particulièrement la production du verre plat.
:Description du procédé et du verre plat
Procédés et caractéristiques de fabrication du verre plat :
Il
existe différentes sortes de verre plat : le verre « float » ou verre
flotté, le verre à vitre, le verre imprimé et armé, le verre spécial
pour des applications particulières. Alors que le verre à vitre,
produit suivant des technologies traditionnelles, telles que les
procédés Colburn, Fourcault et Pittsburgh, peut être considéré comme
faisant partie de l’histoire du verre, d’autres verres imprimés et
spéciaux sont produits essentiellement par laminage pour des marchés
particuliers assez limités. De nos jours, plus de 80 % du verre plat
produit dans le monde est du verre de type « float ».
En
fait, le terme « float » se réfère en même temps à la technologie la
plus récente pour produire du verre plat avec un certain niveau de
qualité. Ce procédé consiste à verser le verre en fusion sur une
couche de métal liquide, puis à le refroidir lorsque le verre formé
est suffisamment stabilisé du point de vue physique et dimensionnel.
Ce principe a été découvert au milieu du XIXe siècle par Henry
Bessemer. Différents brevets ont été déposés aux États-Unis lorsque
certains verriers, comme PPG ont commencé à expérimenter le procédé «
float », mais la découverte capitale dans la technologie du verre «
float » a été faite par PILKINGTON BROTHERS (PB) dans les années
1950. À partir d’un objectif clair et bien défini, celui de polir
naturellement le verre laminé sur une couche de métal, évitant ainsi
les opérations de meulage et de polissage, ils ont pu mettre au point
le premier procédé de fabrication de verre « float » commercialement
réussi. Sept années d’efforts intensifs et de dépenses considérables
ont été nécessaires pour la mise au point.
À présent la technologie « float » est utilisée pour la production de verre plat dans différentes applications :
• bâtiment et architecture,
• automobile,
• vitrage,
• miroiterie,
avec
différents niveaux de qualité dans une large gamme d’épaisseurs allant
de 2 à 12 mm en restant dans le domaine standard. L’ensemble de ces
qualités et les caractéristiques dimensionnelles et physiques
correspondantes sont détaillées dans deux documents de référence : la
spécification standard US pour verre plat C-1036-691 et la norme
française / européenne NF-EN 572-2.
Le procédé « Float »
Dans
le procédé « float » inventé par Sir Alastair Pilkington en 1952, un
mélange de matières premières est chargé en continu dans le four de
fusion. À la sortie du four le verre forme un ruban flottant à la
surface de l’étain fondu. La surface de l’étain fondu est extrêmement
lisse, donnant au verre une planéité de surface parfaite. Le ruban de
verre est ensuite lentement refroidi jusqu’à complet durcissement et
recuit. Le ruban ainsi obtenu est d’épaisseur régulière et présente des
surfaces parfaitement polies. Le ruban est ensuite découpé en plaques
pour livraison.
Ce procédé, que BSN utilisait en France, donnait
des carreaux de verre si « parfaits » que ce fabricant lança en 1968
une OPA (ratée) sur son concurrent Saint-Gobain qui ne s’y intéressait
pas encore. Aujourd’hui, on ne trouve plus sur le marché que des
vitres en « float-glass » et ce sont paradoxalement les vitres
imparfaites obtenues par les procédés antérieurs qui semblent en gagner
un certain charme.
Alimentation en matières premières
Le
mélange de matières premières est pesé électroniquement avec une
précision de 0,1%, puis mélangé et humidifié. Il forme un mélange
vitrifiable auquel on ajoute du calcin avant de le charger directement
dans le four de fusion. L’ajout de calcin permet d’abaisser la
température de fusion du mélange.
Traitement du sable
Ce
poste en option peut être nécessaire en fonction des caractéristiques
réelles des matières premières disponibles dans l’usine.
Il
comprendrait différentes fonctions comme le broyage, le traitement, le
séchage, la séparation magnétique et l’homogénéisation du sable.
