Brevet FR2927896A1 — publié le 20090828

BOUILLONNEUR PULSE NE DEGRADANT PAS L'AFFINAGE La présente invention est relative à la fusion de matière thermoplastique, dont des exemples sont des polymères organiques, des métaux y compris des alliages, des composés ou mélanges de composés minéraux tels que céramiques, produits verriers : verre, vitrocéramique. La fusion de produits verriers est tout particulièrement concernée. Cette fusion est effectuée dans un four constituant une enceinte surmontée d'une voûte. Des brûleurs projettent des flammes au-dessus de la surface des io composants verriers en fusion ; la voûte en matériau réfractaire atteint une haute température et rayonne vers la surface du verre. Il est évidemment nécessaire de distribuer la chaleur dans toute l'épaisseur de la matière fondue, vers le bas jusqu'à la sole du four. Pour ce faire, une voie consiste à chauffer la zone basse de la masse 15 fondue au moyen d'électrodes immergées. Cependant, il convient d'éviter autant que possible la consommation d'énergie électrique particulièrement coûteuse. Selon une autre voie, on met en oeuvre au moins un bouillonneur, également immergé, dont la fonction est de produire des bulles dans le verre 20 en fusion. Ainsi crée-t-on des courants de convection notamment de la surface de la masse fondue vers le fond et obtient-on, par conséquent, un transfert de chaleur dans le même sens. Cependant, la mise en oeuvre de bouillonneurs risque de laisser subsister dans le produit verrier final des bulles parfaitement visibles. Au contraire l'élaboration du verre comprend une opération appelée 25 affinage, qui consiste à éliminer tous les gaz résiduels de la masse fondue, notamment par l'emploi d'agents d'affinage, qui se décomposent ou se volatilisent à haute température en donnant de grandes quantités de gaz qui font grossir les petites bulles et les font donc monter vers la surface beaucoup plus rapidement et éclater. 30 L'invention a pour but la mise à disposition d'un procédé de fusion de matériaux verriers ou autres thermoplastiques favorisant la répartition homogène de chaleur dans toute la masse fondue, en particulier de manière à éviter des zones à trop basses températures, à consommation d'énergie électrique réduite, et sans augmentation de bulles de toutes dimensions et de la quantité de gaz présente dans le produit final Les inventeurs ont pu, contre toute attente, atteindre cet objectif par la mise en oeuvre de bouillonneurs. Ainsi l'invention a-t-elle pour objet un procédé d'homogénéisation thermique d'une masse de verre fondu par création contrôlée de courants de convection, dans lequel la sortie d'au moins un bouillonneur fonctionnant en mode pulsé délivre successivement un gaz à relativement haute puis basse pression de manière à produire des bulles. Le procédé a ceci de particulier que les bulles sont de volumes suffisamment io importants et sont suffisamment individualisées pour que l'affinage ne soit pas dégradé. Lorsque le bouillonneur est alimenté en haute pression, il y a émission de bulles. La valeur de la haute pression et son temps d'application sont deux paramètres qui influent sur la taille de la bulle. 15 Lorsque le bouillonneur est alimenté en basse pression, il n'y a pas émission de bulle. Cette pression sert à empêcher l'introduction de verre par gravité dans le bouillonneur. Les bulles doivent donc être ici suffisamment individualisées, c'est-à-dire séparées les unes des autres ; aucune coalescence ne doit être constatée. 