WO2005113462A1 - Filiere pour la fabrication de filaments notamment de verre et son installation de fibrage - Google Patents

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Jean-Pierre Renaudin
André Roger RICHARD
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Saint-Gobain Vetrotex France S.A
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates

Definitions

  • the invention relates to a fiberizing installation delivering filaments, in particular glass, and relates more particularly to one of the elements of the installation, the die.
  • a fiberizing installation comprises a glass block (flow block) which receives molten glass from a channel connected to the furnace in which the glass is melted, an intermediate block (bushing block) and a bushing.
  • the die is provided in its upper part with a grid which makes it possible to distribute the flow rate of the glass supplying said die, and at the bottom of a plate provided with a multitude of orifices from which flows the molten glass to be drawn in a multiplicity of filaments.
  • These filaments are gathered in at least one ply which converges towards an assembly device to form at least one wick and be, for example, wound.
  • the wick can also be cut (chopped strands) or projected onto a carpet (mats with continuous strands).
  • the products obtained are used mainly in various reinforcement applications.
  • a manufacturing plant a plurality of fiberizing plants are arranged next to each other. Upstream, the molten glass comes from an oven, and flows through a main channel of refractory material to be distributed according to a common type of configuration, in two transverse channels in the manner of a rod. T.
  • This T bar is usually called fore-body, and under its bottom is arranged the plurality of fiberizing installations.
  • the defect observed in such a configuration and therefore such a distribution is the presence of a hot zone at the point where the hottest vein of the glass arrives, that is to say at the intersection of the bar of the T which is called the upstream part of the body, and therefore at the level of the first two fiber-drawing installations arranged on each side of this intersection; and on the contrary, at the ends of the T bar, on the two downstream sides of the fore-body, the glass vein is cooler, the cooling being accentuated by the end wall of the channel of the fore-body.
  • the temperature of the glass arriving in each fiberizing installation is therefore different depending on the position of the fiberizing installation under the fore-body and according to the geometric particularity of this fore-body.
  • this thermal imbalance acts on the flow of glass flowing from the bottom of the die of the fiberizing installation, and consequently modifies the titer of the filaments from one fiberizing installation to another, and even modifies the titer of two wicks obtained at the same time by the same fiberizing installation (a difference of 5% can be observed).
  • this drawback makes the quality of the titer of the wicks uncertain, sometimes generating interruptions in the fiberizing process, and consequently loss of time and material.
  • the die is specially designed in comprising two spaced grids which are arranged above the bottom of the die, the grids being partly closed at different places according to their arrangement opposite.
  • the die has a height of about 4 cm, with a height separating the bottom of the die from the highest grid of about 2.5 cm. This has the disadvantages of considerably increasing the amount of metal or of precious alloy constituting the die, to require more electrical energy to heat it, and to increase the pressure drop in the glass supply to the bottom of the die.
  • the object of the invention is therefore to provide a simple means, adaptable to any already existing fiberizing installation which makes it possible to obstruct the progression of the hot vein of the molten glass in order to push it back towards the cold vein so as to obtain a homogeneous temperature over the entire bottom of the die through which the filaments are stretched.
  • the die for the manufacture of filaments in particular of glass comprising a grid on one of its faces through which is intended to arrive a molten material, such as glass, and on its opposite face, a bottom provided with a multitude of orifices through which is intended to flow the molten material, is characterized in that it comprises a closure plate attached and made integral with part of the total area of the grid at the point of arrival of the hottest vein of the fusion material, this plate having an area smaller than that of the grid and having a shape adapted to the shape of the hottest molten material casting.
  • adapted form is intended to mean a form whose periphery best adapts to the closed line delimiting the hottest zone of the material but may not correspond strictly to this line.
  • the closing plate plays a role of distribution means of the molten material, such as glass, in the die at the point of arrival of the hottest vein in order to force this hotter glass to mix with the cooler glass to homogenize the temperature of the glass at the bottom of the die.
  • This surface plate adapted to the hottest area of the material pouring is thus of limited surface area, requiring for its manufacture only the quantity of material just adequate.
  • the advantage of the device of the invention is that the plate is defined, cut to the desired dimensions and welded to the grid when the die is already completely constructed and packaged in its refractory material. This realization can therefore be done just before the establishment of the die at the location of the fore body for which it is intended.
