Brevet FR2559247A1 — publié le 19850809

TETE DE FOUR D'UN FOUR A GRAPHITER L'invention concerne une tête de four d'un four à graphiter, notamment d'un four à graphiter de Castner ou longitudinal, en maçonnerie réfractaire et comportant au moins une électrode insérée dans la maçonnerie. Des fours à graphiter des produits à base de carbone sont constitués, en général, par un lit de four de forme rectangulaire, livré avec des matières réfractaires granuleuses, des têtes de four situées frontalement, dans lesquelles sont insérées des électrodes de graphite, et des parois latérales mobiles3. Dans le four, à graphiter Acheson, le matériau à graphiter est empilé entre les têtes de four en alternance avec des couches en une masse résistante granuleuse et la pile est regroupée avec une masse isolante granuleuse. Le chauffage à latempérature mise en oeuvre pour graphiter, de 3 000 degrés Eelvin, s'effectue par chauffage par résistances2 le courant électrique est alors amené aux électrodes de graphite, placées dans les têtes de four, par l'intermédiaire -5 de barres conductrices de courant. A mesure-.que la température s'élève, le matériau mis en oeuvre se dilate d'abord de façon uniforme, puis, lorsqu'in- tervient la libération du soufre contenu dans le carbone, de façon brusque, et lorsqu'on augmente le degré de cristallisation ou degré d'obtention de graphite le volume du matériau mis en oeuvre décroit alors. Toutes les variations de volume sont alors absorbées pour l'essentiel par le matériau résistant granuleux, dont la densité se modifie en correspondance, de telle sorte que les électrodes de graphite liées mécaniquement à la maçonnerie des têtes de four ne subissent pas l'action de forces relativement importantes. La formation de fentes entre maçonnerie et électrode n'est, à vrai dire, pas à exclure, surtout en raison des coefficients de dila- tation thermiques différents de ces matériaux. Des fours à graphiter Acheson sont robustes et peu sujets à des dérangements, ils présen- tent comme inconvénients, entre autres, le très faible rendement énergétique et la faible productivité par unité de surface. Le four à graphiter proposé d'abord par Castner, qui est désigné souvent comme four à graphiter longitudinal, ne présente pas ces inconvénients. Dans un four de Castner, le matériau a graphiter, par exemple en forme de corps cylindriques à base de carbone, est enserré, sans interposition de couches de matériau résistant gra- nuleux, entre les électrodes de graphite des têtes du four. Une électrode au moins est mobile dans la direction de l'axe longitudinal du four et, en vue d'établir une faible résistance de contact, est pressée contre la barre continue appliquée contre la contre- électrode et formée en règle générale de plusieurs corps à base de carbone. La variation de longueur de la base continuelors de l'opération à laquelle on procède pour graphiter et qui dans la phase de chauffage est d'environ +0,5 à 1% et, dans la phase de refroidis- sement du four, d'environ - 1 à 1,5%, est absorbée par un déplacement en sens inverse des électrodes dans la direction de l'axe longitudinal du four. Pour la possibilité de déplacement de l'électrode par rapport à la maçonnerie de la tête du four, il est nécessaire de prévoir un jeu entre électrode et maçonnerie. L'oxy- o gène de l'air qui pénètre dans la fente prévue entre électrode et maçonnerie réagit avec le carbone et l'électrode brûle. En raison des coefficients de dilata- tion thermiques différents de l'électrode de graphite et de la maçonnerie de céramique, il n'est d'ailleurs fondamentalement pas possible de régler sur toute la zone des variations de température une petite largeur de fente constante. Des essais de garnissage des fentes avec des joints d'étanchéité semblables à !0 des presses- étoupe et des garnitures de fibres miné- rales n'ont pas donné satisfaction, étant donné que des éléments d'étanchéité de ce type, dans les conditions dans lesquelles est réaliséç l'opération à laquelle il est procédé pour graphiter, ne sont durables que dans un mesure limitée. A mesure que le garnissage s'use, le matériau à graphiter presse de façon croissante dans le joint dtétanchéité la matière résistante granuleuse protégeant de l'oxygène de l'air; cela a pour effet que des fentes se trouvent O formées et que l'afflux de l'air est favorisé. L'invention a pour but d'empêcher l'action corrosive de l'oxygène de l'air sur les électrodes de graphite disposées dans les têtes de x5 four à graphiter et d'accroitre la durée d'utilisation des électrodes. L'invention concerne, à cet effet, une tête de four - du type indiqué dans le préambule - dont la partie formant la maçonnerie est constituée par un socle de fond 1, des blocs latéraux 2, 7, et une travée supérieure 8, dont l'électrode 3 repose sur le socle de fond 1 et la travée 8 sur l'électrode 3, et dans laquelle les blocs latéraux au moyen d'un dispositif de serrage comportent un tirant d'ancrage 4, un levier 5 et un ressort 6. Avec la tête de four conforme à l'invention, les surfaces de l'électrode qui, s 'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du four, sont, pendant tout le cours de l'opération à laquelle on procède pour graphiteren contact intime avec la maçonnerie; les pressions de contact sont alors déter- minées, entre le socle de fond et l'électrode par le poids de l'électrode