Brevet FR2295386A1 — publié le 19760716

L'invention se rapporte à un four électrique du type four tunnel, è chauffage par résistances. Les fours.tunnls,cone leur non l'indique, se présentent très généralenent sous la forte d'un tunnel horizontal constitué d'un ensemble réfractaire isolant thermique permettant d'obtenir une température élevée de traitement thermique à l'intérieur dudit " tunnel ",dont la longueur est toujours importante par rapport à sa section transversale,qui peut être d'une géométrie quelconque ( cirçulaire, rectangulaire,etc..).On dispose donc d'une " entrée n et d'une " sortie " dans le cas de transfert de pièces à traiter le long de la chauffe ,les fours ainsi équipés prenant alors le non de fours N continus ". Ce type de traitement thermique s 'accoimode de dimensions très diversifiées allant du four de laboratoire pouvant être placé sur uns table, aux fours de grosse production et de grandes longueurs parcourus par des wagonnets porteurs de charges type Décauville par exemple. De la disposition des résistances, de leur nombre et du choix de leur agencement, dépend,pour une très grosse part,la précision du traitement thermique et,partant, ses performances générales. La présente invention a pour but d'apporter des perfectioune- ments,tant électriques que thermiques, à ces types de fours, d'une part. par un montage particulier des résistances électriques chauSSlates permettant le iractionnement de la chauffe du four en un grand nombre de zones réglables éléuentairesent, tout en conservant une grande simplicité de réalisation,et, d'autre part, par une conception originale judicieuse des réfractaires porteurs des résistances chauffantes assurant une excellente isothermie de l'ensemble du tunnel,tant dans le sens longitudinal que dans le sens transversal. Ce but est atteint grâce au four-tunnel selon l'invention qui est caractérisé en ce qu'il comporte des éléments réfractaires en forme générale de plaques munies de rainures transversales destinées à loger principalement des corps de chauffe,ces éléments étant assemblés côte à côte dans le sens longitudinal du four suivant une rangée inférieure et une rangée supérieure pour constituer respectivement la sole et la voûte du four,de sanire à obtenir, en combinaison avec lesdits blocs de base et. des éléments intermédiaires insérés dans ces blocs, un tunnel de section transversale sensiblement rectangulaire ou c-arrée, et à former des zones de chauffe indépendantes entre elles et à température réglable individuellement. Suivant une forme d'exécution importante de l'invention, lesdits blocs de base réfractaires sont superposés de façon à présenter,sur chaque flanc longitudinal du four, une entaille longitudinale s'étendant de part et d'autre du tunnel,et de hauteur sensiblement égale aux diamètres des corps de chauffe de manière à permettre leur introduction latérale dans le four. D'autre part,les rainures transversales renfermant les corps de chauffe sont disposées parallèlement entre elles et à proxinité les unes des autres, lesdites rainures étant d'une profondeur au moins égale au diamètre des corps de chauffe. D'autres caractéristiques de l'invention sont précisées dans les revendications et apparaitront dans la description qui suit, en se référant au dessin annexé, qui représente schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du four-tunnel objet de l'invention. Sur ce dessin Fig.1 est une vue en perspective,aveccoupe partielle transversale, du four-tunnel selon ltinvention,illustrant les particularités de montage de ce four; Fig.2 est une vue en perspective d'une résistance élémentaire utilisée pour ce four. L'ensemble du four-tunnel est constitué par un briquetage réfractaire fretté acier formant deux blocs de base respectivement inférieur et supérieur, disposés comme indiqué à la fig.1 et désignés de façon générale par 1 et 2. Le four-tunnel comme porte en outre des plaques réfractaires isolantes respectivement inférieure 3 et supérieure 4 assemblées côte à côte dans le sens longitudinal du four, de manière à former une rangée inférieure et une rangée supérieure pour constituer respectivement la sole et la voûte de ce four. Les plaques 3 et 4 sont munies de rainures transversales telles que 5 disposées parallèlement entre elles et à proximité les unes des autres, principalement destinées à loger des corps de chauffe désignés de façon générale par 6. Ces corps de chauffe sont constitués par des résistances élémentaires dont l'une est représentée en détail à la fig.2. Les plaques rainurées 5 et 4 s'appliquent