20 Cette caractéristique, conjuguée au volume suffisamment important des bulles, a deux conséquences principales. Tout d'abord la mousse ou l'écume à la surface du bain est supprimée sur une fraction maximale de cette surface ; on dit que l'ouverture du bain est maximale. Ceci est favorable au transfert de chaleur de la voûte vers le bain, 25 par l'intermédiaire de cette surface. D'autre part, on a observé que les bulles de toutes dimensions confondues ne sont pas plus présentes dans le bain en aval des bouillonneurs et dans le produit final qu'en absence de bouillonneurs. En d'autres termes, l'affinage n'est pas dégradé. Les bulles relativement grosses produites par le 30 bouillonneur remontent facilement et rapidement à la surface ; des bulles de petites dimensions s'agrègent aux grosses bulles du bouillonneur, qui en favorisent ainsi l'extraction du bain. La mise en oeuvre d'au moins un bouillonneur selon l'invention, favorisant les courants de convection dans la masse fondue, permet de diminuer le chauffage de la partie basse du bain par les électrodes. Toutefois, pour préserver la même température vers le fond du bain, il peut être indiqué dans certains cas, de compenser la baisse de la consommation électrique par une augmentation de la consommation d'énergie fossile, moins coûteuse. Le chauffage par les brûleurs au-dessus du bain peut être accru. Dans les conditions de la fusion du verre propres à la fabrication de bouteilles, flacons, dans lesquelles on emploie un four à boucle notamment, ou io à la fabrication de verre plat dans lesquelles on emploie un four float, ou encore de fibre de verre de renforcement ou d'isolation thermique/acoustique, la sortie du bouillonneur a de préférence un diamètre intérieur au moins égal à 0,8, de préférence à 1,5 mm et au plus égal à 3,2, de préférence à 2,8 mm, ou équivalent pour une section de périphérie non circulaire. Cette caractéristique 15 est essentielle en vue de la production de bulles suffisamment grosses à la fréquence voulue. La valeur de la haute pression ainsi que son temps d'application ou durée d'impulsion haute pression doivent être utilisés dans une gamme adaptée à l'installation. Une valeur excessive de la haute pression ou de la 20 durée d'impulsion haute pression entraîne l'émission d'un chapelet de bulles qui peut être préjudiciable pour l'affinage. Les couples de valeurs utilisables sur une installation vont dépendre des pertes de charge (donc de la géométrie du bouillonneur) et de la viscosité du verre (qui joue sur la vitesse de formation de la bulle). 25 La taille des bulles est modulable en agissant sur la durée de l'impulsion haute pression et sur la valeur de la haute pression. La fréquence d'émission des bulles est réglable indépendamment de leur taille en choisissant l'intervalle entre deux impulsions. Dans les conditions de production verrière industrielle visée, il est 30 particulièrement indiqué que : - la sortie du bouillonneur délivre successivement un gaz à relativement haute pression pendant au moins 50 ms et au plus 800 ms, de préférence au plus 500 ms et en particulier au plus 300 ms, puis à relativement basse pression pendant au moins 200 ms et au plus 6 s, de préférence au plus 3 s ; et que - la sortie du bouillonneur délivre un gaz à relativement haute pression au moins égale à 0,7, de préférence à 0,9 bar, et au plus égale à 5, de préférence à 4 bar. La basse pression servant à empêcher l'introduction du verre par gravité dans le bouillonneur, n'est pas un paramètre de réglage mais un paramètre de l'installation dépendant de la pression hydrostatique à la tête du bouillonneur. Cette valeur se calcule en fonction de la profondeur de pénétration du io bouillonneur, du niveau de verre et de la masse volumique du verre. Cette valeur est importante : une basse pression trop élevée crée des petites bulles entre deux impulsions et une basse pression trop basse bouche le bouillonneur. De préférence, pour une profondeur de fusion de 1,5 m de verre au 15 maximum, la sortie du bouillonneur délivre un gaz à relativement basse pression au moins égale à 120, de préférence à 170 mbar, et au plus égale à 500, de préférence à 400 mbar. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. 