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COMPAGNIES REUNIES DES GLACES ET VERRES SPECIAUX DU NORD DE LA FRANCE, résidant à PARIS.
PROCEDE ET DISPOSITIFS DE REFROIDISSEMENT RAPIDE DU VERRE AVEC FAIBLE GRADIENT
DE TEMPERATURE SUIVANT L'EPAISSEUR.
La présente invention a pour objet un procédé et des disposi- tifs de refroidissement rapide du verre dans le domaine où sa viscosité est inférieure à 1015 C.G.S. et plus particulièrement dans le domaine où sa viscosité est comprise entre 1012 et 1014 C.G.S., domaine qui corres- pond à une zone de température qui encadre la zone critique de températu- re de la recuisson.
Ce procédé vise principalement à réaliser un faible gradient de température suivant l'épaisseur, alors même que le verre est refroidi rapidement dans toute l'épaisseur.
Il est connu que lorsqu'une masse épaisse de verre à haute température rayonne sur un corps extérieur absorbant plus froid qu'elle; le refroidissement qui en découle porte non seulement sur la surface, mais aussi sur les couches sous-jacentes, la profondeur intéressée à partir de la surface étant d'autant plus grande que le verre est moins absorbant pour le rayonnement qu'il émet à la température considérée.
D'autre part, dans la demande de brevet déposée en Belgique par elle sous le n 406.361 le 4 avril 1952 pour "Procédé et dispositifs pour la recuisson rapide du verre en feuilles en production continue",la demanderesse a montré que, si l'on rend négligeable l'effet de la conven- tion par l'air ambiant, on peut refroidir rapidement une feuille continue de verre clair en lui faisant traverser une enceinte à parois refroidies et totalement absorbantes, tput en n'introduisant qu'un faible gradient de température entre la zone médiane et la surface, ce qui permet de fon- dé sur cette mode de refroidissement un procédé de recuisson rapide de feuilles en verre clair.
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La présente invention a pour objet un procédé de refrodissemerit rapide du verre ne faisant appel qu'aux échanges de chaleur par rayonnement et permettant de créer, dans le domaine de température ci-dessus précisé, un gradient suivant l'épaisseur nettement plus faible-que celui obtenu lorsqu'on refroidit le verre en le faisant rayonner sur les parois d'une enceinte noire totalement absorbante qui l'entoure.
Le procédé objet de l'invention consiste à refroidir rapidement le verre dans une enceinte dont les parois refroidies sont sélectivement ab- sorbantes et renvoient sur le verre un rayonnement d'intensité moindre et de composition différente de celui reçu.
Il convient d'insister sur le fait que, le refroidissement étant rapide, l'absorption des parois de l'enceinte est nécessairement importante et que la quantité d'énergie réfléchie par elles est relativement faible.
D'autre part il doit être bien entendu que les pertes de chaleur du verre par convection sont rendues pratiquement négligeables, le moyen le plus simple consistant, comme il est connu, à immobiliser pratiquement l'air au contact de la surface du verre, par exemple en cloisonnant, le volume d'air entre leverre et les parois de l'enceinte par des cloisons non absorbantes isolées thermiquement de celles=ci, et sans contact avec ceui=là.
Conformément au procédé de l'invention, les parois de l'encein- te présentent une forte absorption dans le domaine des radiations où le ver- re rayonne le maximum d'énergie et elles réfléchissent fortement dans le do- maine où le verre rayonne moyennement ou faiblement. Ainsi se' trouvent réali- sées les deux conditions majeures de l'invention ; a) refroidissement rapide par la seule intervention des parois de l'enceinte . b) plus faible gradient de température suivant l'épaisseur que dans de le cas de l'enceinte à parois noires totalement ab- sorbantes, car l'énergie réfléchie est, pour la plus large part , absorbée dans la couche superficielle du verre, relève sa température et par consé- quént tend à réduire son écart avec la température de la couche médiane.
Pour fixer les idées, on peut préciser que les parois de l'en- ceinte sont, dans le cas de la recuisson d'un verre clair, douées d'une forte absorption dans le domaine des radiations de longueurs d'onde supé- rieure à 3 et qu'elles sont moyennement ou faiblement absorbantes dans le domaine des radiations de longueurs d'onde inférieures à 3 microns.
