FR3147963A1

FR3147963A1 - Thermoplongeur, pour chauffer un bain de métal liquide

Info

Publication number: FR3147963A1
Application number: FR2303997A
Authority: FR
Inventors: Thomas FEILLARD; Thomas DELAUP; Thomas ALBERTIN
Original assignee: Atherm
Current assignee: Atherm
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2024-10-25
Anticipated expiration: 2043-04-20
Also published as: FR3147963B1

Abstract

Thermoplongeur, pour chauffer un bain de métal liquide La présente invention concerne un thermoplongeur (4), pour bain de métal liquide, avec une gaine (30), qui comprend une extrémité distale (34) et une extrémité proximale (35) ; et avec des résistances chauffantes (50, 60) comprenant une extrémité d’alimentation (51, 61), disposée entre l’extrémité distale (34) et l’extrémité proximale (35), et une extrémité libre (52, 62), disposée entre l’extrémité d’alimentation (51, 61) et l’extrémité distale (34). Pour que le thermoplongeur puisse fonctionner à toute puissance souhaitée sans être détérioré même si la quantité de métal liquide est insuffisante, les résistances chauffantes (50, 60) comprennent des résistances chauffantes primaires (60) et des résistances chauffantes secondaires (50), les extrémités d’alimentation (61) respectives des résistances chauffantes primaires (60) étant disposées entre les extrémités d’alimentation (51) des résistances chauffantes secondaires (50) et l’extrémité distale (34) de la gaine (30). Figure pour l'abrégé : [FIG. 2]

Description

Thermoplongeur, pour chauffer un bain de métal liquide

La présente invention concerne un thermoplongeur, pour chauffer un bain de métal liquide, et une utilisation d’un tel thermoplongeur.

Pour les besoins de la fonderie de certains métaux, notamment l’aluminium, le zinc, le magnésium ou l’étain, il est connu d’utiliser un four, comprenant une enceinte ou bac en matériau réfractaire recevant un bain de métal liquide, et un couvercle fermant l’enceinte par le dessus. Le couvercle est traversé par des thermoplongeurs, qui portent des résistances chauffantes protégées par une gaine, la gaine étant plongée directement dans le bain de métal liquide. Les résistances chauffantes, lorsqu’elles sont alimentées électriquement, permettent aux thermoplongeurs de chauffer ou de maintenir en température le bain de métal liquide. On peut aussi utiliser ces thermoplongeurs en l’absence de bain métallique, pour préchauffer le matériau réfractaire du four, alors qu’un ensemble incluant les résistances et la gaine qui les contient, est entièrement plongé dans l’air du four.

Compte-tenu des températures en jeu, qui peuvent atteindre environ 450 à 1200°C, il est critique que les résistances, lorsqu’elles sont électriquement alimentées, soient plongées dans un milieu homogène sur toute leur longueur. Autrement dit, il convient de les plonger entièrement dans le bain de métal liquide ou entièrement dans l’air, en l’absence de métal liquide. En effet, à cause de la différence de conductivité thermique de l’air, plutôt thermiquement isolant, vis-à-vis du métal liquide, plutôt thermiquement conducteur, mettre en chauffe la résistance alors qu’elle est à moitié plongée dans le bain métallique et qu’une partie de la longueur de la résistance dépasse du bain métallique et est donc plongée dans l’air, cause une détérioration rapide de la résistance. En effet, la partie qui dépasse dans l’air est susceptible d’entrer en fusion sous l’effet de la chaleur, puisque l’air évacue moins bien la chaleur générée par la résistance que le bain de métal liquide.

Un inconvénient de ces contraintes est que l’enceinte du four doit toujours être entièrement remplie de métal liquide, ou entièrement vide, pour que le four puisse fonctionner. En particulier, il n’est pas possible d’alimenter les résistances chauffantes, notamment à haute puissance, lorsque l’enceinte du four est seulement partiellement remplie de métal liquide. Durant l’utilisation du four, il est donc nécessaire de réalimenter très souvent le four en métal liquide pour que le niveau du bain reste au-dessus des résistances chauffantes, afin que les résistances chauffantes restent entièrement noyées.

Le but de l’invention est alors de proposer un nouveau thermoplongeur capable de fonctionner à toute puissance souhaitée sans être détérioré même si la quantité de métal liquide est insuffisante.

A cet effet, l’invention a pour objet un thermoplongeur, pour chauffer un bain de métal liquide, le thermoplongeur comprenant une gaine, qui comprend une extrémité distale et une extrémité proximale traversées par un axe de hauteur du thermoplongeur et qui est apte à être plongée dans le bain de métal liquide par l’extrémité distale. Le thermoplongeur comprend aussi des résistances chauffantes, chaque résistance chauffante étant agencée entièrement à l’intérieur de la gaine et comprenant : une extrémité d’alimentation, disposée entre l’extrémité distale et l’extrémité proximale et par l’intermédiaire de laquelle la résistance chauffante est raccordée à des conducteurs d’alimentation, et une extrémité libre, disposée entre l’extrémité d’alimentation et l’extrémité distale.

Selon l’invention, les résistances chauffantes comprennent des résistances chauffantes primaires et des résistances chauffantes secondaires, les extrémités d’alimentation respectives des résistances chauffantes primaires étant disposées entre les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes secondaires et l’extrémité distale de la gaine, suivant l’axe de hauteur.

