LEVACHER, Michel (9 Rue Luizet, Ecully, F-69130, FR)
Revendications
1. Dispositif de chauffage (1) d'un bain de métal liquide (2), ledit dispositif (1) pouvant être déplacé par rapport à une cuve (3) contenant le métal liquide (2) et comportant au moins un thermo-plongeur à haut flux (4, 14) destiné à chauffer le métal liquide (2) caractérisé en ce que ledit thermo-plongeur (4, 14) est solidarisé, par une de ses extrémités (6, 7), à un mât de connexion (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98) partiellement immergé dans le bain de métal liquide (2), ledit thermoplongeur (4, 14) étant totalement immergé dans le bain (2).
2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermo-plongeur (4, 14) est agencé axialement par rapport au dit mât de connexion (18, 28).
3. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermo-plongeur (4, 14) est agencé radialement par rapport au dit mât de connexion (38, 48, 58, 68, 78, 88, 98).
4. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs thermo-plongeurs (4) solidarisés à un même mât de connexion
(68, 78).
5. Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les thermo-plongeurs (4) sont répartis angulairement d'une même valeur autour du mât de connexion (68).
6. Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les thermo-plongeurs (4) sont répartis verticalement sur le mât de connexion (78) de manière à chauffer le métal liquide (2) à différentes profondeurs.
7. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mât de connexion (58) comporte des agencements (19) destinés à coopérer avec le fond (11) de la cuve (3).
8. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux mâts (88, 98) solidarisés chacun avec une des extrémités (6, 7) d'un même thermo-plongeur (4).
9. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le thermo-plongeur (4, 14) est agencé sensiblement perpendiculairement par rapport au mât de connexion (38, 48, 58, 68, 78, 88, 98).
10. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le thermo-plongeur (4, 14) s'étend sensiblement parallèlement par rapport au fond (11) de la cuve (3).
11. Dispositif de chauffage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le thermo-plongeur (4, 14) comporte une section comprise entre 10 et 65 millimètres de diamètre.
12. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mât de connexion (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98) comporte une portion chauffante. |
DISPOSITIF DE CHAUFFAGE D'UN BAIN DE METAL LIQUIDE
Domaine technique L'invention se rapporte à un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Un tel dispositif est par conséquent associé à une cuve dont le contenu est du métal en fusion, notamment des alliages ou métaux purs d'aluminium, de magnésium, de zinc ou des métaux blancs. Un tel dispositif comporte un élément chauffant appelé thermo-plongeur à haut flux.
L'invention vise plus particulièrement un dispositif dans lequel le thermoplongeur est mobile en translation, de manière à rendre aisée sa sortie de la cuve et ainsi faciliter les opérations de nettoyage nécessaires à sa maintenance.
Art antérieur
De façon générale, les dispositifs de chauffage d'un bain de métal liquide comportent un thermo-plongeur partiellement immergé à l'intérieur du bain de métal liquide. Dans ce cas, l'une des extrémités est immergée à l'intérieur de la cuve et est directement au contact du métal liquide, tandis que l'autre extrémité émerge de la cuve de façon à permettre son alimentation électrique.
Cependant, dans les dispositifs connus une fraction de partie chauffante émerge du bain de métal et est en contact avec l'air. Cette configuration ne permet pas de garantir un rendement optimal en termes de consommation d'énergie.
De plus, lorsque le niveau de la cuve descend, des impuretés ou des crasses viennent alors se coller sur la fraction chauffante émergée du thermo-plongeur. De tels dispositifs ont donc des rendements très sensibles à la propreté de leur thermoplongeur. Par conséquent, il est nécessaire de nettoyer régulièrement le thermo- plongeur afin de retirer les crasses et ainsi éviter la chute de son rendement de fonctionnement.
Des tubes prolongateurs en acier sont parfois utilisés pour atteindre un bain de métal liquide situé dans des cuves ou poches de grande profondeur. Cependant ces tubes ne peuvent entrer en contact avec le métal en fusion et ne permettent donc pas d'immerger totalement les thermo-plongeurs à l'intérieur du bain de métal liquide.
