Procédé et dispositif de chauffage de feuilles de verre dans un four
La présente invention concerne un procédé chauffage de feuilles de verre dans un four, notamment en vue d'un traitement thermique ultérieur de ces dernières, en particulier de trempe.
L'invention se rapporte également à un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé.
Des fours de chauffage de feuilles de verre en vue en particulier de leur trempe ultérieure comprennent un convoyeur à rouleaux, généralement revêtus de céramique, au dessus et en dessous duquel sont disposées des résistances électriques destinées à chauffer par radiation des feuilles de verre transportées sur ledit convoyeur. L'ensemble est placé dans une enceinte isolante. Lors du chauffage des résistances, les rouleaux du convoyeur accumulent de la chaleur et la restituent rapidement au verre avec lequel ils entrent en contact, par conduction. A puissance de chauffage égale des résistances inférieures et supérieures, la face inférieure d'une feuille de verre reçoit dès lors une plus grande quantité de chaleur par unité de temps que la face supérieure.
Ceci peut entraîner un fléchissement concave d'une telle feuille de verre relativement au plan du convoyeur, lequel conduit éventuellement à une détérioration de sa planéité ainsi qu'à des défauts de surface dus à une concentration du poids de la feuille de verre sur une portion réduite de la surface des rouleaux. Un chauffage non uniforme des feuilles de verre peut également provoquer des distorsions optiques du verre ainsi qu'affecter l'homogénéité de leur fragmentation une fois trempées, lorsqu'elles sont brisées.
Ce phénomène est encore accentué lorsque les feuilles de verre chauffées dans le four sont revêtues de couches à basse émissivité (low-e) qui de ce fait ont la propriété de réfléchir une partie importante de la chaleur radiée par les résistances. La face revêtue de ces feuilles est généralement celle qui n'entre pas en contact avec les rouleaux du convoyeur afin que ceux-ci n'occasionnent pas de détériorations du revêtement de ces feuilles par contact mécanique. Dès lors, non seulement les rouleaux du convoyeur apportent à la face inférieure de la feuille de verre une quantité de chaleur additionnelle à celle radiée par les résistances inférieures du four, mais une partie substantielle de la chaleur radiée par les résistance supérieures ne chauffe pas la face supérieure des feuilles.
Un déséquilibre thermique important résulte de la combinaison de ces deux phénomènes, aboutissant à un fléchissement concave correspondant des feuilles de verre et aux inconvénients consécutifs. Des modifications locales des propriétés optiques des couches du revêtement porté par une feuille de verre peuvent s'en suivre, voire des brûlures de ce revêtement. Ces détériorations seront encore accentuées si l'on cherche à rétablir la planéité d'une feuille de verre en augmentant la quantité de chaleur radiées par les résistances disposées au dessus du convoyeur.
Il a été proposé de pallier les inconvénients susmentionnés en équilibrant le profil de température des feuilles de verre convoyées dans le four.
En particulier, l'on peut prévoir à cette fin dans le four de chauffage, notamment selon les enseignements du brevet US 4390359, un dispositif d'injection de gaz chaud au dessus de la face supérieure des feuilles de verre convoyées dans ledit four. Un transfert de chaleur par convection forcée s'opère entre les jets de gaz et la face supérieure des feuilles, un tel transfert étant indépendant de l'émissivité de la surface sur laquelle la chaleur est appliquée. Il est nécessaire dans ce cas d'interrompre l'injection de gaz en cours de cycle de chauffage, lorsque la température du verre a augmenté suffisamment, faute de quoi un fléchissement convexe des feuilles peut se produire.
Le contrôle du moment précis où il est nécessaire de limiter l'apport de chaleur par convection forcée à la face supérieure des feuilles de verre est délicat et dépend de plusieurs facteurs comme le débit et la température des jets de gaz, le nombre et la composition des rouleaux du convoyeur, la quantité de feuilles de verre convoyées dans le four par unité de temps, laquelle influence la température ,des rouleaux. Ceci a pour conséquence de rendre nécessaire un système de régulation complexe des injecteurs de gaz qui doit donc être prévu pour assurer le contrôle en question.
Au lieu d'augmenter par convection forcée la quantité de chaleur fournie à la face supérieure de feuilles de verre, il a également été proposé par la demande de brevet WO 97/44283 de diminuer l'apport de chaleur à la face inférieure des feuilles de verre, par un dispositif d'injection de gaz froid sous le convoyeur, en direction de la face inférieure des feuilles de verre.
Un tel dispositif pose également le problème du contrôle de l'apport de gaz froid sous une feuille de verre au fur et à mesure de sa progression dans le four, et demande dès lors également qu'un système de régulation complexe des injecteurs de gaz soit prévu pour assurer ledit contrôle. Par ailleurs, le refroidissement de l'atmosphère du four est défavorable au rendement de chauffage du verre et donc à la quantité de feuilles de verre que le four peut traiter par unité de temps.
