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PROCEDE ET DISPOSITIFS POUR LE CHAUFFAGE ELECTRIQUE DES FOURS ET FOURS EN RESULTANT.
La présente invention, qui est due à Mr, Parage, a pour objet un procédé pour le chauffage électrique des fours, suivant lequel la chaleur est produite au moyen d'un courant élec- trique dont la transformation en chaleur est obtenue au moyen d'un arc, ou bien au moyen d'un arc et d'une résistance en série, à 1' intérieur d'une enceinte formée, qui est placée dans le four au des- sus de la surface de la charge ou dans la charge de façon à chauf- fer cette dernière au moyen de la chaleur cédée par la paroi exté- rieure de l'enceinte.
L'invention a pour objet également des dispositifs pour l'exécution de ce procédé, et-comprend les fours qui en comportent application.
Le procédé suivant l'invention permet, en particulier : a) d'organiser la source de chaleur de telle façon que la cha- leur produite soit autant que possible cédée uniquement à la charge
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à fondre soit par rayonnement,soit par conductibilité directe. b) d'assurer pratiquement la constance de la grandeur de la surface rayonnante de la source de chaleur malgré l'usure inévita- ble de ses organes constituants. c) de ne demander à cette pièce rayonnante que de transmettre la chaleur à la charge, la transformation du courant en chaleur étant produite hors de sa section, ce qui permet de dimensionner la pièce de façon à réduire sa température.
d) de soustraire les parois du four au rayonnement de ltare ' ou de pièces à très haute température,.pour éviter leur usure rapide,et de concentrer dans une large mesuré la chaleur sur le bain. e) de soustraire le bain métallique à l'action carburante de l'arc. f) de procurer, le cas échéant, une atmosphère réductrice au dessus du bain. g) d'utiliser avec autant de facilité du courant di ou tri- phasé que du courant monophasé. h) de constituer le four de façon que le travail du bain et du laitier soit aisé, ainsi que la réparation du garnissage du four. i) d'éviter la nécessité de prévoir un dispositif de dilata- tion des pièces portées à très haute température.
j) d'éviter la nécessité de prévoir les dispositifs spéciaux pour empêcher les pertes dans la carcasse métallique du four, le procédé suivant l'invention permettant d'obtenir automatiquement un champ nul autour des conducteurs traversant la paroi du four.
Le procédé suivant l'invention peut être appliqué à des fours de type quelconque pour fournir toute la chaleur qui leur est nécessaire. Il peut être également utilisé, à titre de procédé de chauffage auxiliaire, en procurant des avantages importants, dans des fours de systèmes quelconques, tels que :
les fours à induction à basse ou haute fréquence, à fréquences multiples, à enroulements mono ou polyphasés, et dans toutes les autres catégo-
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ries de fours dont l'atmosphère est oxydante et dans lesquels le laitier n'est chauffé que par la chaleur qui lui/est cédée par le bain lui-même, auquel cas il peut en résulter des inconvénients graves pour la qualité du métal obtenu,
On sait en effet que les fours à induction en particu- lier présentent l'inconvénient de fondre leur charge en atmosphère oxydante et de faciliter l'oxydation du bain de métal par le mouve- ment de brassage électrodynamique qui renouvelle constamment la surface nue du bain fondu au contact de l'atmosphère en certains points du four.
Il en résulte une formation assez abondante d'oxy- des métalliques dissous dans le bain, qui sont répartis dans toute la masse du métal, et dont il est très difficile de se débarrasser par les moyens habituels de désoxydation; les scories qui en ré- sultent sont en effet très peu volumineuses et ne peuvent de ce fait et en raison du brassage gagner la surface par différence de densité. Ces scories nuisent à la qualité du métal, notamment lors- qu'on recherche l'homogénéité de qualité, le poli, etc....
L'inten- sité du brassage peut bien être réglée par différents moyens, par exemple en faisant varier la puissance appliquée ou la hauteur du bain en sorte d'obtenir que les scories gagnent la surface, mais ces moyens ont été reconnus insuffisants car les scories du bain ne peuvent plus alors être retenues par le laitier de couverture dont le chauffage est devenu insuffisant et qui par suite se soli- difie.
