Brevet FR3005465A1 — publié le 20141114

DISPOSITIF ET PROCEDE DE FABRICATION DE FIBRES MINERALES PAR CENTRIFUGATION INTERNE L'invention concerne un dispositif et un procédé de fabrication de fibres mi- nérales par centrifugation interne, pour fabriquer en particulier des fibres miné- rales adaptées aux panneaux d'isolation sous vide (VIP = « vacuum insulation panels » en anglais). Les panneaux d'isolation sous vide sont par exemple des panneaux en fibres minérales, comprimées et maintenues sous vide. Les fibres minérales destinées aux panneaux d'isolation sous vide doivent être dépourvues de liant pour éviter un dégazage après fabrication, ce qui empêcherait le maintien sous vide. Il est toutefois nécessaire d'humidifier les fibres pour refroidir l'ambiance dans la réception en cours de fibrage et ainsi faciliter l'aspiration des fumées, ou encore pour lubrifier les fibres. La couronne d'encollage peut être utilisée pour amener de l'eau sur les fibres. De l'eau est alors pulvérisée sur les fibres déjà formées, avant réception sur le tapis de réception des fibres. Les fibres tombent mouillées sur le tapis de réception. Pour réaliser le vide correctement, il est avantageux que les fibres miné- rales soient le plus sèches possible. Aussi, après leur réception sur le tapis de réception, elles sont passées dans au moins une étuve pour les sécher avant de pouvoir être utilisées dans un panneau d'isolation sous vide. Toutefois, le passage en étuve coûte cher en énergie. Il y a donc un besoin pour un dispositif et un procédé de fabrication de fibres minérales qui permettent de fabriquer des fibres minérales sèches en réali25 sant des économies d'énergie. Pour cela, l'invention propose un dispositif de fabrication de fibres minérales par centrifugation interne, comprenant : - un centrifugeur adapté à former des fibres minérales par fibrage à partir de matière minérale fondue, 30 - au moins une couronne adaptée à pulvériser de l'eau sur les fibres mi- nérales en formation. Selon une autre particularité, une couronne est disposée entre 150 et 300 mm sous le centrifugeur et/ou une couronne est disposée juste au-dessus du centrifugeur. - 2 - Selon une autre particularité, l'angle de pulvérisation d'eau par la couronne disposée sous le centrifugeur est compris entre -45° et +45° par rapport à l'horizontale, de préférence entre -30° et +30°. Selon une autre particularité, l'angle de pulvérisation d'eau par la couronne disposée au-dessus du centrifugeur est vertical ou incliné d'un angle inférieur ou égal à 20° par rapport à la verticale vers l'axe de symétrie du centrifugeur. Selon une autre particularité, la quantité totale d'eau pulvérisée est comprise entre 5 L/h et 400L/h, de préférence entre 100 L/h et 250L/h. Selon une autre particularité, la quantité totale d'eau pulvérisée est com- prise entre 5 et 550 L par tonne de verre. Selon une autre particularité, la quantité d'eau pulvérisée par la couronne disposée au-dessus du centrifugeur est comprise entre 0% et 80% de la quantité totale d'eau et la quantité d'eau pulvérisée par la couronne disposée sous le centrifugeur est comprise entre 20% et 100% de la quantité totale d'eau. Selon une autre particularité, la couronne disposée au-dessus du centrifu- geur est adaptée à souffler de l'air comprimé simultanément à la pulvérisation d'eau. Selon une autre particularité, l'eau pulvérisée est de l'eau atomisée. L'invention concerne également un procédé de fabrication de fibres miné- raies par centrifugation à l'aide du dispositif décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : - formation, par un centrifugeur, de fibres minérales à partir de matière minérale fondue, - pulvérisation d'eau, par une couronne, sur les fibres minérales en forma- tion. L'invention concerne également un procédé de fabrication de panneaux isolants sous vide, comprenant les étapes suivantes : - procédé de fabrication de fibres minérales décrit ci-dessus, - ensachage des fibres minérales obtenues, de préférence sous vide pri- maire, voire sous vide secondaire, de préférence avec insertion