Dans
tous les cas, l’installation de traitement de sable doit être définie
après analyse du sable et des matières premières disponibles pour le
projet.
Préparation de la composition
Ce système concerne les
matières premières déjà traitées et est équipé d’installations de
levage, pesage et mélange. L’extraction des poussières est située à
l’endroit où la poussière est habituellement produite. Des balances
électroniques avec différentes échelles sont adaptées en fonction des
quantités nécessaires de matières premières, de calcin de l’usine ou
extérieur. L’atelier de composition est prévu pour fonctionner 24
heures sur 24. Il est cependant dimensionné pour produire la quantité
de batch nécessaire en 16 heures, afin de permettre les opérations de
maintenance. Les installations pour le déchargement des matières
premières traitées seront prévues pour des engins à benne basculante.
Des alimentations séparées seront prévues pour (a) le sable, (b) la
soude, (c) la dolomie et le calcaire pour empêcher que les matières
premières ne se contaminent entre elles. Les matières premières seront
stockées dans les silos de l’atelier de composition et des
installations de stockage. Les silos de l’atelier de composition sont
prévus pour une capacité de fonctionnement de 72 heures minimum avec
un stockage complémentaire au sol d’un mois pour la soude, le sulfate
et les autres matériaux.
Transport de la composition
Un système approprié sera utilisé pour le transport et le mélange des matériaux.
Le four de fusion
Construit
en briques réfractaires, un four type contient jusqu’à 2000 tonnes de
verre fondu à 1550°C. La température est contrôllée en permanence. Un
des systèmes les plus employés à ce jour est le pyromètre. Exemple
d’installation.
La fusion du verre pour la ligne « float » sera assurée par un four à régénérateurs à brûleurs transversaux.
Le
verre fondu est affiné et homogénéisé. Le verre est ensuite conditionné
à température contrôlée avant d’arriver au bain d’étain. Pour assurer
un bon fonctionnement, le four est équipé de dispositifs automatiques
de mesure, enregistrement et régulation de pression et de niveau de
verre, d’un système de minuterie et d’inversion automatique de flamme,
d’instruments de mesure, enregistrement et régulation de température
en différents endroits du four et d’un dispositif de régulation de
pression de gaz naturel, etc.
Les fumées sont évacuées par tirage
naturel par une cheminée. Pour protéger l’environnement, les fumées
passeront par un équipement de dépollution à tirage forcé conçu en
fonction de la réglementation locale.
Bain d’étain
Le verre
affiné arrive du four par le canal et il est déversé sur l’étain fondu
dans le bain « float » à une température variant de 1100°C pour du
verre clair à plus de 1170°C pour du verre teinté. Le débit est régulé
automatiquement de manière à maintenir la largeur et l’épaisseur du
ruban. Le bain « float » est chauffé électriquement.
Le verre
flotte sur un bain d’étain fondu. Des rouleaux dentés, appelés «
top-rollers », accrochent le verre encore liquide sur les rives du
ruban et font avancer le verre. L’épaisseur naturelle du verre qui
s’étale sur une table est de 5 à 6 mm. Si l’on veut obtenir un ruban
d’une épaisseur inférieure à 5 mm, on étire le verre et les
top-rollers ont un angle , dit « positif ». Si l’on veut une épaisseur
supérieure à 5 mm, et ce jusqu’à 12 mm, on repousse le verre et les
top-rollers ont un angle dit « négatif ». Plus on s’écarte des 5 mm
d’épaisseur, plus il faut ajouter de top-rollers pour donner
l’épaisseur souhaitée. Certains bains d’étain possèdent plus de 20
top-rollers pour faire du verre de 0,5 mm d’épaisseur.
La
première usine Float française a été construite par BSN en 1966 à
Boussois près de Maubeuge (59). Plusieurs améliorations ont eu lieu
au cours de réparations à froid tous les 7 à 10 ans depuis 1966.
Cette ligne de fabrication fonctionne toujours et appartient
aujourd’hui à Glaverbel, une société belge, filiale du groupe japonais
Asahi Glass.
