EP2032959A1 - Installation de mesure de la temperature du ruban dans une etenderie de recuisson de verre plat, et procede de conduite d'une etenderie - Google Patents

Installation de mesure de la temperature du ruban dans une etenderie de recuisson de verre plat, et procede de conduite d'une etenderie

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Publication number
EP2032959A1
EP2032959A1 EP07788925A EP07788925A EP2032959A1 EP 2032959 A1 EP2032959 A1 EP 2032959A1 EP 07788925 A EP07788925 A EP 07788925A EP 07788925 A EP07788925 A EP 07788925A EP 2032959 A1 EP2032959 A1 EP 2032959A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ribbon
temperature
glass
glass ribbon
lehr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07788925A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Wolf Stefan Kuhn
Bertrand Strock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives Stein SA
Original Assignee
Fives Stein SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fives Stein SA filed Critical Fives Stein SA
Publication of EP2032959A1 publication Critical patent/EP2032959A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B25/00—Annealing glass products
    • C03B25/04—Annealing glass products in a continuous way
    • C03B25/06—Annealing glass products in a continuous way with horizontal displacement of the glass products
    • C03B25/08—Annealing glass products in a continuous way with horizontal displacement of the glass products of glass sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/04—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving solid bodies
    • G01K13/06—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving solid bodies in linear movement

Definitions

  • the present invention relates to an installation for measuring the surface temperatures of a glass ribbon in a flat glass annealing lehr.
  • a flat glass annealing lehr is a tunnel kiln equipped with heating and cooling means for following a heat annealing and controlled cooling cycle with a glass ribbon. It consists of successive zones generally designated by AO, A, B, C, D, E and F, the zone AO being located on the ribbon entrance side.
  • zones AO, A, B and C of the lehr the control of the cooling of the glass is obtained by radiative exchanges with cold parts, commonly called exchangers, or heating elements, whereas in zones D, E and F the cooling is performed by convection blown air. Zones AO to D are closed by insulated walls to better control the cooling of the glass.
  • the drying rack is placed downstream of the tin bath for a production line according to the float process, or downstream of the melting and conditioning furnace for a laminated glass production line.
  • the first critical phase of the annealing and cooling cycle of the flat glass strip is located in the areas of the lehr where the glass is in a viscoelastic state. Cooling induces thermal gradients and stresses on the surface and the core of the glass ribbon. To limit the creation of permanent stresses and allow their relaxation, the start of cooling is performed at a reduced rate to allow annealing of the glass. A level of permanent stress that is too high causes problems in the subsequent processing of the glass such as cutting.
  • the second critical phase of the cooling cycle begins, where the goal is to cool the glass quickly to limit the length of the lehr. Since the glass is now in the solid state, thermal gradients during this cooling induce so-called temporary constraints. Temporary constraints excess in the width or thickness of the ribbon will break the glass. It is therefore important to finely control the longitudinal thermal profile, transverse and in the thickness of the glass ribbon.
  • the temperature measuring devices installed on the prior art devices lead in practice to much larger errors.
  • the generally available measuring means do not allow the temperature measurement of the critical points that are the edges, also called edges, of the ribbon.
  • the measurement of the temperature at the same point on the upper face and the lower face of the ribbon is generally not available.
  • thermocouples are traditionally vaulted and suspended above the ribbon. Lower thermocouples are attached to a bar between the ribbon support rolls. These thermocouples placed in rigid tubes are adjustable but often remain several centimeters from the glass. The positions of the thermocouples are always located at the end of the closed zones for radiative cooling (A 1 B 1 C). Thermocouples are not placed in the convective zones (D and F) because of the measurement disturbance that convection causes in these zones. Five thermocouples are generally implanted on the upper face over the width of the ribbon and three thermocouples on the lower face. These thermocouples being placed several centimeters from the ribbon, they receive the radiation emitted by the ribbon but are cooled by the exchangers. As a result, they do not make it possible to correctly measure the temperature of the glass ribbon.
  • pyrometers are vaulted at a few points along the length of the lehr and aim at the upper surface of the ribbon.
  • the emissivity of these pyrometers is not always controlled by the operators, which leads to measurement errors.
  • Pyrometric scanners are vaulted and aim at the full width of the ribbon through a slot in the vault of the closed sections.
  • the position of the measurement is obligatorily at the end of the zone because of the obstacle represented by the heat exchange tubes present in the radiative zones.
  • thermocouple and pyrometry should, within the limit of their measurement accuracy, give comparable results. In fact, there are divergent values between the measurements made by thermocouple and pyrometry.
  • thermocouples and pyrometers In areas with low cooling, the values measured by thermocouples and pyrometers are quite close. This is explained by the measurement environment which is almost isothermal. When the cooling increases, a large measurement error appears which can reach 100 0 C. Thermocouples are heated by the tape but also cooled by the cooling devices. In cabinets without pyrometers or scanners, this measurement difference is taken into account by applying a correction factor to correct the temperature delivered by the thermocouples and thus estimate the true temperature of the ribbon. However, this approach is unsatisfactory because it does not achieve the required accuracy on the temperature measurement.
  • a second example of this divergence relates to the temperature measured over the width of the ribbon in a radiative zone B2 of a lehr.
  • the difference between pyrometers and thermocouples is of the order of 20 ° C. in this zone. Pyrometers may indicate an increase in ribbon temperature from left to right while thermocouples will indicate the opposite!
  • thermocouples The measurement of the temperature of the glass ribbon in the lehr with thermocouples according to the state of the art is not satisfactory, the measurement obtained being disturbed by the radiation to the walls of the lehr, chillers and rollers , and convective cooling of convective zones. This disturbance persists even if the thermocouple is in slight mechanical contact with the glass.
  • the object of the invention is, above all, to solve this problem and to allow an improved measurement of the surface temperature of the glass ribbon.
  • the invention consists of an installation for continuously measuring the surface temperature of a glass ribbon in a flat glass drying rack, characterized in that:
  • it comprises a subassembly placed on one of the two faces of the glass ribbon that is flush with the surface of the glass ribbon, and creates a thermally insulated space on the side of the ribbon surface where the subset is located. It comprises at least one temperature measuring member placed in the thermally insulated space,
  • the means for correcting the measurement error may consist of a thermal calculation means taking into account the radiation loss through the ribbon to correct the temperature measurement error of the thermally insulated space.
  • the means for correcting the measurement error may be constituted by a second subassembly situated on the side of the ribbon opposite the first subassembly, flush with the surface of the ribbon, and creating an isothermal space.
  • the subassemblies create an isothermal space on both sides of the glass ribbon by a thermal and optical insulation, . and it comprises at least one temperature measuring member placed in at least one of the isothermal spaces and supported by at least one of the subassemblies, the other subassembly constituting the means for correcting the error measurement.
  • the isothermal space around each member for measuring the temperature of the ribbon is advantageously designed so as to limit thermal losses by conduction, radiation and convection.
  • This isothermal space can be made in the form of a hollow in the face of a sheet of insulation which is flush with the surface of the glass ribbon.
  • the two subassemblies respectively placed on either side of the glass ribbon are preferably substantially symmetrical with respect to the glass ribbon so as not to generate a temperature difference between the two faces of the ribbon.
  • the installation advantageously comprises several temperature measuring members arranged at several points in a direction parallel to the width of the glass ribbon in order to determine the temperature profile over the width of the ribbon.
  • At least one temperature measuring member is arranged on each of the faces of the ribbon, so that the measurement can be performed on both sides of the ribbon at a point or at several points in a direction parallel to the width of the ribbon of glass , to determine the profile of the temperature difference between the two sides of the ribbon.
  • the distance between the measurement points located in a direction parallel to the width of the ribbon is smaller at the edges of the ribbon than in the central zone, so that more measuring points are available on the ribs than in the central zone. center of the ribbon.
  • the temperature measuring device may, for example, be a thermocouple or a thermistor.
  • the temperature measuring member is placed near the surface of the glass ribbon, without being in contact therewith.
