PROCEDE ET APPAIEIL POUR LA FABRICATION DE FIBRES EN VERRE
OU MATIERES ANALOGUES.
La présente invention se rapporte aux procédé et
appareils pour la fabrication de fibres de verre ou matières
analogues, dans lesquels on fait s'écouler de minces filets de
la matière fondue l'un à coté de l'autre et on les étire en
fibres par des courants gazeux soufflés sur les côtés opposés des
filets de matière et sensiblement dans leur direction d'écoulement.
L'invention a surtout pour but de perfectionner ces
procédés et appareils de telle manière qu'il en résulte un effet
d'étirage plus intense, plus sûr et plus uniforme des filets de
matière par les courants gazeux et que l'effet d'étirage soit en
outre réglable pour permettre la production de fibres de finesses
et, ou de longueurs désirées.
Suivant l'invention, les courants gazeux sont disposés en
deux séries, de part et d'autre des filets de matières, sensible- <EMI ID=1.1>
ment en regard les uns des autres, chaque série comportant un certain nombre de ces courants gazeux placée à une certaine distance l'un de l'autre, en formant entre eux des zones relativement calmes, dans et à travers lesquelles se produit une aspiration d'air extérieur, tandis que l'on fait passer les filets de matière entre les courants gazeux, en particulier dans les dites zones calmes entre les dits courants gazeux. Les filets de verre sont ainsi entraînés dans ces zones par l'air extérieur aspiré et parviennent de façon sûre dans ou entre les courants soufflés. On est en même temps certain que ces courants soufflés exercent alors sur les filets de matière un effet d'étirage substantiellement uniforme, en assurant la formation de fibres uniformes correspondantes.
Pour pouvoir fabriquer, par les mêmes moyens, des fibres de diamètres et longueurs différents, l'invention prévoit également la possibilité de faire varier la distance entre le point de formation des filets liquides à partir de la matière fondue et celui où ils pénètrent dans la zone d'action des courants gazeux. Oette distance détermine en effet en partie la vitesse de l'air aspiré par les courants gazeux et par suite l'intensité de l'effet d'étirage qui est exercé sur les filets de matière pénétrant dans ces courants. De cette distance dépend également le degré de "fouettement" auquel les filets de matière sont soumis.
De cette distance dépend en outre la température que doivent avoir les orifices de sortie des filets de matière-car ces orifices sont baignés par l'air aspiré,- et aussi la température à laquelle les filets de matière pénètrent dans les courants gazeux.
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sur les filets de matière est plus poussé, la température aux orifices de sortie de ces filets diminue, les filets sont plus
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trent, en raison de la courte distance, à'une température élevée dans les courants gazeux. Comme résultat, le diamètre des fibres et éventuellement aussi leur longueur moyenne peuvent être
réduits.
Dans le cas d'une distance relativement grande , la température aux orifices de sortie des filets de matière reste élevée, l'effet d'étirage sur ces filets et aussi le "fouettement" de ceux-ci ne*sont plus si marqués, et les filets pénètrent à une température relativement peu élevée dans les courants gazeux. Il en résulte des fibres de plus grand diamètre et de plus grande longueur.
Une distance appropriée pour la production de fibres de grande finesse, telles qu'elles conviennent en particulier pour des applications textiles et calorifuges, est de 3 mm. environ. On obtient une production accrue, en raison d'un fouettement plus fort des filaments de matière, pour une distance de l'ordre de 6 mm. Si l'on veut fabriquer une fibre plue grossière, par exemple comme matière filtrante, il convient d'adopter une distan-
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qu'à titre d'exemples et comme ne limitant nullement l'invention.
L'invention est en outre caractérisée en ce que les courants gazeux de chacune des séries sont dirigés sur les filets de matière suivant un angle aigu, de préférence un angle de 10-14[deg.], par rapport à la direction d'écoulement de ces filets. On obtient ainsi un effet d'étirage très marqué, tout en évitant des courants tourbillonnaires, qui risqueraient de provoquer une dissémination des fibres dans tous les sens.
Pour l'exécution du procédé suivant l'invention, on peut utiliser tout appareil approprié, dans lequel il est prévu, audessous d'une série d'étroits orifices d'écoulement, ménagés dans un réservoir pour l'écoulement de la matière fondue sous forme
de minces filets, un souffleur pour la production de courants gazeux sous pression servant à l'étirage des filets de matière, et à travers lequel ces filets de matière passent pour être étirés en fibres. Le souffleur comporte de préférence deux chambres de pression pour l'agent gazeux de soufflage, qui sont situées des deux cotés du trajet d'écoulement des filets de matière et qui comportent des fentes de sortie, dirigées vers
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à une certaine distance l'une de l'autre et dirigées vers le bas.
Dans un appareil de ce genre, le souffleur est conformément à l'invention agencé de manière à pouvoir régler sa position dans, le sens horizontal en sorte de pouvoir être disposé, relativement aux orifices d'écoulement des filets de matière à partir du réservoir, de façon que ces filets s'écoulent dans les zones intermédiaires, relativement calmes, qui se trouvent formées entre les courants soufflés produits l'un à coté de l'autre. De préférence aussi, le souffleur est réglable en position dans le sens vertical.
Les tuyères du souffleur sont construites de telle manière
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filets de matière.
Le réservoir de matière fondue peut comporter un nombre quelconque voulu de filières avec d'étroits orifices d'écoulement et être muni de dispositifs de chauffage, grâce auxquels les filières et leurs orifices d'écoulement sont maintenus à des températures égales ou différentes. Il est possible ainsi de fabriquer, à partir d'un même réservoir de matière fondue, en même temps et en différents endroits, des fibres de même nature aussi bien que des fibres de natures différentes, en particulier de diamètres différents. Pour le maintien de la température dans les filières, il est avantageux de prévoir, à l'intérieur du réservoir, un brûleur à gaz au-dessus de chaque filière.
