FR2907353A1 - Device useful for heating liquid metal bath, comprises immersion heaters with high flux to heat the liquid metal, where the device is moved according to a tank containing the liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
1 DISPOSITIF DE CHAUFFAGE D'UN BAIN DE METAL LIQUIDE Domaine technique1 DEVICE FOR HEATING A LIQUID METAL BATH Technical field
L'invention se rapporte à un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Un tel dispositif est par conséquent associé à une cuve dont le contenu est du métal en fusion, notamment des alliages ou métaux purs d'aluminium, de magnésium, de zinc ou des métaux blancs. Un tel dispositif comporte un élément chauffant appelé thermo-plongeur à haut flux. The invention relates to a device for heating a bath of liquid metal. Such a device is therefore associated with a tank whose content is molten metal, including alloys or pure metals of aluminum, magnesium, zinc or white metals. Such a device comprises a heating element called high-flow thermo-plunger.
L'invention vise plus particulièrement un dispositif dans lequel le thermoplongeur est mobile en translation, de manière à rendre aisée sa sortie de la cuve et ainsi faciliter les opérations de nettoyage nécessaires à sa maintenance. The invention relates more particularly to a device in which the immersion heater is movable in translation, so as to make it easy to leave the tank and thus facilitate the cleaning operations necessary for its maintenance.
Art antérieur De façon générale, les dispositifs de chauffage d'un bain de métal liquide comportent un thermo-plongeur partiellement immergé à l'intérieur du bain de métal liquide. Dans ce cas, l'une des extrémités est immergée à l'intérieur de la cuve et est directement au contact du métal liquide, tandis que l'autre extrémité émerge de la cuve de façon à permettre son alimentation électrique. Cependant, dans les dispositifs connus une fraction de partie chauffante émerge du bain de métal et est en contact avec l'air. Cette configuration ne permet pas de garantir un rendement optimal en termes de consommation d'énergie. PRIOR ART Generally, the heating devices of a bath of liquid metal comprise a thermo-plunger partially immersed inside the bath of liquid metal. In this case, one of the ends is immersed inside the tank and is directly in contact with the liquid metal, while the other end emerges from the tank so as to allow its power supply. However, in known devices a fraction of heating portion emerges from the metal bath and is in contact with the air. This configuration does not guarantee optimum performance in terms of energy consumption.
De plus, lorsque le niveau de la cuve descend, des impuretés ou des crasses viennent alors se coller sur la fraction chauffante émergée du thermo-plongeur. De tels dispositifs ont donc des rendements très sensibles à la propreté de leur thermoplongeur. Par conséquent, il est nécessaire de nettoyer régulièrement le thermo- plongeur afin de retirer les crasses et ainsi éviter la chute de son rendement de fonctionnement. In addition, when the level of the tank descends, impurities or dirt then come to stick on the heating fraction emerging from the thermo-plunger. Such devices therefore have very sensitive yields to the cleanliness of their immersion heater. Therefore, it is necessary to regularly clean the thermo-plunger in order to remove the dross and thus avoid the fall of its operating efficiency.
2907353 2 Des tubes prolongateurs en acier sont parfois utilisés pour atteindre un bain de métal liquide situé dans des cuves ou poches de grande profondeur. Cependant ces tubes ne peuvent entrer en contact avec le métal en fusion et ne permettent donc pas d'immerger totalement les thermo-plongeurs à l'intérieur du bain de 5 métal liquide. On connaît par ailleurs les dispositifs de chauffage positionnés directement au niveau d'une paroi latérale de la cuve. Dans ce cas, les thermo-plongeurs ne sont alors plus mobiles en translation et il n'est plus nécessaire de les nettoyer 10 régulièrement. En effet, comme ils restent toujours totalement immergés à l'intérieur de la cuve avec un niveau de métal bas minimum, les crasses présentes à la surface du bain viennent de façon moindre se redéposer sur les thermoplongeurs.2907353 2 Steel extension tubes are sometimes used to reach a bath of liquid metal in tanks or deep pockets. However, these tubes can not come into contact with the molten metal and therefore do not fully immerse the thermo-divers inside the liquid metal bath. Also known heating devices positioned directly at a side wall of the tank. In this case, the thermo-divers are no longer mobile in translation and it is no longer necessary to clean them regularly. Indeed, since they always remain completely immersed inside the tank with a minimum level of low metal, the dirt present on the surface of the bath are less likely to redeposit on the immersion heaters.