contre les blocs de base respectivement 1 et 2 en venant buter,par leurs parties latérales,contre les bords internes respectivement 7 et 8 de ces blocs. Ces plaques 3 et 4 s'appliquent par ailleurs contre des éléments réfractaires intermédiaires formant les flancs verticaux droit et gauche ( en regardant le dessin),respective Ment 9 et 10 du tunnel. Ces flancs sont disposés comme on le voit entre lesdites plaques 3 et 4 et s'insèrent dans des rainures longitudinales appropriées ménagées dans les blocs de base. Chaque résistance élémentaire 6 ( fig.2) est formée d'une résistance métallique enroulée en spirale 21 et présentant une forme générale d'épingle dont les branches reliées entre elles en 22, s'insèrent dans deux rainures transversales consécutives 5 des plaques 3 et 4. Les rainures sont bien entendu d'une profondeur suffisante, correspondant sensiblement au diamètre de la spirale, de façon que les résistances soient noyées dans les plaques 3 et 4. Ces résistances ainsi insérées sont toutefois visibles sur une partie de leur bobinage et seront en conséquence protégées par des plaques réfractaires de protection amovibles,inférieure et supérieure, 11 et 12 s'appliquant respectivement sur les plaques rainurées 3 et 4.Ces plaques il et 12 sont ainsi positionnées comme on le voit,sur la sole oû elles reposent par gravité, et contre la voûte, des encastrements longitudinaux étant pratiqués dans chacun des flancs 9 et 10 pour maintenir lesdites plaques Il et 12 en place.On voit qu'on réalise ainsi un tunnel 19 aux parois parfaitement lisses formées par les plaques 11 et 12 et les flancs 9 et 10, tunnel qui pourra recevoir un dispositif de transfert d'un type quelconque, non représenté, tel qu'un tapis en acier réfractaire cheminant longitudinalement et porteur de pièces à soumettre à un traitement thermique. Toutefois,dans le cas où l'on recherche une chauffe à feu nu de la part de la voûte,les plaques de voûte amovibles 12 formant protection peuvent être supprimées sans modification de construction. Une autre particularité de l'invention réside dans la disposition des parois réfractaires isolantes thermiquement,constituant le four proprement dit. La construction des parois 1, 2,généralement réalisées en briquetages isolants ajustés et joints par un ciment spécial, comporte, de part et d'autre du four, le long des flancs verticaux i, 10, une entaille horizontale profonde réservant le passage des résistances 6 qui occupent chacune deux rainures 5 consécutives permettant ainsi leur montage. Une entaille 14 du côté gauche du four est au niveau de la voûte 4 pour le passage des résistances de voûte; l'autre entaille 13 est située du côté droit du four1 au niveau de la sole 3 pour le passage des résistances de sole. A l'opposé de chacune de ces entailles, des trous prévus dans le briquetage réfractaire permettent le passage des queues 15 des résistances assurant par connexions hors zone chaude, l'alimentation en courant électrique. Après montage des résistances 6, voûte et sole, lesquelles sont successivement glissées dans leurs rainures respectives, chaque résistance occupant deux rainures successives, les deux entailles latérales 13, 14 sont obturées pour isolement thermique par des blocs réfractaires isolants 17, 18 coulissant simplement et positionnes manuellement. Les extrémités des queues 15 des résistances 6 qui débouchent sur la face opposée à l'entaille cor7espondante sont armées chacune d'une borne de contact 16 et reliées par des ponts élémentaires ( flèches i2) en série, suivant le schéma d'alimentation choisi. Chaque résistance élémentaire 6 ayant ses connexions électriques reportées à l'extérieur du tunnel 19, de chaque côté et le long de celui-ci, les branchements d'alimentation du courant de chauffe permettent,par le simple choix de la connexion, de réaliser des zones de chauffe indépendantes les unes des autres, raccordables à des régulateurs non représentés, également indépendants, permettant ainsi d'obtenir de multiples possibilités de profils thermiques complexes affichables adaptés aux différents impératifs des traitements thermiques imposés. Des discontinuités thermiques sont également réalisables en se contentant de ne pas alimenter certaines résistances 6 le long du tunnel à certains points précis, et inversement,des des lieux de surchauffe s'obtiennent par sur-wattage de certaines-résistances choisies le long du tunnel chauffant. Dans le cas de courbes thermiques à variations brusques de températures le long du tunnel dans le sens de chute de température, celle-ci peut être