<B>Procédé de production de fibres de matière minérale, notamment de fibres de verre,</B> <B>et appareil pour la réalisation de ce procédé.</B> La présente invention se rapporte à la production de fibres de matière minérale, notamment de fibres de verre, à l'aide d'un fluide gazeux soufflé de façon à étirer de minces filets de la matière fondue dans le sens général de leur écoulement.
Dans les systèmes d'étirage connus, en général le fluide gazeux est soufflé à une cer taine distance au-dessous de la filière; il se produit alors au-dessus du souffleur une dé pression ayant pour effet de mettre en mou vement de l'air atmosphérique ambiant qui contribue à l'entraînement des filets de ma tière sortant de la filière. Cet entraînement s'effectue ainsi en relation avec une baisse de pression (à partir de la pression atmosphé rique) en allant de la filière au souffleur.
Dans un autre système d'étirage, au lieu d'utiliser, pour la mi, e en vitesse du courant d'étirage, une baisse de pression partant de la pression atmosphérique, on part d'une pression supérieure à celle-ci en entourant le bloc-filière-réfractaire d'une atmosphère gazeuse sous pression qui s'exerce à la fois au-dessus du bain et autour de la sortie de la filière et qui entraîne les filets de matière en passant avec eux à travers un orifice étranglé débouchant à l'air libre.
La présente invention comprend un pro cédé de production de fibres en matière mi- nérale, caractérisé en ce que l'on étire de minces filets de la matière fondue sortant d'une filière au moyen d'un fluide gazeux sous pression dont on utilise toute l'énergie interne sous forme de vitesse, en le soufflant de façon à entraîner et étirer ces filets direc tement à leur sortie de la filière, par le canal d'une soufflerie convergente-divergente par lequel le courant d'étirage est précipité à une vitesse croissante, la longueur du divergent étant suffisante pour éviter des risques d'onde de choc. Ce procédé permet d'obtenir des rendements qui n'avaient pu être atteints par les procédés antérieurs.
Il est avantageux de créer, au-dessus du bain à fibrer une pression statique réglable à volonté, indépendamment de la pression du fluide gazeux de soufflage et, par consé quent, aussi élevée que l'on veut par rapport à celle-ci. On peut obtenir ainsi un relève ment de la pression sous laquelle les filets de matière à étirer s'écoulent hors de la filière, ce qui facilite grandement l'entraînement de ces filets par le canal de la soufflerie d'étirage.
En outre, au lieu d'être limité, pour la pres sion d'amenée du courant d'étirage au- dessous de la filière, par la nécessité de ne pas dépasser la pression d'écoulement du bain de matière, on est maître, en élevant celle-ci par l'accroissement de pression statique au- dessus du bain, d'augmenter à volonté la pression d'amenée du courant d'étirage.
Le fonctionnement de la soufflerie con- vergente-divergente (qui se distingue, d'une façon générale, par un accroissement continu de vitesse poussé au-delà du col, c'est-à-dire dans le divergent, toutes les baisses de pres sion se trouvant transformées en accroisse ments de vitesse) assure la mise en vitesse du courant gazeux avant son arrivée au contact des filets sortant de la filière et précipite à une vitesse accrue le courant d'étirage entraînant ces filets. On prolonge ce régime de grande vitesse d'étirage en prévoyant une longueur de divergent suffi sante pour éviter les risques d' onde de choc ,
phénomène se traduisant par un brus que abaissement de vitesse qui pourrait se produire dans le divergent, d'autant plus loin du col que la pression amont est plus élevée par rapport à la pression aval.
L'invention comprend aussi un appareil pour réaliser le nouveau procédé, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'amenée de fluide gazeux surpressé pour créer une surpression statique au-dessue du bain con tenu dans une filière, un système d'étirage formé par une paire de tuyères symétriques d'arrivée de fluide gazeux surpressé pour amener celui-ci de chaque côté des orifices de la filière, et un conduit de passage ménagé juste au-dessous de ces orifices et dont les parois forment convergent à leur partie supé rieure et divergent à leur partie inférieure,
celui-ci se prolongeant vers le bas par une jupe de longueur suffisante pour assurer la grande vitesse d'étirage en évitant les risques d'onde de choc.
Le dessin ci-joint représente, partie en élévation et partie en coupe verticale, et cela à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil que comprend l'invention, des tinée à la fabrication de fibres de verre.
