Brevet FR2370797A1 — publié le 19780609

La présente invention a trait à une poche métallurgique à enceinte métallique fragmentée destinée aux traitements inductifs des métaux et alliages tels que l'acier, et notamment à des traitements inductifs sous atmosphère contrôlée. On a décrit dans le brevet français n" 2.100.553 une poche du type précite dont 1 'enceinte est constituée par des tirants métalliques longitudinaux isolés électriquement entre eux et maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires, supérieure et inférieure, solidaires respectivement d'une virole supérieure et du fond de poche. Lorsqu'une telle poche est placee dans une bobine à induction, seuls les tirants se trouvent dans la zone de chauffage, et l'énergie calorifique est alors transmise au sein de la charge métallique à traiter sans pour autant surchauffer l'enceinte de la poche par circulation de courants de Foucault indésirables. Ce type de poche constitue un appareil à grande souplesse d'utilisation permettant les traitements métallurgiques les plus divers tels que la fusion d'une charge, son maintien, ou sa montée en température en phase liquide et toute opération comme le dégazage, la desoxydation et la décarburation simultanée etc... des lors qu'il est possible de mettre la poche sous vide, ou plus généralement sous atmosphère contrôlée. Le brevet précité décrit une telle utilisation en référence à la figure 9 la poche repose à l'intérieur d'une cuve induction par l'intermédiaire d'une couronne annulaire disposée au-dessus de la bride de serrage supérieure et prenant appui sur les bords de la cuve, l'ensemble étant complété par une cloche aspirante reposant sur la face superieure de cette couronne. On a décrit d'autre part dans les demandes de brevet français (76/29.996 et 76/32.041) une poche métallurgique analogue mais dont les tirants métalliques présentent l'avantage d'etre creux axialement pour permettre une circulation ascendante d'un fluide refroidissant qui généralement est un gaz (air, N2 ...) et qui est évacué à l'air libre par l'extrémité superieure des tirants. On comprend aisément, dans ce cas, que les dispositions précitées de mise sous atmosphère contrôlée ne sauraient être-appliquées à l'identique lorsque les tirants présentent un conduit axial pour la circulation d'un gaz refroidissant.En éffet ce dernier s'échapperait alors dans l'atmosphère régnant dans la cuve de traitement et ruinerait ainsi toute possibilité de régulation ou de contrôle pour autant que le gaz refroidissant et-l'atmosphère de la cuve soient de nature ou de caracteristiques thermodynamiques différentes. Il en serait de même dans le cas de traitement sous vide : le gaz refroidissant constituerait alors un ballast que l'installation de vide devrait evacuer et qui limiterait ainsi la pression de travail et ceci d'autant plus que le débit de gaz refroidissant serait important. proposant une technologie particulière de la poche permettant de rendre le circuit de fluide de refroidissement des tirants étanche par rapport à l'atmosphère contrôlée régnant dans la cuve de traitements. cet effet, la présente invention a pour objet une poche métallurgique pour les traitements inductifs des métaux, notamment sous atmosphère contrôlée, dont l'enceinte métallique fragmentée est constituée, dans la zone de chauffage, par des tirants métalliques longitudinaux isolés électriquement entre eux, maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires, inferieure et supérieure, solidaires respectivement du fond de poche et d'une virole metallique enveloppant la partie supérieure de la poche, et présentant à sa périphérie un corps annulaire dispose au-dessus de la bride supérieure et constituant un moyen de support de la poche lors de son installation dans une cuve de chauffage, poche caractérisée en ce que les tirants présentent un conduit interne pour une circulation ascendante d'un fluide refroidissant s'echappant par leur extrémité supérieure, en ce que le corps annulaire présente des évidements internes communiquant avec l'extérieur et en ce que des moyens sont prévus pour mettre en liaison de façon étanche lesdits évidements avec les extrémités supérieures des tirants. Selon un mode de réalisation preférée, le corps annulaire est constitué de deux couronnes superposées et disjointes de maniere à définir entre elles un espace annulaire communiquant avec l'extérieur et relie de façon étanche avec les extrêmites superieures des tirants. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour mettre en communication étanche l'espace annulaire avec l'extrémité superieure des tirants sont constitués par un prolongement tubulaire reliant ladite extrémité à une ouverture ménagée au travers de la couronne disposée immédiatement au-dessus de la bride de serrage. Conformément à une caractéristique particulière de l'invention, le prolongement tubulaire est composé d'un raccord creux fileté-, vissé dans une ouverture taraudée ménagée au travers de la couronne et d'un joint torique, par exemple en caoutchouc, inséré entre l'extrémité supérieure du tirant et le raccord fileté. L'invention a également pour objet une installation etanche pour le traitement inductif des metaux sous atmosphère contrôlée composee - d'une cuve de chauffage ouverte à sa partie supérieure et comportant un inducteur annulaire, - d'une poche métallurgique prouvant s'introduire à l'intérieure de la cuve de chauffage dans l'entrefer de l'inducteur et comprenant une enceinte métallique fragmentée constituée par des tirants longitudinaux, isolés électriquement entre eux et maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires, inférieure et supérieure, solidaires respecti-vement du fond de poche et d'une virole enveloppant la partie supérieure de la poche, laquelle présente en outre un corps annulaire solidaire du pourtour de la virole, disposé au-dessus de la bride superieure et constituant un moyen de support de la poche dans la cuve en prenant appui par sa face inferieure sur les bords de ltouverture de la cuve, - d'un couvercle recouvrant l'ensemble en prenant appui sur la face superieure du corps annulaire solidaire du pourtour de la virole, - de moyens pour assurer l1étanchéité de llinstallation, à l'égard du milieu extérieur ambiant, aux endroits de contact entre la poche et la cuve et entre a poche et le couvercle, - des moyens pour créer à l'intérieur de l'installation une atmosphère contrôlee, installation caractérisée en ce que les tirants présentent un conduit axial pour une circulation interne ascendante d'un fluide refroidissant, en ce que le corps annulaire solidaire du pourtour de la virole superieure présente des évidements internes communiquant avec le milieu extérieur ambiant et en ce que des moyens sont prevus pour relier, de façon étanche, lesdits évidements avec les extremites supérieures des tirants. Selon une disposition particulière les moyens pour assurer l'étanchéité entre la poche et la cuve d'une part et la poche et le couvercle d'autre part, sont constitués par deux collerettes munies chacune d'un joint d'étanchéité annulaire et disposées respectivement en bordure de l'ouverture supérieure de la cuve et en bordure du couvercle. Conformément à une variante avantageuse, la cuve de chauffage comporte une cloison intérieure coaxiale avec l'enveloppe latérale de la cuve et définissant avec celle-ci un espace annulaire étanche à l'égard de l'atmosphère contrôlée regnant dans l'installation de traitement et dans lequel est dispose llinducteur. Selon une mise en oeuvre particuliere, cet espace annulaire est mis en communication avec le milieu ambiant exterieur à l'installation au moyen d'au moins une ouverture pratiquée dans l'enveloppe de la poche. Comme on aura déjà pu s'en rendre compte, la présente invention consiste, dans ses caractéristiques essentielles à refroidir les tirants par une circulation axiale ascendante d'un fluide refroidissant ; à disposer autour de la virole et au-dessus de la bride de serrage un corps annulaire creux ou, de maniere équivalente, deux couronnes (ou collerettes) placées l'une au-dessus de l'autre, et à raccorder de façon etanche l'extrémité supérieure des tirants, par laquelle s'évacue le fluide refroidissant, à l'espace délimité entre les deux couronnes et confiné à sa