FR2599130A1 - Arch furnace made with ceramic fibres having thermally insulated traverse supports - Google Patents

Arch furnace made with ceramic fibres having thermally insulated traverse supports Download PDF

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Abstract

Furnace. The area of contact of the botter 4 traversed by resistors 5 and means 9 to 13 intended to support the botter 4, is above the upper face 3 of the arch 2, and below the area of contact of the botter 4 and the said means 9 to 13, cooling means 15 are interposed between the botter 4 and the contact region of the said means 9 to 13 with the upper face 3 of the arch 2. Metallurgy.

Description

La présente inv:ition zo:- erle les fours à haute température, dont la température du laboratoire est supérieure notamment à 11000 C et, plus particulièrement, des fours à voûte en fibres céramiques. The present inv: ition zo: - erle high temperature ovens, whose laboratory temperature is above 11000 C and, more particularly, ceramic fiber vault ovens.

Ces fibres céramiques, ayant une composition silico-alumineuse, ont une faible masse volumique apparente de 800 à 200 kg/m3 environ et une faible conductibilité thermique inférieure à 0,10 W/(m.k) à 5000 C pour atteindre 0,2 à 0,3 W/(m.k) à 10000 C. Ces fibres céramiques constituent un matériau de choix pour réaliser des voûtes de four très légères emportant une économie de matière première et nécessitant, comparativement, moins d'énergie pour la mise en température-du four, avec un gain de temps lors de la mise en régime de celuici. These ceramic fibers, having a silico-aluminous composition, have a low apparent density of around 800 to 200 kg / m3 and a low thermal conductivity of less than 0.10 W / (mk) at 5000 C to reach 0.2 to 0 , 3 W / (mk) at 10,000 C. These ceramic fibers are a material of choice for producing very light oven vaults, saving raw material and requiring comparatively less energy to heat the oven. , saving time when setting this up.

Parmi les matériaux susceptibles d'être utilisés comme éléments chauffants, figurent, outre les résistances métalliques et les cermets, les résistances non métalliques, notamment en carbure de silicium et en bi-siliciure de molybdène. Ces résistances non métalliques permettent d'obtenir des puissances surfaci ques élevées, les valeurs de charge atteignant couramment 10 à 20 W/cm2. On a donc envisagé de munir les voûtes de four en fibres céramiques d'éléments chauffants constitués de résistances non métalliques. Or il s'est avéré que ces résistances se rompaient au cours du fonctionnement du four. Among the materials capable of being used as heating elements, there are, in addition to metallic resistors and cermets, non-metallic resistors, in particular made of silicon carbide and bi-silicide of molybdenum. These non-metallic resistors make it possible to obtain high surface powers, the load values commonly reaching 10 to 20 W / cm2. It has therefore been envisaged to provide the oven vaults in ceramic fibers with heating elements consisting of non-metallic resistors. However, it turned out that these resistances broke during the operation of the oven.

L'invention pallie cet inconvénient. The invention overcomes this drawback.

La voûte du four, suivant l'invention, est en fibre céramique et a une face supérieure métallique, notamment en tôle. La voûte est munie de traversées bouchées par des bouchons en matière céramique réfractaire. Les bouchons sont traversés par des éléments chauffants constitués notamment de résistances non métalliques. Le four comprend des moyens destinés à supporter les bouchons. Suivant l'invention, la zone de contact du bouchon et des moyens destinés à le supporter est au-dessus et à distance de la face supérieure de la voûte et, en-dessous de la zone de contact du bouchon et des moyens destinés à le supporter, des moyens de refroidissement sont interposés entre le bouchon et la région du contact des moyens destinés à supporter le bouchon avec la face supérieure de la voûte. The roof of the oven, according to the invention, is made of ceramic fiber and has a metallic upper face, in particular of sheet metal. The vault is provided with crossings plugged with plugs in refractory ceramic material. The plugs are traversed by heating elements made in particular of non-metallic resistors. The oven includes means for supporting the plugs. According to the invention, the contact zone of the plug and of the means intended to support it is above and at a distance from the upper face of the vault and, below the contact zone of the plug and of the means intended to support, cooling means are interposed between the plug and the region of contact of the means intended to support the plug with the upper face of the vault.

