Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La presente invention concerne un système d'étoupage
pour électrodes, notamment pour electrodes montées sur four
électrique opérant 50US atmosphère contrôlée.
Un four opérant sous atmosphère contrôlée est
construit de préférence de ~açon à présenter un unique conduit
d'échappement des gaz dans lequel on installe normalement un
disp~sitif d'obturation réglable, par exemple, un clapet ou
une vanne-papillon qui permet le réglage de la pression,
indépendamment du débit d'insufflation de gaz dans le four et
du dégagement de gaz des matières en fusion.
Pour rendre étanche un tel four en dehors de la
conduite d'échappement des gaz, la solution adoptée normalement
prévoit une cloche étanche qui couvre les électrodes avec
leurs systèmes de suspension, d'entraînement et d'alimentation
électrique et rendant difficile l'utilisation d'un porte
électrodes classique.
Cette solution a l'avantage de permettre l'utili-
sation de joints toriques. Le désavantage est cependant que
le système de suspension et d'entraînement de l'électrode doit
être construit de ~ac,on très compacte pour limiter les
dimensions de la cloche. De ~e fait, les éléments ~ragiles
du système de suspension des électrodes et de leur alimen-
tation électrique doivent etre placés à proximité des élec-
trodes et ne peuvent être protégés efficacement contre la
chaleur dégagée par celles-ci.
La présente invention a pour~but d'éliminer ce
désavanta~e, et de proposer un système d'étoupa~e qui rend
le ~our étanche à l'endroit où les électrodes pénètrent dans
le four et qui est capable de s'adapter à des électrodes
réalisées avec des tolérances élevées et possédant des
irrégularités prononcées.
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Plus précisement, l'invention a pour objet un
système d'é-toupage pour élec-trodes montees sur un four
electrique operant sous atmosphère controlee, comportant, à
l'endroit de penetration de l'electrode dans le four, un
bourrage comprime entourant l'electrode, une chambre
alimentee en gaz sous pression, entourant l'electrode et
situees entre le bourrage et l'interi~ur du four ainsi que
des moyens de refroidissement avoisinant la chambre,
l'electrode et le bourrage. Le système d'etoupage selon
l'invention est caracterise en ce que le bourrage est serre
dans un presse-etoupe con`stitue par des elements de forme
annulaire, le presse-etoupe etant assis dans un anneau de
refroidissement. La chambre qui est alimentee en gaz sous
pression est delimitee par le bourrage, par le corps de
l'electrode, par une paroi appartenant aux moyens de
refroidissement et, cote four, par un anneau metallique en
au moins deux parties s'appuyant contre l'electrode. Les
moyens de refroidissement comportent, à cote de l'anneau de
refroidissement entourant le bourrage, egalement une gaine
entourant l'electrode, la gaine etant situee entre la
chambre et la partie active de l'electrode. Un autre anneau
entourant presqu'entièrement l'electrode et constitue par au
moins deux segments est situe entre la partie active de
l'electrode et la gaine.
De preference, le bourrage est à base de fibres en
carbone ou en graphite.
L'avantage majeur du système d'etoupage selon la
presente invention réside dans le fait que les électrodes
peuvent être remplacees rapidement à chaud sans risquer
d'endommager les eléments mécaniques du système d'entra;-
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nement des electrodes. L'écartement entre ces éléments et
l'électrode pourra correspondre à une distance représentant
plusieurs fois le diametre d'une électrode.
On cree en outre la possibilite de maintenir les
electrodes par des bras porte-electrodes de construction
classique, ce qui est pratiquement impossible dans les
systèmes connus.
Lors d'un changement d'électrodes, le temps
d'arrêt de production du four est minimal puisque les
electrodes peuvent etre retirees sans devoir attendre
qu'elles refroidissent et avec un minimum de manoeuvres
necessaires pour liberer l'electrode de sa griffe et du
joint a l'endroit de penetration dans le four.
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~Z3~gg~
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
appara~trons plus clairement à la lecture de la description
détaillée ci-après, faite en référence aux dessins ci-joints,
dans lesquels la Figure 1 est une vue en coupe d'un système
d'étoupage selon l'invention.
Il y est représenté une électrode 1 s'étendant sui-
vant un axe vertical 26 au travers d'un orifice 28 dans la
paroi métallique 14 d'un four et pénétrant à l'intérieur du
four. L'étanchéité du four ~ l'endroit de pénétration de
l'électrode est obtenue par le montage d'un bourrage adéquat 2
qui est maintenu par un presse-étoupe constitué par les élé-
ments 3, 4 et 5. Le bourrage 2 est constitué dans le cas
présent par deux anneaux d'étanchéité en fibres de carbone
joints décalés, lesquels sont superposés suivant l'axe 26 de
l'électrode. Le serrage du presse-étoupe se fait à l'aide des
boulons 6. La partie 4 du presse-étoupe, qui est constitué par
un anneau ri~ide de compression s'appuyant axialement contre
le bourrage, est destiné à compresser axialement le bourrage
de ~açon à presser ce dernier radialement contre l'électrode.
La partie S du presse-étoupe est assise dans un anneau de re-
froidissement 7, l'étanchéité entre ces deux éléments est
garantie par un ou deux joints en 0 désignés sur la fig~ 1
par le numéro de référence 8.
