CH634027A5 - Procede et dispositif de fibrage du verre. - Google Patents

Description

La présente invention concerne des perfectionnements au fibrage de verres ou de matière» thermoplastiques semblables, notamment des matières minérales, à l'aide d'un centrifugeur dont l'axe est orienté verticalement et dans lequel on introduit un courant de verre qui, lors de la rotation du centrifugeur, est dirigé vers la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur, paroi dans laquelle sont ménagés une multiplicité d'orifices de manière que le verre soit projeté sous la forme de filets ou fibres primaires à la sortie des orifices précités. Il est prévu des moyens pour produire un courant annulaire de gaz d'étirage à la sortie d'une chambre de combustion, ce courant annulaire étant dirigé vers le bas le long de la surface extérieure de la bande perforée de la paroi périphérique du centrifugeur de manière que les filets de verre soient étirés et les fibres entraînées vers le bas dans le courant d'étirage pour se déposer, généralement revêtues d'un liant, sur la face supérieure d'un convoyeur de réception perforé, habituellement placé de façon à constituer la paroi inférieure d'une chambre collectrice. Dans une installation particulière, il est prévu des caissons d'aspiration sous le convoyeur, de façon à faciliter la formation d'une nappe ou matelas de fibres sur celui-ci, cette nappe étant évacuée pour subir un autre traitement, un emballage, etc.

Dans des systèmes de ce type, couramment utilisés, il est classique d'employer ce qu'on appelle des verres tendres, c'est-à-dire des compositions de verre qui sont conçues en particulier de façon à avoir des caractéristiques de température et de viscosité permettant le libre passage du verre au travers des orifices de la paroi du centrifugeur à une température bien inférieure à celle à laquelle le matériau du centrifugeur est capable de résister sans corrosion et déformation excessives.

Pour atteindre l'objectif défini ci-dessus, on incorpore habituellement aux compositions de verre utilisées des quantités appréciables d'un ou de plusieurs composés du baryum, du bore ou du fluor qui ont tendance à abaisser la température de fusion, la température de dévitrification ou de liquidus et la viscosité, et qui sont par conséquent efficaces pour éviter d'employer des températures de fusion du verre excessivement élevées.

Des teneurs typiques en oxydes du baryum, du bore et du fluor intervenant à l'heure actuelle dans les verres utilisés sont respectivement d'environ 3, 6 et 1,5%, mais les composés du bore et du fluor qui sont couramment utilisés sont volatils aux températures de fusion adoptées dans la fabrication du verre et même, pour le fluor, aux températures de verre mises en œuvre lors du fibrage, de sorte que, pour obtenir ces teneurs, il faut introduire initialement de plus grandes quantités d'ingrédients lors de la préparation de la composition. L'emploi de quantités substantielles de ces composés se heurte donc au fait qu'ils augmentent le coût des fibres produites, car ils sont d'un prix élevé, notamment les composés du baryum.

D'autre part, l'utilisation de compositions contenant ces quantités substantielles de bore ou de fluor, ou même de baryum, oblige à des précautions. En particulier, dans le cas du bore ou du fluor, des constituants volatils gênants sont rejetés par l'installation de production de verre en fusion et, pour éviter de polluer l'atmosphère, il est nécessaire de traiter spécialement les gaz évacués en vue de séparer et d'éliminer de façon appropriée ces constituants.

Enfin, les verres relativement tendres obtenus produisent des fibres qui n'ont pas toute la résistance souhaitable aux températures élevées.

En conséquence, l'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus des réalisations connues.

Ainsi, l'invention a pour objectif d'augmenter la capacité de production d'une installation donnée d'étirage par centrifugation du type décrit, en permettant d'éliminer pratiquement certaines sources de pollution, et en fournissant la possibilité d'utiliser des compositions de verre de faible coût pour produire des fibres ayant de meilleures caractéristiques de résistance thermique.

Avec des fibres produites à l'aide d'un centrifugeur classique à partir de compositions de types connus, on ne peut utiliser les produits d'isolation que dans des applications où ils sont soumis à des températures peu supérieures à 400° C. Avec des fibres produites à partir de certaines compositions selon l'invention, la température correspondante peut au contraire aller jusqu'à environ 480° C.

On peut résoudre les problèmes généraux précités en adoptant un certain nombre de perfectionnements, individuellement ou en diverses combinaisons, notamment les conditions opératoires, le procédé et l'équipement utilisés pour l'introduction et la distribution du verre dans le centrifugeur, la construction du centrifugeur proprement dit et également la composition du verre, ainsi que la composition de l'alliage dont est formé le centrifugeur. Différentes caractéristiques sont liées entre elles, comme cela sera précisé dans la suite.

Considérant d'abord la composition du verre (des exemples en seront donnés par la suite), et bien que le procédé et l'équipement utilisant le centrifugeur puissent être utilisés avec des compositions employées à l'heure actuelle, il entre dans le cadre de l'invention que cette composition puisse ne pas contenir de fluor et peu, sinon pas, de baryum et de bore. De telles compositions de verre correspondent à des verres durs ayant des températures de fusion et de dévitrification plus élevées. Il en résulte que ces compositions exemptes de fluor et même de bore, voire de baryum, qui ne permettaient pas un fibrage par la technique d'étirage antérieure, peuvent être fibrées par le procédé et l'équipement selon l'invention. En outre, ces verres durs sont intéressants du point de vue de leur résistance accrue à la température.

De telles compositions de verres durs, qui ont des températures élevées de dévitrification et qui n'atteignent une viscosité appropriée au fibrage qu'à des températures élevées, nécessitent une mise en œuvre spéciale et un équipement de fibrage spécial et on décrira un certain nombre de perfectionnements importants apportés à la construction du centrifugeur, au procédé et aux moyens d'amenée et de distribution du verre dans ce centrifugeur, ainsi qu'aux conditions opératoires établies dans le centrifugeur, facilitant la fabrication des fibres à partir desdits verres durs et permettant même le fibrage de certaines compositions de verre très dur qu'il serait difficile, sinon impossible, de fibrer avec les techniques et centrifugeurs de types connus.

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Il est également à noter que certains de ces perfectionnements structuraux et opératoires, tout en étant d'un avantage et d'une importance particuliers pour le fibrage de verres durs, sont également avantageux lorsqu'ils sont appliqués à d'autres types de verres pouvant être fibrés par la technique de centrifugation considérée.

Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple avantageux mais non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une coupe verticale, en élévation, montrant une installation de production de fibres, comprenant un centrifugeur agencé conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention et pourvu d'un générateur de soufflage produisant un courant annulaire de gaz d'étirage dirigé vers le bas, le long de la paroi périphérique du centrifugeur;

la fig. la est une vue fragmentaire à plus grande échelle d'une autre partie caractéristique, pouvant être incorporée au mode de réalisation de la fig. 1 ;

les fig. 2, 3,4, 5 et 6 sont des coupes semblables à la fig. 1 et montrant chacune un mode de réalisation du centrifugeur et des organes d'amenée de verre à l'intérieur du centrifugeur;

la fig. 7 est une vue de détail, en coupe, à échelle agrandie, montrant un agencement de montage d'un organe d'amenée de verre à l'intérieur d'un centrifugeur tel que celui de la fig. 6;

la fig. 8 est une vue de détail montrant à plus grande échelle l'agencement d'une autre forme d'organe d'amenée de verre, correspondant à la version des fig. 4 et 5 ;

la fig. 9 est une vue en perspective partielle d'une membrure de renforcement de centrifugeurs tels que ceux des fig. 4 et 5, et les fig. 10 et 11 sont des sections de variantes de la bande perforée de la paroi périphérique du centrifugeur.