Il a également été proposé par le brevet EP 058529 de disposer sous le convoyeur un dispositif d'injection de gaz chaud perpendiculairement aux feuilles de verre, lequel dispositif est enclenché lorsque la quantité de chaleur rayonnée par les résistances inférieurs au convoyeur et réfléchie par celui-ci de sorte qu'elle n'atteint pas la face inférieur des feuilles de verre, devient supérieure à celle transmise par les rouleaux à cette face par conduction, faisant que le bilan thermique du transfert de chaleur aux faces des feuilles devient défavorable à leur face inférieure. Le dispositif selon EP 058529 est enclenché en vue de rétablir la planéité des feuilles de verre.
Néanmoins, un tel dispositif implique, du fait que la direction des jets de gaz est perpendiculaire à la face inférieure des feuilles de verre, que le taux de convection forcée appliqué à cette face demeure sensiblement constant, quelle que soit la planéité desdites feuilles. Dès lors, lorsque l'apport de chaleur aux feuilles au niveau de leur face supérieure, opposée au convoyeur est excessif de sorte qu'il entraîne un fléchissement convexe de ces dernières, l'excès en question n'est pas compensé par une augmentation correspondante du taux de convection forcée appliqué à la face inférieure des feuilles.
Ce déséquilibre thermique est encore renforcé par le fait que lorsqu'une feuille de verre s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur, les rouleaux de ce dernier n'apportent plus de chaleur par conduction à la face inférieure de la feuille puisque le contact entre elle et lesdits rouleaux est rompu sur la majeure partie de la face considérée.
La présente invention vise à résoudre les problèmes de contrôle de stabilité de la planéité de feuilles de verre dans un four de chauffage desdites feuilles, notamment en vue d'un traitement thermique ultérieur de ces dernières, en proposant un procédé de chauffage de feuilles de verres dans un four dans lequel procédé les feuilles de verre sont transportées par un convoyeur à rouleaux horizontaux au travers du four, où les faces d'une feuille de verre sont chauffées par des moyens de chauffage par radiation, par exemple des résistances électriques ou équivalents, disposés au dessus et en dessous de ladite feuille et dans lequel, en vue en particulier d'équilibrer l'effet thermique total appliqué aux faces supérieure et inférieure d'une feuille de verre,
lesdites faces sont soumises à un effet de convection forcée de chaleur par injection de gaz chaud dans le four au dessus et en dessous d'une feuille de verre, le gaz étant injecté en dessous d'une feuille de verre sous forme de jets dont l'axe de symétrie est oblique relativement au sens de déplacement d'une feuille de verre sur le convoyeur et dirigés vers la face inférieure de ladite feuille.
On considère comme oblique toute inclinaison d'au moins cinq degrés par rapport à la verticale.
L'invention concerne également un dispositif de chauffage de feuilles de verre dans un four comprenant un convoyeur à rouleaux sensiblement horizontaux, des moyens de chauffage par radiation disposés au dessus et en dessous du convoyeur, des injecteurs de gaz chaud également disposés en dessous et au dessus du convoyeur et des moyens d'alimentation en gaz des injecteurs,
dans lequel ceux des injecteurs disposés sous le convoyeur sont orientés de sorte à ce que leur axe de symétrie soit oblique relativement au sens de déplacement d'une feuille de verre sur le convoyeur L'injection de gaz chaud sous forme de jets obliques dirigés vers la face inférieure d'une feuille de verre permet au taux de convection forcée au niveau de cette face d'augmenter sensiblement lorsque la feuille s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur quand l'apport de chaleur à la face supérieur de ladite feuille devient supérieur à celui appliqué à la face inférieure de cette feuille.
En effet, tant que la feuille est plane sur les rouleaux du convoyeur, chaque jet de gaz chaud n'affecte sensiblement que la portion de surface du verre située entre deux rouleaux. En revanche, dès que la feuille s'infléchit au dessus du convoyeur, chaque jet de gaz chaud, du fait de son obliquité relativement à la feuille, affecte une bien plus grande portion de surface de cette dernière, augmentant en proportion le taux de convection forcé de chaleur au niveau de la face inférieure de la feuille de verre.
Ceci n'est pas le cas lorsque des jets de gaz sont dirigés perpendiculairement à ladite face car alors, quand la feuille s'infléchit au dessus du convoyeur, la portion de sa surface affectée par chaque jet de gaz n'est pas sensiblement modifiée.
L'augmentation du taux de convection forcée au niveau de la face inférieure d'une feuille de verre permise par l'invention conduit à pratiquement éliminer la flexion de ladite feuille et permet dès lors de stabiliser la planéité de cette dernière sur le convoyeur. En effet, l'augmentation considérée se reproduira à chaque fois que la feuille de verre s'infléchira au dessus du convoyeur.
Normalement, la pression du gaz chaud dans les moyens d'alimentation des injecteurs inférieurs au convoyeur demeure toujours sensiblement inférieure à la pression du gaz chaud dans les moyens d'alimentation des injecteurs supérieurs au convoyeur de sorte que la chaleur apportée par le gaz injecté sous le convoyeur au niveau de la face inférieure d'une feuille de verre ne puisse provoquer un déséquilibre au profit de la face inférieure, lequel pourrait entraîner un fléchissement concave de cette feuille au dessus du convoyeur.
Dès l'ors, l'invention concerne encore l'utilisation du dispositif de chauffage décrit ci-dessus en vue de stabiliser la planéité de feuilles de verre dans un four de chauffage desdites feuilles, notamment de feuilles de verre portant un revêtement de couches de type basse émissivité.