On connaît par ailleurs les dispositifs de chauffage positionnés directement au niveau d'une paroi latérale de la cuve. Dans ce cas, les thermo-plongeurs ne sont alors plus mobiles en translation et il n'est plus nécessaire de les nettoyer régulièrement. En effet, comme ils restent toujours totalement immergés à l'intérieur de la cuve avec un niveau de métal bas minimum, les crasses présentes à la surface du bain viennent de façon moindre se redéposer sur les thermoplongeurs.
Cependant, de tels dispositifs nécessitent de réaliser une étanchéité au niveau de la paroi de la cuve pour éviter que le métal en fusion ne sorte par l'orifice dans lequel le thermo-plongeur est introduit. Toutefois, un tel dispositif doit tout de même subir des opérations de maintenance, et il est également possible que le thermo-plongeur connaisse une défaillance et doive être changé. Dans ce cas, l'opération de démontage du thermo-plongeur par rapport à la cuve est très longue à mettre en œuvre et nécessite des moyens importants. En effet, une plaque vissée maintient le thermo-plongeur en position dans la cuve et un joint participe à l'étanchéité. Ce joint doit donc être cassé à chaque opération de démontage.
Ainsi, le but de l'invention est de permettre un chauffage d'un bain de métal liquide au moyen d'un thermo-plongeur présentant un rendement optimal, tout en facilitant les opérations de maintenance, voire de remplacement du thermoplongeur si nécessaire.
Par ailleurs, on connaît également des dispositifs de chauffage, tels que décrit dans le document FR 795 666, permettant de chauffer du sel à l'état liquide au moyen d'un élément chauffant métallique. Ce type d'élément chauffant est donc
dépourvu d'une gaine protectrice en matériau céramique et ne comporte pas une puissance surfacique équivalente à celle des thermo-plongeurs à haut flux.
Ainsi, ce type de dispositif de chauffage n'est pas adapté pour le chauffage de bain de métal liquide puisque le niveau de corrosion d'un bain de métal liquide est sans comparaison supérieur à celui d'un bain de sel en fusion. De même, la puissance surfacique nécessaire pour maintenir un bain de métal en fusion est très supérieure à celle nécessaire pour maintenir un bain de sel liquide.
Par conséquent, un second objectif de l'invention est de fournir un dispositif de chauffage adapté au niveau de corrosion propre aux bains de métal liquide et présentant une puissance surfacique suffisante pour maintenir la température de ces bains.
Exposé de l'invention
L'invention concerne donc un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Un tel dispositif peut être déplacé par rapport à une cuve contenant le métal liquide et comporter au moins un thermo-plongeur à haut flux destiné à chauffer le métal liquide.
II se caractérise en ce que le thermo-plongeur est solidarisé, par une de ses extrémités, à un mât de connexion partiellement immergé dans le bain de métal liquide. Le thermo-plongeur est alors totalement immergé dans le bain.
Autrement dit, le thermo-plongeur est rapporté sur un mât de connexion de façon à permettre son immersion totale à l'intérieur du bain. Le mât de connexion n'est pas ou peu chauffant. De plus, le chauffage est réalisé en partie basse de la cuve, ce qui favorise l'homogénéité de la température du bain. L'une des extrémités du thermo-plongeur est donc solidarisée au mât de connexion qui peut présenter différentes sections et dimensions, en fonction notamment du type de thermo-plongeur utilisé, de son positionnement par rapport au mât de connexion ou encore du nombre de thermo-plongeurs qui lui sont associés.
Selon un premier mode de réalisation, le thermo-plongeur peut être agencé axialement par rapport au mât de connexion.
Ainsi, le mât de connexion peut également servir de prolongateur pour notamment chauffer une cuve ou poche de grande profondeur. Il peut permettre aussi de limiter la longueur des thermo-plongeurs puisqu'ils sont alors totalement immergés et chauffent le bain de métal avec un rendement accru par rapport aux thermo-plongeurs dont une portion chauffante émerge du bain.
Un tel mode de réalisation peut notamment être avantageux pour chauffer un bain de métal dont le niveau reste constant, notamment dans une poche de transport permettant de maintenir le métal à l'état liquide entre le site de production et un site d'utilisation.
Selon un second mode de réalisation, le thermo-plongeur peut être agencé radialement par rapport au mât de connexion.