Les tuyères du souffleur sont de préférence formées par des rainures ménagées dans des plaques de recouvrement, qui sont fixées sur les faces, tournées vers le trajet d'écoulement des filets de matière, des chambres de pression du souffleur, de telle manière que ces plaques recouvrent des fentes de sortie de ces chambres sur toute leur longueur, en ne laissant passer l'agent de soufflage que par les rainures des dites plaques.
Par la production des courants soufflés à une certaine distance l'un de l'autre, dans les conditions indiquées, on obtient, outre les avantages déjà mentionnés, encore une réduction dans la consommation de vapeur ou de gaz servant à l'étirage.
Le procédé décrit et les appareils décrits ci-après permettent de fabriquer des fibres de verre de types différents et avec des propriétés différentes et avec des vitesses de production différentes. On peut aussi bien produire des fibres sensiblement rectilignes que des fibres plus ou moins ondulées.
Les souffleurs décrits peuvent également être utilisés avantageusement dans des appareils dans lesquels l'étirage des fibres a lieu par voie mécanique.
Les dessins ci-joints représentent à titre d'exemples quelques formes de réalisation d'appareils pour la fabrication de fibres de verre suivant l'invention:
La fig.l est une vue en perspective du souffleur;
La fig.2 montre une coupe transversale de ce souffleur suivant la ligne 2-2 sur la fig.l, avec une partie du réservoir situé au-dessus du souffleur;
La fig.3 représente le souffleur vu en plan, partie en coupe horizontale;
La fig.4 est une vue de détail d'une partie de l'une des plaques de recouvrement du souffleur;
La fig.5 est une vue en élévation de face d'un appareil pour la fabrication de fibres de verre comportant deux souffleurs;
La fig.6 est une vue en élévation de côté de cet appareil;
La fig.7 est une vue partielle en coupe, montrant comment peut être assurée la production des fibres;
La fig.8 est une vue en coupe transversale à travers un appareil, dont le réservoir de matière fondue comporte un certain nombre de filières et un nombre correspondant de souffleurs
La fig.9 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne IX-IX sur la fig.8;
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dans l'appareil suivant les figs. 8 et 9; et
La fig.ll est une vue en coupe transversale de ce souffleur
suivant la ligne XI-XI sur la fig.10.
Comme il est visible sur les figs. 1 à 4, le souffleur 9 comporte deux moitiés établies sous forme de blocs 10, qui délimitent entre eux un canal ou fente 11 pour le passage des filets
24 de verre fondu ou matière analogue. Le souffleur est placé à une distance réglable au-dessous de la filière 23 d'un réservoir
22, constitué par une enveloppe ou boite en matière réfractaire
23a et une pièce d'embouchure métallique 23b. Cette dernière comporte une série d'orifices d'écoulement 26 pour les filets de verre. Le cas échéant, il peut également être prévu deux ou plusieurs séries d'orifices d'écoulement dans la filière.
Aux extrémités du souffleur, des plaques 12 sont fixées sur les blocs 10 au moyen de vis 13. Ces plaques maintiennent les blocs à la distance convenable l'un de l'autre pour former le canal de passage 11 et empêcher en même temps aux extrémités
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Les blocs 10 comportent dans le sens de leur longueur des chambres de pression 14, dans lesquelles de l'air,de la vapeur d'eau ou un autre gaz est amené sous pression par des conduites
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à partir des chambres de pression 14, des fentes longitudinales
16, qui s'étendent de préférence sur toute la longueur des
blocs 10. Aux faces 17 sont fixées, au moyen de vis 19, des plaques 18, qui s'étendent également sur toute la longueur des blocs 10, Ces plaques partent du bord supérieur du canal 11 et s'étendent vers le bas au-delà des fentes 16 de façon à recouvrir complètement celles-ci.
Chacune des plaques de recouvrement comporte sur sa face intérieure plusieurs rainures étroites 20, qui forment entre elles des nervures 21. Il est ainsi formé une série de tuyères de soufflage étroites, situées à une certaine distance à coté l'une de l'autre, pour la sortie du fluide de soufflage sortant des chambres de pression. Les faces 17, sur lesquelles les plaques 18 sont fixées, sont inclinées vers la bas vers l'intérieur , et les faces extérieures des plaques peuvent présenter une inclinaison appropriée par rapport à 1'autre; les courants soufflés sortant des tuyères se rencontrent ainsi l'un l'autre.
Les tuyères, formées par les rainures 20, dans les deux plaques 18, sont situées par paires en regard l'une de l'autre , de sorte que les courants soufflés sortant de ces tuyères se réunissent chaque fois en un courant commun et qu'il se forme, entre les courants adjacents réunis, des zones relativement calmes. Le souffleur est d.e position réglable dans le sens horizontal et dans le sens vertical et est de préférence disposé, par rapport aux orifices de sortie 26 du réservoir, de telle manière que les filets de verre 24 s'écoulent dans les dites sones calmes (voir la fig.7). De cette manière , chaque filet
de verre parvient de façon sûre entre deux courants soufflés adjacents et est étiré par ceux-ci. Cette disposition empêche également que les filets de verre, en pénétrant dans la région des courants soufflés, se rencontrent l'un l'autre.
L'inclinaison des tuyères 20 relativement au trajet des filets de verre présente une importance marquée pour une bonne marche de l'appareil. L'angle entre les filets de verre et les. courants soufflés, sur chacun des côtés, est,comme représenté sur la partie inférieure de la fig.2,, avantageusement compris
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Des écarts importants relativement à cette valeur ne donnent pas lieu à une marche satisfaisante de l'appareil et conduisent
à l'obtention d'un produit de qualité moindre. On constate en effet que si l'angle mentionné est sensiblement plus grand qu'il n'est indiqué ci-dessus, il se forme des courants transversaux et des courants tourbillonnaires qui nuisent à l'effet de traction constant sur le verre; en outre, l'a.ir, se trouvant audessus du souffleur, ne peut pas être aspiré régulièrement vers le bas; bien au contraire, il se produit certaines réactions, qui ont tendance à ramener les fibres vers le haut après qu'elles ont quitté le souffleur, et ces fibres peuvent salir ou obstruer les orifices de sortie de la filière. D'autre part, si l'angle entre les courants soufflés et les filets de verre est',réduit sensiblement au-dessous de la valeur mentionnée, les courants soufflés ne sont plus aptes à bien saisir, entrainer et étirer correctement le verre.
