Brevet FR2252724A1 — publié le 19750620

L'invention concerne des éléments réfractaires comportant des résistances électriques incorporées, et leur procédé de fabrication. Les éléments électrochauffants usuels se classent en deux groupes - ceux où des résistances électriques blindées sont incorporées ou noyées dans une masse réfractaires et à son contact. - ceux où des résistances nues sont placées dans des cavités de la matière de I'élément, les surfaces desdites cavités devant être soigneusement protégées contre les courtsircuits. Ces éléments ont le gros inconvénient d'être de fabrication délicate et croûteuse. De plus, ils se dégradent intérieurement par suite de la différence de dilatation à chaud entre le conducteur et la masse réfractaire. Selon la présente invention, un élément chauffant comportant une résistance électrique noyée dans un bloc de matiere minérale réfractaire non conductrice de l'électricité est caractérisé en ce qu'une couche souple de fibres minérales réfractaires isolantes, chimiquement neutres vis-à-vis du métal du conducteur électrique, est intercalée entre la matière réfractaire et ledit conducteur sur toute la longueur de celui-ci comprise dans le bloc. On choisit la nature des fibres en fonction de la température d'utilisation de l'élément, par exemple : fibres de verre, fibres d'amiante, fibres silicoalumineuses, fibres d'alumine. Selon un premier mode de réalisation la résistance est constituée d'un fil métallique entouré d'une gaine tissée de fibres minérales. Selon un deuxième mode de réalisation, la résistance est constituée d'un fil métallique retordu avec une meche ou un fil en fibres minérales. Selon un troisième mode de réalisation, la résistance est constituée d'une tresse de mèches ou de fils en fibres minérales et de fils conducteurs. Dans tous les cas, il est essentiel que le fil conducteur ne vienne pas au contact de la masse de l'élément. On y parvient en choisissant le diamè- tre du fil minéral en fonction de celui du fil conducteur et en prenant des précautions dans la fabrication de la gaine, de la tresse ou du fil composite retordu. Les fibres minérales utilisées ont, de préférence, un coefficient de conductibilité thermique inférieur à 0,20 Kcal/m2/h/0 C à la température d'utilisation. Le fil électrique emprisonné par la couche fibreuse est donc bien isolé du corps réfractaire, ce qui lui permet d'acquérir tres vite sa température d'équilibre. Dans ces conditions les risques de destruction du fil par surchauffe sont minimes et il n'est pas nécessaire de munir l'élément d'un système de régulation. Par ailleurs, la souplesse de la couche fibreuse lui permet de se tasser quand on la comprime. Lorsque le fil de résistance s'allonge sous l'effet de la température, il peut, sans contrainte nuisible, décrire des méandres plus ou moins accentués sous sa couche protectrice souple qui continuera à le protéger efficacement. Enfin les fibres choisies étant neutres chimiquement vis-à-vis du métal du conducteur, celui-ci ne s' altérera pas comme au contact du réfractaire. En résumé la couche fibreuse assure à la fois une protection thermique et chimique et joue le rôle de tampon de dilatation. Les éléments de l'invention ont des applications extrêmement variées, dans le domaine du chauffage. A titre d'exemples on peut citer - le chauffage de locaux de travail ou d'habitation, par plinthes ou panneaux regroupant plusieurs éléments, - le chauffage de locaux d'élevage (poussins, etc ), - les chauffe-plats. Pour réaliser de tels éléments chauffants, la demanderesse a mis au point un procédé simple et efficace qui fait aussi partie de l'invention. Selon ce procédé, on coule dans un moule une préparation réfractaire, on stabilise sa viscosité dans un état intermédiaire entre l'état fluide et l'état pâteux, on enfonce dans ladite préparation l'extrémité d'un guide tubulaire dans lequel passe le fil enrobé de fibres: on déplace ledit guide selon une trajectoire prédéterminée en laissant le fil se dévider à travers le guide et se noyer dans la préparation réfractaire à la profondeur de l'extrémité du guide, on fait solidifier ladite préparation et on démoule. Ceci