EP0088683A1

EP0088683A1 - Four électrique à haute température dont les résistances sont des tubes conducteurs verticaux creux chauffants maintenus en place par des tubes creux attaches réfrigérés

Info

Publication number: EP0088683A1
Application number: EP83400434A
Authority: EP
Inventors: Louis Graniou
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1983-09-14
Also published as: US4520487A

Abstract

Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques, qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (57), reliés entre eux électriquement par des plaques-ponts (55) indépendantes qui sont soudées aux tubes verticaux creux chauffants (57), et réfrigérées par des moyens réfrigérants (45), qui font en même temps office d'attache. Les moyens faisant office de résistances (57) du four industriel (1) fonctionnant à haute température, sont des tubes attaches creux réfrigérés verticaux (45) parcourus par un fluide froid. L'invention s'applique aux fours industriels à haute température.

Description

L'invention a pour objet un four électrique à haute température dont les résistances métalliques sont des tubes conducteurs creux verticaux chauffants maintenus en place par des tubes en forme d'épingles faisant office d'attache dans lesquels circule de l'air froid.
Les résistances métalliques qui travaillent à haute température, proche de leurs limites de fluage, permettent de chauffer des charges à des températures voisines de la leur, avec le maximum d'efficacité, si les fours sont bien calculés, si leur régulation est bien adaptée et si les éléments chauffants couvrent bien leurs parois.
L'étude de fours prototypes par l'inventeur a mis en évidence l'utilité des bons modèles mathématiques pour le calcul des grands fours ainsi que la nécessité de prendre comme base de régulation, la température des éléments chauffants eux-mêmes. La haute température des résistances "fournit" des puissances surfaciques très élevées à condition que la température du métal des éléments chauffants puisse être maintenue, quelle que soit la nature de ces éléments. Pour cela, la régulation de la température ne peut plus être faite sur "l'ambiance" des fours, mais doit prendre comme base la température des résistances d'où l'intérêt de disposer d'un élément de mesure dans le corps chauffant lui-même. Les fours électriques actuels qui permettent d'obtenir des hautes températures de l'ordre de 1250° C, présentent de nombreux défauts. Ces fours ont une puissance de l'ordre de 500 à 1000 kilowatts. Les résistances électriques sont réalisées dans un alliage connu adéquat tel que du nickel/chrome, mais fabriquées en fonderie, c'est-à-dire que les corps chauffants font office de résistance. L'ensemble forme un tuyau creux sinueux.
Ces tuyaux actuels qui font office de résistance n'ont pas de section constante ; il s'ensuit qu'au niveau du four, la température n'est pas très homogène. Or, ce type de four électrique doit être régulé de manière très précise.
Le long des tuyaux de chauffe, il existe des points froids ou des points chauds qui sont connus, mais la difficulté réside dans le fait qu'il est difficile de prendre, de manière précise, la température du métal. De plus, la fabrication de ces tuyaux sinueux en fonderie, explique le fait que les sections soient irrégulières et forment des "V".
Un autre inconvénient important dans les fours actuels existe au niveau de l'accrochage desdits tuyaux chauffants. Tous ces avantages ne vont pas sans quelques problèmes dont le principal est la difficulté d'accrochage de ces résistances sur des parois réalisées en fibres céramiques. Si leur disposition en sole ou en voûte ne présente aucun inconvénient, l'accrochage en piédroit sur des parois en fibres, subit le fluage à haute température. Il est donc indispensable de réaliser des montages tenant compte de ce risque. Ces tuyaux chauffants sont en général maintenus en place dans le four par des pattes d'accrochage. Ces pattes d'accrochage fondent du fait de la mauvaise régulation thermique des fours et de la faiblesse des points de soudure dont la température monte trop haut.
L'invention évite donc ces deux inconvénients principaux : la mauvaise régulation thermique des fours électriques à haute température et l'accrochage des tuyaux chauffants.
A cet effet, le four électrique à haute température est composé de tubes verticaux creux chauffants, reliés électriquement entre eux par des plaques-ponts, soudés et maintenus au niveau desdites plaques-ponts par des moyens faisant office d'attache qui sont des tubes attaches creux par exemple en forme d' épingle isolés et fixés aux parois dudit four.
Des moyens de refroidissement assurent l'abaissement de la température, spécifiquement au niveau des points de soudure de la plaque-pont qui relie, entre eux, deux tubes verticaux creux chauffants. Les moyens de refroidissement sont les tubes creux attache verticaux en épingle dans lesquels circule de l'air pulsé.
Le tube creux vertical faisant office d'attache est donc réfrigéré. Ce tube creux attache est en inox ou autre matière adéquate et est isolé par des éléments réfractaires, sauf au niveau de son contact avec la plaque-pont qui relie électriquement deux tubes creux chauffants. Les tubes creux chauffants ne sont plus fabriqués par moulage mais ils sont étirés et soudés.
L'invention concerne des perfectionnements apportés aux tubes en forme d'épingles faisant office d'attache et dans lesquels circule de l'air frais et aux plaques-ponts qui relient électriquement deux tubes creux chauffants métalliques.
Les tubes attache qui soutiennent et refroidissent les tubes creux conducteurs verticaux chauffants, peuvent comporter des moyens propres à chaque tube épingle pour régler le débit de l'entrée et de la sortie d'air. Selon une variante de l'invention, les tubes attaches sont composés d'au moins deux tubes coaxiaux, partiellement ou sur toute la longueur, l'entrée de l'air frais s'effectuant par le tube périphérique extérieur et la sortie de l'air s'effectuant par le tube intérieur ; ledit tube intérieur est, de préférence, en inox, et est centré par trois évasements à 120° à l'extrémité inférieure dudit tube. les moyens d'isolation des tubes attache , à certains points, peuvent être assurés par un moyen tel que l'amiante enroulé sur, au moins, deux couches.
Les tubes épingles, qui font office d'attache ou d'étrier, peuvent être disposés de plusieurs manières :