périphérie intérieure par la virole. De cette façon, lorsque la poche est installée dans une cuve de chauffage en prenant appui sur les bords de cette derniere par l'intermédiaire de la couronne inferieure et qu'un couvercle recouvre l'ensemble en reposant sur la couronne supérieure, 1 'espace annulaire confiné entre les deux couronnes preci tees et dans lequel, conformément à l'invention, débouche le circuit de refroidissement des tirants, est en communication directe avec le milieu extérieur. De ce fait, l'atmosphère contrôlée régnant dans l'enceinte close de chauffage ainsi réalisée, ne risque plus d'être perturbée par le fluide de refroidissement des tirants. L'invention sera bien comprise et les divers avantages qu'elle procure ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en réference aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure l represente en vue en coupe longitudinale de la poche montée dans la cuve de chauffage par induction sous atmosphère contrôlée, - la figure 2 représente une demi coupe longitudinale illustrant une variante preférée de réalisation de l'installation, - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un tirant montrant les moyens de jonction étanche entre son extrémité supérieure et l'espace annulaire menagé entre les deux couronnes, - la figure 4 représente une vue en élévation de l'ensemble de la poche. En se référant à la figure 1, la poche métallurgique 1 munie de son revêtement refractaire intérieur 2, presente une enceinte métallique fragmentée 3 composee d'un fond de poche 4, d'une virole supérieure 5 enveloppant la partie supérieure de la poche et d'une partie intermediaire constituee par une pluralité de tirants 6 régulièrement distribues autour de la poche et isolés électriquement par des joints en matériau réfractaire, non représentés, insérés dans les espaces longitudinaux disponibles entre deux tirants consécutifs. Ces tirants sont maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires 7 et 8 respectivement solidaires du fond de poche 4 et de la virole supérieure 5. Une description plus détaillée des moyens de serrage sera faite en référence à la figure 3. Les tirants sont tubulaires pour permettre une circulation interne d'un fluide refroidissant qui est de préférence un gaz, par exemple de l'air. L'intérêt de cette disposition est de réduire au maximum l'élévation de temperature de l'enceinte de la poche qui peut être provoquée, même en l'absence de celle 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. L'alimentation est effectuee par une chambre annulaire 9 reliee à- une conduite d'amenee 10 et approvisionnant les tirants par leur base au moyen de tubes de jonction 11. La circulation dans les tirants est donc ascendante et le gaz est évacué par l'extrémité supérieure 33 de ces derniers.La virole 5 comporte, outre la bride de serrage 8, deux couronnes annulaires superposées 12 et 13, disposées au-dessus de la bride 8 et definissant entre elles un espace annulaire 14 confiné à sa périphérie interne par la virole 5. La figure 1 représente également une cuve de chauffage 15 comportant une bobine à induction 16 insérée dans une culasse magnétique annulaire 17. La cuve 15 comporte un fond 23 et est ouverte à sa partie supérieure dont les bords sont constitués par une collerette 18 munie d'un joint d'étanchéité 19. Comme on le voit sur la figure, la poche 1 est suspendue dans la cuve 15 au moyen de la couronne inférieure 12 prenant appui sur la collerette 18 par l'intermédiaire du joint annulaire 19. L'ensemble est recouvert par une cloche (ou couvercle) 20 reposant sur la couronne superieure 13 au moyen d'une collerette 24 avec interposition d'un joint d'étanchéité 21. Dans l'exemple décrit, la cloche 20 comporte une conduite d'aspiration 22 pour la mise sous vide de l'ensemble. L'enceinte de traitement inductif sous vide est donc réalisée par la cuve 15, la cloche 20 et une partie médiane constituée par la portion de virole 5 située entre les deux couronnes 12 et 13. Comme on le voit sur la figure 1 l'enceinte sous vide présente donc au niveau de la virole 5 un retrait périphérique définissant l'espace