Une filière 1, chauffée électriquement et entourée par un bloc réfractaire 2, reçoit du verre à fibrer et présente à sa partie infé rieure une rangée d'orifices la par lesquels le verre fondu s'écoule en minces filets. Une chambre 3 formée par l'espace situé au-dessus du bain est soumise à une surpression statique obtenue au moyen d'air surpressé qui est amené par une tuyauterie 4, à partir d'un ensemble surpresseur-collecteur (non repré senté), dans un conduit intérieur débouchant dans la chambre 3.
Grâce à ce dispositif, la surpression statique exerce sur le verre une poussée descendante très régulière, d'ail leurs réglable au moyen d'une vanne disposée sur la tuyauterie 4, alors qu'une surpression dynamique, qui serait créée, par exemple, au moyen de jets d'air frappant la surface supérieure du bain, provoquerait des bouil lonnements et des irrégularités dans la des cente du verre.
La filière est alimentée en éléments de verre à fondre, par exemple sous forme de billes, au moyen d'un dispositif de distribu tion à sas évitant toute libre communication avec l'atmosphère. Ce distributeur est cons titué par deux vannes 5 et 6 coulissant à la manière de tiroirs et permettant, en ouvrant d'abord la vanne supérieure 5 et fermant la vanne inférieure 6, puis en fermant la vanne 5 et ouvrant la vanne 6, de faire tomber à la cadence voulue les éléments à fondre dans le four, tout en assurant l'étanchéité néces saire.
Bien entendu, ce dispositif à tiroirs pourrait aussi bien être remplacé par un dis positif à barillet ou analogue.
Alors que l'ensemble filière-réfractaire décrit ci-dessus constitue un équipage inter changeable, la partie inférieure de l'appareil, dont la description va suivre, constitue une monture fixée à demeure. Tout l'appareil étant, bien entendu, rendu étanche à l'atmo sphère, on dispose ainsi d'une véritable boîte à air de montage très pratique et permettant en particulier de remplacer très facilement le bloc-filière au-dessus de la monture fixe.
Celle-ci comprend deux tuyères symé triques 7 par lesquelles l'air (ou autre fluide gazeux) surpressé, amené par des tuyauteries appropriées, à partir d'un collecteur central, est soufflé avec un débit égal et réglable, sur les deux côtés des filets de verre sortant de la filière, en suivant le trajet indiqué par les flèches f .
Les tuyères 7 présentent, de préfé rence, un profil délimité à sa partie inférieure par des parois sensiblement. horizontales, bien planes et lisses, de façon à amener sans remous ni tourbillons l'air surpressé au contact des filets de verre à étirer, et à permettre la mise en vitesse du courant gazeux, avant son passage à l'endroit des orifices de la filière, tout en évitant le refroi dissement de ceux-ci.
A l'aplomb des orifices de la filière, à une très faible distance (réglable à l'aide de vis ou autrement) au-dessous de ceux-ci, se pré sente un conduit de passage 8, dont la partie supérieure 8a forme convergent et la partie inférieure divergent, et par lequel sont pré cipités les filaments de verre qu'entraîne et étire l'air surpressé; ce conduit est formé par l'intervalle séparant deux parties d'un mors que présente la monture fixe, intervalle étroit. et réglable au moyen de vis 9 permet tant d'élargir ou de rétrécir plus ou moins la section du convergent avant le passage dans le divergent.
Les parois de celui-ci se prolongent vers le bas par une jupe 10 d'une longueur importante, formant avec les parois latérales une étroite enceinte trapé zoïdale qui constitue la partie inférieure de la soufflerie à la sortie de laquelle les fibres poursuivent leur chute jusqu'à un transpor teur ou support ajouré, où elles se déposent en nappe de façon continue.
La longueur de la jupe ainsi que son angle de divergence sont déterminés de telle sorte que le régime de fonctionnement de la soufflerie ainsi créée (dit régime supersoni que , dans le cas de l'air, parce que la vitesse du fluide dans le divergent dépasse la vitesse du son dans l'air), se distingue par un accrois sement continu de vitesse particulièrement bien assuré et prolongé grâce notamment à la longueur de la jupe, permettant de réaliser des vitesses d'étirage notablement plus éle vées que jusqu'ici et par suite des gains de production considérables.
Cet étirage à grande vitesse s'obtient même en n'utilisant que des pressions d'air remarquablement faibles, très inférieures a 0,2 kg1em2, ce qui représente une économie considérable par rapport à la technique connue; on a même l'avantage de pouvoir récupérer l'air sur pressé ayant servi à l'étirage, par exemple au moyen d'un ventilateur placé au-dessous du transporteur, et de profiter de l'énergie thermique emmagasinée pendant les phases de compression et d'étirage.