On a en effet compris que les ruptures des résistances provenaient du gondolement de la partie de la face supérieure de la voûte qui entoure les traversées. En raison du retrait des fibres céramiques et des bouchons, cette partie était surchauffée, notamment par le rayonnement provenant directement du laboratoire du four, de sorte que les moyens destinés à supporter les bouchons, qui coopéraient avec la face supérieure métallique, ne trouvaient plus en celle-ci une assise convenable et basculaient d'une manière intempestive, avec pour conséquence la rupture des éléments chauffants constitués de résistances non métalliques.En reportant la zone de contact du bouchon et des moyens destinés à le supporter au-dessus de la face supérieure de la voûte et à une certaine distance de celle-ci, cette zone de contact est moins sujette à se déformer, puisque la température qui y règne est déjà modérée par le fait qu'elle se trouve en dehors du four dans l'atmosphère ambiante. En reportant la région du contact entre les moyens destinés à supporter le bouchon et la face supérieure de la voûte à distance des traversées et en interposant,entre le pourtour des traversées et cette région, des moyens de refroidissement, notamment une chemise de refroidissement parcourue par un agent réfrigérant tel que de l'eau, on empêche toute déformation de cette région et ainsi, l'ensemble des moyens destinés à supporter le bouchon a une bonne assise et est bien stable.Le bouchon est ainsi supporté correctement,même s'il se produit les phénomènes de retrait dus à la montée en température du four et,grâce à cela, les résistances ne se rompent plus. We have indeed understood that the ruptures of the resistances came from the curling of the part of the upper face of the vault which surrounds the crossings. Due to the removal of the ceramic fibers and the plugs, this part was overheated, in particular by radiation coming directly from the laboratory of the furnace, so that the means intended to support the plugs, which cooperated with the metallic upper face, were no longer found in it a suitable seat and tilted in an untimely manner, with the consequence of the rupture of the heating elements made up of non-metallic resistors. By transferring the contact area of the plug and the means intended to support it above the upper face from the roof and at a certain distance from it, this contact area is less prone to deformation, since the temperature prevailing there is already moderate by the fact that it is outside the oven in the ambient atmosphere . By transferring the region of contact between the means intended to support the plug and the upper face of the arch at a distance from the crossings and by interposing, between the periphery of the crossings and this region, cooling means, in particular a cooling jacket traversed by a cooling agent such as water, any deformation of this region is prevented and thus, all of the means intended to support the plug have a good base and are very stable. The plug is thus supported correctly, even if it shrinkage phenomena occur due to the rise in temperature of the furnace and, thanks to this, the resistances no longer break.

Avantageusement, la zone de contact du bouchon et des moyens destinés à le supporter, est au moins à 10 mm au-dessus de la face supérieure de la voûte. Advantageously, the contact zone of the plug and of the means intended to support it is at least 10 mm above the upper face of the vault.

Il vaut mieux également, pour éviter des déformations importantes dues à la proximité immédiate d'une zone très chaude et d'une zone très froide, que les moyens de refroidissement soient à une distance d'au moins 10 mm du bouchon,décomptée suivant le plan horizontal de la face supérieure de la voûte. It is also better, to avoid significant deformation due to the immediate proximity of a very hot zone and a very cold zone, that the cooling means be at a distance of at least 10 mm from the plug, counted according to the horizontal plane of the upper face of the vault.

Il convient que les moyens de refroidissement soient en relation de conduction thermique avec la face supérieure de la voûte et donc qu'il y ait contact intime entre la chemise de refroidissement et la face supérieure de la voûte. Le plus simple est de souder la chemise à la voûte.  The cooling means should be in thermal conduction relation with the upper face of the vault and therefore there should be intimate contact between the cooling jacket and the upper face of the vault. The easiest way is to weld the shirt to the roof.

