Brevet FR2368542A1 — publié le 19780519

La présente invention concerne des perfectionnements aux poches métal- lurgiques destinées aux traitements inductifs des métaux et alliages et notai ment de l'acier. Les pratiques d'élaboration des métaux et de l'acier en particulier évoluent désormais vers une metallurgie dite "hors du four" ou "métallurgie en poche". Parmi l'éventail des possibilités d'apport d'énergie calorifique à la charge à traiter contenue dans la poche, il est notoire que le chauffage par induction présente le meilleur rendement thermique, à condition toutefois de pouvoir remédier à d'éventuelles surchauffes de l'enceinte métallique de la poche par eirculation de courants de Foucault. Il est connu à cet effet de fragmenter l'enceinte5 au niveau de la zone de chauffage, en une pluralité d'éléments métalliques isolés électriquement les uns des autres par un matériau d'apport présentant en outre des qualites de réfrac- taire. On a décrit dans la demande de brevet français (76/29.996) une poche de ce type dont l'enceinte latérale, de forme cylindrique, est constituée dans la zone de chauffage par des tirants métalliques longitudinaux maintenus en place par serrage entre deux brides métalliques annulaires, inférieure et supérieure, respectivement solidaires du fond de poche et d'une virole servant de frette au niveau de l'ouverture supérieure de la poche. Ces tirants sont isolés électriquement entre eux par des joints réfractaires loges dans les espaces longitudinaux disponibles entre deux tirants consécutifs. Une telle poche présente les avantages cumulés d'une technologie simple, d'une bonne tenue mécanique, d'une bonne étanchéité à l'égard de l'acier liquide et d'un échauffement réduit par des courants de Foucault indésirables. Cependant ce dernier avantage joue surtout au niveau des tirants, c'est-àdire dans la zone de chauffage définie par la région intérieure de la bobine à induction. Les essais effectués par le demandeur ont en effet montré qu'unie surchauffe du fond de poche et de la virole supérieure est à craindre bien que ces parties métalliques soient situées respectivement de part et d'autre, à l'extérieur de la bobine à induction, lorsque la poche est installée dans la cuve de chauffe. On connait également (BF. 1.509.043) une poche cylindrique pour traitement inductif à enceinte métallique composite dont le fond est constitué d'un assemblage de plaquettes métalliques amagnétiques isolées électriquement entre elles par un ciment réfractaire injecté dans les interstices continus ménagés entre les plaquettes. On connait d'autre part (BF. 2.100.553) une poche de ce type dont le fond est constitué par une couronne annulaire réalisée en deux pièces et comportant à sa périphérie intérieure une gorge dans laquelle viennent s'engager des éléments conjugués de bandes métalliques rectilignes juxtaposées et -maintenuesprisonniè- res dans la gorge lorsque les deux parties de la couronne sont assemblées. Comme on peut s'en rendre compte, ces fonds de poche sont de technologie assez complexe et de mise en oeuvre laborieuse. De plus, en raison de la capacité Importante de ces poches pouvant contenir des charges métalliques de plusieurs dizaines de tcnnes, il peut se poser des problèmes de tenue mécanique notamment pour celles dont le fond est constitué de plaquettes métalliques assemblées. La présente invention a pour but la réalisation d'une poche métallurgique du type précité dont la structure métallique soit de conception simple et robuste et dont les risques de surchauffe, notamment des éléments situés à l'extérieur du bobinage inductif, ne soient plus à craindre. A cet effet, la présente invention a pour objet une poche métallurgique pour le traitement inductif des métaux comprenant une enceinte composée d'un fond métallique, d'une virole métallique supérieure et d'une partie latérale intermédiaire reliant le fond à la virole et constituée, dans la zone de chauffage, par des tirants métalliques longitudinaux maintenus en position par serrage entre deux brides métalliques annulaires inferieure et supérieure, solidaires respectivement du fond de poche et de la virole supérieure, et isolés électrique -ment entre eux par des joints en matériau réfractaire disposés dans les espaces longitudinaux définis entre deux tirants consécutifs.La virole supérieure et le fond de poche, ainsi que leurs brides annulaires respectives, sont fendus suivant au moins un plan radial à l'enceinte, un matériau réfractaire isolant de l'électri- cité étant disposé dans les fentes ainsi réalisées. Selon une variante préférée de l'invention, le fond de poche présente un évidement central. Selon une autre caracteristique de l'invention, les parties métalliques constitutives de l'enceinte sont en matériau amagnétique, par exemple en acier inoxydable amagnétique. L'invention se fonce sur ia constatation suivante : lorsqu'une poche, ou plus -généralement une enceinte métallique, est introduite dans un inducteur de chauffage, notamment dans un solénoïde, l'échauffement par courants de Foucault est sensible non seulement sur la paroi latérale de l'enceinte située à l'inte- rieur du solénolde mais également sur les autres parties métalliques de la poche dans la mesure où ces dernières ne présentent pas de discontinuités électriques dans des plans perpendiculaires aux lignes de champ magnétique incident. Bien entendu, si ces parties, et c'est le cas pour les poches conformes à l'invention, se. trouvent, lors du chauffage, à l'extérieur du solénolde, l'échauffement parasite sera d'un degré plus faible.Il n'est pas, en conséquence, nécessaire de les fragmenter autant que la paroi latérale situee dans l'entrefer du solénolde. Toutefois le risque de surchauffe existe, en particulier lors d'opérations de longue durée et/ou à forte puissance, et il est souhaitable d'y remédier. Comme on le comprend, la présente invention consiste, dans ses caractéristiques essentielles, à doter la poche d'une enceinte composite dont la structure métallique est constituée par un fond de poche comportant -une bride annulaire, une