Procédé de réglage de la puissance absorbée par les fours à bains de sels à électrodes plongeantes et four pour la réalisation de ce procédé. Dans les fours électriques à bains de sels à électrodes plongeantes, la résistance offerte par le bain de sel au passage du courant est très variable non seulement suivant la nature s du sel utilisé, mais aussi suivant la tempé rature de ce sel, suivant la quantité et le volume des pièces métalliques à. chauffer que l'on immerge dans le bain, etc.
Il en résulte que si l'on maintient constante la tension aux bornes du four, la puissance absorbée par le four varie entre d'assez larges limites et il n'est pas possible, sans dispositif spécial, de la régler à volonté, par exemple au fur et à mesure de la montée de la température ou de i l'introduction des pièces métalliques à chauf fer. La puissance se règle d'elle-même et elle peut tantôt dépasser la capacité de puissance du transformateur, tantôt, au contraire, rester très en dessous de cette capacité, ce qui en traîne une lenteur dans le chauffage ou même l'incapacité de chauffer si la chaleur appor tée reste inférieure aux pertes.
La solution généralement adoptée jusqu'à présent par les constructeurs consiste, pour 5 un bain de composition déterminée et pour un problème métallurgique également déter miné (quantité de pièces à porter à une tem pérature donnée dans un temps donné), à prévoir plusieurs tensions différentes, au se condaire du transformateur et à adopter pour chaque période de marche du four (démar rage, chauffage plus ou moins rapide, mise en veilleuse, etc.), la tension convenant le mieux, c'est-à-dire celle pour laquelle la ré sistance présentée par le four pendant cette période correspond le mieux à la.
puissance de régime prévue pour l'installation.
Cette manière de faire n'est cependant pas parfaite; elle assure, il est vrai, - une meilleure utilisation du transformateur, mais elle ne permet pas d'arriver à une régularité de marche absolue.
A titre d'exemple, dans un four de 20, kW -du type Ajax à électrodes plongeantes, la puissance instantanée absor bée au cours de la montée en température du bain de sel varie dans de telles proportions, pour une tension déterminée. que si l'on vou lait, .au cours de ce chauffage, utiliser à cha que instant la totalité de la.
puissance instal lée du transformateur, il faudrait faire varier en même temps la tension dans des proportions également considérables, par exemple de 30 pour une montée en température de 650 à 850 C. Même si l'on utilise, au cours de ce chauffage, successivement plusieurs tensions différentes, la puissance absorbée varie par palier, mais ne reste pas, à chaque instant, voisine de la puissance maxima.
Ces irrégu larités sont encore plus sensibles quand il s'agit de passer de la période de démarrage à la période de chauffage ou de la période de chauffage à la période de mise en veil leuse. En outre, le fait d'avoir plusieurs prises différentes sur le transformateur com- plique considérablement sa construction et entraîne une augmentation très importante du prix de revient de l'ensemble de l'instal lation.
La présente invention, réalisée avec la collaboration de M. Christian Lavelle, com prend un procédé de réglage de la puissance absorbée par les fours à bains de sels à élec trodes plongeantes, qui permet de remédier aux inconvénients rappelés ci-dessus.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait varier la profondeur d'immersion des électrodes dans le bain, la tension constante maxima aux bornes du secondaire du trans formateur étant choisie suffisamment élevée pour permettre une course de déplacement des électrodes correspondant aux variations de puissance exigées par le régime de marche du four sans que l'homogénéité de tempéra ture du bain en soit altérée.
L'invention comprend en outre un four à bains de sels à électrodes plongeantes pour la réalisation du procédé, caractérisé en ce que les électrodes, reliées par des câbles souples au transformateur, sont montées sur un cha riot mobile verticalement, des moyens étant prévus, d'une part, pour permettre de dépla cer verticalement ledit chariot, selon la pro fondeur d'immersion désirée pour les élec trodes et, d'autre part, pour repérer la pro fondeur d'immersion des électrodes.
