Brevet FR2586472A1 — publié le 19870227

"Four de cuisson pour électrodes, notamment pour des fours de fusion électriques et des cellules électrolyti- ques de production d'aluminium ". L'invention concerne une four de cuisson pour la production continue de corps de carbone allongés présentant une section transversale sensiblement uniforme, comme par exemple des électrodes de carbone des- tinées à être utilisées dans des fours de fusion électri- ques, des blocs de revêtement, des éléments d'anode et de cathode pour cellules électrolytiques de production d'alu- minium. Les corps de carbone allongés peuvent présenter n'importe quelle section transversale, comme par exemple une section circulaire, rectangulaire ou autre. On connait déjà un procédé classique de production de corps de carbone allongés, dans lequel une pâte d'électrode carbonée non cuite comprenant un matériau à base de carbone et un liant carboné, est cuite de façon permanente pour donner un corps de carbone solide, en chargeant la pâte d'électrode non cuite dans une enve- loppe présentant une section transversale correspondant à celle du corps de carbone à produire, et en faisant des- cendre de façon continue ou sensiblement continue l'enve- loppe dans un four de cuisson alimenté en énergie de chauf- fage. Il est également connu d'utiliser une enveloppe per- forée permettant aux gaz qui s'échappent de la pâte d'électrode par chauffage, de s'échapper de l'électrode pour passer dans le four de cuisson o ils sont brûlés. On a constaté que les gaz qui se dégagent pendant le chauffage de la pâte d'électrode et passent dans le four de cuisson par les perforations de l'enveloppe, ont tendance à se condenser dans la partie supérieure du four de cuisson o l'enveloppe d'électrode froide contenant la pâte d'électrode froide pénètre dans le four de cuisson. Ce produit de condensation consistant en un grand nombre d'éléments d'hydrocarbone différents, se trouvant éventuellement brûlés dans la partie supérieure du four de cuisson, et une couche de matériau carbonisé dur se forme lentement pour remplir complètement, au bout d'un certain temps, l'espace annulaire compris entre le four de cuisson et l'enveloppe d'électrode. I1 en résulte qu'au bout d'un certain nombres de semaines de fonctionnement du four, il n'est plus possible de déplacer l'enveloppe et par conséquent l'électrode, par rapport au four de cuisson. La croissance de cette couche de matériau carbonisé dur dans la partie supérieure du four de cuisson doit donc être surveillée de façon plus ou moins permanente, et au bout d'un certain temps le processus de cuisson doit être stoppé et le four de cuisson doit être démonté pour retirer la couche de matériau carbonisé. Pendant l'extraction de la couche de matériau carbonisé, la zone de cuisson du corps de car- bone est refroidie de sorte qu'une inhomogénéité se pro- duit dans le corps de carbone allongé. Si le four de cuisson fonctionne en association directe avec un four de fusion électrique, pour la production d'une électrode de carbone directement utilisée dans le four de fusion, le fonctionnement de ce four de fusion doit être coupé pendant l'extraction de la couche de matériau carbonisé dans le four de cuisson. Il en résulte une perte de production du four de fusion et il existe en outre un très grand risque de rupture de -3 l'électrode lorsque la partie de cette électrode contenant l'inhomogénéité indiquée ci-dessus pénètre dans le four de fusion. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en créant un four de cuisson évitant la formation de matériaux carbonisés durs dans la partie supérieure du four de cuisson. L'invention a également pour but d'assurer une étanchéité aux gaz efficace entre l'enve- loppe d'électrode et la partie supérieure du four de cuisson, pour empêcher les fuites de gaz entre le four de cuisson et l'environnement. A cet effet, l'invention concerne un four de cuisson pour la production continue de corps de carbone allongés présentant une section transversale uni- forme, ce four étant destiné à se déplacer de façon conti- nue ou sensiblement continue par rapport à une enveloppe contenant une pâte d'électrode carbonée non cuite, avec une vitesse correspondant à une vitesse de cuisson prédé- terminée du corps de carbone, four de cuisson caractérisé en ce qu'il comprend une coque d'acier extérieure et un revêtement réfractaire placé à l'intérieur de la coque, ce revêtement réfractaire définissant une chambre de com- bustion, une chambre de refroidissement placée entre la partie supérieure du revêtement réfractaire et l'envelop- pe, des moyens d'étanchéité aux gaz placés au-dessus de la chambre de refroidissement, et un passage de gaz d'échappement placé au-dessous du revêtement réfractaire. La chambre de refroidissement com- porte de préférence des passages intérieurs de circula- tion d'un agent de refroidissement. Au-dessus de la cham- bre de refroidissement est placé un anneau de guidage des- tiné à guider le corps de carbone à travers le four de cuisson, et un joint d'étanchéité aux gaz destiné à empê- cher les fuites de gaz hors de la chambre de combustion. f. - - J1 e Le Joint d'étanchéité aux gaz consiste de préférence en une garniture