Brevet FR2464447A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un dispositif d'électrode destiné à être inséré dans une ouverture d'une paroi de four, ce dispositif comportant une électrode allongée entourée d'un fourreau de protection substantiellement imperméable aux gaz. L'invention concerne en particulier les fours de fusion de verre dans lesquels une pluralité d'électrodes traverse une ou plusieurs parois latérales ou la sole du four pour amener le courant électrique au verre fondu contenu dans le four. Le verre fondu est évidemment très corrosif, et quoique la matière des électrodes puisse être choisie pour résister jusqu'à un certain point à une telle corrosion, les électrodes subissent une érosion. De ce fait on prévoit de pouvoir les remplacer et/ou de les déplacer longitudinalement de facon à maintenir une longueur désirée dans le verre fondu. En fait la matière des électrodes généralement préf érée actuellement est le molybdène.A l'utilisation, une électrode de molybdène peut être introduite dans une ouverture d'une paroi de four et l'étanchéité de l'ouverture peut être réalisée par du verre provenant de la masse de verre en fusion dans le four. Le verre fondu pénètre dans l'ouverture, et en raison du gradiant de température au travers de la paroi du four, il se solidifiera dans l'ouverture en la rendant étanche. Un tel bouchon de verre solidifié se formera dans une zone de l'épaisseur de la paroi où la température est, dans le cas du verre sodo-calcique, environ 6000C, de sorte que les régions plus froides de l'électrode sont exposées à l'atmosphère à l'intérieur de l'ouverture et à l'extérieur du four.Ceci laisse cependant l'électrode de molybdène sujette à une attaque le long de ses régions exposées. I1 est bien connu que le molybdène est réactif vis-à-vis de l'oxygène atmosphérique spécialement à une température supérieure à 300"C, de sorte que ces portions d'électrode se corrodentavantieur contact avec le verre fondu. Cette corrosion réduit la résistance de l'électrode et peut éventuellement conduire à sa rupture mécanique. On a proposé de chauffer temporairement la région de l'électrode à l'intérieur de la paroi de four de façon que le verre fondu du four puisse pénétrer plus profondément dans l'ouverture de paroi pour fournir une protection plus étendue de l'é- lectrode.Malheureusement lorsque la source temporaire de chaleur est enlevée ou arrêtée pour permettre la solidification du tel verre complémentaire, le gradiant de température le long du fourreau de verre solidifié résultant est tel que presque toujours le verre se brise de sorte qu'il devient inopérant pour protéger l'électrode de l'atmosphère. Pour cette raison, certaines autres propositions ont été faites. Selon celles-ci, on prévoit un fourreau métallique qui entoure la partie d'électrode susceptible d'être corrodée. Le fourreau est constitué d'un métal résistant à la corrosion tel que le nickel ou un alliage de nickel. I1 est connu de réaliser un tel fourreau sous forme d'une chemise d'eau ou de prévoir une chemise d'eau additionnelle ou un fourreau équipé d'ailettes de refroidissement pour refroidir l'électrode afin d'améliorer sa résistance à la corrosion. I1 est également connu d'injecter dans l'espace entre le fourreau et l'électrode une atmosphère inerte ou réductrice.En vue d'etre efficaces, ces propositions reposent sur l'existence d'un joint étanche à l'air entre la paroi de four et le fourreau, et celui-ci est extrêmement difficile à maintenir dans les conditions habituelles de travail du four. Une autre difficulté particulièrement importante réside dans le fait que lors de l'attrempage d'un four ses parois subissent des contraintes thermiques très importantes et il peut en résulter un développement de fissures dans les parois le long desquelles l'atmosphère peut pénétrer pour attaquer l'électrode. De plus on notera que les matières réfractaires habituelles dont sont faits les fours de fusion de verre sont ellesmemes légèrement poreuses. Un des objets de la présente invention est de fournir un autre mode de construction d'un dispositif d'électrode qui protège l'électrode de la corrosion atmosphérique pendant son utilisation. Selon la présente invention, le dispositif d'électrode destiné à etre inséré dans une ouverture dlune paroi de