EP0210115B1 - Dispositif de chauffage de soles de fours industriels pour traitement de solides - Google Patents

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EP0210115B1
EP0210115B1 EP86420200A EP86420200A EP0210115B1 EP 0210115 B1 EP0210115 B1 EP 0210115B1 EP 86420200 A EP86420200 A EP 86420200A EP 86420200 A EP86420200 A EP 86420200A EP 0210115 B1 EP0210115 B1 EP 0210115B1
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EP
European Patent Office
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resistors
heating
furnace
plate
hearth
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Expired
Application number
EP86420200A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0210115A1 (fr
Inventor
Georges Rutten
François de Richaud
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Comurhex pour La Conversion de lUranium en Metal et Hexafluorure SA
Original Assignee
Comurhex pour La Conversion de lUranium en Metal et Hexafluorure SA
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/06—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity heated without contact between combustion gases and charge; electrically heated
    • F27B9/062—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity heated without contact between combustion gases and charge; electrically heated electrically heated
    • F27B9/063—Resistor heating, e.g. with resistors also emitting IR rays

Definitions

  • the present invention relates to a device for heating the floors of industrial ovens by electrical resistances.
  • the term sole refers to both the fixed hearths of different types of ovens, such as chamber ovens, tunnel ovens ... as well as the heating plates of tray ovens.
  • Tray ovens are usually heated either by hot gases introduced directly into the oven enclosure, or by heat transfer fluids water, steam, organic liquids or molten salts, circulating inside the trays; these fluids being chosen as a function of the temperature to be obtained.
  • the present invention aims to eliminate the drawbacks due to the use of hot gases and heat transfer fluids; in particular in the case of organic fluids, it will be possible to overcome their limit temperature for use (approximately 350 ° C.), without having recourse to the use of molten salts.
  • the invention using electrical energy, has the advantages linked to its use: cleanliness, safety, flexibility of use, ease of implementation and regulation, improvement of yields, temperature reached limited only by quality. electrical resistors used. It also does not have the disadvantages such as the use of refractories, and allows to obtain lighter installations, therefore less expensive and having less thermal inertia.
  • the invention is a device for heating a metal hearth of an industrial oven by integrated electrical resistors of armored type, arranged below said hearth and without contact with it, characterized in that said resistors are placed on the upper face of a sheet. of refractory metal forming a reflector, the other side of which is coated with a layer of insulating material, the whole being placed on a support plate.
  • the heating device is integrated into the floor of the industrial oven.
  • the sole is itself made of a resistant and heat conductive material, preferably it is a steel plate on which the solid product to be treated circulates.
  • the resistors are placed on a shiny sheet of refractory metal forming a reflector, the other side of which is coated with an insulating material, the whole being placed on a support plate.
  • This arrangement mainly using radiant heating, leads to a homogeneous distribution of the temperature and to avoid hot spots; it is helped in this by the presence of a diffuser formed by the sole itself.
  • the absence of a refractory promotes rigorous control of the temperature rise profiles and reduces thermal inertia.
  • the support plate and the sole can be made integral by a peripheral expansion strip fixed to these two parts. It is possible to keep the assembly more rigid either by spacers between the support plate and the bottom, or by appropriately arranged extra thicknesses.
  • the resistors are confined in a completely closed and sealed casing, which has the advantage of isolating them from pollution and / or corrosion due to the atmosphere of the furnace or other treated products.
  • a balancing tube can connect the interior of this housing to the atmosphere of the oven either directly, or through filters or traps, or even by being connected to the pressure supply lines.
  • the resistors can be arranged according to a density in relation to the surface power, uniform or not, which is needed for the product to be treated.
  • the resistors can be arranged in several heating zones, each of which has its own electrical supply and temperature regulation; this makes it possible to produce all kinds of predetermined temperature profiles, therefore to conduct the reactions very rigorously and also to compensate for the effects of the expansion which would deform the sole.
  • FIG. 1 represents a hearth heated by the device according to the invention.
