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" Procédé et appareil pour le réglage de la température d'une charge do verre en l'union "
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil perfectionné pour la fabrication du verre et de produits en verre, et est relative plus parti- culièrement à un avant-corps perfectionné pour four de verrerie, et à un procède pour son utilisation,
Dans le fonctionnement des fours de verrerie et de leurs avant-corps, en rencontre fréquemment des diffi- cultés pour retirer le verre de l'avant-corps de telle sorte que le verre retiré présente une température à peu prés uniforme* Par exemple, dans l'emploi d'un dispositif produisant des par&iaons de verre en fusion pour la fabri- oation d'objets en verre,
l'hétérogénéité de la température dans chaque parsison considérée dans son ensemble, peut
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provoquer une épaisseur ainsi qu'une résistance non uni- ' formes, et des propriétés optiques non uniformes dans les produits finis. Le problème est bien connu, et sa solu- tion a fait l'objet d'un grand nombre de propositions. On peut consulter, par exemple, les brevets des Etats-Unis d' ' Amérique N 1.680.543; 1.928.288, 1.928.289, 1.999.744, .2.919.297, 2.913.509 et anglais N 892.989 et 892.990.
Comme de nombreux spécialistes l'ont reconnu dans l'état antérieu: de la technique, le fond du problème réside dans l'existence de pertes de chaleur a travers les parois et la sole de l'avant-corps, pertes qui tendent à détruire 1'homogénéité de température qui existe, au moins théoriquement, au moment où le verre en fusion commence son trajet de; descente dans l'avant-corps. Dans leur plus grande partie, les tentatives faites, dans l'état anté- rieur de la technique, pour résoudre le probité, ont comporté l'emploi d'électrodes à effet Joule disposées dans l'avant-corps à une position telle qu'elles chauffent la verre immédiatement avant l'instant où il traverse 1' ouverture de sortie.
Dans certains cas, cette opération est accomplie par l'écoulement dans le verre, horizontale- ment en travers de l'ouverture de sortie, de courants électriques créée par effet Joule. Dans des cas beaucoup plue nombreux, des courants créés par effet Joule s'écoulent d'électrodes placées dans 1'avant-corps au voisinage de l'ouverture de sortie, pour aboutir a une électrode du type en anneau placée à peu prés à l'ouverture de sortie et entourant complètement, ou à peu près, le verre qui quitte ladite ouverture.
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Si certaines des solutions, telles que ci-dessus, qui ont été proposées, ont procura une modeste améliora- tion de la situation, aucune n'a complotèrent élimine la difficulté, Par exemple, si les combinaisons utilisant l' électrode du type en anneau ont codifié l'hétérogénéité de température due à l'effet refroidissant des parois de l'avant-corps. les courants s'éooulant des électrodes vers l'anneau ont eux-mêmes produit das bandes de chauffage dans le verre qui sort do l'orifice. Cela provoque, comme con- séquence, des zones plus minces dans le périmètre des bouteilles fabriquées suivant un tel procédé.
Dans d'autres dispositifs, ou on utilisait des électrodes de forme spé- ciale pour appliquer de la chaleur de façon plus uniforme au verre s'écoulant par l'orifice, des difficultés se sont fait jour pour obtenir et maintenir l'espacement et le ré- glage appropriés des électrodes pendant le fonctionnement.
Suivant la présente invention, il a été décou- vert qu'il est possible de réaliser une homogénéité ou une uniformité de température du verre qui s'écoule, d'une qualité considérablement meilleure que celle qui peut prati- quement être obtenue par auoun des procédés de l'état anté- rieur de la technique. Dans la présente invention, l'uni- formité de température du verre sortant par l'ouverture de l'avant-corpo, est obtenue en conditionnant le verre dans cet avant-corps préalablement au moment où il atteint l'ouverture de sortie. Le principe de base de l'invention est qu'il faut maintenir le verre dans ce qu'on pourrait appeler un "cocon de chaleur" dans la partie terminale de son trajet vers la cuvette de distribution.
Il est néces- saire que le verre soit à peu près 4 la température qu'il
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doit avoir a l'orifice, au moment où il entre dans cette dernière zone, et le conditionnement répond à la nécessi- té de compenser les diverses pertes de chaleur dans le "cocon de chaleur". Ceci vient en opposition aveo les pro- cédés de l'état antérieur de la technique, dans lesquels les tentatives pour assurer l'homogénéité de la tempéra- ture comportait un chauffage par effet Joule du verre dans la cuvette d'avant-corps, et même, dans certains cas, pen- dant sa sortie par l'orifice.
