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La présente invention concerne les fours électriques à bain de sel et plus spécialement une construction d'électrode et de paroi,de four facilitant le retrait et le remplacement des électro- des d'un four électrique. '
Les fours électriques à bain de sel du type générale con- sidéré ici sont couramment utilisés pour des nombreux traitements thermiques. Ils comportent ordinairement une cuve, faite de préfé- rence en briques céramiques, enfermée dans une enveloppe convenable d'isolement et de soutien et contenant au moins une paire d'électro- des métalliques reliées à une source d'énergie électrique servant à maintenir le bain de sel liquide contenu dans la cuve à la tempe- /rature voulue.
Chaque électrode se compose d'une "branche chaude"
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en substance immergée dans le bain de sel et d'une "branche froide" sortant du bain et destinée à être reliée à la source d'énergie.
On a utilisé jusqu'ici, dans la plupart des cas, l'un ou l'autre de deux types généraux de fours électriques. Un type pré- voit l'utilisation d'électrodes verticales dépassant le niveau du bain et le dessus des parois du four, tandis que le second type pré- voit l'utilisation d'électrodes noyées traversant vers l'extérieur la paroi du four, plus bas que le niveau supérieur du bain de sel.
Les électrodes sortant par le dessus du four ont l'avanta' ge de pouvoir se retirer et se remplacer facilement mais elles ont, d'autre part, l'inconvénient d'une tendance à la corrosion, à l'en- droit où elles émergent du bain, sous les effets conjugués du.sel chaud et de l'air atmosphérique. Les effets de corrosion peuvent être un peu réduits par l'utilisation d'alliages spéciaux résis- tant à la corrosion, ces alliages comprenant généralement du nickel et servant à prolonger la durée de vie des électrodes.
Les problèmes de corrosion ne sont cependant'pas entière- ment résolus par l'utilisation d'électrodes en un alliage spécial et, dans tous les cas, de telles électrodes sont relativement coû- teuses et exigent l'utilisation de matières d'alliage parfois diffi- ciles à obtenir, par exemple en temps de guerre.
Le second type d'électrode précité, notamment l'électrode noyée traversant la paroi du four, a l'avantage d'une moindre ten- dance à la corrosion même sans alliages spéciaux, en empêchant en substance l'air de venir en contact avec l'électrode à la surface du bain. Ce type de four a, par .contre , l'inconvénient d'une per- te considérable de temps de production, quand il faut remplacer les électrodes.
Le four à électrodes noyées utilise des branches d'électro- des qui traversent la paroi du four et sont construites avec celle- ci. En cours d'utilisation, le sel fondu sature les blocs de matiè- re céramique-et, en refroidissant, le sel agit comme un ciment pour souder les blocs de céramique et les électrodes les unes aux autres.
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Comme le bain doit toujours être refroidi avant de pouvoir commencer le remplacement d'une électrode du type -noyé, un tel remplacement exige la démolition d'au moins une partie de la paroi de la cuve, pour libérer les électrodes. Quand les nouvelles électrodes sont en place, il faut refermer la paroi de la cuve avec des blocs et du mortier. Le mortier doit sécher avant que l'on puisse passer à l'opération suivante de la remise en marche normale du four.
Une fois le mortier sec, une nouvelle perte de temps de production est due à la refonte du bain et à la "resaturation" de la paroi. Cette dernière opération consiste à-maintenir le bain à une température,supérieure 'au point de fusion pendant une période de l'ordre de plusieurs jours, afin de permettre au sel de saturer les nouveaux blocs et de remplir toutes les crevasses et fuites.
Ce procédé de remplacement d'électrodes'noyées nécessite une mise hors service prolongée du four qui, dans les cas où le bain de sel est incorporé dans une chaîne d'assemblage, a une influ- ence nuisible très sérieuse sur la production de toute une chaîne.
La présente invention réunit les avantages principaux des deux types d'électrodes précités, sans en avoir les inconvénients.
L'invention a pour but principal de procurer un four élec- trique à bain de sel pouvant fonctionner à des températures élevées pendant des périodes de temps relativement longues, sans interrup- tion pour des réparations ou des remplacements d'électrodes.