permet d'incorporer intimement la résistance à la masse réfractaire et de fahriquer commodement des éléments de toute forme, en particulier des éléments plats plus difficiles à obtenir par d'autres procédés, puisque le bloc est coulé comme s il devait être homogène, sans tenir compte des fils. La préparation réfractaire coulée dans le moule est en général essentiellement constituée d'agrégats réfractaires, de liant hydraulique et d'eau. On choisit les constituants selon le degré de réfractairité souhaité pour l'é- lément. Par exemple pour des températures de fonctionnement peu élevées, la préparation sera à base de sable et de ciment portland artificiel. Pour des températures élevées, elle sera à base d'alumine pure et de ciment super-alumineux. On ajoute aussi le plus souvent à la préparation un additif d'imper meabilisation de manière que les qualités d'isolation électrique ne soient pas modifiées par une aspersion accidentelle d'eau. L'élément démoulé peut aussi être revêtu d'un produit imperméabilisant : peinture, vernis ou émail à froid joueront avantageusement ce rôle, enl ajoutant un caractère esthétique. La viscosité favorable à l'incorporation du fil est celle où un tonnet introduit dans la préparation ne laisse, en se retirant, ni trou, ni empreinte. On obtient cette viscosité en ajustant le pourcentage d'humidité pendant le temps nécessaire a l'incorporation du fil. Le guide tubulaire est avantageusement une sorte de crayon creux, dont on enfonce dans la préparation, à la profondeur désirée, l'extrémité pointue par laquelle sort le fil enrobé. Au fur et à mesure que lton déplace le guide, le fil se dévide à travers celui-ci et se met en place au sein de la préparation. La trajectoire du guide-fil peut être matérialisée par un évidement continu découpé dans un cache placé sur le moule. Un repère, ou un arrêt, sur le guide permet d'enfoncer l'extrémité du guide à la profondeur voulue. De préférence, une fiche de connexion a été préalablement sertie à l'extrémité du fil que l'on a engagée à travers le guide, et eette fiche placée dans un logement du moule de façon à dépasser de I'élément, De minez à la fin du devidement, on serti t une deuxième fiche à l'autre extrémité du fil et on la place dans la cavité du moule prévue pour la recevoir. L'exemple qui suit, permettra de mettre en évidence les particularités du procédé et les caractéristiques des éléments obtenus. On a préparé un béton réfractaire, on l'a coule dans un moule parallé Iépipédique de profondeur 1,8 cm, et de dimensions 60 cm x 40 cm. Ce moule était réalisé à l'aide de plaques de verre sculptées de façon à obtenir un effet décoratif. La viscosité du béton a été adaptée par ajustement du pourcentage d'hu- midité. On a alors introduit à une profondeur de 9 inni, l'extrémité pointue d'un crayon-guide creux de 10 cm de long, de 3 mm de diamètre intérieur, à travers lequel passait un fil composite retordu métal-céramique de 2 mm de diamètre. Le fil métallique, de -0,8 me de diamètre était en alliage à 80 Z Ni, 14 % Cr, 6 % Fe. Le fil céramique pesant 2,05 g/m était faitàpartir de fibres à 45 % Al2O3, 58 Z SiO2, 2 Z impuretés, ayant en moyenne 20 cm de long et 2,5 pi de diamètre, et une conductibilité thermique à 4000 C de 0,06 Kcal/m/h/ C. La fiche mâle qui était sertie à son extrémité avait été préalablement placée dans son logement du moule. on a déplacé le guide le long d'un trajet sinueux comportant des parties rectilignes de 35 cm de long, reliées 2 à 2 à leurs entre mités, tantôt d'un côté, tantôt de l'autre par des tronçons de 2 cm. On a ainsi mis en place dans l'élément une longueur totale d'environ 10 m de fil. A ltex- trémité on a serti une fiche qui est venue prendre place à côté de la première pour constituer une prise de courant, on a laissé prendre le béton. Le séchage a été réalisé en 48 heures; on a enfin émaillé à froid toutes les faces de l'é- lément. Relié à une source de courant alternatif de 220 V, l'élément est parvenu en 120 secondes à sa température d'équilibre de 2209 C dans un local à température ordinaire. la puissance nécessaire était de 2640 Watts. Un autre procédé consiste à préparer un tissu ou grillage