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Four électrique.
La présente invention se rapporte aux fours électriques.
Elle a pour objet un four électrique étanche à l'air et exempt des effets destructeurs de la dilatation des parties du four; on la comprendra facilement à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés qui en représentent une forme d'exécution.
Dans ces dessins:
Fig. 1 est une coupe suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2, en élévation.
Fig. 2 et 3 sont respectivement des coupes suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la Fig. 1, en élévation.
Fig..4 est une vue en élévation de l'arrière du four sui- vant les Figs. 1, 2 et 3.
Fig. 5 est une vue isométrique, partiellement brisée, du corps du four ou enveloppe de la chambre du four.
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Fig. 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la Fig. 1 à une plus grande échelle, ne représentant qu'une partie des pièces.
Fig. 7 est une vue partielle en élévation et à une plus grande échelle des pièces de la Fig. 4.
Fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la Fig. 7 et la
Fig. 9 représente un détail.
Un four de ce genre convient particulièrement au trai- tement d'un alliage fondu à base de cuivre et contenant du .zinc, dans des conditions non-oxydantes par chauffage à température élevée en présence d'une matière à base de carbone pour en dé- placer l'élément zinc, la matière à base de carbone pouvant constituer le corps ou l'enveloppe de la chambre du four contenant le métal fondu. Quand un tel-four est de grande dimension, on a trouvé préférable de construire cette enveloppe à l'aide de blocs de carbone et, pour empêcher l'entrée de l'air par les interstices des parois du four, d'entourer ces parois d'un boîtier métalli- que imperforé qui s'adapte étroitement aux parois, et est pré- férablement en acier doux pour des raisons d'économie.
L'accès de l'air dans la chambre du four rendrait non seulement difficile de traiter le métal fondu dans des conditions non-oxydantes mais tendrait également à détruire le revêtement en matière à base de carbone par combustion. Dans des fours de ce genre on rencon- tre de grandes difficultés à éviter la surchauffe des parois mé- talliques, et leur rupture sous l'action des forces de dilata- tion des parois du four. En effet, l'intérieur des fours uti- lisés pour ce procédé atteint fréquemment la température de 1700 C (3200 F) environ, et l'enveloppe métallique en acier doux, chauffée au delà d'environ 170 C (350 F),peut se ramollir et perdre sa solidité.
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Le four représenté dans les dessins comprend une par- tie inférieure 1, et une partie mobile 3 formant couvercle (Figs. 2 et 4). La partie inférieure comprend une enveloppe métallique, de préférence en acier doux, constituée par quatre parois latérales 5 et un fond 7, le tout soudé de manière com- plètement étanche à l'air. Le fond de l'enveloppe est soutenu par des supports espacés constitués par des fers en I s'étendant transversalement sous l'enveloppe.
L'enveloppe est également renforcée par les cornières verticales 11 (Figs. 1 et 4) sou- dées aux parois 5, entre lesquelles s'étendent des cornières soudées à l'avant et à l'arrière du four aux fers en I, des bandes d'espacement étant placées entre les fers en I et l'en- veloppe, soudées l'une à l'autre de telle sorte que les fers en I et les cornières 11 sont pratiquement solidaires de l'en- veloppe. Les faces d'extrémité de l'enveloppe sont renforcées par les fers en I verticaux 15 soudés à ces faces et faisant pratiquement corps avec elles.
Le couvercle du four comprend de manière analogue une enveloppe métallique en acier doux de préférence, avec une paroi supérieure 17 et quatre parois latérales 19 (Figs. 2 et 3).
Les angles verticaux formés par les parois latérales 19 sont soudés l'un à l'autre et aux barres verticales 20 placées à chaque angle du couvercle et s'étendant de la face supérieure de la paroi placée au sommet jusqu'au milieu de la hauteur des parois latérales. Le bord supérieur de chacune des parois 19 et les bords correspondants du sommet 17 sont soudés sur toute leur longueur à des éléments de renforcement en forme de cor- nière 21, ces éléments rejoignant par leur extrémité les barres 20 auxquelles ils sont soudés.
Le couvercle de l'enveloppe est également renforcé par les fers en U 23 qui s'étendent sur les parois latérales 19 au voisinage de leur bord supérieur, soudés à ces parois et aux barres 20 qu'ils rejoignent par leurs ex-
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trémités, et par les cornières 25 s'étendant à l'intérieur de cette partie de l'enveloppe, au bord inférieur des parois laté- rales 19 auxquelles elles sont soudées. Près du bord supérieur des faces latérales 5 de la partie inférieure de l'enveloppe et à l'intérieur de ces faces se trouvent des cornières 27, s'étendant tout autour de l'enveloppe et soudées à l'enveloppe et supportant les parties horizontales des cornières 27 quand le couvercle est placé sur la partie inférieure du four.
Pour réaliser un joint étanche à l'air entre les parois latérales 5 de l'enveloppe de la partie inférieure et les parois latérales 19 de l'enveloppe du couvercle du four, ces dernières parois peuvent être soudées à des fers en I horizontaux 29 qui s'étendent sur toute la longueur des faces du couvercle, et sont soudés par leurs bords supérieurs à la partie inférieure des barres 20. Un élément porté par ces fers en I s'étend tout autour du couvercle et comprend une plaque supérieure horizon- tale 31 et des plaques verticales 33 dirigées vers le bas à une certaine distance l'une de l'autre, la plus intérieure de ces plaques étant soudée aux ailes extérieures des fers en I.
Des cornières horizontales 35 s'étendent tout autour du four et sont soudées aux parois latérales 5 de l'enveloppe de la partie inférieure du four. Des plaques horizontales 37 sont solidaires de ces cornières, et portent à leur tour des plaques 39 dirigées vers le haut et placées à une certaine distance l'une de l'autre.
Quand le couvercle est placé, les plaques 33 pénètrent dans les espaces compris entre les plaques 39; ces espaces peuvent être remplis d'huile ou de sable, ou d'un mélange de ces matières pour obtenir un joint à labyrinthe étanche à l'air.
