Brevet FR2515327A1 — publié le 19830429

L'invention a pour objet un four électrique à haute température dont les résistances métalliques sont des tubes conducteurs creux verticaux chauffants maintenus en place par des tubes épingles faisant office d'etriers dans lesquels circule de l'air froid. Les résistances métalliques qui travaillent à haute température, proche de leurs limites de fluage, permettent de chauffer des charges à des températures voisines de la leur, avec le maximum d'efficacité, si les fours sont bien calculés, si leur régulation est bien adaptée et si les éléments chauffants couvrent bien leurs parois. L'étude de fours prototypes par l'inventeur a mis en évidence l'utilité des bons modèles mathématiques pour le calcul des grands fours ainsi que la nécessité de prendre comme base de régulation, la température des éléments chauffants eux-mêmes. La haute température des résistances "fournit" des puissances surfaciques trés élevées à condition que la température du métal des éléments chauffants puisse être maintenue, quelle que soit la nature de ces éléments. Pour cela, la régulation de la température ne peut plus être faite sur "l'ambiance" des fours, mais doit prendre comme base la température des résistances d'où l'intérêt de disposer d'un élément de mesure dans le corps chauffants lui-même. Les fours électriques actuels qui permettent d'obtenir des hautes températures de l'ordre de 12500 C, présentent de nombreux défauts. Ces fours ont une puissance de l'ordre de 500 à 1000 kilowatts. Les résistances électriques sont réalisées dans un alliage connu adéquat tel que du nickel/chrome, mais fabriquées en fonderie, c'est-à-dire que les corps chauffants font office de résistance. L'ensemble forme un tuyau creux sinueux. Ces tuyaux actuels qui font office de résistance n'ont pas de section constante; il s'ensuit qu'au niveau du four, la température n'est pas très homogène. Or, ce type de four électrique doit être régulé de manière très précise. Le long des tuyaux de chauffe, il existe des points froids ou des points chauds qui sont connus, mais la difficulté réside dans le fait qu'il est difficile de prendre, de manière précise, la température du métal. De plus, la fabrication de ces tuyaux sinueux en fonderie, explique le fait que les sections soient irrégulières et forment des "V". Un autre inconvénient important dans les fours actuels existe au niveau de l'accrochage desdits tuyaux chauffants. Tous ces avantages ne vont pas sans quelques problèmes dont le principal est la difficulté d ' accrochage de ces résistances sur des parois réalisées en fibres céramiques. Si leur disposition en sole ou en voute ne présente aucun inconvénient, l'accrochage en piédroit sur des parois en fibres, subit le fluage à haute température. Il est donc indispensable de réaliser des montages tenant compte de ce risque. Ces tuyaux chauffants sont en général maintenus en place dans le four par des pattes d'accrochage. Ces pattes d'accrochage fondent du fait de la mauvaise régulation thermique des fours et de la faiblesse des points de soudure dont la température monte trop haut. L 'invention évite donc ces deux inconvénients principaux la mauvaise régulation thermique des fours électriques à haute température et l'accrochage des tuyaux chauffants. A cet effet, le four électrique à haute température est composé de tubes verticaux creux chauffants reliés électriquement entre eux par des plaques-ponts soudées et maintenues au niveau de ces plaques-ponts par des moyens faisant office d 'attache qui sont des tubes verticaux creux en épingle isolés et fixés aux parois dudit four. Des moyens de refroidissement assurent 1' abaissement de la température, spécifiquement au niveau des points de soudure de la plaque-pont qui relie, entre eux, deux tubes verticaux creux chauffants. Les moyens de refroidissement sont les tubes creux verticaux en épingle dans lesquels circule de l'air pulsé. Le tube creux vertical faisant office d' attache ou de patte de soutien est donc réfrigéré. Ce tube creux est en inox ou autre matière adéquate et est isolé par des éléments réfractaires, sauf au niveau de son contact avec la plaque-pont qui relie électriquement deux tubes creux chauffants. Les tubes creux chauffants ne sont plus fabriqués par moulage mais ils sont étirés et soudés. Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront aisément de comprendre l'invention. Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. La figure 1 est une vue générale du four selon l'invention, vue de haut en plan. La figure 2 est une vue générale du four, vue de côté avec les axes des coupes AA et BB. La figure 3 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d' attache ou de patte de soutien aux tubes creux verticaux chauffants selon un mode de réalisation. La figure 4 est une vue en coupe du tube creux vertical faisant office d' attache ou de patte de soutien aux tubes creux verticaux chauffants selon un autre mode de réalisation. La figure 5 est une vue en coupe selon l'axe de coupe AA, représenté à la figure 2. La figure 6 est une vue en coupe selon l'axe de coupe BB représenté à la figure 2. La figure 7 est une vue éclatée des éléments d'isolation de la patte faisant office d'attache représentée à la figure 3. La figure 8 est une vue de détail du branchement électrique, et la figure 9 est une vue de détail des ailettes de refroidissement. Le four 1 est composé de tubes verticaux chauffants 2. Ces tubes verticaux chauffants 2 sont creux, réalisés par extrusion dans un alliage nickel/chrome. Ce procédé de fabrication des tubes creux chauffants par des fours électriques, permet d'obtenir une section constante dans lesdits tubes. Il n'y a donc pas de point de froid ou de chauffe. La température du four électrique peut ainsi être bien homogène. A cet effet, pour bien connaître la température du métal des thermo-couples 3 sont disposés au coeur desdits tubes creux chauffants 2. Ces caractéristiques techniques des tubes 2 permettent une régulation très fine du four selon l'invention. Ces tubes chauffants creux verticaux sont reliés électriquement entre eux par une plaque-pont 4 qui est maintenue sur lesdits tubes 2 par des points de soudure 5, voir la figure 5. L ' ensemble de ces tubes verticaux chauffants 2 est soutenu et maintenu en place par des tubes creux 6 qui font office de patte d' attache ou de soutien . Ces tubes creux 6 sont en forme d'épingle et ils viennent soutenir les tubes verticaux chauffants 2 au niveau des plaques-ponts 4 tout en refroidissant les points de soudure par de l'air frais pulsé qui circule dans les tubes creux verticaux 6 qui font office de patte d'attache, voir en particulier les figures 3, 4 et 5. Ces tubes 6 sont isolés par des éléments isolants 7, 8, 9, 10 et 11 qui viennent tout au long des tubes 6, voir la figure 3. Dans la figure 4, un autre mode de réalisation est représenté pour isoler les tubes creux 6. En allant plus vers les branches 12 et 13 du tube 6 en forme d'épingle, l'isolation est assurée par des étriers 14 et 15 en céramique. Ces étriers 14 et 15 sont disposés jusqu'au niveau du calorifuge 16 du four 1. Les branches 12 et 13 du tube 6 sortent de la carcasse externe 17 du four 1 et sont bloquées par des "presses-cônes" 18, la jonction au collecteur s'effectue par une manchette caoutchouc 19, des douilles isolantes 20 isolent les branches 12 et 13 à la sortie de la carcasse externe dudit four. Il est prévu une tranche libre 21 dite "tranche chaude" qui permet une libre dilatation longitudinale. La flèche F1 indique le sens de circulation de l ' air pulsé. L'air frais pulsé entre à environ 200C selon F1 et sort selon F2 à environ 220 C. Dans la figure 8, est représenté en détail le branchement électrique. Le cable électrique 26 est fixé par une plaque 22 sur une broche 23 qui comporte des ailettes de refroidissement 24, voir la figure 8 en détail. Cette broche 23 entre par une douille isolante 24 dans la carcasse externe 17 du four 1, elle traverse le calorifuge 16 et vient en contact avec le premier fube vertical creux chauffant 2. Dans la figure 6, les tubes 2 chauffants sont maintenus en place au niveau de la coupe BB représentée dans la figure 2 par un peigne réfractaire 25. REVENDICATIONS 1. Four électrique à haute température, caractérisé par le fait que les résistances métalliques qui travaillent à haute température, sont des tubes verticaux creux chauffants (2). 2. Four électrique à haute température, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les corps chauffants (2) qui font office de résistances métalliques, sont des tubes métalliques creux qui sont étirés et soudés. 3. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les tubes verticaux creux chauffants (2) sont reliés entre eux électriquement, par des plaques-ponts (4) et maintenus en place par des moyens faisant office d'attache (6) disposés au niveau de ces dites plaques- ponts (4). 4. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites plaques-ponts (4) sont soudées aux tubes verticaux creux chauffants (2) et sont réfrigérées au niveau des points de soudure (5) par des moyens réfrigérants (6). 5. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1,2,3 ou 4, caractérisé par le fait que les moyens faisant office d'attache sont des tubes creux (6) en forme d'épingle qui viennent soutenir les tubes chauffants (2) au niveau desdites plaques-ponts (4). 6. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4 ou 5, caractérisé par le fait que les moyens faisant office de moyens réfrigérants sont les mêmes tubes creux (6) dans lesquels circule de l'air frais pulsé. 7. Four électrique à haute température, selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5 ou 6, caractérisé par le fait que les tubes creux (6) dans lesquels circule de l'air pulsé et qui font, en combinaison, office de patte d'attache, sont isolés par des éléments isolants (7,8,9,10,11) qui sont disposés tout au long desdits tubes (6).