Procédé pour le chauffage d'un bain de matière par effet Joule au moyen d'un courant électrique et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour le chauffage d'un bain de matière, en particulier le chauffage d'un bain de verre, par effet Joule au moyen d'un cou rant électrique. Elle comprend aussi un dis positif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Il est très important de pouvoir obtenir aux différents points d'un bain des tempé ratures différentes selon les besoins. Ces tem pératures sont obtenues par la chaleur libé rée en chacun de ces points, c'est-à-dire par la, répartition des lignes de mourant ou, ce qui revient au même, par la forme et la distri bution des surfaces équipotentielles dans la masse.
Dans ce but, il a déjà été proposé de mo difier la section offerte par le bain au pas sage du courant, en y immergeant des pièces réfractaires, mais l'utilisation de ces pièces comporte de nombreux inconvénients. Il a également été prévu d'agir sur les électrodes qui amènent le courant dans la matière à fondre, c'est-à-dire de modifier celles-ci soit dans leur forme, soit dans leur emplacement par rapport au bain, mais ce moyen entraîne également des difficultés. En outre, le plus souvent, les conditions imposées aux électro des produisent un déséquilibrage entre les phases.
Le procédé que comprend l'invention pour le chauffage d'un bain consiste en ce qu'on place dans le bain au moins un corps addi tionnel en matière conductrice ayant, à la température d'emploi, une conductibilité su périeure à celle du bain, permettant par suite une augmentation de la conductibilité du tra jet sur lequel il est placé.
Le dispositif que comprend aussi l'inven tion, pour la mise en oeuvre de ce procédé, est caractérisé en ce qu'il comporte une en ceinte destinée,à contenir le bain à chauffer, au moins deux électrodes et au moins un corps additionnel en matière conductrice ayant, à, la température d'emploi, une conduc- tibilité supérieure à celle du bain, ce qui per met une augmentation de la densité des lignes de courant dans la zone adjacente à ce corps et par suite une augmentation de la tempé rature développée.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ples et schématiquement, quelques formes d'exécution du dispositif que comprend l'in vention.
La fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une première forme d'exécu tion constituée par un four destiné à la fusion du verre.
La fig. la montre une variante de ce dis positif.
Les fig. 2, 3 et 4 sont des vues en coupe horizontale faites au-dessus du niveau du verre, de trois autres formes d'exécution.
La fig. 5 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une autre forme d'exécution comportant des électrodes alimentées par du courant triphasé, cependant que la fig. 6 montre une vue en coupe trans versale de ce dispositif.
La fi-. 7 est ime vue en perspective de la forme d'exécution des fig. 5 et 6.
Les fig. 8, 9, 10 et 11 sont des vues en coupe verticale longitudinale de quatre autres formes d'exécution pour l'alimentation par du courant triphasé, ces formes d'exécution pré sentant des dispositions différentes des élec trodes et des corps additionnels.
La fig. 1 représente, en coupe longitudi nale, un four à bassin 1, dans lequel le cou rant est amené dans le bain 2 par des élec trodes 3. En vue de concentrer le passage du courant dans les parties voisines de la surface du bain, des corps additionnels constitués par des barres de graphite 4, sont placés dans les couches superficielles da bain, entre les élec trodes, dans le plan horizontal de celles-ci, ces barres ayant, à la température d'emploi, une conductibilité supérieure à celle du bain, ce qui permet par suite une augmentation de la conductibilité du trajet sur lequel ces barres sont placées.
Grâce à la grande conductibilité des bar res de graphite immergées dans le bain, il ne peut s'établir que de faibles différences de potentiel entre deux points de l'une de ces barres. Il s'ensuit que les lignes de courant sent modifiées de telle manière que la surface des barres en question constitue des surfaces équipotentielles dans la nouvelle distribution du courant. En outre, le passage du courant dans l'ensemble du bain est facilité par la substitution, à une partie de la matière du bain, d'un corps ayant une résistance ohmi- que bien inférieure.
On peut donc agir, tant sur la distribution du courant que sur sa va leur proprement dite, c'est-à-dire sur la puis- sance libérée entre des électrodes déterminées.
Il est à. remarquer que, si l'on donne à ces barres une forme telle que les lignes de cou rant 5 se resserrent à leur voisinage, il est possible d'obtenir avec ces barres 4 non seule ment une concentration des lignes dans la zone de surface du bain, mais, en outre, dans cette zone elle-même, une concentration des lignes dans le voisinage de chaque barre 4. Ce resserrement des lignes a, comme on le sait, pour effet. de concentrer la. production de chaleur dans les zones de verre qui entou rent les barres 4 et d'y développer des tem pératures supérieures à ce que l'on obtien drait si l'énergie était libérée d'une manière uniforme entre les électrodes 3.