20 Selon une première caractéristique de ce dispositif, la sortie du bouillonneur est positionnée au moins 35, de préférence au moins 45 mm au-dessus de la sole du four. Cette mesure vise à éloigner de la sole les courants créés dans la masse fondue, pour retarder l'usure de la sole. Selon une deuxième caractéristique du dispositif, la conduite du 25 bouillonneur délivrant le gaz est équipée d'une tige mobile en translation destinée à la déboucher. Cette tige mobile peut être actionnée de manière automatique ou manuelle. L'invention est illustrée à l'aide de l'exemple suivant. On équipe un four verrier de deux bouillonneurs à la fois à égale 30 distance et à proximité des parois latérales, et à faible distance en amont du muret, afin de brasser le verre accumulé dans cette zone. Les bouillonneurs comportent des tubes de céramique de 2 mm de diamètre intérieur, délivrant successivement une pression de 3 bar pendant 100 ms, puis une pression de 300 mbar pendant 1,9 s. L'alimentation alternative des tubes en haute, puis basse pression, est 5 effectuée au moyen d'un système d'électrovannes. Les tubes de céramique traversent la sole du four, la sortie du bouillonneur étant positionnée 50 mm au-dessus de la sole. Chaque bouillonneur est équipé d'un système de débouchage automatique constitué d'un ensemble vérin/tige de débouchage fixé au pied du io bouillonneur. Le débouchage est effectué par un foret de 1,8 mm de diamètre prolongeant la tige. Le système de débouchage est géré par un automate ; deux débouchages d'une durée de 100 ms sont effectués sur une période de 4 heures. 15 Le débouchage est effectué pendant une phase haute pression du bouillonneur. L'automate permet de passer en mode de débouchage semi-automatique : il est en effet possible tout en gardant les mêmes paramètres de commander un débouchage par simple action mécanique sur un bouton 20 poussoir. Ce mode permet par exemple de procéder à un débouchage si le bouillonneur se met en alarme de débit suite à un problème, sans attendre le débouchage automatique suivant. On a recherché une éventuelle évolution de la qualité d'affinage sur le four avant et après le démarrage des bouillonneurs. Aussi bien la note globale 25 que le dénombrement des bulles par catégories de tailles (puces, bulles et bouillons) donnent des résultats comparables pour les deux périodes. L'affinage n'est donc pas affecté par l'utilisation de bouillonneurs conforme à l'invention. Cette utilisation des bouillonneurs a permis de maintenir une 30 température de sole constante en économisant une puissance électrique de 500 kW pour une tirée approximative du four de 330 t/j, soit 2,3 t/j/m2. REVENDICATIONS 1. Procédé d'homogénéisation thermique d'une masse de verre fondu par création contrôlée de courants de convection, dans lequel la sortie d'au moins un bouillonneur fonctionnant en mode pulsé délivre successivement un gaz à relativement haute puis basse pression de manière à produire des bulles, caractérisé en ce que les bulles sont de volumes suffisamment importants et sont suffisamment individualisées pour que l'affinage ne soit pas dégradé. io 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie du bouillonneur a un diamètre intérieur au moins égal à 0,8, de préférence à 1,5 mm et au plus égal à 3,2, de préférence à 2,8 mm, ou équivalent. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie du bouillonneur délivre successivement un gaz à relativement 15 haute pression pendant au moins 50 ms et au plus 800 ms, de préférence au plus 500 ms et en particulier au plus 300 ms, puis à relativement basse pression pendant au moins 200 ms et au plus 6 s, de préférence au plus 3 s. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie du bouillonneur délivre un gaz à relativement haute pression au 20 moins égale à 0,7, de préférence à 0,9 bar, et au plus égale à 5, de préférence à 4 bar. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie du bouillonneur délivre un gaz à relativement basse pression au moins égale à 120, de préférence à 170 mbar, et au plus égale à 500, de 25 préférence à 400 mbar. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie du bouillonneur est positionnée au moins 35, de préférence au moins 45 mm au-dessus de la sole du four. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 30 1 à 5, caractérisé en ce que la conduite du bouillonneur délivrant le gaz est équipée d'une tige mobile en translation destinée à la déboucher. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige mobile est actionnée de manière automatique ou manuelle.