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BREVET D' INVENTION "PERFECTIONNEMENTS AUX FOURS ELECTRIQUES"
La présente invention est relative aux fours électriques du genre dans lequel la charge elle-même sert de résistance pour le courant électrique et elle a trait plus particulièrement aux fours pour la fusion et la fabrication du verre, du silicate de sodium et autres substances analogues.
Le but principal de la présente invention est de réaliser un système de four qui évite l'action destructive due au passage du courant électrique sur le revêtement du four et l'action destructive due au mouvement de la charge fondue du fait de courants de convexion et de régler la conductivité électrique de la charge autrement que cela n'a été fait jusqu'ici.
Dans la construction de fours électriques pour
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l'industrie, on n'a prêté que peu d'attention à l'action destructive qu'a le courant électrique passant dans celuici sur le revêtement réfractaire. Dans les fours destinés à certaines applications, ceci est inévitable, dans d'autres le bain fondu lui-même agit de façon si destructive que la détérioration due au passage du courant est négligeable. Dans d'autres fabrications, telles que celles du verre et du silicate de sodium, où il est important que le produit soit de qualité élevée, il est nécessaire de faire le four de façon que le bain soit souillé aussi peu que possible par le revêtement réfractaire.
De nombreuses recherches faites en vue de l'invention ont montré que lorsque les parois latérales d'un four se trouvent sur le trajet du courant électrique passant entre les électrodes, ce courant exerce une action destructive sur ces parois du four qui, si elle se continuait, peut même détruire complètement ces parois en très peu de temps.
Les courants de convexion du bain fondu lui-même exercent une autre action destructive sur les parois du four électrique dans lequel la masse sur laquelle on agit est fondue. Ces courants existent dans presque tous les fours de fusion, mais sont plus sensibles dans les fours électriques du type à résistance directe lorsque la chaleur est engendrée dans le bain au lieu de l'être à la surface comme dans un four chauffé par un combustible.
Un autre inconvénient du fonctionnement des fours électriques tient à la façon dont ils sont réglés. Lorsque, par exemple, la fabrication en provenance d'un four est réduite, ceci s'obtient en général en réduisant la tension.
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Cette chute de tension réduit momentanément ltampérage du four, réduisant ainsi nettement la charge, mais lorsque le four est stabilisé à la nouvelle tension, il regagne la plus grande partie de cette perte. Comme cette stabilisation peut nécessiter un ou deux jours, ce procédé de réglage est coûteux au point de vue du temps perdu. Il est par suite, beaucoup plus intéressant de régler le four en faisant varier directement l'ampérage plutôt que la tension ou en réglant les deux en combinaison.
La présente invention se propose par suite de remédier aux inconvénients ci-dessus ainsi qu'on va l'expliquer ci-après.
Suivant l'un de ses aspects, la présente invention consiste à placer les parois du four, qu'elles soient parallèles, obliques ou courbes, par rapport aux électrodes, et au courant qui passe entre celles-ci d'une façon telle, par rapport à celles-ci, que ces parois soient en dehors du champ de passage du courant et, par suite, ne soient pas soumises à des détériorations du fait de celui-ci.
A un autre point de vue, la présente invention envisage l'établissement et la disposition d'électrodes, dans un four de ce genre, de façon à réduire les pertes thermiques causées par les liaisons entre les électrodes et les barres omnibus qui, en général, traversent les parois du four.
La présente invention vise en outre une électrode ayant une grande masse ce qui est intéressant au point de vue de la conservation de la chaleur, lorsque ces électrodes sont montées sur des plateformes ou blocs qui peuvent être convenablement refroidis, de sorte que la profondeur du bain
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fondu entourant les électrodes est inférieure à une partie du bain se trouvant entre les électrodes.
La présente invention envisage en outre le recouvrement de la charge fondue au moyen d'une couche sèche de matière première qui empêche les pertes thermiques par radiation et qui en agissant sur elles peut servir pour régler de façon appropriée le fonctionnement du four.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan d'un système de four type selon la présente invention;
La figure 2 en est une coupe en élévation, faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ;
La figure 3 en est une coupe en élévation, faite suivant la ligne 3-3 de la figure 1;
La figure 4 est une vue en coupe de détail, à plus grande échelle, d'une électrode, montrant les conduits de refroidissement;
La figure 5 est une vue de détail en coupe d'une variante de l'électrode.
