[0001] L'invention a pour objet un four électrique à haute température dont les résistances
métalliques sont des tubes conducteurs creux verticaux chauffants maintenus en place
par des tubes en forme d'épingles faisant office d'attache dans lesquels circule de
l'air froid.
[0002] Les résistances métalliques qui travaillent à haute température, proche de leurs
limites de fluage, permettent de chauffer des charges à des températures voisines
de la leur, avec le maximum d'efficacité, si les fours sont bien calculés, si leur
régulation est bien adaptée et si les éléments chauffants couvrent bien leurs parois.
[0003] L'étude de fours prototypes par l'inventeur a mis en évidence l'utilité des bons
modèles mathématiques pour le calcul des grands fours ainsi que la nécessité de prendre
comme base de régulation, la température des éléments chauffants eux-mêmes. La haute
température des résistances "fournit" des puissances surfaciques très élevées à condition
que la température du métal des éléments chauffants puisse être maintenue, quelle
que soit la nature de ces éléments. Pour cela, la régulation de la température ne
peut plus être faite sur "l'ambiance" des fours, mais doit prendre comme base la température
des résistances d'où l'intérêt de disposer d'un élément de mesure dans le corps chauffant
lui-même. Les fours électriques actuels qui permettent d'obtenir des hautes températures
de l'ordre de 1250° C, présentent de nombreux défauts. Ces fours ont une puissance
de l'ordre de 500 à 1000 kilowatts. Les résistances électriques sont réalisées dans
un alliage connu adéquat tel que du nickel/chrome, mais fabriquées en fonderie, c'est-à-dire
que les corps chauffants font office de résistance. L'ensemble forme un tuyau creux
sinueux.
[0004] Ces tuyaux actuels qui font office de résistance n'ont pas de section constante ;
il s'ensuit qu'au niveau du four, la température n'est pas très homogène. Or, ce type
de four électrique doit être régulé de manière très précise.
[0005] Le long des tuyaux de chauffe, il existe des points froids ou des points chauds qui
sont connus, mais la difficulté réside dans le fait qu'il est difficile de prendre,
de manière précise, la température du métal. De plus, la fabrication de ces tuyaux
sinueux en fonderie, explique le fait que les sections soient irrégulières et forment
des "V".
[0006] Un autre inconvénient important dans les fours actuels existe au niveau de l'accrochage
desdits tuyaux chauffants. Tous ces avantages ne vont pas sans quelques problèmes
dont le principal est la difficulté d'accrochage de ces résistances sur des parois
réalisées en fibres céramiques. Si leur disposition en sole ou en voûte ne présente
aucun inconvénient, l'accrochage en piédroit sur des parois en fibres, subit le fluage
à haute température. Il est donc indispensable de réaliser des montages tenant compte
de ce risque. Ces tuyaux chauffants sont en général maintenus en place dans le four
par des pattes d'accrochage. Ces pattes d'accrochage fondent du fait de la mauvaise
régulation thermique des fours et de la faiblesse des points de soudure dont la température
monte trop haut.
[0007] L'invention évite donc ces deux inconvénients principaux : la mauvaise régulation
thermique des fours électriques à haute température et l'accrochage des tuyaux chauffants.
[0008] A cet effet, le four électrique à haute température est composé de tubes verticaux
creux chauffants, reliés électriquement entre eux par des plaques-ponts, soudés et
maintenus au niveau desdites plaques-ponts par des moyens faisant office d'attache
qui sont des tubes attaches creux par exemple en forme d' épingle isolés et fixés
aux parois dudit four.
[0009] Des moyens de refroidissement assurent l'abaissement de la température, spécifiquement
au niveau des points de soudure de la plaque-pont qui relie, entre eux, deux tubes
verticaux creux chauffants. Les moyens de refroidissement sont les tubes creux attache
verticaux en épingle dans lesquels circule de l'air pulsé.
[0010] Le tube creux vertical faisant office d'attache est donc réfrigéré. Ce tube creux
attache est en inox ou autre matière adéquate et est isolé par des éléments réfractaires,
sauf au niveau de son contact avec la plaque-pont qui relie électriquement deux tubes
creux chauffants. Les tubes creux chauffants ne sont plus fabriqués par moulage mais
ils sont étirés et soudés.
[0011] L'invention concerne des perfectionnements apportés aux tubes en forme d'épingles
faisant office d'attache et dans lesquels circule de l'air frais et aux plaques-ponts
qui relient électriquement deux tubes creux chauffants métalliques.
