Brevet FR2457460A1 — publié le 19801219

La présente invention concerne la métallurgie et le traitement thermique des métaux, plus précisément les éléments constructifs des fours électriques à résistance à creuset qui servent à protéger les réchauffeurs des fours mentionnés contre l'accès du métal fondu en cas d'endommagement du creuset, et a notamment pour objet un écran protecteur des réchauffeurs d'un four électrique à creuset. L'invention peut être utilisée notamment dans les fours de fusion électriques à creuset, principalement pour la fusion de métaux non ferreux, ainsi que dans des fours de distribution qui ont pour rôle de maintenir le métal à l'état chauffé avant que celui-ci soit versé dans une mouleuse. L'invention peut également trouver des applications dans d'autres genres de fours électriques à creuset, par exemple dans les fours électriques à bain destinés à réaliser le traitement thermique d'objets métalliques dans des bains de sels. Au cours du fonctionnement des fours électriques il y a un risque que le métal fonssu tombe sur leurs réchauffeurs. Cela se produit surtout dans les fours électriques à creuset où on voit se former, au bout d'un certain temps, des fissures par lesquelles le métal fondu peut s'écouler. Les fissures, en s'élargissant, provoquent la destruction du creuset,de sorte que le métal fondu tombe sur les réchauffeurs du four électrique et sur son revêtement. Il en résulte une forte réduction de la longévité des réchauffeurs et une destruction partielle du revêtement du four électrique. Cela entraine des temps morts fréquents dans le fonctionnement des fours électriques, causés par la nécessité de réaliser des travaux de réparation, ce qui diminue le rendement et rend le traitement des métaux plus coûteux. La plupart des fours électriques connus, y compris les fours électriques à creuset, ne sont pas munis d'éléments protecteurs appropriés empêchant le: métal fondu de tomber sur les réchauffeurs, en particulier en cas d'endommagement du creuset (voir, par exemple, les catalogues des firmes "Junker" et "Brown Boveri", RFA). Afin que le métal fondune tombe pas sur les réchauffeurs du four électrique à creuset, on a proposé d'utiliser unécran protecteur réalisé sous forme d'une enveloppe métallique montée verticalement dans l'espace entre le creuset du four électrique et les réchauffeurs et englobant ledit creuset (voir le brevet d'invention Suisse nO 505355). Bien que l'écran connu protège les réchauffeurs contre l'accès du métal fonduen cas de destruction du creuset, il constitue en même temps un obstacle augmentant la résistance thermique lors de la transmission de la chaleur des réchauffeurs au métal fondu. La résistance thermique étant accrue, la température des réchauffeurs s'élève, ce qui provoque leur usure intense. En outre, le processus dtéchauffement du métal fondu est ralenti, car dans le cas d'une telle construction, la transmission de chaleur à travers l'écran protecteur se fait uniquement par conduction à travers laparoi de l'enveloppe. L'invention a pour but de pallier les inconvénients mentionnés. L'invention vise pour cela un écran protecteur des réchauffeurs d'un four à creuset, dont la conception permet d'augmenter son pouvoir thermoconducteur sans nuire à ses qualités protectrices. Ce problème est résolu à l'aide d'un écran protecteurfdes réchauffeurs d'un four électrique à creuset, réalisé sous forme d'une enveloppe montée verticalement entre le creuset du four électrique et ses réchauffeurs et englobant le creuset mentionné, ladite enveloppe comportant, selon l'nnvention, des ouvertures pour la transmission de la chaleur par convection et par rayonnement des réchauffeurs au creuset, lesdites ouvertures étant munies de déflecteurs dirigés vers l'intérieur de l'enveloppe afin de renvoyer le métal fondu en direction du creuset, la longueur de chaque déflecteur étant supérieure à la dimension transversale de l'ouverture correspondante. La présence des ouvertures dans 1 1enveloppe assure la transmission de la chaleur à travers écran protecteur non seulement par conduction à travers la paroi de l'enveloppe, mais aussi par convection et radiation à travers les ouvertures mentionnées, ce qui diminue la résistance thermique lors de la transmission de la chaleur des réchauffeurs au métal fondu et évite, par conséquent, la