  • the organ the temperature measurement is placed within one centimeter of the surface of the glass ribbon, without being in contact therewith.
  • the thermal and optical insulation that is flush with the surface of the glass ribbon can be made of a flexible material with a low coefficient of friction.
  • the thermal and optical insulation is advantageously constituted by a sheet of mineral wool or glass wool.
  • the installation according to the invention comprises mechanical protection members against deterioration caused by the breaking of the glass ribbon.
  • These protection devices can be fixed relative to the lehr. They can also be removable as are the curtains used in the cabinets to limit convection.
  • the installation according to the invention also comprises means for limiting air convection between the ribbon and the temperature measuring member.
  • the invention also relates to a flat glass annealing lehr, characterized in that it is equipped with at least one installation for measuring the temperature of the glass ribbon as defined above.
  • the invention also relates to a method for driving a flat glass annealing lehr, characterized in that a continuous measurement of the surface temperature of the glass ribbon is performed by an installation
  • the means for correcting the measurement error may consist of a thermal calculation means taking into account the radiation loss through the ribbon to correct the temperature measurement error of the thermally insulated space.
  • the means for correcting the measurement error may be constituted by a second subassembly situated on the side of the ribbon opposite the first subassembly, flush with the surface of the ribbon, and creating an isothermal space.
  • the method for driving a flat glass annealing lehr is then characterized in that the continuous measurement of the surface temperature of a glass ribbon is carried out by an installation which comprises two subassemblies respectively placed on each side. and other glass ribbon and facing, each subset of which is flush with the surface of the glass ribbon, with an isothermal space formed around each member for measuring the temperature of the ribbon with a thermal and optical insulation, and is used to automatically adjust the operating parameters of the outrigger via a control loop.
  • a combination of the lehr control system and the temperature measuring equipment is advantageously provided to allow the operating parameters of the lehr to be adjusted rapidly so that the level total stress remains below a determined value to prevent breakage of the glass or ribbon deformations perpendicular to the plane of the ribbon and the permanent stress level remains below a given value for subsequent processing of the glass.
  • the temperature measurements can be made according to the width of the glass ribbon and can be used for adjusting the heating distribution over the width of the ribbon and / or adjusting the cooling distribution over the width of the ribbon.
  • a mathematical model of the operation of the lehr can be established and used to define the optimum setpoints to be applied to the lehr, according to the measurements made, in order to obtain the desired level of temperature and stress.
  • the invention consists, apart from the arrangements described above, in a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below with regard to embodiments described with reference to the accompanying drawings, but which are not in no way limiting. On these drawings:
  • Fig.1 is a schematic longitudinal vertical section illustrating the principle of the installation for continuously measuring the surface temperature of the glass ribbon in a lehr according to the invention.
  • Fig.2 is a schematic longitudinal vertical section of an exemplary embodiment of the installation of Fig.1.
  • Fig.3 is a diagram of the temperature profile in the thickness of the glass ribbon, the temperature being plotted on the ordinate and the thickness being plotted on the abscissa.
  • Fig. 4 and 5 are diagrams illustrating the optical thickness plotted on the ordinate as a function of the wavelength on the abscissa.
  • FIG. 6 is a diagram with two curves, one for the optical thickness plotted on the ordinate on the left scale, and the other for the emission of the black body plotted on the ordinate on the right scale, in function of the wavelength on the abscissa.
  • thermocouples are a schematic top view of an implantation of thermocouples according to the invention.
  • thermocouple TC preferably jacketed and small diameter, the diameter generally being equal to or less than 2 mm.
  • the measurement point of the thermocouple TC is maintained at a point in the isothermal space and advantageously in the immediate vicinity of the glass surface but avoiding any contact between the glass and the thermocouple TC.
  • immediate proximity is meant a thermocouple whose point of measurement is at a short distance from this tape, for example of the order of 2 mm.
  • thermocouple TC The absence of contact between the thermocouple TC and the glass G makes it possible to prevent heating of the thermocouple TC by the heat of the friction which would lead to an error by excess of the measured temperature.
  • thermocouple TC To measure correctly with this TC thermocouple the temperature of the ribbon, a thermal equilibrium between the ribbon G and the thermocouple TC is imperative. To avoid heat losses of the thermocouple TC, an isothermal space 2 is created around the thermocouple using a flexible insulator 3 with a low coefficient of friction which is flush with the surface of the ribbon G. By "low friction coefficient insulation” an insulation is designated that can touch the glass scroll without degradation of the measuring device or the surface of the glass. The thermocouple TC is thus isolated against heat loss to the outside.
  • Examples of flexible insulation that may be suitable include mineral wool or glass wool which are two simple and inexpensive insulating materials adapted to the device, capable of withstanding temperatures well above those prevailing in a drying rack.
  • the use of a flexible insulator which is flush with the glass surface also makes it possible to avoid the flow of air between the surface of the ribbon G and the measuring device thus eliminating the convection cooling of the temperature measuring member. TC. This first part of the device makes it possible to get closer to the true temperature of the glass.
  • the installation carried out according to the invention takes into account the semi-transparent property of the glass.
  • an isothermal space is created close to a black body on one side of the glass, part of the heat of this isothermal space is still lost through the ribbon by radiation in the transparent spectral window of the glass.
  • Additional insulation 4 of the opposite side of the ribbon G keeps the heat by returning the radiation to the space created by the glass and the thermocouple.
  • the thermocouple TC thus reaches a temperature very close to that of the glass.
  • the installation according to the invention is thus characterized in that the isothermal space 2 around the measuring member TC of the temperature of the glass is obtained by limiting the thermal losses by conduction, by radiation and by convection.
  • the additional insulation 4 is advantageously made in the same way as the insulation 3, with a flexible insulator, for example a sheet of mineral wool or glass wool.
  • thermocouple TC a thermocouple TC2 disposed in another isothermal space 5, in the form of a hollow in the insulation 4, so as to be in the immediate vicinity of the face of the ribbon opposite to that corresponding to the first thermocouple TC.
  • the theoretical temperature profile in the thickness of the ribbon is assumed to be that shown in FIG. 3. It shows that the temperature of a glass sheet is not homogeneous during cooling, with surfaces colder than the heart. This is particularly true for a relatively thick glass, for example beyond 8mm thick. For a thinner glass, the temperature gradients in the glass during cooling remain limited.
  • Figure 3 shows a difference of 5 ° C between the center (i.e., at half thickness) and the ribbon surface for 4 mm thick glass and a given cooling rate.
  • the error induced by a measurement of the surface temperature with respect to the average temperature in the thickness is less than 2.5 ° C.
  • the measurement of the surface temperature is sufficiently representative of the average temperature of the ribbon with regard to the accuracy sought. The situation is different for a thick glass.
  • the core temperature and the average temperature can be determined.
  • the radiation exchanged between the surface of the ribbon and the walls of the lehr, for a ribbon at 380 0 C having an emissivity of 0.85 and a wall temperature of the lehr of 170 0 C, is 7 kW / m 2 on each face.
  • the creation of an isothermal space for the measurement of the temperature with a fibrous insulation of thermal conductivity 0.06 W / mK, a thickness of 50mm limits the thermal losses to 0.24 kW / m 2 .
  • Standard glass is opaque for wavelengths above 2.7 ⁇ m
  • Figs. 4 and 5 show the optical spectrum of float glass for a thickness of 15mm and 4mm.
  • Figures 4 and 5 show that the glass is transparent to 2.7 ⁇ m before becoming opaque beyond this wavelength.
  • FIG. 6 shows the optical spectra of glass 4 mm thick (curve L1) and that of a blackbody at 38O 0 C (curve L2).
  • the integral of the L2 curve of the black body between 0 and 2.7 ⁇ m represents a radiative flux of 0.36 kW / m 2 . It should be noted that for a temperature measured further upstream in the lehr, for example for a ribbon at 600 0 C, this flow would be even greater because of the shift of the curve of the black body.
  • the installation made according to the invention comprises the second isothermal space 5 similar to the first to mutually cancel the losses in the optical window of the glass.