[0012] Les tubes attache qui soutiennent et refroidissent les tubes creux conducteurs verticaux
chauffants, peuvent comporter des moyens propres à chaque tube épingle pour régler
le débit de l'entrée et de la sortie d'air. Selon une variante de l'invention, les
tubes attaches sont composés d'au moins deux tubes coaxiaux, partiellement ou sur
toute la longueur, l'entrée de l'air frais s'effectuant par le tube périphérique extérieur
et la sortie de l'air s'effectuant par le tube intérieur ; ledit tube intérieur est,
de préférence, en inox, et est centré par trois évasements à 120° à l'extrémité inférieure
dudit tube. les moyens d'isolation des tubes attache , à certains points, peuvent
être assurés par un moyen tel que l'amiante enroulé sur, au moins, deux couches.
[0013] Les tubes épingles, qui font office d'attache ou d'étrier, peuvent être disposés
de plusieurs manières :
Un seul double tube coaxial avec circulation d'air frais est soudé directement au
niveau des plaques-ponts.
[0014] Un tube attache en forme d'épingle avec circulation d'air frais est soudé au niveau
des plaques-ponts.
[0015] Un tube épingle avec circulation d'air frais vient soutenir les plaques-ponts comme
décrit ci-dessus.
[0016] La plaque-pont selon l'invention a été spécialement étudiée au niveau de la conductibilité
électrique. La plaque-pont est une traverse équicourante massive. Cette plaque-pont
permet de faire passer le courant d'un tube vertical creux chauffant au suivant de
façon régulière sans points chauds ou froids, au moyen d'un cordon de soudure à l'arc
électrique fait sur une courbe obtenue par intégration par points qui raccorde ledit
tube creux chauffant et ladite plaque-pont.
[0017] Les résistances chauffantes, qui sont des tubes creux chauffants métalliques, sont
reliées entre elles par des plaques-ponts ou traverses. Ces plaques-ponts ont une
forme particulière afin d'éviter tout effet d'échauffement local dans les liaisons
raccordant deux brins parallèles successifs. Cet échauffement est dû au cheminement
préférentiel du courant suivant le trajet le plus court. Cet inconvénient est éliminé
habituellement en renforçant les sections de métal dans cette zone. Ledit cheminement
préférentiel est éliminé par une disposition égalisant les résistances des parcours
"élémentaires" entre génératrices associées de deux éléments chauffants raccordés.
A cet effet, il est utilisé une plaque-pont de forte section, pliée pour être soudée
aux deux éléments des tubes creux chauffants dont les extrémités correspondantes sont
coupées suivant un profil donnant justement cette égalité des résistances élémentaires
globales entre paires de génératrices associées. La solution retenue consiste à relier
les deux éléments chauffants par une connexion électrique raccordée aux extrémités
des deux éléments, de telle sorte qu'il y ait égalité de résistances électriques des
trajets élémentaires entre les divers couples de points situés dans les deux sections
de ces deux éléments, et également distantes de cette connexion. Ceci conduit à découper
l'extrémité des éléments chauffants de façon à intégrer dans ces trajets élémentaires
une longueur de ces éléments, d'autant plus longue que le trajet dans la connexion
est plus court. Cette découpe de l'extrémité des tubes chauffants est d'autant plus
complexe que la dimension de la section droite de la connexion électrique est plus
proche que celle des éléments chauffants, et que la densité de courant dans ces derniers
est plus élevée. Cette découpe de l'extrémité des tubes creux chauffants ne doit pas
être orthogonale.
[0018] Pour les valeurs de densité habituellement utilisées, on peut avoir une bonne homogénéité
des résistances des parcours élémentaires par une simple coupe plane, mais en biais,
des éléments chauffants, lorsque la section de la connexion électrique est notablement
plus importante que celle de l'élément chauffant. Le profil de cette coupe en biais
est déterminé par le rapport des deux sections droites (tubes creux chauffants et
plaque-pont).
[0019] Ce mode de raccordement électrique entre éléments chauffants réalisant l'égalité,
ou presque, des divers cheminements élémentaires du courant électrique est désigné
par le vocable "plaques-ponts équicourant".
[0020] L'invention décrit une plaque-pont équicourant de forte section, pliée pour être
soudée aux deux tubes creux chauffants dont les extrémités correspondantes sont coupées
suivant un angle donnant justement cette égalité de résistances élémentaires globales
entre paires de
' génératrices associées. L'angle de ces coupes en biais est adapté au rapport des
sections de la plaque-pont équicourant et du tube creux chauffant pour égaliser ces
différents parcours élémentaires.