Un seul double tube coaxial avec circulation d'air frais est soudé directement au niveau des plaques-ponts.

Un tube attache en forme d'épingle avec circulation d'air frais est soudé au niveau des plaques-ponts.
Un tube épingle avec circulation d'air frais vient soutenir les plaques-ponts comme décrit ci-dessus.
La plaque-pont selon l'invention a été spécialement étudiée au niveau de la conductibilité électrique. La plaque-pont est une traverse équicourante massive. Cette plaque-pont permet de faire passer le courant d'un tube vertical creux chauffant au suivant de façon régulière sans points chauds ou froids, au moyen d'un cordon de soudure à l'arc électrique fait sur une courbe obtenue par intégration par points qui raccorde ledit tube creux chauffant et ladite plaque-pont.
Les résistances chauffantes, qui sont des tubes creux chauffants métalliques, sont reliées entre elles par des plaques-ponts ou traverses. Ces plaques-ponts ont une forme particulière afin d'éviter tout effet d'échauffement local dans les liaisons raccordant deux brins parallèles successifs. Cet échauffement est dû au cheminement préférentiel du courant suivant le trajet le plus court. Cet inconvénient est éliminé habituellement en renforçant les sections de métal dans cette zone. Ledit cheminement préférentiel est éliminé par une disposition égalisant les résistances des parcours "élémentaires" entre génératrices associées de deux éléments chauffants raccordés. A cet effet, il est utilisé une plaque-pont de forte section, pliée pour être soudée aux deux éléments des tubes creux chauffants dont les extrémités correspondantes sont coupées suivant un profil donnant justement cette égalité des résistances élémentaires globales entre paires de génératrices associées. La solution retenue consiste à relier les deux éléments chauffants par une connexion électrique raccordée aux extrémités des deux éléments, de telle sorte qu'il y ait égalité de résistances électriques des trajets élémentaires entre les divers couples de points situés dans les deux sections de ces deux éléments, et également distantes de cette connexion. Ceci conduit à découper l'extrémité des éléments chauffants de façon à intégrer dans ces trajets élémentaires une longueur de ces éléments, d'autant plus longue que le trajet dans la connexion est plus court. Cette découpe de l'extrémité des tubes chauffants est d'autant plus complexe que la dimension de la section droite de la connexion électrique est plus proche que celle des éléments chauffants, et que la densité de courant dans ces derniers est plus élevée. Cette découpe de l'extrémité des tubes creux chauffants ne doit pas être orthogonale.
Pour les valeurs de densité habituellement utilisées, on peut avoir une bonne homogénéité des résistances des parcours élémentaires par une simple coupe plane, mais en biais, des éléments chauffants, lorsque la section de la connexion électrique est notablement plus importante que celle de l'élément chauffant. Le profil de cette coupe en biais est déterminé par le rapport des deux sections droites (tubes creux chauffants et plaque-pont).
Ce mode de raccordement électrique entre éléments chauffants réalisant l'égalité, ou presque, des divers cheminements élémentaires du courant électrique est désigné par le vocable "plaques-ponts équicourant".
L'invention décrit une plaque-pont équicourant de forte section, pliée pour être soudée aux deux tubes creux chauffants dont les extrémités correspondantes sont coupées suivant un angle donnant justement cette égalité de résistances élémentaires globales entre paires de_' génératrices associées. L'angle de ces coupes en biais est adapté au rapport des sections de la plaque-pont équicourant et du tube creux chauffant pour égaliser ces différents parcours élémentaires.
L'invention concerne également les moyens d'attache ou de suspension ventilés intérieurement. Les éléments chauffants sont suspendus à un système de tubes creux attaches réfrigérés, faisant office d'attache, traversant le calorifuge du four et prenant appui sur la carcasse externe de ce four. Ces tubes creux attaches réfrigérés, faisant office d'attache, contiennent un tube réfrigérant logé dans l'alésage, ouvert à ses deux extrémités ; l'ouverture basse se situe en zone basse du tube creux attache réfrigéré, tandis que l'ouverture haute, traversant l'extrémité supérieure du tube creux attache réfrigéré, débouche à l'air libre. La seule ouverture du tube creux attache réfrigéré, fermé à ses deux extrémités, est située en partie haute et est implantée latéralement. Une source fournissant le fluide réfrigérant sous une pression modérée insuffle celui-ci dans la partie haute de ce tube creux attache réfrigéré, par l'ouverture latérale. Le fluide descend dans l'espace annulaire formé entre le tube creux attache réfrigéré et le tube réfrigérant, pour emprunter ensuite le tube réfrigérant en y entrant par son ouverture inférieure pour sortir à l'air libre par la partie supérieure du tube réfrigérant. Ce moyen d'attache ventilé intérieurement est également utilisé dans des broches d'amenée de courant, au travers des structures du four électrique, connectant les éléments chauffants au réseau extérieur.