Différents procédés de chauffage du laitier de couverture ont été proposés, mais jusqu'à présent aucun n'a donné satisfac- tion,
Le procédé de chauffage suivant l'invention utilisé à titre de chauffage auxiliaire permet dans ce cas d'une part de réaliser le chauffage du laitier et d'autre part de constituer au-dessus du bain une atmosphère réductrice, sans apporter de per- turbation dans le fonctionnement habituel des fours à induction, ni nuire à leurs qualités, particulièrement en évitant d'incorpo- rer du carbone dans le bain de métal fondu.
De plus, en réalisant le chauffage des laitiers indé-
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pendamment du bain, on obtient des laitiers actifs qui facili- tent l'affinage du métal fondu suivant une méthode analogue à cel- le utilisée dans les fours à arc.
On a décrit ci-après, simplement à titre d'exemple, et conjointement à des fours qui en comportent application,quel- ques formes de réalisation de dispositifs pour l'exécution du pro- cédé de l'invention. Dans cette description on se réfère aux des- sins ci-joints qui montrent schématiquement :
Fig. 1 une vue en coupe d'un four dans lequel toute la chaleur nécessaire est fournie par le procédé et à l'aide d'un dispositif suivant l'invention.
Figs. 2 et 3 des vues de variantes de dispositifs pour la réalisation du procédé.
Fig. 4 une vue en coupe d'un four horizontal compre- nant plusieurs dispositifs suivant l'invention.
Fig. 5 une vue en coupe d'un four à induction comportant un dispositif suivant l'invention pour le chauffage auxiliaire de la charge.
En se réfèrant à la figure 1 le four, dont la cuve a la forme d'un creuset cylindrique vertical, comporte, à la façon con- nue, un creuset 1 dans lequel se trouve le bain de métal 2 présen- tant de préférence une grande surface de chauffe comparativement à sa profondeur et qui est surmonté du laitier 3. Le four comporte une voûte 4 et des portes de service 5 et 6, l'une de ces derniè- res servant à la coulée du métal.
Le dispositif de chauffage suivant l'invention, dési- gné dans son ensemble par A, traverse la voûte 4 du four .
Ce dispositif comprend essentiellement une enceinte fer- mée du côté du four, constituée par un ensemble d'organes tels que le creuset 9, le corps 10 et la pièce 13 convenablement assemblés les uns aux autres, et formant un conducteur fixe 101 dans lequel plonge un conducteur mobile 7.
Le courant arrive par le conducteur mobile 7, est trans- - formé en chaleur dans l'arc 8 et la résistance 8' et fait retour
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au réseau par le creuset 9 et le corps cylindrique 10.
Le conducteur fixe 101 est supporté par la voûte par lTin- termédiaire de la prise de courant 11 qui sert en même temps à assu- rer l'étanchéité de la traversée de la voûte. Une ou plusieurs cou- ronnes 12, en matière réfractaire et isolante convenable, permettent de centrer le conducteur 7 dans le conducteur 101. La puissance dis- sipée en 8 ou 8' est réglée par la manoeuvre de ce conducteur 7, Sa hauteur peut être réglée au moyen soit d'une commande manuelle, soit dTun dispositif à action automatique, monté sur ou solidaire de la carcasse du four.
Dans l'exemple décrit, le conducteur 7 en entier, ou sa partie inférieure seulement, est en graphiter le conducteur fixe 101 peut être en graphite ou en carbone amorphe.
En fonctionnement, la matière de l'électrode 101 en se com- binant'à l'oxygène de l'atmosphère du four donne de l'oxyde de car- bone qui rend cette atmosphère réductrice.