annulaire 14 précite. Cet espace fait partie intégrante du milieu exterieur à l'enceinte sous vide par rapport à laquelle il présente une étanchéité totale. L'évacuation du gaz de refroidissement circulant dans les tirants est effectuée à l'extérieur au moyen d'un prolongement étanche 37 de l'extrêmité supérieure 33 des tirants jusque dans l'espace 14 au travers d'ouvertures menagées au traverse la couronne 12. De cette manière, le gaz de refroidissement ne risque pas de perturber l'atmosphère contrôlée régnant dans l'enceinte de traitement. On a représenté ourla figure 2 une cuve de chauffage 15 modifiée intérieurement de manière à isoler la bobine d'induction 16 de l'atmosphère contrôlée régnant dans l'installation de traitement. Cette modification consiste à disposer à l'intérieur de la cuve une cloison séparatrice 48, coaxiale à l'enveloppe latérale 25 de la cuve, et définissant avec celle-ci un espace annulaire 26 étanche à l'égard de l'enceinte de traitement proprement dite. Comme on le voit cet espace annulaire 26 est occupé par la bobine à induction 16 qui de ce fait se trouve soustraité de l'atmosphère contrôlée de l'enceinte de traitement. Cet aménagement avantageux permet à la bobine 16 de supporter des tensions électriques supérieures à celles permises en l'absence d'une cloison telle que 48 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 serieux risques d'amorcer entre les conducteurs du bobinage des effluves électriques. Le matériau constitutif de la cloison 48 est avant tout étanche, donc non poreux. De plus il est amagnétique de manière à ne pas perturber le champ magnétique creé par l'inducteur 16. D'autre part ce matériau est de préférence non métallique de façon å 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 cuve. En outre la cloison 48 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, le demandeur préconise par exemple l'emploi de materiau thermoplastique de synthèse, tels que le chlorure de polyvinyle rigide qu'on connait dans le commerce sous la designation "Lucoflex", ou de préférence des tissus d'amiante armés d'araldite ou des résines armées de tissus de verre etc..., que l'on trouve également dans le commerce. Il est à noter que l'inducteur 16 peut aisément être mis en oeuvre sous pression atmosphérique si on le désire. Il suffit pour celà de mettre l'espace annulaire 26 en communication avec le milieu ambiant exterieur par exemple au moyen d'une ou plusieurs ouvertures telles que 49 pratiquées dans l'enveloppe 25. La figure 3 represente une vue plus 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 4 muni d'une bride annulaire 7. On distingue également la virole 5 servant de frette au niveau de l'extrémité superieure de la poche et comportant, outre la bride annulaire 8, deux couronnes superposees 12 et 13 définissant entre elles l'espace annulaire 14. Le tirant métallique 6 est composé d'une tige lisse 27 terminée par des pièces d'extrémités 28 taraudées interieurement et prenant appui contre la face intérieure des brides 7 et 8 par l'intermédiaire de rondelles d'appui 29 et de joints annuTaires plats 30 en matériau isolant de l'électricité. L'ass-emblage du tirant 6 avec la bride 8 (ou avec la bride 7) est effectué au moyen de goujons creux 31 composes d'une tige 32 filetee à ses deux extrémités et d'un écrou à embase 33. La tige 32 traverse des ouvertures prévues dans la bride 8 et pénetre à l'intérieur du tirant 6 par vissage dans la pièce taraudée 28. Lé serrage est assure par l'écrou 33 par l'intermédiaire d'une rondelle d'appui 29' et d'un joint annulaire 30' respectivement identiques à la rondelle 29 et au joint 30 précités. Les ouvertures ménagées dans la bride 8 présentent un diametre supérieur à celui des tiges filetées 32 qui les traversent de manière à pouvoir disposer dans l'espace annulaire défini entre elles un joint 34, de type "canon", en matériau isolant de l'électricité. L'extrémité supérieure de la tige 32 présente un alesage 35 dans lequel est placé un embout tubulaire ou "locating" 36 servant de centrage au joint tubulaire 37 en matériau élastique tel que du caoutchouc. Le joint est également centré à son