Brevet FR3147803A1 — publié le 20241018

La présente invention concerne un support (8) d'électrode (1) de fusion immergée à partir de la surface d'un bain de fusion, ledit support (8) comportant un système d'amenée de courant, un premier dispositif de refroidissement (20) comprenant un conduit intérieur (12) et un conduit extérieur (11) associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, le conduit extérieur dudit premier dispositif de refroidissement étant entouré par un isolant électrique, ledit isolant électrique étant entouré d’un second dispositif de refroidissement (22) comprenant un conduit intérieur (17) et un conduit extérieur (16) associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, caractérisé en ce qu’au moins le conduit extérieur du second dispositif de refroidissement présente une section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Fig 1 four verrier L’invention concerne un four verrier. Art antérieur L’invention concerne un dispositif de fusion d’une matière vitrifiable, notamment utilisé dans la production de verre plat, verre creux ou fibres d’isolation, appelé ci-après four verrier. Un tel four consiste en une cuve surmontée d’une superstructure. La cuve est l’endroit dans lequel la matière première est fondue. La superstructure est une structure déposée sur la cuve pour former un endroit clos. Cette superstructure comprend ainsi une paroi latérale et une voute fermant le four par le dessus. Ce four comprend des moyens de chauffage pour porter la matière première à une température de fusion. Ces moyens de chauffage se présentent, par exemple, sous forme d’électrodes par lesquelles l'énergie est dissipée par effet Joule dans la masse fondue à partir d'électrodes dites plongeantes. Ces moyens de chauffage comprennent une électrode fixée à un support qui comprend le système d'alimentation électrique et un dispositif de refroidissement de l'électrode. Le dispositif de refroidissement consiste en deux conduits associés pour permettre une circulation d’un liquide de refroidissement. Il s’agit alors d’un réseau de conduites adaptées pour la circulation d’un fluide de refroidissement (dit « water jacket » en langue anglaise). Le conduit extérieur de ce dispositif de refroidissement est entouré d’une enveloppe en matériau isolant. Cette enveloppe est, pour part, entourée d’un second dispositif de type water jacket muni de deux conduits concentriques associés pour permettre la circulation d’un liquide de refroidissement. Dans ce système connu, les conduits des deux dispositifs de refroidissement du type water jacket sont circulaires. Cette configuration permet de réaliser des bras d’électrodes pour des fours de petites tailles ou de moyennes tailles c’est-à-dire pour des bras n’excédant pas 2m de long. Or, la tendance actuelle fait ressortir le besoin d’avoir des grands fours permettant d’avoir une production verrière conséquente. Or, ces grands fours nécessitent des moyens de chauffage adaptés. Dans le cas d’un chauffage par effet joule avec des électrodes, il est donc nécessaire d’avoir des bras d’une longueur supérieure aux bras existants. Cette longueur supérieure entraine des contraintes mécaniques sur lesdits bras. La présente invention a pour but de fournir un four verrier qui fournit une configuration de bras permettant une augmentation de leur longueur pour une utilisation en grand four. A cet effet, l’invention concerne un support d'électrode de fusion immergée à partir de la surface d'un bain de fusion, ledit support comportant un système d'amenée de courant, un premier dispositif de refroidissement comprenant un conduit intérieur et un conduit extérieur associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, le conduit extérieur dudit premier dispositif de refroidissement étant entouré par un isolant électrique, ledit isolant électrique étant entouré d’un second dispositif de refroidissement comprenant un conduit intérieur et un conduit extérieur associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, caractérisé en ce qu’au moins le conduit extérieur du second dispositif de refroidissement présente une section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Selon un exemple, en outre le conduit intérieur du second dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Selon un exemple, en outre le conduit extérieur du premier dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Selon un exemple, en outre le conduit intérieur du premier dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Selon un exemple, la section parallélépipédique est carrée. Selon un exemple, les conduits de section non parallélépipédique sont de section circulaire ou sensiblement circulaire. Selon un exemple, le conduit extérieur du premier dispositif de refroidissement est conducteur et forme le système d’amenée de courant. Selon un exemple, le support présente une étendue horizontale supérieure à 2000 mm, préférentiellement supérieure à 2500 mm, préférentiellement supérieure à 3000 mm, préférentiellement supérieure à 3500 mm, préférentiellement supérieure à 3700 mm, préférentiellement supérieure à 3900 mm. Description des figures D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la représente une vue d’un four; - la représente