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PROCEDE ET APPAREIL POUR BRULER DES GAZ".
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La présente invention concerne un procédé et un appareil pour former des fibres de verre et elle se rap- porte particulièrement à un procédé et à un appareil pour fabriquer de longues fibres de verre ondulées par une mise en contact d'une masse de verre de forme allongée avec un jet de gaz. La présente invention est également applicable à la formation d'autres fibres minérales ramollissables à la chaleur .
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2489242 et 2.489.243 décrivent un procédé et un appareil pour for- mer des fibres de verre discontinues très fines. Dans ce procédé, un jet de gaz à vitesse et à température élevées vient en contact avec un courant primaire ou une tige pri- maire pleine de verre en faisant un angle, de préférence de 90 , et on chauffe le courant ou la tige jusqu'à une température suffisante pour les ramollir et permettre de les amincira par la vitesse du jet.
Le jet est formé dans un brûleur d'une chambre de combustion par introduction dans la chambre d'un mélange combustible de gaz à un débit et à une pression relativement faibles, c'est- à-dire 0,14 à 0,7 kg/Cm2, et par combustion totale des gaz à l'intérieur de la chambre. Les gaz brûlés sortent par un orifice étran- glé à une des extrémités de la chambre sous forme d'un jet à une température élevée (1648,9 C) et à une vitesse élevée (152,4 à 213,36 m/seconde). L'étranglement des gaz lorsqu'ils passent par l'orifice les accélère fortement et communique au jet la vitesse élevée. Habituellement, le rapport entre la section transversale de la chambre et celle de l'orifice est compris entre 4:1 et 8:1.
Ce procé- dé pour former des fibres est conçu en vue d'une production
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économique fibres très fines, c'est-à-dire d'environ 5 microns ou moins, mais il n'est pas mis en oeuvre pour pro- duire des fibres de diamètres beaucoup plus grands, c'est- à-dire ayant des diamètres compris entre 10 et 30 microns, telles que celles qu'on utilise dans des filtres à air perdus.
Dans un procédé industriel utilisant des brûleurs de chambres de combustion décrits ci-dessus pour fabriquer des fibres, les tiges primaires sont étirées à partir d'une série de manchons alignés le long de la zone de formage.
Les tiges sont introduites côte-à-côte en ligne le long de la zone de formage dans une série de jets de gaz produits par une série de brûleurs montés en ligne c8te-à-c8te le long de la zone de formage. Les fibres secondaires formées à partir des tiges primaires sont recueillies sur un trans- porteur percé d'une multiplicité de petits trous et consti- tué par un "matelas" duveteux poreux.
Pour obtenir une production maximum avec ce pro- cédé, il est essentiel que les tiges soient disposées aussi près que possible en vue de leur entrée dans le jet. Si les tiges primaires sont placées trop près, les fibres secon- daires qu'elles produisent s'emmêlent et ne peuvent pas ê- tre amincies au degré approprié- Dans ce eas, les fibres secondaires se soudent parfois ensemble pour former de gros amas de verre fragiles dans le matelas ou la natte formés.
Les dimensions admissibles du jet sont un peu limitées si l'on veut obtenir une production maximum. Si la hauteur (ou profondeur) du jet est trop grande , les tiges primaires ont tendance à osciller dans le jet avant d'être ramollies et amincies et à se souder les unes aux autres. Le seul moyen pour empêcher les tiges d'osciller et de se souder ensemble est d'espacer les tiges les unes
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des autres. C'est uns solution indésirable, car elle dimi- nue la production qu'on peut obtenir avec une largeur don- née de jet de gaz. De ce fait, la profondeur (ou la hauteur)! du jet doit être comprise entre environ 50 et 100 mm.
La formation d'une fibre secondaire d'une dimen- sion donnée dépend des dimensions, des températures et de la vitesse du jet. Ci celui-ci'est trop rapide, il en ré- sulte une fibre secondaire trop fine- Il y a intérêt à uti- liser un mélange de gaz naturel et d'air pour produire le jet, en raison de son prix relativement faible Quand un mélange stoéchiométrique est brûlé pour produire un jet d'une hauteur ou profondeur de 50,8 à 101,6 mm, la tempé- rature est trop élevée pour permettre d'obtenir les fibres secondaires de grande diamètres, c'est-à-dire d'un diamètre compris entre 10 et 30 microns.
Quand on appauvrit suffi- samment le mélange de gaz (moins de gaz naturel qu'il est nécessaire pour un mélange stoéchiométrique), pour obtenir un jet à une température plus basse et à une vitesse ap- propriée à la fabrication des fibres secondaires de dimen- sion désirée,, le mélange de gaz n'entretient pas une com- bustion efficace, continue et uniforme .