  • tray ovens comprising, as a heating means, heating trays according to the invention is particularly advantageous.
  • the oven which can operate in a controlled atmosphere, consists of a conventional sealed enclosure in the shape of a bell inside which the trays are superimposed and sufficiently spaced from each other to allow the product to be treated to circulate from the 'one to the next.
  • Each of the plates with a diameter of about 1.7 m has a total thickness of 5 cm, the sole and the support plate have the same thickness and the distance separating the sole from the resistors is approximately 2 cm.
  • the armored type electrical resistors are arranged in 3 concentric heating zones.
  • Three concentric spacers are firstly welded to the support plate and secondly fixed to the bottom by a bayonet device.
  • An expansion strap connects the sole and the support plate by their periphery.
  • a pressure equalization tube opens into the interior of the housing thus formed.
  • the deformations of the plates were measured to ensure that they correspond to the specifications necessary for the construction of the oven: the maximum admissible deformation of the hearth between ambient temperature and maximum temperature in use, is measured relative to a reference plane and must be less than 10 mm.
  • this oven was used to decompose uranyl nitrate hexahydrate in two stages (dehydration and denitration) and under reduced pressure; the final product obtained (uranium trioxide) must meet specific physical characteristics linked in part to residual water and nitrogen and dependent on the thermal regimes undergone.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention est relative à un dispositif de chauffage de soles de fours industriels par des résistances électriques. Le terme de sole désigne aussi bien les soles fixes des différents types de fours, comme les fours à chambres, les fours tunnels ... que les plateaux chauffants des fours à plateaux.
  • Sur ces soles circulent, à l'aide de moyens appropriés, les produits solides devant subir un traitement thermique: séchage, calcination, décomposition ou autres réactions.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Dans les fours à sole fixe, différents modes de chauffage sont utilisés dont le chauffage électrique. Ce dernier est généralement fait par des résistances qui, soit rayonnent directement dans l'atmosphère du four, soit peuvent être noyées dans le réfractaire de la sole ou des parois. Un dispositif, comme mentionné dans la partie introductive de la revendication 1, est p.ex. décrit par GB-A 528 857 ou par US-A 1 671 794.
  • Les fours à plateaux sont habituellement chauffés soit par des gaz chauds introduits directement dans l'enceinte du four, soit par des fluides caloporteurs eau, vapeur, liquides organiques ou sels fondus, circulant à l'intérieur des plateaux; ces fluides étant choisis en fonction de la température à obtenir.
  • Ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients liés au type de moyen de chauffage:
    • Les gaz chauds:
    • - nécessitent l'emploi d'un générateur qui, dans les cas simples, peut être un aérotherme, mais plus généralement une chaudière à combustible avec ses annexes (stockages) et ses propres problèmes liés à ses effluents gazeux,
    • - ne permettent pas de faire subir au produit traité un profil thermique prédéterminé,
    • - ne permettent pas de travailler en atmosphère contrôlée ni sous pression variable et réglée à l'avance,
    • - peuvent entraîner des poussières des produits traités.
    Les fluides caloporteurs:
    • - nécessitent aussi l'emploi d'un générateur de calories avec ses annexes et d'une infrastructure pour le transfert du fluide (pompes, réservoirs, tuyauteries, régulation...),
    • - présentent des risques liés à la nature chimique du fluide: incendie, corrosion,
    • - l'obtention de profils thermiques prédéterminés dans le four n'est guère plus aisée que dans le cas des gaz chauds.
    Les fours électriques:
  • Tels que décrits précédemment, sont généralement encombrants et lourds à construire. Par ailleurs, l'emploi de réfractaire empêche de les utiliser sous vide, en raison du dégazage important de ces matériaux.
    • BUT DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients dus à l'emploi des gaz chauds et des fluides caloporteurs; notamment dans le cas des fluides organiques, on pourra s'affranchir de leur température limite d'emploi (environ 350°C), sans avoir recours à l'utilisation de sels fondus.