Le presse-étoupe est fixé ~ l'anneau de refroidisse-
ment 7 ~ l'aide de clavettes 3 passant par les axes de support
10 .
L'anneau de refroidissement 7 qui entoure le bourrage
et la chambre et dans lequel circule un fluide de refroidisse-
ment est lui-même monté sur un anneau 11 isolant. Il est
maintenu par les boulons 12, isolés eux-m8mes électriquement à
l'aide des bagues isolantes 13. Ces boulons 12 attachent
l'ensemble des anneaux de l'électrode à la paroi 14, en acier
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de préférence, qui sépare l'atmosphère du four de l'air libre.
L'étanchéité entre les derniers anneaux décrits est également
réalisée à l'aide de joints en 0 désignés par le numéro de
référence 15. La paroi métallique l~ est elle m~me protégée
contre la chaleur du four, de préférence par une matte en
fibres céramiques 16.
Selon une version préférée de l'invention, un
anneau rigide de retenue 17 scindé en au moins deux se~ments,
de préférence en ~ segments est monté en dessous des éléments
3, 4 et 5 constituant le presse-étoupe et est en contact ra-
dial avec l'électrode l. ~Il servira à maintenir une étanchéi-
té minimaLe entre la chambre annulaire 18 et l'intérieur du
four. La chambre 18 aura donc la fonction d'un sas qui sera
de preférence maintenu sous pression par injection d'un
gaz inerte (comme l'azote), par l'orifice l9.
Ainsi, m8me dans le cas où le bourrage ne constituait
pas ~n joint parfaitement étanche, le danger de pénétration
d'air dans le four est pratiquement exclu tant que la pression
dans la cham~re 18 est supérieure à celle de l'atmosphare
extérieure du four. Le gaz neutre en contact avec le bourrage
2 en carbone élimine toute oxydation de celui ci en présence
d'une électrode surchauffée.
Pour limiter la température de l'électrode au niveau
du presse-étoupe, il est préférable d'installer de facon espa-
cée une gaine de refroidissement 20 autour de l'électrode.
Cette gaine 20 est de preférence cylindrique et concentrique
à l'électrode. Dans le cas présent, elle est constituée par
deux manchons cylindriques concentriques entre lesquels passe
une spirale 29 qui sert à guider le fluide de re~roidissement
amené de l'anneau de refroidissement 7 par la conduite 21 et
évacué par la con~uite 22. Afin de supporter la gaine 20,
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l'anneau 7 est pourvu d'un manchon 30 de plus grand diamètre,
qui entoure la gaine 20 et qui comporte à son extr~mité infé-
rieure une plaque 31 sur laquelle est fixée la gaine.
Dans une ~ersion préférée de la présente invention,
un troisième anneau 23 autour de l'électrode 1 protège les
anneaux supérieurs et les moyens de refroidissement contre le
rayonnement provenant de l'intérieur du four. Cet anneau de
protection 23 est constitué d'au moins deux segments 24, six
dans le cas présent, qui pivotent autour d'axes 25 auxquels
ils sont suspendus. Le centre de gravité de chaque segment
sera plus éloigné de l'axe de l'électrode que son axe de
basculement pour qu'il soit poussé vers l'électrode par son
propre poids.
- 4a -
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Cette solution présente l'avantage de permettre à
ces segments d'épouser au mieux la forme de l'électrode sans
interdire un léger désalignement de celle-ci.
Pour empêcher cependant qu'une électrode, montée
légèrement en oblique par rapport à son axe théorique 26,
n'entre en contact avec des parties du four qui ne sont pas
destinées à la guider et à la maintenir en position, on a
avantage à prévoir des taquets 27 qui limitent l'angle de
basculement des segments 24. Ainsi l'électrode est maintenue,
d'une part, par le bras porte-électrode et, d'autre part,
par l'anneau 23, tel que l'angle entre l'axe effectif et l'axe
théorique de l'électrode ne pourra dépasser une valeur maximum
déterminée.
Ceci est surtout important ~ans le cas où le four est
pivotable, c'est-à-dire quand l'axe théorique de l'électrode
; n'est pas toujours vertical.
; Avec en haut un bras porte-électrode bien guidé et
en bas l'anneau 23, on arrivera en effet à limiter le mouvement
latéral de l'électrode à l'intérieur du bourrage, ceci en vue
de garantir l'efficacité de celui-ci et afin de réduire son
usure suite au mouvement vertical de l'électrode.
Selon une version pré~érée de l'invention, les
anneaux 3, 4 et 5 constituant le presse-étoupe sont chacun
scindés en deux moitiés égales dans le sens de l'axe de
l'électrode. Ils seront cependant montés de sorte à ce que
l'axe de la découpe soit déplacé d'un anneau à l'autre ce qui
fait que le presse-étoupe assemblé à l'aide des boulons 6
forme un tout pratiquement rigide.
En adoptant ce type de presse-étoupe, il est possible
de détacher tous ses éléments 2, 3, 4 et 5 de l'electrode usée
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sans devoir les faire glisser le long de l'électrode pour le.s
ôter ce qui présente un sérieux avantage dans la pratique.
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