CA1179500A - Poche metallurgique pour le traitement inductif des metaux - Google Patents

Poche metallurgique pour le traitement inductif des metaux

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Christian Lechevallier
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Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
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Abstract

ABREGE DESCRIPTIF Poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux. La poche est garnie intérieurement par un revêtement réfractaire 1 et son enceinte 2, de forme générale tubulaire, est constituée, dans la zone de chauffage, par des tirants 4 métalliques longitudinaux, isolés électriquement entre eux et dépassant longitudinalement au-dessus et au-dessous de la zone de chauffage. La poche comporte un caisson supérieur 15 et, éventuellement, un caisson inférieur 16, de forme générale annulaire, respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'enceinte 2. Les tirants 4 sont maintenus en place par des moyens de liaison 10, électriquement isolants, entre les extrémités des tirants 4 et le caisson supérieur 15 et, éventuellement, le caisson inférieur 16. Les tirants 4 présentent, de préférence, des conduits internes axiaux commu- niquant avec l'intérieur du caisson supérieur 15 et celui du caisson inférieur 16 pour permettre la circulation du fluide refroidissant. La poche conforme à l'invention permet des traite- ments inductifs puissants des métaux et alliages, et notam- ment de l'acier.

Description

La présente invention concerne une poche métalluryi- que ~ enceinte métallique fragmentée, destinée au traitement inductif des métaux et alliages et notamment de l'acier. Les pratiques d'élaboration des métaux, et de l'acier en particulier, s'orientent de plus en plus vers une métallur- gie "hors du four" ou "métallurgie en poche". Une telle solu- tion se heurte au délicat probleme du chauffage du métal en poche. Le chauffage électrique par induction présente l'avan- tage de transmettre l'énergie au sein de la charge métallique avec un excellent rendement thermique. Toutefois, ce chauffage entra~ne des courants de Foucault indésirables dans les pièces métalliques de l'enceinte. Il en résulte que l'enceinte est sur- chauffée et que, après un certain nombre d'opérations, elle perd sa tenue mécanique en raison de contraintes thermiques excessi- ~ ves. D'autre part, l'enceinte de la poche doit supporter la forte ; pression exercée par le métal en fusion. Ainsi, il faut réaliser une poche métallurgique qui satisfasse deux nécessités: d'une part, éviter des échauffe- ments par des courants de Foucault dans les parties massives placées dans le champ magnétique de chauffage, et, d'autre part~ assurer une tenue mécanique de la poche, A cet effet, les brevets français n 2 366 079, n 2 368 542, n 2 368 543, n 2 368 326 et n 2 370 797, au ` nom du demandeur, proposent des poches métallurgiques du type mentionné ci-dessus. Plus particulierementl le brevet fran~ais n 2 370 797 décrit une poche métallurgique dont on a représenté une coupe verticale schématique sur la figure 1 en annexe. Comme on le voit sur la figure 1, la poche du type antérieur est garnie par un revêtement réfractaire 1~ L'enceinte métallique 2 de la poche est fragmentée: elle est constituée, dans la zone de chauffage, c'est-à-dire en regard des bobinages inducteurs 3, par des tirants métalliques ~ longitudinaux et ~ .. .. . 5~j~3 creux, de façon à permettre le passage d'un fluide de refroi- dissement. Les tirants 4 sont maintenus en place entre deux brides annulaires, respectivement supérieure 5 et inférieure 5', qui sont reliées rigidement ~ une virole 6 et au fond 7 de la poche. La virole 6 sert de frette au niveau de l'extrémité supérieure de la poche et comporte deux couronnes, respective- ment supérieure 8 et inférieure 9, la couronne inférieure 9 servant à supporter la poche lors de son installation dans une cuve de chauffage par induction. Les tirants 4 sont reliés aux brides 5 et 5' par des moyens de liaison 10 et présentent un conduit interne axial 11 qui est relie à la zone 12 délimitée par les couronnes 8 et 9 par l'intermediaire des moyens de liaison 10 et d'un prolonge- ment etanche 13. Le fluide refroidissant est introduit à l'ex- tremite inferieure des tirants 4, remonte dans le conduit 11 et s'echappe dans la zone 12. Le demandeur a etudie l'evolution thermique des pièces metalliques d'une poche de ce type lors d'un traitement intensif de chauffage inductif. En effet, il est nécessaire d'effectuer des traitements de chauffage intensif ~puissance électrique utilisee plus grande et duree de chauffage plus longue). Or, lors de tels traitements, il faut eviter un echauffement