FR2893020A1 - Procede de fabrication de verre plat, notamment de verre flotte convertible en vitroceramique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de verre plat, notamment de verre flotté convertible en vitrocéramique, procédé suivant lequel on chauffe la dalle arrière, et le cas échéant les dalles de contention, à une température qui dépasse la limite supérieure de dévitrification (OEG) du verre, afin d'éviter qu'il se forme dans le verre, dans la zone arrière de la cuve de flottage, des cristaux ou des germes cristallins qui gêneraient la conversion ultérieure de ce verre en vitrocéramique.

Description

Procédé de fabrication de verre plat, notamment de verre flotté

convertible en vitrocéramique

Le procédé de fabrication de verre plat est connu depuis des décennies. Dans le procédé usuel, on fait couler le verre liquide par-dessus une lèvre d'entrée, en continu, sur le métal fondu du bain de flottage. Le verre s'étale alors sur le bain jus-qu'à ce qu'il atteigne une épaisseur d'équilibre d'environ 7 mm ; si l'on veut obtenir un verre plus mince, on étire davantage la bande de verre sur le bain de flottage.

A l'endroit où le verre liquide vient rencontrer le bain de flottage, il se forme un bombement ("bossage", "talon"). La majeure partie du verre liquide s'écoule vers l'avant en direction de la sortie du bain de flottage, mais une partie s'écoule également vers l'arrière et de là vers les côtés. Cette partie de la cuve de flottage où le verre s'écoule vers l'arrière est appelée "zone arrière". Cette zone de la cuve de flottage présente à peu près la forme d'un entonnoir s'ouvrant en direction de la sortie de la cuve de flottage. Les deux côtés de l'entonnoir sont constitués usuellement de briques en céramique appelées "dalles de contention". Le bout étroit de l'entonnoir est constitué par la paroi aarrière de la cuve de flottage ou par une brique de céramique disposée devant cette paroi et appelée "dalle arrière".

La partie du courant de verre qui s'écoule vers l'arrière vient buter sur le dalle arrière et les dalles de contention qui la renvoient de sorte qu'elle coule avec la masse principale de verre, en direction de la sortie de la cuve de flottage. On sait depuis longtemps que la retenue de verre qui se produit dans la zone arrière peut entraîner des défauts dans le verre. Le verre qui subit cette retenue séjourne plus longtemps sur le bain que le verre qui coule directement vers la sortie. Cela peut donner à ce verre-là une viscosité différente, parce qu'il se refroidit plus fortement, et des phénomènes de dévitrification ou de décomposition peuvent aussi se produire. Il est déjà connu de chauffer les bandes marginales du verre se trouvant dans la zone arrière en y faisant passer un courant électrique (DE-PS 1 596 590 ou US 3 850 787) pour diminuer la viscosité du verre dans cette zone. Mais il y a l'inconvénient de l'influence électrolytique du bord du verre. De plus, par le document DE 1 596 627 A, il est connu, notamment pour fabriquer des verres épais, d'installer un élément chauffant dans la zone arrière, au-dessous de la lèvre d'entrée ou au-dessus de la surface du verre à proximité de la dalle arrière. La puissance de chauffage destinée à compenser la perte de chaleur doit en tout cas être régulée de manière très précise, et pour cela il faut prévoir des fenêtres d'observation spécifiques dans les parois latérales de la cuve de flottage. De plus, ce mode de chauffage n'agit que très indirectement et insuffisamment en les endroits déterminants, à savoir les zones de contact entre le matériau réfractaire et le verre ou entre le matériau réfractaire, le verre et l'étain du bain. De plus, dans le document DE-C-1 596 636 et le document correspondant US 3 492 107, sont décrites des parois de délimitation (dalles de contention et dalle arrière) faites d'un matériau réfractaire conducteur de l'électricité. Au niveau de leurs parties supérieures, situées au-dessus du métal du bain, ces parois sont raccordées à une électrode, le métal du bain constituant la seconde électrode, de sorte que par liaison à une source électrique, un courant traverse le matériau réfractaire et l'échauffe. Là aussi, le chauffage doit donner une viscosité plus faible à la couche de verre bordant directement le matériau réfractaire. L'inconvénient de ce mode de chauffage est qu'il peut se former des courants vagabonds qui gênent l'écoulement du métal du bain, et que le verre peut être altéré par électrolyse aux points de contact. Ces deux inconvénients sont indésirables, en particulier si l'on veut obtenir un verre de haute qualité.