flexible montée entre des rebords inférieurs verticaux fixés à une plaque de la partie supérieure de la chambre de refroidissement, et des rebords supérieurs verticaux fixés à une autre plaque, la distance entre les rebords supérieurs et inférieurs, et par conséquent le serrage de la garniture contre le corps de carbone, pou- vant être réglés au moyen d'un certain nombre de boulons. L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe verticale d'un four de cuisson selon l'invention; et - la figure 2 représente une vue agrandie d'une partie de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un four de cuisson 1 destiné à la production de corps de car- bone allongés 2. Le four de cuisson est placé autour d'une enveloppe 3 du corps de carbone 2. L'enveloppe 3 présente une section transversale correspondant à celle du corps de carbone. Une pâte d'électrode carbonée non cuite 4 consistant en un matériau à base de carbone et un liant carboné, est chargée dans l'enveloppe 3. En chauffant la pâte d'électrode 4 dans le four de cuisson 1, on fait cuire cette pâte d'électrode pour former un corps de carbone solide 2. L'enveloppe 3 est de préféren- ce perforée (non représentée) pour permettre aux gaz qui se dégagent pendant le chauffage de la pâte d'électrode, de s'échapper par les perforations pour passer dans le four de cuisson. Le four de cuisson 1 comprend une coque extérieure 5 et un revêtement refractaire 6 définis- sant une chambre de combustion 7. La chambre de combustion 7 est chauffée à la température de cuisson nécessaire par au moins un brûleur 8 de combustible solide, liquide ou gazeux. Le brGleur ou les brûleurs 8 sont de préférence disposés tangentiellement par rapport à la chambre de combustible 7. Le brûleur 8 comporte des tuyaux d'alimen- tation 9 et 10 de combustible et d'air de combustion. Au- dessous du revêtement refractaire 6 se trouve un passage 11 destiné aux gaz d'échappement du four de cuisson 1. Les gaz d'échappement sont aspirés hors du passage 11 par un tuyau de gaz d'échappement 12. Dans ce tuyau de gaz d'échappement 12 est montée une soupape 13 de régulation du volume des gaz d'échappement sortant du four de cuisson. Le passage 11 comporte une ouverture centrale de diamètre légèrement supérieur à celui du corps de carbone cuit 2. Entre le passage 11 et l'enveloppe 3 du corps de carbone 2 se trouve donc une fente 14. Lors- que le four de cuisson 1 est en fonctionnement, l'air ambiant est aspiré par la fente 14 et forme donc un joint d'étanchéité empêchant les gaz de la chambre de combustion 8 de s'échapper par la fente 14. Dans la partie supérieure 15 du revêtement réfractaire 6 du four de cuisson 1, se trouve une ouverture destinée à recevoir l'enveloppe 3. Cette ouverture présente une section transversale un peu plus grande que celle de l'enveloppe 3. Dans la fente annu- laire comprise entre la partie supérieure 15 du revête- ment réfractaire 6 et l'enveloppe 3, est placée une cham- bre de refroidissement 16 destinée à la circulation d'un agent de refroidissement. La chambre de refroidissement 16 comporte un tuyau d'alimentation 17 et un tuyau de retour 18 de l'agent de refroidissement constitué de préférence par de l'eau. La chambre de refroidissement 16 peut être divisée en plusieurs sections, chacune de ces sections pouvant être munies de parois intérieures (non représentées) pour assurer une circulation convena- ble de l'agent de refroidissement a travers la chambre de refroidissement 16. La chambre de refroidissement 16 est placée de façon que son extrémité inférieure se situe sensiblement au même niveau que l'extrémité inférieure de la partie supérieure 15 du revêtement réfractaire 6, comme indiqué sur la figure 1. La chambre de refroidisse- ment 16 monte vers le haut Jusqu'à un niveau se situant au moins au-dessus de l'extrémité supérieure de la partie supérieure 15 du revêtement réfractaire 6. La chambre de refroidissement 16 est fixée à la coque extérieure 5 par une plaque annulaire 20 fixée à cette coque 5 par des boulons 21. Si le four de cuisson 1 est utilisé pour cuire une électrode de carbone en association directe avec un four de fusion électrique, un isolant électrique 25 est de préférence inséré entre la coque 5 du four de cuisson 1 et la plaque annulaire 20. Au-dessus de la chambre de refroidis- sement 16 est fixé un anneau de guidage 22 constitué par une tige d'acier ou autre. Le but de cet anneau de gui- dage 22 est de guider l'enveloppe par rapport au four de cuisson. Dans la zone située au-dessus de l'anneau de guidage 22 sont placés des moyens d'étanchéité de gaz 23 destinés à empêcher les fuites de gaz entre l'enveloppe 3 et le four de cuisson 1. Les moyens d'étanchéité de gaz 23 sont représentés à plus grande échelle sur la figure 2. Ces moyens d'étanchéité de gaz 23 comprennent une plaque annulaire inférieure 24 fixée à la chambre de refroidisse- ment 16. A la plaque 24 sont fixés deux rebords annulai- res 26 et 27 pouvant se déplacer verticalement. Entre les rebords 26 et 27 est montée une garniture flexible 28 réalisée dans un matériau à point de fusion élevé. L'extrémité supérieure de la garniture 28 est placée entre des rebords annulaires verticaux 29 et 30 reliés à une seconde