  • the plate is positioned off-center with respect to the entire surface of the grid. For example, if the fiberizing installation is placed under a body in which the glass flows from left to right, the closing plate will be placed on the left side of the grid of the die.
  • the plate is made integral with the upper face of the grid intended to receive the inlet flow of the molten material.
  • the plate is made integral by welding at its periphery and discontinuously. It can for example be made integral according to a plurality of welding points, or else according to at least two opposite lateral lines.
  • the plate can have a rectangular, oval, diamond shape.
  • the plate has a thickness of between 0.2 and 0.5 mm adapted to the desired corrective effects. It is made of the same metal or alloy as the die itself to resist the aggression of the molten material, in particular glass. Finally, it is possible to envisage that the plate is full, or else pierced with orifices of differentiated diameters relative to the openings of the grid of the die.
  • FIG. 1 schematically illustrates a fiberizing installation 1 comprising a glass intake block 10 which receives molten glass 1a, coming from the front body 1b, an intermediate block 11 in which the glass flows, and a die 12 into which the glass arrives.
  • the die 12 has a height of about 50 mm.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the upper part of the die towards which the glass is intended to flow from the intermediate block.
  • the grid 13 arranged in the upper part of the die is provided on its external face 13a with a plate 17 which is attached and made integral with part of the surface of the grid to close off part of the openings 14
  • This cover plate is made of the same material as that of the die, in platinum or platinum alloyed with rhodium. It has a thickness of between 0.2 and 0.5 mm. Its area, shape and positioning relative to the total area of the grid 13 depend on the place at which the hottest area for casting the molten material is located. This is indeed where the plate should be positioned to divert the hottest glass towards the colder glass in order to homogenize the final temperature of the glass flowing through the nipples 16.
  • the plate 17 has a shape whose contour is best suited to the closed line delimiting the hottest glass casting zone.
  • the plate 17 can be full (FIG. 3), or else pierced with orifices 17c of diameters differentiated with respect to the openings 14 of the grid of the die (FIG. 4). It can have various shapes which are adapted to the shape of the hottest glass flow: rectangular, oval, diamond-shaped ...
  • the plate 17 is fixed to the grid by welding at its periphery and in a discontinuous manner, either at several points 17a ( Figure 3), either along portions of lines 17b ( Figure 4) and preferably on two opposite sides.

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Abstract

Filière (12) pour la fabrication de filaments notamment de verre comportant sur l'une de ses faces, une grille (13) au travers de laquelle est destiné à arriver via des ouvertures (14) un matériau en fusion, et sur sa face opposée, un fond (15) muni d'une multitude d'orifices (16) au travers desquels est destiné à s'écouler le 20 matériau en fusion, une plaque d'obturation (17) étant rapportée et rendue solidaire d'une partie de la superficie totale de la grille (13) de la grille.

Description

FILIERE POUR LA FABRICATION DE FILAMENTS NOTAMMENT DE VERRE ET SON INSTALLATION DE FIBRAGE
L'invention se rapporte à une installation de fibrage délivrant des filaments notamment de verre, et concerne plus particulièrement l'un des éléments de l'installation, la filière. De manière classique, une installation de fibrage comporte un bloc de prise de verre (flow block) qui reçoit du verre fondu issu d'un canal relié au four dans lequel est obtenue la fusion du verre, un bloc intermédiaire (bushing block) et une filière (bushing). La filière est munie dans sa partie supérieure d'une grille qui permet de répartir le débit du verre alimentant ladite filière, et en fond d'une plaque pourvue d'une multitude d'orifices depuis lesquels s'écoule le verre fondu pour être étiré en une multiplicité de filaments. Ces filaments dont le diamètre peut varier de 5 à 33 μm sont rassemblés en au moins une nappe qui converge vers un dispositif d'assemblage pour former au moins une mèche et être par exemple bobinée. Selon sa destination, la mèche peut aussi être coupée (fils coupés) ou projetée sur un tapis (mats à fils continus). Les produits obtenus sont utilisés principalement dans diverses applications de renforcement. Dans une usine de fabrication, une pluralité d'installations