<Desc/Clms Page number 1>
" AMENEE DE COURANT DE RESISTORS POUR FOURS ELECTRIQUES "
La présente invention se rapporte au problème du chauffage de fours électriques à hautes températures au moyen de résistances chauffantes généralement appelées résistors. On sait que le bon fonctionnement et la conservation de ces organes, - par exemple des barres de graphite ou de carbone amorphe, - dépendent, dans une grande mesure, de l'atmosphère dans laquelle ils sont destinés à fonctionner.
Il est bien comnu, en particulier, que certains de ces résistors - notamment ceux qui, par ailleurs, sont dotés des plus grandes aptitudes au chauffage, tels que les résistors précités, - subissent fréquemment aux températures envisagées, de l'ordre de 1600 C., une aotion chimique préjudiciable de la part de l'atmosphère qui est en contact avec eux.
Afin d'augmenter la durée des résistances chauffantes,
<Desc/Clms Page number 2>
notamment do celles qui sont constituées par des barres de carbone, de graphite, ou autres matériaux oxydables, exposés à une atmosphère oxydance en même temps qu'à de hautes températures,. il a déjà été proposé de prévoir des moyens spéciaux pour rendre aussi étanche que possible l'enceinte du four, ou même d'enfermer
EMI2.1
ce. élenentn car¯s des gaines rsfractaires faites d'un matériau qui soit imperméable aux gaz à la température d'utilisation. Ces gaines sont.,dans certains cas, au contact direct du résistor et, dans d'autres, elles laissent subsister, autour de ce dernier, un espace annulaire dans lequel est confinée une atmosphère non pré- judicable à l'élément chauffant.
On a également proposé d'établir, sur les résistors, des revêtements plastiques ( enverrases), mais ceux-ci ne jouent leur rôle protecteur qu'au-dessus de leur température de ramollissement et ils laissent, par conséquent, subsiste'!' un défaut de protection au:: extrémités, lesquelles sont toujours plus froides.
La présence de ces gaines -ou, plus généralement, la néces- sité de faire travailler les résistors à l'intérieur d'une enceinte étanche aux gaz,- est à l'origine de sérieuses difficultés de montage, pour la solution desquelles divers artifices plus ou moins efficaces ont été déjà proposés.
Il est nécessaire, en offot, que l'ensemble de l'enceinte, du résistor et des pièces d'amenée de courant, soit organisé de telle manière que soient assurés simultanément: une liaison électrique aussi parfaite que possible entre le résistor et les dites pièces, le libre jeu de la dilatation axiale et transversale du résistor, la permanence de l'étanchéité de l'enceinte autour de la partie chauffante de celui-ci et, enfin, dans la plus grande mesure possible, la réduction des pertes d'énergie par effet Joule ou par conductibilité thermique - dans la zone des pièces d'amenée de courant.
@
<Desc/Clms Page number 3>
Dans les montages connus, l'ensemble de ces conditions ne se trouve pas satisfait. par exemple, dans le cas d'un résistor engainé, sans contact direct avec la gaine, on a été conduit à sertir les pièces d'amenée de courant sur la gaine, avec interposition d'un joint étanche rigide, mais il est alors nécessaire que le résistor puisse se dilater axialement, indépendamment de la gaine, étant donné qu'il est pratiquement impossible de trouver un matériau conducteur et un matériau réfractaire imperméable ayant les mêmes coefficients de dilatation.
Cette nécessité a conduit à la réalisation de pièces de contact glissantes. Toutefois, il a été constaté qae ces contacts présentent l'inconvénient de donner lieu, au passage du courant, à une résistance assez élevée qui, de plus, se modifie d'une manière imprévisible par l'élévation de température et le déplacement relatif des contacts et du résistor.
On a également proposé, pour permettre la libre dilatation d'un résistor protégé par une gaine, de conformer ou découper ce résistor en hélice, de façon à le rendre élastique.
Le but de l'invention est de satisfaire aux diverses conditions mentionnées ci-dessus, soit dans le cas de résistors directement protégés par des enceintes du genre gaine, telles, par exemple, qu'un tube de sillimanite étanche, soit dans le cas de résistors non engainés, vis-à-vis desquels l'enceinte du four elle-même joue le rôle de protecteur étanche.
