Procédé et appareillage pour l'étirage continu du verre en feuille. La présente invention concerne un pro cédé et un appareillage pour l'étirage continu du verre en feuille, permettant d'augmenter la vitesse d'étirage.
On sait que l'étirage mécanique continu d'une feuille de verre n'est possible que si le verre est à une température plus élevée que sa limite supérieure de dévitrification. Mais, lorsque cette condition est remplie, le verre possède une viscosité relativement faible et, pour que l'on puisse lui donner, ,de manière continue, la forme d'une feuille plane pré sentant une surface de qualité satisfaisante, on est, obligé de le refroidir rapidement au moment même où on l'étire, afin d'assurer la,
rigidité d'ensemble et le durcissement de la surface indispensables à la feuille avant que celle-ci ne vienne en contact avec les premiers organes mécaniques par l'intermédiaire des quels se transmet l'effort d'étirage (première paire de rouleaux tracteurs des procédés Fourcault et Pittsburgh, rouleau plieur du procédé Libbey-Owens).
Dans la pratique actuelle, on produit ce refroidissement au moyen de boîtes métalli ques à circulation d'eau qu'on fait agir sur le verre venant former la surface du pied de la feuille et aussi sur la feuille elle-même au début de son ascension verticale.
Pour chaque procédé d'étirage, ce mode de refroidissement permet d'atteindre, pour une épaisseur donnée de la feuille, une vitesse maximum bien connue des spécialistes.
Il y a lieu .de noter que, quels que soient le nombre et la position des organes refroi disseurs en question, l'action de refroidisse ment qu'ils exercent porte, non seulement sur le verre de surface, mais aussi sur le-verre sous-jacent jusqu'à une profondeur de plu sieurs centimètres et même plus. Ce résultat est dû au fait que le verre perd ainsi sa cha leur en majeure partie par rayonnement et, comme il est relativement transparent, la perte se fait sentir assez profondément. En d'autres termes, ce mode de refroidissement donne lieu, non seulement à une augmenta tion de la viscosité du verre qui est à la sur face de la feuille, mais inévitablement aussi à un raffermissement du verre sous-jacent qui forme l'intérieur de la feuille.
La présente invention réside en un perfec tionnement des procédés d'étirage mécanique continudu verre en feuille, permettant d'aug menter considérablement la vitesse maximum de l'étirage pour une épaisseur prédéterminée.
Le procédé pour l'étirage continu du verre en feuille, selon l'invention, est caractérisé par le fait que l'on forme, à la surface du verre, une peau présentant une viscosité notablement plus élevée que le verre de l'in térieur du pied de la feuille, la variation de la viscosité lorsqu'on passe de l'une de ces deux régions à l'autre étant brusque.
Alors que, dans les divers procédés d'éti rage connus tels qu'ils sont exploités indus triellement, la diminution de viscosité est pro gressive et relativement faible lorsque, en par tant de la surface, on atteint la zone centrale du pied de la feuille, dans le procédé selon l'invention en revanche, la variation de visco sité est donc brusque lorsqu'on passe de la peau à la partie centrale ou c#ur de la feuille.
La formation à la surface du pied de la feuille d'une peau de haute viscosité a pour conséquence la réalisation d'une sorte de gaine formée par les deux peaux voisines, gaine presque rigide qui supporte essentielle ment l'effort mécanique d'étirage et qu'il faut remplir de verre beaucoup moins visqueux. Or, pour assurer ce remplissage, il est indis pensable que la gaine en question soit entrai- née avec une vitesse supérieure à celle adoptée pour l'étirage du verre dans les procédés actuels.
En effet, la force de frottement pour une différence de vitesse unité qui s'exerce entre le verre de remplissage et les parois de la gaine étant plus faible, il faut nécessaire ment que la vitesse de cette gaine soit plus grande pour contrebalancer l'effet des forces dirigées vers le bas (notamment la gravité) qui agissent sur le verre de remplissage en traîné. Il s'ensuit que l'augmentation de la vi tesse d'étirage, qui constitue un avantage pré- eieux de l'invention, devient en fait une né cessité.
Il convient de noter que l'augmentation de la vitesse d'étirage a pour conséquence une plus forte extraction du verre du four. Dans ces conditions, si l'on ne change rien aux di mensions et au chauffage du four, le verre qui pénètre dans la chambre d'étirage est à température plus élevée, ce qui permet d'ob tenir un c#ur de feuille moins visqueux encore pour une peau donnée. Il s'ensuit que le procédé perfectionné selon l'invention est en quelque sorte autoaccélérateur et il résulte de ce qui vient d'être dit que, pour augmenter la vitesse d'étirage, il y a intérêt à raccourcir la partie du four qui relie la zone d'affinage à la chambre d'étirage afin de faire arriver du verre plus chaud dans cette der nière.
On peut aussi ne rien changer aux disposi tions générales des fours et alimenter la par tie de la feuille autre que la peau , partie dénommée ci-dessus c#ur , par du verre de faible viscosité obtenu par élévation de la température de la partie centrale du pied de la feuille à l'aide d'un moyen auxiliaire approprié.
Le verre qui alimente le e#ur de la feuille est principalement Celui qui se trouve immédiatement sous la peau dans la, zone évasée du pied de la feuille jusqu'à. son rac cordement avec la surface libre du bain de verre. C'est donc principalement dans la par tie du bain située au-dessous de cette zone qu'il faut élever la température du verre.
Cependant, comme il y a entraînement dans le coeur de la feuille d'une certaine quantité de verre provenant de la zone du bain à l'aplomb de la feuille, il peut être indiqué d'y apporter de la chaleur et d'y créer un mouvement ascendant de verre plus chaud.