On a représenté, à titre d'exemple, au dessin ci-annexé, une forme d'exécution du four que comprend l'invention, constituée par un four à bains de sels du type Ajax à quatre électrodes.
Fig. 1 est une coupe axiale verticale du four suivant I-I de la fig. 2.
Fig. 2 en est une vue en plan.
Nous avons constaté que si l'on fait varier d'une façon continue la hauteur d'immersion des électrodes (ou d'une électrode), toutes autres choses étant égales, la puissance absor bée par le four varie elle aussi d'une façon continue et est une fonction sensiblement linéaire de cette hauteur d'immersion.
D'au tre part, pour deux régimes de marche dif férents d'un même four, par exemple pour la période de montée en température du sel et la période de chauffage des pièces métalli ques immergées, il est possible, en utilisant une tension unique au secondaire du trans- formateur, de régler la hauteur d'immerio1i des électrodes de manière à maintenir la puissance sensiblement constante -et voisine de la puissance normale d'utilisation du trans formateur.
Cependant, il peut arriver que, pour une hauteur d'immersion faible, bien que la puis- sance absorbée ait une valeur satisfaisante, l'homogénéité de température du bain ne soit plus assurée d'une manière parfaite, cette homogénéité étant normalement d'autant meilleure que les électrodes plongent plus bas dans le bain. Nous avons découvert qu'il était possible de remédier à cet inconvénient en donnant à la tension choisie pour le se- conda.ire une valeur suffisamment élevée.
Si l'on augmente en effet cette tension - toutes autres choses étant égales - la profondeur d'immersion des électrodes peut, dans d'assez larges limites, être diminuée, sans que l'homogénéité de température du bain en soit altérée sensiblement et tout en conservant une puissance absorbée suffisante. C'est donc sur le choix de cette tension que le construc teur devra porter son attention.
Pratique ment, pour calculer un four, on procédera de la manière suivante: étant donné le sel. em ployé et la température à atteindre, on se donnera tout d'abord, a priori, une valeur déterminée pour la profondeur minima d'im mersion des électrodes qui sera., par exemple, de l'ordre de la moitié de la hauteur du bain; après quoi, on choisira, pour la tension du secondaire du transformateur, une valeur suffisamment élevée pour que, en marche normale (bain fondu), on ait la puissance dé sirée avec cette profondeur d'immersion. On vérifie que, pour cette valeur de la tension, l'homogénéité de température est bien réali sée dans le sein du bain et on peut détermi ner à ce moment d'une façon précise jusqu'où, en utilisant cette tension, on peut relever les électrodes sans nuire à l'homogénéité.
Au cas où l'homogénéité ne serait pas réalisée pour cette tension, il faudrait choisir une profondeur minima d'immersion initiale plus grande et déterminer à nouveau la tension correspondante. Cette détermination de la tension se fera, en tout cas, en tenant compte de toutes les caractéristiques connues des types de fours auxquels on veut appliquer l'invention et en procédant éventuellement à quelques essais. On fixera finalement son choix sur la tension limite à partir de la quelle le résultat cherché est obtenu.
Dans ces conditions, lorsque le four fonctionnera sur cette tension limite qui aura été fixée une fois pour toutes, toute augmentation de puis sance nécessitée par l'introduction dans le bain des pièces métalliques à chauffer sera obtenue en augmentant la profondeur d'im mersion des électrodes. Cette augmentation de l'immersion ne peut que favoriser la bonne homogénéité de la température et, d'autre part, elle permet de régler à chaque instant 1-a puissance absorbée et de maintenir celle-ci sensiblement constante et voisine de la valeur la plus convenable pour le régime de marche envisagé.
Cette mise en aeuvre du procédé permet d'assurer ainsi à la fois une grande souplesse de marche du four et de faire tra vailler le transformateur dans les meilleures conditions, tout en conservant au four son avantage fondamental, d'assurer au bain une parfaite homogénéité de température. Il est bien entendu, enfin, que pour des périodes de marche du four pour lesquelles l'homogénéité de la température n'est plus indispensable, on pourra relever les électrodes au-dessus de la profondeur minima prévue, ce qui permettra encore de marcher à plus basse puissance -et augmentera encore la souplesse de marche du four.