15 Cependant, de tels dispositifs nécessitent de réaliser une étanchéité au niveau de la paroi de la cuve pour éviter que le métal en fusion ne sorte par l'orifice dans lequel le thermo-plongeur est introduit. Toutefois, un tel dispositif doit tout de même subir des opérations de maintenance, et il est également possible que le thermo-plongeur connaisse une défaillance et doive être changé. Dans ce 20 cas, l'opération de démontage du thermo-plongeur par rapport à la cuve est très longue à mettre en oeuvre et nécessite des moyens importants. En effet, une plaque vissée maintient le thermo-plongeur en position dans la cuve et un joint participe à l'étanchéité. Ce joint doit donc être cassé à chaque opération de démontage.However, such devices require sealing at the wall of the vessel to prevent the molten metal from leaving the orifice in which the thermo-plunger is introduced. However, such a device must still undergo maintenance operations, and it is also possible that the thermo-plunger fails and must be changed. In this case, the disassembly operation of the thermo-plunger with respect to the tank is very long to implement and requires significant resources. Indeed, a screwed plate keeps the thermo-plunger in position in the tank and a seal participates in the seal. This seal must be broken at each disassembly operation.
25 Ainsi, le but de l'invention est de permettre un chauffage d'un bain de métal liquide au moyen d'un thermo-plongeur présentant un rendement optimal, tout en facilitant les opérations de maintenance, voire de remplacement du thermoplongeur si nécessaire.Thus, the object of the invention is to allow heating of a bath of liquid metal by means of a thermo-plunger having an optimal yield, while facilitating maintenance operations, or even replacement of the immersion heater if necessary.
30 Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Un tel dispositif peut être déplacé par rapport à une cuve contenant le 2907353 3 métal liquide et comporter au moins un thermo-plongeur à haut flux destiné à chauffer le métal liquide. Il se caractérise en ce que le thermo-plongeur est solidarisé, par une de ses 5 extrémités, à un mât de connexion partiellement immergé dans le bain de métal liquide. Le thermo-plongeur est alors totalement immergé dans le bain. Autrement dit, le thermo-plongeur est rapporté sur un mât de connexion de façon à permettre son immersion totale à l'intérieur du bain. Le mât de connexion 10 n'est pas ou peu chauffant. De plus, le chauffage est réalisé en partie basse de la cuve, ce qui favorise l'homogénéité de la température du bain. L'une des extrémités du thermo-plongeur est donc solidarisée au mât de connexion qui peut présenter différentes sections et dimensions, en fonction notamment du type de thermo-plongeur utilisé, de son positionnement par rapport au mât de connexion ou 15 encore du nombre de thermo-plongeurs qui lui sont associés. Selon un premier mode de réalisation, le thermo-plongeur peut être agencé axialement par rapport au mât de connexion.SUMMARY OF THE INVENTION The invention thus relates to a device for heating a bath of liquid metal. Such a device may be moved relative to a tank containing the liquid metal and have at least one high-flow heat sink for heating the liquid metal. It is characterized in that the thermo-plunger is secured, at one of its ends, to a connection mast partially immersed in the bath of liquid metal. The thermo-plunger is then totally immersed in the bath. In other words, the thermo-plunger is attached to a connecting mast so as to allow its total immersion inside the bath. The connecting mast 10 is not or little heating. In addition, the heating is performed in the lower part of the tank, which promotes the homogeneity of the bath temperature. One end of the thermo-plunger is thus secured to the connecting mast which may have different sections and dimensions, depending in particular on the type of thermo-plunger used, its position relative to the connecting mast or the number of thermo-divers associated with it. According to a first embodiment, the thermo-plunger can be arranged axially with respect to the connecting mast.