L'invention consiste à constituer les pièces d'amenée de courant pour résistors de fours électriques, sous la forme d'une tête conduotrice, généralement métallique, qui est reliée à l'enceinte du résistor d'une manière en principe étanche ou sensiblement étanohe et qui renferme un liquide conducteur, - par exemple un métal fondu - baignant l'extrémité du résistor et permettant le libre jeu des dilatations relatives du résistor et des autres
<Desc/Clms Page number 4>
organes annexes, tout en assurant la transmission du courant au résistor dans des conditions très supérieures à celles obtenues par la juxtaposition de surfaces rigides.
Outre ces fonctions principales qu'il remplit dans tous les cas, le liquide conducteur contenu dans la tête d'arrivée de courant paut encore, dans certaines conditions, en particulior lorsque l'enceinte est constituée par une gaine réfractaire, servir à parfaire l'étanchéité entre la dite gaine et la tête d'amenée de courant.
Pour diminuer encore 'échauffement des têtes, et, par suite, les pertes par dissipation d'effet Joule dans les extrémités du résistor, on peut ménager à ces extrémités une cavité où pénétrera le liquide conducteur, plus conducteur que le résistor. Un résultat analogue peut être obtenu par graphitation des extrémités du résistor, en combinaison ou non avec.la remplacement d'une partie du graphite par du liquide conducteur.
Le choix du corps conducteur constituant le bain de contact sera guidé par les considérations suivantes:
Le corps choisi devra fondre à basse température et posséder cependant une tension de vapeur faible à la température à laquelle se trouve portée la tête en fonctionnement normal.
Ce corps devra également être apte à assurer un bon cuntact avec le résistor ainsi qu'avec le métal constituant la tête d'amenée de courant. Par ailleurs ce corps, qu'il soit à l'état liquide ou sous forme de vapeur, ne doit pas attaquer d'une maniè- re sensible ces matériaux.
Une réalisation de l'invention consiste à utiliser comme bain conducteur l'étain fondu, car celui-ci remplit particulièrement bien ces diverses conditions techniques, tout en satisfaisant aux considérations d'ordre économique. De plus, l'utilisation de l'étain fondu comme liquide conducteur est particulièrement avan- tageuse, car l'étain, au contact d'un gaz oxydant susceptible de passer par les joints, vient colmater, en s'oxydant, les dits
<Desc/Clms Page number 5>
joints.
Le dessin annexé représente divers dispositifs d'amenée de courant possédant les caractéristiques de l'invention.
Sur ce dessin:
Les figs. 1 à 3 dont des vues schématiques en coupe longitudinale montrant diverses réalisations caractéristiques.
Les fige. 4 à 8 sont des vues en coupe longitudinale de diverses variantes d'exécution de dispositifs d'amenée de courant d'après l'invention.
La fig. 9 représente l'application de l'invention dans le cas où l'enceinte étanche doit être constituée par le four luimême.
La fig.10 est une coupe longitudinale d'un dispositif d'amenée de courant, dans le cas où le résistor est prolongé à chaque extrémité par une pièce intermédiaire conduisant le courant.
La fig.ll représente une réalisation de l'invention dans le cas où le résistor est placé verticalement.
Les figs. 12 et 13 représentent des particularités d'exécution qui constituent, pour leur part, des objets de l'invention.
Les figs. 1, 2 et 3 fout ressortir le principe de l'invention, dans le cas où le résistor 1 est enfermé à l'intérieur d'une gaine 2.
Dans la fig.l, conformément à l'invention, chaque tête d'amenée de courant 3 est reliée d'une manière étanche, par le joint 4, à la gaine 2 et elle contient une certaine quantité de liquide conducteur 5, par exemple de l'étain. Le résistor, centré dans la gaine, grâce à un étranglement 6 de la tête d'amenée de courant, baigne par ses extrémités dans le liquide conducteur, lequel lui transmet le courant amené à la tête métallique par une borne 7.
<Desc/Clms Page number 6>
On voit que les variations de longueur du résistor en fonction de la température peuvent s'effectuer librement grâce à l'interpo- sition du bain liquide 5 entre le résistor et la tête d'amenée de courant.
Le dispositif représenté sur la fig. 2, qui dérive du précé- dent, constitue une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, dans laquelle le liquide 5 est en charge dans la capacité 3 de sorte que la totalité de l'extrémité du résistor se trouve baignée par ce liquide, l'amenée du courant au résistor s'opérant dans les meilleures conditions. De plus, ce liquide, accès 1 ayant jusqu'au joint 4, concourt à assurer l'étanchéité de ce joint, en particulier si ce liquide est de l'étain qui par oxyda- tion colmate le dit joint.
