Procédé de chauffage électrique, notamment pour fondre des substances dont le point de fusion est élevé, et dispositif pour sa mise en oeuvre. La présente invention, due à. MM. Henri George et Gaston Delpech, comprend un pro cédé de chauffage électrique, notamment pour fondre des. substances dont le point de fusion est élevé, et un dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Le procédé suivant l'invention est caracté risé en ce que l'on utilise -comme agent de chauffage au moins un résistor en carbone que l'on dispose de telle façon qu'il n'y ait aucun contact ni avec la. substance à chauf fer, ni avec les parois de l'enceinte de chauf fage, et en ce qu'on déplace la, substance à chauffer en regard du résistor et dans une direction pratiquement perpendiculaire à sa longueur, c'est-à-dire normale à la direction du courant qui le parcourt, en vue d'obtenir une répartition sensiblement égale de la cha leur sur tous les points de ladite substance.
Le dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un résistor en carbone disposé de telle façon, dans: une, enceinte de chauffage, qu'il n'ait aucun contact ni avec les parois ,de cette enceinte, ni avec la substance à chauffer, et en ce qu'il comporte des moyens pour -déplacer la substance à chauffer en, re gard du résistor, dans une direction prati quement perpendiculaire à, sa longueur, c'est- à,-dire normale à.
la direction du courant qui le parcourt, en vue. d'obtenir une répartition sensiblement égale .de la chaleur sur tous les points -de ladite substance.
Le résistor est -de préférence construit en graphite, qui admet une densité de cou rant très élevée et peut ainsi être porté à une très haute température.
Le -dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent, l'une en coupe transversale, l'autre en coupe longitudinale, une première forme d'exécution servant à la fabrication de plaques. ,de silice fondue; dans ce dispositif, la résistor est situé au-dessus de la substance à traiter; La fig. .3 est une coupe longitudinale d'une variante, dans laquelle la plaque obte nue par le résistor précédent est ramollie par l'action .d'un second résistor situé au-dessous d'elle, puis ensuite moulée;
Les. fig. 4 et 5 représentent l'une la coupe axiale, l'autre la coupe transversale d'une -deuxième forme -d'exécution sous forme d'un four tournant à, axe horizontal pour la fusion -des métaux, du verre et d'autres substances pouvant être amenées par la chaleur à. l'état liquide; Les fig. 6 et 7 représentent l'une la coupe axiale, l'autre la coupe transversale d'une troisième forme d'exécution sous forme d'un four tournant à axe horizontal pour la fabri cation de corps tubulaires.
La. fig. 8 représente la coupe verticale d'une quatrième forme d'exécution qui est un four tournant à. axe vertical pour la fabrica- li.on d'articles creux ayant une forme île ré volution, tels que les creusets, et la fig. 9 montre un détail -de ce type de four.
Les. dispositifs représentés aux fig. 1 à 7 comprennent un résistor constitué par une tige droite 1, en carbone ou en graphite, dont les extrémités sont logées,dans des manchons 2 portés par des plateaux mobiles, 3, égale ment en carbone. Ces plateaux sont fixés dans des cadres métalliques 4, qui sont reliés aux bornes d'une source,de courant électrique non représentée.
Dans les fi-. 8 et 9, le résistor est une tige coudée l' dont les: extrémités 2' et 2" sont serrées entre deux demi-disques 3' et 3" en carbone, l'une de ces extrémités étant en contact avec l'un des demi-disques et isolée de l'autre par le moyen .de cales isolantes 5' et 5". Ces demi-disques sont fixés dans des demi-cadres 4' et 4" également isolés l'un île l'autre et reliés aux bornes de la source élec trique.
L'enceinte chauffante est constituée soit par une enveloppe 6! en graphite faisant of- fice de voûte (fig. 1, 2 et 3), calorifugée,ex- térieurement par du noir de fumée 24, soit par -un tambour métallique 7 (fig. 4 à 7), soit par une boîte métallique 8 fixée à un arbre -de rotation 9 (fig. 8).