accélérée en remplaçant simplement une ou plusieurs épingles de résistances 6 successives par une ou plusieurs épingles non représentées, en tubes d'acier réfractai re de petit diamètre , de meme forme et encombrement, que l'on fait parcourir, soit par un gaz, soit par un liquide provoquant un refroidissement énergique au point considéré. Ces tubes formés en solénoldes qui se substituent simplement aur résistances dont ils occupent alors l'emplacement, sont dé nommés n anti-résistances " par suite de l'action inverse qu'ils produisent le long de la chauffe générale. Enfin, les résistances 6 étant positionnées dans leurs rainures 2 transversales en dernière intervention de construction du four proprement dit, elles sont interchangeables pratiquement instantanément,même four chaud en production. On comprend aisément que cette disposition originale du mon- tage des résistances transversales 6 offre des possibilités col- sidérables de maintenance de choix de branchements et,partant, de réalisations de courbes thermiques de toutes natures et de haute précision. De plus, la maîtrise de construction, du choix de la distance entre deux rainures consécutives qui, à la limite minimale, est de tordre de 1,5 fois le diamètre de la spirale chauffante variable également, permet, plus particulièrement pour les tut- nels larges et de faible passage en hauteur,une charge surfacique de chauffe très élevée en puissance thermique dissipée,sans dépasser pour autant une charge électrique élémentaire faible par cn2 de fil résistant, ce qui est un gage de bonne fiabilité. Les limites raisonnables d'application de la présente invention se situent entre les valeurs de 50 à 1000 mm de largeur de tunnel environ. Les plaques rainurées en réfractaires traités à haute température et de forte densité comportent pour la volte, au-dessus d'une certaine largeur, des renforts pris dans la masse pour éviter un affaissement 'à chaud sous la charge du briquetage isolant supérieur du four. En longueur, il n' a pas de limite théorique de par la jux- taposition successive d'éléments identiques. Cepeadant,des considérations de dilatation à chaud et de masse à assembler interviennent d'une manière limitative comme il est d'usage dans ce genre de construction fonctionnant à haute température. Un autre avantage à mentionner concerne le positionnement de couples thermoélectriques de mesure et de régulation. Le dispositif selon l'invention permet de positionner les couples thermoélectriques transversalement, c'est-à-dire paral lèlement aux résistances 6 en utilisant les passages 20 des réfractaires obturateurs des entailles12, 14. Les couples sont alors positionnés dans un solénolde chauffant,soit de voûte, soit de sole, et à l'endroit le plus indiqué à une bonne régulation et un bon contrôle. On peut donc choisir et modifier la position des couples aisément et choisir,par exemple, les couples de voûte pour la régulation et les couples de sole pour le contrôle de la température exacte des pièces traitées. Les températures maximales possibles en utilisant ce montage sont voisines des températures maximales des résistances utilisées. En effet, les résistances chauffantes sont disposées dans les meilleures conditions possibles de support et d'environnement. En outre, la multiplicité possible du nombre de résistances et l'utilisation totale de la surface de sole et de voûte comme transfert calorifique facilite grandement l'obtention de faibles charges surfaciques des fils résistants d'ou un gradient faible assurant une longue vie aux résistances. A titre d'indication, en utilisant comme résistance du Kanthal AI et des rainurages extra-alumineux, la température du tunnel peut se situer comme maximum aux environs de 1200 C. Une des principales applications de l'invention, non limitative, se situe au niveau de l'industrie des circuits hybrides pour le traitement des pâtes t encres céramiques avec des précisions de l'ordre du degré C à 900 C. Une autre application importante est celle de la fusion des verres de lunettes double foyer ordinaire et des verres photochromiques qui requièrent, non seulement une grande précision, mais un profil thermique plus particulier relevant précisément du dispositif des résistances transversales. On peut citer également la soudure en continu des composants électroniques imposant aussi des profils thermiques à fortes discontinuités. Les avantages et intérêts du four-tunnel selon l'invention peuvent être résumés comme suit 10/ Chauffage extrêmement régulier voûte et sole,par suite du voisinage qui peut être très rapproché des résistances et du grand nombre de celles-ci. 2 / Division de cette chauffe en autant de zones alimentées séparément et modifiables,four construit, sans modification de structure. 