L'invention a aussi pour but de procurer un four électri- que ayant des électrodes facilement enlevables et pourvu, en même temps, de moyens pour réduireau minimum: la corrosion des électro- des en empêchant en substance l'air de venir en contact avec les électrodes à la surface du bain.
L'lnvention a encore pour but de procurer, pour une cons- truction du type qui vient d'être mentionné, des électrodes et des parties associées pouvant être retirées et.remplacées pendant que le bain de sel reste à l'état fondu dans le'four.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront cai-
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renient de la description donnée ci-après aveu référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale d'une 'forme d'extécu- tion de l'invention, faite suivant la ligne 1-1 de la figure 2.
La: figure 2 est une vue en plan du four représenté à la figure 1.
Là figure 3 est une coupe verticale faite suivant la li- gne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une vue perspective d'une électrode, à grande échelle comparativement à la figure 1.
La figure 5 est une vue perspective d'un des blocs uti- lisés avec l'électrode de la figure 4.
La figure 6 est une vue perspective d'un autre bloc utili- sé avec l'électrode de la figure 4.
La figure 7 est une vue en plan, avec arrachements, d'une autre forme d'exécution de l'invention utilisant trois électrodes.
La figure 8 est une coupe verticale, avec arrachements, de la forme d'exécution de la figure 7, faite suivant la ligne 8-8 de la figure 9.
La figure 9 est une coupe verticale de la forme d'exécu- tion de la figure 7, faite suivant la ligne 9-9 de la figure 7, et
La figure 10 est une coupe verticale partielle, semblable à la figure 1, montrant la pénétration du sel dans le dispositif de recouvrement et dans la paroi.
Comme le montre la figure 1, le four F comporte une cuve P, un couvercle C, un dispositif de recouvrement TM, et plusieurs électrodes E comprenant chacune une branche chaude HL, une branche froide CL et une partie IL intermédiaire entre les branches chaude et froide. Les branches froides CL sont reliées aux barres omnibus B d'une source de courant électrique, un transformateur T par exem ple.
La -figure 1 montre comment la cuve P ouverte à la partie supérieure est, de préférence, construite en briques céramiques 10
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et entourée sur les côtés et par dessous d'un isolant 11 surmonté r d'un pourtour de briques réfractaires de protection 11a, l'ensem- ble étant maintenu par des éléments de charpente 12, 13 et repo- sant sur des éléments de support 14. Le couvercle C est monté sur des galets 15 et se déplace sur des rails 16 posés sur la surface supérieure de la paroi de la cuve.
Sous la commande d'une poignée pivotante 17, le couvercle peut être retiré en arrière vers le transformateur T jusqu'à hauteur des butées 18 pour découvrir la cuve et peut être ramené au-dessus de la cuve pour la fermer, jus- qu'à hauteur des butées 19.
Comme la figure 4 le montre le plus clairement, la bran- che chaude HL de l'électrode est, de préférence, disposée vertica- lement et peut prendre place dans la cuve près d'une paroi et en dessous du niveau normal 20 (voir figure 1) du bain!de sel. La' bran- che froide CL se compose de trois feuilles ou tôles 21, .22 et 23 espacées parallèlement entre elles, l'ensemble étant prévu pour être disposé au-dessus et s'étendre vers l'extérieur au delà de la paroi du four.
La partie intermédiaire IL relie la branche chaude HL à la branche froide CL et est inclinée vers l'extérieur et vers le' haut, de l'extrémité supérieure de la branche chaude à l'extrémité intérieure de la branche froide. Comme le dessin le montre, la par- tie intermédiaire est une pièce indépendante séparée de la branche chaude et de la branche froide (voir figure 4) et peut être fixée à la branche chaude par des soudures 24, 25 et à la branche froide par des soudures 26.
La branche chaude est décalée par rapport à la partie in- termédiaire associée dans la direction de la branche chaude de 1' autre électrode. Ce décalage est important en ce qu'il assure que le courant ne circule dans le bain de sel liquide qu'entre les bran- ches chaudeset ne circule pas entre les parties intermédiaires, du fait que le chemin à parcourir par le courant est plus court entre les branches chaudes qu'entre les parties intermédiaires. Les déca-
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lages sont aussi importants du fait qu'ils fournissent des épaule- ments supports 27 pour le dispositif de recouvrement décrit en dé- tail plus loin.