Structure générale

Dans le mode de réalisation de la fig. 1 est prévu un arbre vertical 10 de support de centrifugeur qui porte à son extrémité inférieure un moyeu 11 destiné au montage du centrifugeur. Le centrifugeur proprement dit a été désigné dans son ensemble par la référence 12. Il est constitué d'une bande ou paroi périphérique 13 comportant une multiplicité de rangées d'orifices de fibrage et dont le bord supérieur est relié au moyeu 11 par la partie centrale de fixation ou tulipe 14. Les orifices ménagés dans la paroi du centrifugeur ont été représentés seulement dans les parties en coupe de la paroi du dispositif, mais il va de soi qu'il est prévu une multiplicité d'orifices répartis en plusieurs rangées espacées verticalement. Sur son bord inférieur, le centrifugeur est muni d'une collerette 15 faisant saillie vers l'intérieur et à laquelle est relié le bord supérieur d'un élément cylindrique 16 qui remplit une fonction de renforcement ou d'étaiement, comme cela sera précisé dans la suite.

A l'intérieur du centrifugeur est prévu un panier de distribution 17, tournant avec lui et comportant une seule série d'orifices de distribution 18 qui sont placés essentiellement dans le plan de la rangée supérieure d'orifices de la paroi périphérique du centrifugeur. Comme indiqué, le panier 17 est monté sur le moyeu 11 à l'aide de pattes 17a dirigées vers le bas. Un courant de verre est introduit vers le bas, au centre, à travers la structure supportant le centrifugeur, comme indiqué en S, de façon à arriver à l'intérieur du panier 17 et à s'étaler latéralement sur le fond jusqu'à la paroi périphérique perforée du panier, le verre formant alors à l'intérieur de cette paroi une couche à partir de laquelle des filets désignés par 19 sont débités, au travers des orifices, vers l'extérieur, radialement, en direction de la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur, dans une zone adjacente à la rangée supérieure d'orifices; à partir de cette zone, le verre s'écoule vers le bas sur la surface intérieure de la paroi du centrifugeur. Cet écoulement dirigé vers le bas s'effectue sans entrave du fait qu'il n'existe aucune paroi de confinement ou chambre à l'intérieur de la paroi périphérique, et l'écoulement, lorsqu'il est observé avec éclairement stroboscopique, a des caractéristiques laminaires avec apparition de vagues uniformes. C'est à

partir de cet écoulement laminaire sans rétention ni confinement que le verre pénètre dans les orifices ménagés dans la paroi périphérique du centrifugeur et se trouve projeté à partir de tous ces orifices sous la forme d'une multiplicité de filets primaires qui sont soumis à un étirage par le courant annulaire de gaz établi par l'équipement qui sera décrit dans la suite.

La fig. la représente une variante du panier distributeur 17b, qui comprend deux rangées d'orifices 18a disposés en quinconce, mais tous à proximité d'un plan commun en vue d'amener le verre dans la zone de la rangée supérieure d'orifices de la paroi du centrifugeur.

En ce qui concerne l'agencement du panier distributeur (17 sur la fig. 1 et 17b sur la fig. la), il est à noter que la plupart des paniers distributeurs utilisés dans les procédés connus sont munis de plusieurs rangées d'orifices espacées verticalement les unes des autres en vue d'assurer une distribution du verre en direction de la paroi périphérique perforée du centrifugeur, sur la majeure partie de la dimension verticale de cette paroi. Cependant, la titulaire a constaté qu'en adoptant, selon cette technique connue, une multiplicité d'orifices pour effectuer la répartition verticale du verre, on rencontrait certains inconvénients et difficultés, notamment lors de l'utilisation de centrifugeurs de dimensions relativement grandes, à la fois en ce qui concerne le diamètre et la hauteur verticale de la paroi périphérique perforée.

Une des difficultés les plus importantes réside dans la chaleur perdue par les filets de verre au cours de leur trajet entre le panier distributeur et la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur. Cette perte calorifique est directement proportionnelle à la surface totale des filets débités. Avec un nombre élevé de petits filets, comme dans les systèmes antérieurs, la surface totale est bien supérieure à celle correspondant à l'agencement ici décrit, dans lequel le panier distributeur est muni seulement d'une rangée d'orifices de plus grandes dimensions, ce qui permet de débiter la même quantité de verre pour une surface totale bien plus petite. Ainsi dans un cas particulier, le système ici décrit permet d'amener une quantité donnée de verre sous forme de filets dont la surface correspond à seulement Vide la surface des systèmes antérieurs.

On élimine par conséquent la perte calorifique excessive se produisant dans le verre transféré du panier distributeur jusque sur la paroi périphérique du centrifugeur, alors que cela constitue un gros inconvénient des équipements antérieurs. En outre, du fait des petites dimensions des filets de verre créés dans ces réalisations connues, la perte calorifique se produisant au cours du passage du panier distributeur à la paroi périphérique du centrifugeur est beaucoup moins uniforme entre les différents filets que dans le cas où on produit un nombre plus petit de filets plus gros, comme dans la disposition proposée.

Bien que les difficultés précitées concernant les pertes calorifiques n'aient pas été considérées comme prohibitives lors de l'utilisation de verres tendres des procédés connus, ces pertes calorifiques ne sont pas tolêrables lors de l'utilisation des verres durs considérés ici.

Un autre facteur important consiste en ce que la présente conception permet d'augmenter le diamètre du centrifugeur. Avec le panier distributeur des systèmes connus qui produit des filets de verre de petit diamètre, l'augmentation du diamètre du centrifugeur a tendance à produire un flottement des filets et, par conséquent, à altérer l'uniformité des conditions opératoires. En utilisant un nombre plus petit de filets plus gros, on remédie à ce flottement, mais d'autres moyens permettant de réduire cette tendance au flottement. seront également décrits dans la suite en référence aux modes de réalisation représentés sur les fig. 2 à 6.

En outre, lorsqu'on dirige un grand nombre de petits filets de verre vers la surface intérieure de la paroi périphérique perforée du centrifugeur sur la majeure partie de l'étendue de la zone perforée de cette paroi, certains des filets arrivent sur la paroi perforée dans l'alignement des orifices de la paroi ou presque, alors que d'autres filets arrivent sur celle-ci dans les zones intermédiaires, ce qui établit des conditions d'écoulement non uniformes ayant tendance à perturber l'uniformité des fibres produites.

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Cela étant, au lieu d'utiliser un grand nombre de filets répartis verticalement sur la paroi périphérique du centrifugeur, on établit et on maintient une couche de verre fondu s'écoulant vers le bas sans être entravée ni confinée sur la surface intérieure de la paroi périphérique perforée, l'amenée du verre s'effectuant vers le bord supérieur de cette couche et cette dernière progressant vers le bas de façon laminaire en passant sur toutes les perforations de la paroi du centrifugeur, de sorte que les conditions de projection du filet de verre au travers et à la sortie de chaque orifice de la paroi périphérique sont pratiquement les mêmes, ce qui élimine une cause de non-uniformité des fibres produites.

Cet établissement de la couche s'écoulant vers le bas sans entrave est assuré par le panier distributeur décrit ci-dessus en référence aux fig. 1 et la, c'est-à-dire en utilisant un panier distributeur dans lequel tout le verre à transformer en fibres est débité vers la paroi du centrifugeur par l'intermédiaire d'une seule série d'orifices situés à proximité d'un (ou dans un) plan placé au niveau ou à proximité de la série supérieure d'orifices de la paroi du centrifugeur. Cette rangée unique d'orifices comprend avantageusement de 75 à 200 orifices seulement au total, ce qui correspond à un nombre compris entre le dixième et le tiers de celui couramment utilisé dans des paniers distributeurs à rangées multiples.

L'établissement des conditions uniformes désirées de passage du verre au travers des orifices de la paroi du centrifugeur est encore amélioré par certaines autres conditions opératoires préférées qui vont être définies par la suite, en particulier par le maintien de conditions de température qui créent une viscosité essentiellement uniforme du verre dans les zones supérieure et inférieure de la paroi du centrifugeur.

Pour assurer l'étirage des filets de verre, le dispositif représenté sur la fig. 1 comprend une chambre annulaire 20 munie d'une tuyère annulaire 21, cette chambre 20 étant alimentée par une ou plusieurs chambres de combustion telles que 22, qui sont munies de moyens appropriés brûlant du combustible en vue de produire les gaz chauds d'étirage. Cela produit un courant annulaire de gaz d'étirage dirigé vers le bas qui se présente sous la forme d'un rideau qui entoure le centrifugeur. Les détails de conception de la structure supportant le centrifugeur et du générateur de soufflage n'ont pas à être donnés dans la présente description du fait qu'ils sont bien connus des spécialistes.