Le gaz chaud injecté dans le four peut avoir été réchauffé à partir de la température ambiante à son entrée dans les moyens d'alimentation des injecteurs, pendant de son passage dans ces moyens jusqu'aux injecteurs, lesquels moyens sont eux-mêmes chauffés par les résistances électriques disposées dans le four. Alternativement, le gaz peut être chauffé à l'extérieur du four avant d'être introduit dans les moyens d'alimentation des injecteurs. En tout état de cause, on préfère que le gaz injecté dans le four soit porté à une température supérieure à 400 [deg.]C.
De préférence, l'injection de gaz chaud sous le convoyeur n'est pas enclenchée dès l'entrée de la feuille dans le four. Par conséquent, on préfère que les rampes d'alimentation en gaz chaud des injecteurs disposés sous le convoyeur soient commandées séparément, par exemple au moyen de vannes d'ouverture et de fermeture de ces dernières. De la sorte, la face inférieure de ladite feuille est d'abord seulement chauffée par la chaleur radiée par les résistances disposées sous le convoyeur ainsi que par celle conduite par les rouleaux alors que la face supérieure de la feuille est chauffée également par la chaleur radiée par les résistances disposées au dessus du convoyeur ainsi que par convection forcée au moyen de jets de gaz chaud dirigés vers ladite face. Ceci évite que la feuille de verre s'infléchisse de manière concave au dessus du convoyeur.
Lorsque le bilan thermique de la chaleur apportée à chaque face de la feuille devient défavorable à sa face inférieure et que par conséquent la feuille s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur, l'injection de gaz chaud sous forme de jets obliques dirigés vers la face inférieure de la feuille est enclenché et peut être maintenue pendant tout ou partie du trajet de la feuille dans le four.
Dès lors, l'invention fournit un système d'autorégulation de la planéité de feuilles de verre convoyées dans un four de chauffage desdites feuilles. Il n'est par conséquent pas nécessaire de réguler l'injection de gaz chaud sous forme de jets obliques dirigés vers la face inférieure d'une feuille de verre selon l'invention une fois qu'elle a été enclenchée.
Il est également préférable que le dispositif de commande de chaque rampe d'alimentation en gaz chaud des injecteurs disposés sous le convoyeur permette une modulation de la pression dudit gaz en fonction de l'épaisseur des feuilles de verre convoyées dans le four ainsi que de l'émissivité du revêtement qu'elles portent. De la sorte, la stabilisation de la planéité des feuilles pourra être optimisée en fonction de ses caractéristiques.
L'enclenchement de l'injection du gaz chaud sous le convoyeur peut selon une forme préférée de l'invention être commandé par un système de détection de l'inflexion de la feuille de verre au dessus du convoyeur, ou par un système de minuterie.
Il est préférable que l'axe de symétrie des jets de gaz dirigés vers la face inférieure d'une feuille de verre selon l'invention coupe le plan de la face inférieure d'une feuille de verre sur le convoyeur au delà du milieu de la distance séparant les axes de symétrie de deux rouleaux successifs. De la sorte, à distance égale entre les injecteurs et les rouleaux, l'angle formé par les jets de gaz obliques et la face inférieure d'une feuille de verre est plus aigu, ce qui favorise un bon écoulement du gaz à la surface de la feuille lorsqu'elle s'infléchit au dessus du convoyeur.
De préférence, les moyens d'alimentation en gaz comprimé du dispositif selon l'invention comprennent des conduites disposées sensiblement parallèlement aux axes des rouleaux du convoyeur, sur lesquelles sont montés les injecteurs. Une telle configuration permet de commander simultanément tous les injecteurs disposés sur une conduite au moyen d'une seule vanne d'ouverture et de fermeture de cette conduite.
On préfère que chacun des injecteurs disposés sous le convoyeur soit situé sous un rouleau dudit convoyeur. De la sorte, en cas de bris d'une feuille de verre sur le convoyeur, ces moyens ne gênent pas la chute des fragments de verre entre les rouleaux et ne peuvent être endommagés ou les injecteurs qu'ils portent obstrués par ces fragments.
Il est préférable d'autre part que les injecteurs disposés sous un rouleau du convoyeur soient orientés de sorte à ce que leur axe de symétrie coupe le plan de la face inférieure d'une feuille de verre sur le convoyeur au delà du milieu de la distance séparant les axes de symétrie de deux rouleaux successifs dudit convoyeur.
Plus préférablement encore, lesdits moyens d'alimentation sont disposés sous un rouleau sur au moins deux. Un tel espacement est favorable à une bonne circulation du gaz sous la feuille de verre lorsque celle-ci s'infléchit au dessus du convoyeur.
Selon une autre forme préférée de l'invention, la pression du gaz mesurée à l'extrémité d'une rampe d'alimentation en gaz chaud des injecteurs disposés sous une feuille de verre est comprise entre 0.15 et 10 bars, de préférence entre 0.2 et 6 bars, plus préférablement entre 0.25 et 3.5 bars. Il est également préférable que ces injecteurs soient alignés parallèlement aux axes des rouleaux et séparés d'une distance comprise entre 40 et 200 mm, de préférence entre 130 et 170 mm. Il est encore préférable que lesdits injecteurs soient séparés de ladite feuille d'une distance comprise entre 25 et 300 mm, de préférence entre 80 et 160 mm, plus préférablement entre 90 et 140 mm.