de fibrage sont disposées les unes à côté des autres. En amont, le verre en fusion est issu d'un four, et s'écoule au travers d'un canal principal en matériau réfractaire pour être distribué selon un type courant de configuration, dans deux canaux transverses à la manière d'une barre de T. Cette barre de T est dénommée habituellement avant-corps, et sous son fond est disposée la pluralité d'installations de fibrage. Le défaut observé dans une telle configuration et donc une telle répartition, est la présence d'une zone chaude à l'endroit où arrive la veine la plus chaude du verre, c'est-à-dire à l'intersection de la barre du T qu'on nomme partie amont de l'avant-corps, et donc au niveau des deux premières installations de fibrage disposées de chaque côté de cette intersection ; et au contraire, aux extrémités de la barre du T, des deux côtés aval de l'avant-corps, la veine de verre est plus froide, le refroidissement étant accentué par la paroi d'extrémité du canal de l'avant-corps. La température du verre arrivant dans chaque installation de fibrage est donc différente selon la position de l'installation de fibrage sous l'avant-corps et selon la particularité géométrique de cet avant-corps. Or, ce déséquilibre thermique agit sur le débit de verre qui s'écoule du fond de la filière de l'installation de fibrage, et par suite modifie le titre des filaments d'une installation de fibrage à l'autre, et modifie même le titre de deux mèches obtenues en même temps par une même installation de fibrage (un écart de 5 % pouvant être constaté). Ainsi, cet inconvénient rend incertaine la qualité du titre des mèches, générant parfois des interruptions du processus de fibrage, et par suite des pertes de temps et de matière. Une baisse de la qualité des produits fabriqués s'en ressent ainsi qu'une augmentation de la quantité de rebuts et donc du coût de production. Ce déséquilibre thermique dans la filière peut être corrigé pour assurer une température homogène au niveau du fond de la filière, en adaptant par construction le dimensionnement de l'avant-corps, et/ou du bloc de prise de verre, et/ou du bloc intermédiaire. Le document US 6 044 666 divulgue par exemple un agencement particulier de l'intérieur du bloc de prise en verre, par la présence de parois formant une pluralité de canaux de largeur distincte permettant ainsi de dévier le flux principal de verre pour mieux le mélanger. Un autre dispositif permettant de faire suivre au verre en fusion dans l'installation de fibrage un chemin déterminé pour assurer un meilleur mélange homogène en température est par exemple celui divulgué dans le brevet US 5 928402. Ainsi, la filière est conçue de manière particulière en comprenant deux grilles espacées qui sont disposées au-dessus du fond de la filière, les grilles étant en partie obturées à des endroits différents selon leur disposition en vis-à- vis. Dans ce concept, la filière présente une hauteur d'environ 4 cm, avec une hauteur séparant le fond de la filière de la grille la plus haute de 2,5 cm environ. Ceci a pour inconvénients d'augmenter considérablement la quantité de métal ou d'alliage précieux constituant la filière, de nécessiter davantage d'énergie électrique pour en assurer la chauffe, et d'augmenter la perte de charge dans l'alimentation en verre du fond de la filière. En outre, ces dispositifs de correction doivent être prévus dès la construction des installations de fibrage dans une usine, et ne sont pas adaptables à des installations déjà existantes car il s'agit de prévoir soit un bloc de prise de verre bien défini, soit une filière particulière présentant une hauteur qui n'est pas dans les dimensions courantes. De plus, plusieurs variétés de filières et éventuellement de blocs intermédiaires doivent être disponibles pour assurer le remplacement des équipements usagés, ces équipements étant d'ailleurs d'une certaine complexité de construction. Enfin, on connaît du doc US 2003/205067 une combinaison de deux grilles de même superficie dont les orifices de chacune sont en regard les uns des autres, les orifices de la grille, située au-dessus de l'autre grille dans l'agencement d'une filière, étant de diamètre plus petit que les orifices de la grille de dessous. Cependant, cette configuration nécessite la fabrication d'une grille de superficie égale à l'autre grille, ce qui ne va pas dans le sens d'une économie des matériaux, matériaux chers à l'achat. De plus, il est nécessaire d'usiner la grille à des endroits spécifiques et selon des diamètres d'orifices particuliers, ce qui complique la construction de chacune des filières. L'invention a donc pour but de fournir un moyen simple, et adaptable à toute installation de fibrage déjà existante qui permet