Une idée à la base de l’invention est que les résistances chauffantes secondaires puissent être alimentées électriquement lorsque le bain de métal liquide baigne la gaine au moins jusqu’à hauteur des extrémité d’alimentation des résistances chauffantes secondaires, et que, lorsque le bain de métal liquide baigne la gaine jusqu’à une hauteur intermédiaire entre les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes secondaires et primaires, les résistances électriques primaires sont alimentées électriquement alors que les résistances électrique secondaires ne sont pas alimentées. Ainsi, les résistances électriques primaires, entièrement sous la surface du bain de métal liquide, assurent son chauffage, alors que les résistances secondaires, dont une partie s’étend au-dessus du bain de métal liquide, sont préservées en n’étant pas alimentées électriquement.

L’invention concerne également une utilisation du thermoplongeur, dans laquelle, alors que le thermoplongeur est plongé dans le bain de métal liquide à partir de l’extrémité distale de la gaine, on alimente électriquement les résistances chauffantes primaires sans alimenter électriquement les résistances chauffantes secondaires ou en alimentant les résistances chauffantes secondaire à puissance réduite, si le bain de métal liquide baigne la gaine jusqu’à une hauteur intermédiaire entre les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes primaires et les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes secondaires, selon l’axe de hauteur.

Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, on prévoit une ou plusieurs des caractéristiques suivantes pour le thermoplongeur, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles.

De préférence, les extrémités d’alimentation respectives des résistances chauffantes primaires sont disposées à mi-hauteur entre les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes secondaires et l’extrémité distale de la gaine, suivant l’axe de hauteur.

De préférence, les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes secondaires sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur. De préférence, les extrémités d’alimentation des résistances chauffantes primaires sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur. De préférence, les extrémités libres des résistances chauffantes sont agencées à l’extrémité distale.

De préférence, les résistances chauffantes sont régulièrement réparties suivant un unique cercle centré sur de l’axe de hauteur, avec une alternance de résistances chauffantes secondaires et de résistances chauffantes primaires autour du de l’unique cercle.

De préférence les résistances chauffantes secondaires sont régulièrement réparties suivant un premier cercle centré sur l’axe de hauteur et les résistances chauffantes primaires sont régulièrement réparties suivant un deuxième cercle centré sur l’axe de hauteur, distinct du premier cercle.

De préférence, chaque résistance chauffante comprend : deux jambes, parallèles à l’axe de hauteur, chaque jambe étant connectée avec l’un des conducteurs d’alimentation, à l’extrémité d’alimentation de la résistance chauffante ; et un coude, reliant les deux jambes entre elles et formant l’extrémité libre de la résistance chauffante.

De préférence, le thermoplongeur comprend en outre : une tête de connexion, fixée à l’extrémité proximale de la gaine ; un premier connecteur électrique, porté par la tête de connexion, les résistances chauffantes secondaires étant électriquement raccordées au premier connecteur électrique par l’intermédiaire des conducteurs d’alimentation, de sorte que les résistances chauffantes secondaires sont électriquement alimentées lorsque le premier connecteur électrique est électriquement alimenté, indépendamment du fait que les résistances chauffantes primaires soient électriquement alimentées ou non ; et un deuxième connecteur électrique, porté par la tête de connexion, les résistances chauffantes primaires étant électriquement raccordées au deuxième connecteur électrique par l’intermédiaire des conducteurs d’alimentation, de sorte que les résistances chauffantes primaires sont électriquement alimentées lorsque le deuxième connecteur électrique est électriquement alimenté, indépendamment du fait que les résistances chauffantes secondaires soient électriquement alimentées ou non.

De préférence, le thermoplongeur comprend en outre une poudre compactée, qui remplit la gaine à partir de l’extrémité distale, en noyant entièrement les résistances chauffantes.

De préférence, le thermoplongeur comprend en outre un système capteur de température, qui est disposé à l’intérieur de la gaine, coaxialement avec l’axe de hauteur.

L’invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins tels que définis ci-après.

La est une vue en coupe d’un four, représenté très schématiquement, et comportant un thermoplongeur, représenté plus fidèlement, selon un premier mode de réalisation de l’invention.

La est une vue en perspective du thermoplongeur de la .

La est une vue de dessous du thermoplongeur des figures précédentes, où une gaine, une poudre compactée et un support distal ont été omis.

La est une vue en coupe transversale du thermoplongeur des figures précédentes, suivant le trait IV-IV montré sur la , où la gaine et la poudre compactée sont montrés.

La est une vue similaire à celle de la , pour un thermoplongeur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

La est une vue similaire à celle de la , pour un thermoplongeur selon un troisième mode de réalisation de l’invention.

La est une vue similaire à celle de la , pour un thermoplongeur selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.

La montre un four selon un premier mode de réalisation, avec une enceinte 2, un couvercle 3, un thermoplongeur 4 et un bain de métal liquide 5. Dans le présent exemple, un seul thermoplongeur est prévu, mais le four pourrait comprendre plusieurs thermoplongeurs identiques ou similaires.