La présence des barres conductrices 4 diminue, en outre, la résistance offerte par l'ensemble du bain entre les deux électrodes. Il en résulte que, sans modifier la forme des électrodes, ni leur distance mutuelle, on obtient, à tension égale, une dissipation totale d'énergie plus grande.
La fig. la montre une forme d'exécution constituée par un four contenant deux élec trodes 3 entre lesquelles on a placé une barre conductrice 4 seulement.
Dans la forme d'exécution que la fig. \? montre en plan, des corps additionnels con ducteurs 4 sont placés dans la zone médiane seulement, sur une partie de la largeur du bain, afin que les lignes de courant, soient écartées des parois du four et que celles-ci soient par suite moins chauffées.
Dans les formes d'exécution que montrent les fi-. 1 et 2, on pourrait placer, au lieu de trois corps 4, une seule barre en matière con ductrice.
Dans la forme d'exécution représentée en fig. 3, les barres additionnelles 4 sont elles mêmes reliées entre elles, à l'extérieur du four, par un conducteur 7. On obtient ainsi un résultat équivalent à celui que l'on ob tiendrait en employant un corps conducteur qui occuperait tout l'espace compris entre les deux barres 4. Cette forme d'exécution a l'avantage de ne nécessiter que deux corps d'étendue relativement faible. De toute façon, on met en court-circuit complètement ou par tiellement toute la zone du bain comprise entre les barres additionnelles.
Si ces barres sont suffisamment écartées l'une de l'autre, on obtient, outre ce dernier résultat, une grande diminution de la résistance offerte par le bain dans son ensemble et, par suite, pour une même tension, une augmentation considérable de l'énergie dissipée dans le bain. On renforce également l'énergie dissi pée au voisinage des électrodes 3 elles-mêmes, ce qui est avantageux, notamment dans le cas où ces électrodes jouent le rôle de concen- trateur de l'énergie dissipée -dans, le verre.
Dans la forme d'exécution représentée en fig. 4, les barres additionnelles sont shun tées, par l'extérieur du four, comme dans la fig. 3. Elles sont utilisées pour soustraire au passage du courant le verre de la partie in termédiaire 8, qui comprend un passage ré tréci. On évite ainsi l'élévation de tempéra ture qui, sans la présence des barres 4, serait produite par le passage du courant dans la partie rétrécie.
Les fig. 5 à 11 se rapportent à des for mes d'exécution dans lesquelles le chauffage de bains de matières, en particulier de bains de verre, est obtenu par des courants poly phasés. Dans l'utilisation de ces courants, il faut, comme on le sait, réaliser une réparti tion déterminée entre les quantités d'énergie développées par chaque phase et, en général, on recherche l'équilibrage de ces quantités d'énergie, qui peuvent être désignées comme charges.
D'une manière générale, les opérations thermiques à réaliser imposent aux électrodes certaines conditions pour leur emplacement, leur forme, leurs dimensions et l'intensité du courant qu'elles doivent amener dans le bain. C'est ainsi que dans les fours à bassin pour la fabrication continue du verre, la ma tière subit, au cours de son acheminement d'une extrémité à l'autre du bassin, une série de traitements successifs tels que fusion, affi nage, refroidissement, pour chacun desquels doivent être réalisées des conditions bien dé- terminées, à la fois pour le degré de tempé rature et pour la durée du traitement.
Comme cette répartition de l'énergie électrique dans le bain dépend entre autres facteurs de la position des électrodes, l'emplacement de celles-ci dans le bain est par conséquent dans une certaine mesure déterminé. D'autre part, il est des cas où le chauffage à température élevée est réalisé et localisé dans la zone du bain qui est au contact ou au voisinage des ,électrodes, par le fait que l'on donne<B>à,</B> celles-ci une forme et des dimensions telles que- la :
densité -des lignes de courant qui y aboutissent -est, dans cette zone, plus élevée qu'ailleurs. Dans ce cas, on est conduit à donner au bain, pour la zone voi sine des électrodes parcourue par le courant, une résistance ohmique déterminée et à faire passer dans cette zone un courant d'intensité déterminée.