Les plateaux mobiles 3 sont construits de manière à former les parois latérales -de l'en ceinte chauffante. De même, les demi-disques 3' et 3" des fi-. 8 et 9 servent de couvercle à l'enceinte chauffante 8.
Dans les dispositifs représentés par les fig. 1, 2 et 3, la substance à fondre 10' est distribuée à, l'état pulvérulent sur un organe -de transport 11, qui la fait passer sous les moyens de chauffage constitués par le résis ter 1 et l'enceinte 6, qui est disposée ,de telle façon que la chaleur .soit rayonnée, par une ouverture pratiquée à la partie inférieure île l'enceinte, sur la substance à fondre; sa vi tesse de déplacement est réglée de manière à fondre une épaisseur déterminée de cette sub stance.
La plaque ainsi fondue 12 continue à. cheminer sur des rouleaux 13, tandis que la couche pulvérulente non fondue est évacuée à l'extrémité de la course horizontale du transporteur 11.
En donnant à ce transporteur un mouve ment longitudinal de va-et-vient et en l'ali mentant alternativement ,de matière première, tantôt -d'un côté, tantôt de l'autre de l'en ceinte de chauffage, la plaque obtenue est formée par la superposition de minces cou ches fondues., ce qui présente des avantages pour la fabrication du quartz transpàrent à l'aide -de cristal de roche broyé.
Dans le dispositif de la fig. 3, la plaque 12, .débarrassée comme précédemment de la couche pulvérulente non fondue, est réchauf fée au moyen d'un second moyen de chauf fage constitué, comme le premier, par un ré sistor 14 et une enceinte l5, quia pour but ,de fondre la matière pulvérulente adhérente à la face inférieure de la plaque 12. Cette plaque, ainsi glaçurée sur -ses -deux faces, peut ensuite être façonnée, par exemple im primée ou moulée, par aspiration, dans.
un moule 1j6 susceptible de se déplacer avec la plaque pendant le temps nécessaire au mou lage.
Dans le dispositif des fig. -1 et 5, le four tournant comporte, en outre du tambour 7, un garnissage réfractaire 17, :dans lequel s'o père la fusion, et une matière isolante 18 logée entre la, garniture réfractaire et le tambour.
Une ouverture 19, fermée par une porte 20, sert à la, fois d'orifice de chargement et d'orifice de coulée.
Dans le dispositif des fi-. 6 et 7, on intro duit la matière première 10, à l'état pulvé rulent, dans l'intérieur du four tournant cons titué par le tambour 7, avant la mise en place du résistor 1 et -des organes qui le sup portent. Grâce à. la. force centrifuge produite par la. rotation -du four, la- matière pulvéru lente reste appliquée contre la paroi interne du tambour.
Il est: facile, à. l'aide d'un gabarit, de lui faire prendre une forme de révolution ayant pour génératrice le profil du gabarit. Dans le cas de la. silice, qui a, une grande viscosité, cette forme se conserve dans la pièce fondue.
Dans le dispositif des fig. 8 et 9, on in troduit également la. matière première 10, à l'état pulvérulent, à l'intérieur du four tour nant constitué par la. boite 8; en donnant à ce four une vitesse convenable, on fait adhé rer la. matière contre la. parai intérieure de la. boîte et on lui donne intérieurement un profil déterminé au moyen d'un gabarit que l'on retire avant :de faire passer le courant. La matière fondue, maintenue par la force centrifuge, garde la forme donnée par le ga barit. Dans le cas de silice, ou d'autres ma tières à fusion pâteuse, on peut obtenir ainsi des pièces dont; les formes s'écartent sensible ment -de celles du paraboloïde d'équilibre.
En cas de fusion pâteuse, la vitesse de rotation du four peut être réduite progressi vement à partir -du moment où la matière a. commencé à. fondre.
