Brevet FR2465691A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne des supports d'électrode, et plus spécialement un support convenant pour 9tre utilisé avec une électrode traversant la paroi la- térale de l'avant-corps d'un four, et, faisant partie d'un circuit électrique destiné à faire passer un courant de chauffage par effet Joule dans le verre fondu à l'intérieur du four. Le chauffage par effet Joule résultant du passage d'un courant électrique à travers une masse de verre fondu est bien connu dans la technique de la fabrication du verre et est souvent utilisé dans les fours de fusion du verre ou les avant-corps de tels fours, soit pour compléter le chauffage au gaz ou au mazout, soit pour fournir toute l'énergie nécessaire à la fusion ou au chauffage du verre. Le molybdène est souvent utilisé pour des électrodes devant être immergées dans le verre pour réaliser ce chauffage par effet Joule, et l'électrode est habituellement intro- duite par une ouverture dans la paroi réfractaire du four, de façon qu'une partie de cette électrode fasse saillie de cette paroi et puisse Atre connectée à une source d'énergie électrique. Le verre lui-même forme une barrière appropriée autour du molybdène à l'intérieur de la connexion de l'avant-corps, et en empêche efficacement l'oxydation m9me à des températures supérieures à 10930 C, mais une oxydation a été observée dans la zone o ces électrodes traversent la paroi latérale du four chaud et sont en contact avec de l'air à une température dépassant 4000 C. Pour éviter une oxydation rapide, il faut prévoir dans la pratique actuelle un refroidissement de l'électrode dans cette zone par un courant de fluide forcée L'objet général de la présente invention est de proposer un ensemble destiné à supporter une électrode dans la paroi latérale du four sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un tel refroidissement. Un objet plus particulier de la présente inven- tion est la réalisation d'un ensemble du type mentionné au paragraphe précédent dans lequel l'électrode de molyb- dène est entourée par un manchon en une matière inerte ou inattaquablepar exemple en acier allié réfractaire, espacé de cette électrode, mais scellé à chacune de ses extrémités. On a observé que certains éléments, tels que le nickel, tendent à migrer et à pénétrer dans le molyb- dène s'il existe un contact physique entre des aciers alliés contenant ce métal et le molybdène à des tempé- ratures supérieures à 4000 C. Par conséquent, la présente invention remédie à cette tendance à la migration, ainsi qu'à l'oxydation observée précédemment dans les réalisa- tions de la technique antérieure quand aucun refroidissement n'est appliqué à la zone de l'électrode extérieure au matériau réfractaire de la paroi latérale du four. Dans l'ensemble selon l'invention, un manchon tubulaire en acier réfractaire est disposé à une certaine distance radiale autour d'une électrode en molybdène à peu près cylindrique. L'extrémité intérieure de ce manchon est obturée par la solidification du verre fondu dans cette zone1et une pièce d'espacement en matière céramique réfrac- taire supporte l'électrode à l'extrémité intérieure du man- chon de sorte que la pièce d'espacement et le verre suppor- teront cette électrode en la maintenant espacée du man- chon. L'extrémité extérieure du manchon est reliée directe- ment à l'extrémité extérieure de l'électrode par un bou- chon en acier allié réfractaire,-qui assure aussi la liaison électrique entre un fil conducteur et l'électrode elle- même. Donc, l'espace annulaire entre le manchon et l'électrode est efficacement séparé de l'atmosphère de sorte que la faible quantité d'oxygène qui a pu rester dans l'espace annulaire est très rapidement consommée par une très légère oxydation initiale du molybdène. La surface extérieure de ce manchon comporte une bride annulaire, de sorte que tout l'ensemble comportant l'électrode peut être maintenu en place par des colliers de butée associés à l'extrémité extérieure du manchon et appliquant un effort de poussée dirigé vers l'intérieur à tout cet ensemble afin de maintenir l'électrode dans la position désirée par rapport à la paroi latérale du four. L'invention sera décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale de l'avant- corps du four, en un endroit o l'ensemble comportant une électrode est monté dans la paroi latérale du four, et représente l'électrode allongée qui s'étend longitudinale- ment dans le canal ou la connexion de l'avant-corps. Des portions de l'appareil de la figure 1 sont représentées en coupe partielle pour montrer la structure de cet ensem- ble; la figure 2 est une coupe sensiblement suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale de l'ensemble de la figure 1. Si l'on étudie le dessin plus en détail, la figure 1 représente