Étenderie
Pour relâcher les contraintes
physiques, le ruban est soumis à un traitement thermique dans un long
four de recuisson appelé étenderie. Les températures sont étroitement
contrôlées dans le sens longitudinal et transversal du ruban.
L’étenderie
sert à recuire et à refroidir le verre. L’étenderie fermée est en
construction métallique, elle refroidit le verre par rayonnement et le
recuit selon les exigences de la spécification de production.
Après
recuisson, le verre est refroidi rapidement de manière contrôlée par un
refroidissement adapté et un système de chauffage. Le verre sera
transporté dans l’étenderie sur un convoyeur à rouleaux dont
l’écartement permet le supportage du ruban en toute sécurité. La
commande est transmise mécaniquement aux rouleaux par le système
d’entraînement.
Un système d’entraînement de secours doit être
disponible pour prendre le relais en cas de panne électrique ou
mécanique du système de commande. Tous les rouleaux sont démontables
pendant le fonctionnement. Pour assurer un fonctionnement non-stop des
rouleaux, une commande de secours basse vitesse (pony) doit aussi être
intégrée au système de commande de l’étenderie de même que le
dispositif pour faire fonctionner l’entraînement à la main.
Salle de commande [
La salle de commande permet de surveiller et de réguler tous les paramètres du four de fusion et du « float ».
Un
système de commande moderne est prévu pour le procédé de verre « float
». Il comprendra des systèmes automatisés et des commandes numériques
pour l’atelier de composition, le four de fusion, le bain « float »,
l’étenderie et les utilités. Le fonctionnement de l’installation sera
commandé à partir de la salle de commande centrale qui est située à
proximité du four. Pour le fonctionnement de secours, les essais et
l’entretien, chaque machine sera équipée de ses propres commandes
locales.
Découpe
Sous contrôle permanent (épaisseur, qualité
optique, défauts, etc.), le verre est découpé en plaques de 6000 x
3210 mm pour le standard « bâtiment » et autres sous-dimensions.
L’équipement
du verre froid comprend des convoyeurs à rouleaux, des systèmes de
découpe longitudinaux et transversaux avec rompage,, une machine de
découpe des rives, un convoyeur à rouleaux basculants, un dispositif
d’évacuation du calcin, des dispositifs de séparation des plaques, des
empileurs pour les petites et moyennes dimensions, etc.
La vitesse
des convoyeurs à rouleaux ainsi que la coordination des dispositifs de
découpe, des dispositifs de rompage et de séparation doivent être
contrôlée à partir de la salle de commande principale.
Des
panneaux locaux sont installés à proximité des machines pour le
fonctionnement en manuel en cas de besoin. Les plaques sont découpées
à partir d’un ruban continu de verre float.
Système de retour du calcin
Le
calcin sera récupéré sur la ligne de découpe automatiquement, broyé et
acheminé vers le stockage tampon ou le parc de stockage.
Système de manutention avec dispositif de levage
Ce système permet d’empiler les plaques de verre automatiquement sur des chevalets pour stockage et expédition.
Livraison du verre
Une
remorque de conception spéciale munie de suspensions adaptées reçoit le
chevalet chargé de plaques de verre (20 tonnes). L’ensemble est
maintenu en position par des bras articulés ou des coussins d’air.
Le
magasin est prévu pour le stockage d’environ 2 mois de production, et
avec les surfaces nécessaires pour la manutention et l’expédition du
verre. Il est équipé d’étagères et de racks en quantité suffisante et
des moyens nécessaires pour la manutention et le chargement sur camion
de paquets de verre et de caissons.
Autres industries verrières
Outre le verre plat qui représente le tonnage le plus important, l’industrie du verre comprend aussi :
• le verre moulé, qui sert notamment aux bouteilles ;
• le verre étiré.
Ces
techniques servent à réaliser différents types d’emballages en verre
(bouteilles, flacons, ampoules pharmaceutiques) ainsi que de la
verrerie de laboratoire.