[0021] L'invention concerne également les moyens d'attache ou de suspension ventilés intérieurement.
Les éléments chauffants sont suspendus à un système de tubes creux attaches réfrigérés,
faisant office d'attache, traversant le calorifuge du four et prenant appui sur la
carcasse externe de ce four. Ces tubes creux attaches réfrigérés, faisant office d'attache,
contiennent un tube réfrigérant logé dans l'alésage, ouvert à ses deux extrémités
; l'ouverture basse se situe en zone basse du tube creux attache réfrigéré, tandis
que l'ouverture haute, traversant l'extrémité supérieure du tube creux attache réfrigéré,
débouche à l'air libre. La seule ouverture du tube creux attache réfrigéré, fermé
à ses deux extrémités, est située en partie haute et est implantée latéralement. Une
source fournissant le fluide réfrigérant sous une pression modérée insuffle celui-ci
dans la partie haute de ce tube creux attache réfrigéré, par l'ouverture latérale.
Le fluide descend dans l'espace annulaire formé entre le tube creux attache réfrigéré
et le tube réfrigérant, pour emprunter ensuite le tube réfrigérant en y entrant par
son ouverture inférieure pour sortir à l'air libre par la partie supérieure du tube
réfrigérant. Ce moyen d'attache ventilé intérieurement est également utilisé dans
des broches d'amenée de courant, au travers des structures du four électrique, connectant
les éléments chauffants au réseau extérieur.
[0022] En effet, les broches d'amenée de courant reçoivent un fluide thermique dans leurs
extrémités situées dans la cavité du four : par le rayonnement de celui-ci et par
conduction des tubes creux chauffants raccordés à ses extrémités internes. De plus,
les broches d'amenée de courant sont le siège d'un apport thermique, dans leur masse,
dû à l'effet Joule du courant électrique les traversant.
[0023] Enfin, l'invention concerne un four pris dans son ensemble, composé d'éléments chauffants
modulaires interchangeables rapidement ainsi que lesdits éléments modulaires, pris
séparément ou en combinaison, qui permettent le remplacement rapide, par l'extérieur,
en cas de panne d'un élément modulaire chauffant sans attendre que le four soit refroidi.
[0024] Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront
aisément de comprendre l'invention. Ils représentent des modes de réalisation selon
l'invention.
[0025] La figure 1 est une vue générale du four selon l'invention, vue de haut en plan ;
la figure 2 est une vue générale du four, vue de côté avec les axes des coupes VV
et WW ; la figure 3 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d'attache
ou de patte de soutien aux tubes creux verticaux chauffants selon un mode de réalisation
; la figure 4 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d'attache
aux tubes creux verticaux chauffants selon un autre mode de réalisation ; la figure
5 est une vue en coupe selon l'axe de coupe VV, représenté à la figure 2 ; la figure
6 est une vue en coupe selon l'axe de coupe WW, représenté à la figure 2 ; la figure
7 est une vue éclatée des éléments d'isolation de la patte faisant office d'attache
représentée à la figure 3 ; la figure 8 est une vue de détail du branchement électrique
et la figure 9 est une vue de détail des ailettes de refroidissement ; la figure 10
est une vue en coupe partielle d'un tube attache réfrigéré en forme d'épingle à double
circulation d'air ; la figure 11 est une vue en coupe partielle d'un tube attache
réfrigéré en forme d'épingle selon l'invention, mettant en évidence, notamment, le
réglage de la sortie d'air ; la figure 12 est une vue en coupe partielle d'un tube
attache réfrigéré en forme d'épingle selon l'invention, mettant en évidence, notamment,
l'isolation dudit tube attache réfrigéré par de l'amiante ; cette vue est une vue
de l'attache représentée dans la figure 11 après rotation de 90° ; la figure 13 est
une vue de face de la plaque- pont ; la figure 14 est une vue de dessus de la plaque-pont
; la figure 15 est une vue de la plaque-pont équicourant massive usinée dans un rectangle
plein ; la figure 16 est une vue générale d'un four selon l'invention, avec ses tubes
creux verticaux chauffants, ses plaques-ponts, et ses tubes attache réfrigérés dans
lequels circule de l'air frais ; les figures 17, 18, 19, 20, 21, 22 et 23 représentent
des vues en plan et des demi coupes de différents modes de réalisation de plaque-pont
; la figure 24 est une vue de côté et une demi coupe du tube creux d'attache, d'une
broche d'amenée de courant et des tubes creux chauffants ; la figure 25 est une vue
d'un élément chauffant modulaire interchangeable, vue en perspective à demi sorti
du four ; la figure 26 est une vue d'un four, vue de dessus en perspective, au cours
du changement d'un élément chauffant modulaire.