En effet, les broches d'amenée de courant reçoivent un fluide thermique dans leurs extrémités situées dans la cavité du four : par le rayonnement de celui-ci et par conduction des tubes creux chauffants raccordés à ses extrémités internes. De plus, les broches d'amenée de courant sont le siège d'un apport thermique, dans leur masse, dû à l'effet Joule du courant électrique les traversant.
Enfin, l'invention concerne un four pris dans son ensemble, composé d'éléments chauffants modulaires interchangeables rapidement ainsi que lesdits éléments modulaires, pris séparément ou en combinaison, qui permettent le remplacement rapide, par l'extérieur, en cas de panne d'un élément modulaire chauffant sans attendre que le four soit refroidi.
Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront aisément de comprendre l'invention. Ils représentent des modes de réalisation selon l'invention.
La figure 1 est une vue générale du four selon l'invention, vue de haut en plan ; la figure 2 est une vue générale du four, vue de côté avec les axes des coupes VV et WW ; la figure 3 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d'attache ou de patte de soutien aux tubes creux verticaux chauffants selon un mode de réalisation ; la figure 4 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d'attache aux tubes creux verticaux chauffants selon un autre mode de réalisation ; la figure 5 est une vue en coupe selon l'axe de coupe VV, représenté à la figure 2 ; la figure 6 est une vue en coupe selon l'axe de coupe WW, représenté à la figure 2 ; la figure 7 est une vue éclatée des éléments d'isolation de la patte faisant office d'attache représentée à la figure 3 ; la figure 8 est une vue de détail du branchement électrique et la figure 9 est une vue de détail des ailettes de refroidissement ; la figure 10 est une vue en coupe partielle d'un tube attache réfrigéré en forme d'épingle à double circulation d'air ; la figure 11 est une vue en coupe partielle d'un tube attache réfrigéré en forme d'épingle selon l'invention, mettant en évidence, notamment, le réglage de la sortie d'air ; la figure 12 est une vue en coupe partielle d'un tube attache réfrigéré en forme d'épingle selon l'invention, mettant en évidence, notamment, l'isolation dudit tube attache réfrigéré par de l'amiante ; cette vue est une vue de l'attache représentée dans la figure 11 après rotation de 90° ; la figure 13 est une vue de face de la plaque- pont ; la figure 14 est une vue de dessus de la plaque-pont ; la figure 15 est une vue de la plaque-pont équicourant massive usinée dans un rectangle plein ; la figure 16 est une vue générale d'un four selon l'invention, avec ses tubes creux verticaux chauffants, ses plaques-ponts, et ses tubes attache réfrigérés dans lequels circule de l'air frais ; les figures 17, 18, 19, 20, 21, 22 et 23 représentent des vues en plan et des demi coupes de différents modes de réalisation de plaque-pont ; la figure 24 est une vue de côté et une demi coupe du tube creux d'attache, d'une broche d'amenée de courant et des tubes creux chauffants ; la figure 25 est une vue d'un élément chauffant modulaire interchangeable, vue en perspective à demi sorti du four ; la figure 26 est une vue d'un four, vue de dessus en perspective, au cours du changement d'un élément chauffant modulaire.
Le four 1 est composé de tubes creux verticaux chauffants 2. Ces tubes creux verticaux chauffants 2 sont creux, realisés par extrusion par exemple, dans un alliage nickel/chrome.
Ce procédé de fabrication des tubes creux chauffants par des fours électriques, permet d'obtenir une section constante dans lesdits tubes. il n'y a donc pas de point de froid ou de chauffe. La température du four électrique peut ainsi être bien homogène. A cet effet, pour bien connaître la température du métal, des thermo-couples 3 sont disposés au coeur desdits tubes creux verticaux chauffants 2. Ces caractéristiques techniques des tubes creux verticaux chauffants 2 permettent une régulation très fine du four selon l'invention. Ces tubes creux verticaux chauffants 2 sont reliés électriquement entre eux par une plaque-pont 4 qui est maintenue sur lesdits tubes verticaux creux chauffants 2 par des points de soudure 5, voir la figure 5.