  • Another method for eliminating the effect of the radiation loss through the ribbon is to correct the temperature measurement error with the aid of a thermal calculation means. This requires additional information on the optical properties of the glass and the radiation flux exchanged towards the opposite side of the ribbon.
  • FIGS. 1 and 2 An example measuring installation made according to the invention is now described more specifically with reference to FIGS. 1 and 2.
  • thermocouples TC, TC2 lined with a diameter of 1 mm for measuring the temperature of the two sides of the ribbon G; glass wool or mineral wool as insulation and a fixing system 6, 7. It should be noted that the measurement of the temperature in the isothermal space can be carried out by thermocouples or also by thermistors or other organs temperature measurement.
  • the isothermal spaces 2, 5 have been shown only in Fig.1, but similar spaces may be provided in the device of Fig.2, although not shown.
  • the glass wool 3 is flush with the ribbon about 10 cm in length in the direction of travel of the ribbon.
  • the thickness M of the glass wool in the form of a sheet for example 50 mm, creates an isothermal space and avoids the convection of air between the ribbon and the glass wool.
  • the thermocouple TC is positioned slightly downstream of the middle of the overlap zone, where the possible infiltrations of air are attenuated.
  • the orientation of the thermocouple TC is preferably horizontal, parallel to the surface of the glass.
  • thermocouple sheath CT is preferably upstream side. In this way, it avoids any risk of attachment of the tip on the surface of the glass.
  • the design of the installation according to the invention is such that it does not disturb, or little, the annealing process of the glass.
  • the realization is as follows.
  • the installation consists of two subsets D1, D2 placed respectively on either side of the ribbon G, sufficiently symmetrical not to generate a temperature shift between the two sides of the ribbon.
  • the subassemblies D1, D2 of the installation have a minimum length in the direction of travel of the tape to obtain the desired thermal and optical confinement. These confinements limit the cooling of the glass surface during its passage through the assembly. It is easily understood that the absence of a subset on one side of the ribbon would lead to a temperature shift between the two surfaces, the non-equipped side of a subassembly cooling normally.
  • the length of the installation in the running direction of the ribbon is limited to that required to obtain the desired thermal and optical confinements so as to reduce the length over which the cooling of the glass is disturbed.
  • the length L of the device is less than 200 mm.
  • the thickness of the insulation is for example 50 mm.
  • the installation must generate the least possible disturbance in the lehr. For this, it is important that its dimensions are reduced. Indeed, a too large dimension would lead to disrupting the convection flows in the drying room because of a restriction of the passage section, especially in the convective zones. It is advisable not to disturb the radiation exchanges in the radiative zones between the glass and the various walls of the drying room because of the significant obstacle to the radiation that would constitute a device too bulky.
  • the thickness M of the insulator is limited according to the invention. Too little thickness of the insulation can lead to a significant temperature gradient between its two faces due to a greater heat loss. This loss will be all the stronger as the thermal conductivity of the insulation will be high. In order to maintain a good accuracy of the measurement of the temperature of the glass, the device according to the invention avoids this loss or takes it into account in order to correct the temperature of the measured glass.
  • the thermal losses on the thickness of the insulator are suppressed by the addition of a heating device on the face 3a, 4a of the insulation 3, 4 opposite to that ribbon, for example an electrical resistance, so as to maintain the same temperature on both sides of the insulator 3, or 4.
  • the taking into account of the losses is carried out by the calculation of the thermal losses in the insulator 3, 4 taking into account its thermal conductivity, the temperature measured in the hot face by the organ measurement TC, TC2 provided in the installation and that measured in cold face 3a, 4a of the insulation by the addition of at least one temperature measuring member, for example a thermocouple.
  • the temperature of the glass measured by the installation is then corrected to take into account the influence of thermal losses in the thickness of the insulation.
  • the loss losses are taken into account by calculating the thermal losses in the insulator by taking into account its thermal conductivity from the temperature measured in the hot face by the measurement TC, TC2 provided in the installation and estimating the cold face 3a, 4a of the insulation from the ambient temperature of the lehr to the location where the installation is located. The temperature of the glass measured by the installation is then corrected to take into account the influence of thermal losses in the thickness of the insulation.
  • thermocouples calibrated.
  • the space between two support rollers R1, R2 of the ribbon G makes it possible to install a bar 7 with several thermocouples TC2 along the width of the ribbon.
  • a U-shaped bar 7 makes it possible to hold the fibrous isolate 4 and to fix the thermocouples TC2.
  • An adjustment means (not shown) of the bar 7 in height makes it possible to adjust the device close to the glass. The position behind a roller protects the system against falling glass when the ribbon breaks.
  • the upper device is suspended from a bar 6 which laterally crosses the space on the ribbon G.
  • the flexible sheet 3 of a suitable length allows to cover a small length of the surface of the ribbon.
  • This sheet 3 is composed of a flexible fabric with a lower face which makes it possible to fix flexible TC thermocouples.
  • a thin fiberglass fabric is used in which TC thermocouples are integrated.
  • On this fabric is placed a sheet of a fiberglass insulation of thickness M about 50mm.
  • the diameter of the thermocouples is small, about 1mm, to ensure their flexibility.
  • the contact zone 8 of the ply 3 is adjusted to the area covered by the lower insulator 4.
  • the upper ply 3 can without any problem follow changes in the thickness of the ribbon G, provided that the overlap with the lower insulator remains correct. .
  • thermocouples Implantation of thermocouples on the width of the ribbon
  • the greatest temperature variations over the width of the ribbon are near the edges, especially if there is a difference in thickness between the edges or banks 9, 10 and the central portion 11 of the ribbon G.
  • TC thermocouples In order to be able to trace the edge temperature profile which is typically 150mm wide for a thick ribbon, at least three TC thermocouples are needed. The distance between two of these successive TC thermocouples will therefore be about 3cm (30mm). Since the position of the edge typically varies by 300mm depending on the ribbon width produced, in this example, the implantation of ten TC thermocouples is performed on both sides of the ribbon. The number ten corresponds to the quotient of 300mm by 30mm.
  • the total number of TC thermocouples per bar 6; 7 will be for example twenty six.
  • Figure 7 shows an example of location of the thermocouples along the width of the ribbon.
  • the information delivered by the measuring equipment can be used by the operators of the installation to manually adjust the operating parameters of the lehr.
  • the temperature measurements can be displayed for the information of the operator of the lehr, for example in the form of curves showing the temperature profile over the width of the ribbon, so that to allow him to confirm the setting of the heating and cooling distributions operated on the lehr. It is also possible to record these values, especially for monitoring the quality of the product.
  • the information delivered by the measuring equipment is used by an installation control system to automatically adjust the operating parameters of the lehr, via one or more control loops, by in particular for adjusting the heating and cooling of the glass in the running direction of the ribbon and its perpendicular direction.
  • the regulation loop can be advantageously completed by a physical model of the annealing of the glass which, from the measurements made in one section of the lehr, allows the calculation of the instructions of the different zones upstream and downstream of the measurement section. , for heating and cooling the glass ribbon at each step of the glass annealing process.
  • the physical model can advantageously exploit the temperature measurements delivered by the measurement equipment to estimate the stress levels in the glass and define their distributions in the ribbon width, thickness or length.

Abstract

Installation de mesure en continu de la température de surface d'un ruban de verre (G) dans une étenderie de verre plat, comprenant deux sous-ensembles (D1, D2) placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre (G), chaque sous-ensemble (D1, D2) affleurant la surface du ruban de verre, et un espace isotherme étant réalisé autour de chaque organe de mesure de la température (TC, TC2) du ruban par un isolant thermique et optique (3,4).

Description

INSTALLATION DE MESURE DE LA TEMPÉRATURE DU RUBAN DANS UNE ÉTENDERIE DE RECUISSON DE VERRE PLAT, ET PROCEDE DE CONDUITE D'UNE ETENDERIE.