Lors de l'emploi de courants polyphasés, fil est -donc important de pouvoir réaliser à la fois l'équilibrage des phases et les conditions imposées aux électrodes pour l'opération ther mique envisagée. Dans les formes d'exécution représentées sur les fig. 5 à 11, le four 1, par exemple du type à bassin, comporte des électrodes 9, 10 et 11 destinées à assurer le chauffage du bain de matière 2, par passage du courant au travers de la masse. Chaque électrode est reliée -à une phase d'une source de courant triphasé.
Dans ces formes d'exécution, les électrodes 9, 10 et 11 sont disposées sensi blement horizontalement, transversalement au four, et au même niveau. Comme indique ci-dessus, cette disposition des électrodes peut être imposée par le traitement thermique à. réaliser. Il peut en être également, de même pour les formes et ,sections des électrodes.
Cette disposition présente la particularité que la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11 est plus grande que la résis tance du bain entre l'électrode centrale 10 et chacune des électrodes 9 et 11. Il en résulte que, généralement, et notamment s'il s'agit d'électrodes identiques comme dimensions, la puissance se répartit inégalement entre les trois électrodes, étant donné que la charge correspondant à. la phase 9-11 est moins élevée que pour les autres phases.
On introduit dans le bain des corps ad ditionnels 4 qui ont, à la température du bain, une conductibilité supérieure à celle de ce dernier, qui sont disposés de telle manière que la résistance ohmique du bain entre les électrodes 9 et<B>Il</B> soit diminuée par rapport à. la. résistance du bain pour les groupes d'é lectrodes 9, 10 et 10, 11. A cet effet, les corps 4 sont respectivement placés dans le voisi nage des électrodes 9 et 11 et sont connectés entre -eux, à l'extérieur du four, par un con ducteur 7, de manière @à. shunter la partie du bain comprise ente les corps..
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 5 à 7, les corps additionnels 4 sont disposés chacun sensiblement dans le plan vertical passant par l'électrode extrême cor respondante, ces corps étant disposés dans un plan horizontal parallèle au plan des .élec trodes. Comme déjà indiqué, ils sont connec tés l'un à l'autre par une barre conductrice 7 disposée à l'extérieur du four. Comme on le voit, le passage du courant entre les élec trodes 9 et 11 s'effectue à la, fois par le bain de verre et par le shunt 7. Il est donc facilité par rapport au cas on, en l'absence des corps 4, il devrait obligatoirement s'effectuer par le bain de verre.
La présence du shunt faci lite également le passage du courant entre les électrodes 9 et 10 et 10 et 11, mais, dans une mesure beaucoup plus faible que pour les électrodes 9 et 11. En tout cas, on. a. le moyen d''augmenter la, charge entre les électrodes 9 et 11 par rapport à celle des électrodes 9, 10 et des électrodes 10. 11. L'influence des corps immergés et du shunt dépend de nom breux facteurs; en premier lieu, elle dépend de la résistance du bain dans la, zone entre électrodes et corps, c'est-à-dire de la distance des corps aux électrodes. En outre intervient également la résistance plus localisée offerte au passage du courant par la zone qui entoure immédiatement chaque corps 4 et qui est d'autant plus grande que la, surface effective de contact de ces corps avec le bain est plus faible.
De même, l'action des corps est con ditionnée par la résistance du shunt qui les relie. On peut agir sur cette résistance par exemple en intercalant dans le conducteur 7 des résistances ohmiques ordinaires, ou des enroulements mettant en jeu la self-induc tion.
On pourra. donc agir sur ces différents facteurs, c'est-à-dire la distance des corps aux électrodes, la surface effective de contact de ces corps avec le bain, l'aménagement du shunt 7. pour amener à la valeur exacte que l'on désire la répartition de la charge entre les trois électrodes.
La disposition donnée aux corps 4 dans les fig. 5 à 7 présente l'intérêt particulier de créer des zones chaudes verticales aux deux extrémités de la zone occupée par les électro des, grâce au passage du courant entre cha cune des électrodes extrêmes et chacun des corps 4 situés à. son aplomb.
Dans les formes d'exécution représentées sur les fi-. 8 à 11, les corps conducteurs 4 sont. situés sensiblement dans le même plan horizontal que les électrodes. Selon la fig. 8, chaque corps conducteur 4 est situé entre une électrode extrême et l'électrode centrale, l'un des corps 4 étant placé dans la zone voisine (le l'électrode 9 dans l'intervalle séparant les électrodes 9 et 10, et l'autre corps 4 étant lui même placé dans la. zone voisine de l'électrode I1 dans l'interv tille séparant les électrodes 10 et 11. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11.
