moins une pale (11) 10 d'agitateur. 15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, dans lequel les pales d'agitateur (11) du dispositif d'agitation (10) s'étendent en travers d'une partie de la section transversale d'une entrée (4) du récipient pour verre fondu. 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel les pales d'agitateur (11) du 15 dispositif d'agitation (10), observées dans la direction de l'effet d'avancement axial, recouvrent au moins 50 % de la section transversale de l'entrée (4) et plus préférablement elles recouvrent au moins deux tiers de la section transversale de l'entrée (4). 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel 20 l'effet d'avancement axial est provoqué par des pales d'agitateur (11) formant un angle oblique, par la forme géométrique des pales d'agitateur (11) et/ou par l'agencement hélicoïdal des pales d'agitateur (11). 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, dans lequel le verre fondu s'écoule en continu et dans une direction de transit dans le récipient (2) pour 25 verre fondu et dans lequel l'effet d'avancement axial s'exerce dans la direction de transit. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel une pluralité de dispositifs d'agitation (10, 11) sont disposés en série dans le récipient (2) pour verre fondu. 2910461 24 20. Dispositif selon la revendication 19, dans lequel le dispositif d'agitation (10, 11) respectif monté dans le récipient (2) pour verre fondu forme un récipient d'agitateur virtuel, et le débit massique axial provoqué par l'effet d'avancement axial étant supérieur au débit de transit passant dans le récipient (2) pour verre fondu. 5 21. Dispositif selon la revendication 19 ou 20, dans lequel le récipient (2) pour verre fondu est configuré, au moins dans certaines de ses sections, en un canal dans lequel le verre fondu s'écoule dans une direction prédéfinie. 22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 21, dans lequel la largeur de l'intervalle (16) est supérieure à 5 %, jusqu'à un maximum de 15 %, du 10 diamètre du récipient (2) pour verre fondu. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 22, dans lequel le récipient pour verre fondu et/ou le(les) dispositif(s) est(sont) réalisé(s) en métal, de préférence en un métal précieux ou en un alliage de métaux précieux, ou bien en sont revêtus. 15 24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 22, dans lequel le récipient pour verre fondu et/ou le(les) dispositif(s) est(sont) réalisé(s) en un matériau céramique réfractaire, ou bien en sont revêtus. 25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 24 comprenant en outre un dispositif de commande destiné à commander le débit massique du verre fondu 20 dans le récipient pour verre fondu à l'aide d'au moins un dispositif d'agitation (10, 11), indépendamment de la température et/ou de la viscosité du verre fondu. 26. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 25 destiné à l'homogénéisation d'un verre fondu, pour la production de verre destiné à des écrans, de vitrocéramique, de verre au silicate de bore ou de verre optique.