La présente invention concerne une installation permettant la mesure des températures de surface d'un ruban de verre dans une étenderie de recuisson de verre plat.
Une étenderie de recuisson de verre plat est un four tunnel équipé de moyens de chauffage et de refroidissement permettant de faire suivre un cycle thermique de recuisson et de refroidissement contrôlé à un ruban de verre. Elle est constituée de zones successives généralement désignées par AO, A, B, C, D, E et F, la zone AO étant située côté entrée de ruban. Dans les zones AO, A, B et C de l'étenderie le contrôle du refroidissement du verre est obtenu par échanges radiatifs avec des parties froides, communément appelées échangeurs, ou des éléments chauffants, alors que dans les zones D, E et F le refroidissement est réalisé par convection à air soufflé. Les zones AO à D sont fermées par des parois isolées afin de mieux contrôler le refroidissement du verre. L'étenderie est placée en aval du bain d'étain pour une ligne de production selon le procédé float, ou en aval du four de fusion et de conditionnement pour une ligne de production de verre laminé.
La première phase critique du cycle de recuisson et de refroidissement de la bande de verre plat se situe dans les zones de l'étenderie dans lesquelles le verre est dans un état viscoélastique. Le refroidissement induit des gradients thermiques et des contraintes à la surface et au cœur du ruban de verre. Pour limiter la création de contraintes permanentes et permettre leur relaxation, le début du refroidissement est réalisé à un taux réduit pour permettre une recuisson du verre. Un niveau de contraintes permanentes trop élevé entraîne des problèmes dans le traitement ultérieur du verre comme la découpe. Une fois cette recuisson autour de la température de transition terminée, débute la deuxième phase critique du cycle de refroidissement, où l'on vise à refroidir le verre rapidement pour limiter la longueur de l'étenderie. Le verre étant à présent à l'état solide, des gradients thermiques lors de ce refroidissement induisent des contraintes dites temporaires. Des contraintes temporaires excessives sur la largeur ou dans l'épaisseur du ruban entraînent la casse du verre. Il est donc important de contrôler finement le profil thermique longitudinal, transversal et dans l'épaisseur du ruban de verre.
La précision de mesure de la température requise pour assurer une bonne maîtrise du cycle thermique du verre serait de :
- ±5°C absolue dans les zones de recuisson de l'étenderie,
- ±10°C absolue dans les zones de refroidissement rapide,
- ±3°C relative pour les profils sur la largeur du ruban (toutes zones). - ±3°C relative pour les températures face supérieure et inférieure du ruban (toutes zones).
Les dispositifs de mesure de température installés sur les étenderies selon l'état de la technique conduisent en pratique à des erreurs bien plus importantes. De plus, les moyens de mesure généralement disponibles ne permettent pas la mesure de température des points critiques que sont les bords, également appelés rives, du ruban. De même, la mesure de la température en un même point sur la face supérieure et la face inférieure du ruban n'est généralement pas disponible. Des dispositifs de mesure de température dans l'étenderie selon l'état de la technique sont décrits plus en détail ci-après :
Mesure de température réalisée par des thermocouples
Des thermocouples supérieurs sont traditionnellement implantés en voûte et suspendus au-dessus du ruban. Des thermocouples inférieurs sont fixés sur une barre entre les rouleaux support du ruban. Ces thermocouples placés dans des tubes rigides sont ajustables mais restent souvent à plusieurs centimètres du verre. Les positions des thermocouples sont toujours localisées à la fin des zones fermées pour le refroidissement radiatif (A1B1C). Des thermocouples ne sont pas placés dans les zones convectives (D et F) en raison de la perturbation de mesure que provoque la convection dans ces zones. Cinq thermocouples sont généralement implantés en face supérieure sur la largeur du ruban et trois thermocouples en face inférieure. Ces thermocouples étant placés à plusieurs centimètres du ruban, ils reçoivent le rayonnement émis par le ruban mais sont refroidis par les échangeurs. De ce fait, ils ne permettent pas de mesurer correctement la température du ruban de verre.
Mesure de température réalisée par des pyromètres optiques fixes
Ces pyromètres sont implantés en voûte en quelques points sur la longueur de l'étenderie et visent la surface supérieure du ruban.
Généralement un seul pyromètre est implanté à la fin des zones. Parfois trois pyromètres sont installés sur la largeur du ruban ce qui donne une indication du profil transversal de température. Une augmentation du nombre de ces pyromètres est freinée par leur coût prohibitif.
L'émissivité de ces pyromètres n'est pas toujours maîtrisée par les exploitants ce qui conduit à des erreurs de mesure.
Mesure de température réalisée par des pyromètres portables
Dans les sections ouvertes, typiquement en fin de zone D et en zones E et F, des mesures de la température de la face supérieure du ruban peuvent être réalisées avec des pyromètres portables par des opérateurs qui doivent être formés à leur utilisation. Du fait que la position de la mesure sur la largeur du ruban n'est pas précise, que la taille de l'aire de mesure varie selon la distance entre le pyromètre et le ruban et que l'angle de visée n'est pas constant, ces mesures sont peu précises et ne donnent que des tendances très aléatoires. Par ailleurs, l'émissivité à régler sur le pyromètre est mal connue par les opérateurs. De plus, seuls certains endroits dans les sections ouvertes sont rendus accessibles par la présence de passerelles sur la largeur de l'étenderie ce qui limite le nombre de points de mesure sur la longueur de l'étenderie.
Mesure de température réalisée par des scanners
Des scanners pyrométriques sont implantés en voûte et visent sur toute la largeur du ruban au travers d'une fente dans la voûte des sections fermées. La position de la mesure est obligatoirement en fin de zone en raison de l'obstacle que représentent les tubes d'échange thermique présents dans les zones radiatives.
L'exploitation des mesures des scanners n'est pas simple en raison de la variation de l'émissivité du ruban en fonction de l'angle de mesure, de réflexions de la thermique de la voûte et d'une identification de la position du bord de ruban difficile. Un perfectionnement des scanners est en principe envisageable mais leur coût reste prohibitif.
Les diverses méthodes de mesure décrites ci-dessus devraient, dans la limite de leur précision de mesure, donner des résultats comparables. En réalité, on constate des valeurs divergentes entre les mesures réalisées par thermocouple et pyrométrie.
Un exemple de cette divergence concerne la température mesurée sur la longueur du ruban dans une étenderie.
Dans les zones à faible refroidissement, les valeurs mesurées par thermocouples et pyromètres sont assez proches. Ceci s'explique par l'environnement de mesure qui est presque isotherme. Lorsque le refroidissement augmente, un écart de mesure important apparaît qui peut atteindre 1000C. Les thermocouples sont chauffés par le ruban mais également refroidis par les dispositifs de refroidissement. Dans les étenderies sans pyromètres ou scanners, cet écart de mesure est pris en compte par l'application d'un facteur de correction pour corriger la température délivrée par les thermocouples et ainsi estimer la vraie température du ruban. Toutefois, cette démarche est peu satisfaisante parce qu'elle ne permet pas d'atteindre la précision requise sur la mesure de température.
Un second exemple de cette divergence concerne la température mesurée sur la largeur du ruban dans une zone radiative B2 d'une étenderie. L'écart entre pyromètres et thermocouples est de l'ordre de 200C dans cette zone. Les pyromètres peuvent indiquer une augmentation de la température du ruban de la gauche vers la droite alors que les thermocouples vont indiquer le contraire !
La mesure de la température du ruban de verre dans l'étenderie par des thermocouples selon l'état de la technique n'est pas satisfaisante, la mesure obtenue étant perturbée par le rayonnement vers les parois de l'étenderie, les refroidisseurs et les rouleaux, et le refroidissement par convection des zones convectives. Cette perturbation persiste même si le thermocouple est en léger contact mécanique avec le verre. L'invention a pour but, surtout, de résoudre ce problème et de permettre une mesure améliorée de la température de surface du ruban de verre.