d'un matériau dessicant. L'invention concerne également un produit obtenu par le procédé décrit ci-dessus, comprenant un taux d'humidité inférieur à 0,1% après fabrication, sans passage dans une étuve. - 3 - Selon une autre particularité, le produit a une force de poinçonnement comprise entre 500 et 800 N. Selon une autre particularité, le produit est emballé dans un conditionnement étanche, l'emballage contenant un matériau dessicant en une quantité de préférence inférieure à 1 g par kg de produit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels : - La figure représente une vue en coupe du dispositif de fabrication de fibres minérales selon l'invention. Dans l'ensemble de la demande de brevet, les termes « au-dessus » et « en dessous » sont définis en position de fibrage lorsque le centrifugeur est en position de fibrage, c'est-à-dire lorsque l'axe de rotation du centrifugeur est selon un axe vertical. De plus, dans l'ensemble de la description, l'expression « compris entre ... et ... » inclut les bornes. L'invention se rapporte à un dispositif de fabrication de fibres minérales par centrifugation, comprenant un dispositif de centrifugation interne adapté à former des fibres minérales à partir de matière minérale fondue et au moins une couronne adaptée à pulvériser de l'eau, de préférence atomisée, sur les fibres miné- raies en cours de fibrage, pendant leur formation. Ainsi, de l'eau est pulvérisée sur les fibres minérales en formation, c'est-à-dire pendant l'étirage des fibres, puis, une fois qu'elles sont étirées, tant qu'elles ne sont pas totalement solidifiées. L'atmosphère étant très chaude autour des fibres en formation, l'eau s'évapore quasi immédiatement, ce qui permet d'obtenir des fibres sèches sur le tapis de réception des fibres. De plus, le fait de pulvériser de l'eau sur les fibres en formation leur donne des propriétés hydrophobes, ce qui permet d'éviter l'utilisation d'une étuve lorsque les fibres sont utilisées après leur fabrication. Le cas échéant, des agents dessicants peuvent être utilisés pendant le stockage pour éviter une reprise d'humidité. Toutefois, les fibres ayant des propriétés hydrophobes, la quantité d'agent dessi- cant nécessaire est minimale. La figure 1 représente un dispositif de fabrication de fibres minérales selon l'invention. - 4 - Le dispositif comprend un centrifugeur 1, également nommé assiette de fibrage, comportant une paroi annulaire 10 percée d'une pluralité d'orifices 11. La paroi annulaire 10 se prolonge, pour former le dessus du centrifugeur 1, par un voile 13 se finissant par une tulipe 14. Le dispositif comprend également un arbre 2, creux et d'axe 9, adapté à être entraîné en rotation par un moteur (non représenté). Le centrifugeur 1 est fixé à l'arbre 2 via la tulipe 14. Lorsque le dispositif de formation de fibres minérales est en position de fibrage, l'axe 9 est vertical. A son extrémité supérieure, l'arbre 2 est relié à des moyens d'alimentation en verre fondu. A son extrémité inférieure, l'arbre 2 est relié, soit à un panier 3 si le centrifugeur est dépourvu de fond, soit directement au centrifugeur 1 dans le cas d'un centrifugeur muni d'un fond. Dans le cas d'un dispositif avec panier, comme représenté sur la figure, le panier 3 est situé à l'intérieur du centrifugeur 1. Le panier 3 comprend une paroi annulaire 30 percée d'une pluralité d'orifices 31. Lorsque le dispositif de formation de fibres minérales est en fonctionne- ment, le centrifugeur 1, l'arbre 2 et éventuellement le panier 3 sont entraînés en rotation autour de l'axe 9 de l'arbre 2. Du verre fondu s'écoule dans l'arbre 2, depuis les moyens d'alimentation en verre fondu jusqu'au centrifugeur, dans lequel se répand le verre fondu. Dans le cas d'un centrifugeur avec panier, le verre fondu s'écoule jusqu'au panier 3 puis est projeté sur la paroi annulaire 30 du panier, passe par la pluralité d'orifices 31 du panier et, sous forme de filaments volumineux 5, est projeté sur la paroi périphérique 10 du centrifugeur 1. Une réserve permanente de verre fondu se forme alors dans le centrifugeur