  • Par ailleurs, l'invention, utilisant l'énergie électrique, présente les avantages liés à son emploi: propreté, sécurité, souplesse d'emploi, facilité de mise en oeuvre et de régulation, amélioration des rendements, température atteinte limitée seulement par la qualité des résistances électriques utilisées. Elle n'en présente pas par ailleurs les inconvénients comme l'emploi de réfractaires, et permet d'obtenir des installations plus légères, donc moins coûteuses et ayant moins d'inertie thermique.
    • DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • L'invention est un dispositif de chauffage de sole métallique de four industriel par résistances électriques intégrées de type blindées, disposées en dessous de ladite sole et sans contact avec elle, caractérisé en ce que lesdites résistances sont placées sur la face supérieure d'une tôle de métal réfractaire faisant réflecteur dont l'autre face est revêtue d'une couche de matériau isolant, le tout étant posé sur une plaque support.
  • Le dispositif de chauffage est intégré à la sole du four industriel. La sole est elle-même en matériau résistant et conducteur de la chaleur, de préférence il s'agit d'une plaque d'acier sur laquelle circule le produit solide à traiter.
  • Les résistances sont placées sur une tôle brillante en métal réfractaire faisant réflecteur dont l'autre face est revêtue d'un matériau isolant, le tout étant posé sur une plaque support.
  • Cette disposition utilisant principalement le chauffage par rayonnement, conduit à une distribution homogène de la température et à éviter les points chauds; elle est aidée en cela par la présence d'un diffuseur constitué par la sole elle-même. L'absence de réfractaire favorise le contrôle rigoureux des profils de montée en température et diminue l'inertie thermique.
  • La plaque support et la sole peuvent être rendues solidaires par un feuillard de dilatation périphérique fixé à ces deux pièces. Il est possible de maintenir l'ensemble plus rigide soit par des entretoises entre la plaque support et la sole, soit par des surépaisseurs judicieusement disposées.
  • De cette façon, les résistances sont confinées dans un boîtier entièrement clos et étanche ce qui présente l'avantage de les isoler d'une pollution et/ou corrosion dues à l'atmosphère du four ou autres produits traités.
  • Dans le cas où le four est sous une pression différente de la pression atmosphérique, un tube d'équilibrage peut relier l'intérieur de ce boîtier à l'atmosphère du four soit directement, soit par l'intermédiaire de filtres ou pièges, soit encore en étant branché sur les conduites d'amenée de pression.
  • Bien entendu, on peut disposer les résistances selon une densité en rapport avec la puissance surfacique, uniforme ou non, dont on a besoin pour le produit à traiter. Par ailleurs, les résistances peuvent être aménagées en plusieurs zones de chauffage, chacune d'elles ayant ses propres alimentation électrique et régulation de température; ceci permet de réaliser toute sorte de profils prédéterminés de température, donc de conduire les réactions de façon très rigoureuse et aussi de compenser les effets de la dilatation qui déformerait la sole.
  • La figure 1 représente une sole chauffée par le dispositif selon l'invention.
  • On y voit la sole chauffée (1) par les résistances blindées (2), munies de leur couple de sécurité (3), le réflecteur métallique (4) avec sa couche isolante (5) et la plaque support (6). Le feuillard de dilatation joignant la sole et la plaque support figure en (7) et le tube d'équilibrage entre le boîtier ainsi formé et l'atmosphère du four en (8). En (9) sont représentés, par zone de chauffage, les couples de régulation (ici 2 zones).
  • La construction de fours à plateaux comprenant, comme moyen de chauffage, des plateaux chauffants selon l'invention est particulièrement avantageuse.
    • Exemptes:
  • Un four d'essai industriel à plateaux chauffants a été construit, les plateaux étant conçus selon l'invention.
  • Le four, pouvant fonctionner sous atmosphère contrôlée, est constitué d'une enceinte étanche classique en forme de cloche à l'intérieur de laquelle les plateaux sont superposés et suffisamment espacés les uns des autres pour laisser au produit à traiter la place de circuler de l'un au suivant.