L’enceinte 2 qui forme un bac, contient le bain de métal liquide 5 et est fermé en son sommet par le couvercle 3, qui est préférentiellement amovible. Le bain de métal liquide 5 est par exemple un bain d’aluminium liquide, ou d’un autre métal, tel que du zinc, le magnésium ou l’étain. Le métal est préférentiellement un métal non ferreux, mais pourrait alternativement être un autre type de métal. De préférence, il s’agit d’un métal dont la température de fusion est inférieure à 1200°C. Par exemple le bain 5 reçu dans le four est à une température comprise entre 450 et 1200°C pour être liquide, en fonction du type de métal considéré. L’enceinte 2 et le couvercle 3 sont avantageusement en matériau réfractaire pour résister à ces températures.

En variante, le four se présente sous une forme différente, en présentant ou en ne présentant pas de couvercle. L’enceinte peut par exemple rester ouverte en fonctionnement.

Le thermoplongeur 4, visible sur les figures 1 à 4, définit un axe de hauteur X4. En utilisation, on prévoit avantageusement que l’axe X4 est vertical, ou sinon est oblique par rapport à la verticale. Le thermoplongeur 4 comprend une tête de connexion 10, une gaine 30, une poudre compactée 31, des conducteurs d’alimentation 32, un système capteur de température 33, et des résistances chauffantes, parmi lesquelles des résistances chauffantes secondaires 50 et des résistances chauffantes primaires 60.

Le thermoplongeur 4 est par exemple monté au travers du couvercle 3 du four, ou au travers d’une autre pièce du four s’il n’y a pas de couvercle. Le thermoplongeur 4 étant monté ainsi, la tête de connexion 10 est entièrement à l’extérieur du four, ici au-dessus du couvercle 3, la gaine 30 traversant le couvercle 3 pour s’étendre jusqu’à l’intérieur du four et baigner dans le bain 5 pour sa partie distale, c’est-à-dire sa partie inférieure. Le thermoplongeur 4 est conçu pour chauffer le bain 5, par alimentation électrique des résistances chauffantes, alors que la gaine 30 baigne dans le bain 5.

La gaine 30, montrée entièrement sur la et montrée en traits discontinus sur la , comprend une extrémité distale 34 et une extrémité proximale 35 traversées par l’axe de hauteur X4. La gaine 30 est avantageusement de forme cylindrique à base circulaire centrée sur l’axe X4, de l’extrémité 34 à l’extrémité 35. L’extrémité distale 34 peut être arrondie, comme montré sur les figures. En variante, on peut prévoir que l’extrémité 34 soit plate. La gaine 30 forme une poche, qui est fermée à l’extrémité distale 34, fermée de l’extrémité 34 à l’extrémité 35, et ouverte à l’extrémité 35. En utilisation, l’extrémité distale 34 est dirigée vers le bas alors que l’extrémité 35 est dirigée vers le haut. L’extrémité distale 34 est prévue pour baigner dans le bain 5 alors que l’extrémité proximale 35 est prévue pour rester émergée. Le métal liquide du bain 5 reste donc maintenu à l’extérieur de la gaine 30. La gaine 30 est prévue pour être directement au contact du bain 5, au moins pour la partie de la gaine 30 destinée à être plongée dans le bain 5. L’extrémité proximale 35, émergée, est par exemple reçue dans une ouverture ménagée au travers du couvercle 3, par l’intermédiaire de laquelle le thermoplongeur 4 traverse le couvercle 3.

Suivant l’axe X4, de l’extrémité distale 34 à l’extrémité proximale 35, la gaine 30 mesure par exemple entre 0,5 m et 1,50 m (mètres). De préférence, transversalement par rapport à l’axe X4, sur toute sa longueur sauf aux extrémités 34 et 35, la gaine 30 définit une section transversale dont le contour extérieur est circulaire, centré sur l’axe X4, et qui présente un diamètre compris entre par exemple 28 et 170 mm, par exemple 55 ou 75 mm.

La gaine 30 est avantageusement réalisée en matériau réfractaire, par exemple une céramique réfractaire, notamment à base de nitrure de silicium, ou un métal dont le point de fusion est nettement plus élevé que celui du bain 5. De préférence, le matériau choisi est thermiquement conductif pour transmettre la chaleur générée par les résistances chauffantes 50 et 60 au bain 5, et électriquement isolant, au vu des grandeurs électriques en jeu dans les résistances 50 et 60, ce qui peut être obtenu avec une céramique réfractaire. De préférence, le matériau choisi est résistant à la corrosion susceptible d’être causée par le contact avec le bain 5, et facilitent l’écoulement du métal liquide le long de la gaine 30, ce qui peut aussi être obtenu avec une céramique réfractaire.

La tête de connexion 10 et la gaine 30 sont fixées l’une à l’autre, par l’intermédiaire de l’extrémité proximale 35 de la gaine 30. La tête de connexion 10 est avantageusement traversée par l’axe X4, et est disposée par-delà l’extrémité 35 de la gaine 30, vis-à-vis de l’extrémité 34. La tête de connexion 10 forme un boîtier, qui porte une bride 11, centrée sur l’axe X4, à hauteur de l’extrémité 35 de la gaine 30, et par l’intermédiaire de laquelle le thermoplongeur 4 est fixé au couvercle 3, ou à une autre partie du four s’il n’y pas de couvercle. De préférence, la tête de connexion 10 porte deux connecteurs électriques 12 et 13, préférentiellement séparés l’un de l’autre.