On a déjà proposé d'introduire un corps chauffant dans la masse de verre fondu qui va former l'intérieur de la feuille, mais, dans les procédés connus, ce moyen a été mis en aeuvre pour obtenir des surfaces plus lisses et plais planes. L'application qui en est. faite dans le présent cas conduit à l'obtention d'un résultat différent, à savoir la possibilité de réaliser l'étirage à. plus grande vitesse.
Il convient de préciser ici que, lorsque la viscosité du verre qui forme le coeur de la feuille est particulièrement faible au moment où la peau , animée d'une vitesse accrue, l'entraine par frottement, il y a lieu de raf fermir ce coeur dès sa. formation aux envi rons de l'endroit où le pied de la feuille se resserre rapidement.
En effet, on doit éviter que la hauteur du verre, relativement, mobile à l'intérieur de l a gaine presque rigide formée par la peau, lie soit trop grande, sans quoi il y aurait risque d'amincissement de la feuille.
Ce raffermissement du c#ur s'effectue au moyen de deux boîtes métalliques à cireu- lation d'eau disposées de part et d'autre de la feuille; il concourt à assurer la rigidité d'ensemble dont la feuille a besoin pour sa stabilité.
Il est particulièrement indiqué, dans la réalisation de l'invention, d'assurer la forma tion de la peau par un refroidissement du verre localisé sur une épaisseur aussi faible que possible. On réalise de préférence cette localisation en produisant le refroidissement par convection forcée, c'est-à-dire en faisant circuler au contact de la surface de verre un fluide gazeux à température plus basse, par exemple (le l'air, (le la vapeur d'eau, un gaz inerte, etc.
On pourrait aussi produire ce refroidisse ment localisé au voisinage de la surface par le contact d'un corps solide à température plus basse que la surface, corps bon conduc teur de la chaleur et non susceptible d'être mouillé par le verre, comme, par exemple, cer tains alliages de platine.
Etant donnée la faible diffusivité thermi que du verre, le refroidissement de sa sur face ne se transmet qu'à une faible distance dans les couches sous-jacentes pendant le temps nécessaire au verre de surface pour parvenir à la partie inférieure de la, feuille en cours de formation: on crée ainsi une véri table peau de haute viscosité.
Il faut remarquer que, pour une baisse de température donnée de la surface, on ob tient une peau dont la viscosité est d'autant plus élevée que la viscosité du verre travaillé varie plus rapidement avec la température. On sait que les verres sodo-calciques indus triels ayant cette propriété, verres qu'on appelle courts dans l'industrie verrière, sont riches en chaux et ont une teneur mo dérée en soude; jusqu'ici, ces verres ne con venaient pas dans les procédés d'étirage mé eanique continu en raison de leur tendance à la dévitrification.
Or, le procédé selon l'invention donne une large marge de sécurité en ce qui con cerne la dévitrification puisqu'il permet d'éti rer une feuille au moment où la viscosité du verre est sensiblement inférieure à celle que présentent les verres courts en question à leur limite supérieure de dévitrification. Il s'ensuit que ledit procédé donne la possibilité d'.étirer à grande vitesse les verres sodo- calciques riches en chaux -et à teneur modérée en soude, verres qui sont intéressants en rai son de leur prix de revient plus bas et de leur plus grande résistance aux agents atmosphé riques.
Cette possibilité est un autre avantage de l'invention et constitue un progrès consi dérable dans la fabrication mécanique du verre en feuille par étirage.
Le procédé perfectionné selon l'invention s'applique particulièrement bien au cas où l'étirage est effectué à - partir de la surface libre du bain de verre.
II s'applique également. lorsque la feuille est formée à partir d'une surface plus ou moins large de verre délimitée par des pièces réfractaires plongées dans le bain, notamment à partir de la fente d'une débiteuse telle que celle employée dans le procédé Fourcault. Dans ce cas, il est indiqué de donner à la fente de la débiteuse la largeur maximum permise afin .de pouvoir agir aussi efficace ment que possible sur la surface du pied de la feuille.
Le procédé selon l'invention est avanta geusement exécuté à l'aide de dispositifs -per mettant de réaliser le refroidissement par convection forcée du verre qui forme la peau de la feuille et d'autres dispositifs permettant de réaliser éventuellement l'éléva tion de la température du verre qui alimente le coeur de la feuille en même temps qu'on réalise la peau de haute viscosité.
De tels dispositifs de refroidissement sont constitués par deux sortes d'organes corres pondants, savoir: ca) des organes de soufflage qui projet tent un fluide gazeux sur le verre sous un angle, à la vitesse et à la température conve nables; b) des organes d'aspiration qui repren nent le fluide gazeux et l'évacuent de la chambre d'étirage dès qu'il a balayé la sur face du verre, ces organes étant nécessaires pour éviter, dans la chambre d'étirage, des tourbillons de fluide gazeux qui pourraient provoquer des effets nuisibles, en particulier un refroidissement irrégulier des faces de la feuille.
Ces deux sortes d'organes peuvent être groupés en un seul appareil ou bien être sé parés à faible distance les uns des autres. D'une manière générale, les organes de souf flage et les organes d'aspiration ont leurs axes disposés parallèlement à la feuille.
En principe, le dispositif formé d'un or gane souffleur et d'un organe aspirateur souffle et aspire uniformément sur toute sa longueur, mais, comme il est nécessaire d'adapter le refroidissement par convection forcée aux différentes régions de la largeur de la feuille, il y a ordinairement plusieurs groupes soufflage-aspiration sur la largeur de la feuille. En général, trois groupes suffi sent, um pour la zone centrale et un pour cha cune des deux zones marginales.