L'ensemble de ces tubes creux verticaux chauffants 2 est soutenu et maintenu en place par des tubes attaches 6 qui sont creux et qui font office de patte d'attache. Ces tubes attaches 6 sont en forme d'épingle et ils viennent soutenir les tubes creux verticaux chauffants 2 au niveau des plaques-ponts 4 tout en refroidissant les points de soudure par de l'air frais pulsé qui circule dans les tubes attache 6 qui font office de patte d'attache, voir en particulier les figures 3, 4 et 5. Ces tubes attache 6 sont isolés par des éléments isolants 7, 8, 9, 10 et 11 qui viennent tout au long des tubes attache 6, voir la figure 3.
Dans la figure 4, un autre mode de réalisation est représenté pour isoler les tubes attaches 6.
En allant plus vers les branches 12 et 13 du tube attache 6 en forme d'épingle, l'isolation est assurée par des éléments 14 et 15 en céramique. Ces éléments 14 et 15 sont disposés jusqu'au niveau du calorifuge 16 du four 1. Les branches 12 et 13 du tube attache 6 sortent de la carcasse externe 17 du four 1 et sont bloquées par des "presses-cônes" 18, la jonction au collecteur s'effectue par une manchette caoutchouc 19, des douilles isolantes 20 isolent les branches 12 et 13 à la sortie de la carcasse externe dudit four. Il est prévu une tranche libre 21 dit "tranche chaude" qui permet une libre dilatation longitudinale.
La flèche F1 indique le sens de la circulation de l'air pulsé. L'air frais pulsé entre à environ 20°C selon Fl et sort selon F2 à environ 220°C.
Dans la figure 8, est représenté en détail le branchement électrique 22. Le câble électrique 26 est fixé par une plaque 22 sur une broche 23 qui comporte des ailettes de refroidissement 24, voir la figure 8 en détail. Cette broche 23 entre par une douille isolante 20 dans la carcasse externe 17 du four 1, elle traverse le calorifuge 16 et vient en contact avec le premier tube creux vertical chauffant 2.Dans la figure 6, les tubes creux verticaux chauffants 2 sont maintenus en place au niveau de la coupe WW représentée dans la figure 2 par un peigne réfractaire 25.
Dans la figure 10, dans la carcasse métallique 26, est fixé par un manchon isolant 27, un tube attache 28. Ce tube peut être constitué de deux éléments 29 et 30 qui sont joints par vissage en 31. Le réglage de la hauteur d'accrochage des tubes creux verticaux chauffants (tubes conducteurs) s'effectue par une bague 32 et par le manchon isolant 27. Le tube 28 fait donc office de tube attache dans lequel circule de l'air frais. Dans la figure 10, il n'a pas la forme d'épingle et fait office d'attache, il soutient la plaque-pont 55 à laquelle il est soudé en 56. A l'intérieur du tube attache 28 est disposé, coaxialement, un tube 33 qui sert au retour de l'air et à son évacuation par la sortie 34. le réglage du débit de la sortie d'air se fait par une couronne de trous 35 et par des vis 36. Le tube intérieur 33 est centré dans le tube attache 28 par trois évasements 37, 38, 39 à 120°, à l'extrémité 40 dudit tube 33. L'arrivée d'air frais se fait par un tuyau souple 41 qui est branché sur un raccord 42 qui aboutit et communique avec la périphérie 43 du tube attache 28, l'air entre donc par la périphérie et sort par l'âme du tube attache 28, c'est-à-dire le tube intérieur 33. Le réglage de la hauteur d'échange thermique est réglé par une bague 44. Bien entendu, le tube intérieur 33 doit se prolonger au moins juste après le raccord 42 par où entre l'air frais de refroidissement.
Dans la figure 11, le tube attache est en forme d'épingle 45 ; il est formé d'un tube attache unique avec un seul sens de circulation de l'air. L'air frais rentre en 46 par un tuyau souple 47 et un isolant 48 et il sort par une sortie 49. Le débit de la sortie d'air 49 peut être réglé par un écrasement d'une bague métallique 50. Le tube attache épingle 45 est, dans ce cas, soit soudé au niveau de la plaque-pont 55, soit il soutien la plaque-pont 55. L'élément calorifuge 51 est représenté dans toutes les figures, mais dans la figure 12 est représenté en plus l'élément isolant tel que de l'amiante 52 enroulé sur deux couches 53 et 54.
La plaque-pont 55 permet de faire passer le courant d'un tube chauffant 57 à l'autre. Le courant doit passer d'un tube chauffant 57 à l'autre de façon régulière sans points chauds ou froids au moyen d'un cordon 61 de soudure à l'arc électrique fait sur une courbe 59 qui raccorde ledit tube chauffant 57 et ladite plaque-pont 55. La plaque-pont 55 est taillée à la fraise dans une barre pleine en métal résistant de même nature que ledit tube conducteur chauffant 57. Ledit tube chauffant 57 pénètre dans un trou 58 de la plaque-pont 55 qui est au moins d'un millimètre plus grand sur le rayon R. Ledit tube chauffant 57 doit être parfaitement centré pour éviter tout contact autre que la soudure et la soudure est effectuée de manière régulière bord à bord. La courbe 59 est fraisée dans le tube chauffant 57 avec celle fraisée dans ladite plaque-pont 55 au moyen d'un arc électrique utilisant un fil de même métal.