un canal de connexion 10 d'avant-corps conte- nant du verre fondu et construit en une matière réfractaire étudiée pour résister à la température du verre fondu (environ 1095 à 13150 C). Le canal constitue pour le verre fondu un conduit disposé entre la cuve de fusion ou le four et une cuvette d'avant-corps ou un autre organe de sortie placé près de l'extrémité aval de la connexion. La cuve de fusion, l'avant-corps et la cuvette d'avant-corps sont constitués par des composants classiques qu'il est inutile de décrire en détail ici. La connexion en matière réfractaire de l'avant- corps forme une ouverture, ou orifice, lOa orientée laté- ralement et destinée à recevoir une électrode allongée 12, ainsi qu'un manchon 14 qui lui est associé et sera décrit ci-après. L'ouverture lOa réalisée dans la paroi latérale du canal en matière réfractaire est associée à une ouverture 16a un peu plus large ménagée dans la partie isolée 16 de la paroi latérale de l'avant-corps et dont l'axe coincide avec celui de l'ouverture lOa. L'ouverture 16a, plus large, est plus spécialement délimitée par des blocs annulaires isolants 16b, 16c, 16d et 16e. Les avant-corps comprennent en général, d'une part des composants en matière réfractaire, aux endroits o le verre fondu est en contact avec la struc- ture elle-même, et d'autre part des composants en matière isolante à l'extérieur de la matière réfractaire, ainsi qu'un bâti en métal, tel celui indiqué en 18 sur la figure 1. Ce bâti maintient assemblés l'un à l'autre Les composants isolants 16 et les composants réfractaires 10. En bref, l'avant-corps du four représenté sur la figure 1 comprend une paroi latérale qui délimite une ouverture à épaulement (16a et 10a), l'extérieur de la partie réfractaire 10 délimitant une surface lOb tournée vers l'extérieur, mentionnée ci-après en liaison avec l'en- semble, à décrire, comportant une électrode. Si l'on passe maintenant à une description plus complète de l'électrode 12 et du manchon 14 qui lui est associé, il apparatt que l'électrode 12 pénètre en porte-à- faux dans le verre fondu et est en contact avec ce verre fondu sur une grande partie de sa longueur et plus particu- lièrement sur la totalité de sa partie intérieure se trou- vant dans le canal de connexion de l'avant-corps, comme l'indique la figure 1. Ces électrodes, en particulier celles en molybdène, ont de façon caractéristique tendance à l'oxydation du molybdène aux températures élevées caracté- risant en général le verre fondu, mais le verre fondu empêche une telle oxydation là o l'électrode est entourée par du verre fondu plut8t que par de l'air, ou par tout autre environnement formant atmosphère oxydante. Selon une caractéristique de la présente invention l'électrode en molybdène 12 est entourée du manchon 14 en acier allié réfrac- taire qui, comme l'indique la figure 3, est monté de façon à ménager un espace annulaire entre le manchon 14 et l'élec- trode 12. Au voisinage de l'extrémité intérieure du man- chon 14, cet espace annulaire est garni d'une matière céramique fibreuse réfractaire 20 (telle que "Fiberfrax" (marque déposée) fabriquée par la firme Mthe Carbo- rundum Company), et il est rendu étanche à l'air dans cette zone par la solidification du verre fondu qui va pénétrer dans une certaine mesure dans cette matière 20. L'extrémité extérieure du manchon est supportée par le capuchon ou bouchon 22 (figure 3). Non seulement l'espace annulaire, entre le manchon 14 en acier et l'électrode 12, isole l'atmosphère entourant l'électrode 12 pour en éviter une oxydation excessive, mais il sert aussi à empêcher le contact de ce manchon avec l'électrode 12 du molybdène, en particulier avec la partie de cette électrode 12 suscep- tible d'être portée à une température élevée et de se trouver soumise à une migration d'impuretés partant du manchon 14 pour se diriger vers la surface de l'électrode 12 en molybdène. Il convient de noter que c'est seulement à son extrémité extérieure que l'électrode 12 vient en contact avec la matière du bouchon et, qu'en ce point de l'électrode 12 la température doit normalement être bien inférieure à 4000 C, température à laquelle une migration de matières étrangères en direction de l'intérieur du molybdène est susceptible de se produire. L'extérieur du manchon 14 comporte une bride annulaire 24, qui est de préférence équipée d'une garni- ture d'étanchéité 26 en une matière résistant bien à la chaleur, et semblable à la matière utilisée pour bourrer en 20 l'espace compris entre l'extrémité intérieure du manchon 14 et l'électrode 12. On voit sur la figure 1 que cette garniture 26 est en contact avec le verre fondu dans le canal de l'avant-corps. Pendant l'utilisation normale de l'avant-corps du four, ce verre fondu s'est solidifié dans l'espace situé entre l'extérieur du