Les exemples de réalisation représentés, donnés à titre d'exemples seulement,se réfèrent à un four monophasé construit conformément à la présente invention quoique évidemment la présente invention envisage l'emploi de courants polyphasés aussi bien que monophasés. Le four proprement dit peut consister en une pièce coulée en acier 1 sur laquelle est placé un fond fait de briques empilées à jour 2, l'espace compris entre les briques étant rempli de sable sec au-dessus duquel se trouve un lit d'argile réfractaire
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4 ayant environ 25 mm d'épaisseur par exemple. Sur le dessus du lit d'argile réfractaire, est placée de champ une série de briques,2 et sur ces briques sont placés les blocs 6 constituant la sole du four. La sole ainsi faite est enfermée entre des parois latérales appropriées 2.
De façon à réduire les courants de convexion dans le bain fondu, les blocs 8 supportant les électrodes sont placés sur la sole du four et ces blocs peuvent évidemment être distincts du bloc 6 constituant la sole ou en faire partie intégrante, comme on le désire. Ces blocs forment en effet deux plateformes longitudinales de chaque côté du four et portent les électrodes.
Entre ces deux pla- teformes et sous les bases des électrodes, se trouvent, entre les parois transversales du four , un canal ou bassin H qui a une largeur et une profondeur telles qu'il contienne une masse sensible de matière fondue de sorte que le verre ou autre charge fondue contenue dans celui-ci se refroidit très lentement à travers les côtés de la plateforme et le fond du four, jusqu'à une température inférieure à celle qu'a le verre dans la zone de chauffage comprise entre les électrodes. Le verre ainsi refroidi a une plus grande densité que le verre plus chaud qui se trouve au-dessus et, par suite, ne prend pas part au mouvement du verre dans la zone de fusion ou de chauffage, ce qui conserve de façon sensible la chaleur et empêche nettement les mouvements dus aux courants de convexion.
Ce refroidissement ne doit pas avoir lieu dans une mesure telle que l'opération de raffinage qui se produit dans le verre s'arrête.
Chacune des plateformes 8 peut être pourvue de canaux de refroidissement 10 dans lesquels passe n'importe
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quel agent de refroidissement approprié, combinés avec des régulateurs de circulation appropriés (non représentés) de façon à régler le degré et la vitesse de l'enlèvement de chaleur se produisant, à partir de ce point, de la charge du four. Le four étant fortement isolé, la radiation est faible et il est par suite possible de régler la température du verre dans le bassin en réglant la qualité d'agent réfrigérant passant par les canaux 10. Des pyromètres placés en différents points, en combinaison avec d'autres appareils appropriés (non représentés), peuvent régler automatiquement cette température.
Les électrodes représentées en 11 peuvent être en fer à faible teneur en carbone, en alliages de fer, en métaux non ferreux et en alliages de métaux à point de fusion élevé, en carbone ou en graphite mais, dans la plupart des cas, c'est le fer à faible teneur en carbone qui convient le mieux car il est bon marché, robuste et durable et ne souille en aucune façon le bain et, du fait de sa bonne conductibilité calorifique, on peut maintenir uniforme sa température. Les électrodes sont faites non seulement de façon à avoir une large surface de contact avec la partie du bain qui sert de résistance pour le courant électrique mais encore à avoir un grand volume ce qui tend à égaliser leur chaleur et sert à empêcher des surchauffes locales.
L'arrivee de courant à chacune des électrodes peut se faire au moyen d'une plaque 12 traversant les parois du four ou allant à l'extérieur et sur laquelle peut se faire la liaison avec la barre omnibus. Comme on le voit sur la figure 3, le dessus des électrodes peut pénétrer
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dans la couche de matière première 13 qui se trouve au- dessus du bain fondu 14 auquel cas on a constaté que la détérioration ou l'oxydation est négligeable. Comme cela est représenté, les électrodes sont entourées sur les quatre faces verticales par le bain fondu.
Lorsque l'on utilise des électrodes en carbone ou en graphite, il est bon de leur donner une forme telle que celle représentée sur la figure 5. Celle-ci peut con- sister en un bloc rectangulaire 15, taraudé en 16, de façon à recevoir une vis 17 munie d'une liaison 18, avec la barre omnibus. Il y a lieu de noter qu'une disposition de ce genre permet de noyer les pièces 17 et 18 dans le recouvre- ment en matière première.