de faire obstacle à la progression de la veine chaude du verre en fusion pour la repousser vers la veine froide de façon à obtenir une température homogène sur la totalité du fond de la filière par lequel sont étirés les filaments. Selon l'invention, la filière pour la fabrication de filaments notamment de verre comportant une grille sur l'une de ses faces au travers de laquelle est destiné à arriver un matériau en fusion, tel que du verre, et sur sa face opposée, un fond muni d'une multitude d'orifices au travers desquels est destiné à s'écouler le matériau en fusion, est caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque d'obturation rapportée et rendue solidaire d'une partie de la superficie totale de la grille à l'endroit d'arrivée de la veine la plus chaude du matériau de fusion, cette plaque étant de superficie inférieure à celle de la grille et présentant une forme adaptée à la forme de la coulée du matériau en fusion la plus chaude. On entend par forme adaptée, une forme dont le pourtour s'adapte au mieux à la ligne fermée délimitant la zone la plus chaude du matériau mais peut ne pas correspondre strictement à cette ligne. Ainsi, la plaque d'obturation joue un rôle de moyen de répartition du matériau en fusion, tel que le verre, dans la filière à l'endroit d'arrivée de la veine la plus chaude afin d'obliger ce verre plus chaud à se mélanger avec le verre plus froid pour homogénéiser la température du verre au niveau du fond de la filière. Cette plaque de superficie adaptée à la zone la plus chaude de la coulée du matériau est ainsi de superficie limitée, ne nécessitant pour sa fabrication que la quantité de matériau juste adéquate. En outre, l'avantage du dispositif de l'invention est que la plaque est définie, découpée aux dimensions souhaitées et soudée sur la grille lorsque la filière est déjà totalement construite et empaquetée dans son matériau réfractaire. Cette réalisation peut donc se faire juste avant la mise en place de la filière à l'emplacement de l'avant-corps auquel elle est destinée. Généralement, la plaque est positionnée de manière décentrée par rapport à l'ensemble de la surface de la grille. Par exemple, si l'installation de fibrage est placée sous un avant-corps dans lequel le verre s'écoule de gauche à droite, la plaque d'obturation sera placée du côté gauche de la grille de la filière. Selon une autre caractéristique, la plaque est rendue solidaire de la face supérieure de la grille destinée à recevoir la coulée d'arrivée du matériau fondu. De préférence, la plaque est rendue solidaire par soudage au niveau de sa périphérie et de manière discontinue. Elle peut par exemple être rendue solidaire selon une pluralité de points de soudure, ou bien selon au moins deux lignes latérales opposées.
Avantageusement, la plaque peut présenter une forme rectangulaire, ovale, en losange. Selon une autre caractéristique, la plaque présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,5 mm adaptée aux effets correctifs désirés. Elle est faite du même métal ou alliage que la filière elle-même pour résister à l'agression du matériau fondu, en particulier le verre. Enfin, il est possible d'envisager que la plaque soit pleine, ou bien percée d'orifices de diamètres différenciés par rapport aux ouvertures de la grille de la filière. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont à présent être décrits plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels : • La figure 1 est une vue en coupe d'une installation de fibrage; • La figure 2 est une vue schématique en perspective de la filière selon l'invention ; • Les figures 3 et 4 sont des vues de dessus de la figure 2 selon de variantes de solidarisation et de configuration. Sur la figure 1 est illustrée schématiquement une installation de fibrage 1 comportant un bloc de prise de verre 10 qui reçoit du verre fondu 1a, issu de l'avant-corps 1 b, un bloc intermédiaire 11 dans lequel s'écoule le verre, et une filière 12 dans laquelle arrive le verre. La filière 12 présente une hauteur d'environ 50 mm. Elle comporte en face supérieure, c'est-à-dire selon l'arrivée du verre, une grille 13 pourvue d'ouvertures 14, cette grille assurant un ralentissement du débit de verre délivré dans la filière. Et, elle comporte sur sa face opposée un fond 15 muni d'une multitude d'orifices ou de tétons percés 16 qui s'étendent sur la surface quasi-totale du fond et assurent la délivrance de filaments de verre 2. La figure 2 montre une vue détaillée de la partie supérieure de la filière vers laquelle est destiné à s'écouler le verre depuis le bloc intermédiaire. Selon l'invention, la grille 13 agencée en partie supérieure de la filière est pourvue sur sa face externe 13a d'une plaque 