EP0093070B1 - Système d'étoupage pour électrodes - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sealing system for electrodes, in particular on an electric furnace with graphite electrodes working under a controlled atmosphere.
- a furnace operating in a controlled atmosphere is preferably constructed so as to present a single gas exhaust duct in which an adjustable shutter device is normally installed, eg a valve or a butterfly valve which allows the adjustment of the pressure, independently of the gas insufflation flow rate in the furnace and of the evolution of gas from the molten materials.
- the normally adopted solution provides a sealed bell which covers the electrodes with their suspension, drive and electrical supply systems and making it difficult to use a classic electrode holder.
- the object of the present invention is to eliminate the disadvantages set out above and to provide a sealing system which makes the oven watertight at the place where the electrode enters the oven and which is capable of adapting to electrodes. performed with high tolerances and having pronounced irregularities.
- the major advantage of the solution proposed by the present invention lies in the fact that the electrodes can be replaced quickly when hot without risking damage to the mechanical elements of the electrode drive system.
- the spacing between these elements and the electrode may correspond to a distance representing several times the diameter of an electrode. It also creates the possibility of holding the electrodes by electrode arms of conventional construction, which is practically impossible in known systems.
- the production downtime of the oven is minimal since the electrodes can be removed without having to wait for them to cool and with the minimum of maneuvers necessary to free the electrode from its claw and the seal where it enters the oven.
- FIG. 1 shows one of the possible executions.
- an electrode 1 at the point of penetration into the oven.
- the tightness of the oven at this location is obtained by mounting a suitable packing 2 which is maintained by a stuffing box constituted by the elements 3, 4 and 5.
- the packing 2 is constituted in the present case by two rings in carbon fibers with offset joints.
- the cable gland is tightened using bolts 6. Part 5 of the cable gland sits in a cooling ring 7.
- the seal between these two elements is guaranteed by one or two 0-seals indicated on fig. 1 by reference 8.
- the cable gland is fixed to the cooling ring 7 using keys 9 passing through the support pins 10.
- the cool ring 7 is itself mounted on an insulating ring 11. It is held by the bolts 12, themselves electrically insulated using the insulating rings 13. These bolts 12 attach all of the rings of the electrode to the plate 14, preferably made of steel, which constitutes the wall of separation between the furnace atmosphere and the open air. The seal between the last rings described is also achieved using 0 seals identified by the reference 15.
- the metal plate 14 is itself protected against the heat of the oven, preferably by a mat of ceramic fibers 16.
- a metal ring in 4 parts 17, is mounted below the elements 3, 4 and 5 constituting the cable gland. It will serve to maintain a minimum seal between the space 18 and the interior of the oven.
- the space 18 will therefore have the function of an airlock which will preferably be kept under pressure by the injection of an inert gas (such as nitrogen), through the orifice 19 in the case of FIG. 1.
- an inert gas such as nitrogen
- This sheath 20 will preferably be cylindrical and concentric with the electrode. In the present case, it consists of two concentric cylindrical sleeves between which passes a spiral which serves to guide the cooling water supplied by line 21 and discharged through line 22.
- a third ring 23 around the electrode 1 protects the upper rings against radiation from inside the oven.
- This ring 23 consists of several segments 24, six in this case, which pivot about axes 25 to which they are suspended. The center of gravity of each segment will be farther from the axis of the electrode than its tilt axis so that it is pushed towards the electrode by its own weight.
- This solution has the advantage of allowing these segments to best dust the shape of the sand electrode to prevent slight misalignment thereof.
- the ring 23 we will in fact be able to limit the lateral movement of the electrode inside the packing, this in order to guarantee the effectiveness of -this and in order to reduce its wear following the vertical movement of the electrode.
- the rings 3, 4 and 5 constituting the cable gland are each split into two equal halves in the direction of the axis of the electrode. They will however be mounted so that the axis of the cut is moved from one ring to the other, which means that the cable gland assembled with the bolts 6 forms a practically rigid whole.