Dans l'agencement du conducteur fixe, le -creuset 9 formé d'une pièce à grande surface extérieure et donc à grand rayonnement est fixé sur la pièce 10 de plus faible section transversale pour diminuer les pertes par conductibilité; cette pièce 10 est reliée elle-même à une pièce 13 refroidie par la prise de courant,
Afin de diminuer encore les pertes par conductibilité on peut employer le montage indiqué sur la figure 2, dans lequel la pièce 10 est reliée à la pièce 13 par une pièce 14 mauvaise con- ductrice de la chaleur et de l'électricité et une ou plusieurs ti- ges métalliques (en nickel ou en métal inoxydable) 15 destinées à conduire le courant.
Dans le même but il peut être avantageux d'employer une tige métallique pour relier le conducteur mobile 7 à la prise de courant correspondante.
Le conducteur fixe peut plonger par sa partie inférieure dans le bain métallique si on ne craint pas la contamination du bain par la matière de ce conducteur, Si cette contamination est à
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@ craindre la partie inférieure du conducteur sera recouverte d'une matière réfractaire appropriée. Dans certains cas le conducteur ou l'électrode pourra être protégé contre l'oxydation, ou la car- buration du bain évitée ou les deux, en enfermant complètement 1' électrode dans une gaine réfractaire appropriée 16, comme indiqué sur la figure 3 par exemple.
La substance servant de résistance 8' dans le fond du creuset est constituée en totalité ou en majeure partie de grains de la même matière conductrice que le conducteur fixe. Ces grains peuvent être mélangés avec une matière inerte aussi peu volatile que possible. La grosseur des grains et leur quantité dépend de la puissance qu'on veut dissiper dans la résistance 8' et de la tempé- rature qu'on veut obtenir,
Dans le but de faciliter l'introduction de la charge, la voûte du four peut être rendue facilement démontable, ou bien enco- re on peut, si on le juge utile, relever tout l'ensemble du disposi- tif de chauffage par un moyen mécanique approprié associé au four et de façon telle qu'il vienne s'insérer dans un moufle solidaire du four.
Le conducteur fixe peut, le cas échéant, être établi sous forme d'un simple tube en une ou plusieurs pièces. La chaleur est alors engendrée par l'arc éclatant entre le conducteur fixe et 1' électrode mobile. Dans ce cas, pour que l'arc soit stable, il est nécessaire que l'extrémité inférieure du conducteur mobile soit main- tenue à quelques centimètres au-dessus de la partie inférieure du conducteur fixe.
Le four décrit peut comporter ou non un enroulement in- ducteur 17 (fig.l) pouvant être parcouru par un courant alternatif; cet enroulement produit dans la masse fondue un brassage électro- magnétique destiné, soit à activer la fusion de la charge encore en partie solide, soit à assurer son homogénéité. Le branchement de cet enroulement est fait au gré de l'opérateur pour obtenir l'un de ces deux effets.
On peut utiliser du courant di ou triphasé, en employant
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soit un dispositif de chauffage par phase, soit plusieurs disposi- tifs de chauffage par phase, montés en série ou en parallèle, dans le cas de fours très puissants, soit encore plusieurs conducteurs mobiles placés dans un seul conducteur fixe servant de point neutre
La figure 4 montre schématiquement un autre exemple d'ap. plication dans lequel la cuve du four a reçu la forme d'un cylin- dre horizontal fermé à ses deux extrémités. Les portes de service 5 et 6 du four sont placées dans les fonds de cylindre.
L'ensemble peut alors recevoir un mouvement d'oscillation d'amplitude conve- nable autour de son axe horizontal longitudinal de façon que le bain de métal récupère une partie de la chaleur emmagasinée dans la paroi réfractaire,
Le four peut ou bien basculer autour d'un axe horizontal perpendiculaire à celui précité et situé dans le même plan pour vider le four par une des portes 5 et 6 ou bien comporter une ports de coulée.
En ce qui concerne l'alimentation en courant du four les remarques faites pour le four de la figure 1 s'appliquent à ce ty- pe. En particulier, le courant d'alimentation peut être di- ou triphasé, Pour du courant diphasé à 4 fils chacun des dispositifs de chauffage seràit branché entre deux fils d'une même phase.