L'invention consiste en une installation de mesure en continu de la température de surface d'un ruban de verre dans une étenderie de verre plat, caractérisée en ce que :
. elle comprend un sous-ensemble placé sur l'une des deux faces du ruban de verre qui affleure la surface du ruban de verre, et crée un espace isolé thermiquement du côté de la surface du ruban où se trouve le sous-ensemble, . elle comprend au moins un organe de mesure de la température placé dans l'espace isolé thermiquement,
. et en ce qu'elle comporte un moyen de correction de l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement provoquée par la perte liée au rayonnement au travers du ruban.
Le moyen de correction de l'erreur de mesure peut être constitué par un moyen de calcul thermique prenant en compte la perte liée au rayonnement au travers du ruban pour corriger l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement.
L'absence de sous-ensemble en vis à vis du sous-ensemble de mesure crée une perte thermique par rayonnement du fait des propriétés semi transparentes du verre. Elle est prise en compte, pour corriger la mesure de température réalisée dans l'espace isolé, par un calcul thermique de sorte d'obtenir la vraie température du ruban.
Selon une autre disposition, le moyen de correction de l'erreur de mesure peut être constitué par un deuxième sous-ensemble situé du côté du ruban opposé au premier sous-ensemble, affleurant la surface du ruban, et créant un espace isotherme. L'installation de mesure en continu de la température de surface d'un ruban de verre dans une étenderie de verre plat, est alors caractérisée en ce que :
. elle comprend deux sous-ensembles placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre et en vis à vis, qui affleurent la surface du ruban de verre, . les sous-ensembles créent un espace isotherme de part et d'autre du ruban de verre par un isolant thermique et optique, . et elle comprend au moins un organe de mesure de la température placé dans au moins l'un des espaces isothermes et supporté par au moins l'un des sous-ensembles, l'autre sous-ensemble constituant le moyen de correction de l'erreur de mesure.
L'espace isotherme autour de chaque organe de mesure de la température du ruban est avantageusement réalisé de manière à limiter les pertes thermiques par conduction, par rayonnement et par convection. Cet espace isotherme peut être réalisé sous forme d'un creux dans la face d'une nappe d'isolant qui affleure la surface du ruban de verre.
Les deux sous-ensembles placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre sont, de préférence, sensiblement symétriques par rapport au ruban de verre afin de ne pas générer de différence de température entre les deux faces du ruban.
L'installation comporte avantageusement plusieurs organes de mesure de température disposés en plusieurs points sur une direction parallèle à la largeur du ruban de verre afin de déterminer le profil de température sur la largeur du ruban.
Au moins un organe de mesure de température est disposé sur chacune des faces du ruban, de sorte que la mesure peut être réalisée sur les deux faces du ruban, en un point ou en plusieurs points sur une direction parallèle à la largeur du ruban de verre, afin de déterminer le profil de l'écart de température entre les deux faces du ruban.
De préférence, la distance entre les points de mesure situés sur une direction parallèle à la largeur du ruban est plus réduite sur les bords du ruban que dans la zone centrale, de sorte de disposer de davantage de points de mesure sur les rives qu'au centre du ruban.
L'organe de mesure de la température peut, par exemple, être un thermocouple ou une thermistance.
L'organe de mesure de la température est placé à proximité de la surface du ruban de verre, sans être en contact avec celle-ci. Avantageusement, l'organe de mesure de la température est placé à moins de un centimètre de la surface du ruban de verre, sans être en contact avec celle-ci.
L'isolant thermique et optique qui affleure la surface du ruban de verre peut être réalisé avec un matériau souple à faible coefficient de frottement. L'isolant thermique et optique est avantageusement constitué d'une nappe de laine minérale ou de laine de verre.
L'installation selon l'invention comprend des organes de protection mécanique contre une détérioration provoquée par la casse du ruban de verre. Ces organes de protection peuvent être fixes par rapport à l'étenderie. Ils peuvent également être amovibles comme le sont les rideaux utilisés dans les étenderies pour limiter la convection.
L'installation selon l'invention comprend également des organes permettant de limiter la convection d'air entre le ruban et l'organe de mesure de la température.
L'invention concerne également une étenderie de recuisson de verre plat, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins une installation de mesure de la température du ruban de verre telle que définie précédemment.
L'invention concerne aussi un procédé de conduite d'une étenderie de recuisson de verre plat, caractérisé en ce qu'une mesure en continu de la température de surface du ruban de verre est réalisée par une installation
. qui comprend un sous-ensemble placé sur l'une des deux faces du ruban de verre qui affleure la surface du ruban de verre, et crée un espace isolé thermiquement du côté de la surface du ruban où se trouve le sous-ensemble,
. qui comprend au moins un organe de mesure de la température placé dans l'espace isolé thermiquement,
. et qui comporte un moyen de correction de l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement provoquée par la perte liée au rayonnement au travers du ruban, cette mesure de température étant utilisée pour ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie par l'intermédiaire d'une boucle de régulation. Le moyen de correction de l'erreur de mesure peut être constitué par un moyen de calcul thermique prenant en compte la perte liée au rayonnement au travers du ruban pour corriger l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement.
Selon une autre disposition, le moyen de correction de l'erreur de mesure peut être constitué par un deuxième sous-ensemble situé du côté du ruban opposé au premier sous-ensemble, affleurant la surface du ruban, et créant un espace isotherme. Le procédé de conduite d'une étenderie de recuisson de verre plat, est alors caractérisé en ce que la mesure en continu de la température de surface d'un ruban de verre est réalisée par une installation qui comprend deux sous-ensembles placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre et en vis à vis, dont chaque sous-ensemble affleure la surface du ruban de verre, avec un espace isotherme réalisé autour de chaque organe de mesure de la température du ruban par un isolant thermique et optique, et est utilisée pour ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie par l'intermédiaire d'une boucle de régulation.
Selon le procédé de l'invention, une combinaison du système de contrôle de l'étenderie et de l'équipement de mesure de la température est avantageusement prévue pour permettre d'ajuster rapidement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie de sorte que le niveau de contrainte totale reste inférieur à une valeur déterminée permettant d'éviter la casse du verre ou des déformations du ruban perpendiculaires au plan du ruban et que le niveau de contrainte permanente reste inférieur à une valeur déterminée permettant le traitement ultérieur du verre.
Les mesures de température peuvent être effectuées selon la largeur du ruban de verre et peuvent être utilisées pour l'ajustement de la distribution du chauffage sur la largeur du ruban et/ou l'ajustement de la distribution du refroidissement sur la largeur du ruban.
Un modèle mathématique de fonctionnement de l'étenderie peut être établi et utilisé pour définir les consignes optimums à appliquer à l'étenderie, en fonction des mesures effectuées, afin d'obtenir le niveau de température et contrainte souhaité. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci- après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
Fig.1 est une coupe verticale longitudinale schématique illustrant le principe de l'installation de mesure en continu de la température de surface du ruban de verre dans une étenderie, selon l'invention.
Fig.2 est une coupe verticale longitudinale schématique d'un exemple de réalisation de l'installation de Fig.1.
Fig.3 est un diagramme du profil de température dans l'épaisseur du ruban de verre, la température étant portée en ordonnée et l'épaisseur étant portée en abscisse.
Fig. 4 et 5 sont des diagrammes illustrant l'épaisseur optique portée en ordonnée en fonction de la longueur d'onde portée en abscisse.
Fig.6 est un diagramme avec deux courbes, l'une pour l'épaisseur optique portée en ordonnée sur l'échelle de gauche, et l'autre pour l'émission du corps noir portée en ordonnée sur l'échelle de droite, en fonction de la longueur d'onde portée en abscisse.
Fig.7, enfin, est une vue schématique de dessus d'une implantation de thermocouples selon l'invention.
Un exemple d'installation de mesure réalisée selon l'invention est décrit ci- dessous.