manchon 14 et la surface intérieure de l'ouverture lOa ménagée dans la matière réfractaire 10. Comme l'indique la figure 1, le manchon 14 en acier 2465691' allié réfractaire comporte des éléments 14a et 14b diamé- tralemen.t opposés et soudés à la surface extérieure du manchon 14. Ces éléments forment une bride destinée à réaliser une liaison commode avec l'organe de fixation de l'ensemble comportant une électrode, de façon que cet ensemble puisse 9tre poussé vers l'intérieur du four pour que la garniture 26 réalise une étanchéité efficace entre la bride annulaire 24 et l'épaulement en gradin lOb de l'ouverture ménagée dans la paroi latérale du four. S'il on passe à une description plus complète des éléments destinés à fixer ainsi l'ensemble comportant une électrode au bati 18 du fou; on voit que la figure 1 représente deux tiges filetées 28,28, dont les extrémiés sont soudées au bâti 18 en acier du four, à une certaine distance de l'ouverture 16a précitée et ménagée dans la paroi latérale du four. Ces tiges filetées 28,28 sont conçues pour se loger dans des ouvertures ménagées dans des pièces 30,30 électriquement isolantes, dont les extré- mités intérieures sont fixées à des oreilles 14a et 14b, saillantes et perforées par des écrous ou éléments de fixation 32 (figure 1). Etant donnés son mode de réalisa- tion et sa disposition, l'ensemble comportant une élec- trode peut être effectivement fixé dans l'ouverture à gradin, ménagée dans la paroi latérale de l'avant-corps, de façon à pousser le manchon 14 vers l'intérieur du four et à réaliser un joint étanche entre la bride 24 et la partie lOb de la paroi latérale réfractaire. En passant maintenant à une description plus complète du bouchon 22 en acier allié-réfractaire et en se référant plus spécialement à la figure 3, il apparaît que ce bouchon 22 ne vient en contact avec l'électrode 12 en molybdène que dans la zone d'un filetage 34 qui les relie. Le bouchon 22 présente une ouverture taraudée destinée à recevoir l'extrémité filetée de l'électrode 12 ainsi qu'une partie annulaire taraudée 22a dans laquelle se visse l'extrémité filetée du manchon 14. Le filetage mâle du manchon 14 est de préférence enduit d'un agent assurant l'étanchéité des filetages à température élevée, comme "Ilever-seez" /produit fabriqué par la firme du mmrne nom à Broadview (Illinois 60155, E.U.A.)7Un joint d'étanchéité 23 en amiante est intercalé entre l'extrémité du manchon 14 et le bouchon 22. Ce mode d'exécution assure une jonction effecti- vement étanche à l'air entre le manchon 14 et l'électrode 12. Il en résulte que l'oxygène de l'air enfermé entre le manchon 14 et l'électrode 12 s'épuise rapidement au cours du début de l'utilisation de l'ensemble comportant une électrode dans le four. L'ozydation sera empecihie du fait que des joints étanches à leair sont formés par le bouchon 22 à l'extrémité extérieure de cet ensemble et par le verre solidifié à l'extrémité intérieure du manchon 14, dans une forme de réalisation perfectionnée qui évite par ailleurs que le nickel contenu dans le manchon 14 en acier allié réfractaire ne migre en direction de la partie à température relativement élevée de l'électrode 12. Le bouchon 22 présente un trou taraudé 22b débou- chant vers l'extérieur et destiné à recevoir une vis 36 de fixation de la cosse d'un fil conducteur 38. L'extrémité interne du trou 22b est axialement très voisine du trou 22a. Cette disposition constitue un trajet d'acheminement du courant électrique à l'électrode 12 en partant de la vis 36 pour passer par le bouchon 22 et aboutir à l'extré- mité extérieure de l'électrode 12. Par conséquent, le bouchon 22 sert à soutenir l'électrode et le manchon 14, à les maintenir espacés l'un de l'autre, à obturer l'espace annulaire entre ces éléments, au moins au voisinage de leur extrémité extérieure,et aussi à relier électrique- ment en série la vis 36 de fixation de la cosse à l'élec- trode elle-même. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif, mais non limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVEITDICATIONS 1. Ensemble destiné au montage d'une électrode sur le bâti d'un avantcorps de four et conçu de manière à traverser une ouverture à gradin ménag6e dans la paroi latérale de ce four, au-dessous du niveau normal du verre fondu contenu dans ce four, ensemble caractérisé en ce qu'il comprend: a) un manchon tubulaire (14) en une -matière inattaquable et dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre de la partie la plus étroite (10a) de l'ou- verture à gradin (16a, lOa) de la paroi latérale du four; b) ledit manchon (14) comportant entre ses extrémités une bride (24) radialement saillante, conçue pour s'appuyer contre la partie en gradin (10b) de l'ou- verture (16a, lOa) ménagée dans la paroi latérale du four, et comportant une