En variante, on pourrait prévoir que la tête de connexion soit coudée à partir de la bride 11. Alors, la tête de connexion n’est pas nécessairement centrée sur l’axe X4.

Les résistances chauffantes 50 et 60 sont agencées entièrement à l’intérieur de la gaine 30, entre l’extrémité distale 34 et l’extrémité proximale 35. Dans le présent exemple, on prévoit six résistances 50 et six résistances 60. Toutefois, un nombre différent de résistances 50 et/ou un nombre différent de résistances 60 pourraient être prévus.

Avantageusement, chaque résistance chauffante 50 et 60 est constituée par un filament résistif individuel, qui peut être spiralé. Pour chaque résistance 50 et 60, le filament résistif présente une forme et est formé dans un matériau qui le rendent propre à générer une quantité importante de chaleur par effet Joule lorsque la résistance 50 ou 60 est parcourue par un courant électrique. Par exemple, le filament résistif est réalisé dans un alliage métallique à résistivité et point de fusion élevés, tel qu’un alliage de Nickel Chrome. L’alliage de Nickel Chrome est un matériau performant pour produire l’effet Joule tout en étant résistant à des hautes températures, notamment à des températures qui seraient même plus élevées que la température à atteindre pour le bain 5.

Les conducteurs d’alimentation 32 sont dans un matériau et/ou ont une section de passage qui les rendent électriquement plus conducteurs que les résistances 50 et 60. Par exemple, chaque conducteur 32 est formé par une barre métallique conductrice, ou par une tresse métallique conductrice. Le matériau choisi est avantageusement un alliage métallique à conductivité élevée. Puisque les conducteurs 32 sont bien plus conducteurs que les résistances 50 et 60, aucune chaleur ou une chaleur négligeable est générée par les conducteurs 32 durant l’utilisation.

De préférence, chaque résistance chauffante secondaire 50 peut être qualifiée de résistance chauffante allongée, comparativement aux résistances chauffantes primaires 60, qui peuvent être qualifiées de résistances chauffantes raccourcies.

Chaque résistance chauffante secondaire 50 comprend une extrémité d’alimentation 51, visible sur la , et une extrémité libre 52, visible sur la . L’extrémité libre 52 est disposée à proximité de l’extrémité distale 34 de la gaine 30, de préférence, le plus proche possible de l’extrémité distale 34. L’extrémité d’alimentation 51 est disposée entre l’extrémité distale 34 et l’extrémité proximale 35 de la gaine 30, en étant disposée entre l’extrémité libre 52 et l’extrémité proximale 35 de la gaine 30. Autrement dit, l’extrémité libre 52 est disposée entre l’extrémité d’alimentation 51 et l’extrémité distale 34. On prévoit que l’extrémité 51 soit disposée à l’intérieur de l’enceinte 2, sous le couvercle 3. Autrement dit, on prévoit que chaque résistance 50 est entièrement à l’intérieur du four.

De préférence, le filament résistif de la résistance 50 forme successivement une première jambe 53, un coude 54 et une deuxième jambe 53. Les jambes 53 sont visibles sur les figures 2 et 4, alors que le coude 54 est visible sur la . La première jambe 53 est parallèle à l’axe X4, s’étend de l’extrémité d’alimentation 51 à l’extrémité libre 52. Le coude 54 s’étend à partir de la première jambe 53 jusqu’à la deuxième jambe 53, reliant les deux jambes 53 ensemble à l’extrémité libre 52, en faisant un demi-tour. La deuxième jambe 53 est parallèle à l’axe X4 et distante de la première jambe 53. La deuxième jambe s’étend de l’extrémité libre 52 à l’extrémité d’alimentation. Dans l’ensemble, la résistance chauffante secondaire 50 présente avantageusement une forme générale en « U ». Chaque jambe 53 présente avantageusement la même hauteur, suivant l’axe X4, et sont disposées à la même hauteur, suivant l’axe X4, l’une par rapport à l’autre.

De préférence, les extrémités d’alimentation 51 des résistances chauffantes secondaires 50 sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur, c’est-à-dire, sont dans un même plan P51 orthogonal par rapport à l’axe X4. Suivant l’axe X4, le plan P51 est disposé entre le couvercle 3 et l’extrémité 34.

En particulier, l’extrémité de chaque jambe 53 au niveau de l’extrémité d’alimentation 51 est à la même hauteur suivant l’axe X4. De préférence, les extrémités libres 52 des résistances chauffantes secondaires 50 sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur X4, c’est-à-dire, sont dans un même plan P52 orthogonal par rapport à l’axe X4, distinct de celui des extrémités d’alimentation 51. En particulier, l’extrémité de chaque jambe 53 au niveau de l’extrémité libre 52 est préférentiellement à la même hauteur suivant l’axe X4, de sorte que tous les coudes 54 sont à la même hauteur.

L’un par rapport à l’autre, les deux jambes 53 et le coude 54 d’une même résistance 50 sont avantageusement disposés dans un plan qui est orthoradial par rapport à l’axe X4, c’est-à-dire un plan qui est perpendiculaire à un rayon issu de l’axe X4.

