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Verre E (fibre de verre sans alcali)La production dans des fours à cuve est un procédé de fusion complexe à haute température. Le profil de température de fusion est un point de contrôle critique du procédé, influençant directement 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 par l'ajustement des caractéristiques de la flamme et la suralimentation électrique.

I. Température de fusion du verre E

1. Plage de températures de fusion :

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

La température cible spécifique dépend de :

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

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

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

* Matériaux réfractaires : Le taux de corrosion des matériaux réfractaires à haute température limite la température supérieure.

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

La température de l'extrémité de travail (avant-corps) est nettement plus basse (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 assurer une réaction complète des matériaux du mélange (sable de quartz, pyrophyllite, acide borique/colémanite, calcaire, etc.), une dissolution complète des grains de sable et un dégagement gazeux complet. Une température insuffisante peut entraîner la formation de résidus de « matière première » (particules de quartz non fondues), de cailloux et une augmentation de la formation de bulles.

* Qualité du verre : Les températures élevées favorisent la clarification et l'homogénéisation du verre fondu, réduisant ainsi les défauts tels que les cordons, les bulles et les cailloux. Ces défauts ont un impact important sur la résistance des fibres, le taux de rupture et la continuité.

* Viscosité : La température influence directement la viscosité du verre fondu. Le fibrage nécessite 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 introduisant potentiellement des pierres réfractaires.

* Consommation énergétique : Le maintien de températures élevées est la principale source de consommation énergétique des fours à cuve (représentant généralement plus de 60 % de la consommation énergétique totale de production). Un contrôle précis de la température pour éviter les températures excessives est essentiel pour économiser l'énergie.

II. Régulation de la flamme

La régulation de flamme est un moyen essentiel pour contrôler la répartition de la température de fusion, assurer une fusion efficace et protéger la structure du four (en particulier la voûte). Son objectif principal est de créer un champ de température et une atmosphère idéaux.

1. Paramètres clés de la régulation :

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

* Objectif : Atteindre une combustion complète. Une combustion incomplète gaspille du combustible, abaisse la température de la flamme, produit de la fumée noire (suie) qui contamine le verre fondu et obstrue les régénérateurs/échangeurs de chaleur. L’excès d’air évacue une quantité importante de chaleur, réduisant ainsi l’efficacité thermique et pouvant intensifier la corrosion par oxydation couronne.

* Réglage : Contrôlez précisément le rapport air/carburant en fonction de l'analyse des gaz de combustion (teneur en O₂, CO).verre ELes fours à réservoir maintiennent généralement la teneur en O₂ des gaz de combustion à environ 1 à 3 % (combustion à pression légèrement positive).

* Impact de l'atmosphère : Le rapport air/combustible influence également 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 la couleur du verre. Cependant, pour le verre E (nécessitant une transparence incolore), cet impact est relativement mineur.

* Longueur et forme de la flamme :

* Objectif : former une flamme qui recouvre la surface de la masse fondue, possède une certaine rigidité et une bonne capacité de propagation.

* Flamme longue contre flamme courte :

* Flamme longue : couvre une grande surface, la répartition de la température est relativement uniforme et provoque moins de chocs thermiques au niveau de la couronne. Cependant, les pics de température locaux peuvent être insuffisants et la pénétration dans la zone de « forage » du lot peut être insuffisante.

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

* Réglage : Réalisé en ajustant l'angle du pistolet du brûleur, la vitesse de sortie du combustible et de l'air (rapport d'impulsion) et l'intensité du tourbillonnement. Les chaudières à réservoir modernes utilisent souvent des brûleurs réglables à plusieurs allures.

* Direction de la flamme (angle) :

* Objectif : Transférer efficacement la chaleur au lot et à la surface du verre fondu, en évitant l'impact direct de la flamme sur la couronne ou la paroi de la poitrine.

* Réglage : Réglez les angles de tangage (vertical) et de lacet (horizontal) du pistolet du brûleur.

* Angle d'inclinaison : Affecte l'interaction de la flamme avec la charge (lèchement de la charge) et la couverture de la surface en fusion. Un angle trop faible (flamme trop orientée vers le bas) risque d'éroder la surface en fusion ou la charge, provoquant un entraînement corrosif de la paroi de la cuve. Un angle trop élevé (flamme trop orientée vers le haut) entraîne une faible efficacité thermique et un échauffement excessif de la voûte.

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

2. Objectifs de la régulation de la flamme :

* Formation d'un point chaud rationnel : créer la zone de température la plus élevée (point chaud) à l'arrière de la cuve de fusion (généralement après le chenal). C'est la zone critique pour la clarification et l'homogénéisation du verre, et elle agit comme le « moteur » contrôlant l'écoulement du verre fondu (du point chaud vers le chargeur de lots et l'extrémité de travail).

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

* Protéger la structure du four : Empêcher l'impact des flammes sur la couronne et la paroi de poitrine, évitant ainsi une surchauffe localisée qui conduit à une corrosion réfractaire accélérée.

* Transfert de chaleur efficace : maximisez l'efficacité du transfert de chaleur radiant et convectif de la flamme vers le lot et la surface de fusion du verre.

* Champ de température stable : Réduisez 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 de contrôle de la distribution de la température dans le four, en particulier la position du point chaud et la température.

2. Mesure et rétroaction de la température : La surveillance continue de la température est assurée par des thermocouples, des pyromètres infrarouges et d'autres instruments placés à des endroits clés du four (chargeur de lots, zone de fusion, point chaud, zone d'affinage, avant-corps). Ces mesures servent de base au réglage de la flamme.

3. Systèmes de contrôle automatique : Les fours à cuve modernes de grande taille 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 et les registres du brûleur, en fonction de courbes de température prédéfinies et de mesures en temps réel.

4. Équilibre du procédé : Il est essentiel de trouver un équilibre optimal entre la garantie de la qualité du verre (fusion à haute température, bonne clarification et homogénéisation) et la protection du four (évitement des températures excessives, impact des flammes) tout en réduisant la consommation d'énergie.