surchauffe des réchauffeurs et intensifie le processus d'échauffement du métal. fondu . Les déflecteurs dont sont munies les ouvertures permettent de renvoyer le métal fondu en direction du creuset du four électrique en l'empêchant ainsi de passer par ces ouvertures et de tomber sur les réchauffeurs. Il est désirable de réaliser l'écran protecteur proposé de façon que ltenveloppe mentionnée soit réalisée d'une seule pièce et que les ouvertures munies de déflecteurs soient réparties sur sa surface drune manière régulière. Une telle conception de l'écran protecteur, tout en étant relativement simple, permet un échauffement régulier du creuset sur toute sa surface. Il est avantageux de réaliser l'écran protecteur de façon que les déflecteurs soient réalisés sous forme de volets montés au-dessus des ouvertures côté surface intérieure de l'enveloppe. La réalisation des déflecteurs sous forme de volets permet de renvoyer le plus efficacement le métal fondu et de ltemp8cher d'une manière sûre d'atteindre les réchauffeurs du four électrique. Dans ce cas, on peut disposer les volets mentionnés de manière qu'ils soient perpendiculaires à la surface de l'enveloppe ou inclinés vers l'intérieur de cette dernière. La première variante permet d'obtenir la plus faible résistance thermique de l'écran. La deuxième variante convient pour les fours électriques où la distance entre les réchauffeurs et le creuset est relativement faible et empêche de monter les volets perpendiculairement. En outre, une telle conception, tout en assurant la fermeture plus complète des ouvertures, augmente la fiabilité des réchauffeurs. Il est intéressant de réaliser l'invention selon une variante dans laquelle les axes des ouvertures mentionnées sont inclinés par rapport à l'horizontale vers l'intérieur de l'enveloppe de façon que la paroi inférieure de chaque ouverture serve à celle-ci de déflecteur. Une telle variante de l'écran protecteur des réchauffeurs du four électrique à creuset est la plus facile à réaliser, car elle n'exige pas d'éléments constructifs appropriés Jouant le r81e de déflecteurs. Il est désirable de choisir l'angle d'inclinaison de l'axe des ouvertures mentionnées par rapport à l'horizontaleldans les limites de 15 à 600, la valeur de la dimension transversale de l'ouverture étant comprise entre 0,5 et 1 fois l'épaisseur de l'enveloppe. Les valeurs choisies sont optimales du point de vue de la protection des réchauffeurs contre l'accès du métal fondu et de l'efficacité de la transmission de la chaleur par l'écran protecteur. Quand l'angle d'inclinaison de l'axe de l'ouverture par rapport à l'horizontale est inférieur à 150 et la dimension transversale de l'ouverture dépasse ltépaisseur de l'enveloppe, le métal fondu peut tomber sur les réchauffeurs. Lorsque l'angle dtinclinaison de l'axe de l'ouverture est supérieur à 600, alors que la dimension transversale de l'ouverture est inférieure à 0,5 fois l'épaisseur de l'enveloppe, la transmission de la chaleur des réchauffeurs au creuset staffaiblit par suite de l'augmentation de la résistance thermique de l'enveloppe. Il est avantageux de réaliser l'écran protecteur des réchauffeurs du four électrique à creuset proposé suivant une variante dans laquelle l'enveloppe mentionnéé est réalisée sous forme de plusieurs viroles disposées l'une au-dessus de l'autre et reliées rigidement entre elles, dont chacune a la forme d'un cône tronqué orienté par sa grande base vers le haut, les viroles adjacentes se recouvrant partiellement l'une l'autre suivant la verticale de façon à former entre elles dés jeux ou intervalles périphériques constituant les ouvertures mentionnées pour la transmission de la chaleur par convection et rayonnement, tandis que la surface latérale intérieure de la virole supérieure de chaque paroi de viroles mutuellement adjacentes sert de déflecteur précité par rapport au jeu périphérique formé entre cette virole et la virole inférieure. Grecs aux jeux périphériques disposés suivant tout le périmètre de l'écran, on obtient le flux de chaleur maximum à travers celui-ci, ce qui permet d'éviter avec le plus d'efficacité la surchauffe des réchauffeurs et de réduire le temps d'échauffement du métal fondu. Les meilleurs résultats sont obtenus dans le cas où la valeur de recouvrement des viroles adjacentes est égale à 1 à 2 fois la largeur