Avec le four tournant des fig. 6 et 7, il est possible d'obtenir, dans une même opé ration, une série de tronçons -de tubes en dis posant dans le four, transversalement par rapport à son axe et à des distances détermi nées par la longueur de ces tronçons, des ron delles de graphite qui cloisonnent la -charge -de matière première. Il est également possible d'obtenir un tube fendu dans le sens de sa longueur en disposant une lame de graphite dans la charge suivant im:e génératrice du four.
Le tube ainsi fendu peut être ensuite développé en forme -de plaque. On peut enfin' évacuer, en fin -de fusion, par la périphérie du tambour, tout ou partie de l'infondu sous l'action -de la force centrifuge; le lingot plas tique vient alors se mouler soit dans le sable restant, soit dans la paroi -du four.
Sur les fig. 1 à 7, le résistor est repré senté sous forme d'une tige cylindrique, mais il est entendu que sa forme peut varier. C'est ainsi qu'on peut employer des résistors -de sections variables, tubulaires ou multi ples, par exemple à trois tiges alimentées en triphasé et montées en étoile sur des plateaux appropriés; cette variante est applicable aux fours tournants de grand diamètre.
On peut faire circuler un fluide gazeux approprié entre le résistor et la substance à .chauffer, pour empêcher, suivant les. cas, la réduction, la carburation ou l'oxydation des matières traitées et pour entraîner hors du four les vapeurs qui se .dégagent.
La circulation,du gaz entre le résistor et la substance à -chauffer est représentée sché matiquement par un - ventilateur 21 placé à l'extrémité d'une buse 22 (fig. 6), en commu- nication avec l'enceinte à chauffer. Dans le cas d'aspiration, le ventilateur peut être rem placé par un dispositif de tirage naturel cons titué par une cheminée 23: (fig. 2 et 3).
Dans les différents dispositifs représentés -et décrits, on remarque que le résistor n'a aucun contact avec la substance à chauffer et avec les parois de l'enceinte de chauffage. De plus, dans ces différents dispositifs, la. sub stance à. chauffer se déplace dans une direc tion pratiquement perpendiculaire à la lon gueur -du résistor, c'est-à-dire dans une di mction normale à la, direction du courant de chauffage, ce qui permet -d'obtenir une répar- tition sensiblement égale @de la chaleur sur tous. les points. -de la substance.
Les -dispositifs représentés et décrits offrent, en autre, les avantages réunis des résistors connus et -de l'arc électrique, sans en avoir les inconvénients, ,à savoir: 10 Par rapport aux résistors en contact avec la matière à chauffer, ils évitent les in convénients provenant de réactions dues à ce contact; 2o Par rapport aux résistors appliqués contre les parois de l'enceinte à chauffer, ils évitent les déperditions -de chaleur par ces parois;
<B>30</B> Par rapport à l'arc électrique, ils évi tent les chutes de cendres et -de parcelles des électrodes et possèdent un facteur de puis sance plus élevé pouvant atteindre l'unité; 40 Par rapport aux .systèmes de chauffage électrique précédemment mentionnés, ils as surent une plus grande régularité de tempé- rature, car leur action est moins localisée.
On sait que, pour diminuer les inconvénients de cette localisation particulièrement sensible dans les fours chauffés par l'arc électrique, il est-d'usage, dans certains fours électriques, de déplacer l'arc -dans la direction de la ligne qui joint ses pôles, mais la répartition de la cha leur n'en reste pas moins inégale â un même instant .donné.
Method of electric heating, in particular for melting substances with a high melting point, and device for its implementation. The present invention, due to. MM. Henri George and Gaston Delpech, includes an electric heating process, in particular for melting. substances with a high melting point, and a device for carrying out this process.
The method according to the invention is characterized in that one uses -as heating agent at least one carbon resistor which is arranged in such a way that there is no contact either with the. substance to be heated, nor with the walls of the heating chamber, and in that the substance to be heated is moved opposite the resistor and in a direction practically perpendicular to its length, that is to say normal to the direction of the current flowing through it, in order to obtain a substantially equal distribution of heat on all points of said substance.