pour venir alimenter la pluralité d'orifices 11 percés dans la paroi annulaire 10 du centrifugeur 1. Du verre fondu passe par la pluralité d'orifices 11 du centrifugeur 1 pour former des cônes d'écoulement 6 se prolongeant en avant-fibres 7. Le dispositif de formation de fibres minérales comprend également au moins un brûleur annulaire 4 générant un jet d'étirage gazeux à haute température. Le jet d'étirage gazeux est un courant gazeux à haute température, qui sort du brûleur annulaire 4 par sa sortie 40 munie de lèvres 41, de telle sorte que le jet d'étirage gazeux soit sensiblement tangentiel à la paroi annulaire 10 du centrifugeur 1. En position de fibrage, la sortie 40 du brûleur annulaire 4 est située au-dessus de la paroi annulaire 10 du centrifugeur 1. Le jet d'étirage gazeux permet de chauffer à la fois la paroi annulaire 10 du centrifugeur 1 et les fibres en forma- - 5 - tion à la sortie du centrifugeur 1. Sous l'action du jet d'étirage gazeux du brûleur annulaire, les avant-fibres 7 s'étirent, leur portion terminale générant des fibres 8 discontinues, qui sont ensuite collectées sur un tapis de réception (non représenté) sous le centrifugeur 1. Aucun liant n'est utilisé pour réaliser le produit selon l'invention ; le dispositif de formation de fibres minérales ne comporte aucun dis- positif d'encollage, en particulier aucune couronne d'encollage. Le dispositif de formation de fibres minérales comprend également au moins une couronne 16, 17 qui pulvérise de l'eau, de préférence atomisée, sur les fibres en formation. Les fibres en formation sont les fibres qui ne sont pas complé- tement solidifiées. Une couronne 16 est disposée juste au-dessus du centrifugeur et/ou une couronne 17 est disposée sous le centrifugeur. Chaque couronne 16, 17 est sensiblement horizontale et a une pluralité d'orifices de sortie d'eau atomisée. Les orifices de la couronne 16 disposée juste au-dessus du centrifugeur 1 sont orientés vers le bas et disposés à la même hauteur que les lèvres 41 de sor- tie des gaz du brûleur 4. L'eau atomisée par la couronne 16 est pulvérisée vertica- lement ou avec une inclinaison vers l'axe 9 du centrifugeur. L'angle p de pulvérisation est compris entre 00 et +200 par rapport à la verticale. La disposition de la couronne 16 et l'orientation du jet d'eau atomisé sont tels que l'eau atomisée est pulvérisée sur les fibres en formation, c'est-à-dire les fibres 8 discontinues pas encore solidifiées. Les orifices de la couronne 17 disposée sous le centrifugeur 1 sont orientés plus ou moins horizontalement. La couronne 17 est disposée de telle sorte que ses orifices sont situés à une distance comprise entre 100 et 300 mm du bas du centrifugeur 1, de préférence entre 150 et 300 mm du bas du centrifugeur 1, ou à une distance comprise encore entre 350 et 500 mm des lèvres 41 du brûleur 4. L'angle a de pulvérisation d'eau atomisée par la couronne 17 est compris entre - 45° et +45° par rapport à l'horizontale, de préférence entre -30° et +30°, de façon encore préférée entre 00 et +45°, voire entre 00 et +30°, c'est-à-dire de préférence horizontalement ou vers le haut. La couronne 17 et l'angle a de pulvérisation de ses orifices sont tels que l'eau atomisée est pulvérisée sur les fibres en formation, c'est-à-dire les fibres 8 discontinues pas encore totalement solidifiées. La quantité totale d'eau est comprise entre 5 L/h et 400L/h, de préférence entre 100 L/h et 250L/h. Dit autrement, la quantité totale d'eau pulvérisée est de préférence comprise entre 5 et 550 L d'eau par tonne de verre. La quantité d'eau - 6 - pulvérisée par la couronne 16 disposée au-dessus du dispositif de centrifugation est comprise entre 0% et 80% de la quantité totale d'eau et la quantité d'eau pulvérisée par la couronne 17 disposée sous le dispositif de centrifugation est comprise entre 20% et 100% de la quantité totale d'eau. La température au niveau de la couronne 16 disposée au-dessus du centri- fugeur 1 est de l'ordre de la température des gaz sortant du brûleur au niveau des lèvres, c'est-à-dire par exemple aux alentours