L'angle α formé par la tangente xy à la courbe 59 et l'horizontabilité de la plaque-pont 55 est d'environ α≃16°. L'angle _f3 formé sur l'ouverture du trou 58 entre les deux côtés de la courbe 59 est d'environ β≃ 74°.
Les modes de réalisation présentés dans les figures précédentes présentent une solution à la tenue mécanique de l'accrochage des résistances de fours électriques industriels fonctionnant à haute température. Celle-ci consistait à diminuer la température des pièces les plus sollicitées grâce à une attache composée d'un tube attache réfrigéré parcourue par un fluide refroidissant et couplée thermiquement à la connexion électrique formée par la plaque-pont des deux extrémités de chaque paire d'éléments chauffants. Ces plaques-ponts, mécaniquement associées aux attaches, transmettent à ces dernières, le poids de la résistance constitué par l'ensemble des tubes chauffants.
Dans cette même optique d'une recherche de l'amélioration de la tenue mécanique des structures d'accrochage par l'abaissement de leur température, figure l'élimination des zones localement exceptionnellement chaudes par concentration inutile des courants électriques en certains points.
Il est, en effet, connu que le raccordement sans précaution de deux tubes chauffants parallèles, entraîne une concentration de courant le long du circuit le plus direct. C'est ainsi qu'une connexion, ou plaque-pont, telle que celle représentée dans la figure 17, provoque une concentration du courant dans les zones A et B des soudures, au détriment des zones C et D.
Il est non moins connu que la parade empirique à la surchauffe résultant des zones A et B consiste à renforcer les soudures A et B pour y diminuer la densité de courant ; d'où une surchauffe, par rapport à C et D, moins importante.
L'objet de la présente invention vise à apporter une solution rationnelle.
La concentration du courant en A et B résulte des lois bien connues régissant l'écoulement électrique de circuits complexes (loi d'Ohm et de Kirchoff). Pour obtenir l'uniformité des densités de courant dans les soudures de raccordement de la connexion avec les tubes chauffants, il suffit d'égaliser les résistances des divers cheminements parallèles possibles entre deux sections droites des tubes chauffants 57a, 57b, au même niveau (figure 3). Ceci se traduit en toute rigueur par :
où R est la résistance du trajet dont les extrémités sont repérées par les lettres A, C ; chaque somme représente donc la résistance totale élémentaire rencontrée par le courant pour aller d'un point de la section N du tube chauffant57a au point identique de cette même section N du tube chauffant 57b.
La réalisation pratique donnant l'égalité des résistances élémentaires se traduit par une plaque-pont formant une connexion électrique 55 de section droite plus importante que celle des deux tubes chauffants 57a, 57b et par un profil des extrémités de ces deux tubes chauffants d'autant plus complexe que les densités de courant dans les tubes chauffants sont élevées et que le rapport entre les sections droites de la connexion électrique et des tubes chauffants est plus proche de l'unité.
Par contre, pour les densités de courant habituellement employées (3 à 5 ampères/mm2) et l'utilisation d'une connexion électrique de section notablement plus importante que celle des tubes chauffants (rapport trois à quatre), on obtient un profil d'extrémité des tubes chauffants très simple et de réalisation aisée (figure 20). L'extrémité des tubes chauffants 57a et 57b est plane. Elle forme un angle ( 9' ) par rapport à la section droite. La valeur de cet angle (ϑ) est fonction de la densité de courant dans les tubes chauffants, et du rapport entre les sections droites de la connexion électrique, ou plaque-pont, et celle des tubes chauffants. Pour les valeurs courantes, cet angle (ϑ) est voisin de 30° : ϑ ≃ 30°. En toute rigueur, l'égalité des résistances n'est pas parfaitement réalisée avec cette jonction biaise, mais on obtient cependant une bonne homogénéité des températures le long du cordon de soudure, même avec des densités de courant supérieures à 5 ampères/mm2.
Une telle connexion électrique permettant une homogénéité acceptable des températures dans les soudures est désignée par le terme de plaque-pont équicourant 55. Sa combinaison avec une attache droite ventilée 45, telle que représentée précédemment, conduit à une réalisation représentée dans la figure 26, synthèse des inventions initiées figure 10.