Comme indiqué sur la fig. 1, l'équipement comporte également un moyen de chauffage du bord inférieur du centrifugeur. Ce moyen peut se présenter sous une diversité de formes et il comprend de préférence un appareil de chauffage à haute fréquence de forme annulaire, comme indiqué sur la fig. 23. Cet anneau de chauffage a de préférence un diamètre supérieur à celui du centrifugeur, et il est de préférence situé à une faible distance en dessous du fond de ce dispositif.

Données opératoires

Seront maintenant décrits les conditions et paramètres de fonctionnement:

Considérant le fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention tel que celui représenté sur la fig. 1, il faut noter en premier lieu que, bien qu'on puisse faire intervenir différentes caractéristiques de l'invention dans des centrifugeurs de toutes tailles, il est proposé ici de donner au centrifugeur un diamètre supérieur à celui des centrifugeurs classiques. Par exemple, on peut adopter pour le centrifugeur un diamètre de l'ordre de 400 mm, par comparaison à la valeur de 300 mm couramment adoptée dans un grand nombre de dispositifs antérieurs. Cela permet de prévoir un nombre bien supérieur d'orifices de délivrance de verre dans la paroi périphérique du centrifugeur, de sorte qu'il est possible d'augmenter avantageusement le nombre de filets de verre projetés par ce centrifugeur dans le courant annulaire de soufflage environnant, en vue de leur étirage. Du fait des vitesses de rotation relativement élevées des centrifugeurs de ce type, cet appareil est soumis à une très grande force centrifuge et, puisqu'il fonctionne à température élevée, la zone médiane de la paroi périphérique a toujours tendance à s'incurver vers l'extérieur. On contrebalance cette tendance en utilisant des moyens de renforcement ou d'étaiement, dont plusieurs formes vont être décrites dans les différents modes de réalisation représentés sur les dessins. Dans le mode de réalisation de la fig. 1, le moyen de renforcement se présente sous la forme d'un élément annulaire 16 fixé par l'intermédiaire de la collerette 15 recourbée vers l'intérieur sur le bord inférieur de la paroi périphérique. On peut bien comprendre l'action de renforcement de cet élément annulaire 16 en tenant compte du fait que, la zone centrale de la paroi périphérique 13 ayant tendance à s'incurver vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge, elle tend aussi à infléchir la collerette 15 vers le haut et vers l'intérieur autour de sa ligne de jonction avec le bord inférieur de la paroi 13. Si (comme dans les centrifugeurs connus), l'élément annulaire 16 n'était pas prévu, une part de cette flexion de la collerette 15 vers le haut et vers l'intérieur se traduirait par la formation d'une légère ondulation de son bord intérieur relativement mince. Au contraire, la présence de l'élément annulaire 16 sur le bord intérieur de cette collerette empêche cette ondulation, assurant ainsi un renforcement de la paroi du centrifugeur. La jonction anguleuse de l'élément 16 avec la collerette 15 contribue également à créer le renforcement désiré.

Dans le but qui vient d'être défini, l'élément annulaire 16 a de préférence, dans la direction axiale du centrifugeur, une dimension supérieure à l'épaisseur moyenne de la paroi périphérique du centrifugeur. En outre, pour contrebalancer efficacement l'incurvation de la paroi périphérique vers l'extérieur, on monte l'élément annulaire 16 de préférence dans une position faisant saillie vers le bas du bord intérieur de la collerette 15. Avantageusement, on lui donne une dimension verticale supérieure à l'épaisseur maximale de la paroi 13. On a trouvé que le renforcement du centrifugeur réalisé de cette manière permettait de retarder le bombement de la paroi du centrifugeur et, par conséquent, d'augmenter la durée de service de cet appareil.

On a représenté sur d'autres figures, qui seront décrites dans la suite, d'autres agencements permettant d'exercer cette action de renforcement.

Avant de décrire le fonctionnement du mode de réalisation de l'équipement selon l'invention représenté sur la fig. 1, il faut noter que, dans un processus connu d'utilisation d'un centrifugeur avec un verre relativement tendre, on introduit habituellement le verre dans un panier distributeur monté dans la zone centrale du centrifugeur et comportant une paroi périphérique munie de plusieurs rangées, espacées verticalement, d'orifices de distribution de verre, de manière que le verre débité par le panier atteigne la paroi périphérique du centrifugeur au moins sur la majeure partie de sa dimension verticale. Il s'établit alors une différence de température substantielle entre le bord supérieur de la paroi périphérique et son bord inférieur. En conséquence, le bord supérieur se trouve à des températures plus élevées que le bord inférieur, principalement du fait que ce bord supérieur est situé à proximité de la zone de naissance du courant d'étirage. En outre, la paroi périphérique a couramment la même épaisseur sur toute la hauteur ou même, dans certains cas, elle est plus épaisse vers le bord supérieur que vers le bord inférieur. En outre, dans cette technique connue, il peut exister certaines différences de dimensions (diamètre) entre orifices des rangées supérieures du centrifugeur et ceux des rangées inférieures. On a déjà tenu compte, dans les réalisations connues, de ces différents facteurs pour obtenir que les filets de verre des orifices supérieurs se trouvent projetés à débit plus élevé que les filets des orifices inférieurs afin d'obtenir ce qu'on a appelé un fibrage en parapluie, comme décrit par exemple dans le brevet FR N° 1382917 (fig. 3). Cela évite que les fibres ne s'entrecroisent, donc ne s'emmêlent et ne se soudent entre elles dans la zone de fibrage, comme c'est le cas lorsque les filets de verre sont projetés à la même distance par les rangées supérieures et les rangées inférieures d'orifices.

Bien que, dans certains systèmes connus, on soumette le bord inférieur du centrifugeur à un échauffement qui vient s'ajouter à celui résultant de l'action du courant annulaire d'étirage et de l'introduc5

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tion du verre en fusion, la production d'un fibrage en parapluie exige le plus souvent, dans les réalisations connues, d'établir une différence entre les températures du verre sur le bord supérieur du centrifugeur et sur son bord inférieur. Le bord supérieur du centrifugeur est soumis à une température supérieure du fait des facteurs mentionnés ci-dessus, tandis que le bord inférieur du centrifugeur se trouve habituellement à une température plus basse, même si l'on crée un échauffement additionnel; du fait de cette différence entre les températures qui sont par exemple d'environ 1050° C en haut du centrifugeur et de 950° C en bas, la viscosité résultante du verre est plus faible en haut qu'en bas et il en résulte un écoulement plus facile à travers les orifices supérieurs, de sorte que les filets de verre sont projetés plus loin en haut qu'en bas du centrifugeur, ce qui permet d'obtenir le fibrage en parapluie désiré.

Dans les techniques connues utilisant des verres tendres, on pouvait établir une telle différence de température entre le bord supérieur et le bord inférieur du centrifugeur pour atteindre les objectifs précités du fait qu'avec ces verres tendres, même lorsque la température dépasse sensiblement la température de dévitrification (pour le verre situé dans la zone adjacente aux rangées supérieures d'orifices), elle n'est cependant pas suffisamment élevée pour produire des dommages sérieux au métal du centrifugeur.

Au contraire, avec un verre dur, il n'est pas possible en pratique d'opérer avec une forte différence de température entre les bords supérieur et inférieur du centrifugeur. La raison en est que, si la température sur le bord inférieur était maintenue à un niveau suffisamment supérieur à la température de dévitrification pour éviter que le verre ne cristallise, et par conséquent n'obstrue les rangées inférieures d'orifices, il faudrait, pour établir la différence de températures fréquemment utilisée dans les systèmes connus pour obtenir le fibrage en parapluie, porter la température du verre dans la zone adjacente au bord supérieur du centrifugeur à une valeur si élevée que le centrifugeur serait soumis à une corrosion, une érosion et/ou une déformation excessives.