excessif des pieces metalliques de la poche. Pour etudier cette evolution thermique, cinq couples thermo-electriques ont ete implantes dans différentes partles A (bride supérieure), B (fond), C (virole), D (bride inferieure) et E (tirant) de la poche, indiquees sur la figure 1. La figure 2 jointe représente les resultats de cette expérience. Sur cette figure 2, on a represente les courbes don- nant la temperature (en C~ en fonction du temps (en heures) pour les differentes parties de la poche (A, B, C, D~ E). Comme on le voit d'après ces courbes t la température la plus élevée de la poche (450~C) est relevee sur la bride supérieure 5 bien que cette dernière se situe hors de la zone de chauffage, La température atteinte par la bride inférieure 5' et la virole 6 est sensiblement plus faible (350C)o La température du fond 7 et des tirants 4 reste faible (150~C)~ ce qui confirme l'efficacité du refroidissement interne décrit ci-dessus. Ces expériences ont donc montré que la poche décrite ci-dessus est utilisable pour un chauffage d'ordre moyen mais que, pour un chauffage plus puissant, les contraintes thermi- ques provenant de l'échauffement rapide des brides posent des problèmes sérieux. Le but de la présente invention est justement de pro- poser une poche métallurgique dont les pièces massives métalli- ques ne s'échauffent pas excessivement lors de traitements de chauffage de haute puissance et qui présente en même temps une bonne mécanique. A cet effet, l'invention a pour objet une poche métal- lurgique pour le traitement inductif des métaux, garnie inté- rieurement par un revetement réfractaire et dont l'enceinte, deforme générale tubulaire, est constituée, dans la zone de chauf- fage, par des tirants métalliques longitudinaux, isolés électri- quement entre eux et dépassant longitudinalement au-dessus et au-dessous de la zone de chauffage, les tirants étant maintenus en place par serrage à la partie supérieure et à la partie infé- rieure de l'enceinte. Selon l'invention, la partie supérieure de l'enceinte est constituée par un caisson de forme générale annulaire et les tirants sont maintenus en place à la partie supérieure de l'enceinte par des moyens de liaison, électriquement isolants, entre les extrémités superieures des tirants et le fond du caisson : - . : . . " Selon un mode de réalisation de l'invention, la par- tie inférieure de l'enceinte est constituée également par un caisson de forme générale annulaire qui prend appui sur le fond de la poche. Les tirants sont également maintenus en place à la partie inférieure de l'enceinte par des moyens de liaison, électriquement isolants, entre les extrémités infé- rieures des tirants et le plafond du caisson inférieur. Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, les moyens de liaison sont constitués par des pièces d'assem- blage filetées à l'une de leurs extrémités et traversant des ouvertures ménagées dans le fond du caisson supérieur et éven- tuellement dans le plafond du caisson inférieur. Les extrémités filetées de ces pièces sont vissées dans des taraudages ménagés dans les extrémités correspondantes des tirants. Selon une première variante de réalisation~ chacune des pièces d'assemblage est constituée d'une tige filetée à ses deux extrémités, L'une de ces extrémités est destinée à être vissée dans le taraudage du tirant correspondant et l'autre est destinée à être vissée dans un écrou à embase. Selon une deuxième variante de réalisation, chacune des pièces d'assemblage est constituée d'une tige dont l'une des extrémités se termine par une embase et dont l'autre est filetée. L'extrémité filetée est destinée à être vissée dans - le taraudage du tirant correspondant tandis que l'embase est serrée contre la face interne du fond du caisson supérieur et éventuellement contre la face interne du plafond du caisson inférieur. Conformément à`une caractéristique de l'invention, ~ chacun des tirants présente un conduit interne, pour permet- ~ - tre la circulation d'un fluide refroidissant. Ce conduit com- munique de façon étanche avec l'intérieur du caisson. Pour réaliser une circulation ascendante du fluide refroidissant, , : 4 ; le caisson inferieur est relié à une source d'alimentationen fluide refroidissant et le caisson supérieur cornporte une ouverture de sortie du fluide à l'eXtérieur de-la poche.Bien entendu, on peut réaliser une circulation descendante du fluide refroidissant en reliant le caisson supérieur à une source d'alimentation en fluide et en pratiquant une ouverture de sortie du fluide dans le caisson inEérieur. Comme on le comprend, le dispositif conforme à l'in- vention présente l'avantage, par rapport à la poche du type antérieur décrite précédemment, que les caissons