plaque annulaire 31. La seconde plaque annu- laire 31 est fixée au rebord 26 par un certain nombre de boulons filetés 32 munis de poignées 33. En réglant la distance entre la première plaque 24 et la seconde plaque 31, par manoeuvre des poignées 33, on peut serrer ou desserrer la garniture flexible 28. Cette garniture 28 peut se régler localement autour de la circonférence de l'enveloppe 3 par manoeuvre des poignées 33. En cours de fonctionnement, le four- de cuisson 1 est entralné de façon continue ou sensible- ment continue par rapport à l'enveloppe 3, à une vitesse correspondant à la vitesse de cuisson préréglée du corps de carbone 2. Lorsque l'enveloppe 3 contenant la pâte d'électrode non cuite 4 pénètre dans le four de cuisson 1, la pâte d'électrode est chauffée pour devenir d'abord liquide, puis pour être ensuite cuite de manière à former un corps de carbone solide. Pendant la cuisson, des gaz carbonés se dégagent dans la pâte d'électrode. Ces gaz passent dans le four de cuisson 1 par les perforations de l'enve- loppe 3. non représentées, et la majeure partie de ces gaz sont immédiatement brûlés parl'air de combustion ali- mentant le four de cuisson. Une partie des gaz se condense cepen- dant sur la zone de refroidissement 19 de la partie ver- ticale inférieure de la chambre de refroidissement 16, là o la température est maintenue au-dessous de 400 C par l'agent de refroidissement circulant dans la chambre de refroidissement. Lorsque la température à l'intérieur de la chambre de cuisson se trouve dans l'intervalle compris entre 700 et 1300 C, la partie des gaz qui vient en con- tact avec la zone de refroidissement 19 se condense. La température dans la zone de la chambre de refroidissement 16 est cependant trop faible pour que les gaz condensés soient brûlés. Ces gaz condensés descendent donc dans la chambre de combustion ou ils sont immédiatement brûlés. La chambre de refroidissement permet en outre de s'assurer que les gaz situés dans l'espace annulaire-compris entre l'enveloppe 3 et la chambre de refroidissement, sont main- tenus à une temperature plus basse. La garniture 28 se trouve donc protégée contre l'exposition aux températures élevées, ce qui permet d'augmenter la durée de cette gar- niture 28. L'invention permet ainsi d'obtenir un four de cuisson pouvant fonctionner pendant de très longues campagnes de travail sans rencontrer de difficul- tés de fonctionnement dues à des formations de couches de matériau carbonisé. On obtient en outre une très bonne étanchéité au gaz entre le corps de carbone et le four de cuisson, ce qui réduit au minimum les risques de fuites de gaz dangereux du four de cuisson vers l'environnement extérieur. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Four de cuisson pour la produc- tion continue de corps de carbone allongés présentant une section transversale uniforme, ce four étant destiné à se déplacer de façon continue ou sensiblement continue par rapport à une enveloppe contenant une pâte d'électro- de carbonée non cuite, avec une vitesse correspondant à une vitesse de cuisson prédéterminée du corps de carbone, four de cuisson (1) caractérisé en ce qu'il comprend une coque d'acier extérieure (5) et un revêtement réfractaire (6) placé à l'intérieur de la coque (5), ce revêtement réfractaire (6) définissant une chambre de combustion (7), une chambre de refroidissement (16) placée entre la partie supérieure (15) du revêtement réfractaire (6) et l'enveloppe (3), des moyens d'étanchéité aux gaz (23) placés au-dessus de la chambre de refroidissement (16), et un passage de gaz d'échappement (11) placé au-dessous du revêtement réfractaire (6). 2 ) Four de cuisson selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (19) de la chambre de refroidissement (16) est située sensiblement au même niveau vertical que l'extrémité inférieure de la partie supérieure (15) du revêtement réfractaire (6). 3 ) Four de cuisson selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'un anneau de guidage (22) destiné à guider l'enveloppe (3) est placé au-des- sus de la chambre de refroidissement (16). 4 ) Four de cuisson selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité aux gaz (23) comprennent une garniture flexible (28) montée entre des rebords inférieurs verticaux (26, 27) et des rebords supérieurs verticaux (29, 30) , et en ce que la distance entre les rebords inférieurs (26, 27) et les rebords supérieurs (29, 30) peut être réglée. ) Four de cuisson selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que la distance entre les rebords inférieurs (26, 27) et les rebords supérieurs (29, 30) est réglable au moyen d'un certain nombre de boulons (32). 6 ) Four de cuisson selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que ce four de cuisson com- porte au moins un brûleur (8) de combustible solide, liquide ou gazeux. 7 ) Four de cuisson selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le brûleur (8) est placé tangentiellement par rapport à la chambre de com- bustible (7). 8 ) Four de cuisson selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que ce four de cuisson (1) est équipé d'au moins un tuyau (10) d'alimentation en air de combustion de la chambre de combustion (7).