La partie intermédiaire IL s'attache, de préférence, à la face verticale 28 de la branche chaude de façon que la face d'extrémité supérieure 29 puisse être horizontale et servir de sup- port au dispositif de recouvement, ceci étant aussi décrit en dé- tail plus loin.
Comme les figures 1 et 2 le montrent, les tôles 21, 22 et 23 constituant la branche froide de l'électrode sont en sandwich avec les tôles verticales 30 reliées aux barrés omnibus B. Des bou- lons 31 et des écrous 32 sont utilisés pour assurer un contact in- tinte entre les tôles de la branche froide et les tôles verticales 30, des liaisons convenables analogues étant utilisées pour atta- cher les tôles verticales 30 aux barres omnibus B.
Les électrodes sont montées par paires (le four des fi- gures 1 à 3 utilisant deux paires) et sont maintenues en place à l'aide de plats 33, de boulons 34, de.pièces isolantes 35 et d' écrous 36, tous ces éléments étant associés à des cornières 37 so- lidaires des éléments de charpente 12 de la paroi du four.
Il est à noter ici que (voir figure 3), pour chaque paire d'électrodes, le plat 33, les boulons 34 et les cornières 37 cons- tituent un circuit magnétique qui entoure les branches froides. De cette manière, le flux induit dans le circuit par le courant circu- lant dans les deux électrodes est nul.
Un thermocouple 38 descend de la région des branches froi- des à l'intérieur du bain de sel fondu pour mesurer la température du bain.
La partie supérieure de la paroi du four est chanfreinée ou inclinée, comme on le voit en 41, pour s'adapter à la face in- térieure de la partie intermédiaire de chaque électrode. La pente doit être choisie de façon que le bain de sel (atteignant le niveau 20 dans la cuve) ne déborde pas au-dessus de la paroi du four tout en noyant entièrement la branche chaude de chaque électrode. La par-
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tie intermédiaire de l'électrode émerge donc du bain de sel tandis que la branche chaude est entièrement immergée et que la branche froide se trouve entièrement au-dessus du bain de sel fondu.
L'en- droit de corrosion maximum d'une électrode est généralement l'en- droit où, l'électrode sort du bain, car, à cet endroit, le. métal de l'électrode est soumis à la fois à des températures élevées et aux attaques du sel chaud et de l'air. Comme on le décrira, ci-après l'invention réduit au minimum le contact de l'air avec l'électrode à l'endroit où celle-ci sort du bain de sel et réduit donc forte- ment le problème de la corrosion à la surface-de bain.
Un dispositif .de recouvrement TM est associé à la paroi de la cuve pour entourer de près la partie intermédiaire à l'en- droit où celle-ci sort du bain. La disposition décrite ci-dessus de la surface 41 de la paroi du four assure le contact entre la pa- roi du four et la face inférieure de l'électrode, tandis que (voir les figures 5 et 6) le dispositif de recouvrement TM comprend un bloc 42 venant se loger entre les électrodes contre la surface 41, et un bloc 43 surplombant une paire d'électrodes et un bloc 42.
A cet effet, le bloc 43 a une face chanfreinée ou inclinée 44 fai- sant contact de surface avec la face supérieure des parties inter- médiaires.
On empêche le bloc 42 de glisser vers le bas le long de la surface inclinée 41 en le faisant poser contre l'épaulement 27 (voir figure 4), tandis que la surface inférieure 45 du bloc 43 pose sur la surface d'extrémité supérieure 29 de la branche chaude.
Les blocs sont aussi maintenus en place par des tirants 39, chaque tirant étant en forme de U dont une branche est rabattue dans le creux séparant les tôles de la branche froide et une branche est repliée dans un trou convenable pratiqué dans le bloc.
Le dispositif de recouvrement 42a entre les deux paires d'électrodes peut être empêché de glisser vers le bas par cimentage à la face inclinée de la. paroi de la cuve. Ou bien, le dispositif de recouvrement 42a peut faire partie de la paroi.