extrémité supérieure au moyen d'un téton creux 38 usiné dans un raccord fileté 39 vissé dans des ouvertures 40 menagées au travers de la couronne 12.Comme on le voit, le prolongement etanche de l'extrémité supérieure du conduit de gaz refroidissant débouchant dans l'espace annulaire 14 est constitué par l'embout 36, le joint 37 et le raccord fileté 39. De cette façon on peut operer sous vide sans risque de perturbation du systeme de contrôle et de régulation par une introduction indésirable de gaz refroidissant dans 1 'enceinte de traitement. La figure 4 illustre une vue d'ensemble diune poche conforme à l'invention. On voit que les tirants 6 forment un rideau de colonnes régulièrement espacées autour de la poche et encerclant le revêtement réfractaire interieur. Des joints isolants 41, en matériau réfractaire, sont insérés dans les espaces longitudinaux disponibles entre deux tirants -successifs. Ces derniers sont maintenus en position par serrage entre une bride annulaire supérieure 8 solidaire de la virole 5 et une bride annulaire inférieure 7 solidaire du fond 4 partiellement masqué sur la figure par un bouclier périphérique 42 protégeant les tubes d'alimentation des tirants en fluide refroidissant (fig 1)-. La virole supérieure 5 comporte en outre deux couronnes superposées 12 et 13 définissant entre elles un espace annulaire 14.Dans l'exemple décrit, les deux couronnes 12 et 13 sont solidarisées au moyen d'une virole extérieure 43 assurant la rigidite mécanique de l'ensemble lorsque la poche est installée dans l'ensemble de chauffage sous atmosphère contrôlée conformément à la description précédente en reference à la figure 1. La virole 43 est bien entendu ajourée de manière à mettre en communication directe l'espace 14 avec le milieu extérieur, Dé préférence, les ouvertures 44 menagées dans la virole 43 sont d'un diamètre suffisant pour pouvoir atteindre, avec un outil approprie, les raccords filetés 39 (non représentés) vissés au travers de la couronne 12 (voir fig. 3) et reliés de façon étanche aux extrémités supérieures des tirants 6- au moyen de joints tubulaires 37. La poche est munie de deux tourillons 45 et 46 diamètralement opposes pour permettre les operations de manutention habituelles. De plus, dans l'exemple decrit, le fond de poche 4 est pourvu d'un dispositif à busette à tiroir 47 pour effectuer les opérations de coulée. Bien entendu l'invention n'est pas limite aux exemples décrits. Ainsi la technologie particuliere des tirants -et de leurs moyens de fixation conformément à la figure 3 a été reprise de celle decrite dans la demande de brevet français (76/32.041). Elle présente l'avantage de faciliter les opérations de remplacement des tirants défectueux ou usagés mais ne saurait pour autant constituer une limite à la présente invention. Toute autre technologie peut également satisfai re, par exemple celle représentée dans la demande de brevet français (76/29.996) décrivant des tirants conçus d'une seule pièce, et dont les extrémités usines et filetees, traversent les ouvertures menagees dans les brides de serrage. De même la nature gazeuse du fluide de refroidissement n'est nullement limitative. Il est possible egalement d'utiliser un liquide, par exemple de l'eau. Toutefois i sera souhaitable dans ce cas de prévoir un collecteur à l'endroit où est evacué le liquide dans l'espace annulaire ménage entre les deux couronnes. REVENDICATIONS 1 - Poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux, notamment sous atmosphère contrôlée, dont l'enceinte métallique fragmentée est constituee dans la zone de chauffage, par des tirants métalliques isolés électriquement entre eux, maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires, inférieure et supérieure, solidaires respectivement du fond de poche et d'une virole enveloppant la partie supérieure de la poche et présentant à sa périphérie, un corps annulaire disposé au-dessus de la bride supérieure et constituant un moyen de support de la poche lors de son installation dans une cuve de chauffage, poche caractérisée en ce que les tirants présentent un conduit interne pour une circulation ascendante d'un fluide refroidissant s'échappant par leur extrêmite supérieure, en ce que le corps annulaire présente des évidements internes communiquant avec l'extérieur et en ce que des moyens sont prevus pour mettre en liaison de façon étanche lesdits évidements avec les extrémités supérieures des tirants. 