L'écartement des courants soufflés entre eux est également important pour la bonne marche de l'appareil. Si ces courants soufflés sont situés trop loin l'un de l'autre, les fibres ne se trouvent pas soumises à une action d'entraînement assez énergique; si par contre ils sont trop rapprochés, il peut se produire des difficultés pour l'entrée des filets de verre dans les courants soufflés. L'écartement peut aller de 1,5 à 9 mm. et on choisit de préférence un écartement d'environ 3 mm.
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important, car d'elle dépend la position du point ou de la ligne suivant lequel les courants soufflés se rencontrent entre eux et les filets de verre rencontrent les courants soufflés. Si ce , point est situé trop bas, les courants soufflés ont en ce point déjà perdu une partie de leur force. Si, par contre,.ce point est situé trop haut, la résistance s'opposant à l'entrée des filets de verre est dans certaines circonstances trop forte.
Dans la fabrication de fibres, dans laquelle en vue notamment d'accroître la production, un "fouettement" est exercé sur les fibres et/ou sur les filets de verre à étirer, la largeur de ce canal de passage 11 est de préférence de 8 mm. environ., Pour la production de fibres plus fines par un étirage rectiligne, on choisit avantageusement une largeur d'environ 6 mm. Pour des fibres moins fines, telles qu'on les utilise par exemple pour des filtres à air, on peut prévoir avantageusement un canal de passage d'une largeur d'environ 10 mm.
Les figs. 5 et 6 représentent un four de fusion 22 avec deux filières 23 dans le fond ou sole de l'avant-corps. Chacune des filières présente la construction visible sur la fig.2 et comporte une série d'orifices d'écoulement 26, et au-dessous de chaque filière est disposé un souffleur 9 du genre décrit. Aux tubes de raccord 15 des souffleurs, il est amené de l'air, de la vapeur d'eau ou un autre gaz sous pression par une conduite principale 25'.
Dans l'appareil construit suivant les figs. 8 et 9, le four de fusion 22, ou un avant-corps de celui-ci, comporte, dans son fond ou sole, plusieurs filières ou bassins 23, qui sont disposés suivant deux rangées parallèles. Il est représenté ici quatre
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prévu également plus de deux rangées et un plus grand nombre d'orifices d'écoulement sur chaque rangée. Sous la sole de l'avantcorps est disposée une plaque métallique 30, munie de nervures, présentant un rebord 31, qui entoure la sole et comporte,à sa partie supérieure , une partie coudée horizontale 32. Cette partie coudée horizontale est reliée de manière appropriée à des ferscornières 34, qui entourent les bords inférieurs des parois du four.
La plaque inférieure 30 comporte des ouvertures 35, coincidant avec les filières 23, pour recevoir des boites ou enveloppes en matière réfractaire 36, qui correspondent aux boites 23a de la fig.2. Chaque boite 36 est entourée d'une couronne de support métallique 39, reposant sur des appuis métalliques 37, qui sont fixés par des vis 38 à la plaque 30.
Dans chacune des boites 36 se trouve une pièce d'embouchure métallique 40, qui correspond à la pièce d'embouchure 23b de la fig.2. Cette pièce d'embouchure présente la forme d'une auge en
V, constituant un récipient collecteur pour le verre fondu,
qui fournit les minces filets individuels de verre. La pièce d'embouchure 40 comporte des parois latérales 41, inclinées l'une vers l'autre, et des parois d'extrémité verticales 42. Elle est munie à sa partie supérieure d'un rebord 43, qui s'étend au-dessue de la face supérieure de la boite en matière réfractaire 36. Le rebord 43 est serré entre la boite 36 et la face inférieure de
la sole de l'avant-corps. Chaque pièce d'embourchure 40 comporte plusieurs orifices d'écoulement 44, correspondant aux orifices d'écoulement 26 de la fig.2. Ils sont situés ici suivant une rangée rectiligne; on peut toutefois aussi bien choisir une autre disposition.
La pièce d'embouchure 40 de la filière est constituée de préférence au moyen de platine ou d'un alliagebde platine, capable de résister aux températures élevées ainsi qu'aux influences mécaniques et chimiques du verre fondu s'écoulant par la filière. Un alliage approprié consiste en 90% environ de platine et 10% environ de rhodium. Outre le platine, on peut également utiliser de l'iridium, du rhodium et/ou de l'or ou des métaux analogues. On peut encore utiliser des alliages, tels que par exemple des alliages acier-nickel, chrome-nickel et analogues.
Les orifices d'écoulement sont naturellement légèrement étroits pour assurer la production des minces filets de verre. Pratiquement, ces orifices présentent un diamètre d'environ 0,75 mm. à 4,4 mm. La valeur exacte dépend surtout du diamètre des fibres à fabriquer.
Les pièces métalliques d'embouchure des filières, décrites ci-dessus, doivent être préférées aux pièces d'embouchure en matières céramiques, car d'étroits orifices d'écoulement dans des filières en matières céramiques s'engorgent très rapidement par suite notamment du refroidissement du verre à sa sortie. D'autre part, si l'on veut chauffer fortement des pièces d'embouchure de filières de ce genre pour éviter cet engorgement,
il se produit une usure rapide et une destruction rapide de ces pièces. En outre, les matières céramiques sont mauvaises conductrices de la chaleur, ce qui rend difficile le chauffage correct de celles-ci, ou de leurs orifices d'écoulement.