De telles pressions et distances sont optimales pour favoriser un bon transfert de chaleur entre le gaz et la feuille de verre tout en évitant que des turbulences trop importantes ne se forment dans les jets de gaz au niveau des faces des feuilles de verre qui pourraient perturber l'homogénéité de chauffage du verre.
Pour des raisons semblables, on préfère que la section de chaque injecteur disposé sous une feuille de verre soit inférieure à 1.5 mm<2>.
La forme de la section de sortie desdits injecteurs est adaptée à la géométrie de chaque four en vue d'optimiser l'échange thermique avec le verre lorsque la feuille s'infléchit au dessus du convoyeur. Elle sera généralement circulaire ou ovale mais d'autres formes sont également possible selon l'invention.
L'invention sera maintenant décrite de manière plus détaillée au moyen des figures jointes, dans lesquelles, La figure 1 est une représentation schématique d'une section longitudinale d'un dispositif de chauffage de feuilles de verre selon l'art antérieur. La figure 2 est une représentation schématique d'une section longitudinale d'un dispositif de chauffage de feuilles de verre selon l'invention, considéré au moment de l'enclenchement du système de convection forcée disposé sous le convoyeur.
Selon la figure 1, un convoyeur (1) comprenant des rouleaux (2) et disposé dans l'enceinte (non représentée) d'un four de chauffage de feuilles de verre. Le convoyeur (1) porte une feuille de verre (3) dont la face inférieure est soumise à un apport de chaleur par radiation représenté par la flèche (a) au moyen de résistances électriques (4) disposées sous le convoyeur (1) et par conduction au moyen des rouleaux (2) qui ont accumulés de la chaleur radiée par les résistances (4) et le restituent à la feuille (3).
La face supérieure de cette dernière est soumise à un apport de chaleur par radiation représenté par la flèche (b) au moyen de résistances électriques (5) disposées au dessus du convoyeur (1) et par convection forcée représenté par la flèche (c) au moyen de gaz chaud injecté dans l'enceinte en direction de la face supérieure de la feuille (3) par des injecteurs (6) reliés à une rampe d'alimentation en gaz chaud (7) disposée au dessus du convoyeur (2) et ellemême connectée à un compresseur (non représenté). Sous l'effet d'un apport de chaleur supérieur au niveau de sa face supérieur à celui auquel est soumise sa face inférieure, la feuille (3) s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur (1) et cette flexion se maintient durant la durée restante du cycle de chauffage du verre.
La figure 2 reprend les éléments de la figure 1 référencés de la même manière. Selon l'invention, lorsque la feuille (3) s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur (2), la face inférieure de ladite feuille est soumise à un apport de chaleur par convection forcée représenté par les flèches (d) au moyen de gaz chaud injecté dans l'enceinte de manière oblique en direction de la face inférieure de la feuille (3) par des injecteurs (8) reliés à une rampe d'alimentation en gaz chaud (9) disposée sous le convoyeur et elle-même connectée à un compresseur (non représenté).
Les injecteurs (8) sont alimentés en gaz chaud compressé lorsque la feuille (3) s'infléchit de manière convexe au dessus du convoyeur et l'apport de chaleur par convection forcée au niveau de la face inférieure de la feuille (3) permet à cette dernière, par équilibrage de l'apport de chaleur au niveau des faces inférieure et supérieure de ladite feuille, de retrouver sa planéité.
L'invention peut être illustrée par l'exemple d'application suivant :
Dans un four de chauffage de feuilles de verre comprenant un convoyeur à rouleaux, des feuilles de verres sont convoyées en vue de leur faire subir un traitement de chauffage préalable à une étape ultérieure de trempe ou de bombage. Ledit four est muni de résistances électriques disposées au dessus et en dessous du convoyeur de sorte à établir dans le four une température au dessus du convoyeur de 700[deg.]C et en dessous du convoyeur de 690[deg.]C. Le four est également équipé de rampes d'alimentation en air chaud d'injecteurs de ce gaz vers la feuille de verre convoyée, disposées parallèlement les unes aux autres et à la feuille de verre et orthogonalement au sens de déplacement de ladite feuille dans le four. Ces rampes sont au nombre de 9 au dessus du convoyeur et de 5 en dessous.
Chaque rampe supérieure est séparée de la rampe voisine d'une distance de 550 mm et chaque rampe inférieure est disposée sous un rouleau sur 8. Chacune des rampes est munie de 45 injecteurs équidistants, d'une section de sortie de 0.7 mm et cette section est séparée de la feuille de verre d'une distance de 150 mm. Les injecteurs supérieurs sont disposés de manière telle que leur axe de symétrie soit orthogonal au plan de la face supérieure d'une feuille de verre et les gicleurs inférieurs de manière telle à ce que leur axe de symétrie soit oblique relativement au sens de déplacement des feuilles de verre dans le four et qu'il coupe le plan de la face inférieure de ces feuilles aux trois quarts de la distance séparant les axes de deux rouleaux successifs.