Comme bien visible aux figures 3 et 4, les résistances 50 sont préférentiellement réparties autour de l’axe X4, en particulier suivant un cercle C50 centré sur l’axe X4. Autrement dit, les résistances 50 sont agencées selon un cylindre à base circulaire, centré sur l’axe X4, dont la base est le cercle C50. En particulier, chaque jambe 53 est portée par le cylindre.

Comme montré sur la , à l’extrémité d’alimentation 51, chaque jambe 53 est raccordée à l’un des conducteurs d’alimentation 32. Autrement dit, chaque résistance chauffante 50 est raccordée électriquement à deux des conducteurs d’alimentation 32, par l’intermédiaire de leur extrémité d’alimentation 51 respective. Chaque conducteur d’alimentation 32 relie la résistance 50, à l’intérieur de la gaine 30, jusqu’à la tête de connexion 10, en traversant l’extrémité proximale 35 de la gaine 30.

Durant l’utilisation, pour chaque résistance 50, les deux conducteurs d’alimentation 32 sont portés à un potentiel électrique différent, induisant ainsi le passage de courant électrique dans la résistance 50 concernée, produisant de la chaleur par effet Joule dans la résistance 50.

Le connecteur électrique 12 de la tête de connexion 10 est destiné à être connecté à une alimentation électrique externe. Le connecteur 12, lorsqu’il est alimenté électriquement par l’alimentation électrique externe, fournit la puissance électrique aux résistances chauffantes secondaires 50 afin qu’elles chauffent le bain 5, que les résistances chauffantes primaires 60 soient alimentées électriquement ou non. Pour cela, chaque résistance 50 est électriquement raccordée au connecteur 12 par l’intermédiaire de deux des conducteurs d’alimentation 32, sans être raccordée à l’autre connecteur 13.

Chaque résistance chauffante primaire 60 comprend une extrémité d’alimentation 61, visible sur la , et une extrémité libre 62, visible sur les figures 2 et 3. L’extrémité libre 62 est disposée à proximité de l’extrémité distale 34 de la gaine 30, de préférence, le plus proche possible de l’extrémité distale 34. L’extrémité d’alimentation 61 est disposée entre l’extrémité distale 34 et l’extrémité proximale 35 de la gaine 30, en étant disposée entre l’extrémité libre 62 et l’extrémité proximale 35 de la gaine 30. Autrement dit, l’extrémité libre 62 est disposée entre l’extrémité d’alimentation 61 et l’extrémité distale 34.

De préférence, le filament résistif de la résistance 60 forme successivement une première jambe 63, un coude 64 et une deuxième jambe 63. Les jambes 63 sont visibles sur les figures 2 et 4, alors que le coude 64 est visible sur les figures 2 et 3. La première jambe 63 est parallèle à l’axe X4, s’étend de l’extrémité d’alimentation 61 à l’extrémité libre 62. Le coude 64 s’étend à partir de la première jambe 63 jusqu’à la deuxième jambe 63, reliant les deux jambes 63 ensemble à l’extrémité libre 62, en faisant un demi-tour. La deuxième jambe 63 est parallèle à l’axe X4 et distante de la première jambe 63. La deuxième jambe 63 s’étend de l’extrémité libre 62 à l’extrémité d’alimentation 61. Dans l’ensemble, la résistance chauffante primaire 60 présente avantageusement une forme générale en « U », similaire à celle de la résistance 50. Chaque jambe 63 présente avantageusement la même hauteur, suivant l’axe X4, et sont disposées à la même hauteur, suivant l’axe X4, l’une par rapport à l’autre.

De préférence, les extrémités d’alimentation 61 des résistances chauffantes primaires 60 sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur, c’est-à-dire, sont dans un même plan P61 orthogonal par rapport à l’axe X4. En particulier, l’extrémité de chaque jambe 63 au niveau de l’extrémité d’alimentation 61 est à la même hauteur suivant l’axe X4. De préférence, les extrémités libres 62 des résistances chauffantes primaires 60 sont à une même hauteur suivant l’axe de hauteur X4, c’est-à-dire, sont dans un même plan P62 orthogonal par rapport à l’axe X4, distinct de celui des extrémités d’alimentation 61. En particulier, l’extrémité de chaque jambe 63 au niveau de l’extrémité libre 62 est préférentiellement à la même hauteur suivant l’axe X4, de sorte que tous les coudes 64 sont à la même hauteur.

On prévoit avantageusement que les plans P52 et P62 soient à la même hauteur suivant l’axe X4, ou soient presque à la même hauteur, comme montré sur les figures 1 et 2. Autrement dit, les extrémités libres 52 et 62 des résistance 50 et 60 sont quasiment à la même hauteur, en étant positionnées à l’extrémité distale 34 de la gaine 30. On prévoit avantageusement que le thermoplongeur 4 comporte un support distal 39, ici de forme discoïde, et disposé à l’intérieur de la gaine 30 à l’extrémité distale 34, maintenant en position les résistances 50 et 60, par leurs extrémités 52 et 62, par rapport à la gaine 30. Alors, le support distal 39 est traversé par les plans P52 et P62.

En variante, les plans P52 et P62 pourraient être éloignés l’un de l’autre. En particulier, le plan P52 pourrait être à hauteur du plan P61.