L'invention a, en outre, pour objet des dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé précité, diszpositifa présentant les caractéris- tiques suivantes s
Les parois de l'enceinte sont, en général, faites de deux par- ties a) une enveloppe mécaniquement résistante refroidie sur une face, tournée vers le verre, est douée d'un pouvoir réflecteur éle- vé pour les radiations infra-rouges; b) d'une couche de faible épaisseur rapportée sur la face réflé- chissante de l'enveloppe et présentant l'absorption sélecti- ve dont il a été question précédemment.
L'enveloppe est, de préférence, métallique. Elle est, par exemple, constituée par de l'aluminium poli, du laiton recouvert d'un dépôt réfléchis- sant d'argent, par du fer à revêtement réfléchissant de chrome.
La couche absorbante est, de préférence, faite d'un enduit, d'une peinture ou d'un vernis contenant un pigment absorbant.
Comme pigment absorbant, il est indiqué d'adopter du verre clair ou de couleur, finement broyé.
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L'enveloppe réfléchissante et la couche absorbante peuvent être intimement liées sous une forme avantageuse c'est le cas de la tôle d'alu- minium recouverte par oxydation anodique d'une pellicule incolore ou colorée; c'est aussi le cas d'une feuille mince de verre clair ou de couleur dont la face postérieure est recouverte d'un dépôt métallique réfléchissant (argentu- re, alumine, dorure, etc. ) Dans ce dernier cas, comma la résistance du verre est faible, il est indiqué de rapporter la feuille réfléchissante de verre sur la plaque de métal qui forme une des parois de l'enceinte à double paroi refroidie et de réaliser un bon contact calorifique entre elles au moyen d' une matière intermédiaire bonne conductrice de la chaleur.
Pour le réglage de l'absorption, on tient compte évidemment du fait que la couche absorbante est traversée deux fois s avant réflexion sur l'enveloppe réfléchissante et après cette réflexion.
L'absorption à donner à la couche absorbante dépend directement de la composition du rayonnement thermique du verre et de son absorption propre.
Il est bon de rappeler que l'intensité de l'absorption est com- mandée par la vitesse de refroidissement à réaliser, mais celle-ci étant fixée, le gradient de température dépend dans une large mesure de la sélecti- vité de l'absorption.
Le procédé de refroidissement formant l'objet de l'invention trou- ve sa principale application dans la recuisson industrielle du verre.
On sait que, d'un point de vue pratique, cetterecuisson est gou- vernée par le franchissement, sous un faible gradient dans l'épaisseur, de la zone de température encadrant le coude de la courbe de dilatation, et qui est généralement appelée "zone critique".
Le procédé objet de l'invention s'applique donc de la manière suivante
Le gradient de température dans la zone critique ayant été fixé en fonction de la valeur maximum des contraintes internes permanentes accep- tables, on règle l'absorption de la couche absorbante diaprés les caracté- ristiques de rayonnement et d'absorption du verre pour que la vitesse de re- froidissement, toujours grande, soit la plus élevée possible afin de réduire le temps de recuisson et, par conséquent, l'encombrement des installations pour la réaliser.
Le procédé objet de l'invention est applicable quelle que soit la forme d'utilisation donnée au verre, qu'il soit sous forme de corps creux tels que bouteilles, flacons, bocaux, etc., ou sous forme de feuilles des- tinées aux vitrages de toute nature (vitres, glaces, etc.). Il s'adapte par- ticulièrement bien aux feuilles produites de manière continue par étirage ou laminage car les dispositifs de réalisation sont alors d'une grande sim- plicité.
Ces dispositifs dérivent alors directement de ceux décrits par la demanderesse dans la demande de brevet français précitée.
On va maintenant décrire, à titre d'illustration seulement et sans aucun caractère limitatif de la portée de l'invention, des dispositifs de réalisation de celle-ci pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus dé- crit, dispositifs représentés d'une manière absolument schématique sur le dessin annexé, sur lequel :
La fige 1 représente un élément d'une enceinte E à parois re- froidies, à l'intérieur de laquelle s'effectue le refroidissement rapide du verre conformément à l'invention ;
La fig. 2 représente en coupe verticale une enceinte E à parois refroidies à la fois absorbantes et réfléchissantes destinée à effectuer le refroidissement d'une feuille continue de verre à travers la zone criti- que de recuisson ;
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La fig. 3 représente en coupe verticale une des deux boites de refroidissement d'une feuille continue dans le cas où la paroi refoidie,à la fois absorbante et réfléchissante, est réalisée par une feuille de ver- re recouverte sur sa face postérieure d'une couche métallique réfléchissan- te.
