Brevet FR2301148A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un 7mt chauffant électrique monobloc et son procédé de praparation. Dans la plupart des fours électriques conventionnels les résistances chauffantes, constituées le plus souvent d'un fil bobiné sur lui-aême, sont accrochées à la surface intérieure du mur calorifuge. Cet accrochage est en général réalisé suivant deux méthodes qui sont - La suspension à laide de crocnets, métalliques ou non, implantés dans les parois. - la pose sur des supports en réfractaire emprisonnés dans le mur en alternance ou non avec les briques réfractaires. Ces dispositifs sont fréquemment utilisés avec satisfaction, le plus souvent pour des fours de dimensions importantes. Dans le cas de fours de dimensions plus modestes, ils présentent un certain nombre d'inconvénients. Le premier est que ces montages sous entendent, lors de la construction, la mise en place préalable du support réfractaire et la pose par la suite du fil chauffant. I1 est nécessaire par conséquent que les dimensions d'accès soient suffisantes pour que, la pose du mur et des éléments d'accrochage ou de soutien terminés, lton puisse procéder à la mise en place du fil chauffant. Dans le cas de fours cylindriques horizontaux par exemple, il devisent nocessaire que le support soit ootiLitué par un canal, de telle maríere que le fil chauffant eta.disposé sur la part le supérieure puisse etre supporte et rayonner- convenablement. Ceci suppose des montages délicats et onéreux et impose beaucoup de contraintes au niveau de la conception. Pour les fours de dimensions relativement petites, par exemple, pour situer les crdres de grandeur, de l'ordre de 100 à 800 ou 900 mm de diamètre, ce problème devisent extrement mal aisé à résoudre convenablement. Des solutions ont déjà été apportées à ce problème la plus usitée consiste à utiliser un mandrin réfractaire qui sert de support et sur lequel est enroulé le fil chauffant. Ce mandrin peut être d'ailleurs fileté extérieurement, de telle scrte que le bobinage puisse être guidé et positionné correctement. Ceci fait, il faut maintenir et isoler ltélément chauffant. I1 est possible de 11 enfermer dans des demi-coquilles, également en réfractaires. On utilise également des ciments réfractaires posés sur l'élément. Des difficultés apparaissent cependant. La première résulte du fait que le fil chauffant se trouve enfermé dans un milieu mauvais conducteur de la chaleur et par conséquent le fil se trouve en surchauffe vis-à-vis de l'intérieur du four. Cette barrière thermique que constitue le mandrin support, établit un écart de température non négligeable qui limite d'autant la température maximale d'emploi du four. D'autres inconvénients dus aux écarts de coefficient de dilatation de cet ensemble apparaissent également et se traduisent par des fissurations et le plus souvent par la destruction de l'en- semble réfractaire à la suite de cycles thermiques répétés. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne en effet un élément chauffant électrique monobloc présentant une cavité ayant au moins une ouverture et comportant un fil conducteur résistant bobiné et un matériau réfractaire non conducteur, caractérisé en ce que ledit élément est monobloc et en ce que le fil est situé à l'intérieur dudit matériau réfractaire dans un logement ouvert sur ladite cavité et dont la section est supérieure à la section dudit fil bobiné, de façon à permettre audit fil de se dilater librement sous l'effet de la chaleur. Selon l'invention, on entend par fil conducteur tout fil de section quelconque (circulaire, carrée etc..) en un métal ou alliage utilisé pour réaliser des résistances électriques chauffantes. Selon l'invention, par fil bobiné, on entend un fil conducteur enroulé de façon quelconque sur lui-même en vue de délimiter un volume de forme variée tel qu'un cylindre, un cube, etc...., suivant les méthodes et les critères de bobinage classique. Ce volume délimite au moins en partie la cavité de l'élément chauffant selon l'invention. Selon un mode de réalisation, cette cavité a la forme d'un cylindre ouvert à ses deux extrémités. Catte cavité peut avoir un diamètre compris par exemple entre 100 et 900 mm. Comme matériau réfractaire non conducteur, on peut par exemple utiliser un béton comportant un ciment