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Il est à noter ici que, si les dessins annexés représen- tent le dispositif de recouvrement 42 sous la forme de pièces sépa- rées de la paroi de la cuve, il est possible dans certains cas d' application, d'utiliser un dispositif de recouvrement faisant par- tie de la paroi de la cuve et avançant entre les électrodes. Il est cependant préférable d'utiliser une pièce séparée comme 42, parce que l'expérience montre que, même si le sel liquide a réuni plus ou moins les parties entre elles, il est plus aisé de détacher les électrodes lors du remplacement.
Le dispositif de recouvrement et la'paroi du four déli- mitent, en fait, deux passages dont les parois entourent de près les parties intermédiaires des électrodes de façon à s'opposer à l'entrée et à la sortie d'air et à empêcher la corrosion.
On se référera maintenant à la figure 10 des dessins qui est semblable à une partie de la figure 1. On notera d'abord que la corrosion des électrodes varie avec leur température. Par conséquente à des températures relativement basses, la corrosion ne pose pas de problème notable. D'autre part, la corrosion devient un problème de plus en plus difficile à des températures relativenient élevées.
Comrae la figure 10 le montre, la cuve est rempliede sel fondu jusqu'au niveau 20, mais, à l'opposé de ce qu'on pour- rait attendre, le niveau 20 ne s'étend pas horizontalement directe- ment au-dessus de la paroi du four. La branche froide et la partie intermédiaire de l'électrode extraient de la chaleur du bain et la dissipent dans l'air environnant le four. En même temps, les dis- positifs de recouvrement 42, 43 et la paroi du four agissent comme des isolants calorifiques et ont tendance à retarder l'écoulement de la chaleur du bain vers l'extrémité inférieure de la branche in- temédiaire. Il s'ensuit qu'en fait, le sel pénètre approximative- ment jusqu'à la ligne S. Il ne faut pas oublier que pratiquement le sel sature les briques 10 et même une partie de l'isolant 11 au- delà.
La corrosion desélectrodes ne pose pas de problème sé- rieux dans la zone délimtée 'par lee lignes 20 et S, du fait que
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pratiquement l'air ne vient pas en contact avec lesélectrodes chau- des. Au delà de la ligne S, il y a une partie relativement courte de la branche intermédiaire portant la référence h avec les flè- ches associées, qui se trouve à une température suffisamment éle- vée pour que la corrosion y pose un problème, en principe. Au delà de la partie h, la température de l'électrode est suffisamment bas- se pour que la corrosion ne pose pas de problème en principe.
A titre d'exemple on peut dire ici que, quand le bain de sel se trou- ve à une température d'environ 1550 F (840 C), la température de l'électrode à hauteur de la ligne S est de 1.' ordre de 1350 F (735 C) et la température à hauteur de la ligne a, c'est-à-dire, l'extrémi té supérieure de la partie h, peut être aux environs de 1100 F (595 C).
On voit donc que, du point de vue corrosion, la partie la plus exposée de la branche intermédiaire de l'électrode est. la partie h immédiatement au-dessus du niveau réel du sel,chaud. La partie h entière (plus une petite partie supplémentaire de part et d'autre) est entièrement entourée de très près sur les quatre côtés-par les dispositifs de recouvrement.
Pendant la mise en marche initiale d'un four suivant 1' invention, les couches extérieures de l'électrode à hauteur de la partie h s'oxydent et se recouvrent d'oxydation. Cette oxydation a un volume plusieurs fois supérieur à celui du métal initialement inoxyé et bourre donc complètement les petits vides entre le dis- positif de recouvrement et la partie h, empêchant ainsi pratique- ment toute entrée d'air et toute oxydation.supplémentaire du métal de l'Électrode sous la couche oxydée extérieure. La corrosion ini- tiale de surface ou la peau de la partie h isole pratiquement 1' électrode et évite tout contact ultérieur avec l'air atmosphérique, supprimant ainsi toute corrosion supplémentaire.
