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Verre E (fibre de verre sans alcalis)La production en fours à cuve est un procédé de fusion complexe à haute température. Le profil de température de fusion est un paramètre critique qui influe directement sur la qualité du verre, l'efficacité de la fusion, la consommation d'énergie, la durée de vie du four et les performances finales de la fibre. Ce profil de température est principalement obtenu en ajustant les caractéristiques de la flamme et en utilisant un apport d'énergie électrique.

I. Température de fusion du verre E

1. Plage de température de fusion :

La fusion, la clarification et l'homogénéisation complètes du verre E nécessitent généralement des températures extrêmement élevées. La température typique de la zone de fusion (point chaud) se situe généralement entre 1 500 °C et 1 600 °C.

La température cible précise dépend de :

* Composition du lot : Des formulations spécifiques (par exemple, la présence de fluor, une teneur élevée/faible en bore, la présence de titane) affectent les caractéristiques de fusion.

* Conception du four : type de four, dimensions, efficacité de l'isolation et disposition des brûleurs.

* Objectifs de production : taux de fusion souhaité et exigences de qualité du verre.

* Matériaux réfractaires : La vitesse de corrosion des matériaux réfractaires à haute température limite la température supérieure.

La température de la zone de polissage est généralement légèrement inférieure à la température du point chaud (environ 20 à 50 °C de moins) afin de faciliter l'élimination des bulles et l'homogénéisation du verre.

La température de l'extrémité de travail (avant-foyer) est nettement inférieure (généralement 1200°C – 1350°C), ce qui amène le verre fondu à la viscosité et à la stabilité appropriées pour l'étirage.

2. Importance du contrôle de la température :

* Efficacité de fusion : Des températures suffisamment élevées sont essentielles pour garantir la réaction complète des matières premières (sable de quartz, pyrophyllite, acide borique/colémanite, calcaire, etc.), la dissolution totale des grains de sable et le dégagement complet des gaz. Une température insuffisante peut entraîner la formation de résidus de matière première (particules de quartz non fondues), de pierres et une augmentation des bulles.

Qualité du verre : Les hautes températures favorisent la clarification et l’homogénéisation du verre en fusion, réduisant ainsi les défauts tels que les cordons, les bulles et les inclusions. Ces défauts affectent considérablement la résistance des fibres, le taux de rupture et la continuité du verre.

* Viscosité : La température influe directement sur la viscosité du verre fondu. Le tréfilage des fibres exige que le verre fondu se situe dans une plage de viscosité spécifique.

* Corrosion des matériaux réfractaires : des températures excessivement élevées accélèrent considérablement la corrosion des matériaux réfractaires du four (en particulier les briques AZS électrofondues), réduisant ainsi la durée de vie du four et pouvant potentiellement introduire des pierres réfractaires.

* Consommation d'énergie : Le maintien de températures élevées représente la principale source de consommation d'énergie dans les fours à cuve (généralement plus de 60 % de la consommation énergétique totale de production). Un contrôle précis de la température, afin d'éviter les surchauffes, est essentiel pour réaliser des économies d'énergie.

II. Régulation de la flamme

La régulation de la flamme est essentielle pour contrôler la répartition de la température de fusion, obtenir une fusion efficace et protéger la structure du four (notamment la voûte). Son objectif principal est de créer un champ de température et une atmosphère idéaux.

1. Principaux paramètres réglementaires :

* Rapport air/carburant (rapport stœchiométrique) / Rapport oxygène/carburant (pour les systèmes oxycombustibles) :

Objectif : obtenir une combustion complète. Une combustion incomplète entraîne un gaspillage de combustible, une baisse de la température de la flamme, la production de suie qui contamine le verre en fusion et l’encrassement des régénérateurs/échangeurs de chaleur. L’excès d’air dissipe une quantité importante de chaleur, réduisant ainsi le rendement thermique, et peut intensifier la corrosion par oxydation de la couronne.

* Réglage : Contrôle précis du rapport air/carburant en fonction de l'analyse des gaz de combustion (teneur en O₂ et CO).Verre électroniqueLes fours à cuve maintiennent généralement la teneur en O₂ des gaz de combustion à environ 1-3% (combustion à pression légèrement positive).

* Influence de l'atmosphère : Le rapport air/combustible influe également sur l'atmosphère du four (oxydante ou réductrice), ce qui a des effets subtils sur le comportement de certains composants du lot (comme le fer) et sur la couleur du verre. Cependant, pour le verre E (qui exige une transparence incolore), cette influence est relativement mineure.