Comme on le voit sur les Figs. 1, 2, 3 et 5, le corps ou revêtement de la chambre du four comprend un fond formé de blocs massifs 41, en carbone non graphitique, s'étendant sur toute la largeur de la chambre. A une extrémité du four se trouve
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un bloc transversal 43, en même matière, reposant sur la face supérieure du bloc de fond adjacent 41, le bloc 43 s'étendant également d'un bout à l'autre du four. Comme c'est représenté, le bloc 43 est muni à sa face inférieure d'une ouverture 45 (Figs. 2 et 5) livrant passage à une conduite 47 pour l'alimen- tation de la chambre en métal fondu.
Cette conduite est munie l'un orifice d'écoulement 49 dirigé vers le bas, qui débouche dans la cavité 51 d'un bloc 53 en forme d'auget, le métal péné- trant dans le four par la conduite 47 passe au-dessus du rebord du bloc dans la chambre du four et remplit celle-ci de métal fondu jusqu'au niveau L (Figs. 2 et 3) tandis que la cavité 51 du bloc reste remplie de métal fondu pour fermer l'orifice de la conduite, empêcher l'entrée de l'air dans le four et la sortie du zinc ou d'autres vapeurs. La face supérieure du fond du revêtement est creusée en 55, et la partie correspondante de la face intérieure du bloc 43 est creusée en 57 (Fig. 5) pour recevoir le bloc 53 et le maintenir en place. La conduite 47 et le bloc 53 sont de préférence en graphite pour faciliter leur façonnage.
Le métal fondu peut sortir de la chambre du four par une conduite 59, de préférence en graphite, dont l'alésage com- munique avec la chambre au niveau de la face supérieure des blocs 41 (Fig. 2) afin qu'on puisse faire sortir tout le métal fondu si on le désire. La face d'extrémité adjacente de la chambre du four en contact avec le métal est constituée par un bloc 61, en carbone non graphitique, qui s'étend sur toute la largeur de la chambre et est percé d'une ouverture 62 li- vrant passage à la conduite 59. Pour éviter la fuite du métal autour de la conduite, il est nécessaire que celle-ci s'adapte étroitement à l'ouverture de la paroi du four, ce qui n'est pas possible si le bloc 61 repose sur le sommet du bloc corres- pondant 41, comme le bloc 43 à l'autre extrémité du four.
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Le bloc 41 est donc muni d'un retrait 63, tandis que le bloc 61 s'étend vers le bas pour remplir ce retrait, les parois de l'ou- verture 62 étant ainsi constituées exclusivement par le bloc 61.
La partie supérieure de la paroi transversale comprenant le bloc 61 peut être construite au même niveau que le sommet du bloc transversal 43, au moyen d'un bloc 65 de même longueur que le bloc 61, et assemblé à ce dernier de préférence par languette et rainure en 67 (Figs. 2 et 5). Normalement la conduite 59 est fermée par un bouchon vissant amovible 69 en graphite, qui peut être manoeuvré au moyen d'une clef de l'extrémité exté- rieure de la conduite ; éviter toute fuite, la partie de la conduite à droite du bouchon sur la Fig. 2 peut être remplie de terre réfractaire et fermée par un couvercle amovible 71.
Les vapeurs de zinc et analogues peuvent sortir du four par une conduite appropriée 72, qui,en pratique, quand le four est utilisé pour le traitement de métal contenant du zinc est reliée à un condenseur de zinc fermé.
Comme le montrent les dessins, les parois longitudi- nales opposées du corps ou revêtement de la chambre du four sont constituées par des blocs 73 en carbone non graphitique qui s'étendent sur toute la longueur de la chambre et dont les ex- trémités sont reçues par des retraits 75 (Figs. 1 et 5) des blocs transversaux aux bouts de la chambre.
De préférence, les blocs de carbone constituant le corps ou le revêtement de la chambre du four sont taillés avec précision de manière à s'emboîter l'un dans l'autre, les sur- faces voisines étant munies de rainures 77 qui reçoivent des clavettes allongées en carbone non graphitique 79 pour réunir les blocs. Ces rainures empêchent également la fuite du métal fondu de la chambre du four si celui-ci avait tendance à s'échap- per par les joints entre les blocs. Dans le même but, les pa- rois latérales de la chambre sont entourées d'une couche uni-
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forme 81 de matière à base de carbone.
Cette matière peut être introduite sous forme d'une pâte épaisse tassée dans l'espace compris entre les blocs de carbone et les briques qui les entou- rent, espace de plusieurs centimètres de largeur pour permettre l'entrée de la pâte... Cette pâte peut être la matière connue sous le nom de "pâte verte à électrodes" constituée par un mé- lange de carbone finement divisé et de goudron de houille, géné- ralement utiliséepour le moulage des électrodes de carbone.
Lors du chauffage du four la pâte cuit et forme une couche complète de carbone dur. Les faces extérieures des blocs 43 et 61 aux deux côtés transversaux extrêmes du revêtement de carbone dépassent légèrement au-delà des faces voisines des blocs d'extrémité 41 qui forment le fond du revêtement de manière à former des épaulements 83, qui empêchent une tendance éventuelle de la couche à se déplacer vers le haut, ou, en d'autres mots, qui fixent la couche sur le revêtement.
Comme on peut le voir sur les Figs. 2 et 3, le corps ou revêtement de la chambre du four repose sur une couche de graphite massif, formée par des plaques emboîtantes 85, épaisses de plusieurs centimètres et s'étendant sur tout le fond du revêtement . Aux températures élevées régnant pendant le fonc- tionnement du four, le graphite possède des propriétés lubri- fiantes ou anti-friction remarquables, et permet au lourd revê- tement du four de se dilater librement sur les briques qui sup- portent ce revêtement sur le fond de l'enveloppe métallique.
Entourant la couche de carbone 81 (Fig. 1) se trouve une couche formée par les briques 87 et les plaques 89, tandis qu'autour des plaques 89 se trouve une couche de briques 91, l'espace entre ces dernières et la paroi latérale 5 étant rem- pli par une couche de bourrage 93. Les briques 87 et les pla- ques 89 sont de préférence en terre très réfractaire à teneur élevée en alumine, de préférence de la qualité dite "60% d'alu-
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mine". Cette matière résiste et donne toute satisfaction à des températures atteignant 1600C (3000 F):,. Par conséquent les parois latérales du revêtement du four doivent avoir une épais- seur suffisante pour réduire la température à l'extérieur de la couche de carbone 81 à cette limite au moins.