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:Description du procédé et du verre plat
Procédés et caractéristiques de fabrication du verre plat :
Il
existe différentes sortes de verre plat : le verre « float » ou verre
flotté, le verre à vitre, le verre imprimé et armé, le verre spécial
pour des applications particulières. Alors que le verre à vitre,
produit suivant des technologies traditionnelles, telles que les
procédés Colburn, Fourcault et Pittsburgh, peut être considéré comme
faisant partie de l’histoire du verre, d’autres verres imprimés et
spéciaux sont produits essentiellement par laminage pour des marchés
particuliers assez limités. De nos jours, plus de 80 % du verre plat
produit dans le monde est du verre de type « float ».
En
fait, le terme « float » se réfère en même temps à la technologie la
plus récente pour produire du verre plat avec un certain niveau de
qualité. Ce procédé consiste à verser le verre en fusion sur une
couche de métal liquide, puis à le refroidir lorsque le verre formé
est suffisamment stabilisé du point de vue physique et dimensionnel.
Ce principe a été découvert au milieu du XIXe siècle par Henry
Bessemer. Différents brevets ont été déposés aux États-Unis lorsque
certains verriers, comme PPG ont commencé à expérimenter le procédé «
float », mais la découverte capitale dans la technologie du verre «
float » a été faite par PILKINGTON BROTHERS (PB) dans les années
1950. À partir d’un objectif clair et bien défini, celui de polir
naturellement le verre laminé sur une couche de métal, évitant ainsi
les opérations de meulage et de polissage, ils ont pu mettre au point
le premier procédé de fabrication de verre « float » commercialement
réussi. Sept années d’efforts intensifs et de dépenses considérables
ont été nécessaires pour la mise au point.
À présent la technologie « float » est utilisée pour la production de verre plat dans différentes applications :
• bâtiment et architecture,
• automobile,
• vitrage,
• miroiterie,
avec
différents niveaux de qualité dans une large gamme d’épaisseurs allant
de 2 à 12 mm en restant dans le domaine standard. L’ensemble de ces
qualités et les caractéristiques dimensionnelles et physiques
correspondantes sont détaillées dans deux documents de référence : la
spécification standard US pour verre plat C-1036-691 et la norme
française / européenne NF-EN 572-2.
Le procédé « Float »
Dans
le procédé « float » inventé par Sir Alastair Pilkington en 1952, un
mélange de matières premières est chargé en continu dans le four de
fusion. À la sortie du four le verre forme un ruban flottant à la
surface de l’étain fondu. La surface de l’étain fondu est extrêmement
lisse, donnant au verre une planéité de surface parfaite. Le ruban de
verre est ensuite lentement refroidi jusqu’à complet durcissement et
recuit. Le ruban ainsi obtenu est d’épaisseur régulière et présente des
surfaces parfaitement polies. Le ruban est ensuite découpé en plaques
pour livraison.
Ce procédé, que BSN utilisait en France, donnait
des carreaux de verre si « parfaits » que ce fabricant lança en 1968
une OPA (ratée) sur son concurrent Saint-Gobain qui ne s’y intéressait
pas encore. Aujourd’hui, on ne trouve plus sur le marché que des
vitres en « float-glass » et ce sont paradoxalement les vitres
imparfaites obtenues par les procédés antérieurs qui semblent en gagner
un certain charme.
Alimentation en matières premières
Le
mélange de matières premières est pesé électroniquement avec une
précision de 0,1%, puis mélangé et humidifié. Il forme un mélange
vitrifiable auquel on ajoute du calcin avant de le charger directement
dans le four de fusion. L’ajout de calcin permet d’abaisser la
température de fusion du mélange.
Traitement du sable
Ce
poste en option peut être nécessaire en fonction des caractéristiques
réelles des matières premières disponibles dans l’usine.
Il
comprendrait différentes fonctions comme le broyage, le traitement, le
séchage, la séparation magnétique et l’homogénéisation du sable.
