CH618785A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne une poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux comprenant une enceinte métallique garnie intérieurement par un revêtement réfractaire, cette enceinte étant composée d'un fond de poche, d'une virole supérieure et de tirants longitudinaux reliant le fond à la virole et maintenus par serrage entre deux brides annulaires respectivement solidaires du fond de poche et de la virole supérieure.

L'évolution des pratiques d'élaborations des métaux, et de l'acier en particulier, vers une métallurgie «hors du four» ou «métallurgie en poche» se heurte pour une grande part au difficile problème du chauffage du métal en poche.

Parmi les solutions envisagées, dont la majorité fait appel à l'énergie électrique, seul le chauffage par induction présente l'avantage de transmettre l'énergie au sein du métal avec un excellent rendement thermique. On peut donc en pricipe concevoir une bobine d'induction, comparable à celle d'un four à induction de type usuel, dans laquelle vient se placer la poche. Toutefois un problème important demeure: la possibilité d'induire des courants électriques dans le contenu, c'est-à-dire la charge métallique à traiter, sans pour autant surchauffer le contenant (l'enceinte métallique de la poche), par des courants de Foucault indésirables. On a déjà proposé d'alimenter la bobine d'induction avec un courant de basse fréquence (de 1 à 5 Hz). Cependant, le brassage intense du métal, d'autant plus important que la fréquence est basse, et l'élévation de la température de l'enceinte de la poche, limitent les puissances installées, si bien que ce procédé n'est utilisé en fait que pour brasser le métal en poche et qu'il est souvent complété par un autre moyen de chauffage notamment par arc.

Une autre solution consiste, afin de conserver l'avantage d'une alimentation électrique à la fréquence industrielle de l'ordre de 50 Hz, à modifier la technologie de la poche pour la rendre le plus possible insensible au champ magnétique oscillant. Pour ce faire, il est connu de découper l'enceinte métallique de la poche en suffisamment d'éléments, électriquement isolés les uns des autres pour empêcher la circulation de courants de Foucault indésirables tout en assurant à l'ensemble s une tenue mécanique acceptable.

A cet effet le brevet français 1 509 043 décrit une poche pour traitements inductifs dont enceinte métallique, de forme générale cylindrique, est constituée dans la zone de chauffage, par des plaquettes métalliques amagnétiques, assemblées les io unes aux autres de manière à former une paroi mécaniquement continue, et isolées électriquement entre elles par un ciment réfractaire injecté dans les interstices continus ménagés entre les plaquettes assemblées.

On retrouve des dispositions sensiblement analogues dans la 15 poche décrite "dans le brevet français n° 1 534 905.

Cependant il est à craindre que les poches de ce type, de par leur structure métallique très compacte, deviennent vite inutilisables en raison de leur échauffement dès que la fréquence du courant inducteur dépasse 60 Hz environ.

20 Un autre brevet français n°. 2 100 553 décrit une poche apparemment mieux apte à remédier aux inconvénients précites. L'enceinte est constituée, dans la zone de chauffage, par des éléments métalliques isolés électriquement entre eux de manière à former un cirquit électrique ouvert et présentant 25 chacun une faible section par rapport à leur longueur. Plusieurs variantes sont décrites. Certaines ne semblent pas offrir les meilleures garanties de tenue mécanique. D'autres, sont basées sur l'utilisation, dans la zone de chauffage, de tirants métalliques longitudinaux régulièrement distribués autour de la poche et 30 maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires respectivement solidaire du fond de poche et d'une virole supérieure. Une telle technologie confère aux poches une tenue mécanique améliorée certes, mais non encore suffisamment satisfaisante en raison des possibilités d'échauffement des ti-35 rants.

La présente invention a pour but de proposer une poche métallurgique dont l'enceinte présente un bon compromis entre une structure métallique suffisamment compacte pour assurer une tenue mécanique similaire à celles des poches classiques et 40 suffisamment fragmentée pour éviter, au cours des traitements inductifs, à fréquence industrielle, ou même à plusieurs centaines d'Hertz, un échauffement intempestif qui dégraderait rapidement sa tenue mécanique.