30/ Grande puissance surfacique rendue possible, précisément par la faible distance entre deux rainures consécutives. 4 / Interchangeabilité rapide de chaque résistance élémentaire, même four chaud et en production, par un personnel non spécialisé. 50/ Longueur du tunnel : non limitée par définition. 60/ Largeur du tunnel : pratiquement, le dispositif convient aux fours de petites et moyennes dimensions jusqu'à 1 mètre par exemple en largeur.Au-delà, des assemblages spéciaux de voûte doivent etre envisagés,sans que pour autant le principe du dispositif de l'invention soit à écarter. 70/ Réalisation de courbes thermiques les plus diverses par alimentations fractionnées des résistances, absence de chauffe sur certains points, surchauffe en d'autres points, et solénoldes tubulaires anti-résistances pour chute brusque de température, passage d'entrée d'air entre ou par deux rainurages de sole et cheminées d'évacuation également entre ou par deux rainurages de voûte. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement à la seule forme d'exécution ci-dessus décrite à titre d'exemple, mais en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation comportant des moyens équivalents. -REVENDICATIONS 1.- Four électrique du type four-tunnel, à chauffage par résistances,présentant un ensemble constitué par un briquetage réfractaire formant deux blocs de base inférieur et supérieur, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments réfractaires(3,4) en forme générale de plaques munies de rainures transversales (5) destinées à loger principalement des corps de chauffe(6), ces éléments (3,4) étant assemblés côte à côte dans le sens longitudinal du four suivant une rangée inférieure et une ran gée supérieure pour constituer respectivement la sole (3) et la voûte (4) du four, de manière à obtenir-, en combinaison avec lesdits blocs de base (1,2) et des éléments intermédiaires (9,10) insérés dans ces blocs (1,2), un tunnel (19) de section transversale sensiblement rectangulaire ou carrée,et à former des zones de chauffe indépendantes entre elles et à température réglable individuellement. 2.- Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits blocs de base réfractaires (1,2) sont superposés de fa çon à présenter, sur chaque flanc longitudinal du four, une entaille longitudinale (13,14) s'étendant de part et d'autre du tunnel (19),et de hauteur sensiblement égale aux diamètres des corps de chauffe (6) de manière à permettre leur introduction latérale dans le four 3.- Four selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que les rainures transversales (5) renfermant les corps de chauffe (6) sont disposées parallèlement entre elles et à proximité les unes des autres,lesdites rainures étant d'une profondeur au moins égale au diamètre des corps de chauffe (6). 4.- Four selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que les corps de chauffe sont constitués par une pluralité de résistances élémentaires interchangeables (6) logées dans lesdites rainures transversales (5), chaque résistance élémentaire ayant ses connexions ólectriques (16) disposées à l'extérieur du tunnel (19) et étant recourbée en forme générale d'épingle dont les branches (21) s'insèrent dans deux rainures transversales (5) consécutives. 5.- Four selon l'une des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que les résistances (6) sont protées par des plaques de protection amovibles (11,12) susceptibles de s'appliquer contre les plaques rainurées (3,4) formant la sole et la voûte du four, et maintenues par des rainurages appropriés prévus dans lesdits éléments intermédiaires formant les flancs verticaux (9,10) du tunnel (19). 6.- Four selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que lesdites rainures transversales (5) sont également prévues pour loger, en certaines zones du tunnel, des conduits de refroidissement constitués par des tubes d'acier réfractaire recourbés en forme générale d'épingle dont les branches s'insèrent dans deux rainures consécutives (5). 7.-- Four selon l'une des revendications 1 à 6,caractérisé en ce que lesdites résistances élémentaires (6) sont susceptibles d'être raccordées à des régulateurs indépendants, de manière à réaliser des zones de chauffe indépendantes les unes des autres, en vue d'obtenir une multiplicité de profils thermiques adaptés amx traitements thermiques imposés.