Dans ce mode de réalisation, l'étranglement 6 servant au centrage du résistor fait partie d'une pièce spéciale fixée sur la gaine 2 et il porte un joint 8 destiné à prévenir la pénétra- tion du liquide dans l'espace annulaire entre gaine et résistor.
Il n'est d'ailleurs pas nécessaire que l'étanohéité de ce joint soit absolue, car en tout état de cause une très faible quantité de liquide seulement pourrait arriver à passer dans cet espace annulaire.
Dans certaines conditions, même, ce liquide qui se vaporise dans cet espace annulaire peut venir se recondenser à l'intérieur des zones plus froides constituées par les capacités 3.
Dans l'exemple de réalisation de la fig. 3, afin de diminuer l'échauffement des amenées de courant par dissipation d'effet Joule, le résistor 1 a été évidé sur une certaine longueur a-b, de telle façon que le liquide employé qui, dans ce cas, sera plus conduc- teur que le matériau du résistor, vienne se substituer à ce der- nier dans la cavité ainsi ménagée. De plus, ce remplacement permet, pour Vue même conductibilité électrique des extrémités du résistor, de réduire la section de celui-ci à ses extrémités et, par consé-
<Desc/Clms Page number 7>
quent, de. réduire les pertes par conductibilité thermique.
Dans l'exemple d'exécution pratique représenté sur la fig.4,afin de permettre le démontage et l'extraction du résistor,- la tête d'amenée de courant est constituée en deux parties 3a - 3b assemblées par vissage. Entre la partie 3b et la gaine 2 est interposé le joint 4. Une bague de graphite 8-appliquée contre un épaulement 6 de la partie 3b par l'extrémité 9 de la partie 3a - sert au centrage du résistor, lequel sera, par exemple, en carbone amorphe.
Un refroidissement suffisant de la tête d'amenée de courant est assuré par les ailettes 10.
La fig.5 représente une variante grâce à laquelle sont éliminés les inconvénients que peut entrainer un figeage intempestif du liquide à l'arrière du résistor, soit lors d'une mise hors feu sans précaution, soit en cas de refroidissement trop brutal de la tête d'amenée de courant.
Dans ce'but, la chambre affectée au liquide dans la tête conductrice est limitée par la bague 8 et par une seconde bague 11 traversée par le résistor. A l'arrière de la bague 11 se trouve réservé un compartiment 12, grâce auquel la dilatàtion axiale du résistor peut s'effectuer librement.
Le refroidissement de la tête d'amenée de courant est, ici, réalisé par une chemise d'eau 13.
La fig.6 représente une forme d'exécution pratique du dispositif précédent, dans laquelle le liquide est contenu dans une cartouche 14 qui se trouve frettée par le corps 3b de la tête conductrice, et qui est fermée par la bague 11.
Dans l'exemple de la fig.7, afin d'éviter que,comme dans le cas précédent, -. la transmission de courant ait à s'opérer par le contact entré les éléments rigides 3b et 14, on maintient l'écartement des bagues 8 et 11 au moyen d'un cylindre 15 présentant des ouvertures 16, à travers lesquelles le liquide conducteur
<Desc/Clms Page number 8>
5 est au contact direct de la tête d'amenée de courant.
La figure 8 représente une réalisation préférée de l'invention, dans laquelle la tête d'amenée de courant est constituée par l'assemblage d'un tube 3b, d'un corps central 3c et d'un élément arrière 3a formant bouchon.
Le joint destiné à empêcher le liquide conducteur de passer à l'intérieur de la gaine 2 est réalisé par deux bagues, Sa - 8b, séparées par un manchon 17, l'ensemble étant maintenu en place et,appliqué contre le tube réfractaire 2 par le cylindre ajouré 15.Le serrage est opéré par le bouchon 3a.
Un passage 18 permet au liquide d'accéder dans la chambre annulaire 19 pour que ce liquide puisse parfaire ainsi l'action d'étanchéité du joint avant 4.
La fig. 9 se rapporte au cas dans lequel le résistor 1, dépourvu de gaine, est monté à l'intérieur d'un four 19 formant capacité étanche grâce à l'interposition d'un joint 20 entre la tête d'amenée de courant 3 et la paroi latérale de ce four. Le résistor est centré par un étranglement 6 pourvu d'un joint 9, selon une disposition analogue à celle de la fig.2.