Compte tenu de ces facteurs, et lors de l'utilisation de compositions de verres durs, on obtient d'une nouvelle manière le fibrage en parapluie désiré. Au lieu d'utiliser une différence de température entre les bords supérieur et inférieur du centrifugeur, on établit approximativement la même température sur les bords supérieur et inférieur du centrifugeur, et cette température est maintenue à un niveau (par exemple 1050° C) qui est supérieur à la température de dévitrification tout en étant relativement proche de celle-ci. La viscosité du verre est donc essentiellement la même dans les zones des rangées supérieure et inférieure d'orifices du centrifugeur, par exemple d'environ 5000 Po; cependant, on établit d'une manière différente l'augmentation désirée de résistance à la projection des filets de verre au travers des orifices des rangées inférieures. Ainsi, à la différence de l'art antérieur, on utilise, dans le centrifugeur, une paroi périphérique qui a une épaisseur plus grande en direction du bord inférieur qu'en direction du bord supérieur, comme le montre clairement la fig. 1. Il en résulte qu'on obtient en direction du bord inférieur des orifices de plus grandes longueurs qui, pour une viscosité donnée du verre, opposent une plus grande résistance à l'écoulement des filets sous l'action de la force centrifuge. Du fait de cet écart de résistance à l'écoulement, les filets de verre sont projetés plus loin sur le bord supérieur du centrifugeur que sur le bord inférieur, ce qui produit ainsi le fibrage en parapluie désiré. Le cas échéant, on peut encore augmenter la résistance à l'écoulement des filets de verre à travers les orifices des rangées inférieures en réduisant leurs diamètres.

Pour établir la température désirée le long du bord inférieur du centrifugeur, on effectue un échauffement plus intense du bord inférieur du centrifugeur que dans les réalisations connues. Ainsi, le dispositif de chauffage 23 représenté sur la fig. 1 possède une puissance au moins double ou triple de celle des dispositifs utilisés par le passé. Il est approprié d'utiliser un dispositif de chauffage d'une puissance de 60 kW sous 10 000 Hz.

Dans le mode préféré de mise en œuvre de la présente invention,

on maintient des conditions établissant dans les zones supérieure et inférieure de la paroi périphérique du centrifugeur une température de verre qui est supérieure d'environ 10 à 20° C à la température de dévitrification.

Dans la plupart des applications, on donne en outre à la zone inférieure de la paroi périphérique du centrifugeur une épaisseur égale au moins à environ 1,5 fois celle de sa zone supérieure; dans certains cas, il peut être souhaitable de donner à la zone inférieure une épaisseur de l'ordre de 2,5 fois celle de la zone supérieure. Une épaisseur de la zone inférieure de la paroi du centrifugeur double de celle de la zone supérieure constitue une valeur typique pour la mise en pratique. Par exemple, dans un dispositif particulier, l'épaisseur de la zone supérieure peut être de 3 mm et celle de la zone inférieure de 6 mm.

Bien que l'augmentation d'épaisseur puisse être essentiellement uniforme du haut vers le bas, comme indiqué sur la fig. 1, on peut également adopter la variante indiquée sur la fig. 10 qui représente, à échelle agrandie, une section droite de la paroi périphérique d'un centrifugeur ayant aussi une épaisseur plus forte dans sa zone inférieure que dans sa zone supérieure. Dans ce cas, la paroi possède l'épaisseur la plus forte dans la zone inférieure, l'épaisseur minimale dans la zone médiane et une épaisseur intermédiaire dans la zone supérieure. Cette répartition de l'épaisseur de paroi permet, avantageusement, d'établir d'une façon encore plus précise l'effet désiré de fibrage en parapluie. A cet égard, il est à noter que les deux sources principales d'échauffement de la paroi périphérique sont constituées en haut par le courant annulaire de gaz d'étirage et en bas par le dispositif de chauffage par induction 23. Il en résulte que la zone médiane de la paroi périphérique prend une température un peu inférieure à celle des bords supérieur ou inférieur et que la viscosité du verre dans la zone médiane est augmentée en correspondance. Une variation d'épaisseur de paroi telle que celle indiquée sur la fig. 10 facilite par conséquent l'établissement du degré désiré d'écoulement et de projection du verre, c'est-à-dire un degré maximal dans la zone supérieure, un degré intermédiaire dans la zone médiane et un degré minimal dans la zone inférieure.

Bien qu'on ait représenté sur les fig. 1 et 10 la surface extérieure de paroi comme ayant un profil conique, c'est-à-dire un diamètre légèrement plus grand en bas qu'en haut, il va de soi que cette surface extérieure peut avoir une forme cylindrique comme indiqué sur la fig. 11.

Paramètres divers

Avant de décrire d'autres modes de réalisation de l'invention et d'autres caractéristiques correspondantes, qui sont mises en évidence sur les fig. 2 à 9, il est souhaitable de définir certains paramètres supplémentaires, notamment des gammes de caractéristiques structurales et opératoires de l'invention.

Bien qu'on puisse utiliser différentes caractéristiques de l'invention en association avec des centrifugeurs ayant un coefficient de perforation (rapport entre la surface totale de perforation et la surface totale) de la paroi périphérique de l'ordre de grandeur de celui adopté dans les réalisations connues, certaines caractéristiques de l'invention sont avantageusement utilisées en association avec un centrifugeur comportant un plus grand nombre d'orifices par unité de surface de la paroi périphérique. Par une telle augmentation du coefficient de perforation, il est possible d'augmenter la capacité du . centrifugeur, c'est-à-dire la quantité totale de verre transformé en fibres par ce centrifugeur.

Lors de l'analyse de ce sujet, on doit se rappeler que la vitesse de délivrance du verre à travers les orifices de la paroi du centrifugeur est fortement influencée par la viscosité du verre qui les alimente. Une augmentation de viscosité ralentit l'écoulement dans chaque orifice; mais, par augmentation du coefficient de perforation, on peut maintenir une capacité globale donnée pour un centrifugeur, même avec du verre de plus haute viscosité. En conséquence, l'augmentation du coefficient de perforation permet d'utiliser des verres à

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viscosité supérieure à celle couramment utilisée sur les centrifugeurs, sans qu'il en résulte une réduction de la capacité globale de fibrage.

La capacité de fibrage dépend aussi du diamètre des orifices, mais on peut maintenir, même avec des orifices de diamètre réduit, une capacité donnée de fibrage si l'on augmente suffisamment le coefficient de perforation.

Il est même possible d'augmenter la capacité globale de production d'un centrifugeur donné, et cela tout en réduisant simultanément la vitesse de passage du verre à travers les orifices individuels de la paroi périphérique. Ce résultat peut être obtenu en partie par augmentation du coefficient de perforation (comme indiqué ci-dessus), mais aussi par certains autres facteurs qui vont être précisés dans la suite; en conséquence, on réduit l'érosion et la détérioration du centrifugeur malgré l'augmentation de la capacité globale de fibrage. L'érosion est évidemment concentrée dans les orifices individuels, mais on constate avec surprise qu'en dépit de l'augmentation du coefficient de perforation (qui devrait produire un affaiblissement du centrifugeur), la capacité et la durée de service du centrifugeur ne sont pas réduites et peuvent même être légèrement augmentées par comparaison aux réalisations connues.

En outre, réduisant la vitesse d'écoulement du verre dans les orifices, il n'est pas nécessaire de donner au courant d'étirage engendré le long de la surface extérieure de la paroi périphérique du centrifugeur une vitesse aussi élevée que s'il existait un plus grand débit d'écoulement à travers chaque orifice. Cela se traduit par un double avantage. En premier lieu, il est possible de produire des fibres de plus grande longueur du fait que, comme cela est bien connu, la longueur des fibres produites par un centrifugeur du type précité est en général inversement proportionnelle à la vitesse des gaz d'étirage. En second lieu, la réduction de vitesse des gaz d'étirage permet de réaliser une économie d'énergie.

Une augmentation du coefficient de perforation permet également d'étirer un plus grand nombre de filaments dans un volume donné de gaz d'étirage, ce qui se traduit aussi par une économie d'énergie. On a trouvé que, dans la mise en pratique de l'invention, nonobstant l'augmentation du nombre de filaments par unités de volume de gaz d'étirage, les fibres produites ne forment pas de poches ou zones d'agglomération de fibres, mais les fibres restent isolées les unes des autres pendant toute la phase d'étirage, ce qui permet de fabriquer des produits fibreux, par exemple des produits isolants, de haute qualité.