En effet, ce mode de réalisation permet de positionner un thermoplongeur au plus bas du bain de métal en fusion. Il peut alors être utilisé par exemple dans une poche dont le niveau varie pour chauffer avec le même rendement un bain de métal quelque soit la quantité de métal présente dans la poche.
Dans ce cas, le dispositif peut comporter plusieurs thermo-plongeurs solidarisés à un même mât de connexion.
Ainsi, selon un premier mode de réalisation, les thermo-plongeurs peuvent être répartis angulairement d'une même valeur autour du mât de connexion. Par conséquent, les thermo-plongeurs sont régulièrement agencés radialement autour du mât de connexion.
Selon un deuxième mode de réalisation, les thermo-plongeurs peuvent être répartis verticalement sur le mât de connexion de manière à chauffer le métal liquide à différentes profondeurs. De cette manière, les thermo-plongeurs peuvent être agencés parallèlement l'un au dessus de l'autre, mais peuvent également présenter des orientations différentes de manière à favoriser l'homogénéité de la température du bain de métal liquide.
Bien évidemment, les deux variantes précédemment citées peuvent être combinées, et par conséquent, un mât de connexion peut comporter plusieurs étages comportant chacun de petits thermo-plongeurs.
Avantageusement, le mât de connexion peut comporter des agencements destinés à coopérer avec le fond de la cuve. Autrement dit, le mât de connexion vient au contact du fond de la cuve. Ce mode de réalisation permet de simplifier en outre le positionnement en profondeur des thermo-plongeurs à l'intérieur de la cuve. En effet, il est alors préférable d'asservir le déplacement en translation du mât de connexion pour connaître précisément sa position.
En pratique, le dispositif peut comporter deux mâts solidarisés chacun avec l'une des extrémités d'un même thermo-plongeur.
En d'autres termes, le thermo-plongeur est maintenu au niveau de ses deux extrémités à un mât de connexion. Il est par conséquent fermement supporté et n'est pas soumis à l'arc-boutement sur son propre poids. De plus, chacune de ses extrémités peut présenter une connexion électrique remontant au travers de chacun des mâts de connexion.
Selon un mode de réalisation particulier, le thermo-plongeur peut être agencé sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe du mât de connexion. Autrement dit, si par exemple le mât a une orientation verticale, l'orientation du thermo-plongeur est sensiblement horizontale à l'intérieur de la cuve. Ce
positionnement est tout particulièrement intéressant pour positionner le thermoplongeur au plus près du fond de la cuve lorsque celui-ci est également horizontal.
En pratique, lorsque la cuve présente un fond dont l'orientation n'est pas sensiblement horizontale, mais inclinée, le thermo-plongeur peut s'étendre sensiblement parallèlement par rapport au fond de la cuve.
Avantageusement, le thermo-plongeur peut comporter une section comprise entre 10 et 65 mm de diamètre. De cette manière, il est possible de rapporter des thermo-plongeurs de tous types, et notamment ceux désignés sous l'appellation de
« mini thermo-plongeurs ». La taille du mât de connexion est alors adaptée en fonction de la taille des thermo-plongeurs associés.
Selon un mode de réalisation particulier, le mât de connexion peut comporter une portion chauffante. Cette portion est alors obtenue au moyen des connexions qui remontent à l'intérieur de sa structure. Cependant, le flux dégagé par cette portion chauffante sera alors qualifié de "bas flux" en opposition avec le terme "haut flux" désignant la partie chauffante du thermo-plongeur.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :
- les figures 1 et 2 sont des vues en coupe selon un premier mode de réalisation d'un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide, conformément à l'invention ;
- les figures 3 à 5 sont des vues en coupe selon un second mode de réalisation d'un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide, conformément à l'invention ; - les figures 6 à 8 sont différentes variantes conformes au second mode de réalisation du dispositif de chauffage, conforme à l'invention.
Manière de décrire l'invention
Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de chauffage d'un bain de métal liquide. Tel que représenté en figure 1, le dispositif (1) comporte un mât de connexion (18) sur lequel est rapporté un thermo-plongeur à haut flux (4). Tel que représenté, le thermo-plongeur (4) est totalement immergé à l'intérieur du bain de métal liquide (2) contenu dans la cuve (3). Le mât de connexion (18) est quant à lui partiellement immergé.