supérieur et inférieur sont susceptibles d'être refroidis rapidement. Ainsi, on évite les inconvénients dus à l'échauffement excessif des brides de la poche du type antérieur. De plus, les caissons supérieur et inférieur de la poche conforme à l'invention remplissent la fonction de maintien en place et serrage des tirants grâce aux dispositions particulières des moyens de liaison entre les tirants et les caissons. Par ailleurs, le montage et le démontage des tirants s'effectuent facilement, comme on le verra ci-après. I,'invention sera bien comprise et les avantages qu'elle procure ressortiront clairement au vu de la descrlption qui suit faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 représente une coupe verticale schéma- tique de la poche métallurgique connue, décrite dans le brevet francais N 2 370 797; - la Figure 2 repxésente des courbesdonnant la température (en C) en fonction du temps (en heures) pour les différentes parties de la poche (A, B, C, D, E) représentée sur la Figure l; - la Figure 3 représente une coupe verticale d'un mode de réalisation de la poche conforme à l'invention; - la Figure 4 représente une vue en élévation de ". 3L~L'7~ ce mode de réalisation; - la Figure 5 représente une coupe longitudinale d'un tirant muni de ses rnoyens d'assem~lage avec les caissons supérieur et inférieur, conformément à une variante de l'in- vention. Dans toute les Figures, les éléments identiques ~ . - 5a - seront désignes par le même repère. De plus, dans les figures 3, 4 et 5, les eléments identiques à ceux de la poche du type antérieur seront désignés par les memes repères que ceux indi- qués sur la figure 1. Comme on le voit sur les figures 3 et 4, la poche est garnie intérieurement par un revetement réfractaire 1. L'enceinte 2 de la poche est constituée, dans la zone de chauffage inducti, c'est~à-dire dans la partie du milieu, par un grand nombre de tirants métalliques 4. Ces tirants 4 sont en materiau amagnétique, par exemple en acier inoxydable amagnétique, de manière à ne pas canaliser les lignes de champ magnétique incident au dé-triment de la charge à traiter. Comme on le voit sur la figure 4, les tirants 4 sont repartis regulièrement autour du revatement refractaire 1. Les espaces menages entre deux tirants 4 consecutifs sont occupes par des joints 14 en materiau refractaire -~ L'enceinte comporte un caisson superieur 15 à sa partie superieure et un caisson inferieur 16 à sa partie infe- rieure~ Chacun de ces caissons 15 et 16 est constitue respec- tivement d'une virole 17 et 1~ enveloppant le rev8tementrefractaire 1, d'un plafond 19 et 20, d'un fond 21 et 22 et d'une paroi 23 et 24 Ces divers elements definissent respec- tivement un espace interieur 25 et 26 de forme generale annu- laire. Les tirants 4 sont maintenus en place par serrage entre le caisson supérieur 15 et le caisson inferieur 16 grace à des moyens d'assemblage 10. Comme on le voit sur la figure 4, le caisson supe- ; rieur 15 comporte des tourillons latéraux 27 pour les opera- tions de manutention habituelle. Le caisson superieur 15 a, outre la fonction de serrer et maintenir le revetement refractaire 1, celle de supporter, grace à son fond 21, la poche lors de l'installation de cette dernière dans la cuve , ~ ; . . : . . 5~3~ de chauffage par induction. Les caissons 15 et 16 comportent de préférence des ouvertures 28 dites "trous d'hommes" dans leurs parois 23 et : 24 pour permettre l'accès aux moyens d'assemblage 10 Lors de la mise en service de la pochet les trous d'hommes 28 sont obtures. Dans l'exemple represente sur les figures 3 et 4, un conduit d'amenee 29 alimente le c-aisson inférieur 16 en fluide refroidissant sous pression qui généralement est de l'air. Ce fluide remonte dans les conduits internes 11 des tirants 4 et se répand à l'intérieur 25 du c~.l.sson supérieur 15. Ensuite, le fluide s'échappe à l'extérieur de la poche par l'ouverture 30 ménagée à cet effet dans le caisson supe- -~ rieur 15 Co~lme on le voit sur la figure 5, les tirants 4 sont maintenus par serrage entre le fond 21 du caisson supé~ rieur 15 et le plafond 20 du caisson inférieur 16 par l'inter- . médiaire des moyens d'assemblage 10 Chacun des tirants 4 est : constitué d'une tige tubulaire 31, dont les extremités 32 sont taraudées intérieurement et prennent appui sur la face externe du fond 21 du caisson supérieur 15 et sur la face externe du plafond 20 du caisson inférieur 16. Ces appuis sont assurés par l'intermédiaire de rondelles d'appui 33 et de joints annu- . laires plats 34. Les moyens d'assemblage 10 sont constitués d'un gou- jon, dont la tige filetée 35 traverse une ouverture 36 ménagée à cet effet dans le fond 21 du caisson superieur 15 et dans le plafond 20 du