une vue en coupe d’un support d’électrode ; - les figures 3, 5, 6 et 7 représentent schématiquement des vues en sections de variantes d’un support selon l’invention; - la représente une vue en coupe d’un support d’électrode avec la différence de surface entre une section carrée et une section circulaire. Description détaillée de l’invention Le schéma de la représente une partie d'un four de fusion associé à des électrodes plongeantes 1. Le four est constitué par un bassin réfractaire composé de la sole 2 et des parois latérales 3. Au-dessus du bassin, la voûte réfractaire 4 est suspendue à un bâti métallique 5 partiellement représenté, ledit bâti métallique 5 chevauchant le four. Il est prévu des parois réfractaires mobiles 6 qui lorsqu'elles sont en position basse, c'est-à-dire en appui sur les parois latérales 3, permettent d'isoler partiellement le bain en fusion 7 de l'atmosphère environnante. Seules des ouvertures dans les parois 6 sont prévues pour le passage des supports d'électrodes 8. Cette position basse des parois 6 est adoptée lorsque le four est mis en état de veille et qu'il n'est plus nécessaire de l'alimenter en matières premières. Cela permet d'éviter une déperdition thermique trop importante, et le risque de dégrader tout le matériel environnant. En ce qui concerne l'électrode 1 celle-ci est immergée à la surface du bain de fusion 7 sous la couche 9 de matières premières à fondre. Cette couche 9 qui recouvre le bain de fusion 7 en mode de fonctionnement normal, isole thermiquement le bassin et permet d'éviter les déperditions thermiques. L'électrode 1 est fixée au support 8 qui comprend le système d'alimentation électrique et un dispositif de refroidissement 20 de l'électrode 1, qui ne sont pas représentés sur cette . L’électrode 1 est alimentée par un courant monophasé, triphasé ou diphasé. Le support 8 est lui-même raccordé à un mécanisme non représenté qui permet notamment de retirer une électrode 1 du bain par exemple pour un changement ou une réparation. Sur la , l'électrode 1 par exemple réalisée en molybdène, est fixée par l'intermédiaire d'un élément 10, conducteur de courant, au conduit 11 qui constitue une partie du dispositif de refroidissement conducteur de courant électrique. L'élément 10 est une allonge qui se fixe au conduit 11 par vissage. A l'autre extrémité de cette allonge 10, on fixe l'électrode 1. Une telle réalisation permet de pouvoir démonter facilement l'ensemble allonge 10/électrode 1 car l'endroit du vissage ne trempe jamais dans le bain de fusion. En effet, si le conduit 11 était plus long et venait tremper directement dans le bain, il serait possible de fixer directement l'électrode 1 sur celui-ci par exemple par vissage. Par contre, il deviendrait beaucoup plus délicat de procéder au démontage de l'électrode, le point d'attache ayant trempé dans le bain de fusion. Selon notre montage le changement est très facile mais nécessite tout de même de remplacer l'allonge 10 en même temps que l'électrode 1. Cette allonge 10 peut être entourée, au moins partiellement, d'un matériau réfractaire suffisamment épais pour éviter un contact direct avec les matières premières ou le bain fondu. D'autre part, l'allonge 10 permet également le passage du liquide de refroidissement jusqu'à l'électrode afin que celle-ci soit refroidie. La fixation par vissage est intéressante car elle permet un remplacement rapide. Les remplacements d'électrodes peuvent être fréquents car ils n'interviennent pas uniquement en cas d'usure mais permettent également de modifier les électrodes et notamment leur longueur de façon à modifier le niveau d'immersion et donc l'apport énergétique au sein du four. Le conduit 11 peut être réalisé en métal de façon à avoir de bonnes propriétés de rigidité et de conduction. Ce métal peut être un acier ou n’importe quel alliage ou métal possible. Au sein de ce premier conduit 11, est placé un second conduit 12, par exemple concentrique à la paroi externe du conduit 11. Ce second conduit 12 est par exemple fixé en différents points à la surface interne du premier conduit 11. L'association de ces deux conduits 11 et 12 permet une circulation d'eau et constitue ainsi un premier dispositif de refroidissement de type water-jacket entre la paroi interne de 11 et la paroi externe de 12. Le système de refroidissement étant conçu de façon à refroidir l'électrode 1, le second conduit 12 traverse l'allonge 10. On comprend ainsi que le premier dispositif de refroidissement 20 comprend un conduit intérieur 12 et un conduit extérieur 11. A l'autre extrémité du premier conduit 11 vient se fixer un collier 13 d'alimentation par exemple en cuivre lui-même placé au sein d'un coffrage isolant 14. Ce collier 13 permet de mettre le premier conduit 11 à la tension désirée, et celui-ci étant conducteur électrique d'alimenter l'électrode 1 sous cette même tension. Autour du premier conduit 11 est placé un matériau 15 isolant électrique avantageusement réalisé en un matériau réfractaire du type de l'isolant électrique commercialisé sous la référence MURATHERM 500 M. Le matériau 15 est réalisé sous forme d'un ou plusieurs manchons qui enveloppent et prennent appui sur une partie de la surface externe du premier conduit 11. Ce matériau isolant électrique