The device for implementing this method is characterized in that it comprises at least one carbon resistor arranged in such a way, in: a heating chamber, that it has no contact or with the walls, of this enclosure, nor with the substance to be heated, and in that it comprises means for -displacing the substance to be heated in, with respect to the resistor, in a direction practically perpendicular to its length, that is to say , say normal to.
the direction of the current flowing through it, in sight. to obtain a substantially equal distribution of heat on all points -de said substance.
The resistor is preferably constructed of graphite, which admits a very high current density and can thus be brought to a very high temperature.
The appended drawing represents, by way of examples, several embodiments of the device according to the invention.
Figs. 1 and 2 show, one in cross section, the other in longitudinal section, a first embodiment used for the manufacture of plates. , fused silica; in this device, the resistor is located above the substance to be treated; Fig. .3 is a longitudinal section of a variant, in which the plate obtained bare by the preceding resistor is softened by the action .d'un second resistor located below it, then then molded;
The. fig. 4 and 5 represent one the axial section, the other the transverse section of a second form of execution in the form of a rotary furnace with a horizontal axis for the melting of metals, glass and other substances which can be brought by heat to. liquid state; Figs. 6 and 7 represent one the axial section, the other the transverse section of a third embodiment in the form of a rotary furnace with horizontal axis for the manufacture of tubular bodies.
Fig. 8 shows the vertical section of a fourth embodiment which is a rotary kiln. vertical axis for the manufacture of hollow articles having a revolving shape, such as crucibles, and FIG. 9 shows a detail of this type of oven.
The. devices shown in fig. 1 to 7 comprise a resistor consisting of a straight rod 1, made of carbon or of graphite, the ends of which are housed in sleeves 2 carried by mobile plates, 3, also made of carbon. These plates are fixed in metal frames 4, which are connected to the terminals of a source of electric current, not shown.
In the fi-. 8 and 9, the resistor is a bent rod l 'whose: ends 2' and 2 "are clamped between two half-discs 3 'and 3" made of carbon, one of these ends being in contact with one of the half-discs and isolated from each other by means of insulating wedges 5 'and 5 ". These half-discs are fixed in half-frames 4' and 4" also isolated from one another and connected to the electric source terminals.
The heating chamber is made up of either a casing 6! in graphite acting as a vault (fig. 1, 2 and 3), heat-insulated, externally by carbon black 24, either by a metal drum 7 (fig. 4 to 7), or by a metal box 8 fixed to a rotation shaft 9 (fig. 8).
The movable plates 3 are constructed so as to form the side walls of the heating chamber. Likewise, the half-discs 3 'and 3 "of figures 8 and 9 serve as a cover for the heating chamber 8.
In the devices represented by FIGS. 1, 2 and 3, the substance to be melted 10 'is distributed in the pulverulent state on a transport member 11, which passes it under the heating means constituted by the resis ter 1 and the enclosure 6, which is arranged in such a way that the heat is radiated, through an opening made in the lower part of the enclosure, on the substance to be melted; its speed of movement is adjusted so as to melt a determined thickness of this substance.
The thus melted plate 12 continues to. run on rollers 13, while the unmelted powder layer is discharged at the end of the horizontal run of the conveyor 11.
By giving this conveyor a longitudinal back and forth movement and by feeding it alternately, with raw material, sometimes on one side, sometimes on the other of the heating chamber, the plate obtained is formed by the superposition of thin molten layers, which has advantages for the manufacture of transparent quartz using crushed rock crystal.
In the device of FIG. 3, the plate 12, cleared as previously of the unmelted powder layer, is reheated fairy by means of a second heating means consisting, like the first, by a resistor 14 and an enclosure 15, which aims, to melt the pulverulent material adhering to the underside of the plate 12. This plate, thus glazed on -ses -two sides, can then be shaped, for example printed or molded, by suction, in.
a 1j6 mold capable of moving with the plate during the time required for the wetting.