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Description
- La présente invention concerne un système d'étoupage pour électrodes, notamment sur four électrique à électrodes en graphite travaillant sous atmosphère contrôlée. Un four opérant sous atmosphère contrôlée est construit de préférence de façon à présenter un unique conduit d'échappement des gaz dans lequel on installe normalement un dispositif d'obturation réglable, p.ex. 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'utilisation de joints toriques. Le désavantage est cependant que le système de suspension et d'entraînement de l'électrode doit être construit de façon très compacte pour limiter les dimensions de la cloche. De ce fait les éléments fragiles du système de suspension des électrodes et de leur alimentation électrique doivent être placés à proximité des électrodes et ne peuvent être protégés efficacement contre la chaleur dégagée par celles-ci.
- D'après le brevet US-A-3 697 660 il est connu de prévoir à l'endroit de pénétration de l'électrode dans le four, un bourrage comprimé entourant l'élctrode, une chambre alimentée en gaz sous pression, entourant l'électrode et située entre le bourrage et l'intérieur du four ainsi que les moyens de refroidissement avoisinant ladite chambre, l'électrode et le bourrage.
- La présente invention a pour but d'éliminer les désavantages exposés plus haut et de proposer un système d'étoupage qui rend le four étanche à l'endroit où l'électrode pénètre dans le four et qui est capable de s'adapter à des électrodes réalisées avec des tolérances élevées et possédant des irrégularités prononcées.
- Ce but est atteint grâce au système selon l'invention tel qu'il est caractérisé dans la revendication indépendante. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les revendications dependantes.
- L'avantage majeur de la solution proposée par la présente invention réside dans le fait que les électrodes peuvent être remplacées rapidement à chaud sans risquer d'endommager les éléments mécaniques du système d'entraînement des électrodes. L'écartement entre ces éléments et l'électrode pourra correspondre à une distance représentant plusieurs fois le diamètre d'une électrode. On crée en outre la possibilité de maintenir les électrodes par des bras porte-électrodes 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 électrodes peuvent être retirées sans devoir attendre qu'elles refroidissent et avec un minimum de manoeuvres nécessaires pour libérer l'électrode de sa griffe et du joint à l'endroit de pénétration dans le four.
- L'invention sera décrite en déail à l'aide de la fig. 1 qui montre une des exécutions possibles.
- Il y est représenté une électrode 1 à l'endroit de pénétration dans le four. L'étanchéité du four à cet endroit est obtenue par le montage d'un bourrage adéquat 2 qui est maintenu par un presse-étoupe constitué par les éléments 3, 4 et 5. Le bourrage 2 est constitué dans le cas présent par deux anneaux en fibres de carbone à joints décalés. Le serrage du presse-étoupe se fait à l'aide des boulons 6. La partie 5 du presse-étoupe est assise dans un anneau de refroidissement 7. L'étanchéité entre ces deux éléments est garantie par un ou deux joints en 0 indiqués sur la fig. 1 par la référence 8.
- Le presse-étoupe est fixé à l'anneau de refroidissement 7 à l'aide de clavettes 9 passant par les axes de support 10.
- L'anneau de refroidissent 7 est lui-même monté sur un anneau 11 isolant. Il est maintenu par les boulons 12, isolés eux-mêmes électriquement à l'aide des bagues isolantes 13. Ces boulons 12 attachent l'ensemble des anneaux de l'électrode à la plaque 14, en acier de préférence, que constitue la paroi de séparation entre l'atmosphère du four et l'air libre. L'étanchéité entre les derniers anneaux décrits est également réalisée à l'aide de joints en 0 repérés par la référence 15. La plaque métallique 14 est elle-même protégée contre la chaleur du four, de préférence par une matte en fibres céramiques 16.
- Selon une version préférée de l'invention un anneau métallique en 4 parties 17, est monté en dessous des éléments 3, 4 et 5 constituant le presse-étoupe. Il servira à maintenir une étanchéité minimale entre l'espace 18 et l'intérieur du four. L'espace 18 aura donc la fonction d'un sas qui sera de préférence maintenu sous pression par l'injection d'un gaz inerte (comme l'azote), par l'orifice 19 dans le cas de la fig. 1.