Dans
tous les cas, l’installation de traitement de sable doit être définie
après analyse du sable et des matières premières disponibles pour le
projet.
Préparation de la composition
Ce système concerne les
matières premières déjà traitées et est équipé d’installations de
levage, pesage et mélange. L’extraction des poussières est située à
l’endroit où la poussière est habituellement produite. Des balances
électroniques avec différentes échelles sont adaptées en fonction des
quantités nécessaires de matières premières, de calcin de l’usine ou
extérieur. L’atelier de composition est prévu pour fonctionner 24
heures sur 24. Il est cependant dimensionné pour produire la quantité
de batch nécessaire en 16 heures, afin de permettre les opérations de
maintenance. Les installations pour le déchargement des matières
premières traitées seront prévues pour des engins à benne basculante.
Des alimentations séparées seront prévues pour (a) le sable, (b) la
soude, (c) la dolomie et le calcaire pour empêcher que les matières
premières ne se contaminent entre elles. Les matières premières seront
stockées dans les silos de l’atelier de composition et des
installations de stockage. Les silos de l’atelier de composition sont
prévus pour une capacité de fonctionnement de 72 heures minimum avec
un stockage complémentaire au sol d’un mois pour la soude, le sulfate
et les autres matériaux.
Transport de la composition
Un système approprié sera utilisé pour le transport et le mélange des matériaux.
Le four de fusion
Construit
en briques réfractaires, un four type contient jusqu’à 2000 tonnes de
verre fondu à 1550°C. La température est contrôllée en permanence. Un
des systèmes les plus employés à ce jour est le pyromètre. Exemple
d’installation.
La fusion du verre pour la ligne « float » sera assurée par un four à régénérateurs à brûleurs transversaux.
Le
verre fondu est affiné et homogénéisé. Le verre est ensuite conditionné
à température contrôlée avant d’arriver au bain d’étain. Pour assurer
un bon fonctionnement, le four est équipé de dispositifs automatiques
de mesure, enregistrement et régulation de pression et de niveau de
verre, d’un système de minuterie et d’inversion automatique de flamme,
d’instruments de mesure, enregistrement et régulation de température
en différents endroits du four et d’un dispositif de régulation de
pression de gaz naturel, etc.
Les fumées sont évacuées par tirage
naturel par une cheminée. Pour protéger l’environnement, les fumées
passeront par un équipement de dépollution à tirage forcé conçu en
fonction de la réglementation locale.
Bain d’étain
Le verre
affiné arrive du four par le canal et il est déversé sur l’étain fondu
dans le bain « float » à une température variant de 1100°C pour du
verre clair à plus de 1170°C pour du verre teinté. Le débit est régulé
automatiquement de manière à maintenir la largeur et l’épaisseur du
ruban. Le bain « float » est chauffé électriquement.
Le verre
flotte sur un bain d’étain fondu. Des rouleaux dentés, appelés «
top-rollers », accrochent le verre encore liquide sur les rives du
ruban et font avancer le verre. L’épaisseur naturelle du verre qui
s’étale sur une table est de 5 à 6 mm. Si l’on veut obtenir un ruban
d’une épaisseur inférieure à 5 mm, on étire le verre et les
top-rollers ont un angle , dit « positif ». Si l’on veut une épaisseur
supérieure à 5 mm, et ce jusqu’à 12 mm, on repousse le verre et les
top-rollers ont un angle dit « négatif ». Plus on s’écarte des 5 mm
d’épaisseur, plus il faut ajouter de top-rollers pour donner
l’épaisseur souhaitée. Certains bains d’étain possèdent plus de 20
top-rollers pour faire du verre de 0,5 mm d’épaisseur.
La
première usine Float française a été construite par BSN en 1966 à
Boussois près de Maubeuge (59). Plusieurs améliorations ont eu lieu
au cours de réparations à froid tous les 7 à 10 ans depuis 1966.
Cette ligne de fabrication fonctionne toujours et appartient
aujourd’hui à Glaverbel, une société belge, filiale du groupe japonais
Asahi Glass.