Ainsi, la présente invention envisage un procédé et un appareil pour distribuer du verre partir d'un avant-corps ayant un orifice de sertie. Le procédé comprend les opérations suivantes: on alimente 1'avant-corps en verre fondu par une extrémité; puis on amené le verre, dans un cocon de chaleur, à peu près a la température qu'on désire obtenir à l'orifice; on retire le verre de l'orifice tout en conditionnant simultanément le verre qui se trouve dans le cocon de chaleur en soumettant la surface de oe verre à une chaleur provenant d'au-dessus de sa surface, et en créant de la chaleur par effet Joule dans le verre au-dessous de sa surface;
et on règle le rapport des vi- tesses d'introduction de chaleur au-dessus et au-dessous de la surface de telle sorte que la température du verre, sortant par l'orifice soit à peu près uniforme.
L'invention a pour objets: - un procédé et un appareil perfectionnés pour la fabrication du verre; - un procédé et un appareil pour la distribution da verre en fusion provenant d'un avant-corps - un procédé et un appareil pour chauffer du
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verre en provenance d'un avant-corps permettant d'obtenir une uniformité accrue de la température des paraisons, dans un fonctionnement à double paraison, une uniformité de température accrue autour du périmètre d'une paraison dans un fonctionnement à simple parais on, un accroissement de la vitesse de formation des objets moulés, une réduction de la tendanoe des bouteilles fabriquées à présenter des dé- faute, une Meilleure distribution du verre dans la bouteil- le terminée,
avec pour résultats une meilleure résistance à la pression et des qualités optiques plus uniformes pour les bouteilles; - un procédé et un appareil pour l'alimentation en verre à partir d'un avant-corps comportant une clavette de distribution aveo orifice de sortie, le procédé compor- tant les opérations suivantes; on introduit du verre en fusion dans l'avant-corps par une extrémité; ensuite on introduit le verre dans une zone de conditionnement à une température moyenne a peu. près la Même que celle qu'on désire obtenir à la sortie ; onretire le verre par l'ouver- ture de sortis à l'autre extrémité de 1'avant-corps;
et on conditionne le verre dans la zone de conditionnement avant qu'il n'atteigne la cuvette de sortie en soumettant ce verre à une chaleur provenant d'au-dessus de sa surface et à une chaleur provenant d'au-dessous de sa surface, de telle sorte que le verre sortant par l'ouverture soit de température a peu près uniforme;
- un procédé et un appareil pour l'alimentation en glace à partir d'un avant-corps, suivant lesquels une uniformité à peu près complète de la température dans toute la section de la paraison de verre en fusion est obtenue
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en soumettant le verre à un conditionnement dans la région de 1'avant-corps immédiatement en amont de la cuvette, et en réglant le rapport entre le chauffage au-dessous de la surface et le chauffage au-dessus de la surface dans cette région.
Ces objets de l'invention, leurs avantages et d'autres encore, apparaîtront mieux si on se réfère à la description qui suit.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d' exemple: la Fig.1 est une coure horizontale d'un avant- corps construit suivant la présente invention; la Fig.2 est une coupe verticale de l'avant- corps de la Fig.1. prise à peu près suivant la ligne 2-2 de la Fig.1.
Si% se référant plus particulièrement au dessin, on voit que la référence 10 désigne dans son ensemble un avant-corps de four de verrerie ayant la forme classique d'une auge, ayant un revêtement interne en matériau réfrao- taire qui résiste à l'action du verre et de la chaleur.
L'auge est reliée à la zone active 12 d'un four 4 verre et comprend une sole 14, une voûte 16 et des parois latérales opposées 18. En se référant e la Fig.1, on voit que la largeur de l'avant-corps s'étrangle en 20 pour se terminer par la cuvette d'avant-corps usuelle 22 munie d'une paroi d'extrémité 24. La cuvette 22 présente dans son fond une sortie d'évacuation ou orifice 26, par où s'échappe le verre fondu. Un dispositif de coupe approprié 28 peut être prévu pour former des paraisons de verre à la manière connue.
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Un premier dispositif de chauffe est réalisé dans l'avant-corps sous la forme de brûleurs à gaz ou d' éléments chauffants électriques 32 qui sont disposés sur la longueur de 1'avant-corps et qui soumettent la surface 36 du verre on fusion 34 a une chaleur superficielle ve- nant du dessus.
Un second dispositif pour amener de la cha- leur dans le verre de 1'avant-corps est réalisé sous la forme d'une série d'électrodes a effet Joule 38, 40 et 42 qui, disposées sur la sole de 1'avant-corps, sont reliées à une ou plusieurs sources de puissance appropriée de ma- niera à créer des courants par effet Joule dans le verre de
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l'avant'*oorp8t
Le procédé de fonctionnement suivant l'invention comprend l'utilisât on de la partie de l'avant-corps qui précède immédiatement la cuvette et l'orifice d'évacuation cornue une zone de conditionnement au cocon de chaleur, qui met le verre dans une condition telle qu'après sa sortie par l'orifice il se trouve à une température à peu près uniforme.
