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FOURS ELECTRIQUES A TEMPERATURE ELEVEEo
Les fours à température élevée connus à ce jour, à chauffage par résistance électrique, sont en général munis d'électrodes de court-circuit.
Le charbon est préféré comme élément de chauffage au graphite à cause de la résistance électrique plus élevée Ces fours à résistance au charbon ont le grand désavantage d'exiger un renouvellement fréquent des éléments de chauf- fage En remplacement, on doit toujours tenir en réserve un dépôt d'éléments de chauffage prêts à fonctionner, à cause de l'usinabilité difficile du char- bon. De plus;! il faut tenir compte de la destruction du charbon aux tempe- ratures voisines de 2000 et d'une graphitisation de la matière aux tempéra- tures supérieures à 2000 .Ces désavantages ont entravé le développement des fours de plus grand volume à éléments de résistance au charbon.
Dans la con- ception des fours à grenailles de charbon, on est tenu de prévoir un -espace entouré de céramique, rempli par la grenaille. Le charbon réagissant aux tem- pératures de 2000 avec toutes lesmatières céramiques en usage, il n'a pû être question d'adopter ces fours pour les températures élevées. Dans des cas spé- ciaux, où le graphite a déjà été adopté comme résistance de chauffage., on s'est limité à des sections relativement faibles des éléments de chauffage, ou on a été obligé de se-lancer dans la voie des intensités extrêmement éle- vées.
On a trouvé que les désavantages mentionnés ci-avant ne se pré- sentent pas lorsque l'on divise le conducteur chauffante conformément à l'in- vention dans la direction du courant, conducteur qui consiste en une matière de résistance appropriée,, de préférence du graphite, de sorte qu'il se forme un nombre de résistances de contact correspondant à l'étendue de la subdivi- sion.
De cette façon, le. conducteur chauffant, par exemple de la forme d'une électrode, peut se composer de divers corps en graphite, qui sont ajoutés 1'un à l'autre et qui, aux surfaces de contacta forment des résistances de contact perpendiculairement par rapport à la direction longitudinale de l'é- lectrode.
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Une telle forme d'exécution d'un four à température élevée lais- se craindre que,, aux endroits de contact du courant électrique, le contact ne soit pas tout à fait uniforme, en partie en corrélation avec la puissance de pression, et qu'il se forme de petits arcs électriques qui peuvent amener la détérioration et aussi la destruction des endroits où braient les arcs en question. Il a été surprenant de constater toutefois que.. en utilisant du graphite ou une autre matière de résistance appropriée dans les fours con- formes à l'invention, le transfert de courant dans le conducteur chauffant est tout à fait uniforme et que, par conséquents il y a garantie de fonction- nement régulier du four en cas de faible charge de courant.
Aux termes d'une forme d'exécution préférentielle de 1?invention, l'enveloppe du four est construite étanche au gaz, de sorte que le fonction- nement du four, ou tout au moins le chauffage jusqu'à une température supé- rieure à 2000 Peut' avoir lieu dans le vide. Si cette température est at- teinte, le vide peut être diminué ou lecas échéant9 supprimée car il s'est avéré que, à une température aussi élevées le danger d'une détérioration des points de contact du courant par la formation des arcs électriques n'exis- te pas ou n'existe que dans une faible mesure. Pour cette raison., les résis- tances conformes à l'exécution décrite selon 1-'invention, accusent une longé- vitéassez grande.
Le four peut fonctionner, non seulement dans le vide., mais aussi dans une atmosphère gazeuse neutre vis-à-vis du carbone, par exemple dans de l'azote, de l'argon,\1 de l'oxyde de carbone ou dans de l'hydrogène. Le chauffage du four peut également avoir lieu en présence de gaz oxygénifères, en particulier en présence d'aire
D'autres corps., en remplacement du graphite,, peuvent encore être utilisés comme matière de résistance. Il est par exemple possible d'utiliser des carbures de métaux, qui sont encore très résistants aux températures de travail, comme les carbures de tungstène., de titane, de zirconium,, de tar- tale ou de bore.
Il est aussi possible d'utiliser des résistances de compo- sition hétérogène, provenant par exemple de combinaisons de différents car- bures de métaux, sous forme d'agglomérés par exemple. Sa est également révélé comme particulièrement approprié un carbone qui est élevé pendant un court laps de temps à des températures supérieures à 2500 , ou encore un carbone difficilement "graphitisable" qui donner après le procédé de graphitisation, une matière à résistance électrique élevée. Enfin, il est possible également de fabriquer des résistances en différentes ares.9 par exemple des carbu- res comme le carbure de tungstène, et du carbone, comme le noir de fumée.