Dans la mise en pratique de l'invention, il est bon d'adopter dans la plupart des cas un coefficient de perforation correspondant au moins à 15 orifices/cm2 de la partie perforée de la paroi périphérique, par exemple une valeur comprise entre 15 et 45 ou 50 orifices/cm2. Une valeur préférée est de l'ordre des 35 orifices/cm2. Le diamètre des orifices utilisés est de préférence compris entre environ 0,8 et 1,2 mm.

Bien que certaines caractéristiques de l'invention puissent être appliquées à des centrifugeurs de n'importe quel diamètre, on envisage dans de nombreuses applications de l'invention une augmentation du diamètre du centrifugeur par rapport aux appareils connus. Ainsi, bien qu'on adopte dans les centrifugeurs connus un diamètre d'environ 300 mm, on peut donner aux centrifugeurs agencés selon l'invention un diamètre d'au moins 400 mm et pouvant atteindre 500 mm.

L'augmentation de diamètre du centrifugeur offre également des avantages. Ainsi, pour un coefficient de perforation donné et pour la même capacité de fibrage de verre du dispositif, une augmentation de diamètre se traduit par une réduction de la vitesse d'écoulement du verre à travers chaque orifice. Comme indiqué ci-dessus à propos de l'augmentation du coefficient de perforation, la diminution de la vitesse d'écoulement dans les orifices peut même permettre une certaine augmentation de la viscosité du verre fibré. Pour la même capacité du centrifugeur, une plus grande viscosité du verre ne produit cependant pas une usure excessive du fait de la réduction de la vitesse d'écoulement dans les orifices.

Bien que certaines caractéristiques de l'invention puissent être exploitées dans des centrifugeurs dont la paroi périphérique possède toute dimension verticale désirée, on peut également envisager dans certaines applications une augmentation de hauteur de cette paroi périphérique, allant jusqu'au double par rapport aux réalisations connues ; par exemple, on peut augmenter la hauteur de bande du centrifugeur d'environ 40 mm à 80 mm. Cette augmentation de hauteur permet d'augmenter le nombre total d'orifices, résultat extrêmement avantageux puisqu'un nombre accru de filets de verre sont projetés dans le courant gazeux d'étirage, ce qui se traduit par une nouvelle économie d'énergie.

Description détaillée

Sont maintenant décrites en détail les fig. 2 à 9 :

En considérant le mode de réalisation représenté sur la fig. 2, on voit qu'il est à nouveau prévu un arbre central 10 supportant le centrifugeur et à l'extrémité inférieure duquel est monté le moyeu 24 qui a pour fonction de supporter le centrifugeur désigné dans son ensemble par la référence 25. Comme dans le premier mode de réalisation, il est prévu une chambre annulaire 20 comportant une tuyère annulaire 21 permettant d'émettre le courant d'étirage le long de la paroi périphérique du centrifugeur. Sur la fig. 2, le diamètre de ce centrifugeur est un peu plus grand que sur la fig. 1, et la paroi périphérique 26 a également une plus forte épaisseur dans la zone inférieure que dans la zone supérieure. Sur le bord inférieur de la paroi périphérique, il est prévu une collerette 27 recourbée vers l'intérieur et dont l'épaisseur augmente progressivement radialement vers l'intérieur, son bord intérieur ayant, dans la direction axiale du centrifugeur, une dimension au moins égale à l'épaisseur moyenne de la paroi 26 et de préférence supérieure à l'épaisseur maximale de cette paroi. Cela crée un renforcement destiné, comme décrit ci-dessus, à s'opposer à ce que la paroi périphérique 26 ne se bombe extérieurement dans sa zone centrale.

Dans le mode de réalisation de la fig. 2, un panier distributeur 28 est monté au centre du centrifugeur et il est pourvu d'une rangée d'orifices périphériques 29. Le courant de verre S pénètre dans le panier par le haut, comme sur la fig. 1, et la rotation du panier 28 projette radialement les filets de verre 30 vers l'extérieur.

Au lieu que les filets 30 soient amenés directement vers l'intérieur de la paroi périphérique du centrifugeur, le mode de réalisation de la fig. 2 prévoit un dispositif de relais interposé entre le panier et la paroi périphérique du centrifugeur. Ce dispositif de relais se présente sous la forme d'une trémie annulaire 31 ouverte vers l'intérieur et comportant, dans le fond, une rangée d'orifices de relais espacés de manière à émettre des filets de verre, indiqués en 32, vers la paroi périphérique du centrifugeur. Comme dans le mode de réalisation décrit en premier, les orifices de sortie des filets 32 doivent être placés de façon à diriger tout le verre à fibrer dans la zone supérieure de la paroi perforée du centrifugeur, établissant ainsi le libre écoulement laminaire vers le bas décrit plus haut.

Dans le mode de réalisation de la fig. 2, on donne au diamètre du panier distributeur 28 une valeur inférieure à celui du panier 17 de la fig. 1, nonobstant le fait que le diamètre du centrifugeur de la fig. 2 est supérieur au diamètre du précédent. Ces dimensions proportionnelles des pièces en question sont avantageuses du fait que, même avec un panier d'un diamètre équivalent à celui indiqué en 17 sur la fig. 1, la distance séparant du panier distributeur la paroi perforée du centrifugeur altérerait l'uniformité des filets débités et produirait un flottement et, par conséquent, l'arrivée d'une partie du verre vers une zone de la paroi placée en dessous du bord supérieur. Cela est indésirable du fait que, dans la mise en pratique de l'invention, tout le verre doit être amené essentiellement dans le plan des rangées supérieures d'orifices de la paroi de l'appareil en vue d'établir depuis le haut jusqu'en bas de la paroi périphérique du centrifugeur le libre écoulement descendant en couches laminaires superposées que l'on désire.

En utilisant un panier distributeur 28 d'un diamètre un peu plus petit que celui de la fig. 1 et en employant en outre un dispositif de relais tel que la trémie annulaire 31 de la fig. 2, on peut assurer un

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

634027

8

transfert plus précis du verre vers la région de la rangée supérieure d'orifices de fibrage. On peut monter la trémie 31 sur une partie du moyeu 24 à l'aide d'une structure porteuse 31a thermiquement isolée, comme indiqué en 46 dans les fig. 7 et 8.

Comme sur la fig. 1, on peut utiliser sur la fig. 2 un dispositif de chauffage par induction haute fréquence 23 en vue d'égaliser les températures dans les zones supérieure et inférieure de la paroi perforée du centrifugeur.

La fig. 3 représente un mode d'exécution semblable à celui de la fig. 2, et des références numériques correspondantes ont été adoptées pour désigner des pièces identiques ou très semblables. En fait, le centrifugeur 25 et aussi le panier distributeur 28 sont d'une construction identique à celle de la fig. 2 mais, au lieu d'utiliser la trémie annulaire 31 ouverte vers l'intérieur, on adopte un dispositif de relais 33 d'une structure différente. Ce dispositif 33 comprend, monté sur le moyeu par l'intermédiaire de supports 33a thermiquement isolés, un larmier annulaire muni d'un canal ouvert vers l'intérieur de manière à recevoir les filets de verre 30 qui sortent du panier 28, et le bord inférieur du canal est pourvu d'un barrage ou déversoir 34 de manière que le verre arrivant dans le larmier 33 déborde et soit transféré par centrifugation vers la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur. De préférence, le larmier de relais 33 est disposé de manière que le barrage déversoir assure le transfert du verre dans le plan de la rangée supérieure d'orifices de la paroi périphérique.

Le fonctionnement du mode d'exécution de la fig. 3 est semblable à celui de la fig. 2, si ce n'est que, dans le cas de la trémie de la fig. 2, les orifices prévus à la base de l'entonnoir débitent des filets de verre distincts 32 alors que, sur la fig. 3, le verre est déversé par le dispositif de relais sous la forme d'une nappe, comme indiqué en 35.