17 qui est rapportée et rendue solidaire d'une partie de la surface de la grille pour obturer une partie des ouvertures 14. Cette plaque d'obturation est constituée du même matériau que celui de la filière, en platine ou platine allié avec du rhodium. Elle présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,5 mm. Sa superficie, sa forme et son positionnement par rapport à la surface totale de la grille 13 dépendent de l'endroit au niveau duquel se trouve la zone la plus chaude de coulée du matériau en fusion. C'est en effet à cet endroit qu'il conviendra de positionner la plaque pour détourner le verre le plus chaud vers le verre plus froid afin d'homogénéiser la température finale du verre s'écoulant au travers des tétons 16. La plaque 17 présente une forme dont le contour est adaptée au mieux à la ligne fermée délimitant la zone de coulée de verre la plus chaude. La plaque 17peut être pleine (figure 3), ou bien percée d'orifices 17c de diamètres différenciés par rapport aux ouvertures 14 de la grille de la filière (figure 4). Elle peut présenter diverses formes qui sont adaptées à la forme de la coulée de verre la plus chaude: rectangulaire, ovale, en losange... La plaque 17 est fixée à la grille par soudure au niveau de sa périphérie et de manière discontinue, soit en plusieurs points 17a (figure 3), soit selon des portions de lignes 17b (figure 4) et de préférence sur deux côtés opposés. Ainsi, lorsqu'il est constaté une disparité du titre des filaments sur une ou plusieurs installations de fibrage dans une usine de fabrication, il convient de déterminer les zones de coulée les plus chaudes dans les filières par une étude de perte de charge hydraulique et thermique rendant compte de la viscosité du verre, et d'adapter alors la forme, la taille et la position de la plaque d'obturation 17 à fixer sur la grille 13 de la filière. A titre d'exemple, on a pu constater une variation de 2 à 5% en valeur absolue du titre de quatre mèches délivrées respectivement par quatre zones d'une même filière, ces zones alignées de gauche à droite étant qualifiées ci-après de gauche, centre-gauche, centre-droit, droite, et le verre arrivant dans la filière depuis la gauche de l'avant-corps. Après ajout de la plaque 17, cette variation de titre a pu être corrigée, n'excédant pas 1%. Le tableau ci-dessous résume le pourcentage de déviation par rapport au titre nominal, sans et avec la plaque.
Figure imgf000008_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Filière (12) pour la fabrication de filaments notamment de verre comportant sur l'une de ses faces, une grille (13) au travers de laquelle est destiné à arriver via des ouvertures (14) un matériau en fusion, et sur sa face opposée, un fond (15) muni d'une multitude d'orifices (16) au travers desquels est destiné à s'écouler le matériau en fusion, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque d'obturation (17) rapportée et rendue solidaire d'une partie de la superficie totale de la grille (13) à l'endroit d'arrivée de la veine la plus chaude du matériau en fusion, cette plaque étant de superficie inférieure à celle de la grille et présentant une forme adaptée à la forme de la coulée du matériau la plus chaude .
2. Filière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque (17) est positionnée de manière décentrée par rapport à l'ensemble de la surface de la grille (13).
3. Filière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la plaque (17) est rendue solidaire de la face (13a) de la grille destinée à recevoir la coulée d'arrivée du matériau fondu.
4. Filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (17) est rendue solidaire par soudage au niveau de sa périphérie et de manière discontinue.
5. Filière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la plaque (17) est rendue solidaire selon une pluralité de points de soudure.
6. Filière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la plaque (17) est rendue solidaire selon au moins deux lignes latérales opposées.
7. Filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque présente une forme rectangulaire, ou ovale ou en losange.
8. Filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (17) présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,5 mm.
9. Filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (17) est faite du même métal ou alliage que celui de la filière.
10. Filière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (17) est pleine, ou bien percée d'orifices (17c) de diamètres différenciés par rapport aux ouvertures (14) de la grille.
11. Installation de fibrage comportant une filière selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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