[0026] Le four 1 est composé de tubes creux verticaux chauffants 2. Ces tubes creux verticaux
chauffants 2 sont creux, realisés par extrusion par exemple, dans un alliage nickel/chrome.
[0027] Ce procédé de fabrication des tubes creux chauffants par des fours électriques, permet
d'obtenir une section constante dans lesdits tubes. il n'y a donc pas de point de
froid ou de chauffe. La température du four électrique peut ainsi être bien homogène.
A cet effet, pour bien connaître la température du métal, des thermo-couples 3 sont
disposés au coeur desdits tubes creux verticaux chauffants 2. Ces caractéristiques
techniques des tubes creux verticaux chauffants 2 permettent une régulation très fine
du four selon l'invention. Ces tubes creux verticaux chauffants 2 sont reliés électriquement
entre eux par une plaque-pont 4 qui est maintenue sur lesdits tubes verticaux creux
chauffants 2 par des points de soudure 5, voir la figure 5.
[0028] L'ensemble de ces tubes creux verticaux chauffants 2 est soutenu et maintenu en place
par des tubes attaches 6 qui sont creux et qui font office de patte d'attache. Ces
tubes attaches 6 sont en forme d'épingle et ils viennent soutenir les tubes creux
verticaux chauffants 2 au niveau des plaques-ponts 4 tout en refroidissant les points
de soudure par de l'air frais pulsé qui circule dans les tubes attache 6 qui font
office de patte d'attache, voir en particulier les figures 3, 4 et 5. Ces tubes attache
6 sont isolés par des éléments isolants 7, 8, 9, 10 et 11 qui viennent tout au long
des tubes attache 6, voir la figure 3.
[0029] Dans la figure 4, un autre mode de réalisation est représenté pour isoler les tubes
attaches 6.
[0030] En allant plus vers les branches 12 et 13 du tube attache 6 en forme d'épingle, l'isolation
est assurée par des éléments 14 et 15 en céramique. Ces éléments 14 et 15 sont disposés
jusqu'au niveau du calorifuge 16 du four 1. Les branches 12 et 13 du tube attache
6 sortent de la carcasse externe 17 du four 1 et sont bloquées par des "presses-cônes"
18, la jonction au collecteur s'effectue par une manchette caoutchouc 19, des douilles
isolantes 20 isolent les branches 12 et 13 à la sortie de la carcasse externe dudit
four. Il est prévu une tranche libre 21 dit "tranche chaude" qui permet une libre
dilatation longitudinale.
[0031] La flèche F1 indique le sens de la circulation de l'air pulsé. L'air frais pulsé
entre à environ 20°C selon Fl et sort selon F2 à environ 220°C.
[0032] Dans la figure 8, est représenté en détail le branchement électrique 22. Le câble
électrique 26 est fixé par une plaque 22 sur une broche 23 qui comporte des ailettes
de refroidissement 24, voir la figure 8 en détail. Cette broche 23 entre par une douille
isolante 20 dans la carcasse externe 17 du four 1, elle traverse le calorifuge 16
et vient en contact avec le premier tube creux vertical chauffant 2.Dans la figure
6, les tubes creux verticaux chauffants 2 sont maintenus en place au niveau de la
coupe WW représentée dans la figure 2 par un peigne réfractaire 25.
[0033] Dans la figure 10, dans la carcasse métallique 26, est fixé par un manchon isolant
27, un tube attache 28. Ce tube peut être constitué de deux éléments 29 et 30 qui
sont joints par vissage en 31. Le réglage de la hauteur d'accrochage des tubes creux
verticaux chauffants (tubes conducteurs) s'effectue par une bague 32 et par le manchon
isolant 27. Le tube 28 fait donc office de tube attache dans lequel circule de l'air
frais. Dans la figure 10, il n'a pas la forme d'épingle et fait office d'attache,
il soutient la plaque-pont 55 à laquelle il est soudé en 56. A l'intérieur du tube
attache 28 est disposé, coaxialement, un tube 33 qui sert au retour de l'air et à
son évacuation par la sortie 34. le réglage du débit de la sortie d'air se fait par
une couronne de trous 35 et par des vis 36. Le tube intérieur 33 est centré dans le
tube attache 28 par trois évasements 37, 38, 39 à 120°, à l'extrémité 40 dudit tube
33. L'arrivée d'air frais se fait par un tuyau souple 41 qui est branché sur un raccord
42 qui aboutit et communique avec la périphérie 43 du tube attache 28, l'air entre
donc par la périphérie et sort par l'âme du tube attache 28, c'est-à-dire le tube
intérieur 33. Le réglage de la hauteur d'échange thermique est réglé par une bague
44. Bien entendu, le tube intérieur 33 doit se prolonger au moins juste après le raccord
42 par où entre l'air frais de refroidissement.
