Brevet FR2354524A1 — publié le 19780106

La présente invention a trait à des perfectionnements apportés aux fours à céramique industriels. On sait que pour réaliser une voûte de four à céramique, il peut être fait appel à des briques réfractaires de forme spéciale que l'on maçonne en les faisant reposer, pendant la phase de construction de la voûte, sur des dispositifs de montage appropriés tels que des cintres en bois. Cette technique de fabrication présente l'inconvénient d'être longue et onéreuse et les votes cintrées obtenues sont trop encombrantes. De ce fait, cette technique traditionnelle a été abandonnée notamment au profit de celle qui consiste à utiliser comme voûte de four à céramique, une épaisse dalle maçonnée en matériau lourd réfractaire qui est suspendue, de place en place, à des étriers accrochés aux poutrelles d'une charpente métallique extérieure.Ces étriers d'accrochage, qui sont nombreux en raison du poids important de la dalle cimentée nécessaire pour assurer une bonne isolation thermique, constituent des ponts thermiques entre la dalle réfractaire et les poutrelles de soutien. Il s'ensuit que lton est obligé de prévoir, entre les poutrelles de la charpente métallique et la dalle maçonnée qui y est suspendue un espace de ventilation naturelle non isolé thermiquement. Cet espace non isolé, prévu pour le refroidissement des poutrelles, entraine une mauvaise isolation thermique de la voûte du four à céramique et par conséquent, une consommation accrue en combustible. De plus, ces voûtes demeurent volumineuses et encombrantes, du fait de l'espace vide qui entoure les étriers d'accrochage et les poutrelles. Pour améliorer l'isolation thermique des voûtes de four à céramique, on a également pensé à doubler la dalle suspendue en matériau réfractaire par une voûte intérieure cintrée qui réduit le volume chauffé non utilisé du four et qui diminue la température de la dalle suspendue. Selon un mode de réalisation de type connu, le four à céramique, en forme de tunnel, comporte deux murs latéraux parallèles en matériau d'isolation thermique et, entre ces deux murs, deux parois parallèles intérieures en briques réfractaires dans lesquelles sont disposés de place en place, des piliers reliés en partie haute, par des traverses de soutènement ; chacune de ces parois intérieures définit, avec le mur adjacent, la zone des carneaux du four.Sur les traverses de soutènement disposées en partie haute des parois intérieures s'appuient les éléments constitutifs de la voûte cintrée haute température qui est recou verte par la dalle suspendue. Entre les deux parois intérieures, la voûte cintrée haute température est constituée de deux rangées d'arcs préfabriqués en corindon dont les extrémités situées dans la partie centrale du cintre, sont en appui l'une sur l'autre et dont les autres extrémités s'appuient sur les traverses de soutènement des deux parois intérieures parallèles. Sur chaque côté du four à céramique, dans la zone des carneaux, la voûte cintrée forme un arceau soutenu par les traverses de soutènement recouvrant l'une des parois intérieures et par le mur latéral qui lui est adjacent. Cette voûte intérieure haute température, même si elle permet d'améliorer l'isolation thermique du four, ne remédie pas aux inconvénients précités inhérents à la présence d'une dalle suspendue formant la voûte extérieure basse température,notamment du point de vue de l'encombrement. La présente invention a pour but de décrire un four à céramique industriel ne comportant qu'unie voûte réfractaire constituée d'éléments préfabriqués et assurant néanmoins, sans dalle maçonnée suspendue, une bonne isolation thermique du four. Selon l'invention, on substitue à la dalle maçonnée en matériau réfractaire lourd, formant la barrière extérieure basse température, une couche en matériau réfractaire de très faible densité, composée de fibres céramiques. Cette couche de fibres céramiques peut être avantageusement complétée, si on le désire, par des plaques de laine de roche recouvertes d'une feuille de papier d'aluminium.Cette couche d'isolation thermique, en raison de son poids par unité de surface extrêmement réduit, peut être directement portée par la voûte haute température du four, qui peut être, par exemple, du même type que la voûte intérieure haute température prévue dans le dispositif antérieur précité ; la présente invention permet donc de supprimer la voûte basse température constituée par la dalle maçonnée suspendue ; on réduit de ce fait l'encombrement du four, c'està-dire sa hauteur totale, tout en obtenant une bien meilleure isolation thermique du four au droit de sa voûte et, par conséquent, une économie en combustible pendant le fonctionnement du four, 'puisqu'il n'est plus nécessaire de ménager une ventilation