Suivant l’axe X4, on prévoit que le plan P61 soit disposé entre le plan P51 et les plans P52 et P62. Autrement dit, les extrémités d’alimentation 61 respectives des résistances chauffantes primaires 60 sont disposées entre les extrémités d’alimentation 51 des résistances chauffantes secondaires 50 et l’extrémité distale 34 de la gaine 30, suivant l’axe X4. Autrement dit, les résistances 60 sont plus courtes que les résistances 50, et s’élèvent donc moins haut que les résistances 50 à partir de l’extrémité distale 34, suivant l’axe X4. On prévoit que la différence de hauteur entre les extrémités 51 et 61 est significative, c’est-à-dire, de préférence, que les extrémités d’alimentation 61 respectives des résistances chauffantes primaires 60 sont disposées à mi-hauteur entre les extrémités d’alimentation 51 des résistances chauffantes secondaires et l’extrémité distale 34 de la gaine 30, suivant l’axe de hauteur X4. On pourrait alternativement prévoir que, au lieu d’être à mi-hauteur, les extrémités 61 sont à un quart de la hauteur ou aux trois quarts de la hauteur, ou entre ces deux valeurs extrémales. La partie de la gaine 30 qui s’étend du plan P51 à l’extrémité proximale 35 est une partie non chauffante, qui ne contient préférentiellement aucune résistance chauffante, mais essentiellement les conducteurs d’alimentation 32.

Dans le cas de la donné à titre d’exemple, les résistances 60 sont entièrement sous la surface du bain 5, alors qu’une partie proximale des résistances 50, incluant les extrémités d’alimentation 51, sont au-dessus de la surface du bain 5. Autrement dit, la surface du bain 5 est à une hauteur intermédiaire entre les plans P51 et P61, suivant l’axe X4. Autrement dit, la gaine 30 est baignée par le bain 5 jusqu’à une hauteur intermédiaire entre les extrémités 51 et 61. Dans ce cas, il est avantageux d’alimenter électriquement les résistances 60, notamment à haute puissance ou puissance maximale, pour qu’elles chauffent le bain 5, sans alimenter électriquement les résistances 50, afin d’éviter tout risque de détérioration, dans la mesure où les résistances 50 sont partiellement émergées. On peut éventuellement alimenter électriquement les résistances chauffantes 50 à une puissance réduite pour chauffer l’air contenu dans le four au-dessus du bain 5, en même temps que le bain 5 est chauffé.

En variante, dans la même situation, on peut aussi choisir d’alimenter électriquement les résistances chauffantes 50 à une puissance réduite pour chauffer l’air contenu dans le four au-dessus du bain 5, en même temps que le bain 5 est chauffé, notamment sans alimenter les résistances 60. En variante on peut en outre alimenter les résistances 60, à puissance réduite, ou à pleine puissance.

Toutefois, dans le cas où le four contient davantage de métal liquide, la surface du bain 5 peut s’élever au-dessus du plan P51. Alors, toutes les résistances 50 et 60 sont entièrement sous la surface du bain 5. Autrement dit, le bain 5 baigne la gaine jusqu’à une hauteur supérieure à celle des extrémités 61 et 51, suivant l’axe X4. Dans ce cas, au moins les résistances 50 peuvent être électriquement alimentées pour chauffer le bain 5. En fonction de l’application et de l’installation, on peut aussi prévoir d’alimenter les résistances 60 pour qu’elles contribuent au chauffage, ou de ne pas les alimenter.

L’un par rapport à l’autre, les deux jambes 63 et le coude 64 d’une même résistance 60 sont avantageusement disposés dans un plan qui est orthoradial par rapport à l’axe X4, c’est-à-dire un plan qui est perpendiculaire à un rayon issu de l’axe X4.

Comme bien visible aux figures 3 et 4, les résistances 60 sont préférentiellement réparties autour de l’axe X4, en particulier suivant un cercle C60, distinct du cercle C50 et centré sur l’axe X4. Autrement dit, les résistances 60 sont agencées selon un cylindre à base circulaire, centré sur l’axe X4, dont la base est le cercle C60. En particulier, chaque jambe 63 est portée par le cylindre C60.

On prévoit ici que le cercle C50, coaxial avec le cercle C60, soit de diamètre inférieur au cercle C60. Autrement dit, les résistances 60 sont disposées autour des résistances 50.

Comme montré sur la , à l’extrémité d’alimentation 61, chaque jambe 63 est raccordée à l’un des conducteurs d’alimentation 32. Autrement dit, chaque résistance chauffante 60 est raccordée électriquement à deux des conducteurs d’alimentation 32, par l’intermédiaire de leur extrémité d’alimentation 61 respective. Chaque conducteur d’alimentation 32 relie la résistance 60, à l’intérieur de la gaine 30, jusqu’à la tête de connexion 10, en traversant l’extrémité proximale 35 de la gaine 30.

Durant l’utilisation, pour chaque résistance 60, les deux conducteurs d’alimentation 32 sont portés à un potentiel électrique différent, induisant ainsi le passage de courant électrique dans la résistance 60 concernée, produisant de la chaleur par effet Joule dans la résistance 60.