De ce fait, on se trouve dans la situation de pouvoir créer des conditions qui s'adaptent au procédé de chauffage désiré en choisissant de fagon adéquate le nombre de résistances de contact et la composition de la matière de résistance.
D'après une exécution de l'invention, le conducteur chauffant est constitué par du graphite et est composé de différents anneaux ou seg- ments.. sous forme d'un tube rond oupolygonal. Les anneaux ou les segments peuvent être placés les uns au-dessus des autres à plat., en dentelle ou re- posant sur quelques peints d'appuie Le tube formé de cette manière en dif- férentes pièces de graphite peut recevoir des épaisseurs de paroi habituel- les dans la technique., ear la résistance principale de l'élément de chauf- fage se trouve aux points de contact des parties et son importance est dé- terminée en premier lieu par le nombre de ces résistances de contact.
Du charbon pulvérulent, de la grenaille de charbon ou une couche de morceaux de charbon de bois, où est logé l'élément de chauffage., peuvent constituer l' isolation thermique. Une isolation de cette espèce soutient la stabilité de Isolément de chauffage. Les isolants céramiques, en général, ne peuvent toucher Isolément de chauffage. Dans ces cas, Isolément de chauffage est tenu isolé à une distance déterminée de 1'isolation.
On peut avoir recours à des isolations combinées de céramique et de charbon pulvérulent, de gre- nailles de charbon ou de charbon en morceaux, pour autant que l'on intercale entre la partie céramique et l'isolant à base de carbone un anneau neutre
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au point de vue ebizique, en garbure de silicium. par exemple. Le anneau en carbure de si1iium. peut se composer de pièces ou être disposé tel quel.
Pour les vides pousses? il est aussi possible de prévoir 19isolation par écran réflexe.
Les dessins annexés représentent à la fige I, une vue schéma-
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tique d'un four réalisé conformément à 1-objet de 19invention et les fig. 2 à 8 des vues de diverses tonnes d'exécutien de corps de chauffage pouvant être utilisées pour former 1$ élément de chauffage.
Le schéma en annexe figo 1 représente une forme d9ex'oution e de 1$invention. Dans la partie inférieure de l'enveloppe 1 est soudé un cône creux 2 en cuivre, fortement refroidi à l'eau. Sur ce cône est calé un cylin- dre 3 en graphitée qui sert de conducteur de courant de la zone chaude du
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four et se trouve en 60eoemication conductive avec 1?enveloppe 1 au-dessus du cône 2 sondé refroidi à lg saue A ce point,, se raccorde 1? élément de chauffage 4 composé de plu- sieurs anneaux de graphite tels que 13, voir figo 2 ou en variantes deeéou tion, voir fig. 3 à 89 élément qui recueille la matière à chauffer.
L' épaia- seur de paroi du tube formé par ces anneaux ou segments peut être de plusieurs centimètres par exemple. La hauteur des anneaux est fonction de la tension
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désirée du four. Plus faible est cette hauteur, d' autant plus de résistances de contact y-a-t-il., ce qui augmente la tension de travail. Les anneaux aussi bien que les segments peuvent être munis de pieds, voir fig. 4, 59 6, de sor- te qu'ils ne reposent que sur des points d'appui et non sur toute leur sur- face, ce qui augmente encore la tension de travail,, Comparés à un tube de graphite de mêmes dimensions, les éléments de chauffage conçus de cette ma- nière ont une résistance totale beaucoup plus élevée.
La modification des an- neaux en segments peut être avantageuse dans le cas de fours plus grande voir fig. 8.
A Isolement de chauffage 4 se raccordent les conducteurs 5 et 6
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en graphite qui s9embotent 8niquement 1?un dans Pautre.. Les deux tubes de cuivre refroidis à l'eau conduisent le courant électrique isolé par les cou- veroles 10 étanches au gaz. Sur le conducteur 6 se trouve une plaque de gra- phite 8 servant d'isolant thermique et au=dessus encore un recouvrement cé- ramique. Le courant électrique est amené isolé au four par les deux tubes de cuivre 7 et en est dérivé par 1? enveloppe 1 mise à' la terre. Le repère 11 représente une couche de grenailles de charbon de bois par exemple, qui en-
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trave fortement le rayonnement de la chaleur. fl érauaion de la chambre de chauffage a lieu par la tubulure 12.