caisson inferieur 16. La tige filetee 35 est ainsi vissée dans le taraudage 32 du tirant 4 correspondant. . Les moyens d'assemblage 10 peuvent e-tre, soit un goujon d'une seule pièce, c'est-à-dire une tige se terminant à l'une de ses extrémités par un filetage et à l'autre par une embase solidaire . . ~:~'7~ de la tiye 35, soit par un goujon consti-tué de deux pièces separables l'une de l'autre~ Le goujon d'une seule pièce est plus commode pour l'opération de montage et démontage des tirants 4 Par contre, il est moins facile à usiner. De toute façon, le goujon doit comporter un conduit interne, de manière à permettre le passage du fluide refroidissant. Dans le mode de realisation représenté sur la figure 5, les moyens d'assemblage 10 sont constitués de deux pièces séparables. La tige tubulaire 35 est filetée à ses deux extré- mités. L'une de ces extrémités est vissée dans le taraudaye32 du tirant 4~ et l'autre est engagée dans un ecrou à embase 37 par vi.ssage, ce qui permet le serrage du tirant 4 entre le fond 21 et le plafond 20 des caissons 15 et 16. Le serrage des écrous 37 est assuré contre la face interne du fond 21 et la face interne du plafond 20 par l'intermediaire de rondelles d'appui 33' et de joints annulaires plats 34' identiques aux rondelles d'appui 33 et joints annulaires plats 34 decrits précédemment Les ouvertures 36 ménagées pour le passage des moyens d'assemblage 10 dans le fond 21 du caisson supérieur 15 et dans le plafond 20 du caisson inférieur 16 présentent un diamètre légèrement superieur à celui des tiges filetées 35 qui les traversent, de manière à pouvoir placer un joint annulaire 38 du type "canon". Les joints 33, 34, 33', 34' et 38 sont avant tout de bons isolants électriques et thermiques. Ils doivent en outre présenter une bonne tenue à la température qui peut, là où ils sont placés, atteindre plusieurs centaines de C, et une bonne résistance à la compression en raison des dila- tations inévitables de la structure métallique lors de lamise en service de la poche. Compte tenu de toutes ces exi- gences, le demandeur préconise l'emploi d'un matériau .: ~7~5~i~ commercialisé sous le nom de "Syndanio", qui est composé d'un mélange de pierres minérales et d'amiante préalablement broyees. Dans l'exemple de réalisation décrit, les tirants 4 et les goujons 35 correspondants pr~sentent respectivement des conduits internes 11 et 39 communiquant l'un avec l'autre~ de manière à constituer des passages pour le fluide refroidissant entre l'intérieur 26 du caisson inf~rieur 16 et l'intérieur 25 du caisson supérieur 15. Comme on l'a dit précédemment, le fluide refroidissant provenant d'une source d'alimentation (non représentée sur la figure 5) pénètre par la conduite 29 dans le caisson inférieur 16. Il circule alors dans le caisson inférieur 16, les tirants ; 4 et le caisson supérieur 15 (par l'intermédiaire des conduits 11 et 39), les refroidit, puis s'échappe à l'extérieur de la poche par l'ouverture 30 ménagée dans le caisson supérieur 15. Dans la description ci-dessus, la circulation du ~ - fluide refroidissant est ascendante, mais on peut également ~ : réaliser une circulation descendante Dans ce cas, le caisson supérieur 15 est relie à une source d'alimentation en fluide et le caisson inférieur 16 comporte une ouverture pour laisser sortir le fluide à l'extérieur de la poche. Le démontage de chàcun des tirants 4 s'effectue de la façon suivante: Tout d'abord, on ouvre les trous d'hommes 28 et 28' Puis, on retire les écrous 37 supérieur et inferieur. Ensuite, on dégage les rondelles d'appui 33' et les joints plats 34'. Un méplat 40, usiné sur la partie lisse de la tige 35 à un endroit tel qu'il est accessible après dégagement des rondel- les 33' et joints 34' précités, permet le dévissage de la tige35 au moyen d'une cIef appropriée 4 On dégage ainsi les tiges 35 des taraudages i.nternes 32 du tirant 4 correspondant Le `':,' g ~ ~ ~ tirant 4 peut alors etre dégagé par simple traction latérale. Les opérations de remontage s'effectuent dans un ordre inverse à celui qui vient d'être décri-t. Ainsi, l'invention présente cet avantage supplémen- taire que l'opération de remplacement des tirants 4 d~fectueux ou usagés est aisée~ En effet, le montage ou le démontage de l'enceinte 2 peut etre effectué au niveau des trous d'hommes 28 et 28' sans démonter les caissons 15 et 16. Lors de cette opération, on peut de plus ajuster, de fa~on précise, le ser- 10 rage des tirants 4 entre les caissons supérieur 15 et inférieur 16. I1 va de soi que la présente invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation particuliers décrits~ Ainsi, la technologie particulière des tirants décrits en référence à la figure 5, peut être remplacée par toute autre technologie, l'essentiel étant que les moyens d'assemblage de chacun des tirants avec le caisson supérieur et, éventuellement, le cais- son inférieur, soient électriquement isolants et permettent de bien maintenir en place les tirants. De même, la nature du fluide de refroidissement (air) n'est nullement limitative. Il est possible également d'utili- ser un autre gaz, et même un liquide t par exemple de l'eau. Dans ce dernier cas, il sera souhaitable de prévoir un collec- teur à l'endroit où est évacué le liquide. , 1 0 `