Le connecteur électrique 13 de la tête de connexion 10 est destiné à être connecté à une autre alimentation électrique externe que celle du connecteur 12, ou, pour le moins, pouvant être activée indépendamment de celle pour le connecteur 12. Le connecteur 13, lorsqu’il est alimenté électriquement par l’alimentation électrique externe, fournit la puissance électrique aux résistances chauffantes primaires 60 afin qu’elles chauffent le bain 5, que les résistances chauffantes secondaires 50 soient alimentées électriquement ou non. Pour cela, chaque résistance 60 est électriquement raccordée au connecteur 13 par l’intermédiaire de deux des conducteurs d’alimentation 32, sans être raccordée à l’autre connecteur 12. De préférence, on alimente soit les résistances 50, soit les résistances 60, mais pas à la fois les résistances 50 et 60.

On prévoit avantageusement que la poudre compactée 31 remplit la gaine 30 à partir de l’extrémité distale 34 jusqu’à un bouchon 38, obturant la gaine 30 à proximité de l’extrémité proximale 35. Le bouchon 38 est traversé par les conducteurs d’alimentation 32. Entre le bouchon 38 et l’extrémité distale 34, la poudre compactée 31 noie entièrement les résistances chauffantes 50 et 60 ainsi que l’extrémité des conducteurs 32 connectée aux résistances 50 et 60. Le chauffage produit par les résistances 50 et 60 est donc diffusé à la gaine 30 par conduction de chaleur au travers de la poudre compactée 31. On choisit donc avantageusement la poudre compactée pour qu’elle soit thermiquement conductrice pour permettre une diffusion efficace de la chaleur, tout en étant électriquement isolante. Par exemple, la poudre compactée 31 est en nitrure de bore.

Le système capteur de température 33, visible sur les figures 1 et 4, est avantageusement à l’intérieur de la gaine 30. De préférence, le système capteur 33 est disposé coaxialement avec l’axe X4. De préférence le système capteur 33 comprend un ou plusieurs capteurs de température. Un premier capteur de température est par exemple disposé entre les extrémités 51 et 52, pour mesurer la température au niveau des résistances 50. Un deuxième capteur de température est par exemple disposé entre les extrémités 61 et 62 pour mesurer la température au niveau des résistances 60. Le système capteur de température 33 vise à contrôler la température du thermoplongeur 4, à l’intérieur du four, afin de pouvoir réguler l’alimentation électrique des résistances 50 et/ou 60.

Selon un deuxième mode de réalisation montré sur la , on peut prévoir que les résistances secondaires 50 et primaires 60, au lieu d’être régulièrement réparties suivant deux cercles C50 et C60 distincts, sont réparties suivant un unique cercle C50’ centré sur l’axe X4. La répartition des résistances 50 et 60 suivant le cercle C50’ montré sur la est alors semblable à la répartition des résistances 50 suivant le cercle C50 montré sur les figures 1 à 4. Dans le cas de la , tout autour du cercle C50’, on prévoit avantageusement une alternance de résistances 50 et 60. Dans certaines situations, cela peut permettre d’améliorer l’efficacité de la diffusion de la chaleur générée par les résistances 50 et 60 au bain 5. Dans ce second mode de réalisation de la , le thermoplongeur 4 est par ailleurs identique à celui des figures 1 à 4, hormis éventuellement pour les dimensions de la gaine 30 et des éléments qu’elle contient, ainsi que pour le bouchon 38 et le support distal 39 qui sont modifiés en conséquence. Dans ce mode de réalisation de la on prévoit aussi avantageusement que les extrémités libres 52 et 62 sont strictement à la même hauteur suivant l’axe X4, contrairement au mode de réalisation des figures 1 à 4.

Selon un troisième mode de réalisation montré sur la , on peut prévoir que les résistances secondaires 50 et primaires 60, sont chacune orientées dans un plan respectif, parallèle à l’axe X4, mais qui n’est ni orthoradial ni radial par rapport à l’axe X4. En particulier, on prévoit que ce plan est oblique par rapport au plan orthoradial ou au plan radial. On prévoit préférentiellement que toutes les résistances 50 et 60 présentent la même oblicité, comme c’est le cas sur la . Cela permet d’améliorer la compacité radiale du thermoplongeur. Ce principe peut être appliqué pour le cas où toutes les résistances 50 et 60 sont portées par un même cercle C50’ montré sur la , ou dans un cas où les résistances sont réparties selon plusieurs cercles comme prévu aux figures 1à 4.

On a vu que, pour le mode de réalisation des figures 1 à 4, les résistances 50 et 60 sont, par paires de résistances 50 et 60, réparties sur un même rayon issu de l’axe X4. Autrement dit, chaque résistance 50 est radialement alignée avec l’un des résistances 60. Selon un quatrième mode de réalisation montré sur la , on peut prévoir au contraire que les résistances secondaires 50 et primaires 60, respectivement réparties sur les cercles C50 et C60 comme pour le mode de réalisation des figures 1 à 4, sont décalées, les résistances 50 par rapport aux résistances 60, autour de l’axe X4. Autrement dit, par paires de résistances 50 et 60, chaque résistance 50 est décalée autour de l’axe X4 par rapport à la résistance 60 la plus proche, plutôt que d’être radialement alignée avec ladite résistance 60. Dans cet exemple, les résistances 50 et 60 peuvent être orientées suivant des plans orthoradiaux respectifs comme pour le mode de réalisation des figures 1 à 4. En variante, on pourrait prévoir que les résistances sont obliques, comme dans le mode de réalisation de la .

Toute caractéristique décrite pour l’un des modes de réalisation ci-avant peut être appliquée à tout autre mode de réalisation décrit ci-avant, pour autant que techniquement possible.