du jeu annulaire correspondant. Si cette valeur est inférieure à la largeur du jeu périphérique, il y a un risque que le métal fondu passe par ce jeu et atteigne les réchauffeurs. Au cas où la valeur de recouvrement des viroles dépasse la valeur double de la largeur du jeu périphérique ltécrankrésente une résistance thermique accrue, ce qui se traduit par un affaiblissement de la transmission de la chaleur à travers celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe du four électrique à creuset muni d'un écran protecteur des réchauffeurs (variante de réalisation selon laquelle les déflecteurs sont réalisés sous forme de volets disposés perpendiculairement par rapport à la surface de l'enveloppe, suivant l'invention);; - la figure 2 représente le même four que la figure 1, mais dans lequel les volets sont inclinés par rapport à la surface de l'enveloppe et vers l'intérieur de celleci, suivant l'invention - la figure 3 représente le même four que la figure 1, mais dans lequel les axes des ouvertures sont inclinés par rapport à l'horizontale et vers l'intérieur de l'enve- loppe, suivant l'invention - la figure 4 représente le même four que la figure 1, mais dans lequel l'enveloppe est réalisée sous forme de plusieurs viroles suivant l'invention - la figure 5 représente le même four que la figure 4, en coupe suivant V-V de la figure 4, suivant l'invention. Un écran protecteur des réchauffeurs du four électrique à creuset est constitué par une enveloppe 1 (figure 1) réalisée en particulier en acier réfractaire et monté verticalement dans l'espace entre le creuset 2 du four électrique 3 et ses réchauffeurs 4 de façon que ladite enveloppe englobe le creuset 2. Le four électrique 3 comporte un revêtement 5 pourvu d'un orifice 6 pour l'évacuation du métal fondu 7 à l'extérieur du four électrique 3 au cas où le creuset 2 est mis hors service. Selon l'invention, l'enveloppe 1 possède des ouvertures8munLes de déflecteurs 9. Les ouvertures 8 affaiblissent sensiblement la résistance thermique de l'enveloppe 1 puisqu'elles permettent la transmission de la chaleur des réchauffeurs 4 au creuset 2 à travers l'enveloppe 1 non seulement par conduction à travers la paroi de l'enveloppe, mais aussi par convection et radiation à travers lesdites ouvertures. Bien entendu, les ouvertures 8 peuvent avoir non seulement une forme ronde, comme montré sur la figure 1, mais aussi d'autres formes et en particulier une forme carrée. Les déflecteurs 9 sont dirigés vers l'intérieur de 11 enveloppe I et servent à empêcher le métal fondu 7 de pénétrer par les ouvertures 8 dans la zone de disposition des réchauffeurs 4 en cas de destruction du creuset 2. il est à signaler que la longueur "l" de chaque déflecteur 9 est supérieure à la dimension transversale de ltouver- ture correspondante 8 ( en particulier à son diamètre, si l'ouverture est ronde), car alors le déflecteur 9 constitue un obstacle efficace contre le jet de métal fondu 7 dirigé vers l'ouverture 8. La conception de l'enveloppe 1 ainsi que la disposition des ouvertures 8 sur sa surface peuvent être diverses. Dans les variantes de réalisation de l'écran protecteur montrées sur les figures 1 à 3, l'enveloppe 1 est fabriquée d'une seule piece et les ouvertures 8 sont réparties régulièrement sur sa surface. Une telle réalisation de l'écran protecteur, tout en étant de conception simple, assure un échauffement régulier du creuset 2 sur toute sa surface. Afin de rendre aisée l'extraction du creuset 2 du four 3 et de pouvoir le transporter avec l'enveloppe 1, on a prévu, dans la partie inférieure de celle-ci, un secteur conique 10 muni d'un trou Il pour-le passage du métal fondu 7 et, dans la partie supérieure, des éléments de fixation 12 permettant au dispositif de manutention de s'y accrocher (montré sur la figure). Les déflecteurs 9 peuvent être de conceptiom diverses. Les figures 1 et 2 représentent des variantes de l'écran protecteur proposé, selon lesquelles les déflecteurs 9 sont réalisés sous forme de volets 13 disposés au-dessus des ouvertures 8 côté surface intérieure de l'enveloppe 1. la longueur "l" de chaque volet 13 ainsi que sa largeur sont choisies suffisantes pour fermer entièrement la section de passage de l'ouverture correspondante 8 du cOté de la surface intérieure de l'enveloppe 1. Selon l'une de ces variantes (figure 1), les