Dans le mode de réalisation de la fig. 1, la double paroi 1, de la chambre 2 parcourue par un courant d'eau dans le sens indiqué par les flèches 3 est faite en tôle de fer.
Sur la paroi tournée vers le verre est appliquée une feuille de métal poli à fort pouvoir réflecteur 4, qui est recouverte du revêtement sélectivement absorbant 5.
La feuille 4 est, de préférence, en aluminium poli oxydé anodi- quement, qui a l'avantage de conserver un pouvoir réflecteur élevé.
Le revêtement 5 est fait d'un vernis incolore auquel on a incor- poré un pigment sélectivement absorbant dans le domaine du spectre infra-rouge pigment constitué de préférence par de la poudre de verre.
Cette poudre provient du broyage de fragments de verre, soit clair, soit plus ou moins coloré par les oxydes colorants qui communiquent au verre la propriété d'absorber les radiations infra-rouges, par exemple les oxydes de fer, de cobalt, de nickel, de cuivre.
Au lieu de recevoir ultérieurement un revêtement de vernis absor- bant préparé séparément, l'aluminium poli peut, au cours de l'oxydation anodi- que, être recouvert d'une laque absorbante pour les radiations infra-rouges à base de colorants organiques.
Sur la fig. 2, la feuille de verre F animée d'un mouvement verti- cal d'ascension après étirage continu par un procédé quelconque traverse un dispositif de refroidissement, analogue à celui décrit dans la demande de brevet belge susvisée et composé de deux demi-boîtes à circulation d'eau en tôle de fer 1, comportant chacune du côté de la feuille un feuillard de mé- tal poli à fort pouvoir réflecteur 4 recouvert d'un revêtement sélectivement absorbant 5 comme il,est décrit ci-dessus.
Ces deux demi-bottes sont munies de lamelles 6 portant des balais en poils souples 7, de manière à cloisonner le volume E entre les deux boites et à y rendre négligeable la convection de l'air.
Sur la fig. 3, l'nveloppe à la fois réfléchissante et absorbante destinée à recevoir le rayonnement du verre et, après l'avoir filtré, à en renvoyer une partie, est constituée par une feuille 8 en verre clair ou colo- ré par des oxydes absorbant les radiations infra-rouges, comme il a été dit précédemment.
Cette feuille 8 porte un revêtement réfléchissant 9 du coté de la chambre d'eau 2; par exemple une couche d'argent, et entre ce revêtement réfléchissant protégé par une couche de peinture, et la paroi 1 de la cham- bre d'eau, on introduit un matelas 10 de matière assurant un bon contact ca- lorifique,par exemple de la poudre d'aliminium. La feuille de verre 8 est appliquée contre ce matelas au moyen d'un cadre en fer cornière 11.
La circulation d'eau à l'intérieur de la chambre 2 est assurée de manière connue par des tubulures 12 et 13 d'amenée et de départ d'eau, respectivement.
Il est bien entendu que les détails de réalisation décrits et très schématiquement représentés sur le dessin ne Pont été qu'à titre d' exemple et qu'on pourrait les modifier de diverses manières, -ou remplacer certains éléments par des éléments équivalents, sans que l'économie de l'invention s'en trouve, pour cela, altéréeo
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COMPAGNIES REUNIES DES ICE CREAMS AND SPECIAL GLASSES FROM NORTH OF FRANCE, residing in PARIS.
METHOD AND DEVICES FOR RAPID COOLING OF GLASS WITH LOW GRADIENT
OF TEMPERATURE ACCORDING TO THICKNESS.
The present invention relates to a method and devices for rapidly cooling glass in the field where its viscosity is less than 1015 C.G.S. and more particularly in the field where its viscosity is between 1012 and 1014 C.G.S., which field corresponds to a temperature zone which surrounds the critical temperature zone for annealing.