Dans le cas où l'on désire faire travailler le four avec un même sel, mais à des tempé ratures très différentes, on calculera le four pour la température la plus basse en suivant la marche qui vient d'être indiquée. Lors qu'on travaillera à la température la plus élevée, on sera alors amené à baisser les élec trodes; de toute façon, par conséquent, l'homo généité sera assurée. .
Il est possible, enfin, si on le désire, d'agir, en même temps que sur l'immersion des électrodes, sur l'écartement de celles-ci; mais, d'une part, les variations de puissance correspondantes sont en général assez faibles, et, d'autre part, l'écartement des électrodes est en général conditionné par d'autres exi gences de construction: par exemple, dans les fours du type Ajag, l'écartement des élec trodes est imposé, par la nécessité d'obtention d'un brassage électromagnétique dû au cou rant circulant entre les électrodes.
Dans les formes d'exécution préférées du four que comprend l'invention, les variations d'immersion des électrodes pourront être assu rées par un dispositif connu quelconque, analogue par exemple à celui qui existe sur les fours électriques à arc. L'immersion pourra être réglée soit automatiquement, soit à la main.
Tel qu'il est représenté au dessin, le four dont la cuve est figurée en 1 comprend quatre électrodes 2 reliées@au transformateur 3 par dés câbles souples 4. Les deux électrodes centrales sont assujetties rigidement par deux bras isolés 5:à une équerre centrale 6 qui est fixée au milieu d'une glissière horizontale 7. Les deux autres électrodes, situées de part et d'autre des précédentes, sont respectivement reliées par des bras isolés 8a, 8b à deux équerres mobiles 9û, 9,b susceptibles de coulis ser sur la glissière 7.
Un volant 10, solidaire d'une vis portant .deux filets à pas contraires, respectivement en relation avec les équerres mobiles 9a, 9b, permet de modifier l'écarte ment entre les trois équerres et, par suite, de faire varier l'écartement entre les électrodes.
Pour permettre de faire varier la profon deur d'immersion des électrodes., la glissière 7 portant l'ensemble des quatre électrodes est montée sur un chariot 11 mobile verticale ment. Le déplacement de ce chariot est assuré par un système pignon et crémaillère 12-13, le pignon 13 étant relié par un train d'engre nages à un volant man#uvrable à la main 14. Un disque gradué 15 et une aiguille fixe 16 permettent de repérer la. profondeur d'im mersion.
Les principaux avantages résultant de la mise en ceuvre décrite du procédé sont les suivants Tout d'abord, on peut diminuer dans une grande proportion le nombre de prises qui étaient nécessaires au secondaire du transfor mateur dans les fours du type courant. Pra tiquement, le nombre de ces prises peut être réduit à une ou deux. Dans ce dernier cas, l'une des tensions sert en général au démar rage et à. la. fusion du sel, l'autre est réservée à la période de marche normale.
Pour cer tains problèmes particuliers, par exemple dans le cas d'une marche avec des sels diffé rents ou à des températures très différentes, on peut être amené à prévoir plus de deux tensions au secondaire, mais de toute ma nière, le nombre en est beaucoup moins élevé que dans le cas de la construction normale des fours, telle qu'elle est pratiquée actuelle -ment. D'autre part, ce procédé donne la possi bilité de régler la puissance d'une façon con tinue. Il résulte de la diminution du nombre des prises du transformateur un abaissement très notable du prix de revient de celui-ci. En outre, il est possible de faire travailler cons tamment l'ensemble de l'installation au voi sinage de la puissance qui convient le mieux.