Avantageusement, les moyens destinés à sup porte le bouchon sont réglables en position dans le plan de la zone de contact et comprennent, par exemple, une fourchette dont l'âme pénètre dans un rainurage du bouchon et dont les extrémités libres des branches sont fixées à un plot issu de la face supérieure de la voûte. Advantageously, the means intended for supporting the stopper are adjustable in position in the plane of the contact zone and comprise, for example, a fork whose core penetrates into a groove in the stopper and whose free ends of the branches are fixed to a stud from the upper side of the vault.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple
La figure 1 est une vue en coupe suivant un plan vertical d'une partie d'un four selon l'invention, et
La figure 2 en est une vue en perspective.In the accompanying drawing, given only by way of example
FIG. 1 is a sectional view along a vertical plane of a part of an oven according to the invention, and
Figure 2 is a perspective view.

Le laboratoire 1 du four suivant l'invention, est délimité vers le haut par une voûte 2 en fibres céramiques. La face supérieure 3 de la voûte 2, qui est tournée vers l'extérieur du four, est constituée d'une plaque de tôle. Dans la voûte 2 sont ménagées des traversées destinées à recevoir des dispositifs de chauffage. Chaque dispositif de chauffage est constitué d'un bouchon 4 en matière céramique, dans lequel passent des passages pour des résistances non métalliques 5 en bisiliciure de molybdène. Chaque.résistance 5 est maintenue dans son passage à l'aide d'une garniture 6 et d'une pince 7. Elle dépasse de la partie supérieure du bouchon 4 de façon à recevoir les tresses d'alimentation 8 en courant électrique. The laboratory 1 of the oven according to the invention is delimited upwards by a vault 2 made of ceramic fibers. The upper face 3 of the roof 2, which faces the outside of the oven, consists of a sheet metal plate. In the vault 2 are formed crossings intended to receive heating devices. Each heating device consists of a plug 4 of ceramic material, through which pass passages for non-metallic resistors 5 made of molybdenum bisilicide. Each resistance 5 is maintained in its passage by means of a lining 6 and a clamp 7. It protrudes from the upper part of the plug 4 so as to receive the supply braids 8 with electric current.

Les moyens pour supporter le bouchon 4 sont constitués d'une paire de fourchettes 9 montée en visà-vis sur des plots 10 fixés sur la face supérieure 3 métallique de la voûte. Ces plots 10 sont éloignés de la traversée de la voûte 2. Sur deux faces extérieures opposées du bouchon 4, sont ménagés deux rainurages dans lesquels sont placées les deux âmes 11 des fourchettes 9, ce qui assure le maintien parfait du bouchon 4.  The means for supporting the plug 4 consist of a pair of forks 9 mounted opposite each other on studs 10 fixed on the upper metallic surface 3 of the arch. These studs 10 are distant from the crossing of the vault 2. On two opposite external faces of the plug 4, two grooves are formed in which the two cores 11 of the forks 9 are placed, which ensures perfect maintenance of the plug 4.

La fixation d'une fourchette 9 sur un plot 10 est réalisée par un plat 12 vissé à l'aide d'une vis 13 sur le plot 10 et coinçant ainsi, entre lui et le plot, les deux branches 14 de la fourchette 9. Ce mode de fixation permet d'ajuster la position des fourchettes aucdimensionsdu bouchon qui peuvent varier dlun bouchon à l'autre et, pour un même bouchon, en fonction du temps. De plus, la souplesse des branches 14 des fourchettes 9 protège le bouchon de ces variations au cours du temps. The fixing of a fork 9 on a pad 10 is carried out by a plate 12 screwed using a screw 13 on the pad 10 and thus wedging, between it and the pad, the two branches 14 of the fork 9. This method of fixing makes it possible to adjust the position of the forks to the dimensions of the plug, which can vary from one plug to another and, for the same plug, as a function of time. In addition, the flexibility of the branches 14 of the forks 9 protects the stopper from these variations over time.