de 1400°C. La température au niveau de la couronne 17 est comprise entre 650°C et 1100°C. L'atmosphère dans laquelle l'eau est pulvérisée est ainsi très chaude, ce qui permet qu'au contact des fibres en formation, elles-mêmes très chaudes, l'eau s'évapore quasi instantané- ment. Les fibres arrivent alors sèches, c'est-à-dire avec un taux d'humidité inférieur à 0,1°A sur le tapis de réception. Au contraire, dans une installation selon l'art antérieur, de l'eau est pulvérisée sur les fibres déjà formées dans une ambiance saturée en humidité où la température est d'environ 200°C. Les fibres arrivent donc mouillées sur le tapis de réception. Le dispositif selon l'invention permet de fabriquer un produit sec qui évite l'utilisation d'une étuve et permet donc de réaliser des économies d'énergie. La pulvérisation ou vaporisation d'eau atomisée dans une atmosphère très chaude permet de créer de la vapeur d'eau, ce qui refroidit l'atmosphère et facilite l'aspiration des fibres vers le tapis de réception et, ainsi, améliore la répartition des fibres sur le tapis de réception. De plus, la pulvérisation ou vaporisation d'eau atomisée sur des fibres très chaudes en formation, donc non encore solidifiées, au moins à l'intérieur, permet de réaliser une trempe des fibres. Cela permet d'améliorer les propriétés méca- niques des fibres, en particulier la propriété d'estampage. Cela permet d'améliorer, pour une même densité, la tenue des panneaux d'isolation sous vide à la mise sous vide. Cela permet également d'améliorer la conductivité thermique du panneau d'isolation sous vide. La propriété d'estampage est mesurée selon le protocole suivant : on roule en forme de cigare 4g de fibres, on l'introduit dans une cellule cylindrique. On in- troduit ensuite dans la cellule cylindrique une tige qui vient comprimer les fibres par compression. On mesure alors une force de poinçonnement des fibres en Newton. La force de poinçonnement des produits obtenus par le procédé selon l'invention est comprise entre 500 et 800N. - 7 - Le taux d'humidité est mesuré selon le protocole suivant : on prépare trois éprouvettes de surface en coupe 305 mm x 305 mm. On pèse chaque éprouvette et on note sa masse initiale P. On passe les éprouvettes à l'étuve à 180°C pendant 30 min puis au dessicateur pendant 1 heure. On pèse de nouveau chaque éprouvette et on note sa masse finale Pfin. Pour chaque éprouvette, le taux d'humidité est égal à: (Pin; - Pfin)/Pfin. De préférence, la couronne 16 disposée au-dessus du centrifugeur 1 permet, en plus de pulvériser de l'eau, de souffler de l'air comprimé. Le soufflage d'air comprimé permet d'éviter une dispersion des fibres trop loin de l'axe 9 de rotation du centrifugeur 1. Le dispositif de formation de fibres minérales comporte également, de façon optionnelle, une couronne d'induction 20 sous le centrifugeur et/ou un brûleur interne pour chauffer la zone la plus basse du centrifugeur et éviter ou limiter la création d'un gradient de température sur la hauteur du centrifugeur. L'invention concerne également un procédé de fabrication de fibres miné- rales par centrifugation à l'aide du dispositif tel que décrit plus haut, comprenant les étapes suivantes : - formation, par un dispositif de centrifugation, de fibres minérales à partir de matière minérale fondue, - pulvérisation d'eau sur les fibres minérales en cours de formation. Après fabrication, les fibres minérales sont par exemple ensachées, de préférence sous vide primaire, voire sous vide secondaire, le cas échéant avec insertion d'un matériau dessicant dans l'emballage, de préférence en quantité inférieure à 1 g par kg de produit. Le produit obtenu par le procédé selon l'invention comprend moins de 0,1% d'humidité après fabrication, sans passage dans une étuve. Un exemple de produit a été réalisé avec le dispositif selon l'invention dans les conditions suivantes : - une tirée de 10 tonnes par jour, - une température des gaz sortant du brûleur au niveau des lèvres 41 de 1400°C, - une pression de brûleur de 400 mm CE (colonne d'eau), -8- - un débit d'eau de 