2 - Poche métallurgique selon la revendication 2 caractérisée en ce que ledit corps annulaire est constitué de deux couronnes superposees et disjointes de manière à définir entre elles un espace annulaire communiquant avec l'exte- rieur et relié de façon etanche avec les extrêmites supérieures des tirants. 3 - Poche métallurgique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les moyens pour mettre en communication de façon étanche l'espace annulaire et l'extrémité supérieure des tirants sont constitués par un prolongement tubulaire reliant ladite extrêmité à une ouverture ménagée au travers de la couronne disposée immédiatement au-dessus de la bride de serrage. 4 - Poche métallurgique selon la revendication 3 caractérisée en ce que ledit prolongement tubulaire est composé d'un raccord creux fileté, vissé dans une ouverture taraudée ménagée au travers de la couronne et d'un joint torique inséré entre l'extrémité supérieure du tirant et ledit raccord fileté. 5 - Poche métallurgique selon la revendication 4 caractérisée en ce que ledit joint torique est en caoutchouc. 6 - Poche métallurgique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le fluide de refroidissement des tirants est un gaz. 7 - Installation étanche pour le traitement inductif des métaux sous atmosphère contrôlée, comprenant - une cuve de chauffage ouverte à sa partie supérieure et comportant un inducteur annulaire, - une poche métallurgique pouvant s'introduire à l'intérieur de la cuve de chauffage dans l'entrefer de l'inducteur et comprenant une enceinte métallique fragmentée constituee par des tirants longitudinaux, isolés électriquement entre eux et maintenus en place par serrage entre deux brides annulaires, inférieure et supérieure, solidaires respectivement du fond de poche et d'une virole enveloppant la partie supérieure de la poche, ladite virole présentant en outre un corps annulaire solidaire du pourtour de la virole, disposé au- dessus de la bride supérieure et constituant un moyen de support de la poche dans la cuve en prenant appui par sa face inférieure sur les bords de l'ouverture de la cuve, - un couvercle recouvrant l'ensemble en prenant appui sur la face superieure du corps annulaire solidaire du pourtour de la virole, - des moyens pour assurer l'étanchéité de I'installation, à l'égard du milieu extérieur ambiant, aux endroits de contact entre la poche et la cuve et entre la poche et le couvercle, - des moyens pour créer à l'intérieur de l'installation une atmosphère contrôlée, installation caractérisée en ce que les tirants presentent un conduit axial pour une circulation interne ascendante d'un fluide refroidissant, en ce que le corps annulaire solidaire du pourtour de la virole supérieure présente des évidements internes communiquant avec le milieu extérieur ambiant, et en ce que des moyens sont prévus pour relier de façon étanche, lesdits evidements avec les extrémités supérieures des tirants. 8 - Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que les moyens pour assurer l'étanchéité entre la poche et la cuve d'une part et la poche et le couvercle d'autre part, sont constitués par deux collerettes munies chacune d'un joint annulaire et disposees respectivement en bordure de 1 'ouver- ture supérieure de la cuve et en bordure du couvercle. 9 - Installation selon les revendications 7 ou 8 caractérisée en ce que la cuve de chauffage comporte une chemise intérieure coaxiale avec l'enveloppe latérale de la cuve et définissant avec celle-ci un espace annulaire etanche à l'égard de l'atmosphère contrôlée régnant dans l'installation de traitement et dans lequel est disposé l'inducteur. 10 - Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit espace annulaire est mis en communication avec le milieu ambiant extérieur au moyen d'au moins une ouverture pratiquée au travers de l'enveloppe de la poche.