Étenderie
Pour relâcher les contraintes
physiques, le ruban est soumis à un traitement thermique dans un long
four de recuisson appelé étenderie. Les températures sont étroitement
contrôlées dans le sens longitudinal et transversal du ruban.
L’étenderie
sert à recuire et à refroidir le verre. L’étenderie fermée est en
construction métallique, elle refroidit le verre par rayonnement et le
recuit selon les exigences de la spécification de production.
Après
recuisson, le verre est refroidi rapidement de manière contrôlée par un
refroidissement adapté et un système de chauffage. Le verre sera
transporté dans l’étenderie sur un convoyeur à rouleaux dont
l’écartement permet le supportage du ruban en toute sécurité. La
commande est transmise mécaniquement aux rouleaux par le système
d’entraînement.
Un système d’entraînement de secours doit être
disponible pour prendre le relais en cas de panne électrique ou
mécanique du système de commande. Tous les rouleaux sont démontables
pendant le fonctionnement. Pour assurer un fonctionnement non-stop des
rouleaux, une commande de secours basse vitesse (pony) doit aussi être
intégrée au système de commande de l’étenderie de même que le
dispositif pour faire fonctionner l’entraînement à la main.
Salle de commande [
La salle de commande permet de surveiller et de réguler tous les paramètres du four de fusion et du « float ».
Un
système de commande moderne est prévu pour le procédé de verre « float
». Il comprendra des systèmes automatisés et des commandes numériques
pour l’atelier de composition, le four de fusion, le bain « float »,
l’étenderie et les utilités. Le fonctionnement de l’installation sera
commandé à partir de la salle de commande centrale qui est située à
proximité du four. Pour le fonctionnement de secours, les essais et
l’entretien, chaque machine sera équipée de ses propres commandes
locales.
Découpe
Sous contrôle permanent (épaisseur, qualité
optique, défauts, etc.), le verre est découpé en plaques de 6000 x
3210 mm pour le standard « bâtiment » et autres sous-dimensions.
L’équipement
du verre froid comprend des convoyeurs à rouleaux, des systèmes de
découpe longitudinaux et transversaux avec rompage,, une machine de
découpe des rives, un convoyeur à rouleaux basculants, un dispositif
d’évacuation du calcin, des dispositifs de séparation des plaques, des
empileurs pour les petites et moyennes dimensions, etc.
La vitesse
des convoyeurs à rouleaux ainsi que la coordination des dispositifs de
découpe, des dispositifs de rompage et de séparation doivent être
contrôlée à partir de la salle de commande principale.
Des
panneaux locaux sont installés à proximité des machines pour le
fonctionnement en manuel en cas de besoin. Les plaques sont découpées
à partir d’un ruban continu de verre float.
Système de retour du calcin
Le
calcin sera récupéré sur la ligne de découpe automatiquement, broyé et
acheminé vers le stockage tampon ou le parc de stockage.
Système de manutention avec dispositif de levage
Ce système permet d’empiler les plaques de verre automatiquement sur des chevalets pour stockage et expédition.
Livraison du verre
Une
remorque de conception spéciale munie de suspensions adaptées reçoit le
chevalet chargé de plaques de verre (20 tonnes). L’ensemble est
maintenu en position par des bras articulés ou des coussins d’air.
Le
magasin est prévu pour le stockage d’environ 2 mois de production, et
avec les surfaces nécessaires pour la manutention et l’expédition du
verre. Il est équipé d’étagères et de racks en quantité suffisante et
des moyens nécessaires pour la manutention et le chargement sur camion
de paquets de verre et de caissons.
Autres industries verrières
Outre le verre plat qui représente le tonnage le plus important, l’industrie du verre comprend aussi :
• le verre moulé, qui sert notamment aux bouteilles ;
• le verre étiré.
Ces
techniques servent à réaliser différents types d’emballages en verre
(bouteilles, flacons, ampoules pharmaceutiques) ainsi que de la
verrerie de laboratoire.
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