four, comporte une électrode allongée entourée d'un fourreau de protection substantiellement imperméable aux gaz formé d'un ou de plusieurs composés réfractaires contenant de l'oxygène et entourant en relation espacée la dite électrode, une bague d'étanchéité montée sur l'électrode, et des moyens assurant l'étanchéité entre la dite bague et le fourreau de manière telle que l'on peut accéder à l'espace entre le fourreau et l'électrode uniquement par une seule extrémité du fourreau avant l'in sertion de cette extrémité du fourreau dans la dite ouverture d'une paroi de four. La longueur requise de fourreau dépendra des conditions de travail du four dans lequel il doit être utilisé. En général il convient de prendre une longueur de fourreau égale à l'épaisseur de la paroi de four dans laquelle on doit le fixer. En tout cas, le fourreau doit pénétrer dans la paroi de four jusqu'à une région où, lorsque le four est en fonctionnement, le verre fondu peut s'écouler entre l'électrode et le fourreau qui l'entoure. La bague d'étanchéité devrait être placée à un endroit de l'électrode où, dans les conditions de fonctionnement, règne une température suffisamment basse pour qu'il n'y ait pas de risque substantiel de corrosion atmosphérique de l'électrode. Dès lors, en opérant selon l'invention une électrode sera pendant son fonctionnement protégée de l'attaque par l'atmosphère régnant à ltextérieur du four et sera également protégée contre tous les gaz qui pourraient diffuser à l'intérieur de la paroi du four. De plus, la nécessité d'un joint entre le fourreau et la paroi.de four est éliminée. De préférence, le dit fourreau comporte un collet à l'une de ses extrémités. Un tel collet peut par exemple être utilisé pour limiter la pénétration du fourreau dans l'ouverture de la paroi de four. Dans des formes de réalisation de l'invention particulièrement avantageuses, les dits moyens d'étanchéité sont serrés contre le dit collet. De préférence, le dit fourreau est obtenu par moulage d'une matière réfractaire fondue, cette façon de procéder constituant un moyen très simple d'obtenir l'imperméabilité aux gaz nécessaire Différents composés contenant de l'oxygène peuvent être utilisés pour former le fourreau, mais de préférence la matière constituant le fourreau comprend un silicate de métal. Une matière réfractaire du système A1203-ZrO2SiO2, disponible sous la dénomination commerciale "Zac 1681" constitue une matière spécialement préférée pour former le dit fourreau. De préférence, la dite électrode est constituée par du molybdène et avantageusement une telle électrode de molybdène porte un revetement de MoSi2. Un tel revêtement sert de protection additionnelle contre l'oxydation de l'électrode. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, les dits moyens d'étanchéité comportent une chemise d'eau interposée entre l'extrémité du fourreau et la bague d'étanchéité. Une telle chemise d'eau peut être utilisée pour assurer le refroidissement de cette portion de l'électrode se trouvant à l'extérieur du four. Un avantage principal de cette caractéristique préférée de l'invention est que les impératifs de résistance à la chaleur de la matière dont est faite la bague d'étanchéité deviennent moins préoccupants. Evidemment, un tel refroidissement rend les parties exposées de l'électrode moins susceptibles d'être oxydées. Dans des formes préférées de réalisation de l'invention, les moyens d'étanchéité comportent des moyens d'introduction de gaz dans l'espace entre l'électrode et son fourreau. Un tel gaz peut par exemple être un gaz substantiellement inerte, tel que l'azote ou il peut être un mélange réducteur de gaz tel qu'un mélange d'azote et d'hydrogène. Un mélange contenant 5 à 10 % d'hydrogène est très approprié. La présence d'un gaz réducteur assurera la neutralisation de l'oxygène pénétrant éventuellement dans l'espace. On assure ainsi une protection supplémentaire contre l'oxydation des zones les plus vulnérables de l'électrode. Si l'espace entre l'électrode et son fourreau est alimenté en un tel gaz ou mélange de gaz, les régions vulnérables de l'électrode seront protégées même si le fourreau se brise. De plus, si cet espace est soumis à une pression supérieure à la pression atmosphérique, toute fuite au niveau de la bague d'étanchéité se produira