réfractaire et des grains d'alumine. Selon l'invention le fil conducteur est situé à l'intérieur dudit matériau réfractaire dans un logement ouvert sur ladite cavité. Ce mode de réalisation permet de maintenir parfaitement le fil autour de ladite cavité et de chauffer airectement l'intérieur du four sans barrière thermique continue entre le fil et l'intérieur du four. La section dudit logement est supérieure à la section du fil bobiné, de façon à permettre audit fil de se dilater librement sous l'effet de la chaleur. Le jeu du fil à I'in trieur de son logement peut etre calculé sans aucune difficulté en fonction de la température du fil et de son coefficient de dilatation. Pour des fils dont le diamètre est de l'ordre de quelques millimètres, un jeu d'environ 1 mm est généralement suffisant. L'ouverture du logement sur la cavité présente une dimension transversale, de préférence inférieure au diamètre du fil de façon à parfaire le maintien du fil à l'intérieur dudit logement La présente invention concerne également un preca7é de préparation d' un élément chauffant électrique monobloc con~orne à l'invention, caractérisé en ce que on enrobe le fil conducteur par une épaisseur convenable d'une matière calcinble , on dispose le fil bobiné ainsi enrobé sur la surface extérieure 'un mandrin support délimitant ladite cavité d on coule dans un moule autour du mandrin support le matériau réfractaire fluide , or solidifie le matériau réfractaire, on le démoule puis on enlève le mandrin support et on calcine la matière calcinable de manière à libérer le logement du fil ouvert sur ladite cavité. Le choix de la forme du mandrin support est bien entendu fonction de la forme de la cavité que l'on peut obtenir. Comme matériau réfractaire, on peut utiliser un béton à base de ciment réfractaire hydraulique que l'on vibre de préférence durant sa solidification. Comme matisse calcinable, on utilise de préférence des matériaux dont la calcination ne dégage pa des gaz pouvant avoir un effet de corrosion sur le fil et/ou le support réfractaire. Une matière calcinable convenable peut etre choisie par exemple parmi du papier gaufré et des bandes de coton. L'épaisseur de matière calcinable que l'on dispose autour du fil conducteur est choisieen fonction du jeu que l'on veut réaliser pour le fil à l'intérieur de son logement. Si l'on utilise une matière calcinable peu comprimable, l'épaisseur de matière calcinable correspond sensiblement au jeu qui existera pour le fil & à intérieur de son logement après calcination. La calcination de la matière calcinable peut être effectuée par passage d'un courant sous tension réduite dans le fil conducteur. Bes éléments chauffants selon l'invention présentent des avantages nombreux, tels que la possibilité d'obtenir des ensembles élément chauffant/support réfractaire monoblocs et facilement interchangeables. Cette particulatité permet, par construction, soit de créer par juxtaposition des éléments polyphasés, soit de réguler séparément ces divers éléments pour obtenir des fours multizones. D'autre part, lors de la destruction d'un des éléments de chauffage, le remplacement est aisé et n'intéresse que l'élément incriminé. A ce niveau, le remplacement d'un élément chauffant selon l'invention implique automatiquement le remplacement de son matériau support réfractaire.Ceci est très important, en effet le claquage d'un élément entraine toujours une détérioration du matériau support réfractaire qui devient souvent conducteur. La pose d'un nouvel élément sur un support-détérioré L'invention sera mieux comprise d la lecture de l'exem- ple ci-dessousdonné à titre illustratlf nullement limitatif, référence sera faite au dessin annexé sur lequel La figure I est une coupe lonoitudir.le d'un élément selon l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale d un élément selon l'invention à l'intérieur de son moule au cours de son procédé de préparation. Sur la figure 1, on voit que L'élément chauffant électrique monobloc 1 comporte un fil bobiné 2 et un matériau réfractaire 3 non conducteur délimitant une cavité cylindrique 4 ouverte à ses deux extrémités. Le fil 2 est situé à l'intérieur du matériau réfractaire 3 dans un logement 5, ouvert par l'intermédiaire de l'ouver- ture 6 sur la cavité 4. La section du logement 5 est supérieure à la