Prenons l'exemple du verre flotté : les trois principaux équipements thermiques utilisés dans sa production sont le four de fusion, le bain d'étamage et le four de recuit. Lors de la fabrication du verre, le four de fusion sert à fondre les matières premières pour obtenir du verre liquide, puis à le clarifier, l'homogénéiser et le refroidir à la température requise pour le moulage. Le bain d'étamage est l'équipement clé pour le moulage du verre. Le verre liquide, à une température de 1050 à 1100 °C, s'écoule du canal d'écoulement vers la surface du bain d'étamage. Il est alors étalé et poli, puis étiré mécaniquement grâce à des dispositifs de traction, des butées latérales et des machines d'étirage latéral, pour former un ruban de verre de la largeur et de l'épaisseur souhaitées. Le ruban quitte ensuite le bain d'étamage lorsqu'il refroidit progressivement jusqu'à 600 °C. Le four de recuit a pour fonction d'éliminer les contraintes résiduelles et les inhomogénéités optiques du verre flotté, et de stabiliser sa structure interne. Le ruban de verre continu, porté à une température d'environ 600 °C par le bain d'étain, pénètre dans le four de recuit par la table à rouleaux de transition. Ces trois principaux équipements thermiques nécessitent des matériaux réfractaires. Le fonctionnement normal et stable du four de fusion du verre repose en effet sur l'utilisation de divers matériaux réfractaires. Voici neuf types de matériaux réfractaires couramment utilisés dans les fours de fusion du verre, ainsi que leurs caractéristiques :
Briques de silice pour fours à verre :
Ingrédients principaux : dioxyde de silicium (SiO₂), teneur supérieure à 94 %. Température de service : 1 600 à 1 650 °C. Caractéristiques : bonne résistance à l’érosion par scories acides, mais faible résistance à l’érosion par projections alcalines. Principalement utilisé pour la maçonnerie de grandes voûtes, de murs de soutènement et de petits fours.
Briques réfractaires en argile pour fours à verre :
Ingrédients principaux : Al₂O₃ et SiO₂. La teneur en Al₂O₃ est comprise entre 30 % et 45 %, et celle en SiO₂ entre 51 % et 66 %. Température de fonctionnement : la température maximale de fonctionnement est de 1 350 °C à 1 500 °C. Caractéristiques : il s’agit d’un matériau réfractaire faiblement acide présentant une bonne réfractarité, une bonne stabilité thermique et une faible conductivité thermique. Il est principalement utilisé pour la maçonnerie du fond de la cuve du four, des parois de la zone de travail et des passages, ainsi que des parois, des voûtes, des briques de damier inférieures et des conduits de fumée de la chambre de stockage de chaleur.
Briques à haute teneur en alumine pour fours à verre :
Composants principaux : SiO₂ et Al₂O₃, la teneur en Al₂O₃ devant être supérieure à 46 %. Température de fonctionnement : 1 500 à 1 650 °C. Caractéristiques : Bonne résistance à la corrosion, y compris aux scories acides et alcalines. Principalement utilisé dans les chambres de stockage de chaleur, ainsi que comme accessoire réfractaire pour les bassins de traitement, les canaux d’alimentation et les alimentateurs.
Briques de mullite :
Le principal composant des briques de mullite est l'alumine (Al₂O₃), qui représente environ 75 % de leur composition. Ces briques sont principalement constituées de cristaux de mullite. Leur densité est de 2,7 à 32 g/cm³, leur porosité ouverte de 1 à 12 % et leur température maximale d'utilisation se situe entre 1 500 et 1 700 °C. La mullite frittée est principalement utilisée pour la maçonnerie des parois des chambres de stockage de chaleur. La mullite fondue, quant à elle, est principalement utilisée pour la maçonnerie des parois de piscines, des regards d'observation, des contreforts, etc.
Briques de corindon de zirconium fondu :
Les briques de corindon de zirconium fondu sont également appelées briques de fer blanc. Elles sont généralement classées en trois qualités selon leur teneur en zirconium : 33 %, 36 % et 41 %. Les briques de corindon de zirconium utilisées dans l’industrie verrière contiennent de 50 % à 70 % d’Al₂O₃ et de 20 % à 40 % de ZrO₂. Leur densité est de 3,4 à 4,0 g/cm³, leur porosité apparente de 1 % à 10 % et leur température maximale d’utilisation est d’environ 1 700 °C. Les briques de corindon-zirconium fondu à 33 % et 36 % de zirconium servent à la construction des parois de bassin de four, des parois de l'espace de flamme, des petites ouvertures de soufflage, des petites voûtes plates, des petites cheminées, des voûtes en languette, etc. Celles à 41 % sont utilisées pour les angles des parois de bassin, les orifices d'écoulement et autres zones particulièrement exposées à l'érosion et à la corrosion des matériaux réfractaires par le verre liquide. Ce matériau est le réfractaire coulé en fusion le plus répandu dans l'industrie verrière.
Briques d'alumine fondue :
Il s'agit principalement de briques réfractaires en corindon α et β fondu, composées essentiellement de 92 à 94 % de phase cristalline de corindon Al₂O₃, d'une densité de 2,9 à 3,05 g/cm³, d'une porosité apparente de 1 à 10 % et d'une température maximale d'utilisation d'environ 1 700 °C. L'alumine fondue présente une excellente résistance à la perméation du verre et ne contamine pratiquement pas le verre liquide. Elle est largement utilisée dans les parois et le fond du bain de fusion, ainsi que dans les canaux d'écoulement et autres parties des fours de fusion du verre en contact avec le verre liquide et ne nécessitant aucune contamination réfractaire.
Briques de quartz :
Le composant principal est le SiO₂, présent à plus de 99 %, avec une densité de 1,9 à 2 g/cm³, une réfractarité de 1 650 °C, une température d'utilisation d'environ 1 600 °C et une résistance à la corrosion acide. Il est utilisé pour la fabrication des parois de bassins de verre boré acide, des briques pour trous de thermocouples dans les espaces de flamme, etc.
Matériaux réfractaires alcalins :
Les matériaux réfractaires alcalins comprennent principalement les briques de magnésie, les briques alumino-magnésie, les briques magnésie-chrome et les briques de forstérite. Leur résistance à la corrosion par les milieux alcalins est de 1900 à 2000 °C. Ils sont largement utilisés pour la paroi supérieure du régénérateur des fours de fusion du verre, la voûte du régénérateur, la structure de la grille et les petits éléments de structure des fours.
Briques isolantes pour fours à verre :
La surface de dissipation thermique d'un four de fusion du verre est importante, mais son rendement thermique est faible. Afin d'économiser de l'énergie et de réduire la consommation, une isolation complète nécessite une grande quantité de matériaux isolants. En particulier, les parois et le fond du bassin, la voûte et les parois du régénérateur, de la zone de fusion et de la zone de travail doivent être isolés pour limiter les pertes de chaleur. Les briques isolantes se caractérisent par une porosité élevée, un poids très léger et une densité inférieure à 1,3 g/cm³. L'air étant un mauvais conducteur thermique, les briques isolantes à forte porosité offrent une excellente isolation. Leur coefficient de conductivité thermique est 2 à 3 fois inférieur à celui des matériaux réfractaires classiques ; par conséquent, plus la porosité est importante, meilleure est l'isolation. Il existe différents types de briques isolantes, notamment les briques d'argile, de silice et à haute teneur en alumine.
Date de publication : 25 avril 2025