volets 13 sont disposés perpendiculairement par rapport à la surface de l'enveloppe 1. Une telle conception permet de renvoyer efficacement le métal fondu, la résistance thermique de l'enveloppe 1 étant la plus faible car les ouvertures sont entièrement ouvertes. Selon une autre variante (figure 2), les volets 13 sont inclinés par rapport à la surface de ltenveloppe 1 vers l'intérieur de celle-ci. il est avantageux d'utiliser une telle variante de réalisation de l'écran protecteur dans les fours électriques où la distance entre les réchauffeurs 4 et le creuset 2 est relativement faible et ne permet pas de disposer les volets 13 perpendiculairement. En outre, les volets 13 inclinés ferment les ouvertures 8 de manière plus sûre que dans la variante représentée sur la figure 1, ce qui, tout en augmentant légèrement la résistance thermique de l'enveloppe 1, rend plus efficace la protection des réchauffeurs 4 contre l'accès du métal fondu 7. L'angle d'inclinaison des volets 13 par rapport à la surface de l'enveloppe 1 est choisi en fonction de l'intensité voulue de la transmission de chaleur à travers l'enveloppe 1. Un autre mode de réalisation de l'écran protecteur des réchauffeurs du four électrique à creuset est également interessant, mode selon lequel les axes des ouvertures 8 sont inclinés par rapport à l'horizontale vers l'intérieur de l'enveloppe 1 comme montré sur la figure 3. Une telle disposition des ouvertures 8 permet de se passer des volets 13 représentés sur les figures 1 et 2, parce que dans ce cas, la fonction du déflecteur 9 de chaque ouverture 8 est remplie par la paroi inférieure 8a de celle-ci (figure 3). Dans ce cas, la variante optimale est celle où l'angle d'inclinaison de l'axe de l'ouverture 8 par rapport à l'horizontale est compris dans une plage de 15 à 500avaleur de la dimension transversale de cette ouverture étant comprise entre 0,5 et 1 fois l'épaisseur de l'enveloppe 1. il est à noter que l'épaisseur de l'enveloppe 1 selon cette variante, est plus importante que dans les variantes indiquées sur les figures 1 et 2, ceci étant nécessaire pour que la longueur "l" de la paroi 8a de l'ouverture 8 soit suffisante pour permettre à ladite paroi de remplir la fonction du déflecteur 9. Les figures 4 et 5 représentent une variante de réalisation de l'écran protecteur proposé, selon laquelle enveloppe 1 est réalisée sous forme de plusieurs viroles ou analogues 14 disposées l'une au-dessus de l'autre. Les viroles 14 sont rigidement liées entre elles par l'intermédiaire de nervures 15 de la manière indiquée sur la figure 5. Chaque virole 14 (voir la figure 4) a la forme d'un cône tronqué dont la grande base est tournée vers le haut. Les viroles 14 adjacentes se recouvrent partiellement l'une l'autre suivant la verticale d'une valeur "1" de façon à former entre elles des jeux périphériques 16. Les Jeux périphériques 16 entre les viroles 14, de même que les ouvertures 8 mentionnées plus haut (figures 1 à 3), affaiblissent la résistance thermique de l'écran protecteur et assurent la transmission de la chaleur à travers cet écran par convection et rayonnement. Cette variant?, de même que la variante représentée sur la figure 3, n'exige pas des volets 15 en qualité de déflecteurs 9, puisque pour chaque jeu périphérique un tel déflecteur est constitué par la surface latérale intérieure 14a de la virole supérieure de chaque paire de viroles 14 juxtaposées. Une telle variante, par rapport aux variantes décrites ci-dessus, augmente le pouvoir thermoconducteur de l'écran protecteur, ce qui permet d'éviter le plus efficacement la surchauffe des réchauffeurs 4 et d'intensifier l'échauffement du creuset 2 contenant le produit fondu 7. On a constaté que la meilleure variante est celle où la valeur du recouvrement des viroles 14 adjacentes est comprise entre 1 eL 2 fois la largeur du Jeu périphérique 16 correspondant. De telles valeurs permettent d'obtenir un flux thermique maximum à travers l'écran protecteur et d'éviter que le métal fondu 7 ne tombe sur les réchauffeurs 4 du four électrique 3 L'écran protecteur des réchauffeurs est utilisé dans lefour électrique à creuset comme suit. L'enveloppe 1 est installée dans le four électrique 3 de la manière indiquée sur les figures 1 à 5, ensuite on branche les réchauffeurs 4.Le creuset 2 est rempli de morceaux de métal (stil