Etant donné qu'il est possible de faire varier l'intensité du refroidissement en agis sant sur la vitesse et sur la température du fluide gazeux à la surface du verre, il suffit, en général, d'un dispositif de chaque côté de la feuille. Cependant, il peut être préférable, notamment lorsque l'épaisseur à produire est forte, de former la peau de haute viscosité par plusieurs refroidissements superposés plu tôt que par un seul. Dans ce cas, on éche lonne les dispositifs de refroidissement depuis une certaine distance en avant du raccor dement du pied de la feuille avec le bain de verre jusqu'à la naissance de la feuille pro prement dite.
Les dispositifs permettant, lorsque cela est nécessaire, d'alimenter le c#ur de la feuille en verre de viscosité encore plus faible peu vent être réalisés de diverses manières, mais ils sont, de préférence, constitués par des ré sistors électriques noyés dans le bain. Il y a donc, en général, deux résistors ou groupes de résistors disposés de part et d'autre de la feuille à faible distance au-dessous des deux peaux du pied de la feuille et, parfois aussi, un résistor ou groupe de résistors central dont l'axe se trouve à l'aplomb de la feuille.
On peut aussi réaliser le chauffage du verre alimentant le c#ur de la feuille au moyen de deux électrodes pénétrant dans le verre de part et d'autre de la chambre d'éti rage et reliées à une source de tension électri que alternative convenable afin de chauffer le verre par effet Joule interne à l'aplomb de la feuille dans une zone s'étendant horizontale ment sur toute sa largeur et verticalement sur une faible hauteur au-dessous du niveau du verre dans la chambre d'étirage. Dans ce mode de réalisation, on amorce le chauffage, par effet Joule, de la, colonne de verre entre les deux électrodes au moyen d'un résistor auxiliaire.
L'invention est décrite ci-après en réfé rence au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une coupe verticale montrant, dîme manière absolument schématique, la for mation de la feuille de verre au moyeu du procédé selon l'invention.
La fig. 2 est une coupe verticale long-i.tu- dinale d'une chambre d'étirage dont. ni la voûte ni les dispositifs mécaniques d'étirage n'ont été représentés, les effets propres à l'in vention étant obtenus par application de deux refroidisseurs agissant. par convection forcée sur le verre de surface.
La fig. 3 est une vue en coupe semblable d'une chambre d'étirage, sans la voûte ni les dispositifs mécaniques d'étirage, les deux dis positifs refroidisseurs par convection forcée étant combinés avec deux dispositifs servant à élever la température des deux couches de verre qui alimentent le coeur de la feuille.
La fig. 4 est. une vue en coupe transversale d'un dispositif groupant en un tout un organe souffleur et un organe aspirateur.
La fig. 5 est une vue en coupe Iongitndi- nale du même dispositif.
La fig. 6 est un vue en coupe transver sale d'un dispositif dans lequel l'organe souf- fleur (à gauche) et l'organe aspirateur (à droite) sont séparés.
La fig. 7 est une vue en élévation mon trant la feuille sans ses dispositifs habituels de maintien des bords avec, dans le bain de verre, un des dispositifs de chauffage par résistance électrique indépendante, du verre formant le c#ur de la feuille.
La fig. 8 est une coupe verticale qui mon tre deux autres dispositifs de chauffage mieux adaptés à l'entraînement des deux cou ches de verre de faible viscosité qui alimen t eut principalement le c#ur de la feuille.
La fig. 9, enfin, est une vue en élévation latérale analogue à celle de la fig. 7, mais montrant une variante du dispositif de chauf fage constitué dans ce cas par deux élec trodes qui traversent les parois latérales de la chambre d'étirage et pénètrent dans le bain de verre à une faible distance verticale au- dessous de sa surface.
Comme on le voit sur la fig. 1, on forme, par refroidissement, au moyen d'organes 1, 1 qui seront décrits de manière plus détaillée ci-après, au départ du pied de la. feuille, à partir du bain de verre V, deux peaux 2 constituant en quelque sorte une gaine dans laquelle le verre 3 provenant du bain V et t tiv a nt une viscosité suffisamment réduite se trouve entraîné par l'effet de l'étirage.
Les deux boites de refroidissement B, B, clans lesquelles circule un fluide refroidisseur, raffermissent par rayonnement le c#ur de la feuille à partir du sommet de l'évasement du pied.
Sur la fig. 2, on a figuré la chambre d'éti rage constituée par une maconnerie réfrac taire 4 contenant le bain de verre V dont le niveau est indiqué par la ligne horizontale 5. Le verre, qui provient d'un four à bassin (non figuré), pénètre dans la chambre d'éti rage suivant la direction de la flèche F. La feuille 6 est étirée à partir de la surface libre 5 par un moyen industriel quelconque.
L'effet de refroidissement, qui donne nais- .#,anee à la peau du pied de la feuille 6, est obtenu dans ce mode de réalisation par les deux dispositifs à convection foreée 7; chacun de ces dispositifs est constitué par un ensem ble de trois tubes (dont les fig. 4 et 5 mon trent le détail à plus grande échelle) rendus solidaires les uns des autres, par exemple par soudure, savoir: un tube souffleur 8, un tube aspirateur 9 et un tube refroidisseur 10 situé au-dessus des deux précédents.
Le tube souf fleur est divisé en trois sections, comme on le voit sur la fig. 5: une section centrale Sa s'étendant sur la majeure partie de la lar geur de la feuille et deux sections extrêmes 8b situées en regard des .deux zones marginales de ladite feuille.