Dans les fours dont les parties les plus chaudes, à savoir les parties placées sous les résistances mentionnées plus loin sont à 1750 C environ (3200 F), cela implique une épaisseur des blocs du revêtement de carbone de 45,7 cm environ (18 pouces), et une épaisseur de 29,4 cm environ (12 pouces) au-dessus de ces parties, aux en- droits où le four est moins chaud. Il est bien entendu que si on utilise des températures moins élevées le revêtement ne doit pas être aussi épais, tandis que pour des briques moins réfrac- taires à la chaleur il faut augmenter l'épaisseur du revêtement pour une température donnée.
Le revêtement en carbone, bien qu' extrêmement réfractaire à la chaleur, est un relativement mau- vais isolant de la chaleur, tandis que la matière décrite à propos des couches 87 et 89, bien que moins réfractaireconsti- tue un meilleur isolant de la chaleur. En utilisant ces cou- ches 87 et 89, on peut donc diminuer 1''épaisseur des parois de carbone, et la largeur totale de ces parois et des couches 87 et 89 peut être également inférieure à la largeur totale de parois entièrement en carbone.
Les briques de la couche 91 qui entoure les couches 87 et 89 sont de préférence des briques réfrectaires isolantes ordinaires qui, bien que plus isolantes de la chaleur que la matière des couches 87 et 89, sont moins réfractaires à la cha- leur. Par conséquent l'épaisseur totale des couches 87 et 89 peut réduire la température appliquée à la couche 91 aux limi- tes supportées par les briques qui la constituent et dans les- quelles elles seront le plus efficaces comme couche isolante
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de la chaleur, par exemple une température ne dépassant pas
1200 C (2300 F). Si, par exemple, la température interne du four atteint 1700 C (3200 F), et que le revêtement de carbone a l'épaisseur mentionnée plus haut,
on obtiendra des résultats satisfaisants en donnant aux couches 87 et 89 une épaisseur totale de 16,5 cm environ (61/2 pouces).
Le bourrage réfractaire à la chaleur 93 employé peut céder de manière élastique, afin de permettre la dilatation et la contraction horizontales de la partie intérieure du four sur la couche anti-friction 85, sans préjudice pour l'enveloppe métallique du four. Cette matière de bourrage est de préfé- rence constituée par des plaques préfabriquées en matière po- reuse,fibreuse et siliceuse comne la matière vendue sous la dénomination "Insulag". Celle-ci ressemble aux feuilles de bourrage ordinaires en magnésie, qui peuvent d'ailleurs être employées pour des températures beaucoup plus basses.
Cette matière a une action efficace et résiste à des températures inférieures à 1000 C (l800 F) environ, et l'épaisseur de la couche 91 doit être choisie de manière à réduire en conséquence la température appliquée au bourrage. Dans l'exemple cité dans les paragraphes précédents, on obtient des résultats satisfai- sants avec une épaisseur de Il,4 cm (4 1/2 pouces) pour la couche
91.
L'épaisseur du bourrage doit être choisie de manière à réduire la température appliquée à l'enveloppe métallique à une température évitant la surchauffe du métal, et doit permettre en même temps la dilatation des parties intérieures du four sans préjudice pour l'enveloppe métallique. Généralement,dans des conditions de température mentionnées, l'épaisseur du bourrage peut atteindre 2,5 cm (1 pouce) environ, ce qui assure la li- berté de dilatation de fours atteignant jusqu'à 4,50 m (15 pieds) de long ou de large.
Les cou:ches de briques placées sous le fond du revête-
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ment du four peuvent comprendre une couche extérieure 95 en briques réfractaires de même matière que les briques de la couche 91 entourant les faces latérales du revêtement; entre la couche 95 et les plaques de carbone 85 se trouve une autre couche de briques réfractaires, de même matière que les couches 87 et 89.
Comme le montrent les dessins, les blocs de carbone 43, 61 et 73 formant les parois latérales de la chambre du four sont munis d'un épaulement 98 au voisinage de leur sommet; sur cet épaulement reposent des plaques de support, de préférence en graphite, qui s'étendent d'un bout à l'autre de la chambre du four. Sur ces plaques se trouve une masse 101 de matière réfractaire et isolante, de préférence du charbon de bois en morceaux. Cette masse est portée à l'incandescence lorsque le courant électrique passe dans les résistances décrites plus loin. Les plaques 99 placées au-dessus des résistances deviennent incandescentes, de même que les faces intérieures des blocs de carbone, les plaques 99 et les résistances réfléchissant la chaleur vers le bas sur le métal en traitement.
Le couvercle du four comprend un arc plat constitué par les blocs superposés 103 (Fig. 3) taillés en forme de coin, s'étendant longitudinalement aux cotés opposés du cou- vercle, et par les blocs en forme de coin 105 (Fig. 2) s'éten- dant transversalement aux cotés opposés du couvercle; ces blocs reposent sur les parties horizontales des cornières 25 et sont en contact avec les parois latérales 19 de l'enveloppe métallique du couvercle. Des blocs 107 en carbone noir graphitique s'éten- dent transversalement par rapport au four,et sont supportés par les blocs en forme de coin. Sur ces blocs se trouve une couche 109 de briques réfractaires isolantes de la chaleur, et entre cette couche et le sommet de l'enveloppe du couvercle se trouve une couche 111, de préférence en matière isolante sili- ceuse.
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Les blocs 107 présentent une cavité 113 en forme de V (Fig. 3). Lors de la construction du four, la masse de morceaux relativement petits de charbon de bois est répartie sur les pla- ques 99 en quantité seulement suffisante pour remplir la cavité 113, car un excès pourrait entraîner une pression sur les pla- ques 99 susceptible de les briser lors du placement du couvercle, celui-ci pouvant peser jusqu'à 14 tonnes pour un four de dimen- sions citées plus bas. Les barres 20 déjà mentionnées sont de préférence munies de trous 114 pour pouvoir attacher le cou- vercle à un appareil de levage.
Les blocs de carbone 73 qui s'étendent longitudinale- ment dans le revêtement du four comprennent également des épaule- ments 117. Ceux-ci servent à supporter les résistances en forme de barre 119, de préférence en graphite. Pour une chambre de four dont le fond mesure 2,70 m (9 pieds) de long et 1,20 m (4 pieds) de large environ, et qui peut contenir 5 tonnes de métal environ sur une épaisseur de 15,2 cm (6 pouces), ces résistances peuvent avoir 15,2 cm (6 pouces) environ de diamètre, et être écartées de 40 cm (16-17 pouces) environ.