Dans les figures 18 et 19, le tube chauffant faisant office de résistance 57 est coupé à son extrémité 60 selon un angle en biais déterminé par le rapport des deux sections droites du tube chauffant et de la plaque-pont 55. Cette plaque-pont équicourant 55 est composée de deux plans P1 et P2 qui forment entre eux un angle ( ω ). Chaque plan A ou B forme avec le plan horizontal un même angle (ϑ ). L'angle ( ϑ ) peut être voisin de 30° : ϑ ≃ 30°.
Dans les figures 20 et 21, la plaque-pont équicourant 55 comporte une partie supérieure horizontale P3 et deux plans inclinés P1 et P2 qui forment un angle ( ϑ ) avec l'horizontale.
Dans les figures 22 et 23 la plaque-pont équicourant 55 comporte une partie supérieure horizontale P3 et deux paires de plans inclinés P1 et P2, P3 et P4 qui forment avec l'horizontale deux angles À 1 et A 2.
Le dispositif de support des résistances équipant les fours électriques industriels haute température, par un dispositif ventilé permettant d'abaisser la température des éléments les plus sollicités mécaniquement, peut être assuré par un tube attache plié en forme d'épingle comme décrit ci-dessus. Il peut être également réalisé par le dispositif décrit ci-après, voir la figure 24.
Un tube creux attache réfrigéré 45 vertical, de même composition que celle des éléments chauffants, est soudé, à son extrémité inférieure, à la plaque-pont 55 reliant les extrémités supérieures de deux éléments ou tubes chauffants successifs 57a, 57b. Il traverse le calorifuge 51 de la voûte 74 pour déboucher au-dessus de la carcasse externe 26 du four sur lequel il prend appui par l'intermédiaire d'une douille isolante 27 à épaulement qui assure son isolement électrique vis-à-vis des structures métalliques de cette carcasse.
A l'intérieur de ce tube creux attache réfrigéré 6 ou 45 est logé concentriquement à l'alésage, un tube réfrigérant vertical 33, ouvert à ses deux extrémités. Entre le tube creux attache réfrigéré 45 et le tube réfrigérant intérieur 33 est ainsi créé un espace annulaire 72 qui est obstrué à l'extrémité supérieure 70 du tube creux attache réfrigéré 45. Immédiatement au dessous de cette obstruction, le tube creux attache réfrigéré 45 est muni d'un orifice latéral 42 par où est introduit le fluide de refroidissement de l'air à la température ambiante par exemple. Ce fluide commence par descendre dans l'espace annulaire 72, refroidissant la paroi interne du tube creux attache réfrigéré 45 faisant office d'attache, puis arrive à l'extrémité inférieure 68 du tube creux réfrigérant 33 ; il pénètre dans le tube réfrigérant 33 pour remonter à l'intérieur et finalement sortir par l'extrémité supérieure 34 de ce tube réfrigérant 33. Ce fluide a la même fonction que celui circulant dans le tube cintré en forme d'épingle du premier dispositif. Il provoque indirectement un refroidissement de la plaque-pont 55 et des soudures 5 ou 56 de celle-ci avec les deux tubes creux verticaux chauffants 57 avec un cheminement thermique plus direct que celui relevant du premier dispositif à épingle. En effet, l'énergie thermique, dégagée par effet Joule dans la traverse, et les calories amenées par conduction et provenant des tubes chauffants 57, s'écoulent vers le dos de la plaque-pont 55, puis pénètre dans la paroi du tube creux attache réfrigéré 45 et remonte, par le tube réfrigérant 33, jusqu'à ce que le fluide de refroidissement les ait absorbées.
Un réglage convenable, fait une fois pour toute, du niveau de l'extrémité inférieure du tube attache, et le réglage du débit du fluide, permettent de régler la température de la plaque-pont 55 au voisinage de celle du four 1, soit un gain de plusieurs dizaines de degrés, particulièrement bénéfique étant donné le niveau de température où se trouve le métal des plaques-ponts 55.
De plus, il n'y a plus de ponctions thermiques parasites comme cela est le cas avec le tube attache en forme d'épingle du premier dispositif où une partie du tube attache est soumis à l'ambiance du four, atténué par le revêtement calorifuge qui couvre ledit tube attache.
Les caractéristiques techniques, décrites ci-dessus, décrivent un élément modulaire chauffant interchangeable 75. Cet élément modulaire chauffant - interchangeable 75 se compose d'une carcasse 26 ou structure, de deux broches d'amenée du courant 64, de tubes creux attaches réfrigérés 45, de tubes chauffants 57, de plaques-ponts 55, d'isolant incorporé 51. Cet élément modulaire interchangeable 75 permet le remplacement rapide extérieur en cas de panne sans attendre que le four 1 soit refroidi (voir les figures 25 et 26.)