vers l'extérieur de sorte que l'oxygène atmosphérique ne nètrera pas dans l'espace entre l'électrode et le fourreau. Avantageusement, la dite électrode est constituée d'une barre de section transversale substantiellement uniforme sur la majeure partie de sa longueur et les dits moyens d'étanchéité comportent des moyens de fixation démontables fixant la dite bague d'étanchéité sur l'électrode de manière telle que par la libération de tels moyens de fixation la dite bague d'étanchéité peut être déplacée le long de l'électrode en même temps que le fourreau et les moyens d'étanchéité et être assujettie à I'électrode en un endroit différent.Ceci procure un moyen approprié et très simple pour permettre l'avancement de l'électrode à l'intérieur du four, par exemple afin de compenser'l'érosion de l'électrode par le verre fondu dans l'enceinte du four. L'invention comprend un four de fusion de verre comprenant au moins un dispositif d'électrode tel que décrit ci-dessus. Une forme préférée de réalisation de l'invention sera maintenant décrite en se référant au dessin schématique annexé qui montre une section transversale d'une paroi de four dans laquelle une telle électrode est disposée. Dans le dessin, on a représenté la paroi du four en 1 et la masse de verre fondu en 2. Une ouverture 3 est réalisée dans la paroi 1 du four pour le passage d'une électrode 4 de façon à alimenter la charge 2 en courant électrique. En vue de protéger l'électrode 4 de l'oxydation destructrice de ses zones plus chaudes, un fourreau 5 entoure l'électrode 4 à l'endroit où elle traverse l'ouverture 3. Le fourreau 5 joue librement dans l'ouverture 3 laissant un espace 6. Si on le désire l'espace 6 peut être comblé par exemple en utilisant un mortier acide, par exemple fait de zircon, de zircone et d'acide phosphorique. Normalement cependant le fourreau 5 est inséré dans l'ouverture 3 sans utilisation de mortier. L'espace 6 entre la paroi de four 1 et le fourreau 5 se remplit partiellement de verre qui se solidifie compte tenu du gradiant de température le long du fourreau. L'extrémité du fourreau 5 à l'extérieur du four porte un collet 7. Une pièce métallique annulaire de fixation 8 est disposée derrière le collet 7. Un joint d'étanchéité 9 peut être disposé entre le collet 7 et la pièce de fixation 8 si on le désire.La. pièce de fixation 8 porte une pluralité de boulons 10 qui assujetissent une seconde pièce annulaire 11 contre un joint d'étanchéité 12 qui à son tour s'appuie sur la face frontale du collet 7 à l'extrémité du fourreau 5. Cette seconde pièce annulaire 11 est pourvue d'une cavité annulaire 13 , d'une entrée 14 et d'une sortie (non représentée) pour la circulation d'eau de refroidissement. En d'autres termes, la seconde pièce annulaire constitue une chemise d'eau. La chemise d'eau 11 comporte facultativement une entrée de gaz 15 de façon que l'espace 16 entre le fourreau 5 et l'électrode 4 puisse être rempli de tout gaz ou mélange de gaz souhaité. Assujettie à ou faisant partie intégrante de la chemise d'eau 11 une pièce d'espacement annulaire 17 entoure également l'électrode 4. L'extrémité de cette pièce d'espacement 17 porte un filetage externe destiné à recevoir un capuchon annulaire de fixation 18. Une bague d'étanchéité 19 équipe intérieurement le capuchon 18 de sorte que lorsque ce dernier est vissé, la bague 19 est serrée pour former un joint contre 1' électrode 4. En fonctionnement, du verre provenant de la masse 2 à l'intérieur du four pénètre dans l'espace 16 entre l'électrode 4 et le fourreau 5 jusqu'à ce qu'il atteigne une zone 20 où la température est suffisamment basse pour qu'un écoulement ultérieur de verre vers l'extérieur ne soit plus possible. De cette manière, cette partie de l'électrode 4 qui est vulnérable à l'oxydation, c'est-à-dire la région sur le dessin qui se trouve au-dessus de la bague d'étanchéité 19 , est complètement isolée de l'atmosphère ambiante, et elle restera isolée même si la paroi de four 1 présente des fissures aboutissant à l'ouverture 3. Dans un exemple pratique particulier, la paroi de four 1 est épaisse de 300 mm, et l'électrode 4 est un barreau de molybdène de 1050 mm de long et de 50 mm de diamètre. Avant son utilisation, l'électrode 4 est soumise à un traitement de diffusion de silicium à 1. 