permet donc une accessibilité au support d'électrode sans aucun risque d'électrocution pour les opérateurs qui doivent approcher du bain de fusion. Le matériau 15 est lui-même entouré d'une enveloppe 16 concentrique dans laquelle circule un liquide de refroidissement tel que de l'eau. Cette enveloppe 16 du type "water-jacket" comprend un manchon 17 interne qui permet la circulation d’un liquide de refroidissement formant un second dispositif de refroidissement 22. On comprend ainsi que le second dispositif de refroidissement 22 comprend un conduit intérieur 17 et un conduit extérieur 16. Ce second dispositif de refroidissement, qui comprend aussi deux conduits, permet d'une part d'éviter une surchauffe du matériau isolant même si celui-ci est choisi comme pouvant résister à des températures assez élevées et s'il est déjà en partie refroidi par le premier système de refroidissement. D'autre part, il permet d'obtenir une surface externe du support d'électrode 8, qui reste relativement froide et peut permettre une manipulation ou tout au moins l'approche d'un opérateur même lorsque le four est en veilleuse et que le support 8 est chauffé essentiellement par le rayonnement issu du bain de fusion où la couche 9 de matière première est absente. Les différents éléments cités 11, 12, 15, 16, 17 constituent des conduits creux. On comprend alors que les éléments cités 11 et 16 sont des conduits dits extérieurs et que les éléments 12 et 17 sont des conduits dits intérieurs. Selon l’invention, les conduits du premier dispositif de refroidissement 20 du type water jacket et les conduits du second dispositif de refroidissement 22 du type water jacket ont des formes, sections déterminées. On comprend que les formes citées peuvent présenter une ou des variations ponctuelles. Dans un mode de réalisation, les deux conduits 11, 12 du premier dispositif de refroidissement sont circulaires ou sensiblement circulaires. Dans ce premier mode de réalisation, les conduits du second dispositif de refroidissement sont tels que l’enveloppe 17 est circulaire ou sensiblement circulaire alors que le manchon 16 est de forme sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique comme visible à la . De préférence, cette forme parallélépipédique est un carré. Cette différence de forme entre les deux conduits 16, 17 du second dispositif de refroidissement permet des avantages mécaniques pour la réalisation de grands bras. En effet, l’espace entre deux conduits 16, 17 est un espace dans lequel un liquide de refroidissement circule. Ce liquide de refroidissement, lors de sa circulation, apporte sa masse à l’ensemble du système de chauffage du type électrode. Or, pour un bras d’une certaine taille, cette masse entraine des contraintes mécaniques. Le but est ainsi d’obtenir un équilibre entre les performances du refroidissement et la masse de l’ensemble. La différence de forme entre les deux conduits permet d’avoir un espace qui, pour le même encombrement a une surface supérieure comme visible à la . Cette surface supérieure permet d’améliorer le refroidissement en ayant une meilleure circulation du liquide de refroidissement. Comme visible sur la , on peut voir des exemples de configuration avec dans un premier cas visible en A avec un conduit 16 extérieur de forme parallélépipédique et dans un second cas visible en B avec un conduit 16 extérieur de forme circulaire. L’exemple C montre la différence de surfaces entre les exemples A et B. On voit alors que pour le même encombrement, c’est-à-dire pour la même distance entre l’axe centrale et la surface du conduit extérieur 16, l’exemple A permet une surface, section de refroidissement plus importante. En effet, pour un carré de 10cm de côté, on obtient une surface de 100cm2. Pour un cercle de 10cm de diamètre, on obtient une surface de 78.5 cm2. Cette surface plus importante permet ainsi de faire passer plus de liquide de refroidissement. A contrario, il est possible, pour une même quantité de liquide de refroidissement, de réduire la taille des conduits. Cette réduction de la taille des conduits permet une réduction du poids du support 8 et donc une meilleure tenue mécanique de celui-ci. Dans une variante comme visible à la , l’enveloppe 16 du second dispositif de refroidissement est également de forme sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique, de préférence carrée. Ainsi, les deux conduits du second dispositif de refroidissement sont de forme parallélépipédique, de préférence carrée. Dans une autre variante, l’enveloppe 16 et/ou le manchon 17 ont une forme rectangulaire. Dans une variante visible à la , le conduit 11 est également de forme parallélépipèdique, de préférence carrée. Cela implique que l’enveloppe 16 et le manchon 17 aient une forme sensiblement parallélépipédique ou parallélépipèdique, de préférence carrée. Cette variante n’empêche pas d’avoir des conduits 16 et 17 circulaires mais l’encombrement et le poids seraient plus important. Dans une variante visible à la , le conduit 12 est également de forme sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique, de préférence carrée. Cela implique que le conduit 11, l’enveloppe 16 et le manchon 17 aient une forme parallélépipèdique, de préférence carrée. Avoir une