45 La poche métallurgique selon l'invention est caractérisée en ce que les tirants sont tubulaires.

Selon une caractéristique avantageuse, des moyens peuvent être prévus pour permettre une circulation d'un fluide refroidissant à l'intérieur des tirants.

50 La poche peut être installée dans une cuve de chauffage par induction en prenant appui sur les bords de celle-ci par l'intermédiaire de la face inférieure du corps annulaire. Un couvercle recouvre l'ensemble en reposant sur la face supérieure dudit corps, les cavités internes ménagées à l'intérieur de ce dernier et 55 dans lesquelles débouche le circuit de refroidissement des tirants, permettent l'évacuation à l'extérieur du fluide de refroidissement sans que l'atmosphère contrôlée de l'enceinte close de traitement en soit perturbée.

L'invention sera bien comprise au vu de la description qui 60 suit donnée à titre d'exemple et en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:

- la figure 1 montre une vue en élévation de la poche, placée dans l'entrefer d'une bobine à induction,

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- la figure 2 montre une vue en élévation de la poche adaptée à son application dans une installation de traitement inductif sous atmosphère contrôlée,

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- la figure 3 illustre une vue en coupe axiale de la poche Dans l'exemple décrit, les tirants sont de profils extérieur et représentée sur la figure 1, et placée dans une installation de intérieur cylindriques. Leur diamètre extérieur est de 3,3 cm et traitement inductif sous atmosphère contrôlée, leur diamètre intérieur de 1,7 cm. L'épaisseur de leur paroi est

- la figure 4 représente une variante de réalisation de donc de 0,8 cm.

l'installation de traitement illustrée sur la figure 3, s On rappelle à ce sujet, que l'une des fonctions des tirants

- la figure 5 montre, en coupe verticale, le détail du raccor- creux est d'assurer une réduction de l'intensité des courants de dement étanche entre les tirants et le corps annulaire. Foucault en application des lois bien connues sur les effets de

Comme on le voit sur la figure 1, la poche 1 est constituée pénétration des ondes électromagnétiques dans les milieux con-

d'une enceint 2, de forme générale cylindrique, garnie inté- ducteurs, effets plus connus sous la dénomination «d'effet de rieurement d'un revêtement réfractaire non visible. Cette io peau». On sait à cet égard que la profondeur de pénétration enceinte se compose d'un fond métallique 3 en forme de dans l'acier inoxydable amagnétique, dont sont constitués les cuvette, d'une virole supérieure 4 également métallique et, tirants, est de 6 cm environ pour des fréquences industrielles de entre les deux, d'une pluralité de tirants métalliques longitudi- l'onde incidente, fréquences qui sont celles avantageusement naux 5 formant un rideau de colonnes régulièrement expacées, utilisées pour l'exploitation de la poche. On comprend donc que maintenant le réfractaire intérieur. Ces tirants sont fixés à leurs 15 tout tirant tubulaire est d'autant plus favorable à une réduction extrémités à deux brides annulaires plates 6 et 7 respectivement de ces courants parasites que son épaisseur de paroi est infé-solidaires de la virole supérieure 4 et du fond 3. Leur fixation est rieure à 6 cm environ.

assurée par des moyens de serrage 8, qui seront décrits plus en La description qui suit, en référence aux figures 2,3,4 et 5

détail en référence à la figure 5. est relative à l'adaptation de la poche à tirants creux pour la

La virole supérieure 4 est munie de deux tourillons latéraux 20 circulation interne d'un fluide de refroidissement, en vue de son 9 pour permettre les opérations de manutention habituelles. Il a application à une installation de traitement inductif sous atmo-

été prévu dans le fond de poche, une busette à tiroir 10 (non sphère contrôlée.

visible sur la figure 2) pour effectuer les opérations de coulée. • * .<

_ f, ,, . , , , On retrouve sur la figure 2 une poche similaire a celle

On a represente schematiquement sur la partie gauche de la décrite écédemment e* ré{érenc/a la figure L

figure, un dispositif de chauffage par induction constitue par une25 „ , , . . * £ • i - , - • „