* Longueur et forme de la flamme :

* Objectif : Former une flamme qui recouvre la surface de fusion, possède une certaine rigidité et une bonne capacité de propagation.

* Flamme longue contre flamme courte :

Flamme longue : Couvre une large zone, la répartition de la température est relativement uniforme et le choc thermique sur la calotte est moindre. Cependant, les pics de température locaux peuvent être insuffisants et la pénétration dans la zone de « perçage » du lot peut être inadéquate.

* Flamme courte : Forte rigidité, température locale élevée, forte pénétration dans la couche de brassage, favorisant une fusion rapide des « matières premières ». Cependant, la couverture est inégale, ce qui provoque facilement une surchauffe localisée (points chauds plus prononcés) et un choc thermique important au niveau de la calotte et de la paroi du corps.

Réglage : Il s’effectue en ajustant l’angle du brûleur, la vitesse de sortie du mélange air/combustible (rapport des quantités de mouvement) et l’intensité du tourbillonnement. Les chaudières à cuve modernes utilisent souvent des brûleurs réglables à plusieurs étages.

* Direction de la flamme (angle) :

* Objectif : Transférer efficacement la chaleur à la masse et à la surface de fusion du verre, en évitant le contact direct de la flamme avec la voûte ou la paroi du corps.

* Réglage : Ajustez les angles de tangage (vertical) et de lacet (horizontal) du canon à combustion.

* Angle d'inclinaison : Il influe sur l'interaction de la flamme avec le bain de fusion (« léchage du bain ») et la couverture de la surface en fusion. Un angle trop faible (flamme trop dirigée vers le bas) risque d'éroder la surface en fusion ou le bain, provoquant des transferts corrosifs sur la paroi du foyer. Un angle trop élevé (flamme trop dirigée vers le haut) entraîne une faible efficacité thermique et un échauffement excessif de la voûte.

* Angle de lacet : Influence la répartition de la flamme sur la largeur du four et la position du point chaud.

2. Objectifs de la régulation des flammes :

* Créer une zone de température optimale : Créez la zone de température la plus élevée (point chaud) à l’arrière du creuset (généralement après le séparateur). Cette zone est cruciale pour la clarification et l’homogénéisation du verre et agit comme le « moteur » contrôlant le flux de fusion (de la zone de température optimale vers le chargeur de lots et la zone de travail).

* Chauffage uniforme de la surface de fusion : évitez la surchauffe ou le sous-refroidissement localisés, réduisant ainsi la convection irrégulière et les « zones mortes » causées par les gradients de température.

* Protéger la structure du four : Empêcher l'impact des flammes sur la voûte et la paroi du four, évitant ainsi une surchauffe localisée qui entraîne une corrosion réfractaire accélérée.

* Transfert de chaleur efficace : maximiser l’efficacité du transfert de chaleur par rayonnement et convection de la flamme vers la surface de fusion du lot et du verre.

* Champ de température stable : Réduire les fluctuations pour garantir une qualité de verre stable.

III. Contrôle intégré de la température de fusion et régulation de la flamme

1. La température est l'objectif, la flamme est le moyen : la régulation de la flamme est la principale méthode pour contrôler la distribution de la température à l'intérieur du four, en particulier la position et la température du point chaud.

2. Mesure et contrôle de la température : La température est surveillée en continu à l’aide de thermocouples, de pyromètres infrarouges et d’autres instruments positionnés à des endroits clés du four (chargeur de lots, zone de fusion, point chaud, zone d’affinage, avant-foyer). Ces mesures servent de base au réglage de la flamme.

3. Systèmes de contrôle automatique : Les fours à cuve de grande capacité modernes utilisent largement des systèmes DCS/PLC. Ces systèmes contrôlent automatiquement la flamme et la température en ajustant des paramètres tels que le débit de combustible, le débit d’air de combustion, l’angle du brûleur/les registres, en fonction de courbes de température prédéfinies et de mesures en temps réel.

4. Équilibre du processus : Il est essentiel de trouver un équilibre optimal entre garantir la qualité du verre (fusion à haute température, bonne clarification et homogénéisation) et protéger le four (éviter les températures excessives, l'impact de la flamme) tout en réduisant la consommation d'énergie.