In the device of FIGS. -1 and 5, the rotary furnace comprises, in addition to the drum 7, a refractory lining 17: in which the fusion takes place, and an insulating material 18 housed between the refractory lining and the drum.
An opening 19, closed by a door 20, serves both as a loading orifice and a pouring orifice.
In the device of the fi-. 6 and 7, the raw material 10 is introduced, in the pulverized state, into the interior of the rotary furnace constituted by the drum 7, before the installation of the resistor 1 and the members which support it. Thanks to. the. centrifugal force produced by the. rotating the oven, the slow pulverized material remains applied against the inner wall of the drum.
It is: easy, to. using a template, to make it take a form of revolution having for generator the profile of the template. In the case of the. silica, which has a high viscosity, this form is preserved in the molten part.
In the device of FIGS. 8 and 9, we also introduce the. raw material 10, in the pulverulent state, inside the tower furnace constituted by the. box 8; by giving this oven a suitable speed, it adheres. matter against. interior parai of the. box and it is internally given a determined profile by means of a template that is removed before: to pass the current. The molten material, held by centrifugal force, keeps the shape given by the barit. In the case of silica, or other pasty melting materials, parts can thus be obtained including; the shapes differ appreciably from those of the equilibrium paraboloid.
In the case of pasty melting, the speed of rotation of the furnace can be gradually reduced from the moment when the material has. begins to. to melt.
With the rotating oven of fig. 6 and 7, it is possible to obtain, in the same operation, a series of sections of tubes by placing in the furnace, transversely to its axis and at distances determined by the length of these sections, graphite washers which partition the raw material load. It is also possible to obtain a tube split in the direction of its length by placing a graphite blade in the following charge im: e generator of the furnace.
The tube thus split can then be developed in the form of a plate. Finally, it is possible to evacuate, at the end of fusion, through the periphery of the drum, all or part of the unfused under the action of centrifugal force; the plastic ingot is then molded either in the remaining sand or in the wall of the furnace.
In fig. 1 to 7, the resistor is represented in the form of a cylindrical rod, but it is understood that its shape may vary. It is thus possible to use resistors -de variable sections, tubular or multiple, for example with three rods supplied in three-phase and mounted in a star pattern on suitable plates; this variant is applicable to large diameter rotary furnaces.
A suitable gaseous fluid can be circulated between the resistor and the substance to be heated, to prevent, according to the. case, reduction, carburization or oxidation of the treated materials and to drive out of the furnace the vapors which evolve.
The circulation of gas between the resistor and the substance to be heated is represented diagrammatically by a fan 21 placed at the end of a nozzle 22 (FIG. 6), in communication with the enclosure to be heated. In the case of suction, the fan can be replaced by a natural draft device constituted by a chimney 23: (fig. 2 and 3).
In the various devices represented and described, it is noted that the resistor has no contact with the substance to be heated and with the walls of the heating chamber. In addition, in these different devices, the. sub stance to. heating moves in a direction practically perpendicular to the length of the resistor, that is to say in a direction normal to the direction of the heating current, which allows a substantially distribution to be obtained. equal heat on all. dots. -of the substance.
The -dispositifs represented and described offer, in addition, the combined advantages of the known resistors and -of the electric arc, without having the drawbacks, namely: Compared to resistors in contact with the material to be heated, they avoid disadvantages arising from reactions due to this contact; 2o Compared to the resistors applied against the walls of the enclosure to be heated, they avoid heat losses by these walls;
<B> 30 </B> Compared to the electric arc, they prevent the fall of ash and particles from the electrodes and have a higher power factor which can reach unity; Compared to the previously mentioned electric heating systems, they have a greater temperature regularity, because their action is less localized.
We know that, in order to reduce the disadvantages of this particularly sensitive location in furnaces heated by the electric arc, it is customary, in certain electric furnaces, to move the arc -in the direction of the line which joins its poles, but the distribution of heat remains unequal at the same time.