1000C pour lui procurer un revêtement résistant à l'oxydation de MoSi2 L'électrode peut être placée de façon à pénétrer de 240 mm dans le verre fondu 2 dans le four. Le fourreau 5 est une pièce moulée de silicate de zirconium fondu (Zac 1681). I1 comporte une portion cylindrique longue de 300 mm et de diamètre externe et interne respectivement de 96 mm et 56 mm, et un collet qui a un diamètre de 116 mm et une épaisseur de 30 mm. Le joint d'étanchéité 12 et la bague 19 sont l'un et l'autre constitués d'amiante graphitée, quoique la bague 19 peut par contre être constituée de graphite pur tel qu'on le connaît sous le nom commercial "Grafoil". L'espace 16 peut être rempli d'un mélange réducteur de gaz constitué d'azote et d'hydrogène en guise de protection complémentaire contre l'oxydation de l'électrode 4. Dans ces conditions on a trouvé que substantiellement l'électrode ne subira pas de corrosion à l'extérieur de la charge de verre fondu 2 dans le four. Ceci signifie que l'électrode conserve sa résistance méca nique. I1 est également très aisé de glisser l'électrode 4 plus avant dans le four lorsqu'elle est érodée par son utilisation, simplement en dévissant le capuchon 18 de facon que l'électrode puisse glisser à travers la bague 19 , après quoi le capuchon de fixation 18 est resserré pour resceller l'espace 16. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'électrode destiné à être inséré dans uneouverture d'une paroi de four, ce dispositif comportant une électrode allongée entourée d'un fourreau de protection substantiellement imperméable aux gaz, caractérisé en ce que le dit dispositif comporte en combinaison un tel fourreau (5 ) formé d'un ou de plusieurs composés réfractaires contenant de l'oxygène et entourant en relation espacée la dite électrode (4 ), une bague d'étanchéité (19 ) montée sur l'élec- trode, et des moyens (8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 17 , 18 ) assurant l'étanchéité entre la dite bague et le fourreau de manière telle que l'on peut accéder à espace (16 ) entre le fourreau et l'électrode uniquement par une seule extrémité du fourreau avant l'insertion de cette extrémité du fourreau dans la dite ouverture (3 ) d'une paroi (1 ) de four. 2. Dispositif d'éle ctrode selon la revendication 1 -, caractérisé en ce que le dit fourreau comporte un collet (7 ) à l'une de ses extrémités. 3. Dispositif d'électrode selon la revendication 2 , caractérisé en ce que les dits moyens d'étanchéité sont serrés contre le dit collet. 4. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que le dit fourreau est obtenu par moulage d'une matière réfractaire fondue. 5. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce que la matière formant le fourreau comprend un silicate de métal. 6. Dispositif d'électrode selon la revendication 5 , caractérisé en ce que la matière formant le fourreau comprend une matière réfractaire du système A12O3- ZrO2 - SiO2 7. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 6 , caractérisé en ce que la dite électrode est en molybdène. 8. Dispositif d'électrode selon la revendication 7 , caractérisé en ce que la dite électrode porte un revêtement de MoSi2. 9. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 8 , caractérisé en ce que les dits moyens d'étanchéité comportent une chemise d'eau (11 ) interposée entre l'extrémité du fourreau et la bague d'étanchéité (19 ). 10. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 9 , caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comportent des moyens d'introduction (15 ) de gaz dans l'espace entre l'électrode et son fourreau. 11. Dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 10 , caractérisé en ce que la dite électrode est constituée d'une barre de section transversale substantiellement uniforme sur la majeure partie de sa longueur et en ce que les dits moyens d'étanchéité comportent des moyens de fixation (18 ) démontables fixant la bague d'étanchéité sur l'électrode, de manière telle que par la libération de tels moyens de fixation la dite bague d'étanchéité peut être déplacée le long de l'électrode en même temps que le fourreau et les moyens dlé- tanchéité et être assujettie à l'électrode en un endroit différent. 1Z. Four de fusion de verre comprenant au moins un dispositif d'électrode selon une des revendications 1 à 11