Le fluide refroidisseur est amené aux trois sections du tube souffleur 8 par les trois tubes 11.
Le tube aspirateur 9 est également divisé en trois sections correspondant aux trois sec tions du tube souffleur, et le fluide refroidis seur, après qu'il a balayé la surface 5 du verre, est évacué par trois tubes 12.
Le fluide refroidisseur jaillit sous pres sion du tube 8 par la fente 13; il est repris par la fente 14, phis large que la fente 13, ménagée dans le tube 9. Ce fluide suit le par cours indiqué par les flèches sur la fig. 4.
Les tubes d'alimentation 11 des trois sec tions de soufflage traversent la voûte (non figurée) de la chambre d'étirage et sont rac cordés à trois réservoirs extérieurs séparés à pression constante (non figurés). Les tubes d'évacuation 12 sont reliés à des réservoir; extérieurs de dépression (non figurés). Tous les tubes précités étant portés pendant le tra vail à des températures élevées, on les établit en acier réfractaire inoxydable.
Les tubes 8 et 9 sont ceux qui s'échauffent le plus; afin d'éviter qu'ils ne se déforment, on les soude l'un à l'autre et au tube 10 qui est parcouru par un fluide refroidisseur tel que l'eau ou la vapeur.
Il convient de souligner qu'on laisse les tubes 8 et 9 s'échauffer jusqu'à la limite de sécurité imposée par les risques de déforma tion et d'oxydation, car ils ne doivent exercer par rayonnement qu'un refroidissement né gligeable sur le verre. Le tube 10, qui est plus froid, est placé au-dessus des tubes 8 et 9 dans une position pour laquelle il ne peut pas se produire d'échange de chaleur par rayonnement avec le bain de verre.
Le fluide refroidisseur qui jaillit par la fente 13 et qui est évacué par la fente 14 est, en général, de l'air ou de la vapeur. On peut doser le refroidissement par convection forcée que le fluide refroidisseur exerce sur le verre et qui est localisé dans sa peau dans d'assez larges limites en agissant sur sa vitesse, c'est- à-dire sur la pression à l'intérieur du tube 8.
Le dispositif 7 que l'on vient de décrire n'est qu'un mode possible de réalisation du dispositif de refroidissement par convection forcée donné à titre d'exemple, ce mode de réalisation comportant le groupement de l'or gane de soufflage et de l'organe d'aspiration. Mais on peut réaliser d'autres dispositifs de foimes variées. C'est ainsi, en particulier, que l'on pourrait réduire l'encombrement en en tourant le tube souffleur par le tube aspira teur. Cette réduction d'encombrement pré sente un réel intérêt lorsqu'il est indiqué de foimer la peau de la feuille par plusieurs refroidisseurs successifs de faible intensité échelonnés dans l'espace au lieu d'effectuer un seul refroidissement de grande intensité.
La fig. 6 montre, à gauche, le tube souf fleur 15 et, à droite, le tube aspirateur cor respondant 16, la position de chacun d'eux étant fixée en fonction du résultat à obtenir.
Le tube 15 porte à sa partie supérieure une chambre en tôle 17 dans laquelle circule un fluide refroidisseur; le tube 16 est pourvu d'une chambre analogue 18. Chacun des tubes 15 et 16 comprend trois sections: une section centrale et deux sections marginales. L'air (ou la vapeur) arrive au tube souffleur par les tubes d'alimentation 19; les tubes 20 ser vent à évacuer l'air (ou la vapeur) quia ba layé la surface du verre.
La fente de soufflage 21 est plus étroite que la fente d'aspiration 22.
Quels que soient les dispositifs connus nor malement appliqués pour alimenter symétri quement en verre le c#ur de la feuille, dis- positifs qui varient avec la profondeur de la chambre d'étirage, il est évident que la con séquence de la localisation du refroidissement dans une faible épaisseur (peau) de verre qui acquiert une viscosité élevée grâce aux dispo sitifs à convection forcée 7 est que c'est du verre à température relativement élevée et, par conséquent, à faible viscosité qui forme le c#ur de la feuille.
La vitesse d'étirage pour une épaisseur donnée est ainsi nécessairement phus grande que dans les procédés pratiqués jusqu'ici et dans lesquels la viscosité du verre formant le c#ur n'est pas beaucoup plus faible que celle du verre de surface.
. On obtient l'augmentation maximum de la vitesse en réglant l'épaisseur et la viscosité de la peau en fonction de la température du verre du coeur , cette dernière dépendant. d'ailleurs étroitement du refroidissement de fabrication plus ou moins poussé chie subit le verre avant. son entrée dans la chambre d'éti rage.
La. chambre d'étirage représentée sur la fig. 3 est beaucoup phis profonde que celle de la fi-. 1, et elle comporte, immergés à une faible profondeur au-dessous du niveau 5 du bain de verre V, deux dispositifs chauffants 23 qui sont placés de part et d'autre de la feuille 6 aux environs des endroits où naissent les deux peaux de la feuille et qui s'étendent sur toute sa largeur. Ces dispositifs sont des tinés .à élever la température du verre qui est au contact de leur enveloppe 24 et qui, dans son mouvement ascensionnel, vient au contact des deux peaux qui l'entraînent par frotte ment, nourrissant ainsi le coeur de la feuille.
Ces dispositifs 23 qui renferment chacun une résistance électrique sont représentés à, plus grande échelle sur la fig. 7.