, . -, 1 .. , ® . . / Dans le cas present toutefois, la virole supérieure 4 com-

bobine 11 entourant la poche et inséré dans une culasse ferro- . , . 10 r , , ... ,

. . JL „ , .. . . . , , porte un corps annulaire 18 dispose au-dessus de la bride de magnetique annulaire 12. Comme on le voit, la hauteur de la r c . K ., ,. .. „ , ,

. r. h . ,. ^ , ' - . - . serrage 5 et dont les dimensions sont telles qu ii depasse les bobine ne dépasse pas celle des tirants, de sorte que la virole 4, .. .. ° , , .... ... . .. . ,

irjj i. -> • . . ... . ' limites du volume dehmite par les tirants. Comme on le sait, ce le fond de poche 3 ainsi que leurs brides de serrage respectives 6 i • • j j ,.

„ „ , r . , . 6 . , . ... corps annulaire va servir de moyen de support pour la mise en et 7 se trouvent positionnées à lextérieur de la zone de chauf- 30 , . , , , . , ,, . f r f ,v ,,, , T, . - , , x place de la poche dans une installation de traitement, dont la fage proprement dite, référencee a. L ensemble de la structure \ . .. r , c. ' _

r . „ . ' „ . , descnption sera faite en reference aux figures suivante. Comme métallique de l enceinte 2 est en matériau amagnétique, de .. Y... , . . 1C , .. . . , . ..

,c, . . ... j n.. , il a ete dit également, ce corps 18 doit présenter des évidements préférence en acier inoxydable amagnetique, de manière à ne . . ° __ . .. r ., r. i. i r ,. - ,. ,J , e ' .... internes en communication avec rexteneur. Dans l exemple pas cana iser es ignés ec amp magn îquecr e par a o ine décrit ces évidements sont constitués par un espace annulaire au détriment de la charge à chauffer contenue dans la poche. 35 in A t t , ,0 ; - - j r ® . , . - » continu 19. A cet effet, le corps 18 est réalisé par deux couron-

La caractéristique particulière de la poche conforme a 1 in- ngs 20et21 di ées rune at,.dessus de raufre de façon non vent,on, a savoir la présence de tirants tubulaires, ne peut bien mais au d>une yirole ext|rieure 22

entendu apparaître sur cette figure Toutefois, on peut observer ^ssurant la résistance mécanique ,.ensemble lorsque la poche

Je-ci la présence, sous l®^OI|d 3, d une conduite annulaire est placge dans rinstallation de traitement. La virole 22 est bien

13 soutenue par des attaches 14 et reliée par une tuyauterie 15 à"« ent(Tndu ajourée r des lumières 23 rmettre la commu.

une source d air sous pression (non représentée) pour le refroi- nication d]recte ^ v annulaireF19 avPec le milieu exté_

dissement interne des tirants. L air est distnbué dans chaque .

tirant par autant de tubulures 16 piquées sur la conduite 13 et reliant de façon étanche les extrémités inférieures des tirants. On aperçoit sur la figure des raccords tubulaires 24 reliant

Afin de ne pas surcharger la figure, seulement quelques tubulu- 45 de façon étanche l'extrémité de sortie 17 des tirants à l'espace res 16 ont été représentées. On comprend que la circulation annulaire 19 au travers d'ouvertures ménagées à cet effet au dans les tirants se fait de façon ascendante et l'air s'échappe à travers de la couronne inférieure 20 et non visibles sur la figure,

l'atmosphère par les orifices 17 à l'extrémité supérieure des On voit également les moyens d'alimentation des tirants en tirants. ajr de refroidissement, constitués par la conduite circulaire 13

• Et on peut fort bien envisager des variantes permettant de 5° d'u"e ,à une f "f s°us Pf «sion (non représen-

réaliser une circulation descendante du fluide de refroidisse- tée) par la conduite d amenée 15, et d autre part à 1 extremité

ment en alimentant les tirants par leur extrémité supérieure. mférie"re de fantJ&r tubulure dont "n seul.