Comme dans le cas de la fig. 3, un canal a - b est pratiqué dans l'extrémité du résistor.
Dans l'exemple de la fig.10, qui montre une autre réalisation pratique du montage de la fig., chacune des extrémités de la partie chauffante la du résistor est reliée électriquement au liquide 5 par l'intermédiaire de corps en graphite 1b. Ceux-ci, dans l'exemple considéré, sont percés d'un canal a - b. Entre le bouchon 3a et le corps 3d est réservée une chemise d'eau 21 pour le refroidissement de l'extrémité de la tête d'amenée de courant.
Les courants de convection, qui prennent naissance dans le liquide, plus chaud dans la zone a - b que dans la zone 5, contribuent au refroidissement de la partie 1b en contact avec l'élément chauffant la.
Il est évident que le principe de montage d'amenée de
<Desc/Clms Page number 9>
courant qui caractérise l'invention s'applique au cas d'un résistor vertical. La fig. 11 illustre une application de ce genre pour un résistor engainé.
Cette gaine 2 - par exemple un tube céramique - est scellée à sa partie supérieure dans un godet 3e fait d'un matériau conducteur du courante et contenant le liquide conducteur 5. Ce godet est encastré dans la voûte du four.
En son extrémité supérieure, le résistor 1 est vissé dans une cloche conductrice 3f, qui repose sur des nervures 22 du godet 3e.
Le résistor 1 et le tube 2, simplement maintenus à leur partie supérieure, plongent librement dans le liquide que contient un.pot réfractaire 3g scellé dans la sole dufour. Un diaphragme 23, par exemple en verre fusible, protège le liquide contre l'action de l'atmosphère du four.
Le courant arrive au godet 22 par un 'câble 24, circule dans le liquide supérieur 5, puis par la cloche 3f dans le résistor, ensuite dans le liquide inférieur 5 et quitte celui-ci par la partie plongeante 25 d'un câble 26.
La partie inférieure de la cloche 3f étant partiellement immergée dans le liquide du godet 22, l'air extérieur ne peut pénétrer dans l'enceinte renfermant le résistor.
Dans tous les dispositifs d'amenée de courant décrits ci-dessus, le remplacement du résistor s'opère aisément. Il est part rapide et facile dans l'exemple de la fig.ll.
Il faut observer que, lors du refroidissement du four, une dépression se produit dans l'espace compris entre le résistor et la gaine protectrice. Cette dépression serait de nature à favoriser une pénétration du liquide conducteur dans cet espace, à travers les joints tels qae 8 des figures.précédentes.
La fig. 12 représente un moyen permettant de diminuer la valeur de cette dépression dans l'espace 27 entre le résistor 1
<Desc/Clms Page number 10>
et la gaine 2, Vers les extrémités du résistor, - lesquelles sont plus froides que la partie chauffante - est ménagéeune chambre 28 communiquant, par un canal 29, avec l'espace 27.Le volume de cette chambre 2@ est tel que, lorsque le four se refroidit, la pression qui règne dans 1'ensemble 27-2. demeure suffisamment voisine de la pression atmosphérique qui s'exerce sur le liquide conducteur, pour qu'aucune infiltration de celui-ci ait tendance à se produire par les joints .. Toutefois, la diminution de section conductrice du résistor, ainsi produite au droit de cette chambre 28, risquerait d'entraîner un échauffement exagéré dans cette alors région.
Une caractéristique de l'invention consiste à transformer localement en graphite l'extrémité.2. - -9- du résistor, lequel est lui-même en carbone amorphe, le graphite étant plus conducteur que le carbone amorphe. et
Cette graphitation, améliorant la conductibilité%donc diminuant l'échauffement aux endroits où elle est produite, sera avantageusement effectuée également, ainsi que le montre la fig.
13, dans les zones 30-30 du résistor placées au droit des supports 31-31 sur lesquelq la gaine protectrice 2 repose, de place en place, dans certaines réalisations.
On pourra également appliquer avec avantage cette graphita- tion partielle des résistors à leurs extrémités. D'une manière gébérale, cette graphitation pourra être appliquée quel que soit le type des résistors en carbone et des amenées de courant utili- sés.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.