Processus de fabrication du verre flotté

Aujourd'hui, il existe trois procédés de fabrication de verre plat dans le monde: le verre étiré, le verre flotté (« float »), et le verre laminé. Le float représente actuellement plus de 90 pour cent du verre plat produit dans le monde. Le procédé float, élaboré en 1952, est le procédé industriel de référence pour la production de verre plat de haute qualité. Ce procédé se décompose en cinq grandes étapes:

• La préparation de la composition
• la fusion et l'affinage
• le formage et le coating - StewartFloat^® et AcuraCoat^®
• le recuit
• la découpe en plaques et l'emballage

I  :  La préparation de la composition

La première étape consiste à doser et à mélanger les matières premières destinées à la fusion. Les matières premières sont régulièrement livrées par camion ou par train à l'usine. Sable, dolomie, calcaire, carbonate de soude et sulfate de soude sont stockés dans l'atelier de composition constitué de silos, trémies, convoyeurs, collecteurs de poussières et de systèmes de contrôles nécessaires pour gérer correctement les flux des matières premières et des mélanges. Dès leur arrivée dans l'usine, les matériaux sont quasiment constamment en mouvement. A l'intérieur de l'atelier de composition, une longue bande convoyeuse transporte les matériaux depuis leurs silos jusqu'à un système de pesée pour vérifier leur poids combiné. Des morceaux de verre recyclé, le calcin, provenant du système de découpe des plaques sont ajoutés à la composition de matières premières. Chaque lot contient environ 10 à 30% de calcin. Les matériaux secs sont mélangés pour former un lot (batch). Une fois convenablement mélangé, le batch est transporté par un système de convoyeur à bande jusqu'à la trémie de stockage journalière. Une enfourneuse introduit la composition de façon régulière dans le four.

Figure 1: Composition typique du verre.



Figure 2: Stockage de calcin.



Figure 3: l'enfourneuse alimente le four de fusion dont la température atteint 1650 °C.

II  :  Fusion

Les fours de fusion typiques sont des fours à chauffage latéral comportant six chambres de combustion (ports) équipées de régénérateurs afin de permettre une bonne récupération de l'énergie des fumées. Les dimensions d'un four de 500 tonnes par jour sont d'environ 25 m de large sur 62 m de longueur. Un four est constitué d'une section de fusion/affinage et d’un bassin de travail, des régénérateurs et des ports, comme le montre la figure 4, et est construit en matériaux réfractaires spéciaux, maintenus par une armature en acier. La composition est chauffée par des brûleurs au gaz naturel à environ 1650°C. Les matières premières sont tout d'abord fondues, la pâte de verre brute est ensuite dégazée puis mécaniquement homogénéisée dans un rétreint (le corset) pour être finalement refroidie lentement dans la partie aval du four appelée le bassin de travail. Le verre, chimiquement et thermiquement homogène quitte alors le four et se déverse avec un débit contrôlé dans le bain d'étain pour y prendre ses caractéristiques géométriques.

Figure 4: en coupe d'un four de fusion.

III  :  Formage et coating - StewartFloat^® et AcuraCoat^®

Le processus de formage consiste à étirer ou à comprimer mécaniquement la pâte de verre tout en la solidifiant par refroidissement contrôlé. En absence de toute contrainte extérieure, le verre s'étalerait en formant sur l'étain liquide un ruban d'épaisseur naturelle de 6,88 mm. Le verre, à une température de 1100°C, se déverse régulièrement sur l'étain en fusion grâce à un système de régulation de débit appelé tweel. La densité spécifique du verre lui permet de flotter sur l'étain d'où la terminologie "float" couramment employé pour décrire le procédé. Le verre et l'étain ne réagissent pas entre eux et restent séparés, leur résistance mutuelle à l'échelle moléculaire rendant le verre parfaitement lisse.

Le bain est un système étanche avec une atmosphère contrôlée composée d'azote et d'hydrogène. Il se compose d'une structure en acier, d'une enveloppe métallique supérieure, d'une enveloppe métallique inférieure protégée de l'étain par des réfractaires spéciaux et de systèmes de contrôle de la température du ruban de verre et du formage. Le bain mesure environ 60 m de long sur 8 m de large avec une vitesse de défilement pouvant atteindre jusqu'à 25 m/min. Le bain contient près de 200 tonnes d'étain pur, fondu à une température moyenne de 800 ° C.

Figure 5: Schéma du four à bain flotteur - extrémité étroite

Les dimensions du ruban de verre sont obtenues par l'intermédiaire de forces de traction ou de compression effectuées par des machines appelées top rolls, situées sur chaque côté du bain. Un programme de contrôle détermine les réglages optimaux du process. L'épaisseur du verre peut varier de 0,55 à 25 mm. Des résistances électriques, regroupées en zones de chauffage, permettent une régulation fine de la température du verre qui est progressivement réduite, lorsque le verre a atteint les caractéristiques dimensionnelles désirées. Le ruban est alors parfaitement plat et ses faces sont parallèles. A ce stade, les revêtements réflectifs, Low-E, pour contrôle solaire, autonettoyants ou photovoltaïque peuvent être déposés en utilisant le système de dépôts chimiques en phase vapeur par pyrolyse AcuraCoat^®. Le verre est ensuite prêt à être refroidi.

Figure 6: La pâte de verre se déverse sur le bain d'étain fondu, dont elle reste séparée pendant le formage. Les résistances de chauffage permettent de contrôler la température. La vitesse et l'inclinaison des top rolls contrôlent la largeur et l'épaisseur du ruban de verre.

IV  :  Recuisson et refroidissement contrôlé

Le ruban de verre quitte le bain à une température de 600° C à laquelle il est suffisamment solide pour être transporté sur des rouleaux. Il ne peut toutefois se refroidir librement à l'air libre sans que le refroidissement différentiel entre les faces externes et le cœur du ruban n'engendrent des contraintes pouvant entraîner sa rupture spontanée.

Il est donc nécessaire de réduire la température du ruban de verre jusqu'à la température ambiante, d'une façon progressive et contrôlée (la recuisson) en fonction de son épaisseur. Ceci est effectué dans un tunnel d'environ 120 m de long sur 6 m de large appelé étenderie (voir Figure 7). Des résistances de chauffage et des ventilateurs permettent un contrôle précis du profil de température sur toute la largeur du ruban de verre. Le verre est transporté sur des rouleaux entraînés par un système mécanique.

Figure 7: Section transversale d'une étenderie

En sortie d'étenderie de recuisson, le ruban de verre a été refroidi jusqu'à la température ambiante et sa contrainte résiduelle a été réduite à un niveau permettant une coupe franche et facile.

V  :  Ligne de découpe et d'emballage

En sortie de l'étenderie, le verre passe sous un système d'inspection en ligne permettant la détection d'éventuels défauts. Les bords du ruban sont alors détachés puis le ruban est découpé automatiquement en plaques de différentes dimensions. Le verre non-utilisé, le calcin, est recyclé dans la composition. Les plaques de verre reçoivent un traitement leur permettant d'être stockées sans dommage avant d'être levées et puis empilées. Les plaques de verre déposées sur des chevalets sont alors transférées vers l'entrepôt de stockage ou pour expédition au client.

Figure 8: Ruban de verre de verre en sortie d'étenderie avant le système d'inspection des défauts.



Figure 9: Le verre passe sous des systèmes automatiques de découpe. La largeur est ajustée avant que les plaques ne soient découpées en différentes longueurs pour répondre aux formats des clients.



Figure 10: Les plaques de verre pesant jusqu'à 7500 kg sont transportées vers l'entrepôt de stockage.