Notamment on peut prévoir des tubulures, telles que 16, exemplaire a été représenté en 16 pour ne pas surcharger la piquées sur la conduite annulaire 13 et remontant extérieure- 55 'Sèment le long de la poche. On peut également prévoir par On observe encore que les tourillons 9 sont cette fois fixés à exemple de placer la conduite 13 au-dessus de la bride de la virole extérieure 22.

serrage supérieure. On retrouve sur la figure 3, la poche 1 munie de son

Aux figures 2 à 5. Une poche expérimentale d'une capacité revêtement réfractaire intérieur 15 présentant une enceinte de 7 tonnes environ d'acier liquide présente une enceinte de 60 métallique fragmentée 2 composée du fond de poche 3, de la diamètre voisin de 1,50 mètre. Les tirants, au nombre de 60, virole supérieure 4 enveloppant la partie supérieure de la poche présentent une section droite de surface voisine de la moitié de et d'une partie intermédiaire constituée par une pluralité de celle des espaces longitudinaux qu'ils forment entre eux, espaces tirants 5 régulièrement distribués autour de la poche et associés dans lesquels sont avantageusement placées (les cales en maté- à des cales isolantes en matériau réfractaire, non visibles sur la riau isolant de l'électricité et présentant une bonne résistance à figure et insérées dans les espaces longitudinaux disponibles la chaleur. Le rôle premier de ces cales est, on le comprend bien, entre deux tirants consécutifs.

d'améliorer l'étanchéité de l'enceinte de la poche à l'égard du Ces tirants sont maintenus en place par serrage entre les métal en fusion qui y est contenu. deux brides annulaires 6 et 7 respectivement solidaires de la

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virole supérieure 4 et du fond de poche 3. Une description plus détaillée des moyens de serrage sera faite en référence à la figure 5. Les tirants sont tubulaires pour permettre une circulation interne d'un fluide refroidissant qui est de préférence un gaz, par exemple de l'air. On rappelle que l'intérêt de cette 5 disposition est de réduire au maximum l'élévation de température de l'enceinte de la poche qui peut être provoquée, même en l'absence de l'élévation possible par courants de Foucault, par le flux calorifique de la charge liquide qui se transmet, de l'intérieur vers l'extérieur de la poche au travers du réfractaire. 10 L'alimentation est effectuée par une conduite annulaire 13 reliée à une conduite d'amenée 15 et approvisionnant les tirants par leur base au moyen de tubes de jonction 16. La circulation dans les tirants est donc ascendante et le gaz est évacué par l'extrémité supérieure 17 de ces derniers. La virole 4 comporte, 15 outre la bride de serrage 6, un corps annulaire creux 18 constitué par deux couronnes superposées 20 et 21, disposées au-dessus de la bride 6 et délimitant entre elles un espace annulaire 19 confiné à sa périphérie interne par la virole 4 et à sa périphérie externe par la virole rapportée 22, ajourée par des 20 lumières 23.

Comme on le voit, ces couronnes dépassent les limites du volume de la poche délimité par les tirants de manière à permettre comme on va l'indiquer à présent, la mise en place de la poche dans une installation de traitement. A cet effet, la 25 figure 3 montre une cuve de chauffage 26 comportant une bobine à induction 11 insérée dans une culasse magnétique annulaire 12. La cuve comporte un fond 27 et se trouve ouverte à sa partie supérieure dont les bords sont constitués par une collerette cannelée 28 munie d'un joint d'étanchéité 29.

Comme on le voit sur la figure, la poche 1 est suspendue dans la cuve 26 au moyen de la couronne inférieure 20 prenant appui sur la collerette 28 par l'intermédiaire du joint annulaire 29.

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Pour des raisons de sécurité on a prévu une jupe de protection 30 masquant les organes d'alimentation des tirants en air de refroidissement.