Dans la variante représentée, le mât de connexion (18) est formé par un cylindre creux en matériau réfractaire adapté à l'alliage utilisé, par exemple en céramique. L'extrémité (6) est alors ajustée à l'intérieur d'un logement ménagé dans le mât de connexion (18). L'extrémité (7) est, dans cette représentation, laissée libre à l'intérieur du bain de métal liquide (2).
Selon le premier mode de réalisation, le thermo-plongeur (4) est agencé axialement par rapport au mât de connexion (18). Un intermédiaire de collage (10) peut notamment permettre de solidariser le thermo-plongeur (4) avec le mât de connexion (18) entre deux surfaces cylindriques en regard.
Dans la variante telle que représentée à la figure 2, le thermo-plongeur (14) présente une section supérieure à celle du mât de connexion (28). Un logement est ménagé à l'intérieur du thermo-plongeur (14) au niveau de son extrémité (6) et le mât de connexion (28) y est inséré de façon à maintenir le thermo-plongeur (14) totalement immergé dans le bain (2) de métal liquide.
Un thermo-plongeur de section plus importante peut notamment permettre d'augmenter le flux.
Selon le second mode de réalisation et tel que représenté à la figure 3, le thermo-plongeur (4) peut également être agencé radialement par rapport à un mât de connexion (38). De cette manière, il peut être positionné parallèlement par
rapport au fond de la cuve (3) et rester totalement immergé dans le bain de métal
(2) quelle que soit sa hauteur.
De même qu'à la figure 1, le mât de connexion (38) est creux et présente un logement dans lequel est introduit le thermo-plongeur (4). Un intermédiaire de collage peut également permettre de solidariser les deux pièces l'une avec l'autre.
Tel que représenté à la figure 4, et comme à la figure 2, dans ce cas le mât de connexion (48) est introduit dans un logement au niveau d'une extrémité (6) du thermo-plongeur (14) qui présente une section supérieure.
Tel que représenté dans la figure 5, le mât de connexion (58) présente dans ce cas un agencement (9) apte à venir coopérer avec le fond (11) de la cuve (3). Dans ce cas, il est également muni d'un raccord (19) apte à permettre la solidarisation du thermo-plongeur (4) avec le mât de connexion (58). De cette manière, l'usinage rectifié de l'orifice dans lequel vient se loger l'extrémité (6) du thermo-plongeur (4), est réalisé dans une pièce indépendante et facilement adaptable sur les machines habituellement utilisées en usinage.
Dans la variante représentée à la figure 6, un mât de connexion (68) peut être équipé de quatre thermo-plongeurs positionnés de manière diamétralement opposée par rapport à l'axe du thermo-plongeur. De cette manière, la chaleur dégagée par les thermo-plongeurs (4) remonte tout autour du mât de connexion (68).
Dans la variante représentée à la figure 7, les thermo-plongeurs (4) peuvent être positionnés l'un au dessus de l'autre sur un mât de connexion (78). Dans cette représentation, ils sont agencés de façon parallèle. Cependant, on peut également envisager de les orienter dans des directions différentes.
Dans la variante représentée à la figure 8, un thermo-plongeur (4) peut être solidarisé à deux mâts de connexion (88, 98) au niveau de chacune de ses
extrémités (6) et (7). Une telle configuration permet en outre de rigidifier la structure du dispositif et d'éviter les problèmes de casse des thermo-plongeurs.
Bien évidemment, toutes les combinaisons possibles entre ces différentes variantes sont envisageables pour réaliser le chauffage d'un bain de métal liquide à l'intérieur d'une poche ou analogue et notamment plusieurs thermoplongeurs peuvent être solidarisés à chacune de leurs extrémités avec un mât de connexion.
Il ressort de ce qui précède qu'un dispositif de chauffage conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment :
• il permet d'éviter le dépôt des crasses sur le thermo-plongeur, et donc de réduire les opérations de maintenance et de nettoyage ;
• il permet de réaliser un chauffage homogène du bain de métal liquide à l'intérieur de la cuve ; • l'immersion totale du thermo-plongeur à l'intérieur du bain de métal liquide permet de réaliser des économies en termes de consommation électrique.
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