Pour maintenir les pièces d'embouchure métalliques des filières à une température élevée, la plupart du temps à la température du verre fondu passant à travers ces pièces, il est prévu, dans la construction représentée, un chauffage électrique. Le métal constitue une surface sur laquelle le verre fondu peut s'écouler en glissant régulièrement et sans frottement sensible.
Dans le cas de pièces d'embouchure de filières en métal à chauffage électrique, on assure également le rétablissement automatique de l'écoulement des minces filets de verre fondu lors d'une interruption éventuelle. C'est ainsi par exemple qu'une petite bulle de gaz parvenant dans le filet de verre qui s'écoule peut provoquer une interruption dans l'écoulement de ce filet,
en particulier du fait qu'au voisinage de l'orifice d'écoulement il règne une dépression partielle sous l'effet de laquelle la bulle de gaz entraînée se dilate et interrompt l'écoulement du filet de verre à l'endroit de l'orifice. Il en résulte une contraction et une accumulation momentanées du verre qui s'écoule, au-dessous de l'orifice, mais la température élevée des parois
de l'orifice empêche une solidification du verre et un engorgement de l'orifice; au contraire, le verre reste liquide et, sous l'action des courants soufflés, il se trouve entraîné à nouveau de lui-même et continue à être étiré.
Chaque pièce d'embouchure de filière comporte à sa partie supérieure, au niveau du rebord 43, un tamis en toile métallique
46, qui est de préférence soudé à cette pièce et qui peut être fait du môme métal ou alliage que la pièce d'embouchure de filière elle-même. Les mailles du tamis 46 sont assez serrées pour empêcher le passage de petites pierres ou de particules
de matière céramique, qui engorgeraient les orifices d'écoulement
44.
.L'inclinaison des parois latérales 41 de la pièce d'embou- <EMI ID=13.1>
verre. Dans le cas d'une inclinaison trop réduite, c'est-à-dire d'un angle trop élevé entre ces parois, la vitesse d'écoulement se trouve réduite et un tamis relativement large est nécessaire.
D'autre part, des parois à pente trop raide empêchent également l'écoulement, d'autant plus que le tamis 46 ne peut alors recevoir que des faibles dimensions. Il a été constaté qu'on obtient des résultats satisfaisants lorsque les parois 41 sont
<EMI ID=14.1> entendu s'écarter de cette valeur dans une certaine mesure.
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réfractaire 36 et la sole du four, on prévoit également un refroidissement pour le bord de la boite et pour le rebord métallique recouvrant celle-ci. A cet effet, la boite 36 comporte dans sa face supérieure un évidement annulaire 48 propre à recevoir un tube 49, par lequel on peut faire passer de l'eau ou un autre agent de refroi" dissement approprié. Ce dispositif de refroidissement produit la solidification de verre liquide qui pénétrerait éventuellement jusqu'en cet endroit, ce qui assure le maintien d'un joint étanche.
Les pièces d'embouchure métallique 40 des filières sont munies, à leurs extrémités opposées, de saillies 50, auxquelles sont fixées des bornes en forme de fourche 51, qui relient ces pièces d'embou-
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composées de plusieurs lames métalliques susceptibles de céder si les filières se dilatent ou se contractent lors de variations de
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les bornes 51.
Le courant de chauffage électrique pour les pièces d'embouchure 40 des filières est amené à partir d'une source de courant appropriée, par exemple à partir d'un transformateur (non représenté); les pièces 40 sont reliées en série l'une à la suite de l'autre, un groupe des dites pièces d'embouchure étant relié à l'autre groupe par une barre de connexion 60.
Pour assurer un réglage additionnel des conditions nécessaires de température à l'endroit des orifices d'écoulement des filières, il est prévu des brûleurs 56. Pour chaque pièce d'embou-
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de l'avant-corps, Leurs flammes passent au travers d'une ouverture
57 et viennent rencontrer directement la masse de verre 27. L'effet de chauffage des.brûleurs est dans un certain sens localisé, en ce que les flammes et les gaz viennent chauffer essentiellement les parties de la masse de verre fondué qui sont situées au-dessus des filières individuelles 23. Des robinets, prévus dans les conduites d'alimentation des brûleurs, permettent de régler la chaleur produite par chaque brûleur.
La disposition décrite permet de maintenir le verre dans toutes les filières sensiblement à la même température. La température peut être accrue ou abaissée pendant l'opération par le réglage des brûleurs et le réglage de l'amenée de courant électrique. Grâce à ces possibilités de réglage, on dispose également d'un moyen de maintenir des températures différentes dans des filières différentes et de produire ainsi, à partir de la même masse de verre, simultanément, des fibres de diamètres différents à partir de filières différentes. Le plus souvent cependant on préférera atteindre la même température dans toutes les filières, pour fabriquer partout le même produit.
Les souffleurs, destinés à produire les courants gazeux sous pression servant à l'étirage des filets de verre en fibres, correspondent en substance aux dispositifs de soufflage déjà décrits en référence aux figs. 1 à 7. A chaque pièce d'embouchure
40 d'une filière correspond un souffleur 62. Chacun de ces souffleurs comporte deux chambres de pression 63, s'étendant parallèlement l'une à l'autre et comprenant entre leurs parois tournées l'une vers l'autre le canal 64 pour le passage des filets de verre à étirer en fibres. Chaque chambre de pression consiste en une pièce inférieure 66 et en une pièce supérieure
67, formant couvercle, qui sont reliées entre elles par des vis
68. La pièce inférieure 66 est encore munie de tiges de guidage
(fig.lû), qui s'adaptent dans des trous correspondants du couvercle 67, pour permettre de faire coincider exactement les deux pièces. Les faces intérieures 71 des pièces inférieures 66 sont situées un peu en retrait par rapport à des lèvres en surplomb
72 des couvercles 67, et entre ces deux parties sont formées les tuyères de soufflage 65, qui laissent sortir des séries de courants soufflés à une certaine distance l'un de l'autre.