L'appareil représenté convient particu lièrement bien pour la production de fibres schappe très fines et relativement longues, servant à la, fabrication des mèches ou filés et produits textiles correspondants, par traction exercée sur un faisceau de ces fibres se déposant en couche mince sur le transpor teur.
Il va de soi que l'appareil représenté n'est qu'un exemple de réalisation particulier, et est susceptible de perfectionnements. C'est ainsi qu'il y aurait intérêt à remplacer la soufflerie à jupe divergente unique par une série de cônes de Venturi, correspondant cha cun à un orifice de la filière.
Pour se rappro cher de cette solution, on pourra adapter à la soufflerie, en combinaison avec une ou plusieurs paires de tuyères convergentes, une série de jupes formant divergents et présentant des surfaces latérales de conoïdes (engendrées par des droites s'appuyant, par leur extrémité inférieure, sur des segments de cercles horizontaux et, par leur extrémité supérieure, sur une droite horizontale paral lèle à la rangée d'orifices correspondants de la filière), chaque conoïde intéressant alors plusieurs orifices consécutifs.
<B> Process for producing fibers of mineral material, in particular glass fibers, </B> <B> and apparatus for carrying out this process. </B> The present invention relates to the production of fibers of material mineral, in particular of glass fibers, using a gaseous fluid blown so as to stretch thin streams of the molten material in the general direction of their flow.
In known drawing systems, in general the gaseous fluid is blown at a certain distance below the die; a de-pressure is then produced above the blower, the effect of which is to set in motion ambient atmospheric air which contributes to the entrainment of the threads of material leaving the die. This drive is thus carried out in relation to a drop in pressure (from atmospheric pressure) going from the die to the blower.
In another drawing system, instead of using, for the mid, e speed of the drawing stream, a pressure drop starting from atmospheric pressure, one starts from a pressure higher than this by surrounding the die-refractory block of a pressurized gaseous atmosphere which is exerted both above the bath and around the exit of the die and which carries the threads of material passing with them through a throttled orifice opening outdoors.
The present invention comprises a process for the production of fibers from a mineral material, characterized in that thin streams of the molten material exiting a die are drawn by means of a pressurized gaseous fluid, all of which is used. internal energy in the form of speed, by blowing it so as to entrain and stretch these threads directly as they exit the die, through the channel of a convergent-divergent blower through which the drawing current is precipitated at a increasing speed, the length of the diverging part being sufficient to avoid the risk of a shock wave. This process makes it possible to obtain yields which could not be achieved by the prior processes.
It is advantageous to create, above the fiberizing bath, a static pressure that can be adjusted at will, independently of the pressure of the gaseous blowing fluid and, consequently, as high as is desired with respect to the latter. It is thus possible to obtain a rise in the pressure under which the threads of material to be drawn flow out of the die, which greatly facilitates the entrainment of these threads through the channel of the drawing blower.
In addition, instead of being limited, for the supply pressure of the drawing stream below the die, by the need not to exceed the flow pressure of the material bath, one is in control, by raising the latter by the increase in static pressure above the bath, to increase at will the supply pressure of the drawing stream.
The operation of the convergent-divergent blower (which is distinguished, in general, by a continuous increase in speed pushed beyond the neck, that is to say in the divergent, all the drops in pres ion being transformed into speed increases) ensures the speeding up of the gas stream before it arrives in contact with the threads exiting the die and precipitates at an increased speed the drawing current driving these threads. This high drawing speed regime is extended by providing a length of diverging sufficient to avoid the risk of shock waves,
phenomenon resulting in a sudden drop in speed which could occur in the diverging portion, the further from the neck as the upstream pressure is higher compared to the downstream pressure.
The invention also comprises an apparatus for carrying out the new process, characterized in that it comprises a device for supplying an overpressed gaseous fluid to create a static overpressure above the bath contained in a die, a drawing system. formed by a pair of symmetrical inlet nozzles for overpressed gaseous fluid to bring it to each side of the orifices of the die, and a passage duct formed just below these orifices and whose walls converge at their part upper and divergent at their lower part,
the latter being extended downwards by a skirt of sufficient length to ensure the high drawing speed while avoiding the risk of shock waves.