This method aims mainly to achieve a low temperature gradient depending on the thickness, even when the glass is cooled rapidly throughout the thickness.
It is known that when a thick mass of glass at high temperature radiates onto an absorbent outer body cooler than it; the resulting cooling not only affects the surface, but also the underlying layers, the depth concerned from the surface being all the greater as the glass is less absorbent for the radiation it emits at the surface. considered temperature.
On the other hand, in the patent application filed in Belgium by it under number 406,361 on April 4, 1952 for "Method and devices for the rapid annealing of sheet glass in continuous production", the Applicant has shown that, if the the effect of the convention is made negligible by the ambient air, a continuous sheet of clear glass can be cooled rapidly by passing it through an enclosure with cooled and totally absorbent walls, tput by introducing only a weak gradient temperature between the middle zone and the surface, which makes it possible to base on this cooling method a rapid annealing process for clear glass sheets.
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The present invention relates to a rapid refrodissemerit process for glass using only heat exchange by radiation and making it possible to create, in the temperature range specified above, a gradient along the thickness that is significantly smaller than that obtained when the glass is cooled by making it radiate on the walls of a completely absorbent black enclosure which surrounds it.
The method which is the subject of the invention consists in rapidly cooling the glass in an enclosure, the cooled walls of which are selectively absorbent and return to the glass radiation of less intensity and of composition different from that received.
It should be emphasized that, the cooling being rapid, the absorption of the walls of the enclosure is necessarily high and that the amount of energy reflected by them is relatively low.
On the other hand it must be understood that the heat losses of the glass by convection are made practically negligible, the simplest means consisting, as is known, in practically immobilizing the air in contact with the surface of the glass, by example by partitioning, the volume of air between leverre and the walls of the enclosure by non-absorbent partitions thermally insulated from them, and without contact with ceui = there.
In accordance with the method of the invention, the walls of the enclosure exhibit a strong absorption in the area of radiation where the glass radiates the maximum amount of energy and they reflect strongly in the area where the glass radiates moderately. or weakly. The two major conditions of the invention are thus fulfilled; a) rapid cooling by the sole intervention of the walls of the enclosure. b) lower temperature gradient depending on the thickness than in the case of the enclosure with totally absorbent black walls, because the reflected energy is, for the most part, absorbed in the surface layer of the glass, is its temperature and consequently tends to reduce its deviation from the temperature of the middle layer.
To fix ideas, we can specify that the walls of the enclosure are, in the case of annealing a clear glass, endowed with a strong absorption in the field of radiations of higher wavelengths. to 3 and that they are moderately or weakly absorbent in the field of radiation with wavelengths less than 3 microns.
The invention also relates to devices for carrying out the aforementioned method, a device having the following characteristics:
The walls of the enclosure are, in general, made of two parts: a) a mechanically resistant envelope cooled on one side, facing the glass, is endowed with a high reflectivity for infra-red radiations; b) a thin layer attached to the reflective face of the envelope and exhibiting the selective absorption which was discussed previously.
The envelope is preferably metallic. It is, for example, made of polished aluminum, brass covered with a reflective silver deposit, iron with a reflective chrome coating.
The absorbent layer is preferably made of a coating, paint or varnish containing an absorbent pigment.
As the absorbent pigment, it is advisable to adopt clear or colored glass, finely ground.
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The reflective envelope and the absorbent layer can be intimately linked in an advantageous form, as is the case of the aluminum sheet covered by anodic oxidation with a colorless or colored film; this is also the case with a thin sheet of clear or colored glass, the rear face of which is covered with a reflective metallic deposit (silver, alumina, gilding, etc.). In the latter case, such as the resistance of the glass is weak, it is advisable to attach the reflecting sheet of glass to the metal plate which forms one of the walls of the cooled double-walled enclosure and to achieve good heat contact between them by means of a good conductive intermediate material heat.
For the adjustment of the absorption, account is obviously taken of the fact that the absorbent layer is crossed twice s before reflection on the reflecting envelope and after this reflection.
The absorption to be given to the absorbent layer depends directly on the composition of the thermal radiation of the glass and on its own absorption.