A l'une des extrémités du souffleur, il est prévu, sur les pièces inférieures 67 des chambres de pression, une tige trans-versale 73 (fig.10) qui maintient les chambres à l'écartement convenable l'une de l'autre. A l'autre extrémité du souffleur il est prévu le tube de raccord 74 pour l'amenée de l'agent de soufflage (air, vapeur ou autre gaz). Pour pouvoir fixer commodément ce tube de raccord au souffleur, ce tube est de forme rectangulaire. La fixation a lieu par des vis 76. Des ouvertures 76, ménagées dans le tube de raccord 74, débouchent dans les chambres de pression 63.
Il en est de même que ce qui a été dit plus haut de façon générale - et en particulier en référence au souffleur suivant les figs. 1 à 7,-en ce qui concerne la grandeur du canal de passage 64 du souffleur 62, en ce qui concerne également l'inclinaison des tuyères 65 et l'inclinaison des parois comportant ces tuyères, ainsi que l'écartement des tuyères l'une de l'autre
pour former entre elles des zones relativement calmes et en ce qui concerne la possibilité du réglage de la position des souffleurs dans le sens vertical et dans le sens horizontal, le réglage de l'écartement des douffleurs par rapport aux orifices d'écoulement des pièces d'embouchure des filières et le réglage par rapport à celles-ci de telle manière que les filets de verre se trouvent amenés à passer dans les zones relativement calmes entre les tuyères de soufflage.
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leurs, dans l'extrémité supérieure de hottes de guidage 101
(fig.8). Les extrémités supérieures de ces hottes ont de préférence la forme de tubes de Venturi et ces parties des dites hottes, raccordées à ces tubes de Venturi, vont alors en s'élargissant graduellement vers le bas. pour chaque souffleur, il peut être prévu une telle hotte collectrice et de guidage. Ces hottes se réunissent ensemble à leur partie inférieure en une chambre collectrice commune, dans laquelle les fibres produites se déposent, par exemple sur une bande transporteuse en mouvement.
Les hottes de guidage ne sont pas absolument nécessaires, et peuvent être supprimées le cas échéant; elles sont cependant <EMI ID=20.1>
toujours avantageuses en ce qu'elles permettent aux fibres de se déposer régulièrement et en ce qu'elles empêchent ces fibres de se disséminer dans tous les sens dans la chambre de travail.
Pendant le passage des fibres à partir du souffleur à la bande transporteuse, on peut avantageusement enduire ces fibres d'un agent approprié, par exemple par projection sur celles-ci d'enduits ou liants, éventuellement liquides, cette projection d'un liquide pouvant aussi avoir lieu directement lors du dépôt des fibres sur la bande transporteuse.
Bien que l'on se soit borné à décrire certaines réalisations préférées, il est bien entendu que l'invention n'y est pas limitée, mais qu'elle englobe au contraire les modifications, les variantes et les équivalents.
REVENDICATIONS
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analogues, dans lequel de la matière fondue est amenée à s'écouler en minces filets qui sont ensuite étirés par des courants gazeux disposés en deux séries, de part et d'autre de ces filets, sensiblement en regard les uns des autres et dirigés sensiblement dans leur direction d'écoulement, chaque série comportant un certain nombre de ces courants gazeux placés à une certaine distance l'un de l'autre, en formant entre ces courants des zones relativement calmes, dans et à travers lesquelles se produit une aspiration d'air extérieur, le dit procédé étant, en particulier, exécuté en faisant passer les filets de matière fondue dans les dites zones relativement calmes entre les courants gazeux.
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PROCESS AND APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OF GLASS FIBERS
OR SIMILAR MATERIALS.
The present invention relates to methods and
apparatus for manufacturing glass fibers or materials
analogues, in which thin threads of
the melted material next to each other and stretched
fibers by gas streams blown on opposite sides of the
streams of material and substantially in their direction of flow.
The main object of the invention is to improve these
methods and apparatus in such a way that an effect results
stronger, safer and more uniform drawing of the threads
material by the gas streams and that the drawing effect is in
additionally adjustable to allow the production of fine fibers
and, or of desired lengths.
According to the invention, the gas streams are arranged in
two series, on either side of the material threads, sensitive- <EMI ID = 1.1>
facing each other, each series comprising a certain number of these gas streams placed at a certain distance from each other, forming between them relatively calm zones, in and through which there is a suction of outside air, while the streams of material are passed between the gas streams, in particular in said calm zones between said gas streams. The glass streams are thus drawn into these areas by the outside air drawn in and safely pass into or between the blown streams. At the same time, it is certain that these blown streams then exert on the strands of material a substantially uniform drawing effect, ensuring the formation of corresponding uniform fibers.
In order to be able to manufacture, by the same means, fibers of different diameters and lengths, the invention also provides for the possibility of varying the distance between the point of formation of the liquid streams from the molten material and the point where they enter the zone of action of gas currents. This distance in fact partly determines the speed of the air sucked in by the gaseous currents and consequently the intensity of the drawing effect which is exerted on the streams of material entering these currents. This distance also depends on the degree of "whipping" to which the threads of material are subjected.
This distance also depends on the temperature that must have the outlet openings of the material streams - because these orifices are bathed by the air sucked in, - and also the temperature at which the material streams enter the gas streams.
<EMI ID = 2.1>
on the threads of material is more pushed, the temperature at the outlet openings of these threads decreases, the threads are more
<EMI ID = 3.1>
trent, due to the short distance, at a high temperature in gas streams. As a result, the diameter of the fibers and possibly also their average length can be
reduced.
In the case of a relatively large distance, the temperature at the outlets of the material threads remains high, the drawing effect on these threads and also the "whipping" thereof are no longer so marked, and the threads enter gas streams at a relatively low temperature. This results in fibers of greater diameter and greater length.