En se reportant aux Fig.1 et 2 des dessins, on peut voir un thermocouple TC de préférence chemisé et de faible diamètre, le diamètre étant généralement égal ou inférieur à 2 mm. Le point de mesure du thermocouple TC est maintenu en un point de l'espace isotherme et avantageusement à proximité immédiate de la surface du verre mais en évitant tout contact entre le verre et le thermocouple TC. Par proximité immédiate on désigne un thermocouple dont le point de mesure se trouve à une faible distance de ce ruban, par exemple de l'ordre de 2 mm.
L'absence de contact entre le thermocouple TC et le verre G permet d'éviter réchauffement du thermocouple TC par la chaleur du frottement qui conduirait à une erreur par excès de la température mesurée.
Pour mesurer correctement avec ce thermocouple TC la température du ruban, un équilibre thermique entre le ruban G et le thermocouple TC est impératif. Pour éviter les pertes thermiques du thermocouple TC, un espace isotherme 2 est créé autour du thermocouple à l'aide d'un isolant souple 3 à faible coefficient de frottement qui affleure la surface du ruban G. Par « isolant à faible coefficient de frottement » on désigne un isolant qui peut toucher le verre en défilement sans dégradation du dispositif de mesure ou de la surface du verre. Le thermocouple TC est ainsi isolé contre la perte de chaleur vers l'extérieur.
Comme exemples d'isolant souple pouvant convenir, on peut citer la laine minérale ou la laine de verre qui sont deux matériaux isolants simples et peu coûteux adaptés au dispositif, capables de résister à des températures bien au- dessus de celles régnant dans une étenderie. L'utilisation d'un isolant souple qui affleure la surface du verre permet également d'éviter les écoulements d'air entre la surface du ruban G et le dispositif de mesure supprimant ainsi le refroidissement par convection de l'organe de mesure de la température TC. Cette première partie du dispositif permet de se rapprocher de la vraie température du verre.
L'installation réalisée selon l'invention prend en compte la propriété de semi- transparence du verre. Lorsque l'on crée un espace isotherme proche d'un corps noir sur une face du verre, on perd encore une partie de la chaleur de cet espace isotherme au travers du ruban par rayonnement dans la fenêtre spectrale transparente du verre. Une isolation supplémentaire 4 de la face opposée du ruban G permet de conserver la chaleur en renvoyant le rayonnement dans l'espace créé par le verre et le thermocouple. Le thermocouple TC atteint ainsi une température très proche de celle du verre. L'installation selon l'invention se caractérise ainsi en ce que l'espace isotherme 2 autour de l'organe de mesure TC de la température du verre est obtenu en limitant les pertes thermiques par conduction, par rayonnement et par convection.
L'isolation supplémentaire 4 est avantageusement réalisée de la même manière que l'isolation 3, avec un isolant souple, par exemple une nappe de laine minérale ou laine de verre.
Cette double isolation sur les deux faces du ruban a encore un autre avantage. Elle permet de placer un thermocouple sur chacune des deux faces du ruban, à savoir le thermocouple TC déjà cité, et un thermocouple TC2 disposé dans un autre espace isotherme 5, sous forme d'un creux dans l'isolation 4, de manière à être à proximité immédiate de la face du ruban opposée à celle correspondant au premier thermocouple TC. On obtient ainsi une information sur un écart de température éventuel des deux faces causé par un déséquilibre de refroidissement très utile dans une étenderie pour ajuster les taux de refroidissement supérieur et inférieur.
Ci-après est donné un exemple d'amélioration de la mesure apportée par un dispositif réalisé selon l'invention implanté en sortie de zone C d'une étenderie ayant une capacité de production de 600t/j, pour une largeur de ruban de 4m, une épaisseur de verre de 4mm et une vitesse de défilement de 10 m/min.
Le profil de température théorique dans l'épaisseur du ruban est supposé être celui représenté en Fig. 3. Il montre que la température d'une feuille de verre n'est pas homogène lors du refroidissement, avec des surfaces plus froides que le cœur. Ceci est particulièrement vrai pour un verre relativement épais, par exemple au delà de 8mm d'épaisseur. Pour un verre plus mince, les gradients de température dans le verre lors du refroidissement restent limités.
La Figure 3 montre une différence de 5 0C entre le centre (c'est-à-dire à mi- épaisseur) et la surface du ruban pour du verre de 4 mm d'épaisseur et un taux de refroidissement donné. L'erreur induite par une mesure de la température de surface par rapport à la température moyenne dans l'épaisseur est inférieure de 2.50C. Pour le verre standard, de faible épaisseur, la mesure de la température de surface est suffisamment représentative de la température moyenne du ruban au regard de la précision visée. La situation est différente pour un verre épais. Toutefois, avec une information sur le taux de refroidissement, la température de cœur et la température moyenne peuvent être déterminées. Le rayonnement échangé entre la surface du ruban et les parois de l'étenderie, pour un ruban à 380 0C ayant une émissivité de 0.85 et une température de paroi de l'étenderie de 1700C, est de 7 kW/m2 sur chaque face. La création d'un espace isotherme pour la mesure de la température avec un isolant fibreux de conductivité thermique 0.06 W/m.K, d'une épaisseur de 50mm limite les pertes thermiques à 0.24 kW/m2.
Le calcul du système en prenant en compte l'échange par rayonnement entre le ruban et l'isolant, en supposant une émissivité de l'isolant e=0.9, la conduction d'une lame d'air de 5mm entre le ruban et l'isolant et la conduction au travers de l'isolant, donne une température de l'isolant en face chaude de 375.9°C pour une température du ruban de 3800C. La température du thermocouple sera située entre ces deux valeurs d'où une erreur de mesure inférieure à 4°C par rapport à la température du ruban de verre.
A présent , on va prendre en compte les propriétés optiques du verre.
Un verre standard est opaque pour des longueurs d'onde au-dessus de 2.7μm
(soit 2.7.103 mm) et transparent en dessous, que ce soit pour des épaisseurs standards ou pour un verre épais. Les Fig. 4 et 5 montrent le spectre optique du verre float pour une épaisseur de 15mm et 4mm.
Les Figures 4 et 5 montrent que le verre est transparent jusqu'à 2.7 μm avant de devenir opaque au-delà de cette longueur d'onde.
Un dispositif partiel implanté sur une seule face du ruban permettra de créer un espace isotherme d'un côté du ruban se comportant comme un corps noir avec la distribution spectrale du rayonnement correspondant capté dans son intérieur. Mais, du fait des propriétés optiques du verre, une partie de ce rayonnement s'échappera au travers de l'épaisseur du verre. La Figure 6 montre les spectres optiques du verre pour 4mm d'épaisseur (courbe L1) et celui d'un corps noir à 38O0C (courbe L2). L'intégrale de la courbe L2 du corps noir entre 0 et 2.7μm représente un flux radiatif de 0.36 kW/m2. Il est à noter que pour une température mesurée plus en amont dans l'étenderie, par exemple pour un ruban à 6000C, ce flux serait encore plus important en raison du décalage de la courbe du corps noir.
La prise en compte de cette perte supplémentaire dans le calcul précédent donne à présent une température de l'isolant en face chaude de 369.6 0C, toujours pour une température du ruban de 3800C. L'écart de température dans' l'espace isotherme monte maintenant à 10.40C. Cette erreur est supérieure à la précision demandée pour une étenderie.
Il convient donc d'éliminer cette perte par rayonnement au travers du ruban.
Pour cela, l'installation réalisée selon l'invention comprend le deuxième espace isotherme 5 similaire au premier permettant d'annuler mutuellement les pertes dans la fenêtre optique du verre.
Une autre méthode pour éliminer l'effet de la perte par rayonnement au travers du ruban est de corriger à l'aide d'un moyen de calcul thermique l'erreur de mesure de température. Cela nécessite des informations complémentaires sur les propriétés optiques du verre et le flux de rayonnement échangé en direction de la face opposée du ruban.
Un exemple d'installation de mesure réalisée selon l'invention est décrit à présent plus précisément avec référence aux Fig.1 et 2.