70 L/h de la couronne 17 disposée à 150 mm sous le centrifugeur, la couronne 17 étant dans une atmosphère à une température de 700°C, - un débit d'eau de 130 L/h de la couronne 16 disposée juste au-dessus du centrifugeur, au niveau des lèvres du brûleur. Le produit obtenu a un taux d'humidité de 0,05% et une force de poinçonnement de 650 N. Par comparaison, un produit standard obtenu dans des conditions de fibrage similaires mais sans pulvérisation d'eau juste au-dessus du centrifugeur et avec une pulvérisation d'eau à 320 mm sous le centrifugeur, à une position située en-dessous de la zone d'étirage et formation des fibres, dans une atmosphère à une température de 200°C où la fibre de verre n'est plus deformable ni étirable, avec un débit de 350L/h, a un taux d'humidité de 0.35% et une force de poinçonnement de 400 N. Le produit selon l'invention est donc bien un produit sec, ce qui n'est pas le cas des produits réalisés en standard, avec des propriétés mécaniques renforcées. REVENDICATIONS1. Dispositif de fabrication de fibres minérales par centrifugation interne, comprenant : - un centrifugeur (1) adapté à former des fibres minérales par fibrage à partir de matière minérale fondue, - au moins une couronne (16, 17) adaptée à pulvériser de l'eau sur les fibres minérales en formation. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une couronne (17) est disposée entre 150 et 300 mm sous le centrifugeur (1) et/ou une couronne (16) est disposée juste au-dessus du centrifugeur (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'angle de pulvérisation d'eau par la couronne (17) disposée sous le centrifugeur (1) est compris entre -45° et +45° par rapport à l'horizontale, de préférence entre -30° et +30°. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'angle de pulvérisa- tion d'eau par la couronne (16) disposée au-dessus du centrifugeur (1) est vertical ou incliné d'un angle inférieur ou égal à 20° par rapport à la verticale vers l'axe (9) de symétrie du centrifugeur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la quantité to- tale d'eau pulvérisée est comprise entre 5 L/h et 400L/h, de préférence entre 100 L/h et 250L/h. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel la quantité totale d'eau pulvérisée est comprise entre 5 et 550 L par tonne de verre. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la quantité d'eau pulvéri- sée par la couronne (16) disposée au-dessus du centrifugeur (1) est comprise entre 0% et 80% de la quantité totale d'eau et la quantité d'eau pulvérisée par la couronne (17) disposée sous le centrifugeur (1) est comprise entre 20% et 100% de la quantité totale d'eau. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel la couronne (16) disposée au-dessus du centrifugeur (1) est adaptée à souffler de l'air com- primé simultanément à la pulvérisation d'eau.- 10 - 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, dans lequel l'eau pulvérisée est de l'eau atomisée. 10. Procédé de fabrication de fibres minérales par centrifugation interne à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes : - formation, par un centrifugeur (1), de fibres minérales à partir de matière minérale fondue, - pulvérisation d'eau, par une couronne (16, 17), sur les fibres minérales en formation. 11. Procédé de fabrication de panneaux isolants sous vide, comprenant les étapes suivantes : - procédé de fabrication de fibres minérales selon la revendication 10, - ensachage des fibres minérales obtenues, de préférence sous vide pri- maire, voire sous vide secondaire, de préférence avec insertion d'un maté- riau dessicant. 12. Produit obtenu par le procédé selon la revendication 10 ou 11 comprenant un taux d'humidité inférieur à 0,1% après fabrication, sans passage dans une étuve. 13. Produit selon la revendication 12, ayant une force de poinçonnement 20 comprise entre 500 et 800 N. 14. Produit selon l'une des revendications 12 ou 13, emballé dans un conditionnement étanche, l'emballage contenant un matériau dessicant en une quantité de préférence inférieure à 1 g par kg de produit.