Il y a parfois intérêt. à. provoquer un mou vement ascensionnel de verre plus chaud dans la zone du plan médian de la. feuille; dans ce cas, on associe 'Lin troisième dispositif chauf fant aux deux précédents. Son axe est, alors, placé dans le plan médian, à faible distance au-dessous du niveau 5 .du bain de verre. Dans ce mode de réalisation, chacun des dispositifs 7 qui servent à créer la peau de haute viscosité de la feuille est constitué par un organe souffleur et un organe aspirateur séparés, organes qui sont représentés à plus grande échelle sur la fig. 6.
Les dispositifs chauffants 23 permettent clé régler l'élévation de la température du c#ur de la feuille en fonction de l'épais seur et de la viscosité de la peau et de trou ver ainsi le maximum de la vitesse d'étirage, comme on l'a dit plus haut. L'élévation de température en question est d'ailleurs faible, ear le verre se trouve alors dans un état où sa viscosité varie rapidement avec la tempéra ture; il s'ensuit que l'énergie électrique mise en jeu est faible.
Les boîtes de refroidissement B, B servent à raffermir le verre de faible viscosité qui alimente le c#ur de la feuille dès qu'il atteint le rétrécissement en haut du pied de feuille, à la naissance de la feuille propre ment dite.
La fig. 7 montre le détail d'un premier dispositif de chauffage électrique du verre destiné à former le c#ur de la feuille. Ce dispositif comprend un tube-enveloppe 24 en tune matière appropriée telle que la silice vi treuse, la porcelaine ou autre matière cérami que pratiquement inattaquable par le verre, tube dans l'axe duquel est tendu, au moyen clé deux poulies 25 isolées du sol et de deux contrepoids 26, le résistor 23 qui, par les fils clé connexion 27, est relié à une source d'éner gie électrique de tension convenable permet tant de le chauffer par effet Joule.
Deux boucles 28 à circulation d'eau écar tent tout risque d'écoulement de verre entre le tube 24 et les ouvertures pratiquées dans la paroi réfractaire 4 pour le passage dudit tube.
Le tube-enveloppe 24 est nécessaire lors que le résistor 23 est fait en un alliage suscep tible de colorer le verre (comme c'est le cas pour les alliages réfractaires à haute résisti vité à base de nickel et de chrome), mais, si l'on utilise, pour constituer le résistor, le pla tine ou certains de ses alliages ou encore cer- tains métaux pratiquement inattaquables par le verre à 1000 , comme le molybdène par exemple, on peut supprimer l'enveloppe 24, comme c'est le cas pour les deux dispositifs de chauffage de la fig. 8, et l'on a ainsi l'avantage d'une meilleure transmission de la chaleur au verre.
Chacun de ces dispositifs est constitué par une résistance 29 en fil de platine (ou autre métal approprié) ayant la forme d'une grecque, logée dans des rainures d'une pièce 30 en matériau réfractaire tel que la sillima- nite, qui s'étend sur toute la largeur du pied de la, feuille. Le verre qui va former le coeur de la feuille suit la direction .des flèches de la fig. 8.
Dans le mode de réalisation de la fig. 9, le chauffage du verre destiné à former le caeur de la feuille est réalisé par effet Joule interne au moyen de deux électrodes 31, en graphite ou en métal tel que le molybdène, qui pénètrent légèrement dans le bain de verre. Ces électrodes sont reliées à une source d'énergie électrique par l'intermédiaire des colliers en métal 32. Grâce aux boucles 33 à circulation d'eau et aux boîtes 34, on évite les fuites de verre et l'oxydation des électrodes à leur sortie de la paroi réfractaire 4.
On produit l'amorçage et la localisation du chauffage par effet Joule dans le verre en insérant pendant un certain temps un ré sistor auxiliaire (non figuré) entre les élec trodes 31; lorsqu'on le retire, on règle à nou veau la tension aux bornes des électrodes.
Method and apparatus for the continuous drawing of sheet glass. The present invention relates to a process and an apparatus for the continuous drawing of sheet glass, making it possible to increase the drawing speed.
It is known that the continuous mechanical stretching of a sheet of glass is only possible if the glass is at a temperature higher than its upper limit of devitrification. But, when this condition is fulfilled, the glass has a relatively low viscosity and, in order to be able to give it, in a continuous manner, the shape of a flat sheet presenting a surface of satisfactory quality, it is necessary to to cool it quickly when it is stretched, in order to ensure the,
overall rigidity and hardening of the surface which are essential for the sheet before it comes into contact with the first mechanical components through which the stretching force is transmitted (first pair of traction rollers of the processes Fourcault and Pittsburgh, folding roller of the Libbey-Owens process).
In current practice, this cooling is produced by means of metal boxes with water circulation which are made to act on the glass forming the surface of the foot of the sheet and also on the sheet itself at the start of its ascent. vertical.
For each stretching process, this cooling mode makes it possible to achieve, for a given thickness of the sheet, a maximum speed well known to specialists.
It should be noted that, whatever the number and position of the cooling members in question, the cooling action they exert bears not only on the surface glass, but also on the glass. underlying to a depth of several centimeters and even more. This is due to the fact that the glass thus loses its heat mainly by radiation and, since it is relatively transparent, the loss is felt quite deeply. In other words, this mode of cooling gives rise, not only to an increase in the viscosity of the glass which is on the surface of the sheet, but inevitably also to a firming of the underlying glass which forms the interior. of the sheet.
The present invention resides in an improvement in the methods of continuous mechanical stretching of glass in sheet form, making it possible to considerably increase the maximum speed of stretching for a predetermined thickness.
The process for the continuous drawing of sheet glass, according to the invention, is characterized in that a skin having a significantly higher viscosity than the glass inside is formed on the surface of the glass. of the foot of the sheet, the variation in viscosity when passing from one of these two regions to the other being sudden.