Les rampes d'alimentation sont constituées d'un tube d'un diamètre intérieur de 50 mm et sont elles-mêmes alimentées chacune en air par un serpentin de 12 de longueur et de 15 mm de diamètre enroulé autour de la rampe. La T[deg.] de l'air à l'intérieure des rampes est ainsi maintenue à 670[deg.]C en cas d'injection continue d'air dans le four, la pression d'alimentation en air des rampes étant réglable.
Une feuille de verre de 6 mm d'épaisseur portant un revêtement de couches lui conférant une émissivité de 0.03 est convoyée dans le four, les rampes d'alimentation supérieures des injecteurs étant soumises à une pression d'air de 6 bars et les rampes inférieures n'étant pas alimentées en air. Après 60 secondes de présence dans le four, la feuille de verre s'incurve de manière convexe au dessus du convoyeur et demeure ainsi déformée jusqu'à la fin du cycle de chauffage, soit 310 secondes après l'entrée de la feuille dans le four.
Il résulte de cette flexion de la feuille des irrégularités de surface dues aux contacts appuyés des parties marginales de la feuille sur les rouleaux, une détérioration des propriétés optiques du revêtement porté par cette feuille due à l'inhomogénéité de la répartition de la chaleur à la surface dudit revêtement et une fragmentation irrégulière de cette feuille lors d'un essai de casse après trempe.
Une autre feuilles de verre de caractéristiques identiques à la précédente est introduite dans le four et les rampes inférieures d'alimentation en gaz chaud des injecteurs sont alimentées en air sous une pression de 1 bar. Aucune déformation significative de la feuille de verre n'est alors plus observée durant le reste du cycle de chauffage de ladite feuille. Les défauts apparus en l'absence d'alimentation des rampes inférieures ne sont pas constatés.
L'invention permet également de réduire le temps de cycle de chauffe de feuilles de verre ne portant aucun revêtement à basse émissivité sans que cette réduction se fasse au prix des défauts susmentionnés, en autorisant que l'apport de chaleur par convection forcée à la face supérieure d'une feuille de verre soit augmenté par rapport à celui permis dans un four ne comprenant pas de dispositif de convection forcée selon l'invention, cet augmentation étant compensée grâce audit dispositif. Ainsi, la durée d'un cycle de chauffe de feuilles de verre clair de 6 mm d'épaisseur peut être ramenée de 260 à 210 secondes soit un gain de l'ordre de 20%.
REVENDICATIONS
1. Procédé de chauffage de feuilles de verre dans un four dans lequel procédé des feuilles de verre sont transportées par un convoyeur à rouleaux sensiblement horizontaux au travers dudit four où les faces d'une feuille de verre sont chauffées par des moyens de chauffage par radiation disposés au dessus et en dessous de ladite feuille et dans lequel lesdites faces sont soumises à un effet de convection forcée de chaleur par injection de gaz chaud dans le four au dessus et en dessous d'une desdites feuilles de verre caractérisé en ce que le gaz est injecté en dessous d'une desdites feuilles de verre sous forme de jets dont l'axe de symétrie est oblique relativement au sens de déplacement d'une feuille de verre sur le convoyeur et dirigés vers la face inférieure de ladite feuille.
Method and device for heating glass sheets in an oven
The present invention relates to a process for heating glass sheets in an oven, in particular with a view to subsequent heat treatment of the latter, in particular by tempering.
The invention also relates to a device for implementing said method.
Furnaces for heating glass sheets with a view in particular to their subsequent tempering comprise a roller conveyor, generally coated with ceramic, above and below which electrical resistors are arranged intended for radiant heating of the glass sheets transported on said glass conveyor. The assembly is placed in an insulating enclosure. When the resistors are heated, the conveyor rollers accumulate heat and quickly return it to the glass with which they come into contact, by conduction. With equal heating power of the lower and upper resistances, the lower face of a glass sheet therefore receives a greater amount of heat per unit of time than the upper face.
This can cause a concave deflection of such a glass sheet relative to the plane of the conveyor, which eventually leads to a deterioration of its flatness as well as to surface defects due to a concentration of the weight of the glass sheet on a portion. reduced surface area of the rollers. Non-uniform heating of the glass sheets can also cause optical distortions of the glass as well as affect the homogeneity of their fragmentation when tempered, when they are broken.
This phenomenon is further accentuated when the glass sheets heated in the oven are coated with low emissivity (low-e) layers which therefore have the property of reflecting a significant part of the heat radiated by the resistors. The coated side of these sheets is generally that which does not come into contact with the conveyor rollers so that these do not cause damage to the coating of these sheets by mechanical contact. Consequently, not only do the conveyor rollers bring to the underside of the glass sheet an additional amount of heat to that radiated by the lower resistances of the furnace, but a substantial part of the heat radiated by the upper resistances does not heat the upper side of leaves.
A significant thermal imbalance results from the combination of these two phenomena, leading to a corresponding concave deflection of the glass sheets and to the consequent drawbacks. Local changes in the optical properties of the layers of the coating carried by a glass sheet may follow, or even burns of this coating. These deteriorations will be further accentuated if one seeks to restore the flatness of a glass sheet by increasing the amount of heat radiated by the resistors arranged above the conveyor.