à mailles laces, dont la chaîne est en un fil non conducteur et dont la trame est-un fil conducteur continu gainé de fibres minérales. Dans un moule approprié, monté sur une presse, on verse un mélange pulvérulent des composants du réfractaire désiré, en une couche régulière de 1 à plusieurs centimètres d'épaisseur. On place audessus le tissu ou grillage conducteur. On recouvre d'une autre couche réfractaire pulvérulente, en laissant dépasser les extrémités du fil conducteur On met en marche la presse pour un cycle complet, à l'issue duquel on démoule l'élément terminé. Lorsqu'on utilise un tissu ou grillage à trame conductrice, on peut aussi la placer sur une couche de béton réfractaire coulé dans un moule, la recouvrir d'une autre couche de béton réfractaire et faire prendre le béton. On ne sort pas du domaine de l'invention si au moins une partie du moule fait partie de l'élément terminé, ce qui est par exemple le cas si le fond du moule est une plaque de verre dont la face externe présente des motifs décoratifs. REVEXDICATIONS I - Elément chauffant comportant une résistance électrique noyée dans une matière minérale réfractaire non conductrice de l'électricité, caractérisé en ce qu'une couche souple de fibres minérales isolantes, neutres chimiquement vis-à-vis du métal du conducteur électrique, est intercalée entre la matière réfractaire et le conducteur sur toute la longueur de celui-ci 2 - Elément selon la revendication 1, où la résistance est constituée d'un fil métallique entouré d'une gaine tissée en fibres minérales. 3 - Elément selon la revendication 1, où la résistance est constituée d'un fil métallique retordu avec une mèche ou un fil en fibres minérales. 4 - Elément selon la revendication 1, où la résistance est constituée d'une tresse de fil métallique et de fil de fibres minérales. 5 - Procédé de fabrication d'éléments selon l'une des revendications 1 à 4 qui consiste à couler dans un moule la matière réfractaire, à stabiliser sa viscosité dans un état intermédiaire entre l'état fluide et l'état pâteux, à enfoncer dans ladite matière l'extrémité d'un crayon creux à travers lequel passe la résistance munie de sa couche fibreuse, à faire suivre à cette extrémité une trajectoire prédéterminée en laissant la résistance se dérouler à travers le crayon et se noyer dans la matière réfractaire à la profondeur voulue, à faire solidifier la masse. 6 - Procédé selon la revendication 5 où l'extrémité du crayon est déplacée le long de l'évidement continu d'un guide reproduisant la forme du circuit éIectrique désiré. 7 - Procédé de fabrication d'éléments selon l'une des revendications 1 à 4 qui consiste à couler dans un moule une couche de béton réfractaire, à placer au-dessus un tissu ou grillage à mailles lâches dont la chaîne est en fil non conducteur et la trame en fil conducteur continu isolé par des fibres minérales, à couler par-dessus une nouvelle couche de béton réfractair$ à faire prendre le béton. 8 - Procédé de fabrication d'éléments selon l'une des revendications I à 4, qui consiste à placer dans un moule une couche de matière réfractaire en grains, à placer au-dessus un tissu ou grillage à mailles lâches dont Ia chaîne est en fil non conducteur et la trame en fil conducteur continu isolé par des fibres minérales, à répandre par-dessus une nouvelle couche de matière réfractaire en grains, à presser l'ébauche pour lui conférer sa résistance mécanique. 9 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, où l'on munit les extrémités de la résistance avant solidification de la masse réfractaire, de moyens de connexion électrique placés dans des logements prévus du moule et dépassant de la masse 10 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 8 où la masse réfractaire contient un additif imperméabilisant. 11 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 8 où la surface de l'élément est revêtue d'un produit d'imperméabilisation. 12 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, où au moins l'une des parois du moule adhère à l'élément terminé pour en constituer la surface. 13 - Plinthe chauffante constituée par au moins un élément selon la revendication 1.