Le document DE-A-2 218 275 présente une autre voie selon laquelle, dans la zone arrière, la vitesse d'écoulement du verre liquide est améliorée grâce à une forme particulière donnée à l'ensemble de la zone. Si on met ce procédé en oeuvre avec des verres cristallisables, on obtient en général des résultats insatisfaisant au regard des prescriptions. Dans la plage de températures où il faut travailler avec des vitesses de refroidissement relativement faibles pour tirer la bande de verre, il y a déjà cristallisation effective, de sorte que la céramisation ultérieure du verre, c'est-à-dire sa transformation en une vitrocéramique, au cours de laquelle on commence par maintenir le verre pendant un temps bien défini à une température bien définie, afin d'assurer la formation de germes, pour ensuite, à une température plus élevée, laisser croître des cristaux à partir des germes formés, est influencée négativement par les cristaux indésirables formés pendant le tirage de la bande de verre. La dalle arrière et les dalles de contention peuvent jouer le rôle de germes hétérogènes pouvant conduire à la formation de cristaux parasites dans les bordures de la bande de verre, du fait du long séjour dans la zone arrière. Cela conduit aussi, lors de la céramisation ultérieure, à des irrégularités, en particulier à de fortes tensions dans la bande de verre, qui peuvent provoquer des ruptures du verre dans le four de refroidissement.

Ce problème a été abordé jusqu'à présent par deux voies. D'une part on a développé des types de verre où il y a moins de risques de formation de zones perturbées, et d'autre part, en engendrant volontairement des courants dans le métal du bain, on s'oppose aux phénomènes indésirables de cristallisation ou de formation de germes.

Selon le document US-A-3 684 475, on réalise, au moyen d'une pompe, un écoulement laminaire du métal du bain, à une vitesse correspondant à celle de la bande de verre sur le bain de métal, ceci permettant d'éviter qu'apparaissent des inhomogénéités de la vitesse du bain de métal dans la zone marginale et les inhomogénéités de cristallisation qui leur sont associées, en particulier dans la zone marginale. Selon le document WO 2005/0 731 38 Al, on crée aussi dans la zone arrière un courant de métal du bain qui doit réduire l'extension du bombement vers l'arrière, suffisamment pour que le verre ne puisse plus avoir de point d'ancrage au niveau de la dalle arrière. Mais l'absence de point d'ancrage rend difficile de main-tenir la bande de verre en position stable, et il devient plus difficile de conférer à la bande de verre une forme bien définie.

L'objectif de l'invention est de trouver un procédé de flottage simple à exécuter et qui, mis en oeuvre avec des verres tendant à cristalliser, c'est-à-dire des verres de base pour la fabrication de disques en vitrocéramique, empêche les phéno- mènes indésirables de dévitrification dans les zones de bord, suffisamment pour que ne se produisent ni tensions importantes dans la bande de verre, ni ruptures dans le four de refroidissement. Il faut alors, en particulier pour un façonnage sûr de la bande de verre, employer encore dans la zone arrière une dalle arrière et des dalles de contention, qui ont fait leurs preuves, pour pouvoir garantir la position constante de la bande de verre dans cette zone arrière. Cet objectif est atteint grâce à un procédé de fabrication de verre plat dans lequel, comme on le sait bien, on verse en continu, dans une installation de production de verre flotté, du verre liquide sur un bain de métal et l'on en fait là une bande de verre de largeur et d'épaisseur voulues, le courant de verre venant buter, dans la zone de coulée, sur au moins une paroi délimitante chauffée. Pour la présente invention, le verre liquide est un verre précurseur de vitrocéramique et ladite paroi délimitante au nombre d'au moins une est chauffée à une température dépassant la limite supérieure de dévitrification du verre, et ce, par chauffage indirect.

De préférence, la ou les parois délimitantes sont constituées chacune par une brique de céramique, qui est de préférence électriquement isolante. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, il y a trois parois délimitantes. Il est préférable de chauffer la ou les parois délimitantes à une température située entre la limite supérieure de dévitrification (OEG) et cette température limite augmentée de 100 C. Il est avantageux que ce chauffage soit électrique. Il est encore plus avantageux que ce chauffage soit réalisé à l'aide d'une résistance encastrée au voisinage de la paroi délimitante, résistance qui peut, dans un mode particulier de réalisation, être constituée par de l'étain placé dans un canal couvert. On a découvert que, si l'on chauffe indirectement les parois délimitantes qui entrent en contact avec le verre liquide pour les amener à une température supérieure à la limite supérieure de dévitrification (OEG) du verre considéré, la formation de germes cristallins et de cristaux pendant la suite du processus de flottage est pratiquement arrêtée ou devient si faible qu'elle n'a plus d'effets dommageables. Les conditions dans lesquelles est mis en oeuvre le processus de flottage font que, dans la zone arrière, le verre n'entre en contact qu'avec la paroi frontale ou avec une pièce façonnée montée devant cette paroi, à savoir la dalle arrière. Mais il est beaucoup plus fréquent d'utiliser, en plus de la dalle arrière, deux pièces façonnées (dalles de contention) qui s'écartent l'une de l'autre dans la direction d'écoulement du verre fondu et qui dirigent la masse de verre fondu, dans la zone arrière et au- delà de cette zone dans la direction d'écoulement du verre. Toutes les surfaces délimitantes qui entrent en contact avec le verre liquide doivent être amenées à une température dépassant la température limite OEG, afin qu'il ne puisse pas y avoir formation de cristaux ou de germes. Par surfaces délimitantes, on entend toutes les surfaces, pièces façonnées et similaires sur lesquelles vient buter le verre fondu. Ces surfaces ne sont pas forcément en céramique ; elles peuvent être en un métal approprié, et l'on peut aussi se servir de pièces façonnées en céramique dotées d'un revêtement métallique, par exemple une tôle ou un revête-ment métallique déposé par galvanoplastie. En général, pour des raisons de coût, on utilise des pièces façonnées en céramique réfractaire.