20 Ainsi, le mât de connexion peut également servir de prolongateur pour notamment chauffer une cuve ou poche de grande profondeur. Il peut permettre aussi de limiter la longueur des thermo-plongeurs puisqu'ils sont alors totalement immergés et chauffent le bain de métal avec un rendement accru par rapport aux thermo-plongeurs dont une portion chauffante émerge du bain.Thus, the connecting mast can also serve as an extension for heating a tank or pocket of great depth. It can also limit the length of the thermo-divers since they are then fully immersed and heat the metal bath with increased efficiency compared to thermo-divers a heating portion emerges from the bath.
25 Un tel mode de réalisation peut notamment être avantageux pour chauffer un bain de métal dont le niveau reste constant, notamment dans une poche de transport permettant de maintenir le métal à l'état liquide entre le site de production et un site d'utilisation. Selon un second mode de réalisation, le thermo-plongeur peut être agencé radialement par rapport au mât de connexion.Such an embodiment may in particular be advantageous for heating a metal bath whose level remains constant, especially in a transport bag for maintaining the metal in the liquid state between the production site and a site of use. According to a second embodiment, the thermo-plunger can be arranged radially with respect to the connecting mast.
30 2907353 4 En effet, ce mode de réalisation permet de positionner un thermoplongeur au plus bas du bain de métal en fusion. Il peut alors être utilisé par exemple dans une poche dont le niveau varie pour chauffer avec le même rendement un bain de 5 métal quelque soit la quantité de métal présente dans la poche. Dans ce cas, le dispositif peut comporter plusieurs thermo-plongeurs solidarisés à un même mât de connexion.In fact, this embodiment makes it possible to position an immersion heater at the lowest point of the bath of molten metal. It can then be used for example in a pocket whose level varies to heat with the same efficiency a metal bath regardless of the amount of metal present in the pocket. In this case, the device may comprise several heat-divers connected to the same connection mast.
10 Ainsi, selon un premier mode de réalisation, les thermo-plongeurs peuvent être répartis angulairement d'une même valeur autour du mât de connexion. Par conséquent, les thermo-plongeurs sont régulièrement agencés radialement autour du mât de connexion.Thus, according to a first embodiment, the heat-divers can be angularly distributed of the same value around the connecting mast. Therefore, the thermo-divers are regularly arranged radially around the connecting mast.
15 Selon un deuxième mode de réalisation, les thermo-plongeurs peuvent être répartis verticalement sur le mât de connexion de manière à chauffer le métal liquide à différentes profondeurs. De cette manière, les thermo-plongeurs peuvent être agencés parallèlement l'un au dessus de l'autre, mais peuvent également présenter des orientations différentes de manière à favoriser l'homogénéité de la 20 température du bain de métal liquide. Bien évidemment, les deux variantes précédemment citées peuvent être combinées, et par conséquent, un mât de connexion peut comporter plusieurs étages comportant chacun de petits thermo-plongeurs.According to a second embodiment, the heat-divers can be distributed vertically on the connecting mast so as to heat the liquid metal at different depths. In this way, the heat-divers can be arranged parallel to each other, but may also have different orientations so as to promote the homogeneity of the temperature of the liquid metal bath. Of course, the two previously mentioned variants can be combined, and therefore a connecting mast can comprise several stages each comprising small heat-divers.
25 Avantageusement, le mât de connexion peut comporter des agencements destinés à coopérer avec le fond de la cuve. Autrement dit, le mât de connexion vient au contact du fond de la cuve. Ce mode de réalisation permet de simplifier en outre le positionnement en profondeur des thermo-plongeurs à l'intérieur de la 30 cuve. En effet, il est alors préférable d'asservir le déplacement en translation du mât de connexion pour connaître précisément sa position.Advantageously, the connecting mast may comprise arrangements intended to cooperate with the bottom of the tank. In other words, the connecting mast comes into contact with the bottom of the tank. This embodiment further simplifies the in-depth positioning of the heat sinkers inside the tank. Indeed, it is then preferable to enslave the translational movement of the connecting mast to know precisely its position.