garniture d'étanchéité (26) destinée à venir en contact avec l'épaulement (lOb) de l'ouverture à gradin (1Oa,- 16a); c) une électrode allongée (12), réalisée en une matière facilement oxydable, placée à l'intérieur dudit manchon (14) et ayant une extrémité intérieure pénétrant en porte-à-faux dans le verre fondu, ladite électrode ayant un diamètre très inférieur au diamètre intérieur du manchon (14), une pièce d'espacement (20) étant intercalée entre l'extrémité intérieure dudit manchon (14) et ladite électrode (12); d) un bouchon (22) destiné à relier l'extrémité extérieure de l'électrode (12) à l'extrémité extérieure du manchon (14) afin de les maintenir espacés et coaxiaux et de délimiter ainsi un espace annulaire entre l'électrode (12) et le manchon (14); e) des organes pour monter le manchon (14) sur le bâti (18) du four et fixer axialement ce manchon (14) à l'intérieur de l'ouverture (16a) afin de pousser la bride (24) contre l'épaulement (lOb) de l'ouverture (16a, lOa). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes pour monter le manchon (14) sur le bâti (18) comprennent plus particulièrement des oreilles (14a, 14b) faisant radialement saillie vers l'extérieur et fixées au manchon (14) près de son extrémité extérieure, ainsi que des pièces (30,30) en matière électriquement iso- lante fixées de manière amovible aux oreilles (14a, 14b) et comportant des ouvertures destinées à recevoir des tiges filetées (28,28) fixées à ce bati (18) au voisinage immédiat de la partie extérieure de l'ouverture à gradin (16a, lOa), et des écrous (32) destinés à être vissés sur lesdites tiges filetées (28,28) pour fixer intérieurement les pièces (30, ) et pousser la bride (24) du manchon (12) contre l'épau- lement (0lob) de l'ouverture (16a, lOa). 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bouchon (22) obture l'extrémité extérieure du manchon (14) et en ce que l'extrémité exté- rieure de l'électrode (12) est fixée à l'intérieur du bouchon (22) de façon que ce bouchon (22) soit électrique- ment en série avec l'électrode (12) et que le manchon (14) ne soit pas en contact avec cette électrode (12). 4. BiEnsemble selon la revendication 3,caractérisé en ce que le bouchon (22) est vissé (en 22a) au manchon (14) et en ce que ladite extrémité extérieure de l'électrode (12) est vissée (en 34) au bouchon (22). 5. Ensemble selon les revendications 2, 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce que le bouchon (22) présente un trou taraudé (22a) ouvert vers l'intérieur pour recevoir une partie male filetée (34) de l'électrode (12), ain- si qu'un trou taraudé (22b) ouvert vers l'extérieur, dont l'extrémité intérieure est axialement très voisine du trou (22a) et qui est destiné à recevoir une vis (36) électriquement conductrice associée à unfil conducteur (38) convenant pour amener le courant à l'électrode (12). 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode (12) est en molybdène et le manchon (14) et ainsi que le bouchon (22) sont en acier allié réfractaire. 2465691; 7.. Ensemble destiné au montage d'une électrode sur le bâti de l'avantcorps d'un four et:conçu de manière à traverser une ouverture à gradin ménagée dans la paroi latérale de ce four au-dessous du niveau normal du verre fondu contenu dans le.canal de connexion du four, ensemble caractérisé en ce qu'il comprend: a) un manchon tubulaire (14) en une matière inatta- quable et dont le diamètre extérieur est inférieur au dia- mètre de l'ouverture (lOa, 16a) ménagée dans la paroi latérale du four; b) des organes pour monter ce manchon (14) dans l'ouverture (16a, lOa) de façon que le verre fondu se soli- difie autour de l'extérieur du manchon (14) et forme un joint étanche emprisonnant le verre fondu à l'intérieur de la connexion (10) du four; c) une électrode allongée (12) réalisée en une matière facilement oxydable, placée à l'intérieur du manchon (14) et ayant une extrémité intérieure pénétrant en porte-à-faux dans le verre fondu, ladite électrode (12) ayant un diamètre très inférieur au diamètre intérieur dudit manchon (14) et étant supportée,de façon que son axe coïncide avec celui du manchon (14),par un organe disposé entre l'extrémité intérieure dudit manchon (14) et ladite électrode (12) et qui est constitué par un garnissage fibreux (20) en céramique réfractaire,; d) un bouchon (22) pour relier l'extrémité extérieure de J'électrode (12) à l'extrémité extérieure du manchon (14), de façon que cette électrode (12) soit orientée et placée à l'intérieur du manchon (14) afin que son axe coïncide avec l'axe de ce dernier, et pour délimiter entre le manchon (14) et l'électrode (12) un espace annulaire obturé par ledit bouchon (12) à l'extrémité extérieure, ainsi que par le verre fondu et la garniture fibreuse (20) à l'extrémité intérieure dudit manchon (14).