Le chauffage indirect des surfaces délimitantes est effectué à l'aide de résistances alimentées par un courant électrique, la paroi délimitante ou la pièce façonnée étant mise en liaison thermoconductrice avec une résistance électrique chauffante. Dans les pièces façonnées en céramique utilisées de préférence, il est avanta- geux qu'il y ait, à l'intérieur, un conducteur chauffant. On peut employer en tant que conducteurs chauffants tous les métaux et composés qui peuvent supporter les températures nécessaires, par exemple des conducteurs métalliques en tungstène, molybdène, platine, iridium, étain fondu, alliages de métaux de la mine du platine, mais également du carbone, du carbure de silicium ou un verre fondu. Pour éviter l'apparition de courants de fuite ou de courants vagabonds, il est préférable que le conducteur chauffant soit électriquement isolé, vis-à-vis de la pièce façonnée, par un revêtement ou une enveloppe (dans le cas où la pièce est électroconductrice) ou que la pièce façonnée elle-même constitue un isolant électrique. Il est préférable d'employer des pièces façonnées (dalle arrière et dalles de contention) en un matériau isolant électrique, un matériau approprié étant par exemple du quartz fritté (silice fondue). Pour être sûr d'éviter la formation indésirable de cristaux ou de germes cristallins et de défauts localisés pouvant conduire, dans la suite du procédé de flottage, à une cristallisation incontrôlée, notamment dans les zones marginales de la bande de verre, on chauffe les surfaces ou les briques qui entrent en contact avec le verre liquide, dans la zone arrière, à une température dépassant la limite supérieure de dévitrification OEG du verre en question. A cette température, il ne peut se former ni germes cristallins ni cristaux, lors du contact avec la surface. Cette limite OEG est, dans la plage des températures de travail du verre, la température la plus basse à laquelle, quand on laisse reposer le verre durant cinq heures, il ne peut plus se former de cristaux dans ce verre. La limite OEG peut être déterminée pour le verre à flotter selon la méthode suivante : le verre est fondu dans des creusets en platine, et ceux-ci sont ensuite maintenus pendant cinq heures à diverses températures situées dans la plage des températures de travail, puis refroidis rapidement. La température la plus basse à laquelle il ne se forme plus de cristaux est la limite OEG. Cette limite dépend du type du verre en question. On peut dire qu'elle se trouve en général dans une plage de températures commençant à environ 950 C, mais du fait du coût de l'énergie, ce n'est qu'avec des verres présentant une limite OEG d'au moins 1000 C que l'on a recours au chauffage de la dalle arrière et des dalles de contention.

Dans la pratique, il peut être avantageux que les surfaces de contact soient maintenues à une température un peu supérieure à la limite OEG déterminée, afin de compenser d'éventuelles irrégularités thermiques au niveau des surfaces de con-tact, une température dépassant de 10 à 30 C la limite OEG ayant fait ses preuves.

En tout cas, il ne faut pas trop dépasser cette limite OEG, car cela pourrait entraîner une forte consommation d'énergie et une usure importante des corps chauffants et des briques délimitantes, ainsi qu'une forte vaporisation du verre sur les surfaces de contact, sans avoir en contrepartie un meilleur effet. Une température supérieure de plus de 100 C à la limite OEG ne doit donc pas être dépassée, pour des raisons économiques.

Dans ce qui suit, on explique l'invention en se reportant au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une coupe longitudinale à travers la zone arrière d'un dispositif de flottage employé dans le procédé de l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan de la zone arrière d'une cuve de flottage comportant une dalle arrière et des dalles de contention ; - la figure 3 est une vue agrandie d'une dalle de contention ; - et la figure 4 est une coupe à travers la dalle de contention de la figure 3.