2907353 5 En pratique, le dispositif peut comporter deux mâts solidarisés chacun avec l'une des extrémités d'un même thermo-plongeur. En d'autres termes, le thermo-plongeur est maintenu au niveau de ses deux 5 extrémités à un mât de connexion. Il est par conséquent fermement supporté et n'est pas soumis à l'arc-boutement sur son propre poids. De plus, chacune de ses extrémités peut présenter une connexion électrique remontant au travers de chacun des mâts de connexion.In practice, the device may comprise two masts each secured with one end of the same thermo-plunger. In other words, the thermo-plunger is held at both ends at a connecting mast. It is therefore firmly supported and is not subject to bracing on its own weight. In addition, each of its ends may have an electrical connection going up through each of the connecting masts.
10 Selon un mode de réalisation particulier, le thermo-plongeur peut être agencé sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe du mât de connexion. Autrement dit, si par exemple le mât a une orientation verticale, l'orientation du thermo-plongeur est sensiblement horizontale à l'intérieur de la cuve. Ce positionnement est tout particulièrement intéressant pour positionner le thermo- 15 plongeur au plus près du fond de la cuve lorsque celui-ci est également horizontal. En pratique, lorsque la cuve présente un fond dont l'orientation n'est pas sensiblement horizontale, mais inclinée, le thermo-plongeur peut s'étendre sensiblement parallèlement par rapport au fond de la cuve.According to a particular embodiment, the thermo-plunger may be arranged substantially perpendicular to the axis of the connecting mast. In other words, if for example the mast has a vertical orientation, the orientation of the thermo-plunger is substantially horizontal inside the vessel. This positioning is particularly advantageous for positioning the thermo-plunger closer to the bottom of the tank when it is also horizontal. In practice, when the tank has a bottom whose orientation is not substantially horizontal, but inclined, the heat sink may extend substantially parallel to the bottom of the tank.
20 Avantageusement, le thermo-plongeur peut comporter une section comprise entre 10 et 65 mm de diamètre. De cette manière, il est possible de rapporter des thermo-plongeurs de tous types, et notamment ceux désignés sous l'appellation de mini thermo-plongeurs . La taille du mât de connexion est alors adaptée en 25 fonction de la taille des thermo-plongeurs associés. Selon un mode de réalisation particulier, le mât de connexion peut comporter une portion chauffante. Cette portion est alors obtenue au moyen des connexions qui remontent à l'intérieur de sa structure. Cependant, le flux dégagé 30 par cette portion chauffante sera alors qualifié de "bas flux" en opposition avec le terme "haut flux" désignant la partie chauffante du thermo-plongeur.Advantageously, the thermo-plunger may comprise a section of between 10 and 65 mm in diameter. In this way, it is possible to report thermo-divers of all types, including those referred to as mini thermal divers. The size of the connecting mast is then adapted according to the size of the associated thermo-divers. According to a particular embodiment, the connecting mast may comprise a heating portion. This portion is then obtained by means of the connections which go up inside its structure. However, the flow released by this heating portion will be referred to as "low flow" in opposition to the term "high flow" designating the heating portion of the thermo-plunger.