Les extrémités de ces résistances sont reliées en séries par des plaques 121, de préférence en graphite ; plaques sont portées sur les rebords 117 par des blocs 122 en matière électro-isolante réfractaire à la chaleur, telle que l'oxyde d'aluminium fritté très pur A1203, de 99,5% environ de pureté ; les extrémités des résistances sont filetées (Fig. 1) et fixées aux plaques par des écrous de serrage en graphite 123.
Comme le montrent les Figs. 1 et 6, les ouvertures 125 dans les plaques 121 par lesquelles passent les résistances sont allongées dans le sens de la longueur de la plaque de sorte que les résistances, bien que serrées par les écrous 123, peu- vent glisser longitudinalement dans les plaques de manière à permettre la dilatation et la contraction de la série de résistances longitudinalement par rapport au four, en particulier
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lors de la dilatation ou de la contraction des parois de celui-ci, sa.chant que le graphite possède d'excellentes propriétés anti- friction et lubrifiantes quand il est porté à l'incandescence.
Les extrémités des résistances sont réunies par des manchons d'accouplement en graphite 127 à des prolongements de plus grand diamètre en graphite 129, passant avec un jeu suffisant par les ouvertures 131 ménagées dans le bloc de carbone 73 correspondant.
Dans le prolongement des ouvertures 131, les parois du four et l'enveloppe sont percées d'ouvertures qui livrent passage vers l'extérieur aux parties de plus grand diamètre 130 des prolon- gements des résistances, le passage à travers les couches de briques est, comme représenté, constitué par l'alésage des manchons 133 (Fig. 1) en matière électro-isolante réfractaire à la chaleur, de préférence en aluminium. L'espace entre les parois de chaque manchon et le prolongement correspondant est garni d'une couche élastique 135 en amiante ou en autre matière souple réfractaire à la chaleur, de manière que le prolonge- ment reste malgré le bourrage en relation espacée avec les parois du manchon, c' est-à-dire que le bourrage n'empêche pas les mouvements du manchon et du prolongement transversalement par rapport à celui-ci.
Comme on peut le voir sur la fig. 8, la base 137 d'une borne 139, de préférence en cuivre, est vissée sur l'ex- trémité plus large 130 de chaque prolongement de résistance; cette base est isolée des parois de l'enveloppe métallique du four par une rondelle 141 en matière souple électro-isolante et réfractaire telle que l'amiante. La base 137 est munie de passages radiaux 137 pour la circulation d'eau, communiquant avec le pas- sage d'alimentation d'eau 143 et le passage d'évacuation d'eau 144 s'étendant jusqu'à l'extrémité de la borne pour être reliés à des tuyaux appropriés. L'eau qui circule dans la base et les bornes les refroidit, de même que les parties adjacentes des
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prolongements 129 des résistances.
Grâce à l'eau de refroidis- sement et au diamètre plus grand des prolongements des résistances comparé à celui des résistances de chauffage, les bornes et les parties adjacentes des prolongements, y compris leurs parties à l'intérieur des manchons 133, restent relativement froides, tandis que les résistances elles-mêmes sont portées à l'incandescence.
Chacune des bornes 139 s'étend par une ouverture 145 à travers une plaque 146 en matière isolante, sur laquelle la base 137 de la borne est serrée par un écrou 148 vissé sur la borne. Cette plaque, cornue le montre la figure 8, est relative- ment épaisse, 2,5 cm (1 pouce) environ, pour lui donner une soli- dité considérable. Elle est de préférence constituée par une matière utilisée dans la construction des récepteurs de radio, et par exemple par la matière vendue sous le nom de "Micarta".
Autour de la base de la borne se trouve un manchon 147, légère- ment flexible transversalement sur son axe, mais inextensible.
La construction de détail de ce manchon peut être la même que celle de la Fig. 9, c'est-à-dire comprendre des parties 149 enroulées en spirale et accrochées les unes aux autres, recou- vertes d'amiante ou analogue, comme en 151 pour rendre le manchon étanche à l'air. La partie extérieure de ce manchon est soudée en 153 à une bague métallique 155 fixée à la plaque 146 par des boulons 157 avec interposition d'un bourrage 159, de préférence en amiante pour rendre le joint étanche à l'air. A son extré- mité opposée, le manchon est soudé en 161 à une bague métalli- que 163 fixée à l'enveloppe métallique du four, de préférence par soudure, comme représenté en 165.
Les manchons 147 et les bourrages 135 empêchent l'en- trée de l'air dans la chambre du four par les ouvertures de la paroi du four qui livrent passage aux prolongements 129 des ré- sistances. En même temps, les manchons, étant latéralement élastiques évitent les efforts qui seraient communiqués aux pro-
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longements des résistances lors de la dilatation de l'enveloppe du four, et permettent aux prolongements des résistances de se déplacer relativement à 1,-'enveloppe dans la mesure où elles ten- dent à se déplacer sous l'action des différences de dilatation de l'enveloppe métallique et des parois du four à l'intérieur de cette enveloppe.
Pour soutenir les bornes 139 et les prolongements des résistances contre les efforts des câbles attachés à leurs extré- mités, les deux plaques isolantes 146 sont, dans la forme d'exé- cution représentée, reliées aux extrémités opposées d'une barre 167, laquelle est supportée de manière rigide par des colonnes 169 (Fig. 4) portées sur une plaque 171 fixée aux extrémités exté- rieures des supports 9 en forme d'I du four.
Des plaques métal- liques 173 sont soudées en 175 aux extrémités de la barre 167, tandis que les plaques isolantes 146 sont fixées sur ces plaques métalliques par des boulons 177, les perforations 179 dans les plaques 173 pour le passage des boulons étant allongées dans la direction de la barre fixe 167 afin de permettre le mouve- ment longitudinal relatif du four entre les plaques 145 et la barre.