L'ensemble constitué par la poche 1 et la cuve 26 est recouvert par une cloche 31 reposant sur la couronne supérieure40 21 au moyen d'une collerette cannelée 32 pour l'emplacement d'un joint d'étanchéité 33.

Dans l'exemple décrit, la cloche 31 comporte une conduite d'aspiration 34 pour la mise sous vide de l'ensemble. 45

L'installation de traitement inductif sous vide est donc réalisée par la cuve 26, la cloche 31 et une partie médiane constituée par le corps annulaire creux 18. De cette façon l'installation présente donc au niveau de la virole 4 un retrait périphérique délimitant l'espace annulaire 19 précité. Grâce aux lumières 23 50 ménagées dans la virole 22, cet espace fait partie intégrante du milieu extérieur à l'enceinte sous vide par rapport à laquelle il présente une étanchéité totale.

L'évacuation du gaz de refroidissement circulant dans les 55 tirants est effectuée à l'extérieur au moyen d'un raccord étanche 24 reliant l'extrémité supérieure 17 des tirants à l'expace 19 au travers d'ouvertures ménagées dans la couronne 20. De cette manière, le gaz de refroidissement ne risque pas de perturber l'atmosphère contrôlée régnant dans l'enceinte de traitement. 60

On a représenté sur la figure 4 une cuve de chauffage 26 modifiée intérieurement de manière à isoler la bobine d'induction 11 de l'atmosphère contrôlée régnant dans l'installation de traitement.

Cette modification consiste à disposer à l'intérieur de la cuve 55 une cloison séparatrice 35, coaxiale à l'enveloppe latérale 36 de la cuve, et délimitant avec celle-ci un espace annulaire 37 étanche à l'égard de l'enceinte de traitement proprement dite.

Comme on le voit cet espace annulaire 37 est occupé par la bobine à induction 11 qui de ce fait se trouve soustraite de l'atmosphère contrôlée régnant dans l'installation de traitement.

Cet aménagement avantageux permet à la bobine 11 de supporter des tensions électriques supérieures à celles permises en l'absence d'une cloison séparatrice telle que 35 et qui seraient limitées, en particulier lors de traitement sous vide, à des valeurs de l'ordre de 250 V, au-delà desquelles on encourt de sérieux risques d'amorcer entre les conducteurs du bobinage des effluves électriques.

Le matériau constitutif de la cloison 35 est avant tout étanche, donc non poreux. De plus il est amagnétique de manière à ne pas perturber le champ magnétique créé par l'inducteur 11. D'autre part, ce matériau est de préférence non métallique de façon à ne pas devenir le siège de courants de Foucault indésirables qui auraient tendance à se développer dans des plans perpendiculaires à l'axe de la bobine. En outre la cloison 35 doit avoir à la fois une bonne tenue thermique car les températures en cet endroit peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés centigrades, et une bonne tenue mécanique pour résister aux contraintes de pression notamment lors des traitements sous vide. Compte tenu d'un tel cahier de charge, on emploie de matériaux thermoplastiques de synthèse, tels que le chlorure de polyvinyle rigide qu'on connaît dans le commerce sous la désignation «Lucoflex», ou de préférence des tissus d'amiante armés d'«Araldite» (marque deposée) ou des résines armées de tissus de verre etc..., que l'on trouve également dans le commerce.

Il est à noter que l'indicateur 11 peut aisément être mis en œuvre sous pression atmosphérique si on le désire. Il suffit pour cela de mettre l'espace annulaire 37 en communication avec le milieu ambiant extérieur, par exemple au moyen d'une ou plusieurs lumières, telles que 38 pratiquées dans l'enveloppe 36.

La figure 5 représente une vue détaillée des moyens de fixation des tirants et du prolongement vers le haut de leur circuit de refroidissement.

On distingue sur la figure le fond de poche 3 muni de sa bride de serrage 7. On distingue également la virole 4 servant de frette au niveau de l'extrémité supérieure de la poche et comportant, outre sa bride annulaire 6, le corps annulaire 18 constitué par les deux couronnes 20 et 21 reliées par la virole 22 et définissant entre elles l'espace annulaire 19.