Claims

Thermoplongeur (4), pour chauffer un bain de métal liquide (5), le thermoplongeur (4) comprenant :
une gaine (30), qui comprend une extrémité distale (34) et une extrémité proximale (35) traversées par un axe de hauteur (X4) du thermoplongeur (4) et qui est apte à être plongée dans le bain de métal liquide (5) par l’extrémité distale (34) ; et

des résistances chauffantes (50, 60), chaque résistance chauffante (50, 60) étant agencée entièrement à l’intérieur de la gaine (30) et comprenant :

une extrémité d’alimentation (51, 61), disposée entre l’extrémité distale (34) et l’extrémité proximale (35) et par l’intermédiaire de laquelle la résistance chauffante (50, 60) est raccordée à des conducteurs d’alimentation (32), et

une extrémité libre (52, 62), disposée entre l’extrémité d’alimentation (51, 61) et l’extrémité distale (34) ;
caractérisé en ce que les résistances chauffantes (50, 60) comprennent des résistances chauffantes primaires (60) et des résistances chauffantes secondaires (50), les extrémités d’alimentation (61) respectives des résistances chauffantes primaires (60) étant disposées entre les extrémités d’alimentation (51) des résistances chauffantes secondaires (50) et l’extrémité distale (34) de la gaine (30), suivant l’axe de hauteur (X4).
Thermoplongeur (4) selon la revendication 1, dans lequel les extrémités d’alimentation (61) respectives des résistances chauffantes primaires (60) sont disposées à mi-hauteur entre les extrémités d’alimentation (51) des résistances chauffantes secondaires (50) et l’extrémité distale (34) de la gaine (30), suivant l’axe de hauteur (X4).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
les extrémités d’alimentation (51) des résistances chauffantes secondaires (50) sont à une même hauteur (P51) suivant l’axe de hauteur (X4) ; et/ou

les extrémités d’alimentation (61) des résistances chauffantes primaires (60) sont à une même hauteur (P61) suivant l’axe de hauteur (X4) ; et/ou

les extrémités libres (52, 62) des résistances chauffantes (50, 60) sont agencées à l’extrémité distale (34).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les résistances chauffantes (50, 60) sont régulièrement réparties suivant un unique cercle (C50’) centré sur de l’axe de hauteur (X4), avec une alternance de résistances chauffantes secondaires (50) et de résistances chauffantes primaires (60) autour du de l’unique cercle (C50’).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel :
les résistances chauffantes secondaires (50) sont régulièrement réparties suivant un premier cercle (C50) centré sur l’axe de hauteur (X4) ; et

les résistances chauffantes primaires (60) sont régulièrement réparties suivant un deuxième cercle (C60) centré sur l’axe de hauteur (X4), distinct du premier cercle (C50).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque résistance chauffante (50, 60) comprend :
deux jambes (53, 63), parallèles à l’axe de hauteur (X4), chaque jambe (53, 63) étant connectée avec l’un des conducteurs d’alimentation (32), à l’extrémité d’alimentation (51, 61) de la résistance chauffante (50, 60) ; et

un coude (54, 64), reliant les deux jambes (53, 63) entre elles et formant l’extrémité libre (52, 62) de la résistance chauffante (50, 60).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre :
une tête de connexion (10), fixée à l’extrémité proximale (35) de la gaine (30) ;

un premier connecteur électrique (12), porté par la tête de connexion (10), les résistances chauffantes secondaires (50) étant électriquement raccordées au premier connecteur électrique (12) par l’intermédiaire des conducteurs d’alimentation (32), de sorte que les résistances chauffantes secondaires (50) sont électriquement alimentées lorsque le premier connecteur électrique (12) est électriquement alimenté, indépendamment du fait que les résistances chauffantes primaires (60) soient électriquement alimentées ou non ; et

un deuxième connecteur électrique (13), porté par la tête de connexion (10), les résistances chauffantes primaires (60) étant électriquement raccordées au deuxième connecteur électrique (13) par l’intermédiaire des conducteurs d’alimentation (32), de sorte que les résistances chauffantes primaires (60) sont électriquement alimentées lorsque le deuxième connecteur électrique (13) est électriquement alimenté, indépendamment du fait que les résistances chauffantes secondaires (50) soient électriquement alimentées ou non.
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une poudre compactée (31), qui remplit la gaine (30) à partir de l’extrémité distale (34), en noyant entièrement les résistances chauffantes (50, 60).
Thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système capteur de température (33), qui est disposé à l’intérieur de la gaine (30), coaxialement avec l’axe de hauteur (X4).
Utilisation du thermoplongeur (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, alors que le thermoplongeur (4) est plongé dans le bain de métal liquide (5) à partir de l’extrémité distale (34) de la gaine (30), on alimente électriquement les résistances chauffantes primaires (60) sans alimenter électriquement les résistances chauffantes secondaires (50) ou en alimentant les résistances chauffantes secondaire (50) à puissance réduite, si le bain de métal liquide (5) baigne la gaine (30) jusqu’à une hauteur intermédiaire entre les extrémités d’alimentation (61) des résistances chauffantes primaires (60) et les extrémités d’alimentation (51) des résistances chauffantes secondaires (50), selon l’axe de hauteur (X4).