While, in the various known stretching processes as they are used industrially, the decrease in viscosity is progressive and relatively small when, in terms of the surface, the central zone of the foot of the sheet is reached. , in the method according to the invention on the other hand, the variation in viscosity is therefore sudden when passing from the skin to the central part or heart of the sheet.
The formation on the surface of the foot of the sheet of a skin of high viscosity results in the production of a sort of sheath formed by the two neighboring skins, an almost rigid sheath which essentially supports the mechanical stretching force and which must be filled with much less viscous glass. Now, to ensure this filling, it is essential that the sheath in question be driven at a speed greater than that adopted for drawing glass in current processes.
Indeed, the friction force for a unit speed difference which is exerted between the filling glass and the walls of the sheath being lower, it is necessary that the speed of this sheath is greater to counterbalance the effect. downward forces (especially gravity) acting on the dragged filler glass. It follows that the increase in the drawing speed, which constitutes a great advantage of the invention, in fact becomes a necessity.
It should be noted that the increase in the drawing speed results in greater extraction of the glass from the furnace. Under these conditions, if nothing is changed in the dimensions and in the heating of the furnace, the glass which enters the drawing chamber is at a higher temperature, which makes it possible to obtain a smaller sheet core. still viscous for a given skin. It follows that the improved process according to the invention is in a way self-accelerating and it follows from what has just been said that, in order to increase the drawing speed, it is advantageous to shorten the part of the furnace which connects the refining zone to the drawing chamber in order to bring warmer glass into the latter.
It is also possible not to change anything in the general arrangements of the ovens and to feed the part of the sheet other than the skin, part referred to above as heart, with low viscosity glass obtained by raising the temperature of the central part. of the foot of the sheet using suitable auxiliary means.
The glass which feeds the core of the leaf is mainly that which lies immediately under the skin in the flared area of the foot of the leaf up to. its connection with the free surface of the glass bath. It is therefore mainly in the part of the bath located below this zone that the temperature of the glass must be raised.
However, as there is entrainment in the core of the sheet of a certain quantity of glass coming from the bath area directly above the sheet, it may be advisable to add heat and create there an upward movement of warmer glass.
It has already been proposed to introduce a heating body into the mass of molten glass which will form the interior of the sheet, but, in the known processes, this means has been implemented to obtain smoother and more flat surfaces. The application that is. made in the present case leads to obtaining a different result, namely the possibility of carrying out the stretching at. higher speed.
It should be noted here that, when the viscosity of the glass which forms the core of the sheet is particularly low at the moment when the skin, driven at increased speed, drives it by friction, it is necessary to close this core. from his. formation around where the foot of the leaf quickly tightens.
In fact, the height of the glass, which is relatively mobile inside the almost rigid sheath formed by the skin, must be prevented from being too great, otherwise there would be a risk of thinning of the sheet.
This strengthening of the heart is effected by means of two metal boxes with water circulation placed on either side of the sheet; it helps to ensure the overall rigidity that the sheet needs for its stability.
It is particularly indicated, in the embodiment of the invention, to ensure the formation of the skin by cooling the glass localized to a thickness that is as small as possible. This localization is preferably achieved by producing cooling by forced convection, that is to say by circulating in contact with the glass surface a gaseous fluid at a lower temperature, for example (air, (air). water vapor, inert gas, etc.
This localized cooling could also be produced in the vicinity of the surface by contact with a solid body at a temperature lower than the surface, a body which is a good conductor of heat and not liable to be wetted by glass, as, by example, some platinum alloys.
Given the low thermal diffusivity of glass, the cooling of its surface is transmitted only a short distance into the underlying layers during the time required for the surface glass to reach the lower part of the sheet. training course: this creates a real high viscosity skin.
It should be noted that, for a given drop in temperature of the surface, a skin is obtained, the viscosity of which is all the higher as the viscosity of the worked glass varies more rapidly with temperature. It is known that industrial soda-lime glasses having this property, which are called short glasses in the glass industry, are rich in lime and have a moderate soda content; heretofore, these glasses have not been suitable for continuous mechanical drawing processes due to their tendency to devitrify.
However, the method according to the invention gives a wide safety margin as regards devitrification since it makes it possible to stretch a sheet when the viscosity of the glass is appreciably lower than that exhibited by the short glasses in question. at their upper limit of devitrification. It follows that said process gives the possibility of stretching at high speed soda-lime glasses rich in lime -and moderate in sodium hydroxide, glasses which are interesting because of their lower cost and their greater resistance to atmospheric agents.
This possibility is another advantage of the invention and constitutes a considerable advance in the mechanical manufacture of sheet glass by drawing.
The improved process according to the invention applies particularly well to the case where the drawing is carried out from the free surface of the glass bath.
It also applies. when the sheet is formed from a more or less wide surface of glass delimited by refractory pieces immersed in the bath, in particular from the slit of a sawing machine such as that used in the Fourcault process. In this case, it is advisable to give the slit of the cutter the maximum permissible width in order to be able to act as effectively as possible on the surface of the foot of the sheet.
The method according to the invention is advantageously carried out with the aid of devices allowing the cooling by forced convection of the glass which forms the skin of the sheet and other devices making it possible to possibly carry out the elevation of the temperature of the glass which feeds the core of the sheet at the same time as the high viscosity skin is produced.
Such cooling devices consist of two kinds of corresponding members, namely: (ca) blowing members which project a gaseous fluid onto the glass at a suitable angle, speed and temperature; b) suction members which take up the gaseous fluid and evacuate it from the drawing chamber as soon as it has swept the surface of the glass, these members being necessary to avoid, in the drawing chamber, vortices of gaseous fluid which could cause deleterious effects, in particular uneven cooling of the faces of the sheet.