Considérant maintenant le mode d'exécution de la fig. 4, on voit que le centrifugeur 36 représenté a une dimension verticale sensiblement accrue par rapport à celle des centrifugeurs des fig. 1,2 et 3. Sur la fig. 4, on utilise un panier distributeur 28 semblable à celui de la fig. 3, et ce panier débite des filets de verre 30 vers le larmier annulaire de relais 33, d'une structure semblable à celle décrite ci-dessus en référence à la fig. 3. Cependant, sur la fig. 4, le dispositif de relais 33 ne déverse pas le verre directement vers la surface intérieure de la paroi du centrifugeur; il le fait parvenir au contraire à l'intérieur d'une trémie annulaire 37 ouverte vers l'intérieur et qui est montée sur une membrure porteuse 38 située à l'intérieur du centrifugeur et reliée à celui-ci dans la zone de son bord supérieur.

La membrure 38 a une forme cylindrique et son bord supérieur est fixé sur le col de l'appareil, tandis que son bord inférieur est pourvu d'une rainure 38a destinée à recevoir le bord 36a, orienté vers le bas et prévu sur la collerette inférieure du centrifugeur. La membrure 38 est également reliée à une plaque de base 38b. Comme on peut le voir, la membrure 38 et la plaque de base sont de préférence pourvues de trous espacés. Des organes d'ancrage ou des consoles 39, répartis sur la périphérie (cf. également fig. 9), font saillie vers l'intérieur à partir de la partie centrale de la paroi périphérique du centrifugeur et servent à la fixation d'un anneau 39a qui vient s'engager dans un épaulement rainuré 38c solidaire de la membrure 38. L'espacement périphérique des consoles 39 évite tout effet appréciable de retenue ou de perturbation sur l'écoulement laminaire de verre progressant sur la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur. L'emboîtement des organes 36a-38a et 39a-38c est conçu de façon à permettre à la membrure 38 et à la paroi périphérique du centrifugeur de se dilater et de se contracter librement l'une par rapport à l'autre. Cette membrure, notamment grâce aux organes 39,39a et 38c, assure un renforcement efficace de la paroi périphérique du centrifugeur, s'opposant ainsi à un bombement vers l'extérieur de cette paroi sous l'action de la force centrifuge.

Un avantage de cette structure consiste en ce que les éléments de renfort sont maintenus à une température assez basse; par exemple, alors que la température de la paroi périphérique est d'environ

1050° C en cours de marche, celle de la membrane sera d'environ 600° C, de sorte que cette membrure restera plus rigide.

Sur la vue en coupe à échelle agrandie de la fig. 8 se trouvent mis en évidence certains détails de construction de la trémie de relais 37 et de la membrure 38. On peut voir que les orifices de transfert 40 prévus à la base de l'entonnoir sont disposés de façon à faire passer des filets de verre par des orifices 41 radialement alignés ménagés dans la membrure 38.

La répartition des consoles 39 à intervalles sur la surface intérieure de la paroi du centrifugeur permet d'établir l'écoulement laminaire désiré du verre depuis la zone supérieure du centrifugeur jusqu'à sa zone inférieure, avec un minimum d'interruptions.

Les autres parties de l'équipement, par exemple le tourillon de montage du centrifugeur, la chambre annulaire et l'orifice annulaire de passage des gaz d'étirage ainsi que l'élément de chauffage 23, peuvent toutes être semblables à celles déjà décrites ci-dessus.

Dans le mode d'exécution de la fig. 5, le centrifugeur 42 est d'une construction semblable à celle du centrifugeur 36 de la fig. 4, mais il possède un plus petit diamètre et, pour l'amenée du verre, il comporte un panier distributeur central 43 d'un diamètre un peu supérieur à celui indiqué en 28 sur la fig. 4, les orifices périphériques de ce panier délivrant des filets de verre 44 directement dans l'entonnoir de relais 37 au lieu de le faire par l'intermédiaire du larmier à barrage déversoir 33. Ce mode d'exécution comprend une membrure 38, une plaque de base 38b évidée en son centre et des liaisons avec la paroi périphérique du centrifugeur, comme décrit ci-dessus en référence à la fig. 4.

Bien qu'on puisse utiliser différentes caractéristiques des modes de réalisation des fig. 4 et 5 avec des parois périphériques d'épaisseur uniforme, il est préférable d'augmenter l'épaisseur de paroi en direction du bord inférieur, pour les raisons déjà indiquées.

Sur la fig. 6, on a représenté un agencement semblable à celui de la fig. 3 et dont le centrifugeur 25 et le panier distributeur 28 sont identiques, mais on utilise comme anneau de relais un larmier à déversoir 45 (cf. également le détail de la fig. 7) monté directement sur une partie de la paroi périphérique proprement dite au lieu de l'être sur le moyeu, comme dans la fig. 3.

Sur les vues de détail des fig. 7 et 8, on voit que dans les deux cas de fixation directe du dispositif de relais montré par les fig. 4 à 6 (37 sur la fig. 8 et 45 sur la fig. 7), une couche intercalaire de matière isolante 46 a pour fonction de réduire la transmission de chaleur du dispositif de relais vers le centrifugeur et aussi, dans le cas du mode de réalisation des fig. 4, 5 et 8, vers la structure portante 38.

Verres

Un avantage important de l'invention est que ses caractéristiques structurales et fonctionnelles permettent de l'employer au fibrage d'une large gamme de verres.

On peut ainsi utiliser de nombreuses compositions connues de verre étirable, notamment des verres tendres. En outre, on peut également utiliser diverses caractéristiques structurales et opératoires de l'invention individuellement et en combinaison avec certains types de compositions de verre qui n'ont pas été couramment utilisées dans des procédés connus de fibrage faisant intervenir un centrifugeur pour projeter des filets de verre dans un courant d'étirage. Effectivement, la technique et le centrifugeur selon l'invention permettent d'utiliser commodément des compositions de verre qui n'avaient pas été employées en pratique avec les équipements de fibrage centrifuge de types connus, pour diverses raisons, notamment à cause d'une température de dévitrification relativement élevée qui nécessite l'emploi d'une température de fibrage relativement haute. Cette haute température de fibrage, lorsqu'elle est adoptée dans les centrifugeurs de types connus, provoque (par érosion et/ou bombement vers l'extérieur de la paroi périphérique) une détérioration suffisamment rapide pour que le centrifugeur ne puisse pas être utilisé industriellement en pratique. En conséquence, on peut dire qu'il serait virtuellement impossible d'effectuer avec les centrifugeurs de types connus le fibrage de certaines des compositions de verre

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9

634 027

envisagées dans le cadre de la mise en pratique de la présenté invention.

On prévoit l'utilisation de certaines compositions de verres inconnues auparavant et qui ont les caractéristiques souhaitables de température et de viscosité pour être fibrées avec son aide ; en outre, 5 ces nouvelles compositions de verres ont également l'avantage de ne pas contenir de composés de fluor et d'être même pratiquement exemptes de bore et/ou de baryum, alors que ces trois éléments:

fluor, bore et baryum, intervenaient séparément ou en combinaison en quantités notables dans les compositions de verres à fibrer par des io techniques classiques de centrifugation. Elles sont donc particulièrement avantageuses, car elles sont économiques et pratiquement non polluantes. Les nouvelles compositions évoquées, qui ont des températures de fusion et de dévitrification relativement élevées, permettent également de produire des fibres ayant de meilleures caractéristiques 15 de résistance à la température. En conséquence, les produits d'isolation thermique fabriqués à partir de ces nouvelles compositions de verres peuvent être utilisés en toute sécurité dans des applications où l'isolation est soumise à des températures élevées, de l'ordre de 450 à 500° C, à comparer avec la température d'environ 400° C que 20

supportent des produits d'isolation formés de fibres constituées de différents verres tendres connus.

Les compositions des verres préférés pour la mise en pratique de l'invention, caractérisée par les différentes propriétés indiquées ci-dessus, vont être mises en évidence dans la suite. Avant de définir 25

Les compositions chimiques figurant dans ce tableau sont des résultats d'analyse d'échantillons donnés à titre d'exemple.