La présente invention a pour objet un procédé et non appareil appropriés pour la fabrication économique de fibres de diamètres relativement grands, sous forme d'un "matelas" ou d'une couche, de préférence de longues fibres ondulées de grands diamètres appropriés pour être utilisées sous forme d'un "matelas" dans un élément de filtre à air.
Conformément à la présente invention, on a conçu un procédé pour produire un jet de gaz pour former des fi- bres de verre à partir d'une masse de verre de forme allon- gée, procédé consistant à brûler un mélange combustible dans une première zone pour produire des gaz brûlés, à fai- re passer les gaz brûlés dans une seoonde zone, à réduire
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la température de ces gaz dans la seconde zone et à déchar- ger ces gaz. Lors de la décharge du mélange de gaz, on peut modifier leur direction dans la seconde ou la troisième chambre ou zone pour donner aux gaz des caractéristiques d'écoulement qui conviennent particulièrement pour la fa- brication de fibres ondulées.
Les moyens et la manière d'obtenir cet objet et d'autres caractéristiques de l'invention sont décrits ci- après avec référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une élévation représentant un procédé de formation de fibres; - la figure 2 est une coupe partielle illustrant un brûleur destiné à être utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 3 est une coupe faite par III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une coupe faite par IV-IV de la figure 2 ; -la figure 5 est une vue latérale de brûleur re- présenté sur la figure 2.
Sur la figure 1 on a représenté une partie d'un avant-creuset 10 d'un four de fusion de verre en continu.
L'avant-creuset 10 est constitué par des blocs réfractaires et il comporte un manchon 14 en alliage de platine, analo- gue à une auge, qui est monté à la partie inférieure d'un évidement de l'avant-creuset. L'alliage peut être constitué par 90% en poids de platine et 10% en poids de rhodium Le verre en fusion 15 s'écoule à partir du four de fusion jus- que dans l'avant-creuset et traverse les orifices 18 ména- gés dans le manchon 14. Les orifices sont disposés en ran- gées dans la portion inférieure du manchon. Les orifices sont délimités par des becs cylindriques creux 20 qui font partie intégrante de la portion inférieure du manchon et
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s'étendant sur une faible distance en dessous du niveau de cette portion inférieure.
Des bornes 22 sont fixées aux parois terminales du manchon 14 à ses extrémités'opposées' Ces bornes sont reliées à une source de courant (non représentée). Le ver- re, pendant qu'il est contenu dans le manchon et lors de son passage par les orifices de ce dernier, est chauffé par conduction de chaleur à partir du manchon chauffé électri- quement. La température et la,viscosité du verre, à mesure qu'il s'écoule à travers le manchon, sont contrôlé es par l'importance du courant électrique qui traverse le manchon.
Le verre forme à la partie inférieure de chaque bec.20 un c8ne 28 dont le sommet est orienté vers le bas. Le verre qui forme la tige primaire 30 est étiré à partir du som- met du cône par des dispositifs appropriés tels que des rouleaux 32 qui saisissent la tige après sa solidification.
Le degré d'amincissement du verre dans le cône 28 estcen- trôlé par la vitesse à laquelle la tige solide 30 est extraite du c8ne et par la température du verre dans le cône et légèrement en dessous de ce'dernier. Le diamètre de la tige pleine peut être égal à environ 250 à 650 mi- crons. On décrit l'invention en détail à propos de l'uti- lisation de tiges de verre:; pleines, mais il est entendu qu'elle est applicable à l'utilisation de courants de ver- re en fusion constituant le genre de verre à amincir.
Les tiges primaires pleines 30 sont alignées côte à côte dans un guide métallique 34 en une rangea rectili- gne avant leur passage entre les rouleaux 32. Le guide 34 peut être constitué par un peigne. Les tiges 30 passent en sortant des rouleaux 32 dans des rainures ayant un entrt axe d'environ 2,5 mm qui sont ménagées dans'un autre guide métallique 36. Ce dernier introduit les tiges avec cet espacement avec une inclinaison correspondant à un angle
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d'environ 50 à 150 , de préférence 75 à 90 , dans un jet de gaz 37 formé par un-brûleur 38. La chaleur du jet ramol- lit les tiges de verre 30, et la vitesse ainsi que la tur- bulence du jet les étirent sous forme de longues fibres se- ondulées condaires 40.