These two kinds of organs can be grouped together in a single device or they can be separated at a short distance from each other. In general, the blowing members and the suction members have their axes arranged parallel to the sheet.
In principle, the device formed by a blower member and a vacuum member blows and sucks uniformly over its entire length, but, since it is necessary to adapt the cooling by forced convection to the different regions of the width of the sheet , there are usually several blow-suction units across the width of the sheet. In general, three groups are sufficient, um for the central zone and one for each of the two marginal zones.
Since it is possible to vary the intensity of the cooling by acting on the speed and the temperature of the gaseous fluid at the surface of the glass, in general, one device is sufficient on each side of the sheet. . However, it may be preferable, especially when the thickness to be produced is great, to form the skin of high viscosity by several superimposed cooling operations rather than by just one. In this case, the cooling devices are scaled from a certain distance in front of the connection of the foot of the sheet with the glass bath until the birth of the sheet itself.
The devices making it possible, when necessary, to feed the core of the glass sheet of even lower viscosity can be produced in various ways, but they are, preferably, constituted by electrical resistors embedded in the glass. bath. There are therefore, in general, two resistors or groups of resistors arranged on either side of the sheet at a short distance below the two skins of the foot of the sheet and, sometimes also, a central resistor or group of resistors the axis of which is directly above the sheet.
It is also possible to heat the glass supplying the core of the sheet by means of two electrodes penetrating the glass on either side of the stretching chamber and connected to a suitable alternating electric voltage source in order to to heat the glass by internal Joule effect directly above the sheet in a zone extending horizontally over its entire width and vertically over a low height below the level of the glass in the drawing chamber. In this embodiment, the heating, by Joule effect, of the glass column between the two electrodes is initiated by means of an auxiliary resistor.
The invention is described below with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a vertical section showing, in an absolutely schematic manner, the formation of the glass sheet at the hub of the process according to the invention.
Fig. 2 is a longitudinal vertical section of a stretching chamber in which. neither the vault nor the mechanical stretching devices have been shown, the effects specific to the invention being obtained by applying two coolers acting. by forced convection on the surface glass.
Fig. 3 is a similar sectional view of a drawing chamber, without the roof or the mechanical drawing devices, the two cooling devices by forced convection being combined with two devices serving to raise the temperature of the two layers of glass which feed the heart of the leaf.
Fig. 4 is. a cross-sectional view of a device grouping together a blower member and a vacuum member.
Fig. 5 is a cross-sectional view of the same device.
Fig. 6 is a cross-sectional view of a device in which the blower member (left) and the vacuum member (right) are separated.
Fig. 7 is an elevational view showing the sheet without its usual edge-holding devices with, in the glass bath, one of the independent electric resistance heating devices, glass forming the core of the sheet.
Fig. 8 is a vertical section which shows two other heaters better suited to driving the two layers of low viscosity glass which mainly feeds the core of the sheet.
Fig. 9, finally, is a side elevational view similar to that of FIG. 7, but showing a variant of the heating device constituted in this case by two electrodes which pass through the side walls of the drawing chamber and enter the glass bath at a small vertical distance below its surface.
As seen in fig. 1, is formed, by cooling, by means of members 1, 1 which will be described in more detail below, from the foot of the. sheet, from the glass bath V, two skins 2 constituting in a way a sheath in which the glass 3 coming from the bath V and having a sufficiently reduced viscosity is found entrained by the effect of stretching.
The two cooling boxes B, B, through which a cooling fluid circulates, firm by radiation the core of the sheet from the top of the flare of the foot.
In fig. 2, the stretching chamber has been shown consisting of a refractory masonry 4 containing the glass bath V, the level of which is indicated by the horizontal line 5. The glass, which comes from a basin oven (not shown) , enters the stretching chamber in the direction of arrow F. The sheet 6 is stretched from the free surface 5 by any industrial means.
The cooling effect, which gives rise to the skin of the foot of the sheet 6, is obtained in this embodiment by the two drilled convection devices 7; each of these devices is constituted by a set of three tubes (of which figs. 4 and 5 show the detail on a larger scale) made integral with each other, for example by welding, namely: a blower tube 8, a vacuum tube 9 and a cooler tube 10 located above the previous two.
The flower souf tube is divided into three sections, as seen in fig. 5: a central section Sa extending over most of the width of the sheet and two end sections 8b located opposite the two marginal areas of said sheet.
The coolant is supplied to the three sections of the blower tube 8 by the three tubes 11.
The suction tube 9 is also divided into three sections corresponding to the three sections of the blower tube, and the cooled fluid, after it has swept the surface 5 of the glass, is discharged through three tubes 12.
The coolant flows out under pressure from the tube 8 through the slot 13; it is taken up by the slot 14, phis wide than the slot 13, made in the tube 9. This fluid follows the course indicated by the arrows in FIG. 4.
The supply tubes 11 of the three blowing sections pass through the arch (not shown) of the drawing chamber and are connected to three separate external tanks at constant pressure (not shown). The evacuation tubes 12 are connected to reservoirs; external depression (not shown). All the aforementioned tubes being worn during work at high temperatures, they are made of stainless refractory steel.
Tubes 8 and 9 are the ones which heat up the most; in order to prevent them from deforming, they are welded to each other and to the tube 10 which is traversed by a cooling fluid such as water or steam.
It should be noted that the tubes 8 and 9 are allowed to heat up to the safety limit imposed by the risks of deformation and oxidation, because they must only exert negligible cooling on the tube by radiation. glass. The tube 10, which is cooler, is placed above the tubes 8 and 9 in a position in which there can be no heat exchange by radiation with the glass bath.