Claims

1. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), caractérisé par le fait que lesdits tubes verticaux creux chauffants (2) sont reliés entre eux électriquement, par des plaques-ponts (4) indépendantes.

2. Four électrique à haute température selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les plaques-ponts (4) sont maintenues sur lesdits tubes verticaux creux chauffants (2) par une soudure en cordon continu (5).

3. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que lesdites plaques-ponts (4) sont soudées aux tubes verticaux creux chauffants (2) et sont réfrigérées au niveau des points de soudure (5) par des moyens réfrigérants (6) qui font, en même temps, office d'attache (6).

4. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attache sont des tubes creux (6) en forme d'épingle qui viennent soutenir les tubes chauffants (2) au niveau desdites plaques-ponts (4).

5. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que les moyens faisant office de moyens réfrigérants sont les mêmes tubes creux (6) dans lesquels circule un fluide froid.

6. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attache (6) sont des tubes creux verticaux (6) parcourues par un fluide froid.

7. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 6 caractérisé par le fait que les tubes creux (6), faisant office d'attache sont métalliques, cintrés à 180 degrés pour former une épingle à branches parallèles.

8. Support de résistances composées de tubes creux verticaux chauffants (2) selon l'une quelconque des revendications 1, 6 ou 7 caractérisé par le fait que lesdits tubes creux (6) faisant office d'attache et qui sont en forme d'épingle sont implantés en voûte du four, traversés par des branches parallèles qui débouchent au dessus de ladite voûte.

9. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 caractérisé par le fait que la plaque-pont (4) qui forme la connexion électrique et qui relie deux tubes verticaux creux chauffants (2) passe dans la boucle du tube attache (6) en forme d'épingle.

10. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 caractérisé par le fait qu'il est interposé des pièces (18) en céramique réfractaire entre la plaque-pont (4) et le tube attache en forme d'épingle (6).

11. Four électrique à haute température dont les résistances métalliques, qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2), selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 caractérisé par l'appui des tubes attache en forme d'épingle (6) recevant les pièces du tube creux chauffant (2) faisant office de résistance (2), sur la structure externe (17) dudit four (1) avec interposition d'une pièce (24b) non conductrice de l'électricité pour isoler les branches du tube attache en forme d'épingle (6) des structures métalliques dudit four (1).

12. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attaches (45) pour les moyens faisant office de résistances (57) du four industriel (1), fonctionnant à haute température, sont des tubes attaches creux réfrigérés verticaux (45) parcourus par un fluide froid.

13. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que le moyen d'attache (45) est en forme de tube creux réfrigéré vertical, qui traverse la voûte (74) composée de la carcasse externe (26), du calorifuge (51), du four (1) et qui est soudé à son extrémité inférieure (68) à la plaque-pont (55) reliant deux tubes chauffants successifs (57).

14. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que l'on injecte en partie haute, dans l'espace annulaire (72) existant entre le tube creux attache réfrigéré (45) et un tube intérieur réfrigérant (33), un fluide refroidissant qui retourne au circuit externe, à l'attache (45), par ledit tube creux réfrigérant (33).

15. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que les tubes creux attaches réfrigérés (45) s'appuient sur les structures externes ou carcasse (26) du four (1) par l'intermédiaire de pièces (27), non conductrices de l'électricité, afin d'assurer l'isolement, desdits tubes creux attaches réfrigérés (45), des structures métalliques du four (1).

16. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que les broches d'amenée de courant (64) comportent les mêmes moyens réfrigérants que les tubes creux attaches réfrigérés (45) dans lesquels circulent du fluide froid.

17. Connexion entre deux tubes chauffants parallèles (57) de résistance de four électrique industriel fonctionnant à haute température selon la revendication 12 caractérisé par le fait qu'elle est réalisée par une plaque-pont (55) dont le profil de raccordement aux dits tubes chauffants assure une répartition homogène des densités de courant dans cette section de raccordement par soudure.

18. Connexion entre deux tubes chauffants parallèles (57) de résistance de four électrique industriel fonctionnant à haute température réalisée par une plaque-pont (55) selon l'une quelconque des revendications 12 ou 17 caractérisée par le fait que l'égalisation des densités du courant est obtenue par l'égalisation des résistances des chemins électriques empruntés par le courant qui passe d'un tube chauffant (57a) à l'autre (57b), ladite égalisation déterminant le profil de raccordement.

19. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait qu'il est constitué d'éléments modulaires (75)' interchangeables rapidement sans attendre le refroidissement dudit four.

20. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon l'une quelconque des revendications 12 ou 19 caractérisé par le fait que chaque élément modulaire interchangeable (75) se compose d'une carcasse ou structure (26), de deux broches d'amenée du courant (64), de tubes creux attaches réfrigérés (45), de tubes chauffants (57), de plaques-ponts (55), d'isolant incorporé ou calorifuge (51) ; cet élément modulaire (75) permet le remplacement rapide par l'extérieur en cas de panne sans attendre que le four (1) soit refroidi.

21. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que le tube creux chauffant faisant office de résistance (57) est coupé, à son extrémité (60), selon un profil déterminé par le rapport de deux sections droites du tube creux chauffant (57) et de la plaque-pont (55).

22. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que ladite plaque-pont équicourant (55) est centrée de façon à suivre le profil de la revendication 10.

23. Four électrique à haute température, dont les résistances métalliques qui travaillent à haute température sont des tubes verticaux creux chauffants, selon la revendication 12 caractérisé par le fait que la broche d'amenée de courant (64) est composée d'un tube creux attache réfrigéré (45) servant également au passage du courant et d'un tube (33) réfrigérant ouvert à ses deux extrémités, le tube creux attache réfrigéré (45), fermé à ses deux extrémités est muni d'une ouverture latérale (42) en zone haute où est introduit le fluide réfrigérant ; le fluide descend dans l'espace annulaire entre (45 et 33) où il refroidit le tube attache refrigéré (45), pour ressortir à l'extérieur en remontant dans le tube réfrigérant (33).