L'installation est réalisée en utilisant : deux thermocouples TC,TC2 chemisés d'un diamètre de 1 mm permettant de mesurer la température des deux faces du ruban G ; de la laine de verre ou laine minérale comme isolant et un système de fixation 6, 7. Il est à noter que la mesure de la température dans l'espace isotherme peut être réalisée par des thermocouples ou également par des thermistances ou d'autres organes de mesure de température.
Les espaces isothermes 2, 5 ont été représentés seulement sur Fig.1 , mais des espaces semblables peuvent être prévus dans le dispositif de Fig.2, bien que non représentés. Comme représenté en Fig.2, la laine de verre 3 affleure le ruban sur environ 10cm de longueur selon la direction de défilement du ruban. Sur chaque face du ruban, l'épaisseur M de la laine de verre sous forme de nappe, par exemple de 50 mm, crée un espace isotherme et évite la convection de l'air entre le ruban et la laine de verre. Le thermocouple TC est positionné légèrement en aval du milieu de la zone de recouvrement, là où les éventuelles infiltrations d'air sont atténuées. L'orientation du thermocouple TC est de préférence horizontale, parallèle à la surface du verre. De cette manière, toute conduction thermique parasitaire par la gaine et les fils du thermocouple TC est éliminée à l'endroit de la mesure. L'arrivée de la gaine du thermocouple TC se fait de préférence côté amont. De cette manière, on évite tout risque d'accrochage de la pointe sur la surface du verre.
Maintenant on va décrire la prise en compte du process particulier de recuisson du verre dans la définition du dispositif de mesure selon l'invention.
La conception de l'installation selon l'invention est telle que celle-ci ne perturbe pas, ou peu, le process de recuisson du verre. En particulier, la réalisation est la suivante.
. L'installation est constituée de deux sous-ensembles D1 , D2 placés respectivement de part et d'autre du ruban G, suffisamment symétriques pour ne pas générer de décalage de température entre les deux faces du ruban. Les sous-ensembles D1 , D2 de l'installation ont une longueur minimum dans le sens du défilement du ruban pour obtenir les confinements thermique et optique souhaités. Ces confinements limitent le refroidissement de la surface du verre lors de son passage dans l'ensemble. On comprend aisément que l'absence d'un sous-ensemble sur une face du ruban conduirait à un décalage de température entre les deux surfaces, la face non équipée d'un sous- ensemble se refroidissant normalement.
Donc une installation implantée sur une seule face conduirait à une différence sensible de température entre les deux faces du ruban d'où un risque de création de contraintes supplémentaires dans le verre susceptibles de poser des problèmes de casse ou de découpe du ruban de verre.
Selon un premier exemple de réalisation de l'invention, la longueur de l'installation dans le sens de défilement du ruban est limitée à celle nécessaire pour obtenir les confinements thermique et optique souhaités de sorte de réduire la longueur sur laquelle le refroidissement du verre est perturbé. De préférence la longueur L du dispositif est inférieure à 200 mm. L'épaisseur de l'isolation est par exemple de 50 mm.
L'installation doit générer le moins de perturbation possible dans l'étenderie. Pour cela, il est important que ses dimensions soient réduites. En effet, une dimension trop importante conduirait à perturber les écoulements de convection dans l'étenderie du fait d'une restriction de la section de passage, notamment dans les zones convectives. Il convient de ne pas perturber les échanges par rayonnement dans les zones radiatives entre le verre et les différentes parois de l'étenderie du fait de l'obstacle important au rayonnement que constituerait un dispositif trop volumineux.
Pour répondre à cette contrainte, l'épaisseur M de l'isolant est limitée selon l'invention. Une épaisseur trop réduite de l'isolant peut conduire à un gradient de température important entre ses deux faces du fait d'une déperdition thermique plus importante. Cette déperdition sera d'autant plus forte que la conductivité thermique de l'isolant sera élevée. Pour conserver une bonne précision de la mesure de la température du verre, le dispositif selon l'invention évite cette déperdition ou la prend en compte pour corriger la température du verre mesurée.
Selon un second exemple de réalisation de l'invention, les déperditions thermiques sur l'épaisseur de l'isolant sont supprimées par l'ajout d'un dispositif de chauffage sur la face 3a, 4a de l'isolant 3, 4 opposée à celle du ruban, par exemple une résistance électrique, de sorte de maintenir une même température sur les deux faces de l'isolant 3, ou 4.
Selon un troisième exemple de réalisation de l'invention, la prise en compte des déperditions est réalisée par le calcul des pertes thermiques dans l'isolant 3, 4 en prenant en compte sa conductivité thermique, la température mesurée en face chaude par l'organe de mesure TC, TC2 prévu dans l'installation et celle mesurée en face froide 3a, 4a de l'isolant par l'ajout d'au moins un organe de mesure de la température, par exemple un thermocouple. La température du verre mesurée par l'installation est ensuite corrigée pour prendre en compte l'influence des pertes thermiques dans l'épaisseur de l'isolant. Selon un quatrième exemple de réalisation de l'invention, la prise en compte des déperditions est réalisée par le calcul des pertes thermiques dans l'isolant en prenant en compte sa conductivité thermique à partir de la température mesurée en face chaude par l'organe de mesure TC, TC2 prévu dans l'installation et en estimant celle en face froide 3a, 4a de l'isolant à partir de la température ambiante de l'étenderie à l'endroit où est implanté l'installation. La température du verre mesurée par l'installation est ensuite corrigée pour prendre en compte l'influence des pertes thermiques dans l'épaisseur de l'isolant.
Ces méthodes, en combinaison avec des calculs des températures dans le ruban, permettent d'atteindre une précision à 10C près, largement suffisante pour le contrôle du refroidissement dans une étenderie, en utilisant des organes de mesure adéquats comme des thermocouples calibrés.
Un exemple d'implantation de l'installation dans une étenderie est décrit à présent avec référence à Fig.2.
Implantation en face inférieure du ruban
La place entre deux rouleaux support R1 , R2 du ruban G permet d'installer une barre 7 avec plusieurs thermocouples TC2 sur la largeur du ruban. Une barre 7 en forme de U permet de tenir l'isolât fibreux 4 et de fixer les thermocouples TC2. Un moyen de réglage (non représenté) de la barre 7 en hauteur permet d'ajuster le dispositif près du verre. La position derrière un rouleau protège le système contre des chutes de verre lors d'une casse du ruban.
Implantation en face supérieure du ruban
Le dispositif supérieur est suspendu à une barre 6 qui traverse latéralement l'espace sur le ruban G. La nappe souple 3 d'une longueur appropriée permet de couvrir sur une petite longueur la surface du ruban. Cette nappe 3 est composée d'un tissu flexible avec une face inférieure qui permet de fixer des thermocouples TC souples. Avantageusement, on utilise un tissu mince de fibres de verre dans lequel des thermocouples TC son intégrés. Sur ce tissu on pose une feuille d'un isolant en fibres de verre d'épaisseur M d'environ 50mm. Le diamètre des thermocouples est faible, environ 1mm, pour assurer leur flexibilité. La zone de contact 8 de la nappe 3 est ajustée à la zone couverte par l'isolant inférieur 4. La nappe supérieure 3 peut sans problème suivre des changements d'épaisseur du ruban G, pourvu que le recouvrement avec l'isolant inférieur reste correct.
Implantation des thermocouples sur la largeur du ruban
Les plus grandes variations de température sur la largeur du ruban se trouvent près des bords, notamment s'il existe une différence d'épaisseur entre les bords ou rives 9, 10 et la partie centrale 11 du ruban G.
Pour pouvoir tracer le profil de température du bord qui a typiquement 150mm de large pour un ruban épais, au moins trois thermocouples TC sont nécessaires. La distance entre deux de ces thermocouples TC successifs sera donc d'environ 3cm (30mm). Du fait que la position du bord varie typiquement de 300mm selon la largeur de ruban produit, dans cet exemple, l'implantation de dix thermocouples TC est réalisée des deux côtés du ruban. Le nombre dix correspond au quotient de 300mm par 30mm.