  • Chacun des plateaux de diamètre environ 1,7 m a une épaisseur totale de 5 cm, la sole et la plaque support ont la même épaisseur et la distance séparant la sole des résistances est d'environ 2 cm.
  • Les résistances électriques de type blindées sont disposées en 3 zones de chauffages concentriques.
  • Trois entretoises concentriques sont d'une part soudées à la plaque support et d'autre part fixées à la sole par un dispositif à baïonnettes. Un feuillard de dilatation relie la sole et la plaque support par leur périphérie. Un tube d'équilibrage de pression débouche à l'intérieur du boîtier ainsi constitué.
  • Les résistances sont capables de fournir une température maximum de travail sur la sole de 450°C. La puissance installée est, selon les plateaux, de 22 ou 28 kW, soit 0,9 à 1,2 W/cm2 selon les zones de chauffage. Chacune de ces zones est pilotée par une régulation de température qui comporte en outre:
    • - une alarme de sécurité de température maximum autorisée sur les résistances,
    • - une alarme de température maximum de travail sur la sole,
    • - un programmateur de montée en température.
  • Ces dispositifs non indispensables à l'invention ne sont pas non plus limitatifs.
  • Suite à des essais de chauffage à vide, les déformations des plateaux ont été mesurées de façon à s'assurer qu'elles correspondent aux spécifications nécessaires à la construction du four: la déformation maximum admissible de la sole entre la température ambiante et la température maximum d'utilisation, est mesurée par rapport à un plan de référence et doit être inférieure à 10 mm.
  • Les résultats suivants ont été obtenus après plusieurs cycles successifs de chauffage et de refroidissement:
    Figure imgb0001
  • A titre d'essai, ce four a servi à décomposer du nitrate d'uranyle hexahydraté en deux étapes (déshydratation et dénitration) et sous pression réduite; le produit final obtenu (trioxyde d'uranium) doit répondre à des caractéristiques physiques précises liées en partie à l'eau et à l'azote résiduaires et dépendantes des régimes thermiques subis.
  • Plusieurs profils thermiques ont été essayés par réglage des différentes zones de chauffage de chaque plateau, la température finale ayant toujours été maintenue à 400°C.
  • Le tableau suivant donne les teneurs en eau et azote résiduelles:
    Figure imgb0002
  • On voit que les teneurs en azote diminue régulièrement ce qui a été obtenu en accélérant la montée en température du produit, et en augmentant le temps de séjour aux températures élevées.
  • Ces résultats, non limitatifs, montrent que le dispositif permet de traiter avec de très bons rendements les problèmes de séchage, décomposition, transformation ou autres réactions à condition d'adapter les conditions opératoires au problème traité, ce qui est particulièrement aisé avec le dispositif.

Claims (5)

1. Dispositif de chauffage de sole (1) métallique de four industriel par résistances (2) électriques intégrées de type blindées, disposées en dessous de ladite sole, et sans contact avec elle, caractérisé en ce que lesdites résistances (2) sont placées sur la face supérieure d'une tôle (4) de métal réfractaire faisant réflecteur dont l'autre face est revêtue d'une couche (5) de matériau isolant, le tout étant posé sur une plaque support (6).
2. Dispositif, selon revendication 1, caractérisé en ce que la sole (1) et la plaque support (6) sont reliées par un feuillard (7) de dilatation fixé à leur périphérie, formant boîtier de façon à isoler les résistances (2) de l'atmosphère du four.
3. Dispositif, selon revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'équilibrage de pression entre le boîtier étanche et l'atmosphère du four.
4. Dispositif, selon revendication 1, caractérisé en ce que les résistances (2) sont alimentées électriquement par zones, chacune d'elles étant régulée en température de façon soit à respecter un profil précis de température, soit à compenser des déformations de la sole.
5. Four à plateaux comprenant un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
EP86420200A 1985-07-24 1986-07-21 Dispositif de chauffage de soles de fours industriels pour traitement de solides Expired EP0210115B1 (fr)

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