Les fibres secondaires 40 sont groupées sous forme d'un "matelas" duveteux poreux, placé sur un trans- porteur 41 percé d'une multitude de petits trous, conformé- aux pratiques classiques de recueil de fibres.
Le guide 36 peut être chauffé afin de préchauffer, les tiges pleines 30 avant leur entrée dans le jet 37, ou bien elles peuvent être préchauffées autrement par des moyens appropriés avant leur entrée dans le jet, pour con- tribuer à les réchauffer jusqu'à la température d'amincis- sement . Un liant 42 en résine thermodurcissable est habi- tuellement appliqué par un dispositif de pulvérisation 44 aux fibres secondaires 40 à mesure qu'elles passent dans l'air et avant qu'elles soient recueillies sur le transpor- teur 41. Le "matelas" est alors tassé jusqu'à une épaisseur uniforme et il est chauffé pour durcir le cliant afin d'u- - nir mutuellement les fibres secondaires.
Le brûleur 38 produit un jet de gaz perfectionné pour l'amincissement des tiges primaires 30 afin de les transformer en longues fibres secondaires ondulées 40 ayant des diamètres compris entre 10 et 30 microns. Le brûleur
38 est représenté plus en détail sur les figures 2 àt 5.
Le brûleur 38 est constitué par une première zone ou cham- bre 45 dont les parois 47 sont faites d'une matière cérami- que réfractaire ou d'une matière capable de recevoir de la chaleur et de la transmettre à un mélange de gaz combusti- ble contenu dans la chambre. Les parois ont une épaisseur suffisante, par exemple 25 à 100 mm, pour calorifuger la chambre 45. La chambre 43 a une section transversale sen- siblement circulaire, mais il est entendu qu'elle peut ê- tre ovale, rectangulaire ou avoir une autre section trans-
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versale si on le désire.
La chambre 45 est fermée à une de ses extrémités par une plaque 49 en matière céramique réfractaire, per- cée d'une série de petits orifices 50 répartis sur une circonférence. Les orifices 50 font communiquer la chambre 45 avec un collecteur d'admission 52 et envoient un mé- lange combustible de gaz, comme du gaz naturel et de l'air, à la chambre 45 à partir du collecteur d'admission 52.
La plaque 49 sert à stabiliser la combustion des gaz dans la chambre'45.
Les gaz sont envoyés dans une relation sensible- ment stoechiométrique en vue d'un rendement maximum de la combustion. Le mélange de gaz naturel et d'air est envoyé au collecteur d'admission 52 par un conduit approprié 54 relié à un dispositif approprié (non représenté) servant à mélanger et à comprimer le mélange combustible. La chambre réfractaire 45 est munie d'une enveloppe de sup- port métallique 57. Cette enveloppe métallique est bou- lonnée au carter métallique 58 enfermant le collecteur d'admission 52 qui amène le mélange combustible de gaz dans le brûleur.
Les gaz sont brûlés sensiblement entièrement dans.la chambre 45 et passent alors dans une seconde zone ou chambre 60, qui peut être constituée simplement par le prolongement des parois 47 de la chambre 45, ou bien qui peut être formée séparément par des parois 62 en matière céramique réfractaire ayant une épaisseur comprise entre environ 25 et 100 mm. Les parois réfractaires 62 sont enfermées dans une enveloppe métallique 63. En circulant entre la chambre 45 et la chambre 60, les gaz sont amenés à s'écouler autour d'une paroi écran64 en matière cérami- que réfractaire , qui est disposée sur la paroi intérieu- re de la chambre 60 à l'entrée de cette dernière.
Juste en
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aval de la paroi écran 64 de la chambre 60 se trouve un orifice d'admission 66 pourvu d'un conduit 68 qui peut être constitué par un tube métallique. Le conduit 68 s'étend partiellement dans l'orifice 66 et peut s'étendre dans la chambre 60 derrière la paroi écran 64. Si le conduit 68 s'étend dans la chambre 60, il peut être percé de nombreuses ouvertures,pour envoyer un fluide de refroi- dissement dans la chambre 60. Le tube 68 est relié à une source d'un fluide de refroidissement, tel que de l'air, de la vapeur d'eau ou de l'eau, se trouvant à des tempéra- tures extrêmement plus basses, c'est-à-dire comprises entre la température-ambiante et environ 121 C, que les gaz brûlés dans la chambre 45.
On décrit plus loin l'invention avec de l'air comme fluide de refroidissement. Un disposi- tif approprié, tel qu'une pompe (non représentée), est prévu,dans le conduit 68 pour refouler le gaz à basse température dans la chambre 60.