Le courant utilisé pour chauffer les résistances est généralement de l'ordre de 6.000 à 10.000 ampères et, s'il s'agit de courant alterna tif, un champ électro-magnétique alternatif très intense est établi autour des bornes et des prolongements 129 des résistances. On a constaté que ce champ suffit à surchauffer fortement les parties des parois de l'enveloppe voisines des pro- longements des résistances quand cette enveloppe est en acier, à cause de l'intervention du phénomène d'hystérisis. Afin d'éviter cet effet, les parties des parois latérales 5 de l'enveloppe voisines de chaque prolongement de résistance sont constituées par une partie intercalaire 181 en matière non magnétique, de préférence en bronze siliceux qui a une résistance à la traction
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du même ordre que celle de l'acier.
Chaque partie intercalaire a la même'épaisseur que le restant des parois latérales de l'en- veloppe, et est fixée à ces parois par un cadre métallique 183 soudé à la partie intercalaire et à la paroi latérale 5. Cette partie intercalaire s'étend plus loin à partir des bornes vers le centre de la longueur du four que vers les extrémités de celui- ci, parce que le champ électro-magnétique est plus intense entre les deux bornes. Quand on utilise un courant alternatif, la barre 167 est également munie de préférence d'une insertion 186 en matière non magnétique, du cuivre ou du bronze siliceux par exemple, pour interrompre le parcours magnétique entre les ré- gions voisines des bornes; sans cette précaution, la barre 167 pourrait être surchauffée, ce qui diminuerait sa solidité.
De même, le métal du manchon 147 et des bagues 155 et 163 associées à ce manchon est de préférence non magnétique, en bronze par exemple, pour éviter la surchauffe dans le cas de courant al- ternatif.
Dans les revendications qui suivent, les mots "matière réfractaire"à la chaleur, à base de carbone" désignent les maté- riaux de construction connus dans le commerce et l'industrie des fours sous le non de "carbone" et de "graphite".
Bien que, suivant l'invention, on utilise de préférence un revêtement de chambre de four en carbone non graphitique, parce que cette matière résiste le mieux aux températures élevées et à l'abrasion, on peut également utiliser des blocs ou d'autres formes à base de carbone réfractaire à la chaleur, en graphite par exemple. D'autre part, bien qu'il soit nécessaire d'employer des blocs de matière comportant des surfaces internes exposées en car- borne au niveau de la surface du métal dans la chambre du four, quand le four est utilisé pour le traitement d'un alliage de cuivre contenant du zinc, il n'est pas nécessaire d'utiliser des blocs en carbone ou en graphite ou présentant des faces en carbone
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quand on utilise le four pour d'autres opérations.
Il est évi- dent qu'on peut alors utiliser des blocs réfractaires quelcon- ques convenant à l'opération envisagée et à la température uti- lisée. Enfin, bien que le four illustré et décrit dans le pré- sent mémoire comprenne une chambre de section horizontale rectan- gulaire allongée, cette chambre peut évidemment être de section horizontale carrée et le mot "rectangulaire" est utilisé dans les revendications qui suivent chaque fois que le contexte le permet, dans son sens générique, comprenant à la fois les rec- tangles et les carrés.
D'importantes modifications peuvent être apportées à la forme de réalisation décrite, sans s'écarter de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Four électrique caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, des parois formant une/chambre de four ; parois comprenant un revêtement de four, un support réfractaire pour ce revêtement et des parties réfractaires anti-friction entre le revêtement et le support pour faciliter les mouvements de dila- tation du revêtement par rapport au support; une enveloppe mé- tallique autour de ces, parois, et une couche de bourrage élasti- que entre les parties latérales de ces parois et les parois la- térales de l'enveloppe, pour permettre la dilatation des pre- mières par rapport aux secondes.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Electric oven.
The present invention relates to electric ovens.
It relates to an electric oven airtight and free from the destructive effects of the expansion of the parts of the oven; it will be easily understood with the aid of the following description and the accompanying drawings which show one embodiment.
In these drawings:
Fig. 1 is a section taken along line 1-1 of FIG. 2, in elevation.
Fig. 2 and 3 are sections respectively along lines 2-2 and 3-3 of FIG. 1, in elevation.
Fig. 4 is a rear elevational view of the oven as shown in Figs. 1, 2 and 3.
Fig. 5 is an isometric view, partially broken away, of the furnace body or furnace chamber shell.
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Fig. 6 is a section taken along line 6-6 of FIG. 1 on a larger scale, representing only part of the pieces.
Fig. 7 is a partial elevational view on a larger scale of the parts of FIG. 4.
Fig. 8 is a section taken on line 8-8 of FIG. 7 and the
Fig. 9 represents a detail.
Such a furnace is particularly suitable for treating a molten copper-based alloy containing zinc under non-oxidizing conditions by heating to an elevated temperature in the presence of a carbon-based material for de-forming it. - place the zinc element, the carbon-based material being able to constitute the body or the casing of the furnace chamber containing the molten metal. When such a furnace is of large size, it has been found preferable to construct this envelope using carbon blocks and, to prevent the entry of air through the interstices of the walls of the furnace, to surround these walls. an imperforate metal case which fits tightly to the walls, and is preferably mild steel for reasons of economy.
Access of air into the furnace chamber would not only make it difficult to process the molten metal under non-oxidizing conditions but would also tend to destroy the coating of carbon-based material by combustion. In furnaces of this type great difficulties are encountered in preventing overheating of the metal walls and their rupture under the action of the expansion forces of the walls of the furnace. In fact, the interior of the furnaces used for this process frequently reaches the temperature of about 1700 C (3200 F), and the mild steel metal casing, heated above about 170 C (350 F), can soften and lose its solidity.
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The oven shown in the drawings comprises a lower part 1, and a movable part 3 forming a cover (Figs. 2 and 4). The lower part comprises a metal casing, preferably of mild steel, consisting of four side walls 5 and a bottom 7, the whole welded in a completely airtight manner. The bottom of the casing is supported by spaced supports constituted by I-bars extending transversely below the casing.
The casing is also reinforced by the vertical angles 11 (Figs. 1 and 4) welded to the walls 5, between which extend angles welded to the front and to the rear of the oven to the I-irons, spacers being placed between the I-bars and the casing, welded to each other so that the I-irons and the angles 11 are substantially integral with the casing. The end faces of the casing are reinforced by the vertical I-bars 15 welded to and substantially integral with these faces.
The oven cover likewise comprises a metal casing of preferably mild steel, with an upper wall 17 and four side walls 19 (Figs. 2 and 3).