It should be remembered that the intensity of the absorption is controlled by the cooling rate to be achieved, but this being fixed, the temperature gradient depends to a large extent on the selectivity of the absorption. .
The cooling process forming the object of the invention finds its main application in the industrial annealing of glass.
We know that, from a practical point of view, this firing is governed by the crossing, under a weak gradient in the thickness, of the temperature zone surrounding the bend of the expansion curve, and which is generally called " critical zone ".
The method which is the subject of the invention therefore applies in the following manner
Since the temperature gradient in the critical zone has been set as a function of the maximum value of the permissible permanent internal stresses, the absorption of the absorbent layer is adjusted according to the radiation and absorption characteristics of the glass so that the cooling speed, always high, ie as high as possible in order to reduce the annealing time and, consequently, the bulk of the installations for carrying it out.
The process which is the subject of the invention is applicable whatever the form of use given to the glass, whether it is in the form of hollow bodies such as bottles, flasks, jars, etc., or in the form of sheets intended for glazing of all kinds (windows, mirrors, etc.). It adapts particularly well to sheets produced continuously by stretching or rolling, since the production devices are then very simple.
These devices then derive directly from those described by the applicant in the aforementioned French patent application.
A description will now be given, by way of illustration only and without any limiting nature on the scope of the invention, of the devices for carrying out the latter for the implementation of the method described above, devices represented by absolutely schematic on the attached drawing, in which:
Fig. 1 represents an element of an enclosure E with cooled walls, inside which the rapid cooling of the glass takes place in accordance with the invention;
Fig. 2 shows in vertical section an enclosure E with cooled walls which are both absorbent and reflective, intended to effect the cooling of a continuous sheet of glass through the critical annealing zone;
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Fig. 3 shows in vertical section one of the two cooling boxes of a continuous sheet in the case where the cooled wall, both absorbent and reflective, is produced by a sheet of glass covered on its rear face with a metal layer reflective.
In the embodiment of FIG. 1, the double wall 1, of the chamber 2 through which a stream of water flows in the direction indicated by the arrows 3, is made of sheet iron.
On the wall facing the glass is applied a sheet of polished metal with high reflectivity 4, which is covered with the selectively absorbent coating 5.
The sheet 4 is preferably made of polished anodically oxidized aluminum, which has the advantage of retaining a high reflectivity.
The coating 5 is made of a colorless varnish having incorporated a selectively absorbent pigment in the infrared spectrum, preferably pigment consisting of glass powder.
This powder comes from the grinding of fragments of glass, either clear, or more or less colored by the coloring oxides which impart to the glass the property of absorbing infrared radiation, for example the oxides of iron, cobalt, nickel, of copper.
Instead of subsequently receiving a separately prepared absorbent varnish coating, the polished aluminum can, during the anodic oxidation, be coated with an infrared radiation absorbent lacquer based on organic dyes.
In fig. 2, the glass sheet F driven by a vertical upward movement after continuous stretching by any process passes through a cooling device, similar to that described in the aforementioned Belgian patent application and composed of two half-boxes. water circulation of sheet iron 1, each comprising on the side of the sheet a highly reflective polished metal strip 4 covered with a selectively absorbent coating 5 as described above.
These two half-boots are provided with lamellae 6 carrying soft bristle brushes 7, so as to partition the volume E between the two boxes and to make the convection of the air negligible.
In fig. 3, the envelope, which is both reflective and absorbent, intended to receive the radiation from the glass and, after having filtered it, to return a part thereof, consists of a sheet 8 of clear glass or colored by oxides absorbing the glass. infra-red radiation, as has been said previously.
This sheet 8 carries a reflective coating 9 on the side of the water chamber 2; for example a layer of silver, and between this reflective coating protected by a layer of paint, and the wall 1 of the water chamber, a mattress 10 of material is introduced ensuring a good calorific contact, for example. aluminum powder. The glass sheet 8 is applied against this mattress by means of an angle iron frame 11.
The water circulation inside the chamber 2 is provided in a known manner by pipes 12 and 13 for supplying and leaving water, respectively.
It is understood that the details of embodiment described and very schematically represented in the drawing were only used by way of example and that they could be modified in various ways, or replace certain elements by equivalent elements, without the economy of invention is thereby altered.