[0034] Dans la figure 11, le tube attache est en forme d'épingle 45 ; il est formé d'un
tube attache unique avec un seul sens de circulation de l'air. L'air frais rentre
en 46 par un tuyau souple 47 et un isolant 48 et il sort par une sortie 49. Le débit
de la sortie d'air 49 peut être réglé par un écrasement d'une bague métallique 50.
Le tube attache épingle 45 est, dans ce cas, soit soudé au niveau de la plaque-pont
55, soit il soutien la plaque-pont 55. L'élément calorifuge 51 est représenté dans
toutes les figures, mais dans la figure 12 est représenté en plus l'élément isolant
tel que de l'amiante 52 enroulé sur deux couches 53 et 54.
[0035] La plaque-pont 55 permet de faire passer le courant d'un tube chauffant 57 à l'autre.
Le courant doit passer d'un tube chauffant 57 à l'autre de façon régulière sans points
chauds ou froids au moyen d'un cordon 61 de soudure à l'arc électrique fait sur une
courbe 59 qui raccorde ledit tube chauffant 57 et ladite plaque-pont 55. La plaque-pont
55 est taillée à la fraise dans une barre pleine en métal résistant de même nature
que ledit tube conducteur chauffant 57. Ledit tube chauffant 57 pénètre dans un trou
58 de la plaque-pont 55 qui est au moins d'un millimètre plus grand sur le rayon R.
Ledit tube chauffant 57 doit être parfaitement centré pour éviter tout contact autre
que la soudure et la soudure est effectuée de manière régulière bord à bord. La courbe
59 est fraisée dans le tube chauffant 57 avec celle fraisée dans ladite plaque-pont
55 au moyen d'un arc électrique utilisant un fil de même métal.
[0036] L'angle α formé par la tangente xy à la courbe 59 et l'horizontabilité de la plaque-pont
55 est d'environ α≃16°. L'angle
f3 formé sur l'ouverture du trou 58 entre les deux côtés de la courbe 59 est d'environ
β≃ 74°.
[0037] Les modes de réalisation présentés dans les figures précédentes présentent une solution
à la tenue mécanique de l'accrochage des résistances de fours électriques industriels
fonctionnant à haute température. Celle-ci consistait à diminuer la température des
pièces les plus sollicitées grâce à une attache composée d'un tube attache réfrigéré
parcourue par un fluide refroidissant et couplée thermiquement à la connexion électrique
formée par la plaque-pont des deux extrémités de chaque paire d'éléments chauffants.
Ces plaques-ponts, mécaniquement associées aux attaches, transmettent à ces dernières,
le poids de la résistance constitué par l'ensemble des tubes chauffants.
[0038] Dans cette même optique d'une recherche de l'amélioration de la tenue mécanique des
structures d'accrochage par l'abaissement de leur température, figure l'élimination
des zones localement exceptionnellement chaudes par concentration inutile des courants
électriques en certains points.
[0039] Il est, en effet, connu que le raccordement sans précaution de deux tubes chauffants
parallèles, entraîne une concentration de courant le long du circuit le plus direct.
C'est ainsi qu'une connexion, ou plaque-pont, telle que celle représentée dans la
figure 17, provoque une concentration du courant dans les zones A et B des soudures,
au détriment des zones C et D.
[0040] Il est non moins connu que la parade empirique à la surchauffe résultant des zones
A et B consiste à renforcer les soudures A et B pour y diminuer la densité de courant
; d'où une surchauffe, par rapport à C et D, moins importante.
[0041] L'objet de la présente invention vise à apporter une solution rationnelle.