et de la travée supérieure, entre l'électrode et celle-ci par la poids de cette travée, et entre l'électrode et les blocs latéraux par la précontrainte du ressort 6. L'électrode est, avec une force constante, grâce à un dispositif de pression disposé à l'extérieur du four à graphiter, pressée contre les corps à base de carbone à graphiter, suit les variations de longueur de ces corps lors de leur transformation en graphite et modifie en consé- quence sa position de cette valeur par rapport à la maçonnerie. En vue de réduire les forces de frotte- ment lors du déplacement relatif de l'électrode et des tronçons de maçonnerie, l'on insère avantageusement, entre les surfaces de contact, des plateaux de graphite meulés ou polis. Ces plateaux sont liés avantageusement avec le socle de fond, les blocs Iatéraux et la partie formant travée supérieure de la maçonnerie, en étant collés ou goupillés avec, ou reliés d'autre manière ou aussi par liaison mécanique, de telle sorte que les plateaux ne suivent pas le déplacement axial de l'élec- trode. Des plateaux intermédiaires en graphite emp8chent aussi, pour le moins dans une mesure prédominante, l'usure par érosion de l'électrode qui se déplace. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le bloc latéral 2 est relié au socle de fond 1 par exemple au moyen de chevilles ou d'un assemblage par tenons en queue d'aronde et l'électrode est fortement serrée, au moyen du dispositif de serrage, avec le bloc latéral 7 mobile par rapport au socle de fond et est pressée contre le bloc latéral 2. On empêche avantageusement des déplacements axiaux de la travée 8 par guidage forcé dans les blocs latéraux 2, 7, par exemple par des guidages prismatiques ou à rainures ou à ressorts. Il est avantageux de prévoir également un guidage correspondant du bloc latéral 7 dans le socle de fond. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal.du four à graphiter; - la figure 2 montre une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation de la t8te de four selon la figure 2o Sur le socle de fond 1 de la t6te de four inséré dans le sol de la salle o est réalisée l'opération à laquelle on procède pour graphiter est placée l'électrode 3, qui se trouve pressée par son poids sur la base de la tête de four (figure 1). Sur l'électrode pèse la travée 8, qui est appliquée librement sur celle-ci. Cette travée 8 est soulevée par l'électrode lors de sa dilatation et aussi lors de sa contraction, dans la phase de refroidissement, suit le mouvement de l'électrode. Cela rend ainsi impossible la formation de fentes horizontales entre électrode et socle de fond ou travée supérieure. Contre les surfaces latérales de l'é- lectrode s'appliquent les blocs latéraux 2, 7, qui sont pressés par un dispositif de serrage contre l'électrode, de sorte que, pendant l'opération à laquelle on procède pour graphiter, ne se forment pas non plus de fentes verticales. Le dispositif de serrage comprend un tirant d'ancrage 4, des leviers 5 tournant autour d'axes 10, des plaques de pression 11 et des ressorts de pression 6. L'appareillage de pression pour déplacer l'électrode,l'amenée de courant et l'ins- tallation de refroidissement ne sont pas représentés sur les dessins. Dans la forme de réalisation des figures 2 et 3 le dispositif de serrage s'appuie contre le contrefort de butée 12. Grâce à l'assemblage par gou- pilles 13' et 13" entre le bloc latéral 2 et le socle de fond 1 comme aussi avec la travée 8, ces parties de maçonnerie se trouvent reliées entre elles par liaisons mécaniques. Des déplacements mutuels horizontaux ne sont pas possibles, alors que les déplacements verticaux ne sont pas limités. Le guidage du bloc latéral 2 est particulièrement simple dans cette forme de réalisation. En vue de réduire les forces de frotte- ment entre les parties de la maçonnerie de la tête de four et l'électrode qui se déplace en direction axiale il est inséré, entre les parties de maçonnerie et l'électrode, des plateaux de graphite meulés 9. REVENDICATIONS 1- Tête de four d'un four à graphiter, notamment d'un four à graphiter de Castner, en maçonnerie réfractaire et comportant au moins une électrode insérée dans la maçonnerie, tête de four caractérisée en ce que la partie formant la maçonnerie est constituée par un socle de fond (1), des blocs latéraux (2, 7) et une travée supérieure (8), l'électrode (3) repose sur le socle de fond (1) et la travée (8) sur l'électrode (3), et les blocs la- téraux (2,7) sont serrés contre l'électrode (3) au moyen d'un dispositif de serrage comportant un tirant d'ancrage (4, un levier (5) et un ressort (6). 2- Tête de four selon la revendication, 1, caractérisée en ce que des plateaux de graphite (9) sont insérés entre socle de fond (1)9 blocs latéraux (2, 7), travées (8) et l'électrode (3). 3- Tête de four selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les plateaux de graphite (9) sont reliés par des moyens de liaison mécaniques au socle de fond (1), aux blocs latéraux (2,7) et à la travée supérieure (8)e 4- Tête de four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'un des blocs latéraux (2) est relié par des moyens de liaison mécaniques au socle de fond (1) et l'électrode (3) est serrée avec le bloc latéral (7) mobile par rapport au socle de fond (1), au moyen du dispositif de serrage prévu, et est pressée contre l'autre bloc latéral (2).