2907353 6 Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : 5 les figures 1 et 2 sont des vues en coupe selon un premier mode de réalisation d'un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide, conformément à l'invention ; les figures 3 à 5 sont des vues en coupe selon un second mode de réalisation d'un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide, 10 conformément à l'invention ; les figures 6 à 8 sont différentes variantes conformes au second mode de réalisation du dispositif de chauffage, conforme à l'invention. Manière de décrire l'invention 15 Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Tel que représenté en figure 1, le dispositif (1) comporte un mât de connexion (18) sur lequel est rapporté un thermo-plongeur à haut flux (4). Tel que représenté, le thermo-plongeur (4) est totalement immergé à l'intérieur du bain de métal liquide (2) contenu dans la cuve (3). Le mât de connexion (18) est 20 quant à lui partiellement immergé. Dans la variante représentée, le mât de connexion (18) est formé par un cylindre creux en matériau réfractaire adapté à l'alliage utilisé, par exemple en céramique. L'extrémité (6) est alors ajustée à l'intérieur d'un logement ménagé 25 dans le mât de connexion (18). L'extrémité (7) est, dans cette représentation, laissée libre à l'intérieur du bain de métal liquide (2). Selon le premier mode de réalisation, le thermo-plongeur (4) est agencé axialement par rapport au mât de connexion (18). Un intermédiaire de collage (10) 30 peut notamment permettre de solidariser le thermo-plongeur (4) avec le mât de connexion (18) entre deux surfaces cylindriques en regard.DESCRIPTION OF THE FIGURES The manner of carrying out the invention as well as the advantages which result therefrom will emerge clearly from the description of the embodiment which follows, given as an indication and not by way of limitation, in support of the appended figures in which Figures 1 and 2 are cross-sectional views according to a first embodiment of a heating device of a bath of liquid metal, according to the invention; Figures 3 to 5 are sectional views according to a second embodiment of a heating device of a bath of liquid metal, according to the invention; Figures 6 to 8 are different variants according to the second embodiment of the heating device according to the invention. DESCRIPTION OF THE INVENTION As already mentioned, the invention relates to a device for heating a bath of liquid metal. As shown in Figure 1, the device (1) comprises a connecting mast (18) to which is reported a high-flow heat sink (4). As shown, the thermo-plunger (4) is totally immersed inside the liquid metal bath (2) contained in the tank (3). The connecting mast (18) is partially immersed. In the variant shown, the connecting mast (18) is formed by a hollow cylinder of refractory material adapted to the alloy used, for example ceramic. The end (6) is then fitted inside a housing formed in the connecting mast (18). The end (7) is, in this representation, left free inside the liquid metal bath (2). According to the first embodiment, the thermo-plunger (4) is arranged axially with respect to the connecting mast (18). A bonding intermediate (10) may in particular make it possible to secure the thermo-plunger (4) with the connecting mast (18) between two opposite cylindrical surfaces.
2907353 7 Dans la variante telle que représentée à la figure 2, le thermo-plongeur (14) présente une section supérieure à celle du mât de connexion (28). Un logement est ménagé à l'intérieur du thermo-plongeur (14) au niveau de son extrémité (6) et le mât de connexion (28) y est inséré de façon à maintenir le thermo-plongeur (14) 5 totalement immergé dans le bain (2) de métal liquide. Un thermo-plongeur de section plus importante peut notamment permettre d'augmenter le flux.In the variant as shown in Figure 2, the thermo-plunger (14) has a section greater than that of the connecting mast (28). A housing is provided inside the thermo-plunger (14) at its end (6) and the connecting mast (28) is inserted to hold the thermo-plunger (14) fully immersed in the bath (2) of liquid metal. A thermo-plunger of larger section may in particular allow to increase the flow.
10 Selon le second mode de réalisation et tel que représenté à la figure 3, le thermo-plongeur (4) peut également être agencé radialement par rapport à un mât de connexion (38). De cette manière, il peut être positionné parallèlement par rapport au fond de la cuve (3) et rester totalement immergé dans le bain de métal (2) quelle que soit sa hauteur.According to the second embodiment and as shown in FIG. 3, the thermo-plunger (4) can also be arranged radially with respect to a connecting mast (38). In this way, it can be positioned parallel to the bottom of the tank (3) and remain totally immersed in the metal bath (2) regardless of its height.
15 De même qu'à la figure 1, le mât de connexion (38) est creux et présente un logement dans lequel est introduit le thermo-plongeur (4). Un intermédiaire de collage peut également permettre de solidariser les deux pièces l'une avec l'autre.As in Figure 1, the connecting mast (38) is hollow and has a housing in which is introduced the thermo-plunger (4). A gluing intermediate can also make it possible to secure the two parts together.