Quoique les figures 1 à 3 représentent un four à deux paires d'électrodes, il est possible, et intéressant dans certains cas, de n'utiliser qu'une seule paire. Cependant, la forme d'exéco-
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tion à paires multiples est préférée parce que, dans ce cas, il est possible de garder le bain suffisamment chaud pour empêcher la so- lidification du sel durant un remplacement d'électrodes. Ceci peut se faire en ne coupant l'amenée de courant qu'à la paire à rempla- cer, tout en continuant à alimenter la ou les autres paires.
Quand on utilise un four à une seule paire d'électrodes, il est préférable d'enlever le sel fondu avant de retirer les élec- trodes. Quoique le bain ne refroidirait pas jusqu'à solidification pendant la période de temps relativement courte normalement néces- saire pour remplacer, les électrodes de l'invention, il est plus pru- dent d'enlever le sel parce que tout retard imprévu dans le rempla- cement provoquerait une solidification du sel en l'absence des élec- trodes. Cette solidification entraînerait plus d'inconvénients et de retard que l'opération supplémentaire consistant à enlever le sel de la cuve.
Les figures 7, 8 et 9 des dessins annexés représentent une forme d'exécution à trois électrodes convenant spécialement pour une alimentation en courant triphasé. Les branches chaudes 50, 51 et-52 des trois électrodes sont réunies respectivement aux par- ties intermédiaires 53, 54 et 55 qui sont elles-mêmes reliées aux branches froides feuilletées respectives 56,57 et 58. Au lieu d' avoir chaque branche froide dirigée vers l'extérieur au-dessus de la paroi du four dans une direction en alignement avec la partie intermédiaire; les branches froides 56 et 58 sont dirigées dans 1' ensemble parallèlement à la branche froide 57, de façon que les ex- trémités libres des trois branches froides puissent être le plus facilement connectées à une source d'énergie (non représentée) d' une manière semblable à celle représentée aux figures 1 et 2.
Comme dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3, le four est pourvu, d'un isolant 11 protégé à l'extrémité supé- rieure par des briques réfractaires 11a, la cuve du four étant fai- te de blocs 10.
Le dispositif de recouvrement de la forme d'exécution des figures 7.à 9 est disposé un peu différemment de celui de la¯ forme
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d'exécution des figures 1 à 3. C'est ainsi qu'un bloc 59 à face inférieure en pente 60 et pourvu d'une paire de prolongements ou rebords horizontaux 61 surplombe la partie intermédiaire 54 de l' électrode et pose contre la surface d'extrémité supérieure de la branche chaude 51. Les rebords 61 surplombent et posent sur le bord supérieur de la paroi dufour, comme en 62 (voir figure 8).
Comme les figures 7 et 9 le montrent, le bord intérieur supérieur de la paroi du four est chanfreiné ou oblique, comme en 63, de façon à s'adapter à la face inférieure en pente de la partie intermédiaire 54. La partie chanfreinée 63 est suffisamment large pour s'adapter non seulement à la partie intermédiaire 54, mais aussi au petit bloc 64 qui est empêché de glisser vers le bas le long de la surface inclinée 63 par l'épaulement 65 obtenu par'le décalage latéral de la branche chaude 51 par rapport à l'axe de la partie intermédiaire 54.
Comme la partie qui vient d'être décrite avec référence à l'électrode médiane, la paroi de la cuve a des faces chanfreinées 66 et 67 associées respectivement aux parties intermédiaires 53 et 55, les parties chanfreinées 66 et 67 étant assez larges pour .s'a- dapter aux petits blocs 68 et 69. Les branches chaudes 50 et 52 sont décalées latéralement par rapport à l'axe de leur partie intermé- diaire, de façon à présenter des 'épaulements 70 et 71 sur lesquels reposent les petits blocs 68 et 69.
Les blocs 72 et 73 ont des surfaces inférieures inclinées 74 et-75 associées respectivement aux parties intermédiaires 53 et 55. Les blocs 72 et 73 reposent sur les faces d'extrémité supérieu- re des branches chaudes 50 et 52 et posent aussi l'une sur l'autre et contre le bloc 59. Comme la figure 7 le montre le plus claire- ment, les blocs 59,72 et 73 sont découpés de façon à laisser un passage 76 pour un thermocouple (non représenté) plongé dans le bain.