[0042] La concentration du courant en A et B résulte des lois bien connues régissant l'écoulement
électrique de circuits complexes (loi d'Ohm et de Kirchoff). Pour obtenir l'uniformité
des densités de courant dans les soudures de raccordement de la connexion avec les
tubes chauffants, il suffit d'égaliser les résistances des divers cheminements parallèles
possibles entre deux sections droites des tubes chauffants 57a, 57b, au même niveau
(figure 3). Ceci se traduit en toute rigueur par :

où R est la résistance du trajet dont les extrémités sont repérées par les lettres
A, C ; chaque somme représente donc la résistance totale élémentaire rencontrée par
le courant pour aller d'un point de la section N du tube chauffant57a au point identique
de cette même section N du tube chauffant 57b.
[0043] La réalisation pratique donnant l'égalité des résistances élémentaires se traduit
par une plaque-pont formant une connexion électrique 55 de section droite plus importante
que celle des deux tubes chauffants 57a, 57b et par un profil des extrémités de ces
deux tubes chauffants d'autant plus complexe que les densités de courant dans les
tubes chauffants sont élevées et que le rapport entre les sections droites de la connexion
électrique et des tubes chauffants est plus proche de l'unité.
[0044] Par contre, pour les densités de courant habituellement employées (3 à 5 ampères/mm2)
et l'utilisation d'une connexion électrique de section notablement plus importante
que celle des tubes chauffants (rapport trois à quatre), on obtient un profil d'extrémité
des tubes chauffants très simple et de réalisation aisée (figure 20). L'extrémité
des tubes chauffants 57a et 57b est plane. Elle forme un angle ( 9' ) par rapport
à la section droite. La valeur de cet angle (ϑ) est fonction de la densité de courant
dans les tubes chauffants, et du rapport entre les sections droites de la connexion
électrique, ou plaque-pont, et celle des tubes chauffants. Pour les valeurs courantes,
cet angle (ϑ) est voisin de 30° : ϑ ≃ 30°. En toute rigueur, l'égalité des résistances
n'est pas parfaitement réalisée avec cette jonction biaise, mais on obtient cependant
une bonne homogénéité des températures le long du cordon de soudure, même avec des
densités de courant supérieures à 5 ampères/mm2.
[0045] Une telle connexion électrique permettant une homogénéité acceptable des températures
dans les soudures est désignée par le terme de plaque-pont équicourant 55. Sa combinaison
avec une attache droite ventilée 45, telle que représentée précédemment, conduit à
une réalisation représentée dans la figure 26, synthèse des inventions initiées figure
10.
[0046] Dans les figures 18 et 19, le tube chauffant faisant office de résistance 57 est
coupé à son extrémité 60 selon un angle en biais déterminé par le rapport des deux
sections droites du tube chauffant et de la plaque-pont 55. Cette plaque-pont équicourant
55 est composée de deux plans P1 et P2 qui forment entre eux un angle ( ω ). Chaque
plan A ou B forme avec le plan horizontal un même angle (ϑ ). L'angle ( ϑ ) peut être
voisin de 30° : ϑ ≃ 30°.
[0047] Dans les figures 20 et 21, la plaque-pont équicourant 55 comporte une partie supérieure
horizontale P3 et deux plans inclinés P1 et P2 qui forment un angle ( ϑ ) avec l'horizontale.
[0048] Dans les figures 22 et 23 la plaque-pont équicourant 55 comporte une partie supérieure
horizontale P3 et deux paires de plans inclinés P1 et P2, P3 et P4 qui forment avec
l'horizontale deux angles À 1 et A 2.
[0049] Le dispositif de support des résistances équipant les fours électriques industriels
haute température, par un dispositif ventilé permettant d'abaisser la température
des éléments les plus sollicités mécaniquement, peut être assuré par un tube attache
plié en forme d'épingle comme décrit ci-dessus. Il peut être également réalisé par
le dispositif décrit ci-après, voir la figure 24.
[0050] Un tube creux attache réfrigéré 45 vertical, de même composition que celle des éléments
chauffants, est soudé, à son extrémité inférieure, à la plaque-pont 55 reliant les
extrémités supérieures de deux éléments ou tubes chauffants successifs 57a, 57b. Il
traverse le calorifuge 51 de la voûte 74 pour déboucher au-dessus de la carcasse externe
26 du four sur lequel il prend appui par l'intermédiaire d'une douille isolante 27
à épaulement qui assure son isolement électrique vis-à-vis des structures métalliques
de cette carcasse.