A suitable distance for the production of high fineness fibers, as suitable in particular for textile and heat insulation applications, is 3 mm. about. An increased production is obtained, due to a stronger whipping of the filaments of material, for a distance of the order of 6 mm. If it is desired to make a coarser fiber, for example as a filter material, a distance should be adopted.
<EMI ID = 4.1>
only by way of examples and as in no way limiting the invention.
The invention is further characterized in that the gas streams of each of the series are directed over the streams of material at an acute angle, preferably an angle of 10-14 [deg.], With respect to the direction of flow. of these nets. A very marked stretching effect is thus obtained, while avoiding vortex currents, which would risk causing the fibers to spread in all directions.
For carrying out the process according to the invention, any suitable apparatus can be used, in which it is provided, below a series of narrow flow openings, formed in a tank for the flow of the molten material under form
thin nets, a blower for the production of pressurized gas streams for the drawing of the material streams, and through which these material streams pass to be drawn into fibers. The blower preferably has two pressure chambers for the gaseous blowing agent, which are located on both sides of the flow path of the streams of material and which have outlet slots, directed towards
<EMI ID = 5.1>
at a certain distance from each other and directed downwards.
In an apparatus of this type, the blower is in accordance with the invention arranged so as to be able to adjust its position in the horizontal direction so as to be able to be arranged, relative to the outlets of the streams of material from the reservoir, so that these streams flow in the intermediate, relatively calm zones, which are formed between the blown currents produced one beside the other. Also preferably, the blower is adjustable in position in the vertical direction.
The blower nozzles are constructed in such a way
<EMI ID = 6.1>
threads of material.
The molten tank may have any desired number of dies with narrow outlet ports and be provided with heaters, whereby the dies and their outlet ports are maintained at the same or different temperatures. It is thus possible to manufacture, from the same tank of molten material, at the same time and in different places, fibers of the same nature as well as fibers of different types, in particular of different diameters. To maintain the temperature in the dies, it is advantageous to provide, inside the tank, a gas burner above each die.
The blower nozzles are preferably formed by grooves formed in cover plates, which are fixed on the faces, facing the flow path of the material streams, of the pressure chambers of the blower, such that these plates cover the outlet slits of these chambers over their entire length, allowing the blowing agent to pass only through the grooves of said plates.
By producing the blown streams at a certain distance from each other under the conditions indicated, in addition to the advantages already mentioned, a further reduction in the consumption of steam or gas for drawing is obtained.
The method described and the apparatus described below make it possible to manufacture glass fibers of different types and with different properties and with different production speeds. It is equally possible to produce substantially rectilinear fibers as well as more or less wavy fibers.
The blowers described can also be used advantageously in apparatus in which the stretching of the fibers takes place mechanically.
The accompanying drawings represent, by way of example, some embodiments of apparatus for the manufacture of glass fibers according to the invention:
Fig.l is a perspective view of the blower;
Fig.2 shows a cross section of this blower along line 2-2 in fig.l, with part of the reservoir located above the blower;
Fig.3 shows the blower seen in plan, part in horizontal section;
Fig.4 is a detail view of part of one of the blower cover plates;
FIG. 5 is a front elevational view of an apparatus for the manufacture of glass fibers comprising two blowers;
Fig.6 is a side elevational view of this apparatus;
Fig. 7 is a partial sectional view, showing how the production of fibers can be ensured;
Fig. 8 is a cross-sectional view through an apparatus, the molten material tank of which comprises a number of dies and a corresponding number of blowers
Fig.9 is a longitudinal sectional view along the line IX-IX in Fig.8;
<EMI ID = 7.1>
in the device according to figs. 8 and 9; and
Fig. 11 is a cross-sectional view of this blower
following line XI-XI in fig. 10.
As can be seen in figs. 1 to 4, the blower 9 comprises two halves established in the form of blocks 10, which delimit between them a channel or slot 11 for the passage of the threads
24 of molten glass or similar material. The blower is placed at an adjustable distance below the die 23 of a tank
22, consisting of a casing or box of refractory material
23a and a metal mouthpiece 23b. The latter has a series of outlets 26 for the glass threads. If necessary, two or more series of outlets in the die can also be provided.
At the ends of the blower, plates 12 are fixed to the blocks 10 by means of screws 13. These plates keep the blocks at a suitable distance from each other to form the passage channel 11 and at the same time prevent the ends
<EMI ID = 8.1>
The blocks 10 have in the direction of their length pressure chambers 14, in which air, water vapor or another gas is brought under pressure through pipes.
<EMI ID = 9.1>
from the pressure chambers 14, longitudinal slots
16, which preferably extend over the entire length of the
blocks 10. To the faces 17 are fixed, by means of screws 19, the plates 18, which also extend over the entire length of the blocks 10, These plates start from the upper edge of the channel 11 and extend downwards to the- beyond the slots 16 so as to completely cover them.
Each of the cover plates has on its inner face several narrow grooves 20, which form ribs 21 between them. There is thus formed a series of narrow blowing nozzles, located at a certain distance next to each other, for the outlet of the blowing fluid leaving the pressure chambers. The faces 17, on which the plates 18 are fixed, are inclined downwardly inward, and the outer faces of the plates may have an appropriate inclination relative to each other; the blown streams leaving the nozzles thus meet each other.
The nozzles, formed by the grooves 20, in the two plates 18, are located in pairs facing each other, so that the blown streams leaving these nozzles meet each time in a common stream and that relatively calm zones are formed between the adjacent currents united. The blower is of adjustable position in the horizontal direction and in the vertical direction and is preferably arranged, with respect to the outlet openings 26 of the reservoir, such that the glass threads 24 flow into the said calm sones (see fig. 7). In this way, each fillet
of glass safely passes between two adjacent blown streams and is drawn by them. This arrangement also prevents the glass streams, entering the region of the blown streams, from meeting each other.