Celle-ci est donc utilisée avec le meilleur ren dement possible et on réalise des gains de temps très appréciables, tant sur la période de démarrage que sur celle de la marche cou rante. Au cours de la marche en veilleuse, on peut aisément limiter la puissance à la quan tité juste nécessaire pour compenser les pertes de chaleur, et la température du. bain peut être maintenue sensiblement constante pen dant toute cette période. Pour passer de la. marche en veilleuse à la marche normale, il suffit en général de baisser les électrodes. Le réglage du four est donc en tout cas très facile et simple.
Voici deux mises en oeuvre du procédé, données à titre d'exemples. Exemple l: Application à un four du type Ajax des tiné à la trempe. Les dimensions utiles du bain- sont: longueur 490 mm, largeur 260 mm, hauteur<B>370</B> mm. Le sel choisi est un mé lange en proportions sensiblement égales de NaCl et CO;;Na@. La production envisagée nécessite, compte tenu des pertes, une puis sance de 30 l@\V jour la marelle normale. On choisit pour profondeur minima. d'immersion des électrodes dans le bain fondu, 200 mm.
Des essais montrent que pour une paire d'électrodes immergées à 230 mm dans le bain fondu, la tension de 10 volts donne sur le four une puissance de 15 kW. On choisit cette tension pour le secondaire du transfor mateur et on utilise deux paires d'électrodes, ce qui donne la puissance prévue de 30 kW. L 'expérience montre qu'a 200 mm d'immer sion, l'homogénéité de température est encore assurée.
Pour la période de démarrage, on peut. immerger les électrodes à une profon deur de 350 mm, ce qui permet d'absorber une puissance de 45 1W. Le transformateur est choisi de cette puissance. Dans ces condi tions, une grande souplesse de marche est assurée. En effet, on peut, sans changer la tension aux bornes du transformateur, fonc tionner de la manière suivante: a) Pendant la. mise en veilleuse où l'homo généité n'est plus indispensable, on relève les électrodes, Par exemple à. une profondeur d'immersion de 100 mm.
On absorbe à ce mo ment une puissance de 13 kW, qui permet de maintenir la température du sel sensiblement constante.
b) Pour réchauffer le four, par exemple, passer de 600 à 900 C, on immerge les élec trodes de 350 mm, et pendant cette période on bsorbe 45 1,VT, ce qui permet d'obtenir un réchauffage rapide.
c) Une fois le four à 900 C, on peut re monter les électrodes et marcher à. la puis sance prévue en marelle normale de produc tion au voisinage de 30 kW. E.rerytple <I>2:</I> Application à un four destiné à des trai tements de revenu à basse température.
Le bain a une longueur utile de 600 mm, une largeur de 200 mm et une profondeur de <B>500</B> mm. Les électrodes sont placées aux deux extrémités de la cuve. Le sel employé est un mélange de nitrate -et de nitrite de potassium fondant à 180 C. Le bain doit être chauffé à des températures variant entre 150 et 200 C. La puissance absorbée en marche nor male doit être,de 20 kW à 150 C. Des essais montrent qu'à, 150 C, pour absorber une puissance de 20 kVY, avec une immersion de 850 mm, il faut une tension de 15 volts.
On choisit cette valeur pour la. tension aux bornes du secondaire du transformateur. D'autre part, avec une profondeur d'immersion de 350 mm et une tension de 15 volts, l'homo généité de température -est. parfaitement assu rée. Elle l'est encore avec cette tension pour une profondeur d'immersion de 200 mm seu lement. Dans ces conditions, on peut faire fonctionner le four de la façon suivante: En marche normale à 150 C, on a une immersion de 350 mm avec une puissance de 20 kW.
Pour augmenter la température du bain, on plonge les électrodes jusqu'à 490 mm, par exemple, ce qui permet d'absorber 28 kW.
Pour un travail moindre, on peut, sans inconvénient, relever les électrodes jusqu'à 250 mm de.profondeur d'immersion, ce qui correspond à une puissance -de 14 kW.
Au démarrage du four, la fusion et la montée en température sont assurées par l'immersion correspondant sensiblement à la puissance de 28. kW. La puissance du trans formateur est, comme toujours, calculée de manière à satisfaire,à la puissance de marche maxima, soit 28 kW.