Il est évident que ces chiffres sont pour l'homme de l'art à prendre avec des dispersions pouvant atteindre + 5% environ, dispersions résultant des erreurs inhérentes à la précision des dosages chimiques et des pesées de la composition et également des phénomènes dus à la constance et à la volatilisation de certaines matières premières.

spécifiquement ces compositions, il faut rappeler que, dans les conditions classiques, la viscosité était de l'ordre de 1000 Po à la température de fibrage. On recherchait ainsi une température supérieure de dévitrification aussi faible que possible qui ne pouvait être obtenue que grâce à l'apport de composés du fluor ou encore de composés du bore et du baryum. Certains verres peuvent atteindre une viscosité de l'ordre de 5000 Po à la température de fonctionnement du centrifugeur, température de l'ordre de 1030 à 1050° C, c'est-à-dire à peine supérieure à la température du liquidus des verres mis en œuvre.

Il faut cependant noter que, si l'on obtient des résultats particulièrement avantageux en utilisant des compositions nouvelles qui n'étaient pas bien adaptées à la technique de fibrage antérieure, le procédé et l'équipement selon l'invention peuvent aussi, comme indiqué ci-dessus, être utilisés avec une grande diversité de compositions de verre connus et employés jusqu'à maintenant. L'invention concerne également les verres nouveaux susceptibles d'être transformés en fibres selon le procédé précédemment décrit.

On trouvera ci-dessous des indications concernant cette mise en œuvre. Toutes les compositions y sont exprimées en parties pondérales, omission faite des impuretés non dosées, et à la précision d'analyse près.

Dans le tableau I sont indiquées les compositions de huit verres différents avec leurs principales caractéristiques.

Bien que la composition 0 puisse être fibrée par certains procédés connus, on ne pouvait pas effectuer ce fibrage de façon rentable du point de vue industriel, car la tirée, ou capacité de production, eût été trop faible.

Il est évident que la composition 0 peut être fibrée avec le dispositif selon l'invention dans des conditions rentables.

Il est pratiquement impossible d'effectuer industriellement par

Tableau I

Composition

0

1

2

3

4

5

6

7

Si02

66,90

63,15

62,60

62,70

61,60

63,45

62,10

60,30

ai2o3

3,35

5,05

5,20

5,15

5,90

5,25

5,85

6,35

Na20

14,70

13,20

15,15

15,20

13,80

14,95

14,55

14,95

K20

1,0

2,10

2,30

2,30

2,45

2,25

2,70

2,65

CaO

7,95

5,90

5,25

5,50

5,95

5,40

5,75

6,25

MgO

0,30

2,65

3,35

3,35

2,60

4,00

2,75

2,40

BaO

traces

2,90

4,85

2,70

3,20

traces traces traces

MnO

0,035

2,00

traces

1,50

3,05

3,00

3,40

2,90

Fe203

0,49

0,78

0,79

0,85

0,89

0,84

1,88

3,37

S03

0,26

0,55

0,50

0,52

0,45

0,51

0,40

0,36

Ti02

traces traces traces traces traces traces traces traces b203

4,9

1,50

traces traces traces traces traces traces

Viscosité T)

T (log T) = 2)

°C

1345

1416

1386

1403

1410

1402

1405

1395

T (log ri = 2,5)

°C

1204

1271

1249

1264

1270

1265

1266

1257

T (log 11 = 3)

°c

1096

1161

1141

1156

1158

1160

1158

1150

T (log lì = 3,7)

°c

975

1042

1028

1038

1042

1045

1038

1030

Dévitrification

Liquidus

°c

970

1020

960

1015

1015

1040

1020

1025

Vitesse maximale

Hm/mn

0,93

0,52

0,30

0,46

1,1

0,40

1,08

1,96

A la température de

°C

855

900

840

800

900

880

915

920

Résistance chimique (DGG)

Attaque à l'eau mg

13,6

10,8

16,5

16,8

H

16,4

12,86

14,9

Alcalinité

mg

résiduelle

Na20

4,6

3,6

5,9

5,9

3,6

5,6

4,8

4,9

634027

des techniques de fibrage centrifuge connues le fibrage des autres compositions qui, au contraire, conviennent tout à fait pour être utilisées dans la mise en pratique de l'invention.

Des compositions telles que 5,6 et 7, par contre, n'étaient pas connues jusqu'à présent pour ce genre d'application.

En fait, l'équipement et la technique selon l'invention s'emploient de façon particulièrement avantageuse avec des verres appartenant à la gamme de compositions pondérales exprimée dans le tableau II, colonne A, ci-après.

Tableau II

A

B

C

Composants

Fourchette

Verres au manganèse générale

Verres au

Verres au

baryum fer

SÌO2

59 -65

59 -65

60 -64

AI203

4 - 8

4 - 8

5 - 6,5

Na20

12,5 -18

12,5 -18

14,5 -18

k2o

0 - 3

0 - 3

0 - 3

R20=Na20-t-K20

15 -18

15 -18

16 -18

A1203/R20

0,25/ 0,40

0,25/ 0,40

(0,25/0,40)

CaO

4,5 - 9

4,5 - 8

5 - 9

MgO

0 - 4

0 - 4

0 - 4

MgO/CaO

0 / 0,75

0 / 0,75

0 / 0,75

MgO+CaO

7 - 9,5

7 - 9,5

8 - 9,5

MnO

0 - 4

1 - 3,5

1,5 - 4

BaO

0 - 5

2 - 3,5

traces

Fe203

0,1 - 5

0,1 - 1

0 OO

1

u>

Ui

MnO+BaO+Fe203

3,5 - 8

4 - 8

3,5 - 6,5

B2O3

0 - 2

0 - 2

traces

Divers

<1

<1

<1

dont S03

<0,6

<0,6

<0,6

On préfère cependant, à l'intérieur de cette gamme, employer pour les fibrer des verres conçus spécialement pour maintenir l'équilibre entre la viscosité, d'une part, la température de dévitrifica10

tion et la 'résistance à l'eau, d'autre part, équilibre particulièrement difficile à obtenir avec les compositions de verres antérieures.

Ces verres répondent en particulier aux compositions au manganèse du tableau II, colonnes B et C. La colonne B correspond à des 5 verres qui renferment de faibles quantités de bore et dans lesquels on incorpore aussi d'assez faibles quantités de baryum.

La colonne C, au contraire, correspnd à des verres au manganèse nouveaux, plus riches en fer, tels les verres 5,6 et 7 du tableau I, de la composition desquels on a exclu tout apport volontaire de baryum et io de bore, bien qu'il soit naturellement possible d'admettre au moins des traces de ces derniers éléments.

Alliages

Tout particulièrement pour fibrer les verres les plus durs, ayant 15 des viscosités de l'ordre de 1000 Po à des températures supérieures à environ 1150° C, et ayant une température de dévitrification de l'ordre de 1030° C, on envisage également de fabriquer le centrifugeur en un alliage de composition spéciale capable de résister aux températures nécessaires. Lorsque les verres sont plus tendres, 20 l'emploi de cet alliage augmente également la longévité du centrifugeur. Cet alliage peut avoir la formule suivante, les parties étant indiquées en pourcentage en poids:

Eléments

Gammes

C

0,65- 0,83

Cr

27,5 -31

W

6 - 7,8

Fe

7 -10

Si

0,7 - 1,2

Mn

0,6 - 0,9

Co

0 - 0,2

P

0 - 0,03

S

0 - 0,02

Ni (complément)

59 -50

35

Il est particulièrement utile d'adopter un alliage de ce type pour des centrifugeurs de grand diamètre, par exemple d'un diamètre d'au moins 400 mm.