It has been proposed to overcome the aforementioned drawbacks by balancing the temperature profile of the glass sheets conveyed into the oven.
In particular, one can provide for this purpose in the heating oven, in particular according to the teachings of US Pat. No. 4,390,359, a device for injecting hot gas above the upper face of the glass sheets conveyed into said oven. A heat transfer by forced convection takes place between the gas jets and the upper surface of the sheets, such transfer being independent of the emissivity of the surface on which the heat is applied. In this case, it is necessary to interrupt the injection of gas during the heating cycle, when the temperature of the glass has increased sufficiently, otherwise a convex deflection of the sheets may occur.
Controlling the precise moment when it is necessary to limit the supply of heat by forced convection to the upper surface of the glass sheets is delicate and depends on several factors such as the flow and temperature of the gas jets, the number and the composition of the conveyor rollers, the quantity of glass sheets conveyed into the oven per unit of time, which influences the temperature, of the rollers. This has the consequence of making necessary a complex regulation system of the gas injectors which must therefore be provided to ensure the control in question.
Instead of increasing by forced convection the quantity of heat supplied to the upper face of glass sheets, it has also been proposed by patent application WO 97/44283 to reduce the heat supply to the lower face of the glass sheets. glass, by a cold gas injection device under the conveyor, towards the underside of the glass sheets.
Such a device also poses the problem of controlling the supply of cold gas under a sheet of glass as it progresses through the oven, and therefore also requires that a complex regulation system for the gas injectors be planned to ensure said control. Furthermore, the cooling of the atmosphere of the furnace is unfavorable to the heating efficiency of the glass and therefore to the quantity of glass sheets that the furnace can process per unit of time.
It has also been proposed by patent EP 058529 to have under the conveyor a device for injecting hot gas perpendicular to the glass sheets, which device is activated when the amount of heat radiated by the resistors below the conveyor and reflected by it ci so that it does not reach the underside of the glass sheets, becomes greater than that transmitted by the rollers to this face by conduction, causing the heat balance of the heat transfer to the faces of the sheets to become unfavorable to their face lower. The device according to EP 058529 is engaged in order to restore the flatness of the glass sheets.
However, such a device implies, because the direction of the gas jets is perpendicular to the underside of the glass sheets, that the rate of forced convection applied to this face remains substantially constant, whatever the flatness of said sheets. Therefore, when the heat input to the sheets at their upper face, opposite the conveyor is excessive so that it causes a convex deflection of the latter, the excess in question is not compensated by a corresponding increase the rate of forced convection applied to the underside of the leaves.
This thermal imbalance is further reinforced by the fact that when a glass sheet bends convexly above the conveyor, the rollers of the latter no longer provide heat by conduction to the underside of the sheet since the contact between it and said rollers is broken over the major part of the face considered.
The present invention aims to solve the problems of controlling the stability of the flatness of glass sheets in an oven for heating said sheets, in particular with a view to subsequent heat treatment of the latter, by proposing a method of heating glass sheets. in an oven in which the glass sheets are transported by a horizontal roller conveyor through the oven, where the faces of a glass sheet are heated by means of radiation heating, for example electric resistances or the like, arranged above and below said sheet and in which, in particular in order to balance the total thermal effect applied to the upper and lower faces of a glass sheet,
said faces are subjected to a forced heat convection effect by injection of hot gas into the furnace above and below a glass sheet, the gas being injected below a glass sheet in the form of jets, the l 'axis of symmetry is oblique relative to the direction of movement of a glass sheet on the conveyor and directed towards the underside of said sheet.
Any inclination of at least five degrees from the vertical is considered to be oblique.
The invention also relates to a device for heating glass sheets in an oven comprising a conveyor with substantially horizontal rollers, radiant heating means arranged above and below the conveyor, hot gas injectors also arranged below and at above the conveyor and the gas supply means for the injectors,
in which those of the injectors arranged under the conveyor are oriented so that their axis of symmetry is oblique relative to the direction of movement of a glass sheet on the conveyor The injection of hot gas in the form of oblique jets directed towards the underside of a glass sheet allows the rate of forced convection at this face to increase appreciably when the sheet bends convexly above the conveyor when the supply of heat to the upper face of said sheet becomes higher than that applied to the underside of this sheet.
In fact, as long as the sheet is flat on the conveyor rollers, each jet of hot gas only substantially affects the surface portion of the glass located between two rollers. On the other hand, as soon as the sheet bends above the conveyor, each jet of hot gas, due to its obliquity relative to the sheet, affects a much larger portion of the surface of the latter, increasing in proportion the rate of convection forced heat at the underside of the glass sheet.
This is not the case when gas jets are directed perpendicular to said face because then, when the sheet bends above the conveyor, the portion of its surface affected by each gas jet is not significantly modified.
The increase in the rate of forced convection at the level of the underside of a glass sheet allowed by the invention leads to practically eliminating the bending of said sheet and therefore makes it possible to stabilize the flatness of the latter on the conveyor. In fact, the increase considered will occur every time the glass sheet bends above the conveyor.