Des petits blocs auxiliaires 77 s'adaptent avec préci- sion entre les rebords 61 du bloc 59 et les branches froides 56 et
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58. Les blocs 77 sont coincés entre le bloc 59 et les deux électro- des extérieures, afin d'empêcher les deux électrodes extérieures de se rapprocher l'une de l'autre.
Au lieu du circuit magnétique continu constitué par le plat 33 et les boulons 34 et décrit avec référence aux figures 1 à 3, la forme d'exécution des figures 7 à 9 utilise trois dispositifs différents pour maintenir les trois électrodes en place, chacun de ces trois dispositifs de maintien étant arrangé de façon à éviter de faire un circuit magnétique complet. De courtes brides 78, 79 et 80 sont fixées, par l'extrémité inférieure, à la pièce de char- pente 81 à l'aide de boulons $la. De petits bourrelets 82, 83 et 84 permettent aux brides de basculer lors du serrage dés boulons.
Les brides 78, 79 et 80 sont repliées de façon à venir le long et au-dessus du sommet des branches froides respectives 56, 57, 58, et des vis de serrage 85, 86 et 87 peuvent être vissées dans des trous filetés pratiqués dans les trois brides de façon à pouvoir exercer une pression de serrage, en plus de celle des boulons $la, sur les plaques en acier 88, 89 et 90, les plaques isolantes supérieures 91, 92 et 93, les branches froides 56,57 et 58, et les plaques iso- lantes inférieures 94,95 et 96.
Dans le cas de la forme d'exécution des figures 7 à 9, les électrodes peuvent être enlevées et remplacées d'une manière semblable dans l'ensemble à celle décrite avec référence aux figu- res 1 à 3. Comme il y a trois électrodes, il est intéressant d'ap- pliquer du courant monophasé à deux des électrodes pour maintenir le bain en fusion pendant le remplacement de la troisième électrode.
On peut ensuite relier la nouvelle électrode et une des anciennes électrodes restantes à la source de courant monophasé pour rempla- cer l'autre des anciennes électrodes restantes. Enfin, on applique le courant aux deux nouvelles électrodes, et on remplace la troisiè- me ancienne électrode.
Comme dans le cas de la forme d'exécution des figures 1 3, durant les opérations d'enlèvement qui viennent d'être décrites
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les blocs supérieurs sont soulevés, les petits blocs sur les côtés des branches froides sont retirés et finalement les électrodes peuvent être retirées du four,l'opération complète pouvant s'ef- fectuer spécialement vite et avec grande efficacité, du'-fait 'que les dispositifs de recouvrement, qui doivent être relevés pour re- tirer les électrodes, ne sont pas cimentés..Ils sont au contraire constitués et mis en place séparément, et maintenus en place du fait au-'ils prennent appui sur les divers épaulements décrits.
Un autre avantage de l'invention réside dans l'utilisatio de blocs amovibles qui ne doivent être relevés que d'une petite distance, ce qui permet l'utilisation de couvercles (comme celui représenté à la figure 1) montés sur galets et pouvant être facile- ment amenés dans une position surplombant les blocs amovibles et, d'autre part, dans une position opposée recouvrant la cuve du four.
Différentes particularités de la branche froide CL (en particulier les tôles 21, 22 et 23 et leur connexion à la barre omnibus B) sont décrites plus en détail et revendiquées dans le! brevet de même date de la Demanderesse intitulé "Electrode feuil- letée".
REVENDICATIONS.
1.- Electrode amovible pour un four électrique à bain de sel, comprenant une branche chaude destinée à être montée dans le four dans une position pratiquement verticale, près d'une paroi et ' - en dessous du niveau normal du bain de sel, une branche froide non- ' tée dans une position pratiauement horizontale au-dessus et vers 1' extérieur par rapport à la paroi du four, et une partie intermédiai- re reliant la branche chaude à la branche froide, cette partie in- : aire étant inclinée vers l'extérieur et vers le hautde 1'
EMI13.1
extrÚü té supérieure de la branche chaude à l' extréli1i té inférieure de la branche froide.