R

3 feuilles dessins

Claims (20)

1. 634 027

   2

   REVENDICATIONS

   1. Procédé de fibrage de verre fondu à l'aide d'un centrifugeur à axe vertical comportant une paroi périphérique munie d'une pluralité de rangées d'orifices servant à projeter par centrifugation des filets de verre, centrifugeur placé à l'intérieur d'un courant annulaire de gaz d'étirage dirigé vers le bas, selon lequel on projette les filets de verre issus des orifices supérieurs de la paroi périphérique à un débit plus élevé que les filets des orifices inférieurs, caractérisé en ce qu'on amène tout le verre à fibrer dans la zone de la rangée supérieure d'orifices, établissant ainsi un écoulement laminaire de verre orienté vers le bas sur la face interne de la paroi périphérique du centrifugeur sous la forme d'une couche non freinée et essentiellement non entravée par-dessus les rangées d'orifices d'éjection.
2. 2. Procédé de fibrage de verre fondu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe suffisamment la zone du bord inférieur de la paroi périphérique du centrifugeur pour y maintenir une température de verre voisine de celle existant dans la zone du bord supérieur de ladite paroi périphérique, maintenant ainsi la viscosité du verre essentiellement uniforme dans lesdites zones.
3. 3. Procédé de fibrage de verre fondu selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un centrifugeur dont la paroi périphérique est plus épaisse dans sa zone inférieure que dans sa zone supérieure, afin d'établir, pour une viscosité donnée du verre, une résistance à la projection par centrifugation du verre qui est plus grande dans les rangées inférieures d'orifices que dans les rangées supérieures.
4. 4. Procédé de fibrage de verre fondu selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un centrifugeur dans lequel le diamètre des orifices et l'épaisseur de la paroi périphérique dans ses zones supérieure et inférieure sont proportionnés de façon à établir, pour une viscosité donnée, une résistance à la projection du verre par centrifugation qui soit plus grande dans les rangées inférieures d'orifices que dans les rangées supérieures.
5. 5. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé de fibrage de verre selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un centrifugeur creux comportant une paroi périphérique munie d'une pluralité de rangées d'orifices pour projeter par centrifugation des filets de verre fondu, un dispositif de distribution de verre placé à l'intérieur du centrifugeur et un organe de soufflage engendrant un courant annulaire de gaz d'étirage dirigé vers le bas autour du centrifugeur, caractérisé en ce que le centrifugeur (12, 25, 36,42) possède une paroi périphérique (13,26) d'une épaisseur plus grande en direction de son bord inférieur qu'en direction de son bord supérieur et munie de rangées d'orifices ménagées dans ces deux zones, et en ce que le dispositif de distribution comporte des moyens (17,28,43) placés à l'intérieur du centrifugeur pour amener du verre vers l'intérieur de la paroi périphérique de celui-ci, ces moyens amenant le verre vers la zone de la rangée supérieure d'orifices en quantité suffisante pour alimenter en verre toutes les rangées d'orifices avec un débit permettant l'écoulement du verre vers le bas sur la face interne de la paroi périphérique (13,26) du centrifugeur (12,25,36,42) sous la forme d'une couche non freinée en vue de sa projection par les orifices des rangées inférieures.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi périphérique (13) du centrifugeur (12) est la plus épaisse sur son bord inférieur, la plus mince dans une zone intercalaire et d'une épaisseur intermédiaire sur son bord supérieur.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la surface externe de la paroi périphérique (13) est essentiellement cylindrique.
8. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de distribution inclut en outre des organes de relais (31, 37,33,45) pour le verre, comprenant un dispositif annulaire de relais placé à l'intérieur du centrifugeur (12,25,36,42) et interposé radialement entre les moyens d'amenée de verre (17, 28, 43) et la paroi périphérique (13,26) du centrifugeur (12,25,36,42), le dispositif de relais comportant un moyen pour transférer le verre relayé dans la zone de la rangée supérieure d'orifices de fibrage, établissant ainsi un écoulement de verre dirigé vers le bas sur l'intérieur de la paroi périphérique (13,26) du centrifugeur (12,25, 36,42) et par-dessus les autres rangées d'orifices de délivrance.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les organes de relais (31, 37, 33,45) comprennent un larmier annulaire (33,45) muni d'un canal ouvert vers l'intérieur, l'un des bords du canal étant pourvu d'un barrage ou déversoir (34) placé de façon à transférer le verre dans un plan situé dans la zone de la rangée supérieure d'orifices.
10. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les organes de relais (31,37,33,45) comprennent une trémie annulaire (31, 37) ouverte vers l'intérieur et munie sur le fond d'orifices de relais placés de manière à transférer le verre dans un plan situé dans la zone de la rangée supérieure d'orifices.
11. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une trémie annulaire (37) de relais interposée radialement entre ledit canal et la paroi périphérique (26) du centrifugeur (36), munie sur le fond d'orifices (40) de relais placés de manière à transférer le verre dans un plan situé dans la zone de la rangée supérieure d'orifices.
12. 12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de verre (17,28,43) comprennent un panier (28, 43) monté à l'intérieur du centrifugeur (25,36,42), tournant avec lui et ayant une paroi périphérique munie d'orifices (29) de distribution de verre qui sont placés dans le plan des organes de relais ou au voisinage immédiat de ce plan.
13. 13. Dispositif suivant l'une des revendication 5 à 12, caractérisé en ce que les moyens d'amenée (17,28,43) du verre comprennent un distributeur (17) pourvu d'une paroi périphérique munie d'orifices (18) de distribution du verre placés dans le plan de la rangée supérieure d'orifices de la paroi périphérique (13) du centrifugeur (12) ou au voisinage immédiat de ce plan, la paroi périphérique du distributeur étant pour le reste exempte de perforations, ce qui permet ainsi d'amener tout le verre à fibrer dans la zone de la rangée supérieure d'orifices de centrifugeur (12) et d'établir ainsi un écoulement laminaire de verre progressant vers le bas sur la face interne de la paroi (13) de centrifugeur (12) sous la forme d'une couche établie sans rétention et substantiellement sans obstacle pardessus les autres rangées d'orifices de délivrance.
14. 14. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un élément annulaire (16) de renforcement est relié au bord inférieur de la paroi périphérique (13) du centrifugeur (12), ledit élément étant décalé radialement vers l'intérieur par rapport au bord inférieur de la paroi périphérique (13) et ayant, parallèlement à l'axe du centrifugeur (12), une dimension supérieure à l'épaisseur de la paroi périphérique (13).
15. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément annulaire (16) comprend une collerette (27) qui déborde radialement vers l'intérieur à partir du bord inférieur de la paroi périphérique (26) en augmentant progressivement d'épaisseur en direction de son bord intérieur.
16. 16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément annulaire (16) a une forme cylindrique et un plus petit diamètre que le bord inférieur de la paroi périphérique (13), et en ce qu'il est prévu des moyens (15) reliant son bord supérieur au bord inférieur de la paroi périphérique (13).
17. 17. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de renforcement de structure supposant à un bombement vers l'extérieur de la zone médiane de la paroi périphérique du centrifugeur (36,42), sous l'effet de la force centrifuge.
18. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit moyen de renforcement comprend une membrure (38) de renforcement de paroi montée à l'intérieur du centrifugeur (36,42) et reliée en des points circonférentiellement espacés à la zone médiane de la paroi périphérique, ladite membrure comportant un épaule-

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    ment rainuré (38c) qui reçoit un anneau (39a) fixé à la paroi périphérique au moyen de consoles (39).
19. 19. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen de renforcement est pourvu d'une rainure (38a) recevant le bord (36a) de la collerette inférieure de la paroi périphérique, ledit moyen étant ainsi relié à ladite paroi en dessous des orifices de projection du verre.
20. 20. Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (23) pour chauffer suffisamment la zone du bord inférieur de la paroi périphérique (13, 26) du centrifugeur (12,25,36,42) pour maintenir dans cette zone une température de verre se rapprochant de la température du verre au voisinage de la zone supérieure de ladite paroi (13,26) en vue d'établir ainsi une uniformité substantielle dans la viscosité du verre se trouvant dans les zones supérieure et inférieure de la paroi périphérique (13,26) du centrifugeur (12,25, 36,42), la paroi (13, 26) augmentant progressivement d'épaisseur de la zone supérieure vers la zone inférieure, et le diamètre des orifices et l'épaisseur de la paroi (13,26) dans ses zones supérieure et inférieure étant proportionnés de façon à établir, pour une viscosité donnée, une résistance à la délivrance du verre par centrifugation qui soit plus grande dans les rangées inférieures d'orifices que dans les rangées supérieures, créant ainsi un débit de verre projeté dans la flamme d'étirage plus important pour les filets de verre provenant des rangées supérieures d'orifices que pour ceux émis par les rangées inférieures, malgré la substantielle uniformité de viscosité du verre projeté par les orifices dans les régions supérieure et inférieure de la paroi périphérique (13, 26).