Il faut avoir bien soin, lorsque l'on détermine l'emplacement des parois du four qu'il n'y ait pas de partie sensible du courant qui passe par ces parois. On a constaté d'après un nombre considérable d'expériences que l'emplacement de ces parois peut être déterminé par la for- mule suivante : C = A+B/@
2 dans laquelle A est la distance entre les électrodes, B l'épaisseur d'une électrode et 0 la distance entre le côté de l'électrode et la paroi du four qui est en face, le tout comme représenté sur la figure 1.
On a constaté que cette distance varie un peu avec la tension qui régne dans le four et, par suite, une formule plus exacte serait la suivante : C = A+B V C = 2 74 dans laquelle V est la tension moyenne de fonctionnement du four.
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En plaçant les parois latérales du four par rapport aux électrodes, suivant ces formules, on peut soit supprimer complètement, soit réduire sensiblement, la détérioration des parois du four due au passage du courant.
Evidemment, la dimension C peut être comprise entre le côté de l'électrode et une paroi latérale sensiblement parallèle ou entre le côté de l'électrode prolongé et une paroi latérale du four.
La couche de matière première 13 peut être utilisée comme moyen servant à diminuer ou augmenter la conductivité électrique de la résistance qui est le bain fondu lui-même. En tout cas, la couche de matière première recouvrant la surface du bain fondu devrait avoir une épaisseur minimum telle que les gaz qui y pénètrent quittent cette couche de recouvrement aussi froids que la matière première nouvellement chargée. Elle doit en outre être si épaisse qu'il n'y ait pas de poche de gaz entre son fond et la surface du bain fondu. La couche de matière première 13 peut être étalée uniformément sur le four par un chariot 19, actionné par moteur, circulant sur des rails 20 que l'on peut faire descendre ou monter au moyen d'une vis actionnée par vis sans fin 21 que l'on commande de toute fa- çon appropriée.
Le fond du chariot de chargement 19 fonctionne entre des rails latéraux 22 de façon à s'adapter à différentes hauteurs du recouvrement. Il est prévu un trou de coulée 23 pour la sortie de la charge avec bec 23' qui peut de même être levé ou abaissé au moyen d'un mécanisme à vis 24. Le trou de coulée peut être pourvu d'un couvercle 25 comme cela est représenté sur la figure 2. Comme ce couvercle pouvait être amovible, il n'a pas été représenté
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sur la figure 1.
On peut régler la conductivité électrique de la résistance constituée par le bain fondu en faisant monter ou descendre le niveau du bain dans la chambre de fusion.
Ceci peut se faire en faisant monter ou descendre le bec de coulée 23' de la quantité voulue ou en augmentant l'épaisseur de la couche de matière première 13. Evidemment, si l'on augmente l'épaisseur de la couche de matière première 13,son poids provoque un abaissement du niveau du bain fondu par coulée par l'orifice de coulée 23 et un réglage de la charge électrique du four entraînant une plus faible conductivité et un plus faible ampérage. Si l'on essaye de faire ce réglage en réglant la tension, l'ampérage reste pratiquement sans changement et la destruction de la matière réfractaire due au courant reste la même. Le temps nécessaire pour arriver à la stabilisation à la charge inférieure est également beaucoup plus long.
Dans la fabrication de silicate de sodium, il est avantageux d'avoir une combinaison à la fois par réglage vertical du trou de coulée et par réglage de la hauteur de la couche de matière première.
Toutefois, le réglage du trou de coulée ne peut pas être utilisé lorsque le four fonctionne en combinaison avec certains types de machines à bouteilles auquel cas on ne peut utiliser que le niveau de la charge pour tenir compte de ce fait. Un avantage de ce procédé de réglage est qu'il réduit considérablement le prix de l'installation électrique car on peut utiliser un transformateur beaucoup plus simple et il n'est pas nécessaire d'avoir un réglage de la tension coûteux.
Bien que l'on ait représenté et décrit l'invention
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en se référant à certains modes de réalisation particuliers, il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à ceux-ci mais qu'elle comporte toute variante ou modification conforme à son esprit.