The vertical angles formed by the side walls 19 are welded to each other and to the vertical bars 20 placed at each corner of the cover and extending from the top face of the wall placed at the top to the middle of the height. side walls. The upper edge of each of the walls 19 and the corresponding edges of the top 17 are welded over their entire length to reinforcing elements in the form of a horn 21, these elements joining at their end the bars 20 to which they are welded.
The cover of the casing is also reinforced by the U-shaped irons 23 which extend on the side walls 19 in the vicinity of their upper edge, welded to these walls and to the bars 20 which they join by their ex-
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hoppers, and by the angles 25 extending inside this part of the casing, to the lower edge of the side walls 19 to which they are welded. Near the upper edge of the side faces 5 of the lower part of the casing and inside these faces are angles 27, extending all around the casing and welded to the casing and supporting the horizontal parts. angles 27 when the cover is placed on the lower part of the oven.
In order to achieve an airtight seal between the side walls 5 of the casing of the lower part and the side walls 19 of the casing of the furnace cover, the latter walls can be welded to horizontal I-bars 29 which extend over the entire length of the faces of the cover, and are welded by their upper edges to the lower part of the bars 20. An element carried by these I-irons extends all around the cover and comprises a horizontal upper plate 31 and vertical plates 33 directed downward at a certain distance from each other, the innermost of these plates being welded to the outer flanges of the I-irons.
Horizontal angles 35 extend all around the oven and are welded to the side walls 5 of the casing of the lower part of the oven. Horizontal plates 37 are integral with these angles, and in turn carry plates 39 directed upwards and placed at a certain distance from each other.
When the cover is placed, the plates 33 enter the spaces between the plates 39; these spaces can be filled with oil or sand, or a mixture of these materials to provide an airtight labyrinth seal.
As seen in Figs. 1, 2, 3 and 5, the body or lining of the furnace chamber comprises a bottom formed of solid blocks 41, of non-graphitic carbon, extending over the entire width of the chamber. At one end of the oven is
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a transverse block 43, of the same material, resting on the upper face of the adjacent bottom block 41, the block 43 also extending from one end of the oven to the other. As shown, the block 43 is provided at its underside with an opening 45 (Figs. 2 and 5) providing passage to a conduit 47 for supplying the chamber with molten metal.
This duct is provided with a downwardly directed flow orifice 49, which opens into the cavity 51 of a block 53 in the form of a trough, the metal entering the furnace via the duct 47 passes above. from the edge of the block into the furnace chamber and fills the latter with molten metal up to level L (Figs. 2 and 3) while the cavity 51 of the block remains filled with molten metal to close the orifice of the pipe, prevent the entry of air into the furnace and the escape of zinc or other vapors. The upper face of the bottom of the coating is hollowed out at 55, and the corresponding part of the inner face of the block 43 is hollowed out at 57 (Fig. 5) to receive the block 53 and hold it in place. The pipe 47 and the block 53 are preferably made of graphite to facilitate their shaping.
The molten metal can leave the chamber of the furnace through a pipe 59, preferably of graphite, the bore of which communicates with the chamber at the level of the upper face of the blocks 41 (FIG. 2) so that one can make take out all the molten metal if desired. The adjacent end face of the furnace chamber in contact with the metal is formed by a block 61, of non-graphitic carbon, which extends over the entire width of the chamber and is pierced with an opening 62 opening. passage to pipe 59. To prevent metal leakage around the pipe, it is necessary that the latter fits tightly to the opening in the wall of the furnace, which is not possible if the block 61 rests. on the top of the corresponding block 41, like the block 43 at the other end of the furnace.
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The block 41 is therefore provided with a recess 63, while the block 61 extends downwards to fill this recess, the walls of the opening 62 thus being formed exclusively by the block 61.
The upper part of the transverse wall comprising the block 61 can be built at the same level as the top of the transverse block 43, by means of a block 65 of the same length as the block 61, and assembled to the latter preferably by tongue and groove at 67 (Figs. 2 and 5). Normally the pipe 59 is closed by a removable screw cap 69 made of graphite, which can be operated by means of a key from the outer end of the pipe; avoid any leakage, the part of the pipe to the right of the plug in Fig. 2 can be filled with refractory earth and closed by a removable cover 71.
Zinc vapors and the like can exit the furnace through a suitable line 72, which in practice when the furnace is used for processing zinc-containing metal is connected to a closed zinc condenser.
As shown in the drawings, the opposing longitudinal walls of the furnace chamber body or liner consist of blocks 73 of non-graphitic carbon which extend the full length of the chamber and the ends of which are received. by recesses 75 (Figs. 1 and 5) of the transverse blocks at the ends of the chamber.
Preferably, the carbon blocks constituting the body or the lining of the furnace chamber are cut with precision so as to fit into each other, the neighboring surfaces being provided with grooves 77 which receive keys. elongated in non-graphitic carbon 79 to join the blocks. These grooves also prevent the escape of molten metal from the furnace chamber if this tends to escape through the joints between the blocks. For the same purpose, the side walls of the chamber are surrounded by a uni-
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81 form of carbon-based material.
This material can be introduced in the form of a thick paste packed into the space between the carbon blocks and the bricks surrounding them, a space several centimeters wide to allow the paste to enter ... The paste may be the material known as "green electrode paste" consisting of a mixture of finely divided carbon and coal tar, generally used for molding carbon electrodes.
When the oven is heated the dough bakes and forms a complete hard carbon layer. The outer faces of the blocks 43 and 61 at the two extreme transverse sides of the carbon coating protrude slightly beyond the neighboring faces of the end blocks 41 which form the bottom of the coating so as to form shoulders 83, which prevent a possible tendency. of the layer to move upward, or, in other words, that attaches the layer to the coating.
As can be seen in Figs. 2 and 3, the body or coating of the furnace chamber rests on a layer of solid graphite, formed by interlocking plates 85, several centimeters thick and extending over the entire bottom of the coating. At the high temperatures prevailing during the operation of the kiln, graphite has remarkable lubricating or anti-friction properties, and allows the heavy coating of the kiln to expand freely on the bricks which support this coating on the kiln. metal casing bottom.
Surrounding the carbon layer 81 (Fig. 1) is a layer formed by the bricks 87 and the plates 89, while around the plates 89 is a layer of bricks 91, the space between the latter and the side wall. 5 being filled with a stuffing layer 93. The bricks 87 and the plates 89 are preferably of very refractory earth with a high alumina content, preferably of the so-called "60% aluminum" grade.