Pour du courant triphasé on utiliserait un transformateur Scott et on relierait entre elles les prises de courant fixes.
Dans la forme d'exécution représentée fig. 5, le four qui est de type à induction comporte un dispositif de chauffage auxiliaire suivant l'invention.
L'enroulement inducteur 20 est un enroulement normal à haute fréquence. Le creuset 21 contient le bain de métal 22 sur- monté du laitier 23. 24 est la sole du four et 25 le bec de cou- lée. cet ensemble qui forme la partie essentielle d'un four normal à induction est contenu dans une carcasse.
Le four est pourvu à sa partie supérieure d'un systè- me de fermeture qui peut être une simple dalle au qui peut com-
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prendre, comme représenté, une partie cylindrique 26, dans la- quelle sont ouvertes une ou plusieurs portes de service 27,et qui est surmontée d'une voûte 28.
Le dispositif de chauffage auxiliaire A, qui peut être agencé conformément à l'une des dispositions déjà décrites, traverse la voûte 28 du four.
Le courant de chauffage arrive par le conducteur mobi- - le 7, est transformé en chaleur dans l'arc 8 et la résistance 8T et fait retour au réseau par le conducteur fixe 101 en forme de creuset cylindrique.
Le conducteur 101 est supporté par la voûte par l'in- termédiaire de la prise de courant 11 qui sert en même temps à assurer l'étanchéité de la traversée de la voûte. Comme précé- demment, une ou plusieurs couronnes 12, en matière réfractaire et isolante convenable, permettent de centrer le conducteur 7 dans le conducteur 101 et la puissance dissipée en 8 ou 8' est ré- glée par la manoeuvre de ce conducteur 7 dont la hauteur peut être réglée au moyen soit d'une commande manuelle, soit d'un dis- positif à action automatique.
Le conducteur 7 est en graphite et le conducteur fixe
101 peut être en graphite ou en carbone amorphe.
La matière de l'électrode 101 en se combinant à l'oxy- gène de l'atmosphère du four donne de l'oxyde de carbone qui rend cette atmosphère réductrice. L'ensemble du dispositif de chauffa- ge donnant un champ nul autour du conducteur 101 ne trouble pas le fonctionnement du four, et aucun des éléments de ce dispositif n'étant en contact avec le bain ne peut le contaminer, en parti- culier en y introduisant du carbone.
Le courant d'alimentation peut être soit à fréquence normale, soit à moyenne ou haute fréquence. Il est nécessairement monophasé dans le conducteur mobile 7. On peut utiliser du cou- rant polyphasé en prévoyant plusieurs dispositifs de chauffage branchés individuellement ou par groupe dans une phase, ou bien plusieurs conducteurs mobiles placés dans un seul conducteur fi- xe comme précédemment.
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Le conducteur fixe pourra être constitué comme indiqué précédemment de plusieurs pièces 9,10 et 13 rendues solidaires les unes des autres. Il pourra être plongé dans le bain métallique si la contamination du bain par ledit conducteur n'est pas à craindre, ou bien recouvert dans sa partie inférieure ou entièrement d'une manière réfractaire appropriée. La protection du conducteur fixe contre l'oxydation sera obtenue par une gaine réfractaire comme précédemment.
Il doit être bien entendu que'la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux formes d'exécution qui viennent d'être indiquée:: et qui n'ont été données qu'à titre d'exem ple, mais qu'elle englobe toutes les variantes basées sur les mêmes principes.
REVENDICATIONS
1.- Un procédé pour le chauffage électrique de fours, sui- vant lequel la chaleur est produite au moyen d'un courant éleotri- que dont la transformation en chaleur est obtenue au moyen d'un arc, ou bien au moyen d'un arc et d'une résistance en série, à l'inté- rieur d'une enceinte fermée, qui est placée dans le four au-dessus de la' surface de la charge ou dans la charge de façon à chauffer cette dernière au moyen de la chaleur cédée par la paroi extérieu- re de l'enceinte.