Normally, the pressure of the hot gas in the means for supplying the injectors below the conveyor always remains substantially lower than the pressure of the hot gas in the means for supplying the injectors above the conveyor so that the heat provided by the gas injected under the conveyor at the lower face of a glass sheet cannot cause an imbalance in favor of the lower face, which could cause a concave deflection of this sheet above the conveyor.
From then on, the invention also relates to the use of the heating device described above in order to stabilize the flatness of glass sheets in an oven for heating said sheets, in particular glass sheets carrying a coating of layers of low emissivity type.
The hot gas injected into the furnace may have been warmed from ambient temperature on entering the injector supply means, during its passage through these means up to the injectors, which means are themselves heated by the electric resistors arranged in the oven. Alternatively, the gas can be heated outside the oven before being introduced into the injector supply means. In any event, it is preferred that the gas injected into the oven be brought to a temperature above 400 [deg.] C.
Preferably, the injection of hot gas under the conveyor is not started as soon as the sheet enters the oven. Therefore, it is preferred that the hot gas supply ramps of the injectors arranged under the conveyor are controlled separately, for example by means of opening and closing valves of the latter. In this way, the underside of said sheet is first only heated by the heat radiated by the resistors arranged under the conveyor as well as by that driven by the rollers while the upper face of the sheet is also heated by the radiant heat. by the resistors arranged above the conveyor as well as by forced convection by means of jets of hot gas directed towards said face. This prevents the glass sheet from bending concave above the conveyor.
When the heat balance of the heat supplied to each face of the sheet becomes unfavorable to its underside and that consequently the sheet bends convexly above the conveyor, the injection of hot gas in the form of oblique jets directed towards the underside of the sheet is engaged and can be maintained during all or part of the path of the sheet in the oven.
Consequently, the invention provides a system for self-regulating the flatness of glass sheets conveyed in an oven for heating said sheets. It is therefore not necessary to regulate the injection of hot gas in the form of oblique jets directed towards the underside of a glass sheet according to the invention once it has been engaged.
It is also preferable that the control device for each hot gas supply ramp of the injectors arranged under the conveyor allows modulation of the pressure of said gas as a function of the thickness of the glass sheets conveyed in the oven as well as of the emissivity of the coating they wear. In this way, the stabilization of the flatness of the sheets can be optimized as a function of its characteristics.
The initiation of the injection of hot gas under the conveyor can according to a preferred form of the invention be controlled by a system for detecting the inflection of the glass sheet above the conveyor, or by a timer system.
It is preferable that the axis of symmetry of the gas jets directed towards the underside of a glass sheet according to the invention intersects the plane of the underside of a glass sheet on the conveyor beyond the middle of the distance separating the axes of symmetry of two successive rollers. In this way, at an equal distance between the injectors and the rollers, the angle formed by the oblique gas jets and the underside of a glass sheet is more acute, which favors a good flow of the gas on the surface of the sheet when it bends above the conveyor.
Preferably, the means for supplying compressed gas to the device according to the invention comprise pipes arranged substantially parallel to the axes of the conveyor rollers, on which the injectors are mounted. Such a configuration makes it possible to simultaneously control all the injectors disposed on a pipe by means of a single valve for opening and closing this pipe.
It is preferred that each of the injectors disposed under the conveyor is located under a roller of said conveyor. In this way, in the event of a glass sheet breaking on the conveyor, these means do not hinder the falling of the glass fragments between the rollers and cannot be damaged or the injectors which they carry obstructed by these fragments.
It is also preferable that the injectors placed under a roller of the conveyor are oriented so that their axis of symmetry intersects the plane of the underside of a glass sheet on the conveyor beyond the middle of the distance. separating the axes of symmetry of two successive rollers of said conveyor.
Even more preferably, said supply means are arranged under a roll on at least two. Such a spacing is favorable for good circulation of the gas under the glass sheet when the latter bends above the conveyor.
According to another preferred form of the invention, the gas pressure measured at the end of a hot gas supply manifold for the injectors arranged under a glass sheet is between 0.15 and 10 bars, preferably between 0.2 and 6 bars, more preferably between 0.25 and 3.5 bars. It is also preferable that these injectors are aligned parallel to the axes of the rollers and separated by a distance of between 40 and 200 mm, preferably between 130 and 170 mm. It is also preferable that said injectors are separated from said sheet by a distance of between 25 and 300 mm, preferably between 80 and 160 mm, more preferably between 90 and 140 mm.
Such pressures and distances are optimal to promote good heat transfer between the gas and the glass sheet while preventing excessive turbulence from forming in the gas jets at the faces of the glass sheets which could disturb the homogeneity of heating the glass.
For similar reasons, it is preferred that the section of each injector placed under a glass sheet is less than 1.5 mm <2>.
The shape of the outlet section of said injectors is adapted to the geometry of each oven in order to optimize the heat exchange with the glass when the sheet bends above the conveyor. It will generally be circular or oval, but other shapes are also possible according to the invention.
The invention will now be described in more detail by means of the appended figures, in which, Figure 1 is a schematic representation of a longitudinal section of a device for heating glass sheets according to the prior art. Figure 2 is a schematic representation of a longitudinal section of a glass sheet heating device according to the invention, considered at the time of engagement of the forced convection system disposed under the conveyor.