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mine ". This material is resistant and satisfactory to temperatures up to 1600C (3000 F):,. Therefore the sidewalls of the furnace lining must be of sufficient thickness to reduce the temperature outside the layer of mine. carbon 81 at least at this limit.
In furnaces where the hottest parts, namely the parts placed under the resistances mentioned later are at approximately 1750 C (3200 F), this implies a thickness of the blocks of the carbon coating of approximately 45.7 cm (18 inches ), and a thickness of about 29.4 cm (12 inches) above these parts, where the oven is cooler. Of course, if lower temperatures are used the coating should not be so thick, while for bricks less heat refractory it is necessary to increase the thickness of the coating for a given temperature.
The carbon coating, although extremely heat refractory, is a relatively poor heat insulator, while the material disclosed in connection with layers 87 and 89, although less refractory, is a better heat insulator. . By using these layers 87 and 89, therefore, the thickness of the carbon walls can be reduced, and the total width of these walls and of the layers 87 and 89 may also be less than the total width of all carbon walls.
The bricks of layer 91 which surrounds layers 87 and 89 are preferably ordinary insulating refractory bricks which, although more heat insulating than the material of layers 87 and 89, are less heat refractory. Consequently, the total thickness of layers 87 and 89 can reduce the temperature applied to layer 91 to the limits supported by the bricks which constitute it and in which they will be most effective as an insulating layer.
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heat, for example a temperature not exceeding
1200 C (2300 F). If, for example, the internal temperature of the oven reaches 1700 C (3200 F), and the carbon coating has the thickness mentioned above,
satisfactory results will be obtained by giving layers 87 and 89 a total thickness of about 16.5 cm (61/2 inches).
The heat refractory packing 93 employed can yield elastically, to allow horizontal expansion and contraction of the interior of the furnace on the anti-friction layer 85, without prejudice to the metal casing of the furnace. This stuffing material is preferably constituted by prefabricated plates of porous, fibrous and siliceous material such as the material sold under the name "Insulag". This looks like ordinary magnesia stuffing sheets, which can be used for much lower temperatures.
This material has an effective action and is resistant to temperatures below about 1000 C (1800 F), and the thickness of the layer 91 should be chosen so as to reduce the temperature applied to the stuffing accordingly. In the example cited in the preceding paragraphs, satisfactory results are obtained with a thickness of 11.4 cm (4 1/2 inches) for the layer
91.
The thickness of the stuffing must be chosen so as to reduce the temperature applied to the metal casing to a temperature which prevents overheating of the metal, and at the same time must allow the expansion of the interior parts of the furnace without prejudice to the metal casing. Generally, under the temperature conditions mentioned, the thickness of the stuffing can be up to about 2.5 cm (1 inch), which assures the freedom to expand furnaces up to 4.50 m (15 feet) in height. long or wide.
The layers: bricks placed under the bottom of the covering
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ment of the furnace may include an outer layer 95 of refractory bricks of the same material as the bricks of the layer 91 surrounding the side faces of the coating; between the layer 95 and the carbon plates 85 there is another layer of refractory bricks, of the same material as the layers 87 and 89.
As shown in the drawings, the carbon blocks 43, 61 and 73 forming the side walls of the furnace chamber are provided with a shoulder 98 near their top; on this shoulder rest support plates, preferably graphite, which extend from one end of the furnace chamber to the other. On these plates is a mass 101 of refractory and insulating material, preferably lump charcoal. This mass is incandescent when the electric current passes through the resistors described later. The plates 99 placed above the resistors become glowing, as do the inner faces of the carbon blocks, the plates 99 and the resistors reflecting heat downward onto the metal being processed.
The oven cover includes a flat arch formed by the superimposed wedge-shaped blocks 103 (Fig. 3), extending longitudinally to opposite sides of the cover, and by the wedge-shaped blocks 105 (Fig. 2). ) extending transversely to opposite sides of the cover; these blocks rest on the horizontal parts of the angles 25 and are in contact with the side walls 19 of the metal casing of the cover. Blocks 107 of graphitic black carbon extend transversely of the furnace, and are supported by the wedge-shaped blocks. On these blocks is a layer 109 of heat insulating refractory bricks, and between this layer and the top of the cover casing is a layer 111, preferably of siliceous insulating material.
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The blocks 107 have a V-shaped cavity 113 (Fig. 3). During the construction of the kiln, the mass of relatively small pieces of charcoal is distributed over the plates 99 in an amount only sufficient to fill the cavity 113, as an excess could cause pressure on the plates 99 which could cause pressure. break them when placing the cover, which can weigh up to 14 tonnes for an oven of the dimensions mentioned below. The bars 20 already mentioned are preferably provided with holes 114 in order to be able to attach the cover to a lifting device.
The carbon blocks 73 which extend longitudinally in the furnace liner also include shoulders 117. These serve to support the bar shaped resistors 119, preferably graphite. For a furnace chamber with a bottom that is approximately 2.70 m (9 feet) long and 1.20 m (4 feet) wide, and which can hold approximately 5 tons of metal to a thickness of 15.2 cm ( 6 inches), these resistors can be about 15.2 cm (6 inches) in diameter, and be spaced 40 cm (16-17 inches) apart.
The ends of these resistors are connected in series by plates 121, preferably of graphite; the plates are carried on the rims 117 by blocks 122 of heat-refractory electro-insulating material, such as very pure sintered aluminum oxide A1203, of approximately 99.5% purity; the ends of the resistors are threaded (Fig. 1) and fixed to the plates by graphite clamping nuts 123.
As shown in Figs. 1 and 6, the openings 125 in the plates 121 through which the resistors pass are elongated in the length direction of the plate so that the resistors, although tightened by the nuts 123, can slide longitudinally in the plates of so as to allow expansion and contraction of the series of resistors longitudinally with respect to the furnace, in particular
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during expansion or contraction of the walls thereof, knowing that graphite has excellent anti-friction and lubricating properties when it is heated to incandescence.
The ends of the resistors are joined by graphite coupling sleeves 127 to extensions of larger diameter in graphite 129, passing with sufficient play through the openings 131 formed in the corresponding carbon block 73.