The inclination of the nozzles 20 relative to the path of the glass streams is of marked importance for proper operation of the apparatus. The angle between the glass fillets and the. blown currents, on each side, is, as shown in the lower part of fig. 2, advantageously understood
<EMI ID = 10.1>
Significant deviations from this value do not result in satisfactory operation of the device and lead to
to obtaining a lower quality product. It can in fact be seen that if the angle mentioned is appreciably greater than indicated above, transverse currents and vortex currents are formed which adversely affect the constant tensile effect on the glass; moreover, the air, located above the blower, cannot be sucked evenly downwards; on the contrary, certain reactions occur which tend to bring the fibers back upwards after they have left the blower, and these fibers can dirty or clog the outlet orifices of the die. On the other hand, if the angle between the blown streams and the glass streams is reduced significantly below the mentioned value, the blown streams are no longer able to properly grip, drag and stretch the glass.
The separation of the blown currents between them is also important for the proper functioning of the device. If these blown currents are located too far from each other, the fibers are not subjected to a sufficiently vigorous driving action; if, on the other hand, they are too close together, there may be difficulties for the entry of the glass streams into the blown streams. The spacing can range from 1.5 to 9 mm. and preferably a spacing of about 3 mm is chosen.
<EMI ID = 11.1>
important, because on it depends the position of the point or the line along which the blown currents meet between them and the glass streams meet the blown currents. If this point is located too low, the blown currents have already lost part of their force at this point. If, on the other hand, this point is situated too high, the resistance opposing the entry of the glass threads is in certain circumstances too great.
In the manufacture of fibers, in which in particular with a view to increasing production, a "whipping" is exerted on the fibers and / or on the glass nets to be drawn, the width of this passage channel 11 is preferably 8 mm. approx. For the production of finer fibers by straight drawing, a width of about 6 mm is advantageously chosen. For less fine fibers, such as they are used for example for air filters, one can advantageously provide a passage channel with a width of about 10 mm.
Figs. 5 and 6 represent a melting furnace 22 with two dies 23 in the bottom or hearth of the front body. Each of the dies has the construction shown in FIG. 2 and comprises a series of flow orifices 26, and below each die is disposed a blower 9 of the type described. To the connection tubes 15 of the blowers, air, steam or other gas under pressure is supplied through a main line 25 '.
In the apparatus constructed according to figs. 8 and 9, the melting furnace 22, or a front body thereof, comprises, in its bottom or sole, several dies or basins 23, which are arranged in two parallel rows. It is represented here four
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also provided more than two rows and a greater number of outlets in each row. Under the sole of the front body is disposed a metal plate 30, provided with ribs, having a flange 31, which surrounds the sole and comprises, at its upper part, a horizontal bent part 32. This horizontal bent part is connected in a suitable manner. with ironscornières 34, which surround the lower edges of the walls of the furnace.
The lower plate 30 has openings 35, coinciding with the dies 23, to receive boxes or envelopes of refractory material 36, which correspond to the boxes 23a of FIG. Each box 36 is surrounded by a metal support ring 39, resting on metal supports 37, which are fixed by screws 38 to the plate 30.
In each of the boxes 36 is a metal mouthpiece 40, which corresponds to the mouthpiece 23b of Fig.2. This mouthpiece has the shape of a trough in
V, constituting a collecting vessel for molten glass,
which provides the thin individual strands of glass. The mouthpiece 40 has side walls 41, inclined towards each other, and vertical end walls 42. It is provided at its upper part with a flange 43, which extends above. of the upper face of the refractory material box 36. The flange 43 is clamped between the box 36 and the lower face of
the sole of the fore-body. Each mouthpiece 40 has several flow openings 44, corresponding to the flow openings 26 of Fig.2. They are located here following a rectilinear row; however, it is also possible to choose another arrangement.
The die mouthpiece 40 is preferably made of platinum or a platinum alloy capable of withstanding high temperatures as well as mechanical and chemical influences from molten glass flowing through the die. A suitable alloy is about 90% platinum and about 10% rhodium. Besides platinum, it is also possible to use iridium, rhodium and / or gold or analogous metals. It is also possible to use alloys, such as, for example, steel-nickel alloys, chromium-nickel alloys and the like.
The outlets are naturally slightly narrow to ensure the production of the thin strands of glass. In practice, these orifices have a diameter of about 0.75 mm. at 4.4 mm. The exact value depends mainly on the diameter of the fibers to be produced.
The metal mouthpieces of the dies, described above, should be preferred to the mouthpieces of ceramic materials, because narrow flow openings in the dies made of ceramic materials become clogged very quickly as a result of cooling in particular. glass when it comes out. On the other hand, if one wishes to heat strongly the mouth pieces of dies of this kind to avoid this clogging,
rapid wear and rapid destruction of these parts occurs. Furthermore, ceramic materials are poor heat conductors, which makes it difficult to properly heat them, or their outlets.
To maintain the metal mouth pieces of the die at a high temperature, most of the time at the temperature of the molten glass passing through these pieces, an electric heater is provided in the construction shown. The metal constitutes a surface on which the molten glass can flow by sliding smoothly and without appreciable friction.
In the case of electrically heated metal die mouth pieces, automatic re-establishment of the flow of the thin streams of molten glass is also ensured in the event of a possible interruption. Thus, for example, a small gas bubble entering the flowing glass stream can cause an interruption in the flow of this stream,
in particular due to the fact that in the vicinity of the flow orifice there is a partial depression under the effect of which the entrained gas bubble expands and interrupts the flow of the glass stream at the location of the orifice . The result is a momentary contraction and accumulation of the flowing glass, below the orifice, but the high temperature of the walls
of the orifice prevents solidification of the glass and clogging of the orifice; on the contrary, the glass remains liquid and, under the action of the blown currents, it is entrained again by itself and continues to be drawn.