Entre la traversée ménagée dans la voûte 2 et les plots 10, est soudée, sur la plaque métallique 3, une chemise de refroidissement 15 dans laquelle circule de l'eau. Ce mode de fixation assure un bon échange thermique entre l'eau et la plaque métallique 3. Cette chemise de refroidissement 15 est à 15 mm de la traversée de façon à ménager un gradient de température progressif entre la surface latérale du bouchon et la chemise-de refroidissement 15. Cette chemise assure l'évacuation des calories dues au contact de la plaque métallique 3 avec le bouchon et dues à l'interstice qui se crée entre le bouchon et la voûte 2 par retrait des matériaux fibreux et céramiques lors du fonctionnement du four. L'expérience montre que les résistances 5 qui se rompaient antérieurement ne se rompent plus. Between the bushing formed in the roof 2 and the studs 10, a cooling jacket 15 is welded onto the metal plate 3 in which water circulates. This method of attachment ensures good heat exchange between the water and the metal plate 3. This cooling jacket 15 is 15 mm from the crossing so as to provide a gradual temperature gradient between the lateral surface of the plug and the jacket. 15. This jacket ensures the evacuation of calories due to contact of the metal plate 3 with the plug and due to the gap which is created between the plug and the roof 2 by removal of the fibrous and ceramic materials during operation of the oven. Experience shows that the resistors 5 which previously broke no longer break.

Suivant une variante, les fourchettes 9 sont en contact avec la chemise 15.  According to a variant, the forks 9 are in contact with the jacket 15.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Four dont la voûte (2), en fibres céramiques et à face supérieure (3) métallique, est munie de traversées bouchées par des bouchons (4) en matière céramique réfractaire, et traversés par des éléments chauffants (5), et qui comprend des moyens (9 à 13) destinés à supporter les bouchons (4), caractérisé en ce que la zone de contact -du bouchon (4) et des moyens destinés à le supporter (9 à 13) est au-dessus et à distance de la face supérieure (3) de la voûte (2) et, en-dessous de la zone de contact du bouchon (4) et des moyens destinés à le supporter (9 à 13), des moyens de refroidissement (15) sont interposés entre le bouchon (4) et la région du contact des moyens destinés à supporter le bouchon (9 à 13) avec la face supérieure (3) de la voûte (2). 1. Oven whose vault (2), made of ceramic fibers and with a metal upper face (3), is provided with bushings plugged with plugs (4) made of refractory ceramic material, and traversed by heating elements (5), and which comprises means (9 to 13) intended to support the plugs (4), characterized in that the contact zone - of the plug (4) and means intended to support it (9 to 13) is above and at a distance from the upper face (3) of the roof (2) and, below the contact zone of the plug (4) and the means intended to support it (9 to 13), cooling means (15) are interposed between the plug (4) and the region of contact of the means intended to support the plug (9 to 13) with the upper face (3) of the arch (2). 2. Four suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de contact est au moins à 10 ram au-dessus de la face supérieure (3) de la voûte (2). 2. Oven according to claim 1, characterized in that the contact zone is at least 10 ram above the upper face (3) of the arch (2). 3. Four suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (15) sont à une distance d'au moins 10 mm du bouchon (4). 3. Oven according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling means (15) are at a distance of at least 10 mm from the plug (4). 4. Four suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (15) sont en relation de conduction thermique avec la face supérieure (3) de la voûte (2), en y étant notamment soudés. 4. Oven according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cooling means (15) are in thermal conduction relation with the upper face (3) of the roof (2), in particular being welded therein. 5. Four suivant la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (15) sont constitués par une chemise parcourue par un agent réfrigérant. 5. Oven according to claim 1 to 4, characterized in that the cooling means (15) consist of a jacket traversed by a refrigerant. 6. Four suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens destinés à supporter le bouchon (9 à 13) sont réglables en position dans le plan de la zone de contact. 6. Oven according to one of claims 1 to 5, characterized in that the means intended to support the plug (9 to 13) are adjustable in position in the plane of the contact zone. 7. Four suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens destinés à supporter le bouchon comprennent une fourchette dont l'âme (11) pénètre dans un rainurage du bouchon (4) et dont les extrémités libres des branches (14) sont fixées à un plot (10) issu de la face supérieure (3) de la voûte (2). 7. Oven according to one of claims 1 to 6, characterized in that the means intended to support the plug comprise a fork whose core (11) penetrates into a groove in the plug (4) and whose free ends of the branches (14) are fixed to a stud (10) coming from the upper face (3) of the arch (2). 8. Four suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments chauffants sont constitués de résistances non métalliques, notamment en carbure de silicium ou en bisiliciure de molybdène.  8. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements consist of non-metallic resistors, in particular made of silicon carbide or molybdenum bisilicide.
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