In the extension of the openings 131, the walls of the furnace and the casing are pierced with openings which provide passage to the outside to the parts of the largest diameter 130 of the extensions of the resistors, the passage through the layers of bricks is , as shown, formed by the bore of the sleeves 133 (Fig. 1) of heat-refractory electro-insulating material, preferably aluminum. The space between the walls of each sleeve and the corresponding extension is lined with an elastic layer 135 of asbestos or other flexible material refractory to heat, so that the extension remains despite the stuffing in a spaced relation to the walls. of the sleeve, that is to say that the stuffing does not prevent movements of the sleeve and of the extension transversely with respect to the latter.
As can be seen in fig. 8, the base 137 of a terminal 139, preferably copper, is screwed onto the wider end 130 of each resistor extension; this base is isolated from the walls of the metal casing of the furnace by a washer 141 made of flexible, electro-insulating and refractory material such as asbestos. The base 137 is provided with radial passages 137 for the circulation of water, communicating with the water supply passage 143 and the water discharge passage 144 extending to the end of the terminal to be connected to suitable pipes. The water which circulates in the base and the terminals cools them, as well as the adjacent parts of the
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extensions 129 of resistances.
Thanks to the cooling water and the larger diameter of the resistor extensions compared to that of the heating resistors, the terminals and adjacent parts of the extensions, including their parts inside the sleeves 133, remain relatively cool. , while the resistances themselves are incandescent.
Each of the terminals 139 extends through an opening 145 through a plate 146 of insulating material, on which the base 137 of the terminal is tightened by a nut 148 screwed onto the terminal. This plate, retort shown in Figure 8, is relatively thick, about 2.5 cm (1 inch), to give it considerable strength. It is preferably constituted by a material used in the construction of radio receivers, and for example by the material sold under the name "Micarta".
Around the base of the terminal is a sleeve 147, slightly flexible transversely on its axis, but inextensible.
The detail construction of this sleeve may be the same as that of FIG. 9, ie comprising parts 149 spirally wound and hooked to each other, covered with asbestos or the like, as at 151 to make the sleeve airtight. The outer part of this sleeve is welded at 153 to a metal ring 155 fixed to the plate 146 by bolts 157 with the interposition of a packing 159, preferably of asbestos to make the seal airtight. At its opposite end, the sleeve is welded at 161 to a metal ring 163 attached to the metal shell of the furnace, preferably by welding, as shown at 165.
The sleeves 147 and the packings 135 prevent the entry of air into the oven chamber through the openings in the oven wall which allow passage to the extensions 129 of the resistors. At the same time, the sleeves, being laterally elastic, avoid the stresses that would be communicated to the pro-
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lengths of the resistors during the expansion of the furnace casing, and allow the extensions of the resistors to move relative to 1, - 'casing insofar as they tend to move under the action of the expansion differences of the metal casing and the walls of the furnace inside this casing.
To support the terminals 139 and the extensions of the resistors against the forces of the cables attached to their ends, the two insulating plates 146 are, in the embodiment shown, connected to the opposite ends of a bar 167, which is rigidly supported by columns 169 (Fig. 4) carried on a plate 171 fixed to the outer ends of the I-shaped supports 9 of the oven.
Metal plates 173 are welded at 175 to the ends of the bar 167, while the insulating plates 146 are fixed to these metal plates by bolts 177, the perforations 179 in the plates 173 for the passage of the bolts being elongated in the bar. direction of the fixed bar 167 in order to allow the relative longitudinal movement of the oven between the plates 145 and the bar.
The current used to heat the resistors is generally of the order of 6,000 to 10,000 amperes and, in the case of alternating current, a very intense alternating electro-magnetic field is established around the terminals and extensions 129 of the resistors. . It has been observed that this field is sufficient to greatly overheat the parts of the walls of the casing adjacent to the extensions of the resistors when this casing is made of steel, because of the intervention of the hysteresis phenomenon. In order to avoid this effect, the parts of the side walls 5 of the casing adjacent to each resistance extension are constituted by an intermediate part 181 of non-magnetic material, preferably of silica bronze which has a tensile strength.
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of the same order as that of steel.
Each intermediate part has the same thickness as the rest of the side walls of the envelope, and is fixed to these walls by a metal frame 183 welded to the intermediate part and to the side wall 5. This intermediate part extends farther from the terminals towards the center of the length of the furnace than towards the ends of the latter, because the electro-magnetic field is stronger between the two terminals. When an alternating current is used, the bar 167 is also preferably provided with an insert 186 of non-magnetic material, copper or silica bronze for example, to interrupt the magnetic path between the regions neighboring the terminals; without this precaution, the bar 167 could be overheated, which would reduce its strength.
Likewise, the metal of the sleeve 147 and of the rings 155 and 163 associated with this sleeve is preferably non-magnetic, bronze for example, in order to avoid overheating in the case of alternating current.
In the following claims, the words "heat refractory" carbon-based "designate the construction materials known in the trade and the furnace industry under the names of" carbon "and" graphite ". .
Although according to the invention a non-graphitic carbon furnace chamber liner is preferably used, because this material is most resistant to high temperatures and abrasion, blocks or other shapes can also be used. heat-refractory carbon-based, for example graphite. On the other hand, although it is necessary to employ blocks of material having internal surfaces exposed in carbon at the level of the metal surface in the furnace chamber, when the furnace is used for the treatment of. a copper alloy containing zinc, it is not necessary to use blocks made of carbon or graphite or having carbon faces
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when using the oven for other operations.
Obviously, any refractory blocks suitable for the operation envisaged and the temperature used can then be used. Finally, although the oven illustrated and described in the present specification comprises a chamber of elongated rectangular horizontal section, this chamber can obviously be of square horizontal section and the word "rectangular" is used in the claims which follow each time. as the context allows, in its generic sense, including both rectangles and squares.
Significant modifications can be made to the embodiment described without departing from the invention.
CLAIMS
1.- Electric oven characterized in that it comprises, in combination, walls forming a / oven chamber; walls comprising a furnace lining, a refractory support for this lining and anti-friction refractory parts between the lining and the support to facilitate the expansion movements of the lining relative to the support; a metal envelope around these walls, and a layer of elastic packing between the side parts of these walls and the side walls of the envelope, to allow expansion of the former with respect to the latter.
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