Each die mouth piece has at its upper part, at the level of the rim 43, a wire mesh screen
46, which is preferably welded to this piece and which can be made of the same metal or alloy as the die mouth piece itself. The mesh of the 46 screen is tight enough to prevent the passage of small stones or particles
ceramic material, which would clog the flow openings
44.
.The inclination of the side walls 41 of the end piece- <EMI ID = 13.1>
glass. In the case of too small an inclination, that is to say too high an angle between these walls, the flow speed is reduced and a relatively large screen is necessary.
On the other hand, walls with an excessively steep slope also prevent the flow, all the more so as the screen 46 can then only receive small dimensions. It has been found that satisfactory results are obtained when the walls 41 are
<EMI ID = 14.1> heard to deviate from this value to some extent.
<EMI ID = 15.1>
refractory 36 and the bottom of the furnace, cooling is also provided for the edge of the box and for the metal rim covering the latter. For this purpose, the box 36 comprises in its upper face an annular recess 48 suitable for receiving a tube 49, through which water or another suitable cooling agent can be passed. This cooling device produces solidification. of liquid glass which would eventually penetrate to this location, which ensures that a tight seal is maintained.
The metal mouth pieces 40 of the dies are provided, at their opposite ends, with projections 50, to which are fixed fork-shaped terminals 51, which connect these mouth pieces.
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composed of several metal blades liable to give way if the dies expand or contract during variations in
<EMI ID = 17.1>
terminals 51.
The electric heating current for the mouth pieces 40 of the die is supplied from a suitable current source, for example from a transformer (not shown); the pieces 40 are connected in series one after the other, a group of said mouth pieces being connected to the other group by a connection bar 60.
To ensure additional adjustment of the necessary temperature conditions at the location of the die outlets, burners 56 are provided.
<EMI ID = 18.1>
of the fore-body, Their flames pass through an opening
57 and come directly to meet the mass of glass 27. The heating effect of the burners is in a certain sense localized, in that the flames and the gases come to heat essentially the parts of the mass of molten glass which are located at the bottom. above the individual dies 23. Taps, provided in the burner supply pipes, allow the heat produced by each burner to be regulated.
The arrangement described makes it possible to maintain the glass in all the channels at substantially the same temperature. The temperature can be raised or lowered during operation by adjusting the burners and adjusting the supply of electric current. Thanks to these adjustment possibilities, there is also a means of maintaining different temperatures in different dies and thus of producing, from the same mass of glass, simultaneously, fibers of different diameters from different dies. Most often, however, it is preferable to reach the same temperature in all the sectors, in order to manufacture the same product everywhere.
The blowers, intended to produce the pressurized gas streams serving for drawing the fiberglass nets, correspond in substance to the blowing devices already described with reference to FIGS. 1 to 7. At each mouthpiece piece
40 of a die corresponds a blower 62. Each of these blowers comprises two pressure chambers 63, extending parallel to one another and comprising between their walls facing one another the channel 64 for the passage of glass nets to be drawn into fibers. Each pressure chamber consists of a lower part 66 and an upper part
67, forming a cover, which are interconnected by screws
68. The lower part 66 is still provided with guide rods
(fig.lû), which fit into the corresponding holes in the cover 67, to allow the two parts to coincide exactly. The inner faces 71 of the lower parts 66 are located a little behind the overhanging lips
72 of the covers 67, and between these two parts are formed the blowing nozzles 65, which release series of blown streams at a certain distance from each other.
At one end of the blower, there is provided, on the lower parts 67 of the pressure chambers, a transverse rod 73 (fig. 10) which maintains the chambers at the appropriate distance from one another. . At the other end of the blower there is provided the connecting tube 74 for the supply of the blowing agent (air, steam or other gas). In order to be able to conveniently fix this connecting tube to the blower, this tube is rectangular in shape. The fixing takes place by screws 76. Openings 76, made in the connecting tube 74, open into the pressure chambers 63.
It is the same as what has been said above in general - and in particular with reference to the blower according to FIGS. 1 to 7, -with regard to the size of the passage channel 64 of the blower 62, also with regard to the inclination of the nozzles 65 and the inclination of the walls comprising these nozzles, as well as the spacing of the nozzles l ' one another
to form relatively calm zones between them and with regard to the possibility of adjusting the position of the blowers in the vertical and horizontal directions, the adjustment of the spacing of the blowers in relation to the flow openings of the parts of The mouth of the dies and the adjustment relative to them such that the glass threads are caused to pass in the relatively quiet areas between the blowing nozzles.
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their, in the upper end of guide hoods 101
(fig. 8). The upper ends of these hoods are preferably in the form of Venturi tubes and these parts of said hoods, connected to these Venturi tubes, then gradually widen downwards. for each blower, such a collecting and guiding hood can be provided. These hoods meet together at their lower part in a common collecting chamber, in which the fibers produced are deposited, for example on a moving conveyor belt.
Guide hoods are not absolutely necessary, and can be omitted if necessary; they are however <EMI ID = 20.1>
always advantageous in that they allow the fibers to settle regularly and in that they prevent these fibers from being disseminated in all directions in the working chamber.
During the passage of the fibers from the blower to the conveyor belt, these fibers can advantageously be coated with a suitable agent, for example by spraying them with coatings or binders, optionally liquid, this projection of a liquid which can also take place directly during the deposition of fibers on the conveyor belt.
Although we have limited ourselves to describing certain preferred embodiments, it is understood that the invention is not limited thereto, but on the contrary it encompasses modifications, variants and equivalents.
CLAIMS
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analogues, in which the molten material is caused to flow in thin streams which are then drawn by gas streams arranged in two series, on either side of these streams, substantially facing each other and directed substantially in their direction of flow, each series comprising a number of these gas streams placed at a certain distance from each other, forming between these streams relatively calm zones, in and through which there is a suction of outside air, the said process being in particular carried out by passing the streams of molten material in the said relatively calm zones between the gas streams.
<EMI ID = 22.1>