Claims (9)

  1. Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué sont définies comme il suit: 1. Poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux et pourvue à sa partie supérieure de tourillons de support pour son transfert, poche garnie intérieurement par un revêtement en matériau réfractaire et dont l'enceinte de forme générale tubulaire, est constituée, dans la zone de chauffage, par des tirants métalliques longitudinaux creux pour une circulation interne d'un fluide de refroidisse- ment, isolés électriquement entre eux et maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires situées respective- ment aux parties supérieure et inférieure de l'enceinte, poche caractérisée en ce que les tirants dépassent longitudi- nalement en dehors des limites de la zone de chauffage, au moins par leur extrémité supérieure, et en ce que au moins la bride de serrage supérieure est constituée par un caisson supérieur fermé dans lequel débouchent directement les tirants à l'aide de moyens de liaison électriquement isolants, reliant l'extrémité supérieure des tirants au fond du caisson supérieur et en ce que le conduit interne, ménagé dans chaque tirant pour une circulation d'un fluide refroidissant, communique de façon étanche avec l'intérieur du caisson supérieur.
  2. 2. Poche métallurgique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bride inférieure, qui coopère avec le caisson supérieur pour maintenir par serrage les tirants par leurs extrémités, est également constituée par un caisson inférieur fermé dans lequel débouchent directement les tirants à l'aide de moyens de liaison, électriquement isolants, reliant l extrémité inférieure des tirants au plafond du caisson inférieur et en ce que le conduit ménagé dans chaque tirant communique de façon étanche avec l'inté- - 11 - rieur du caisson inférieur.
  3. 3. Poche métallurgique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de liaison sont constitués par des pièces d'assemblage filetées à leur extrémité et traversant des ouvertures ménagées dans le fond du caisson supérieur, ladite extrémité étant vissée dans un taraudage ménagé dans l'extrémité correspondante des tirants.
  4. 4. Poche métallurgique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de liaison sont constitués par des pièces d'assemblage filetées à leur extrémité et traversant des ouvertures ménagées dans le fond du caisson supérieur, ladite extrémité étant vissée dans un taraudage ménagé dans l'extrémité correspondante des tirants.
  5. 5. Poche métallurgique selon les revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdites pièces d'assemblage sont formées d'une tige filetée à chacune de ses extrémités, l'une de ces extrémités étant susceptible d'être vissée dans le taraudage des tirants et l'autre extrémité étant vissée dans un écrou à embase serré contre la face interne du fond du caisson supérieur.
  6. 6. Poche métallurgique selon les revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdites pièces d'assemblage sont formées d'une tige dont une extrémité forme une tête à embase et dont l'autre est filetée pour être vissée dans le taraudage des tirants de manière à assurer ainsi le serrage de la tête à embase contre la face interne du fond du caisson supérieur. - 12 -
  7. 7. Poche métallurgique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'intérieur du caisson inférieur est relié à une source d'alimentation en fluide refroidissant et en ce que le caisson supérieur comporte une ouverture de sortie du fluide refroidissant à l'extérieur de la poche.
  8. 8. Poche métallurgique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'intérieur du caisson supérieur est relié à une source d'alimentation en fluide refroidissant et en ce que le caisson inférieur comporte un orifice de sortie du fluide refroidissant à l'extérieur de la poche.
  9. 9. Poche métallurgique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la paroi du caisson supérieur et inférieur comporte des ouvertures pour permettre l'accès aux moyens de liaison, lesdites ouvertures étant obturables lors de la mise en service de la poche. - 13 -
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