forme carrée pour la totalité des conduits permet, pour un même encombrement, d’avoir une surface plus importante. Ainsi, par rapport à une forme circulaire, les conduits 11, 12, 16, 17 de l’invention permettent d’avoir un meilleur refroidissement. Mais cela permet également, à débit de liquide de refroidissement équivalent, d’avoir un encombrement réduit. Les différentes canalisations permettant l'arrivée et le départ de liquide de refroidissement ne sont pas représentées sur les figures. Le liquide de refroidissement utilisé pour le refroidissement est avantageusement une eau déminéralisée, ce qui permet d'utiliser les mêmes circuits pour les deux systèmes de refroidissement sans risque de conduction du courant vers le système de refroidissement externe, qui est par ailleurs relié à la terre. L'électrode associée à son support ainsi décrite selon l'invention permet d'une part une utilisation sans risque en mode de fonctionnement normal puisque aucun dispositif accessible n'est sous tension et d'autre part une utilisation sans risque de dégradation du support lorsque le four est mis en veilleuse. Le dispositif composé de l'électrode et de son support selon l'invention permet donc de conserver les différents avantages, liés à la fusion électrique par électrode immergée à partir de la surface du bain de fusion, qui ont été énumérés précédemment. Il s'agit par exemple, des bons rendements thermiques, de la bonne qualité du matériau fondu malgré des modifications de tirée, de l'augmentation de durée de vie du four car les réfractaires sont moins attaqués ou bien parce qu'il est aisé de changer une électrode. De plus, le dispositif selon l'invention permet d'éviter la présence d'électrodes totalement immergées pour les périodes de veilleuse ou bien la présence à plein temps d'un système de protection évitant la présence des opérateurs à proximité des éléments continuellement sous tension. Dans une alternative, le conduit 11 n’est pas un conducteur électrique. La conduction électrique est réalisée par un conduit ou une tige dédiée. Dans le cas d’un conduit, celui-ci peut être agencé pour être entouré par le conduit 11. Ainsi, le matériau isolant 15 entoure et est en contact avec le conduit conducteur Dans ce cas, le conduit 11 est par exemple une enveloppe en acier alors que le conduit dédié à la conduction électrique est dans un matériau conducteur comme du cuivre. Dans le cas d’une conduction opérée par une tige, celle-ci est idéalement placée dans le conduit 12. Cet agencement oblige le conduit 12 et donc le conduit 11, l’enveloppe 16 et le manchon 17 à avoir un diamètre plus important pour compenser la présence de cette tige. Le matériau utilisé pour la tige est un matériau conducteur de type cuivre. Selon l’invention, le support 8 est assimilé à un bras ayant une projection horizontale. Cette projection présente une étendue horizontale supérieure à 2000 mm, préférentiellement supérieure à 2500 mm, préférentiellement supérieure à 3000 mm, préférentiellement supérieure à 3500 mm, préférentiellement supérieure à 3700 mm, préférentiellement supérieure à 3900 mm. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art. Support (8) d'électrode (1) de fusion immergée à partir de la surface d'un bain de fusion, ledit support (8) comportant un système d'amenée de courant, un premier dispositif de refroidissement (20) comprenant un conduit intérieur (12) et un conduit extérieur (11) associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, le conduit extérieur dudit premier dispositif de refroidissement étant entouré par un isolant électrique, ledit isolant électrique étant entouré d’un second dispositif de refroidissement (22) comprenant un conduit intérieur (17) et un conduit extérieur (16) associés pour la circulation d’un liquide de refroidissement, caractérisé en ce qu’au moins le conduit extérieur du second dispositif de refroidissement présente une section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique . Support selon la revendication précédente, dans lequel en outre le conduit intérieur du second dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Support selon l‘une des revendications 1 ou 2, dans lequel en outre le conduit extérieur du premier dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Support selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel en outre le conduit intérieur du premier dispositif de refroidissement est de section sensiblement parallélépipédique ou parallélépipédique. Support selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la section parallélépipédique est carrée. Support selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les conduits de section non parallélépipédique sont de section circulaire ou sensiblement circulaire. Support selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le conduit extérieur du premier dispositif de refroidissement est conducteur et forme le système d’amenée de courant. Support selon l’une des revendications précédentes, présentant une étendue horizontale supérieure à 2000 mm, préférentiellement supérieure à 2500 mm, préférentiellement supérieure à 3000 mm, préférentiellement supérieure à 3500 mm, préférentiellement supérieure à 3700 mm, préférentiellement supérieure à 3900 mm.