naturelle au-dessus de la voûte.La couche de fibres céramiques utilisées se compose avantageusement de deux nappes superposées croisées de feutre de fibres céramiques, ces deux nappes étant recouvertes par une épaisseur de fibres céramiques en vrac. L'installation de cette barrière d'isolation thermique, de faible prix de revient, sur l'extrados de la voûte peut s'effectuer très rapidement sans aucune difficulté ; on évite ainsi les coûteux travaux de maçonnerie qui étaient nécessaires pour la construction de la dalle suspendue. La présente invention a donc pour objet un four à céramique industriel, ledit four se présentant sous la forme d'un tunnel et comportant deux murs latéraux sensiblement verticaux en matériau réfractaire, et entre ces deux murs, au moins deux parois intérieures sensiblement verticales en matériau réfractaire équipées de piliers reliés à leurs extrémités supérieures par des traverses de soutènement, les zones de carneaux du four étant délimitées par l'un des murs latéraux et la paroi intérieure qui lui est adjacente, ce four comportant au moins une voute réfractaire portant par ses extrémités sur les traverses de soutènement disposées en partie haute des parois intérieures précitées, caractérisé par le fait que ladite voûte est recouverte d'une couche de fibres céramiques thermiquement isolantes ayant une faible densité volumique. Dans un mode préféré de réalisation, les fibres céramiques utilisées se composent de silice et d'alumine ; les fibres céramiques utilisées sont commercialisées sous le nom commercial "Fiberfrax" par la Société dite : "CAHBORUNDUM" ; la couche de fibres céramiques est constituée de deux nappes croisées de feutre de fibres céramiques, ces deux nappes étant surmontées d'une épaisseur de fibres céramiques en vrac ; l'une des deux nappes de fibres céramiques est réalisée à partir de bandes juxtaposées qui sont disposées dans le sens longitudinal du tunnel et l'autre nappe est réalisée à partir de bandes juxtaposées qui sont disposées dans le sens transversal du tunnel ; la couche de fibres céramiques est recouverte de plaques de laine de roche et éventuellement d'une feuille aluminisée ; les nappes de feutre de fibres céramiques qui sont directement disposées sur la voûte réfractaire du four sont constituées de fibres céramiques dont la température limite d'utilisation en continu est supérieure à 13500C et dont la masse volumique est, de préférence, comprise entre 80 et 110 3 kg/m3 ; les fibres céramiques en vrac qui recouvrent les nappes de feutre ont une température limite d'utilisation en continu supérieure à 12000C et de préférence, une masse volumique comprise entre 40 et 60 kg/m3 ; chacune des nappes de feutre croisées a une épaisseur comprise entre 15 et 50 mm environ, l'épaisseur de la couche de fibres en vrac ét'ant,de préférence, comprise entre 30 et 40 cm ; la voûte du four est une voûte cintrée constituée de deux rangées d'arcs préfabriqués réfractaires disposés cate-à- côte, deux arcs en vis-à-vis de chacune des deux rangées étant en appui l'un contre l'autre par leurs extrémités situées dans la zone centrale du cintre et s'arc-boutant par leurs autres extrémités sur les traverses de soutènement des deux parois intérieures, deux arcs de voûte adjacents de la même rangée sont reliés entre eux au moyen de profilés ayant une section en forme de U venant s'embotter, du côté de l'extrados de la voûte, sur des nervures prévues le long des bordures adjacentes de deux arcs de voûte contigus ; au droit de la zone des carneaux, c'est-à-dire entre chaque mur latéral et la paroi intérieure qui lui est adjacente, la voûte est constituée de façon connue en soi, par des éléments de butée s'appuyant sur les traverses de soutènement de la paroi intérieure et sur le mur latéral adjacent. Le four à céramique selon l'invention permet d'atteindre, à l'intérieur de son laboratoire, des températures suffisamment élevées pour la cuisson des céramiques, ces températures pouvant aller jusqu'à 14000C environ, alors que des fours du type comportant une voûte en fibres ne peuvent résister à des températures supérieures à 12000C. L'intérêt d'un tel four à céramique provient de ce que l'on utilise des matériaux très légers comme calorifuge. Le calorifugeage en partie supérieure du four selon l'invention étant d'un très faible poids, il n'est plus nécessaire de prévoir, comme dans les dispositifs antérieurs, un échafaudage extérieur au laboratoire du four et servant à le supporter. ssu contraire, dans l'invention, les éléments supports du calorifuge ne sont pas disposés à l'extérieur mais à l'intérieur du laboratoire de four, d'où un gain particulièrement important sur l'encombrement du four. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustatif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement, en coupe transversale, un four céramique selon l'invention ; - la figure 2 représente, en coupe transversale selon II-II de la figure 1 et- à une plus grande échelle, le détail de l'assemblage de deux arcs de voûte contigus du four de la figure 1. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1, la fondation d'un four à céramique industriel selon l'invention. Ce type de four se présente sous la forme d'un tunnel comportant une zone de préchauffage des matières céramiques à traiter, une zone de chauffage proprement dite correspondant à la par- tie représentée en coupe à la figure 1, et enfin, une zone de refroidissement. Ce four en forme de tunnel est équipé dans sa zone de chauffe de deux murs latéraux parallèles 2a, 2b réalisés , de façon classique, en matériau réfractaire. A sa partie inférieure, chacun des murs 2a et 2b est traversé par des brûleurs 2c représentés de façon schématique sur le dessin. A l'intérieur du tunnel et entre les deux murs latéraux 2a, 2b sont disposées deux parois intérieures 3a et 3b sensiblement parallèles. Chacune de ces parois intérieures 3a, 3b définit avec le mur 2a, 2b qui lui est adjacent une zone de carneaux4 4b du four où débouchent les brûleurs et où se trouvent ménagées des ouvertures communiquant avec les conduits d'évacuation des fumées (non représentés). La zone centrale du four que délimitent les deux parois intérieures parallèles Da, 3b > est destinée à recevoir les pièces céramiques que l'on désire soumettre à une cuisson.Chaque paroi intérieure est constituée par une rangée de piliers 5 disposés de place en place, entre lesquels on a maçonné des briques alvéolaires 6 ; ces piliers sont réalisés en corindon ; les piliers 5 sont reliés entre eux à leur partie supérieure par des traverses de soutènement 7 sur lesquelles s'appuient les retombées d'une voûte cintrée 8 de type connu. La voûte cintrée 8 est formée, entre les deux parois intérieures 3a, 3b, de deux rangées d'arcs de voûte 9 préfabriqués, en corindon, disposés cste-à-côte dans chaque rangée, la section transversale de ces arcs étant représentée de façon détaillée sur la figure 2. Les arcs de voûte situés en vis-à-vis dans ces d = ranb géessat en appui les uns contre les autres par leurs extrémités situées dans la zone centrale du cintre qu'ils définissent et ils s'appuient par leurs autres extrémités sur les traverses de soutènement 7 des parois intérieures 3a, 3b. Chaque arc de voûte 9 comporte, le long de ses deux bordures transversales par rapport à l'axe du tunnel que constitue le four, une nervure 10 formant relief du côté de l'extrados de la voûte.Pour assembler les deux arcs de voûte 9 contigus, on dispose, du côté de l'extrados de la voûte, un profilé 11 ayant une section en forme de U, qui vient s'embêter sur les deux nervures 10 adjacentes de deux arcs de voûte 9 contigus. La zone des carneaux 4a, 4b du four à céramique, est recouverte par des éléments de butée 12 prenant appui, d'une part sur les traverses 7 et d'autre part, sur les murs latéraux 2a et 2b, dans des embrèvements 13a, 13b ménagés à cet effet. Sur l'extrados de la voûte 8 sont disposées deux nappes de feutre de fibres céramiques 14 > 15 qui sont recouvertes par une couche de fibres céramiques en vrac 16. L'isolation thermique de la goûte de four peut astre complétée en recouvrant la couche 16 par des plaques 18 en laine de roche surmontées d'une feuille aluminisée 19 dont la face aluminisée est tournée vers l'extérieur du four. Les fibres céramiques utilisées dans les deux nappes 14 et 15 d'une part et dans la couche de fibres en vrac 16 d'autre part, se composent d'alumine et de silice ; ces fibres sont commerciali sées sous le nom de "Fiberfrax" par la Société dite :CARBORUNDUM. La nappe 14 est réalisée à partir de bandes juxtaposées qui s'étendent dans le sens transversal du tunnel ; la teneur en silice des fibres de la nappe 14 peut être avantageusement plus grande que celle des fibres constituant la nappe supérieure 15 et la couche 16. La température limite d'utilisation en continu de la nappe 14 est de 14200C ce qui est suffisant pour ce type de four, puisque les températures maxima enregistrées au centre de la voûte 8 sont de l'ordre de 12500C et qu'au niveau des butées 12 recouvrant les carneaux 4a, 4E, les températures sont comprises entre 1250'C et 13500C. Dans cet exemple de réalisation, l'épaisseur de la nappe 14 est de 25 mm environ et sa masse volumique est de 96 kg/m3;; la teneur en alumine est de 62,3 % et la teneur en silice de 37128 en poids. La nappe 15 supérieure est également réalisée à partir de feutre de fibres mais ces bandes de feutre sont juxtaposées dans le sens longitudinal du tunnel, c'est-à-dire perpendiculairement aux bandes de la première nappe 14. La