Cette zone est indiquée en A sur la Fig.2. Ainsi, le verre est chauffé par les électrodes 38, 40 et 42 afin de compenser les certes da chaleur qui se produisent par
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les parois latérales et par la sole, de l'avant-oorpe, et est chauffé par les sources 32 de chaleur superficielle venant d'en haut pour compenser les pertes de chaleur qui se produisent par la voûte de 1'avant-corps dans cette section, Suivant l'invention, le verre qui entre dans cette section spéciale de conditionnement de l'avant-corps a une température moyenue qui est à peu près la mdme que celle qu'en désire pour la paraison finale,
de telle sorte que la température moyenne du verre dans cette section de
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conditionnement ne s'élève ni ne s'abaisse. Cela permet au verre d'égaliser ses différences internes de température par radiation et par conduction.
Dans les avant-corps de type usuel, le verre entre dans l'avant-corps à une température plus élevée que celle désirée pour la paraison; c'est pourquoi un certain refroidissement est nécessaire avant que le verre n'arrive à l'orifice. Suivant la présente invention, ce refroidis- sement, quand il est nécessaire, s'accomplit dans la sec- tion de 1'avant-corps qui est en amont de la zone A de con- ditionnement, c'est-à-dire, comme indiqué sur la Fig.2, dans la zone B.
Toutefois, comme cette zone est normale- ;. ;
Ment une zone de refroidissement, il est désirable de pré- voir une chaleur superficielle par le dessus, et quelque- fois de la chaleur au-dessous de la surface, afin de ré- gler l'allure du refroidissement du verre, pour donner l' assurance qu'il entre dans la zone A de conditionnement à une température qui est à pou près la même que celle dési- rée à l'orifice.
Los présents appareil et mode opératoire doivent être distingués clairement de certains procédés de l'état antérieur de la technique, tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 1.928.288 et 1.928.289, dans lesquels 1'avant-corps est pourvu d'une zone de refroidissenent initial qui fait tomber la tempé- rature du verre au-dessous de celle qu'on désire obtenir dans la nasse de verre,
Une autro caractéristique de l'invention est qui elle présente l'avantage d'éliminer pratiquement le chauf- :t'age de la cuvette par effet Joule. La raison de ce phéno- mène est la suivante.
Lorsqu'un courant électrique s'écoule
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dans une masse de verre, il se manifeste toujours un tra- jet préférentiel de oe courant entre les électrodes, tra- jet qui dépend principalement das conditions locales de température dans le verre. Dans un avant-corps, la taupe- rature du verre est relativement basse, et la courbe de température en fonction de là résistance est à pente raide.
L'écoulement initial de courant par le trajet préférentiel chauffe le verre sur ce trajet, ce qui fait baisser sa résistance et rend le trajet encore plus préférentiel. Il en résulte une bande chaude dans le verre, et quand cela se produit dans la cuvette, cela produit presque toujours une bande chaude dans le verre de la paraison. Test pour- quoi le mode préféré de réalisation de la présente inven- tion comprend l'absence à pea près colleté de chauffage de la cuvette par effet Joule.
En pratique, de très fai- bles valeurs de chauffage par effet Joule peuvent être tolérécsdans la cuvette, nais il est nécessaire que ce ne soit qu'une très petite fraction de la quantité qui se produit dans la zone A de conditionneront. A titre d'exem- ple, un chauffage de 10 watts par effet Joule dans la ou- vette ne produirait auoun effat nuisible, alors @ue 10 kilowatts seraient désastreux pour les résultats désirés.
La valeur qui peut être tolérée dépendra de la forme géo- métrique et des conditions de fonctionnement de l'instal- lation.Comme on l'a indiqué, le mode préféré de réalisa- tion de l'invention comporte une élimination à peu près complète de chauffage de la cuvette par effet Joule.
L'écoulement du verre par un avant-corps est complexe, et on ne peut le connattre avec précision du fait de la difficulté d'investigation. Cependant, certaine
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phénomènes ont été reconnus. Dans un avant-oorps de type classique chauffé par un combustible, il y a quatre sour- ces principales d'hétérogénéité thermique des paraisons de verre.