La figure 1 représente schématiquement la zone d'entrée (zone arrière) d'un dispositif de flottage de verre. Le verre liquide 1 coule par-dessus une lèvre de coulée 2 pour arriver sur le bain de métal 3 qui se trouve dans une cuve 4. Le débit de verre arrivant sur le bain 3 est réglé par un tiroir 5. On voit que le verre arrivant sur le bain forme un bombement 6 qui vient buter sur la paroi 8 d'une brique de céramique 7 . La paroi 8 est amenée, grâce à un élément chauffant 9, à une température dépassant la li- mite OEG, de sorte qu'il n'y a aucune formation de cristaux ou de germes cristallins. La figure 2 montre en plan la zone arrière, la lèvre de coulée étant retirée pour des raisons de visibilité. On reconnaît la dalle arrière 7, et deux conducteurs d'amenée de courant 10 et 10' alimentant l'élément chauffant. Ces conducteurs sont en cuivre et ils sont refroidis. A la dalle arrière 7 sont jointes, d'un côté et de l'autre, les dalles de contention 11 et 12 qui s'écartent en forme d'entonnoir dans la direction d'écoulement du verre, entrent aussi en contact avec le verre fondu, et sont dotées d'éléments chauffants alimentés en énergie par des conducteurs d'amenée 13, 13' et 14, 14'.

La figure 3 montre la dalle de contention 12, et la figure 4 est une coupe à travers celle-ci. Le corps de la dalle de contention 12 porte sur sa face supérieure un évidement quadrangulaire fermé par un couvercle 15. En dessous de ce couvercle est creusée une rainure 16 dans laquelle est logé le conducteur électrique chauffant. Le couvercle 15 est percé d'ouvertures 17 et 17' à travers lesquelles le conducteur chauffant peut être raccordé aux conducteurs d'amenée de courant 14 et 14'. Le conducteur chauffant est constitué dans ce cas par de l'étain, qui est liquide quand le dispositif fonctionne. Comme matériau pour les dalles de contention, on utilise dans ce cas du quartz fondu fritté.

Quelquefois, il suffit simplement d'isoler thermiquement les amenées de courant 10, 10', 13, 13', et 14, 14' pour pouvoir se passer d'un refroidissement. On peut également utiliser des conducteurs d'amenée résistants à la chaleur, en tungstène, platine, iridium, carbone ou alliage de platine, qui peuvent, le cas échéant, se prolonger directement en des conducteurs chauffants internes du même genre. On peut aussi re-courir à une combinaison de conducteurs refroidis par de l'eau (par exemple en cuivre) et d'électrodes non refroidies (par exemple en tungstène), en contact électrique avec les conducteurs chauffants internes (par exemple en Sn ou SiC). La mise en oeuvre du procédé de l'invention permet de produire des bandes de verre présentant des dimensions usuelles pour du verre flotté, c' est-à-dire des largeurs valant jusqu'à 6 m et plus et des épaisseurs comprises entre 0,3 mm et 25 mm, et de préférence entre 0,3 mm et 6 mm. Pour la dalle arrière, on peut utiliser par exemple une barre de dimensions 1000 mm x 80 mm x 80 mm (L x 1 x H), en quartz fritté, équipée d'un conducteur chauffant en étain présentant des dimensions de 960 mm x 5 mm x 20 mm (L x 1 x H).

Le conducteur chauffant est disposé à l'intérieur de la barre et recouvert, dans une configuration correspondant pour son principe à celle du mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4. On a fait passer dans une telle barre un courant de chauffage d'environ 2000 A, ce qui donne une puissance de chauffage de 12 kW. Au niveau de la paroi de la barre, dans la zone de contact avec le verre, il s'est ainsi établi une tempéra- tore d'environ 1300 C.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de verre plat, dans lequel on verse en continu, dans une installation de production de verre flotté, du verre liquide sur un bain de métal et l'on en fait là une bande de verre de largeur et d'épaisseur voulues, le courant de verre venant buter, dans la zone de coulée, sur au moins une paroi délimi- tante chauffée, lequel procédé est caractérisé en ce que : - le verre liquide qu'on verse est un verre précurseur de vitrocéramique, - la ou les parois délimitantes sont chauffées à une température dépassant la limite supérieure de dévitrification (OEG) du verre, - et la ou les parois délimitantes sont chauffées par chauffage indirect.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les parois délimitantes sont constituées chacune par une brique de céramique.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ou les briques de céramique utilisées sont électriquement isolantes.

4. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que trois parois délimitantes sont utilisées.

5. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la ou les parois délimitantes sont chauffées à une température située entre la limite supérieure de dévitrification et cette température limite augmentée de 100 C.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les parois délimitantes sont chauffées électriquement.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou les parois délimitantes sont chauffées chacune par une résistance encastrée.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on utilise, comme résistance chauffante, de l'étain disposé dans un canal couvert.25