[0051] A l'intérieur de ce tube creux attache réfrigéré 6 ou 45 est logé concentriquement
à l'alésage, un tube réfrigérant vertical 33, ouvert à ses deux extrémités. Entre
le tube creux attache réfrigéré 45 et le tube réfrigérant intérieur 33 est ainsi créé
un espace annulaire 72 qui est obstrué à l'extrémité supérieure 70 du tube creux attache
réfrigéré 45. Immédiatement au dessous de cette obstruction, le tube creux attache
réfrigéré 45 est muni d'un orifice latéral 42 par où est introduit le fluide de refroidissement
de l'air à la température ambiante par exemple. Ce fluide commence par descendre dans
l'espace annulaire 72, refroidissant la paroi interne du tube creux attache réfrigéré
45 faisant office d'attache, puis arrive à l'extrémité inférieure 68 du tube creux
réfrigérant 33 ; il pénètre dans le tube réfrigérant 33 pour remonter à l'intérieur
et finalement sortir par l'extrémité supérieure 34 de ce tube réfrigérant 33. Ce fluide
a la même fonction que celui circulant dans le tube cintré en forme d'épingle du premier
dispositif. Il provoque indirectement un refroidissement de la plaque-pont 55 et des
soudures 5 ou 56 de celle-ci avec les deux tubes creux verticaux chauffants 57 avec
un cheminement thermique plus direct que celui relevant du premier dispositif à épingle.
En effet, l'énergie thermique, dégagée par effet Joule dans la traverse, et les calories
amenées par conduction et provenant des tubes chauffants 57, s'écoulent vers le dos
de la plaque-pont 55, puis pénètre dans la paroi du tube creux attache réfrigéré 45
et remonte, par le tube réfrigérant 33, jusqu'à ce que le fluide de refroidissement
les ait absorbées.
[0052] Un réglage convenable, fait une fois pour toute, du niveau de l'extrémité inférieure
du tube attache, et le réglage du débit du fluide, permettent de régler la température
de la plaque-pont 55 au voisinage de celle du four 1, soit un gain de plusieurs dizaines
de degrés, particulièrement bénéfique étant donné le niveau de température où se trouve
le métal des plaques-ponts 55.
[0053] De plus, il n'y a plus de ponctions thermiques parasites comme cela est le cas avec
le tube attache en forme d'épingle du premier dispositif où une partie du tube attache
est soumis à l'ambiance du four, atténué par le revêtement calorifuge qui couvre ledit
tube attache.
[0054] Les caractéristiques techniques, décrites ci-dessus, décrivent un élément modulaire
chauffant interchangeable 75. Cet élément modulaire chauffant - interchangeable 75
se compose d'une carcasse 26 ou structure, de deux broches d'amenée du courant 64,
de tubes creux attaches réfrigérés 45, de tubes chauffants 57, de plaques-ponts 55,
d'isolant incorporé 51. Cet élément modulaire interchangeable 75 permet le remplacement
rapide extérieur en cas de panne sans attendre que le four 1 soit refroidi (voir les
figures 25 et 26.)
1. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent
à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), caractérisé par
le fait que lesdits tubes verticaux creux chauffants (2) sont reliés entre eux électriquement,
par des plaques-ponts (4) indépendantes.
2. Four électrique à haute température selon la revendication 1 caractérisé par le
fait que les plaques-ponts (4) sont maintenues sur lesdits tubes verticaux creux chauffants
(2) par une soudure en cordon continu (5).
3. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications
1 ou 2 caractérisé par le fait que lesdites plaques-ponts (4) sont soudées aux tubes
verticaux creux chauffants (2) et sont réfrigérées au niveau des points de soudure
(5) par des moyens réfrigérants (6) qui font, en même temps, office d'attache (6).
4. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications
1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attache sont des
tubes creux (6) en forme d'épingle qui viennent soutenir les tubes chauffants (2)
au niveau desdites plaques-ponts (4).
5. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications
1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que les moyens faisant office de moyens réfrigérants
sont les mêmes tubes creux (6) dans lesquels circule un fluide froid.
6. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon
la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attache
(6) sont des tubes creux verticaux (6) parcourues par un fluide froid.
7. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon
l'une quelconque des revendications 1 ou 6 caractérisé par le fait que les tubes creux
(6), faisant office d'attache sont métalliques, cintrés à 180 degrés pour former une
épingle à branches parallèles.
8. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon
l'une quelconque des revendications 1, 6 ou 7 caractérisé par le fait que lesdits
tubes creux (6) faisant office d'attache et qui sont en forme d'épingle sont implantés
en voûte du four, traversés par des branches parallèles qui débouchent au dessus de
ladite voûte.
9. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent
à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque
des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 caractérisé par le fait que la plaque-pont
(4) qui forme la connexion électrique et qui relie deux tubes verticaux creux chauffants
(2) passe dans la boucle du tube attache (6) en forme d'épingle.
10. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent
à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque
des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 caractérisé par le fait qu'il est interposé
des pièces (18) en céramique réfractaire entre la plaque-pont (4) et le tube attache
en forme d'épingle (6).
11. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent
à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque
des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 caractérisé par l'appui des tubes
attache en forme d'épingle (6) recevant les pièces du tube creux chauffant (2) faisant
office de résistance (2), sur la structure externe (17) dudit four (1) avec interposition
d'une pièce (24b) non conductrice de l'électricité pour isoler les branches du tube
attache en forme d'épingle (6) des structures métalliques dudit four (1).
12. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
1, caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attaches (45) pour les
moyens faisant office de résistances (57) du four industriel (1), fonctionnant à haute
température, sont des tubes attaches creux réfrigérés verticaux (45) parcourus par
un fluide froid.
13. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que le moyen d'attache (45) est en forme de tube creux
réfrigéré vertical, qui traverse la voûte (74) composée de la carcasse externe (26),
du calorifuge (51), du four (1) et qui est soudé à son extrémité inférieure (68) à
la plaque-pont (55) reliant deux tubes chauffants successifs (57).
14. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que l'on injecte en partie haute, dans l'espace annulaire
(72) existant entre le tube creux attache réfrigéré (45) et un tube intérieur réfrigérant
(33), un fluide refroidissant qui retourne au circuit externe, à l'attache (45), par
ledit tube creux réfrigérant (33).
15. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que les tubes creux attaches réfrigérés (45) s'appuient
sur les structures externes ou carcasse (26) du four (1) par l'intermédiaire de pièces
(27), non conductrices de l'électricité, afin d'assurer l'isolement, desdits tubes
creux attaches réfrigérés (45), des structures métalliques du four (1).
16. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que les broches d'amenée de courant (64) comportent les
mêmes moyens réfrigérants que les tubes creux attaches réfrigérés (45) dans lesquels
circulent du fluide froid.
17. Connexion entre deux tubes chauffants parallèles (57) de résistance de four électrique
industriel fonctionnant à haute température selon la revendication 12 caractérisé
par le fait qu'elle est réalisée par une plaque-pont (55) dont le profil de raccordement
aux dits tubes chauffants assure une répartition homogène des densités de courant
dans cette section de raccordement par soudure.
18. Connexion entre deux tubes chauffants parallèles (57) de résistance de four électrique
industriel fonctionnant à haute température réalisée par une plaque-pont (55) selon
l'une quelconque des revendications 12 ou 17 caractérisée par le fait que l'égalisation
des densités du courant est obtenue par l'égalisation des résistances des chemins
électriques empruntés par le courant qui passe d'un tube chauffant (57a) à l'autre
(57b), ladite égalisation déterminant le profil de raccordement.
19. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait qu'il est constitué d'éléments modulaires (75)' interchangeables
rapidement sans attendre le refroidissement dudit four.
20. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon l'une quelconque
des revendications 12 ou 19 caractérisé par le fait que chaque élément modulaire interchangeable
(75) se compose d'une carcasse ou structure (26), de deux broches d'amenée du courant
(64), de tubes creux attaches réfrigérés (45), de tubes chauffants (57), de plaques-ponts
(55), d'isolant incorporé ou calorifuge (51) ; cet élément modulaire (75) permet le
remplacement rapide par l'extérieur en cas de panne sans attendre que le four (1)
soit refroidi.
21. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que le tube creux chauffant faisant office de résistance
(57) est coupé, à son extrémité (60), selon un profil déterminé par le rapport de
deux sections droites du tube creux chauffant (57) et de la plaque-pont (55).
22. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que ladite plaque-pont équicourant (55) est centrée de
façon à suivre le profil de la revendication 10.
23. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent
à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication
12 caractérisé par le fait que la broche d'amenée de courant (64) est composée d'un
tube creux attache réfrigéré (45) servant également au passage du courant et d'un
tube (33) réfrigérant ouvert à ses deux extrémités, le tube creux attache réfrigéré
(45), fermé à ses deux extrémités est muni d'une ouverture latérale (42) en zone haute
où est introduit le fluide réfrigérant ; le fluide descend dans l'espace annulaire
entre (45 et 33) où il refroidit le tube attache refrigéré (45), pour ressortir à
l'extérieur en remontant dans le tube réfrigérant (33).