According to Figure 1, a conveyor (1) comprising rollers (2) and disposed in the enclosure (not shown) of a furnace for heating glass sheets. The conveyor (1) carries a sheet of glass (3), the underside of which is subjected to a contribution of radiation heat represented by the arrow (a) by means of electrical resistors (4) arranged under the conveyor (1) and by conduction by means of the rollers (2) which have accumulated heat radiated by the resistors (4) and return it to the sheet (3).
The upper face of the latter is subjected to a heat supply by radiation represented by the arrow (b) by means of electrical resistors (5) arranged above the conveyor (1) and by forced convection represented by the arrow (c) at means of hot gas injected into the enclosure in the direction of the upper face of the sheet (3) by injectors (6) connected to a hot gas supply ramp (7) disposed above the conveyor (2) and itself connected to a compressor (not shown). Under the effect of a higher heat input at its upper face than that to which its lower face is subjected, the sheet (3) flexes convexly above the conveyor (1) and this bending is maintained during the remaining duration of the glass heating cycle.
Figure 2 shows the elements of Figure 1 referenced in the same way. According to the invention, when the sheet (3) flexes convexly above the conveyor (2), the underside of said sheet is subjected to a supply of heat by forced convection represented by the arrows (d) by means hot gas injected obliquely in the direction of the underside of the sheet (3) by injectors (8) connected to a hot gas supply ramp (9) disposed under the conveyor and itself connected to a compressor (not shown).
The injectors (8) are supplied with compressed hot gas when the sheet (3) flexes convexly above the conveyor and the heat supply by forced convection at the underside of the sheet (3) allows the latter, by balancing the heat input at the lower and upper faces of said sheet, to regain its flatness.
The invention can be illustrated by the following example of application:
In a glass sheet heating furnace comprising a roller conveyor, glass sheets are conveyed with a view to subjecting them to a heating treatment prior to a subsequent tempering or bending step. Said oven is provided with electric resistors arranged above and below the conveyor so as to establish in the oven a temperature above the conveyor of 700 [deg.] C and below the conveyor of 690 [deg.] C. The oven is also equipped with hot air supply ramps of injectors of this gas to the conveyed glass sheet, arranged parallel to each other and to the glass sheet and orthogonally to the direction of movement of said sheet in the oven. . These ramps are 9 in number above the conveyor and 5 below.
Each upper ramp is separated from the neighboring ramp by a distance of 550 mm and each lower ramp is arranged under a roll on 8. Each of the ramps is provided with 45 equidistant injectors, with an outlet section of 0.7 mm and this section is separated from the glass sheet by a distance of 150 mm. The upper injectors are arranged in such a way that their axis of symmetry is orthogonal to the plane of the upper face of a sheet of glass and the lower nozzles so that their axis of symmetry is oblique relative to the direction of movement of the sheets of glass in the oven and that it cuts the plane of the underside of these sheets to three quarters of the distance between the axes of two successive rollers.
The supply ramps consist of a tube with an internal diameter of 50 mm and are themselves each supplied with air by a coil 12 in length and 15 mm in diameter wound around the ramp. The T [deg.] Of the air inside the ramps is thus maintained at 670 [deg.] C in the event of continuous injection of air into the oven, the air supply pressure of the ramps being adjustable .
A glass sheet of 6 mm thickness carrying a coating of layers giving it an emissivity of 0.03 is conveyed into the oven, the upper supply ramps of the injectors being subjected to an air pressure of 6 bars and the lower ramps not being supplied with air. After 60 seconds of presence in the oven, the glass sheet curves convexly above the conveyor and thus remains deformed until the end of the heating cycle, i.e. 310 seconds after the sheet enters the oven .
It results from this bending of the sheet surface irregularities due to the pressed contacts of the marginal parts of the sheet on the rollers, a deterioration of the optical properties of the coating carried by this sheet due to the inhomogeneity of the distribution of heat to the surface of said coating and an irregular fragmentation of this sheet during a break test after quenching.
Another glass sheet with characteristics identical to the previous one is introduced into the oven and the lower ramps for supplying hot gas to the injectors are supplied with air under a pressure of 1 bar. No significant deformation of the glass sheet is then no longer observed during the rest of the heating cycle of said sheet. Faults which have appeared in the absence of supply to the lower ramps are not noted.
The invention also makes it possible to reduce the heating cycle time of glass sheets bearing no coating with low emissivity without this reduction being made at the cost of the aforementioned defects, by allowing the supply of heat by forced convection to the face upper of a glass sheet is increased compared to that allowed in an oven not comprising a forced convection device according to the invention, this increase being offset by said device. Thus, the duration of a heating cycle for 6 mm thick sheets of clear glass can be reduced from 260 to 210 seconds, ie a gain of the order of 20%.
CLAIMS
1. A method of heating glass sheets in an oven in which process glass sheets are transported by a conveyor with substantially horizontal rollers through said oven where the faces of a glass sheet are heated by radiation heating means arranged above and below said sheet and in which said faces are subjected to a forced heat convection effect by injection of hot gas into the oven above and below one of said glass sheets characterized in that the gas is injected below one of said glass sheets in the form of jets whose axis of symmetry is oblique relative to the direction of movement of a glass sheet on the conveyor and directed towards the underside of said sheet.