1) le gradient de température à travers le verre, dû aux pertes de chaleur par le fond du canal, et leur compensation par la combustion au-dessus du verre;
2) la brusque chute de température (effet super- ficiel) dans la mince couche, de verre immédiatement adja- cente à une paroi réfraotaire refroidie; cette couche s' écoule lentement vers l'orifioe;
3) l'effet de canal qui se produit du fait que le verre le plus chaud tend à s'écouler par la partie cen- trale du canal, effet qui ag&rave encore les différences de température dues aux pertes de chaleur par le fond ;
4) enfin, les variations cycliques de tempéra- ture qui suivent des réglages du poids de la paraison;
lorsqu'on augmente le poids de la paraison, le verre s' écoule plus vite le long du canal, et bientôt le verre arrivant a l'orifice est plus chaud parce qu'il a moins de tenps pour se refroidir ; un verre plus chaud à l'orifice se traduit par des paraisons plus lourdes, et il est né- cessaire que l'opérateur règle 1' alimentation pour réduire le poids des paraisons. Le cycle part alors en sens inve- se, et ainsi de suite.
Il est dans l'essence de la présente invention de combattre en masse les effets nuisibles de ces diverses causes d'hétérogénéité therciue en fournissant le verre au cocon de chaleur de la zone A de conditionnement à peu près à la température désirée pour l'orifice, puis en ré-
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-glant empiriquement le rapport entre la chaleur existant au-dessous de la surface à celle existant au-dessus de la surface dans la zone A, de façon à obtenir une température uniforme autour de la circonférence des paraisons, tempéra- ture mesurée, par exemple, au moyen d'un pyromètre opti- que. On peut avoir recours à d'autres moyens ;our observer les conditions opératoires en vue d'obtenir les Meilleure résultats.
Ainsi) des thermo-couples peuvent être instal- lés dans la zone A de conditionnement pour assurer la tempéreature à la surface du verre et à la sole de 1'avant- corps. On peut alors faire des observations pour établir une corrélation entre ces lectures et les températures désirées pour la parais on; puis prévoir le réglage des commandes* d'acres les indications des thermo-couples. Le résultat final de l'un ou l'autre procède ont le même, à savoir que la température existant tout autour de la péri- phérie des paraisons se maintient à un niveau uniforme.
Le procède le plus simple est celui qui consiste à mesurer la température de la surface de la parais on autour de son périmétre au .aoyen d'un pyomètre optique, puis en réglant lo rapport entre les chaleurs au-dessous' et au-dessus de la surface de maniere à égaliser au degré maximal possible la température superficielle. Avec un tel dispositif, on a constata que les valeurs do la température 'sur toute la périphérie des paraisons peuvunt être maintenues égales dans les li@ites de précision de mesure du pyromètre. Cela a démontré que le procède de la présente invention est tout à fait satisfaisant et permet un réglage facile à établir et à Maintenir.
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En utilisant le procédé et l'appareil de l'in- vention, on a constaté qu'il est possible d'obtenir une uniformité* à peu prés complote à la sortie de l'avant- corps, avec les avantages suivants!
1) une distribution plus éale du verre dans les parois des récipients fabriqués, avec accroissement conco- citant de la résistance a la pression mesurée au cours d' essaie; par exemple, la valeur industrielle de résistance moyenne à la pression pour un type donné de canettes à bière trapuea A haut conique, et de 10,5 kg/cm2;
Mais des omettes fabriquées 4 partir d'une installation d'avant- .corps suivant la présente invention ont atteint aux essais 13 à 14 kg/cm2;
2) moine d'ennuis causés par des tapures à la finition; 3) plus de facilité pour le fonctionnement à deux paraisons; dans le fonctionnement a deux paraisons de verre arubré, on a observé que la différence de température, entre un coté de l'une des paraisons et l'autre coté de l'autre parais on , peut atteindre jusqu'à 11 C.
En un tel cas, il est probable que le moule sera trop froid pour l' une des paraisons et trop chaud pour l'autre. Aveo le pro- cédé et l'appareil de la présente invention, les tempéra- tures des deux paraisons sont égales, et le rapport entre température du .noule et température de la paraison est le même pour les doux paraisons; 4) possibilité d'accroître la vitesse des ma- chines, par exemple, dans une installation réalisée suivant le procédé et l'appareil de l'invention, on a augmenté la vitesse de 76 à 82 bouteilles par minute, aveo un léger
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accroissement dans l'uniformoté du poids moyen des lots;
5) réglage plus précis du poids des paraisons.
L'invention pout 8tre réalisée sous d'autres formes particoulières sans u'on %'écarte de son éprit ou de ses caractéristiques essentielles. On devra donc consi- dérer le présent mode de réalisation, à tous points de vue, côtoie une illustration, et non dans un sens restrictif, sans exclure la possibilité de variantes.