- Ainsi, même dans la cas où le bourrage ne constituait pas un joint parfaitement étanche, le danger de pénétration d'air dans le four est pratiquement exclu tant que la pression du sas est supérieure à celle de l'atmosphère extérieure du four. Le gaz neutre en contact avec le bourrage 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 une gaine refroidie autour de l'électrode. Cette gaine 20 sera de préférence cylindrique et concentrique à l'électrode. Dans le cas présent elle est constituée par deux manchons cylindriques concentriques entre lesquels passe une spirale qui sert à guider l'eau de refroidissement amenée par la conduite 21 et évacuée par la conduite 22.
- Dans une version préférée de la présente invention, un troisième anneau 23 autour de l'électrode 1 protège les anneaux supérieurs contre le rayonnement provenant de l'intérieur du four. Cet anneau 23 est constitué de plusieurs 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.
- Cette solution présente l'avantage de permettre à ces segments d'épousser au mieux la forme de l'électrode sand interdire un léger désalignement de celle-ci.
- Pour empêcher cependant qu'une électrode, montée légèrement en obique par rapport à son axe théorique 25, 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 dans le cas où le four est pivotable, c.à.d. 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 effect 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 préférée 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'électrode usée sans devoir les faire glisser le long de l'électrode pour les ôter ce qui présente un sérieux avantage dans la pratique.
Claims (9)
1. Système d'étoupage pour électrodes (1), notamment pour électrodes montées sur un four électrique opérant sous atmosphère contrôlée, comportant, à l'endroit de pénétration de l'électrode (1) dans le four, un bourrage (2) comprimé entourant l'électrode (1), une chambre (18), alimentée en gaz sous pression, entourant l'électrode (1) et située entre ledit bourrage et l'intérieur du four ainsi que des moyens de refroidissement avoisinant ladite chambre (18), l'électrode (1) et le bourrage (2), caractérisé
en ce que le bourrage (2) est logé dans un presse-étoupe constitué par des éléments de forme annulaire (3, 4, 5), des moyens de serrage (6) étant prévus pour comprimer ledit bourrage (2) à l'intérieur dudit presse-étoupe (3, 4, 5), ce dernier étant logé de manière étanche dans un anneau de refroidissement (7),
en ce que la chambre (18), alimentée en gaz sous pression, est notamment délimitée par le bourrage (2), par le corps de l'électrode (1), par une paroi appartenant aux moyens de refroidissement et côté pour, par un anneau métallique (17) en au moins deux parties s'appuyant contre l'électrode.
en ce que les moyens de refroidissement comportent, à côté de l'anneau (7) entourant le bourrage (2), également une gaine (20) entourant l'électrode, ladite gaine étant située entre ladite chambre (18) et la partie active de l'électrode et
en ce qu'un anneau (23) entourant presqu'entièrement l'électrode (1) et constitué par au moins 2 segments (24) est situé entre la partie active de l'électrode (1) et ladite gaine (20).
2. Systeme d'étoupage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le borrage (2) est constitué par deux anneaux superposés, qui s'appuient contre l'électrode (1).
3. Système d'étoupage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bourrage (2) est à base de fibres en carbone ou en graphite.
4. Système d'étoupage selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les anneaux (3, 4, 5) du presse-étoupe sont chacun scindés en deux parties, de préférence égales, dans le sens de l'axe de l'électrode.
5. Système d'étoupage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de serrage (6) sont constitués par des boulons.
6. Système d'étoupage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (20) est constituée par deux manchons cylindriques concentriques entre lesquels passe une spirale qui sert à guider le fluide de refroidissement.
7. Système d'étoupage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque segment (24) peut pivoter autour d'un axe (25) et possède un centre de gravité différent de son axe de basculement, de façon telle que le centre de gravité des segments (24) soit plus éloigné de l'axe théorique de l'électrode (1) que ledit axe de basculement.
8. Système d'étoupage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il possède six segments (24).
9. Système d'étoupage selon la revendication 7, caractérisé en ce que des taquets (27) limitent l'angle de basculement des segments (24).
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