La paroi écran 64 sert à empêcher une surchauffe du conduit 68. Elle sert également à créer une certaine turbulence dans les gaz brûlés passant de la chambre 45 à la chambre 60 et, de ce fait, permet un meilleur mélange de l'air, qui sort du conduit 68, avec les gaz brûlés.
L'air est introduit juste derrière la paroi écran, et des tourbillons qui sont formés par les gaz brûlés sortant de la chambre 45 et passant autour de la paroi écran, contri- buent à mélanger l'air, qui sort du conduit 68, avec les gaz brûlés. La paroi écran 64 peut être constituée par une seule bande ou barre s'étendant sur la largeur de la chambre 60, ou bien elle peut être constituée par plusieurs bar- res. Il faut que la paroi écran 64 ait des dimensions suf- fisantes pour former un écran visuel afin d'empêcher le rayonnement provenant de l'intérieur de la chambre 45 de s'exercer sur le conduit 68 s'étendant dans la chambre 60.
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Dans la seconde chambre ou zone 60 du brûleur 38, l'air provenant du conduit 68 est mélangé avec les gaz brûlés sortant de la chambre 45, pour réduire la tempéra- ture des gaz. La réduction de la température des gaz ré- duit normalement leur volume et, de ce fait, diminue leur vitesse d'écoulement à travers la partie restante de la chambre 60. L'addition de l'air provenant du conduit 68 compense cette perte de volume et de vitesse et peut même augmenter le volume et la vitesse, ce qui fait que la vites- se des gaz dans la chambre 60 n'est pas diminuée au même degré que si leur température était simplement abaissée.
La température des gaz brûlés sortant de la chambre 45 peut être abaissée dans la chambre 60 d'environ 388 à 721 C à partir d'environ 16490C pour produire dans la chambre 60 un mélange de gaz à une température d'environ 927 C à 1260 C, selon la dimension de la fibre secondaire à prodiii- re.
Ensuite, les gaz de la chambre 60 passent dans une troisième zone ou chambre 75 dont l'axe géométrique, comme illustré sur la figure 2, fait un angle notable, par exemple 60 à 90 , avec l'axe géométrique de la chambre 60.
Il faut que la chambre 75 soit assez longue pour permettre une conformation des gaz s'écoulant à partir de la chambre 60, de manière à former un jet étroit et long ayant une hauteur d'environ 50 à 100 mm en vue de son "jection hors du brûleur 38 contre les tiges primaires 30. La chambre 75 a une section transversale sensiblement rectangulaire et elle est faite d'une matière céramique réfractaire 78 poy- vant avoir une épaisseur suffisante pour recevoir la cha- leur et servir de paroi calorifuge pour la chambre 75.
La matière réfractaire 78 est retenue ûans une enveloppe métallique 80.
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La chambre 75 communique avec la chambre 60 de manière telle que la section transversale de la.chambre 75 diminue jusqu'à un minimum au point de raccordement avec la chambre 60. Cet agencement amène les gaz provenant de la chambre 60 à suivre un trajet de section transversale fortement diminuée en circulant de la chambre 60 jusqu'à la partie principale de la chambre 75. Après avoir traversé cet étroit passage 82 à la jonction des chambres 60 et 75, les gaz se détendent légèrement et prennent leurs caracté- ristiques d'écoulement en vue de leur décharge à partir de la longue ouverture étroite 84 située à l'extrémité de la chambre 75. Un coin triangulaire en céramique réfrac- taire 85, disposé à l'extrémité de la chambre, contribue à conformer les gaz en vue de leur décharge du brûleur.
On peut utiliser des coins de diverses dimensions pour déterminer des ouvertures 84 de dimensions différentes et des caractéristiques d'écoulement différentes du jet sortant de l'ouverture 84. La coupe de la figure 2 illustre le rétrécissement du passage 82 pour les gaz traversant les chambres 60 et 75 du brûleur 38.