section du fil 2 et la dimension transversale de l'ouverture 6 dudit logement 5 sur ladite cavité 4, est inférieure au diamètre du fil bobiné 2, de façon à parfaire le maintien du fil à l'intérieur dudit logement et ce, quelle que soit la posLLton de l'élément 1 dans l'espace. EXEMPLE Cet exemple concerne la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention en faisant plus spécialement référence à la figure 2. Sur la figure 2, on 'Oit que l'on maintient un fil 2 préalablement bobiné et enrobé de deux couches de papier ga fré 7 sur un mandrin intérieur suppor 8 par l'lntermédiaire d'agrafes 9 en fil d'acier passant à travers das trou 10 menacés dans le mandrin et sous le papier gaufré Le pas de l'hélice formée par la bobine cylindrique du fil est de l'ordre de deux fois le diamètre du fil bobiné. Le mandrin 8 est placé sur une plaque de base 11, dans laquelle est prévue une gorge de centrage 12. On dispose ensuite une enveloppe extérieure 13 qui est maintenue ainsi que le mandrin 8 par un disque 14. Ce disque 14 est relié à la plaque de base 11 par un tirant boulonné 15. et présente en outre des ouvertures 16 permettant d'introduire le matériau réfractaire fluide 17 à intérieur de l'espace 18 situé entre le mandrin 8 et l'enveloppe 13. Ce matériau réfractaire fluide est un béton à prise hydraulique dont la composition, pour 1 dm3 de béton est la suivante Ciment "Secar 250" : : 0, 500 kg Alumine recristallisé - granulométrie O à 0,2 : 0,650 kg - granulométrie 0,2 à 2 : 1,450 kg Eau distillée : 0, 420 kg La prise étant relativement rapide, il convient de préparer une quantité suffisante de béton, de façon à le couler en une seule fois. Le béton est vibré durant sa solidification pour améliorer le moulage. Le séchage demande quelques heures puis, après avoir retiré les agrafes 9, on effectue le démoulage. On calcine le papier gaufré de façon à libérer la totalité du logement par chauffage de l'élément à une température de l'ordre de 400 C par passage d'un courant d'intensité convenable sous tension réduite à travers le fil 2. Un élément de ce type peut, suivant l'alliage résistant choisi fonctionner jusqu'à 1300 C en service continu. REVENDICATIONS 1. Elément chauffant électrique monobloc présentant une cavité ayant au moins une ouverture et comportant un fil conducteur résistant bobiné et un matériau réfractaire non conducteur, caractérisé en ce que Ledit élément est monobloc et en ce que le fil est situé à l'intérieur dudit matériau réfractaire dans un logement ouvert sur ladite cavité et dont-la section est supérieure à la section dudit fil bobiné, de façon à permettre audit fil de se dilater librement sous l'effet de la chaleur. 2. Elément chauffant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité à la forme d'un cylindre ouvert à ses deux extrémités. 3. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau réfractaire non conducteur est un béton comportant un ciment réfractaire et des grains d'alumine. 4. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension transversale de ltouverture dudit logement sur ladite cavité est inférieure au diamètre du fil bobine. 5. Procédé de préparation d'un élément défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - on enrobe le fil conducteur par une épaisseur convenable d'une matière calcinable - on dispose le fil bobiné ainsi enrobé sur 1e surface extérieure d'un mandrin support délimitant ladite cavité - on coule dans un moule autour du mandrin support le matériau réfractaire fluide - on solidifie le matériau réfractaire, on le démoule puis on enlève le mandrin support - et on calcine la matière calcinable de manière à libérer le logement du fil ouvert sur ladite cavité. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière calcinable est choisie parmi du papier gaufré et des bandes de coton. 7. Procédé selon 1'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on effectue la calcination de ladite matière calcinable par passage d'un courant sous tension réduite dans le fil conducteur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 7,caractérisé en ce que le matériau réfractaire est un béton à base de ciment hydraulique réfractaire que l'on vibre durant sa solifification. Procéaé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'on bobine le fil avant de l'enrober.