The cooling fluid which spurts out through the slot 13 and which is discharged through the slot 14 is, in general, air or steam. The cooling by forced convection that the cooling fluid exerts on the glass and which is localized in its skin within fairly wide limits can be measured by acting on its speed, that is to say on the pressure inside the glass. tube 8.
The device 7 which has just been described is only one possible embodiment of the forced convection cooling device given by way of example, this embodiment comprising the grouping of the blowing and cooling device. the suction organ. But other devices of various sizes can be produced. It is thus, in particular, that one could reduce the bulk by turning the blower tube by the suction tube. This reduction in bulk is of real interest when it is appropriate to form the skin of the sheet by several successive low intensity coolers staggered in space instead of performing a single high intensity cooling.
Fig. 6 shows, on the left, the flower tube 15 and, on the right, the corresponding vacuum tube 16, the position of each of them being fixed as a function of the result to be obtained.
The tube 15 carries at its upper part a sheet metal chamber 17 in which a cooling fluid circulates; the tube 16 is provided with a similar chamber 18. Each of the tubes 15 and 16 comprises three sections: a central section and two marginal sections. The air (or steam) arrives at the blower tube through the supply tubes 19; the tubes 20 serve to evacuate the air (or the vapor) which has washed the surface of the glass.
The blow slot 21 is narrower than the suction slot 22.
Whatever the known devices normally applied to supply the core of the sheet with glass symmetrically, devices which vary with the depth of the drawing chamber, it is obvious that the consequence of the location of the cooling in a small thickness (skin) of glass which acquires a high viscosity thanks to the forced convection devices 7 is that it is glass at relatively high temperature and, therefore, of low viscosity which forms the core of the sheet .
The drawing speed for a given thickness is thus necessarily greater than in the processes practiced heretofore and in which the viscosity of the glass forming the core is not much lower than that of the surface glass.
. The maximum increase in speed is obtained by adjusting the thickness and viscosity of the skin as a function of the temperature of the core glass, the latter depending. moreover closely from the more or less advanced manufacturing cooling shits undergoes the front glass. his entry into the drawing room.
The stretching chamber shown in FIG. 3 is much deep phis than that of the fi-. 1, and it comprises, immersed at a shallow depth below the level 5 of the glass bath V, two heating devices 23 which are placed on either side of the sheet 6 in the vicinity of the places where the two skins are born. the leaf and which extend over its entire width. These devices are designed to raise the temperature of the glass which is in contact with their casing 24 and which, in its upward movement, comes into contact with the two skins which drag it along by rubbing, thus nourishing the core of the sheet.
These devices 23 which each contain an electrical resistance are shown on a larger scale in FIG. 7.
Sometimes there is interest. at. cause an upward movement of warmer glass in the area of the median plane of the. leaf; in this case, we associate 'Lin the third heating device with the previous two. Its axis is then placed in the median plane, at a short distance below level 5. Of the glass bath. In this embodiment, each of the devices 7 which serve to create the high viscosity skin of the sheet consists of a separate blower member and a separate vacuum member, members which are shown on a larger scale in FIG. 6.
The heaters 23 make it possible to adjust the rise in the temperature of the core of the sheet according to the thickness and viscosity of the skin and thus to hole the maximum of the stretching speed, as one said it above. The temperature rise in question is, moreover, slight, for the glass is then in a state where its viscosity varies rapidly with temperature; it follows that the electrical energy involved is low.
The cooling boxes B, B serve to firm up the low viscosity glass which feeds the core of the sheet as soon as it reaches the shrinkage at the top of the foot of the sheet, at the birth of the sheet itself.
Fig. 7 shows the detail of a first electric glass heater for forming the core of the sheet. This device comprises a casing tube 24 of a suitable material such as vitreous silica, porcelain or other ceramic material that is practically unassailable by the glass, tube in the axis of which is stretched, by means of two pulleys 25 isolated from the ground. and two counterweights 26, the resistor 23 which, via the key connection wires 27, is connected to a source of electrical energy of suitable voltage so that it can be heated by the Joule effect.
Two loops 28 for circulating water avoid any risk of glass flowing between the tube 24 and the openings made in the refractory wall 4 for the passage of said tube.
The casing tube 24 is necessary when the resistor 23 is made of an alloy liable to color the glass (as is the case with high resistance refractory alloys based on nickel and chromium), but, if Platinum or some of its alloys or even certain metals practically unassailable by 1000 glass, such as molybdenum for example, can be omitted from the envelope 24, as is the case for the two heating devices of fig. 8, and there is thus the advantage of better heat transmission to the glass.
Each of these devices is constituted by a resistance 29 made of platinum wire (or other suitable metal) having the shape of a Greek, housed in grooves of a part 30 of refractory material such as sillimanite, which s' extends across the width of the foot of the sheet. The glass which will form the heart of the sheet follows the direction of the arrows in FIG. 8.
In the embodiment of FIG. 9, the heating of the glass intended to form the core of the sheet is carried out by the internal Joule effect by means of two electrodes 31, made of graphite or of metal such as molybdenum, which penetrate slightly into the glass bath. These electrodes are connected to a source of electrical energy by means of metal collars 32. Thanks to the water circulation loops 33 and the boxes 34, glass leaks and oxidation of the electrodes at their exit are avoided. of the refractory wall 4.
The initiation and localization of the heating by the Joule effect in the glass is produced by inserting for a certain time an auxiliary resistor (not shown) between the electrodes 31; when it is removed, the voltage at the terminals of the electrodes is again adjusted.