nappe 15 a également une épaisseur de 25 mm environ et sa masse volumique est également de 96 kg/m3. La composition pondérale des fibres de la nappe 15 est de 51,7 % d'alumine et 47,6 f de silice. La température limite d'utilisation en continu de la nappe 15 est de l'ordre de 12600C. Sur la nappe 15 est disposée la couche 16 de fibres céramiques en vrac, dont la composition est identique à celle des fibres de la nappe 15 ; la température limite d'utilisation en continu de ces fibres en vrac constituant la couche 16, est, par conséquent, de 12600C. Les fibres en vrac peuvent être aisément réparties sur les deux nappes 14 et 15. L'épaisseur moyenne de la barrière d'isolation thermique formée par les deux nappes 14 et 15, la couche 16 de fibres en vrac, les plaques 18 de laine de roche et la feuille aluminisée 19 est, dans cet exemple, de 340 mm avec un poids par unité de 2 surface de 38 kg/m2 environ. I1 convient de souligner que la bar- rière d'isolation thermique peut être aisément et rapidement mise 2 en place. En outre, en raison de son poids très faible par m cette barrière ne nécessite pas d'autres supports que la voûte 8 qui a été décrite. Enfin, cette barrière présente l'avantage d'être d'un faible prix de revient et d'assurer une isolation thermique meilleure que celle que l'on obtenait avec les réalisations de type connu. I1 est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. RE VEND I CATI 0 NS 1 - Four à céramique industriel, ledit four étant en forme de tunnel et comportant deux murs latéraux sensiblement verticaux en matériau réfractaire et entre ces deux murs, au moins deux parois intérieures sensiblement verticales en matériau réfractaire équipées de piliers reliés à leurs extrémités supérieures par des traverses de soutènement, les zones de carneauxdu four étant délimitées par l'un des murs latéraux et la paroi intérieure qui lui est adjacente, ce four comportant au moins une voûte réfractaire portant par ses extrémités sur les traverses de soutènement disposées en partie haute des parois intérieures précitées, caractérisé par le fait que ladite voûte est recouverte d'une couche de fibres céramiques thermiquement isolantes ayant une faible densité volumique. 2 - Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fibres céramiques utilisées se composent de silice et d'alumine. 3 - Four selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les fibres céramiques utilisées sont commercialisées sous le nom commercial "FIBERFRAX't par la Société dite " CARBORUNDUM" . 4 - Four selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la couche de fibres céramiques est constituée de deux nappes croisées de feutre de fibres céramiques, ces deux nappes étant surmontées d'une épaisseur de fibres céramiques en vrac. 5 - Four selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'une des deux nappes de fibres céramiques est réalisée à partir de bandes juxtaposées qui sont disposées dans le sens longitudinal du tunnel alors que l'autre nappe est réalisée à partir de bandes juxtaposées qui sont disposées dans le sens transversal du tunnel. 6 - Four selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la couche de fibres céramiques-est recouverte de plaques de laine de roche et éventuellement d'une feuille aluminisée. 7 - Four selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les nappes de feutre de fibres céramiques qui sont directement disposées sur la voûte réfractaire du four, sont constituées de fibres-céramiques dont la température limite d'utilisation en continu est supériéure à 13500C, et dont la masse volumi que est, de préférence, comprise entre 80 et 110 kg/m3. 8 - Four selon l'une des revendications l à 7, caractérisé par le fait que la voûte est une voûte cintrée constituée de deux rangées d'arcs préfabriqués réfractaires disposés cote-à-cote, deux arcs en vis-à-vis de chacune des deux rangées étant en appui lui contre l'autre par leurs extrémités situées dans la zone centrale du cintre et s'arc-boutant par leurs autres extrémités sur les traverses de soutènement de deux parois intérieures. 9 - Four selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que deux arcs de voûte adjacents de la même rangée sont reliés entre eux au moyen de profilés ayant une section en forme de U venant stembotter, du côté de l'extrados de la voûte, sur des nervures prévues le long des bordures adjacentes de deux arcs de volte contigus. 10 - Four selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'au droit de la zone des carneaux, c'est-à-dire entre chaque mur latéral et la paroi intérieure qui lui est adjacente, la voûte est constituée de façon connue en soi, par des éléments de butée s'appuyant sur les traverses de soutènement de la paroi intérieure et sur le mur latéral adjacent.