Pour favoriser le refroidissements l'en- veloppe du four peut être plongée dans un réservoir d'eau ou contenant un au- tre liquide, ou bien elle peut être refroidie par un ruissellement,.
Le fait que le four est étanche au gaz garantit un travail dans le vide à des températures allant de 2.000 à 3000 . La durée d'utilisation de l'élément de chauffage dans le vide est quasi illimitée? à condition tou- tefois qu'il ne soit pas détruit par la charge du four.
L'apparence d'éléments de chauffage en service depuis plus de 100 heures n'était pratiquement pas modifiée. Le- temps de chauffage à environ 2.000 C, de préférence dans le vide.9 nest que de 45 minutes environ pour les fours décrits. La construction de ces fours est tellement simple que 1-'on peut éduquer très rapidement un personnel non averti.
Un avantage important du four réalisé conformément à l'invention réside en ce qu'il peut fonctionner et être construit en des dimensions plus grandes que celles connues à ce jour, sans frais 'élevés,, Il n'est plus néces-
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saire par exemple ddemployer de longs électrodes de graphite d'une seule pièces qui exigent une disposition spéciale des fours de grandes dimensions.
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Aux termes de le inen in9 on est en mesure de conformer le conducteur, de chauffage en plusieurs pièces (dans le sens longitudinal) en utilisant un grand nombre de résistances de contact. De ce fait., la construction de grands fours est facilitée et supportable au point de vue économique.
Les conducteurs chauffants peuvent être conçus fermés en corps moulés dune matière de résis- tance, et utilisée par exemple sous forme d'anneaux ou suivant les principes
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de la maçonnerie sous forme de secteurs.. Des espaces 14 peuvent être prévus entre les corps 13 formant le conducteur chauffant 4 permettant, le cas échéant par déplacement des corps moulés, d'obtenir une disposition en for- me de grille des corps de chauffage, tout en économisant la matière de ré- sistance, voir fig. 7.
Selon la forme d'exécution décrite à titre exemplatif dans le dessins les conducteurs chauffants peuvent déterminer en même temps la ten- dance de la chambre de chauffage recueillant les matières à chauffer. Dans une disposition de cette espèce, la conception en forme de maçonnerie du conducteur chauffant en briques de résistance s'est révélée particulière- ment bonne. Il en découle encore uneautre forme d'exécution en ce sens que les fours conformes à 1'invention peuvent être pourvus de plusieurs conduc- teurs chauffants., qui forment chacun une chambre de chauffage individuelle ou bien qui permettent l'arrangement de la matière à chauffer entre eux dans une chambre commune.
Les fours à haute température conformes à 1-'invention permettent des usages multiples. Dans ces fours, on peut par exemple traiter des oxydes fort réfractaires, comme 1-oxyde d'aluminium, ou on peut s'y livrer à des procédés de chauffage dans le domaine de la céramique qui exige des tempéra- t'ores très élevées. A ce jour; on était tenu dans ces cas au chauffage au gaz, car les fours électriques de grandes dimensions ne pouvaient du point de vue économique être pris en considération, quoique offrant une sécurité de fonctionnement plus grande et un contrôle de température plus exact. La fabrication des pierres précieuses artificielles constitue encore un autre domaine d'utilisation de ces fours.
On peut aussi traiter les métaux à point de fusion très élevé, comme le tungstène, et produire dans ces fours conformes à l'invention des carbures de grande pureté, comme par exemple le carbure de tungstène, de bores etc... qui exigent également des températures élevées.
Enfin, il est également possible d'exécuter dans ces fours des réactions de gaz d'espèce bien déterminée. Il est toutefois indiqué dans ce cas de chauffer préalablement le four à une température de plus de 2000 C, de préférence dans le vide.
REVENDICATIONS,,
1) Four électrique avec conducteurs de chauffage non métalliques, comme le charbon., le graphite., les carbures de métaux entre autres, permet- tant d'atteindre des températures élevées, dont les parois intérieures sont constituées en ordre principal par le conducteur de chauffage même, caracté- risé en ce que une ou plusieurs résistances construites en une matière mou- lée appropriées de préférence du graphite, servent de source calorifique et sont divisées dans la direction du courant.