s'agit d'un four électrique de fusion) et en particulier de lingots d'aluminium ou bien de métal fondu (s'il stagit dtun four de distribution) ou bien encore de sel (stil s'agit d'un four à bain). La transmission de la chaleur des réchauffeurs 4 au creuset 2 à travers écran protecteur se fait par thermoconductibilité à travers la paroi de l'enveloppe 1 (figures 1 à 3), ou les parois des viroles 14 (figure 4), aussi bien que par convection et rayonnement à travers les ouvertures 8 (figures 1 à 3) ou les jeux périphériques 16 (figure 4). Le fait de créer des conditions assurant la transmission de la chaleur à travers l'écran protecteur non seulement par conduction mais aussi par convection et rayonnement permet d'accélérer sensiblement le processus d'échauffement du métal fondu 7 et d'éviter la surchauffe des réchauffeurs 4 du four électrique 3. En cas de destruction du creuset 2 au cours de l'exploitation, suivie de l'écoulement du métal fondu hors dudit creuset, les déflecteurs 9 s'opposent au passage du métal fondu par les ouvertures 8 (jeux ou intervalles périphériques 16) vers la zone des réchauffeurs 4, en le dirigeant vers l'intérieur de l'enveloppe 1. Le métal fondu 7 s'écoule dans la partie inférieure de l'enveloppe 1 et est évacué ensuite par les orifices 11 et 16 hors du four 3. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Ecran protecteur des réchauffeurs d'un four électrique à creuset, du type constitué par une enveloppe montée verticalement entre le creuset du four électrique et ses réchauffeurs et englobant ledit creuset, caractérisé en ce que ladite enveloppe possède des ouvertures assurant la transmission par convection et rayonnement de la chaleur des réchauffeurs au creuset à travers ladite enveloppe, et munies de déflecteurs dirigés vers l'intérieur de l'enveloppe afin de renvoyer le métal fondu en direction du creuset, la longueur de chaque déflecteur étant supérieure à la dimension transversale de l'ouverture correspondante. 2. Ecran protecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe est réalisée d'une seule pièce et que lesdites ouvertures munies de déflecteurs sont réparties suivant sa surface d'une façon régulière. 3. Ecran protecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les déflecteurs desdites ouvertures sont réalisés sous forme de volets disposés au-dessus des ouvertures,du côté de la surface intérieure de lbnveloppe. 4. Ecran protecteur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdit volets sont disposés perpendiculairement à la surface de l'enveloppe. 5. Ecran protecteur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits volets sont inclinés par rapport à la surface de ltenveloppe vers l'intérieur de celle-ci. 6. Ecran protecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les axes desdites ouvertures sont inclinés par rapport à l'horizontale vers l'intérieur de l'enveloppe de façon que la paroi inférieure de chacune des ouvertures forme le déflecteur précité de l'ouverture correspondante. 7. Ecran protecteur selon l'une des revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de l'axe de chacune des ouvertures par rapport à l'horizontale a une valeur de 15 à 600, la valeur de la dimension transversale de ladite ouverture étant comprise entre 0,5 et 1 fois la valeur de l'épaisseur de l'enveloppe. 8. Ecran protecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est réalisée sous forme de plusieurs viroles disposées l'une au-dessus de l'autre et liées rigidement entre elles, dont chacune possède la forme d'un cône tronqué orienté par sa grande base vers le haut, les viroles de chaque paire de viroles mutuellement adjacentes se recouvrant partiellement de façon à former entre elles un intervalle périphérique, lesdits intervalles périphériques formant lesdites ouvertures pour la transmission de chaleur par convection et par rayonnement, et la face latérale intérieure de la virole supérieure de ladite paire de viroles adjacentes servant de déflecteur précité par rapport à l'intervalle périphérique formé entre ladite virole supérieure etlavirole inférieure associée. 90 Ecran protecteur selon l'une des revendications 5, 1 et 8, caractérisé en ce que la valeur dudit recouvrement des viroles adjacentes est comprise entre 1 & 2 fois la valeur de la largeur de l'intervalle périphérique correspondant.