The attached drawing shows, part in elevation and part in vertical section, and this by way of example, an embodiment of the apparatus included in the invention, from the manufacture of glass fibers.
A die 1, electrically heated and surrounded by a refractory block 2, receives glass to be fiberized and has at its lower part a row of orifices 1a through which the molten glass flows in thin streams. A chamber 3 formed by the space located above the bath is subjected to a static overpressure obtained by means of pressurized air which is supplied by a pipe 4, from a booster-manifold assembly (not shown), in an interior duct opening into chamber 3.
Thanks to this device, the static overpressure exerts on the glass a very regular downward thrust, moreover their adjustable by means of a valve arranged on the pipe 4, while a dynamic overpressure, which would be created, for example, at By means of jets of air hitting the upper surface of the bath, would cause boiling and irregularities in the center of the glass.
The die is supplied with elements of glass to be melted, for example in the form of balls, by means of a distribution device with an airlock preventing any free communication with the atmosphere. This distributor is made up of two valves 5 and 6 sliding in the manner of drawers and allowing, by first opening the upper valve 5 and closing the lower valve 6, then by closing the valve 5 and opening the valve 6, to make the elements to be melted in the oven drop at the desired rate, while ensuring the necessary tightness.
Of course, this drawer device could equally well be replaced by a positive cylinder device or the like.
While the die-refractory assembly described above constitutes an interchangeable assembly, the lower part of the apparatus, the description of which will follow, constitutes a permanently fixed frame. The whole device being, of course, made airtight to the atmo sphere, we thus have a real very practical assembly air box and in particular making it possible to very easily replace the die block above the fixed mount. .
This comprises two symmetrical nozzles 7 through which the overpressed air (or other gaseous fluid), supplied by appropriate pipes, from a central manifold, is blown with an equal and adjustable flow rate, on both sides of the pipes. glass fillets coming out of the die, following the path indicated by the arrows f.
The nozzles 7 preferably have a profile delimited at its lower part by substantially walls. horizontal, very flat and smooth, so as to bring the pressurized air into contact with the strands of glass to be drawn without swirling or swirling, and to allow the gaseous current to speed up, before it passes through the orifices of the sector, while avoiding cooling of the latter.
Plumb with the orifices of the die, at a very small distance (adjustable using screws or otherwise) below them, there is a passage duct 8, the upper part of which 8a converges. and the lower part diverges, and by which are precipitated the glass filaments that entrain and stretches the overpressed air; this duct is formed by the gap separating two parts of a jaw that the fixed frame presents, a narrow gap. and adjustable by means of screws 9 allows both to widen or narrow more or less the section of the convergent before passing through the diverging.
The walls of the latter are extended downwards by a skirt 10 of considerable length, forming with the side walls a narrow zoidal trapezoidal enclosure which constitutes the lower part of the wind tunnel at the outlet of which the fibers continue their fall until 'to a conveyor or perforated support, where they are deposited in a continuous web.
The length of the skirt as well as its angle of divergence are determined so that the operating speed of the blower thus created (called supersonic speed, in the case of air, because the speed of the fluid in the diverging part exceeds the speed of sound in air), is distinguished by a particularly well assured and prolonged continuous increase in speed thanks in particular to the length of the skirt, making it possible to achieve significantly higher drawing speeds than hitherto and as a result of considerable production gains.
This high speed stretching is obtained even by using only remarkably low air pressures, much lower than 0.2 kg1em2, which represents a considerable saving compared to the known technique; we even have the advantage of being able to recover the air from the press having been used for stretching, for example by means of a fan placed below the conveyor, and to take advantage of the thermal energy stored during the compression phases and stretching.
The apparatus shown is particularly suitable for the production of very fine and relatively long schappe fibers, used for the manufacture of rovings or yarns and corresponding textile products, by traction exerted on a bundle of these fibers being deposited in a thin layer on the carrier.
It goes without saying that the apparatus shown is only one particular example of embodiment, and is susceptible of improvement. Thus it would be advantageous to replace the wind tunnel with a single divergent skirt by a series of Venturi cones, each corresponding to an orifice in the die.
To get closer to this solution, it is possible to adapt to the wind tunnel, in combination with one or more pairs of converging nozzles, a series of skirts forming divergent and having lateral surfaces of conoids (generated by straight lines supported by their lower end, on horizontal circle segments and, by their upper end, on a horizontal straight line parallel to the row of corresponding orifices of the die), each conoid then involving several consecutive orifices.