Le tirant métallique 5 est composé d'une tige lisse 39 terminée par des pièces d'extrémités 40 taraudées intérieurement et prenant appui contre la face intérieure des brides 6 et 7 par l'intermédiaire de rondelles d'appui 41 et de joints annulaires plats 42 en matériau isolant de l'électricité. L'assemblage du tirant 5 avec la bride 6 (ou avec la bride 7) est effectué au moyen de goujons creux 43 composés d'une tige 44 filetée à ses deux extrémités, et d'un écrou à embase 45. La tige 44 traverse des ouvertures 29 prévues dans la bride 6 (ou 29' dans la bride 7) et pénètre à l'intérieur du tirant 5 par vissage dans la pièce taraudée 40. Le serrage est assuré par l'écrou 45 par l'intermédiaire d'une rondelle d'appui 41' et d'un joint annulaire 42' respectivement identiques à la rondelle 41 et au joint 42 précités. Les ouvertures 29 ménageées dans la bride 6 présentent un diamètre surpérieur à celui des tiges filetées 44 qui les traversent, de manière à pouvoir disposer dans l'espace annulaire forme entre elles, un joint 46 de type «canon», en matériau isolant de l'électricité. On va maintenant décrire le raccord 24 permettant de relier de façon étanche l'extrémité de sortie 17 des tirants à l'espace annulaire 19. L'extrémité supérieure de la tige 44 présente un alésage 47 dans lequel est placé un embout tubulaire, ou «locating» 48 servant de centrage à un joint tubulaire 49 en matériau élastique tel que du caoutchouc. Ce joint 49 est également centré à son extrémité supérieure au moyen d'un congé 50 usiné dans une pièce creuse terminale 51

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vissée dans une ouverture 52 ménagée au travers de la couronne 20. Le raccord 24 est donc constitué par l'embout 48, le joint 49 et la pièce terminale 51. On notera par ailleurs qu'il est avantageux de prévoir des lumières 23 suffisamment grandes pour pouvoir atteindre, avec un outil approprié, la tête de la pièce 51. 5 Comme on le comprend, l'air s'échappant de l'extrémité 17

des tirants, est canalisé dans l'espace 19 d'où il s'évacue à l'extérieur par passage au travers des lumières 23. On peut ainsi opérer sous vide sans risque de perturbation du système de contrôle et de régulation par une introduction indésirable du fluide refroidissant dans l'enceinte de traitement.

C

1 feuille dessins

Claims (5)

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1. Poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux comprenant une enceinte métallique garnie intérieurement par un revêtement réfractaire, cette enceinte étant composée d'un fond de poche, d'une virole supérieure et de tirants longitudinaux reliant le fond à la virole et maintenus par serrage entre deux brides annulaires respectivement solidaires du fond de poche et de la virole supérieure, caractérisée en ce que les tirants sont tubulaires.

2. Poche selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est équipée de moyens permettant une circulation de fluide refroidissant à l'intérieur des tirants.

2

REVENDICATIONS

3. Poche selon la revendication 2, destinée à être utilisée dans une installation de traitement inductif sous atmosphère contrôle et comprenant un corps annulaire fixé sur la virole supérieure au-dessus de la bride de serrage et dépassant les limites du volume délimité par le tirants, caractérisée en ce que le corps annulaire présente au moins un évidement en communication avec l'orifice de l'extrémité supérieure des tirants et en ce que les moyens pour permettre une circulation de fluide refroidissant à l'intérieur des tirants sont propres à procurer une circulation ascendante.

4. Poche selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'évidement du corps annulaire est également en communication avec le milieu extérieur.

5. Poche selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps annulaire est constitué par deux couronnes disposées autour de la virole supérieure, l'une au-dessus de l'autre et délimitant entre elles un espace annulaire continu en communi cation directe avec l'extérieur et relié de façon étanche aux extrémités supérieures des tirants.