On diminue également, mais dans une moin- dre proportion, la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11 et l'électrode cen trale 10. On a donc ainsi le moyen d'équili brer les charges entre les trois phases. Par ailleurs, cette disposition présente la particu larité que chacune des résistances entre les électrodes est diminuée de sorte que, avec une même tension d'alimentation, on accroît la puissance dépensée.
Dans la forme d'exécution représentée en fig. 9, chaque corps 4 est également situé dans la. zone voisine d'une -électrode extrême 9, 11, mais est placé à l'extérieur de l'espace compris entre l'électrode centrale et l'élec trode extrême correspondante. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11. Par contre, on influe pra tiquement peu sur la résistance du bain entre les électrodes extrêmes et l'électrode centrale, de sorte qu'il est particulièrement aisé dans ce cas d'augmenter la charge dans la phase 9, 11, par rapport aux charges des. deux au tres phases.
Cette disposition, qui modifie assez peu la résistance du bain entre l'élec trode centrale et les électrodes extrêmes, peut être avantageuse lorsque par l'utilisation des corps 4, on désire, à tension égale, augmen ter le moins possible la puissance mise en jeu.
Dans 1a, forme d'exécution représentée en fig. 10, l'un des corps 4 est situé dans la région voisine de l'électrode 9, dans l'inter valle compris entre cette électrode et l'élec trode centrale. L'autre corps 4, lui-même situé dans la région voisine de l'électrode 11, est placé en dehors de l'intervalle compris entre cette électrode et l'électrode centrale. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrêmes mais en influant dif féremment sur la résistance du bain, d'une part, entre l'électrode centrale et l'électrode 9 et, d'autre part, entre l'électrode centrale et l'électrode 11.
La diminution de résistance du bain pour les électrodes<B>10., Il</B> est en effet pratiquement faible, tandis qu'elle est plus forte pour les électrodes 9, Il. Cette influence dissymétrique du dispositif repré senté sur la fig. 10 peut être avantageuse- ment mise à profit dans certains cas, par exemple dans le cas où les électrodes 9 et 11 ne sont pas symétriques par rapport à l'élec trode centrale, soit que leurs distances à celle-ci ne soient pas égales ou qu'elles n'aient pas les mêmes dimensions l'une que l'autre.
Il est possible alors, par l'utilisation d'un dispositif tel que représenté à la fi-. 10, de rétablir l'équilibre entre la phase 9, 10 et la. phase 9, 1L Dans la forme d'exécution représentée en fig. 11, l'un des corps 4 est dédoublé en deux pièces 4 et 4a situées de part et d'autre de l'électrode d'extrémité 11.
Cette disposition a l'avantage de donner lieu, pour les lignes de courant issues de l'élec rode 11, à une répar tition plus uniforme puisque le courant qui passe par le shunt a deux voies de passage au lieu d'une.
Les formes d'exécution représentées sur les fig. 8 à 11 permettent, comme indiqué ci-dessus au sujet du dispositif des fig. 5 à 7, de donner aux charges la répartition exacte que l'on désire en agissant sur la distance des corps aux électrodes, la surface effective de contact des corps avec le bain et l'amé nagement du shunt 7.
Le procédé et les dispositifs décrits per mettent de réaliser d'une manière aisée toute répartition voulue de la charge entre les pha ses, tout en laissant aux électrodes l'empla cement et la disposition que l'on veut leur donner, et en réalisant dans la zone du bain qui est à leur voisinage immédiat le degré de température élevé que l'on désire.
Le ou les corps additionnels immergés dans le bain et ayant, à la température d'utilisation, une conductibilité électrique supérieure (à celle du bain, se trouvent dans des conditions d'em placement, de dimensions ou de dispositions relatives telles que la résistance ohmique du bain, pour le passage du courant entre les deux électrodes qui correspondent à la phase dont on veut augmenter la charge par rapport à celle des autres phases, se trouve diminuée par rapport à la résistance ohmique du bain pour les électrodes qui correspondent à ces autres phases.
Dans d'autres formes d'exécution, les corps additionnels immergés peuvent être ver ticaux, présenter toute forme ou disposition voulue, être en toute matière conductrice ap propriée, être constitués chacun par plusieurs éléments connectés entre eux extérieurement ou intérieurement. On peut prévoir des formes d'exécution destinées à être alimen tées par des courants polyphasés quelconques, c'est-à-dire que le nombre d'électrodes peut être différent de celui envisagé ci-dessus et la disposition des électrodes peut être diffé rente de celles représentées au dessin.