Comme les variations de température dans la partie centrale 11 sont bien moindres, environ six thermocouples TC sont suffisants pour tracer le profil de température. Le nombre total de thermocouples TC par barre 6 ; 7 sera donc par exemple de vingt six.
La Figure 7 montre un exemple de localisation des thermocouples sur la largeur du ruban.
Exploitation des mesures de température
L'information délivrée par l'équipement de mesure peut être exploitée par les opérateurs de l'installation pour ajuster manuellement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie.
Selon un autre exemple de réalisation, les mesures de température peuvent être affichées pour l'information de l'opérateur de l'étenderie, par exemple sous forme de courbes montrant le profil de température sur la largeur du ruban, afin de lui permettre de confirmer le réglage des distributions de chauffage et de refroidissement opérées sur l'étenderie. Il est également possible d'enregistrer ces valeurs, notamment pour le suivi de la qualité du produit.
De préférence, l'information délivrée par l'équipement de mesure est exploitée par un système de contrôle de l'installation pour ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs boucles de régulation, en particulier pour le réglage du chauffage et du refroidissement du verre suivant la direction de défilement du ruban et sa direction perpendiculaire.
La boucle de régulation peut être avantageusement complétée par un modèle physique de la recuisson du verre qui, à partir des mesures effectuées dans une section de l'étenderie, permet le calcul des consignes des différentes zones en amont et en aval de la section de mesure, pour le chauffage et le refroidissement du ruban de verre à chaque étape du processus de recuisson du verre. Le modèle physique peut avantageusement exploiter les mesures de température délivrées par l'équipement de mesure pour estimer les niveaux de contrainte dans le verre et définir leurs distributions dans la largeur du ruban, son épaisseur ou sa longueur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de mesure en continu de la température de surface d'un ruban de verre (G) dans une étenderie de verre plat, caractérisée en ce que :
. elle comprend un sous-ensemble (D1) placé sur l'une des deux faces du ruban de verre qui affleure la surface du ruban de verre (G), et crée un espace isolé thermiquement du côté de la surface du ruban où se trouve le sous-ensemble, . elle comprend au moins un organe de mesure de la température (TC) placé dans l'espace isolé thermiquement,
. et en ce qu'elle comporte un moyen de correction de l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement provoquée par la perte liée au rayonnement au travers du ruban.
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le moyen de correction de l'erreur de mesure est constitué par un moyen de calcul thermique prenant en compte la perte liée au rayonnement au travers du ruban pour corriger l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement.
3. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que :
. elle comprend deux sous-ensembles (D1 , D2) placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre (G) et en vis à vis, . chaque sous-ensemble (D1 , D2) affleure la surface du ruban de verre, . un espace isotherme (2, 5) est réalisé autour de chaque organe de mesure de la température (TC, TC2) du ruban par un isolant thermique et optique
(3,4), . et elle comprend au moins un organe de mesure de la température (TC,
TC2) placé dans au moins l'un des espaces isothermes (2, 5) et supporté par au moins l'un des sous-ensembles, l'autre sous-ensemble constituant le moyen de correction de l'erreur de mesure.
4. Installation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'espace isotherme (2,5) autour de chaque organe de mesure de la température (TC, TC2) du ruban est réalisé de manière à limiter les pertes thermiques par conduction, par rayonnement et par convection.
5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'espace isotherme (2,5) autour de chaque organe de mesure de la température (TC, TC2) est réalisé sous forme d'un creux dans la face d'une nappe d'isolant qui affleure la surface du ruban de verre.
6. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les deux sous- ensembles (D1 , D2) placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre (G) sont sensiblement symétriques par rapport au ruban de verre afin de ne pas générer de différence de température entre les deux faces du ruban.
7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'il comporte plusieurs organes de mesure de température (TC) disposés en plusieurs points sur une direction parallèle à la largeur du ruban de verre afin de déterminer le profil de température sur la largeur du ruban.
8. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe de mesure de température (TC, TC2) disposé sur chacune des faces du ruban, de sorte que la mesure peut être réalisée sur les deux faces du ruban, en un point ou en plusieurs points sur une direction parallèle à la largeur du ruban de verre, afin de déterminer le profil de l'écart de température entre les deux faces du ruban.
9. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la distance entre les points de mesure situés sur une direction parallèle à la largeur du ruban est plus réduite sur les bords (9,10) du ruban que dans la zone centrale (11), de sorte de disposer de davantage de points de mesure sur les rives (9, 10) qu'au centre du ruban.
10. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe de mesure de la température est un thermocouple (TC, TC2).
11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'organe de mesure de la température est une thermistance.
12. Installation suivant l'une des revendications 10 ou 11 , caractérisée en ce que l'organe de mesure de la température est placé à proximité de la surface du ruban de verre, sans être en contact avec celle-ci.
13. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que l'organe de mesure de la température est placé à moins de un centimètre de la surface du ruban de verre, sans être en contact avec celle-ci.
14. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'isolant thermique et optique qui affleure la surface du ruban de verre est réalisé avec un matériau souple à faible coefficient de frottement.
15. Installation suivant la revendication 14, caractérisée en ce que l'isolant thermique et optique est constitué d'une nappe de laine minérale ou de laine de verre.
16. Etenderie de recuisson de verre plat, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins une installation de mesure de la température du ruban de verre selon l'une quelconque des revendications précédentes.
17. Procédé de conduite d'une etenderie de recuisson de verre plat, caractérisé en ce qu'une mesure en continu de la température de surface du ruban de verre (G) est réalisée par une installation . qui comprend un sous-ensemble (D1) placé sur l'une des deux faces du ruban de verre, qui affleure la surface du ruban de verre et crée un espace isolé thermiquement du côté de la surface du ruban où se trouve le sous- ensemble,
. qui comprend au moins un organe de mesure de la température (TC) placé dans l'espace isolé thermiquement,
. et qui comporte un moyen de correction de l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement provoquée par la perte liée au rayonnement au travers du ruban, la mesure de température en continu étant utilisée pour ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie par l'intermédiaire d'une boucle de régulation.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen de correction de l'erreur de mesure est constitué par un moyen de calcul thermique prenant en compte la perte liée au rayonnement au travers du ruban pour corriger l'erreur de mesure de température de l'espace isolé thermiquement.
19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen de correction de l'erreur de mesure est constitué par un deuxième sous-ensemble (D2) situé du côté du ruban opposé au premier sous-ensemble, affleurant la surface du ruban, et créant un espace isotherme, la mesure en continu de la température de surface du ruban de verre étant réalisée par une installation qui comprend deux sous-ensembles (D1 ,D2) placés respectivement de part et d'autre du ruban de verre (G) et en vis à vis, dont chaque sous-ensemble (D1 ,D2) affleure la surface du ruban de verre, avec un espace isotherme (2,5) réalisé autour de chaque organe de mesure de la température (TC, TC2) du ruban par un isolant thermique et optique (3,4), et est utilisée pour ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie par l'intermédiaire d'une boucle de régulation.
20. Procédé selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu' une combinaison du système de contrôle de l'étenderie et de l'équipement de mesure de la température est prévue pour permettre d'ajuster rapidement les paramètres de fonctionnement de l'étenderie de sorte que le niveau de contrainte totale reste inférieur à une valeur déterminée permettant d'éviter la casse du verre ou des déformations du ruban perpendiculaires au plan du ruban et que le niveau de contrainte permanente reste inférieur à une valeur déterminée permettant le traitement ultérieur du verre.
21. Procédé selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que les mesures de température sont effectuées selon la largeur du ruban de verre et sont utilisées pour l'ajustement de la distribution du chauffage sur la largeur du ruban et/ou l'ajustement de la distribution du refroidissement sur la largeur du ruban.
22. Procédé selon l'une des revendications 17 à 21 , caractérisé en ce qu'un modèle mathématique de fonctionnement de l'étenderie est établi et utilisé pour définir les consignes optimums à appliquer à l'étenderie, en fonction des mesures effectuées, afin d'obtenir le niveau de température et contrainte souhaité.
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