Le jet 37 sort de l'ouverture 84 sous forme d'un jet étroit et long ayant une profondeur d'environ 50 à 100 mm et une largeur d'environ 100 à 300 mm ou plus. La vitesse moyenne du jet est d'environ 30,5 à 122 mètres/se- conde, par exemple 61 mètres/seconde, et la température moyenne du jet est d'environ 927 C à 1260 C, par exemple 1093 C. Le jet heurte les tiges 30 pour les ramollir et les amincir sous forme de longues fibres ondulées ayant un diamètre d'environ 10 à 30 microns ou plus:
La section transversale du jet, comme illustré sur les figures 1 et 2, les tiges entrant dans le jet à partir du dessus, montre que les tiges primaires 30 tra- versent sensiblement entièrement la profondeur du jet
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avant d'être suffisamment chauffées pour qu'elles soient ramollies et que les tiges soient courbées et tirées pour devenir des fibres secondaires 40. La position de chauffage ou de bombage des tiges 30 dans le jet 37 est contrôlée en cours de fonctionnement par la dimension des tiges pri- maires 30 et par la vitesse à laquelle elles sont proje - tées dans le jet par les rouleaux 32. Dans un fonctionne- ment typique, des tiges 30 d'un diamètre d'environ 250 à 650 microns sont introduites dans le jet à une vitesse d'environ 0,03 à 0,30 mètre/seconde.
Ceci permet au chauf- fage et au bombage des tiges 30 d'être terminés près de la partie inférieure du jet 37.
Comme décrit ci-dessus, les tiges primaires 30 sont introduites dans le guide 34, entre les rouleaux 32 et ensuitedans les rainures pratiquées dans le guide mé- tallique 36. Cette introduction est faite µ la main par l'opérateur atteignant le manchon 14 et commençant la for- mation des tiges 30 en tirant le verre à partir des cônes 28, en passant ensuite les tiges.à travers le guide 34 et les rouleaux 32 et en les enfilant après dans les rainures du guide 36. Ce faisant, il faut qu'il accède au-dessus du brûleur 38. C'est pourquoi, le brûleur 38 ne doit pas âtre trop long, sinon il empêche d'accéder facilement au manchon 14 et aux guides des tiges primaires.
En alignant la première et la seconde zone ou chambre 45 et 60 de ma- nière que leurs axes géométriques soient sensiblement ver- ticaux, et en faisant passer les gaz verticalement dans ces chambres avant de les déplacer sensiblement horizontale- ment à travers la chambre 75, la longueur du brûleur 38, en ce qui concerne sa'dimension horizontale, est grande- ment réduite, et l'opérateur peut accéder facilement aux tiges primaires pour faire commencer l'opération de forma- tion des fibres. Dans le cas où la'longueur du brûleur
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n'est pas un facteur critique, les chambres 45, 60 et 75 peuvent être alignées.
La courbure des gaz, lorsqu'ils passent de la chambre 60 à la chambre 75, semble modifier leurs caracté- ristiques d'écoulement à leur sortie de la chambre 75 (par exemple pour augmenter la gamme et l'intensité de la turbulence des gaz), pour permettre la production de fibres plus ondulées que n'en produirait normalement un brûleur dans lequel l'écoulement des gaz se fait dans une direction rectiligne continue en avant à travers le brûleur. Ceci peut provenir de l'action de la force centrifuge qui se manifes- te quand les gaz brûlés tournent autour du coin disposé entre les chambres 60 et 75 et qui détermine un tracé d'é- coulement des gaz, lorsqu'ils sont déchargés de la chambre 75, qui se prête mieux à la formation de fibres ondulées.
Ce tracé d'écoulement semble être tel que les gaz se dépla- cent plus rapidement à la partie supérieure du jet 37 qu'à sa partie inférieure lorsque celui-ci sort de l'ouverture 84 du brûleur 38.
La présente invention permet d'utiliser un brû- leur de chambre de combustion modifié de manière à brûler complètement un mélange stoechiométrique de gaz naturel et d'air et à donner aux gaz brûlés la forme d'un jet approprié pour la fabrication de longues fibres ondulées de diamètres relativement grands. On obtient ce résultat au moyen d'un jet dont la température est inférieure à la température de combustion du mélange combustible de gaz et dont la vitesse convient à la formation de fibres de grands diamètres. Ceci permet d'utiliser efficacement des carburants servant à former le jet et permet la production d'un jet ayant des propriétés nouvelles qui produisent des fibres d'un genre impossible à obtenir jusqu'ici de faço n économique avec un jet de gaz formé par la combustion de
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gaz naturel et d'air.
L'invention fournit également un procédé et des moyens pour produire des fibres ondulées con- venant à une utilisation comme élément léger, poreux et perdu de filtre à air.
REVENDICATIONS.-
1.- Procédé de production d'un jet de gaz pour former des fibres de verre à partir d'une masse de verre de forme allongée, caractérisé en ce qu'il consiste à brû- ler un mélange combustible dans une première zone pour produire des gaz brûlés, à envoyer les gaz brûlés dans une seconde zcne, à réduire la température de ces gaz se trouvant dans la seconde zone et à les décharger.