20 Tel que représenté à la figure 4, et comme à la figure 2, dans ce cas le mât de connexion (48) est introduit dans un logement au niveau d'une extrémité (6) du thermo-plongeur (14) qui présente une section supérieure. Tel que représenté dans la figure 5, le mât de connexion (58) présente dans 25 ce cas un agencement (9) apte à venir coopérer avec le fond (11) de la cuve (3). Dans ce cas, il est également muni d'un raccord (19) apte à permettre la solidarisation du thermo-plongeur (4) avec le mât de connexion (58). De cette manière, l'usinage rectifié de l'orifice dans lequel vient se loger l'extrémité (6) du thermo-plongeur (4), est réalisé dans une pièce indépendante et facilement 30 adaptable sur les machines habituellement utilisées en usinage.As shown in FIG. 4, and as in FIG. 2, in this case the connecting mast (48) is introduced into a housing at one end (6) of the thermo-plunger (14) which has a upper section. As shown in FIG. 5, the connecting mast (58) has in this case an arrangement (9) capable of cooperating with the bottom (11) of the tank (3). In this case, it is also provided with a connector (19) capable of allowing the thermo-plunger (4) to be secured to the connecting mast (58). In this way, the rectified machining of the orifice in which the end (6) of the thermo-plunger (4) is housed is made in an independent part and easily adaptable to the machines usually used in machining.
2907353 8 Dans la variante représentée à la figure 6, un mât de connexion (68) peut être équipé de quatre thermo-plongeurs positionnés de manière diamétralement opposée par rapport à l'axe du thermo-plongeur. De cette manière, la chaleur dégagée par les thermo-plongeurs (4) remonte tout autour du mât de connexion 5 (68). Dans la variante représentée à la figure 7, les thermo-plongeurs (4) peuvent être positionnés l'un au dessus de l'autre sur un mât de connexion (78). Dans cette représentation, ils sont agencés de façon parallèle. Cependant, on peut également 10 envisager de les orienter dans des directions différentes. Dans la variante représentée à la figure 8, un thermo-plongeur (4) peut être solidarisé à deux mâts de connexion (88, 98) au niveau de chacune de ses extrémités (6) et (7). Une telle configuration permet en outre de rigidifier la 15 structure du dispositif et d'éviter les problèmes de casse des thermo-plongeurs. Bien évidemment, toutes les combinaisons possibles entre ces différentes variantes sont envisageables pour réaliser le chauffage d'un bain de métal liquide à l'intérieur d'une poche ou analogue et notamment plusieurs thermoplongeurs 20 peuvent être solidarisés à chacune de leurs extrémités avec un mât de connexion. Il ressort de ce qui précède qu'un dispositif de chauffage conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment : • il permet d'éviter le dépôt des crasses sur le thermo-plongeur, et donc de 25 réduire les opérations de maintenance et de nettoyage ; • il permet de réaliser un chauffage homogène du bain de métal liquide à l'intérieur de la cuve ; • l'immersion totale du thermo-plongeur à l'intérieur du bain de métal liquide permet de réaliser des économies en termes de consommation 30 électrique.In the variant shown in Figure 6, a connecting mast (68) can be equipped with four thermo-plungers positioned diametrically opposite to the axis of the thermo-plunger. In this way, the heat generated by the heat sink (4) rises all around the connecting mast 5 (68). In the variant shown in Figure 7, the heat sink (4) can be positioned one above the other on a connecting mast (78). In this representation, they are arranged in a parallel manner. However, one can also consider orienting them in different directions. In the variant shown in Figure 8, a thermo-plunger (4) can be secured to two connecting masts (88, 98) at each of its ends (6) and (7). Such a configuration also makes it possible to stiffen the structure of the device and to avoid the problems of breakage of the thermo-divers. Of course, all the possible combinations between these different variants are conceivable for heating a bath of liquid metal inside a pocket or the like and in particular several heaters 20 can be secured at each of their ends with a mast connection. It follows from the foregoing that a heating device according to the invention has many advantages, in particular: • it makes it possible to avoid the deposit of dirt on the heat sink, and thus to reduce the maintenance operations and of cleaning ; • It allows a homogeneous heating of the liquid metal bath inside the tank; • The total immersion of the thermo-plunger inside the liquid metal bath makes it possible to save in terms of electrical consumption.
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2006
- 2006-10-23 FR FR0654454A patent/FR2907353B1/en active Active
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