virole supérieure, servant de frette au niveau de l'extrémité supérieure de la poche, comportant également une bride annulaire, et une partie intermédiaire composée de tirants longitudinaux isolés électriquement par des joints réfrac- taires logés dans les espaces définis entre deux tirants consécutifs, et maintenus en place par serrage entre la bride supérieure et la bride inférieure. Le dimensionnement de ces différents éléments est tel que, pour un solénoïde de hauteur donnee, seule la partie latérale constituée de tirants se trouve, de préférence à l'intérieur du solénoïde durant le chauffage inductif.En outre, et c'est là un aspect distinctif essentiel de l'invention, le fond de poche ainsi que la bride qui lui est solidaire présentent au moins une découpe radiale, depuis la périphérie jusqu'à la zone centrale, l'interstice ainsi réalisé étant occupé par un matériau réfractaire isolant de I'électricité. De même la virole supérieure et la bride qui lui est solidaire sont découpées longitudinalement et l'interstice ainsi réalisé est occupé par un matériau réfractaire isolant de l'électricité. Enfin des essais préliminaires ont montré que les résultats étaient améliorés en ce qui concerne le maintien thermique du fond si un evide- ment central, même de faible diamètre, y était pratiqué. L'invention sera bien comprise et les divers avantages qu'elle procure ressortiront mieux au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure 1 représente une vue d?ensemble de la poche conforme à l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe partielle du dessus illustrant les inoyens de serrage au niveau de la découpe pratiquée dans la virole supérieure, - la figure 3 montre une vue en perspective de la virole supérieure comportant une découpe longitudinale conforme à l'invention, - la figure 4 représente une vue en perspective du fond de poche comportant une-découpe longitudinale se prolongeant jusque dans la zone centrale. Sur toutes les figures, les memes éléments sont désignés par des références identiques. En se reportant à la figure 1 on voit que les tirants métalliques 1 forment un rideau de colonnes régulièrement espacées autour de la poche et encerclant le revêtement réfractaire intérieur. Des joints isolants, en matériau réfractaire, sont insérés dans les espaces longitudinaux définis entre deux tirants successifs. En plus de leur caractère de réfractaire et d'isolant électrique, ces joints doivent présenter des qualités d'isolant thermique et une bonne résistance à la compression en raison des phénomènes de dilatation de la structure métallique lors du fonctionnement de la poche. Dans l'exemple décrit, on utilise un matériau commercialisé sous la dénomination "Syndanio" qui présente les caractéristiques précitées et qui est composé d'un aggloméré de pierres minérales et d'amiante en poudre. Les tirants sont maintenus en place par serrage au moyen de boulons 3, de rondelles d'appui 4 et de joints isolants 5, entre une bride annulaire supé rieur 6 fixée au bas de la virole 7 et une bride annulaire inférieure 8 formant le bord d'une cuvette constituée par le fond de poche 9.Les ouvertures radiales réalisées conformément à l'invention, par des découpes longitudinales dans la virole 7 et le fond de poche 9, ont été schématisées sous les références 23 et 24. Sur ce point, une description plus claire sera faite par la suite, en référence aux figures 2 et 3. La virole supérieure 7 comporte en outre des tourillons latéraux 11 pour les opérations de manutentions habituelles. Dans l'exemple décrit, le fond de poche 9 est pourvu d'une busette à tiroir 12 pour effectuer les opérations de coulée. On a représenté schématiquement sur la partie gauche de la figure des moyens de chauffage par induction 13 constitué par un solénoïde 14 entourant la poche et inséré dans une culasse annulaire 15.Comme on le voit, la hauteur du solénolde ne dépasse pas celle des tirants de sorte que la virole 7, le fond de poche 9 et leur bride respective 6 et 8,.se trouvent positionnés à l'extérieur de la zone de chauffage inductif proprement dite. Une description plus détaillée de l'ensemble de la poche et en particulier des moyens de fixation des tirants pourra être retrouvée dans la demande de brevet français 76/29.996 déposée au nom du demandeur. On se reporte à présent aux figures 2 et 3 dont les découpes ont été volon tairement surdimensionnées pour bien faire apparaître les détails de leur réali sation. On a également fait figurer les emplacements 19 des tirants. -N'ouvçrture 23 réalisée par la découpe est occupée par une plaquette isolante et réfractaire 17, maintenue en place par serrage entre deux flasques metalliques 16 rapportés au droit de la virole 7 et de la bride annulaire 6 par soudure sur les lèvres de la découpe. Les moyens d'assemblage isostatique 22 sont constitués par des boulons de serrage 10 munis de rondelles d'appui 20 et traversant des ouvertures 25 prévues à cet effet au travers des flasques 16 et de la plaquette 17. Bien entendu, il est nécessaire que les boulons soient isolés électriquement des pièces métalliques 16. A cet effet, le diamètre des ouvertures 25 est légèrement supérieur au diamètre des boulons 10 correspondants de-mantère à ménager entre eux un espace annulaire dans lequel est disposé un fourreau isolant 18.De plus, les rondelles métalliques 20 sont serrées contre les pièces 16 avec interposition de joints plats 21 également isolants de l'élec- tricoté On comprend aisément qu'en plus de leur propriété d'isolant électrique, ces joints (18 et 21) doivent présenter des qualités réfractaires et une bonne résistance à la compression. A cet égard, un matériau de même nature que celui constitutif des joints 2 précédemment évoqués (fig. 1) fera très bien l'affaire. il est à noter que les dispositions qui viennent d'être décrites en réference aux figures 2 et 3 se retrouvent de façon analogue au niveau du fond de poche et de la bride de serrage qui lui est solidaire. Toutefois, comme le montre la figure 4, l'ouverture longitudinale 24 réalisée par la decoupe conforme à l'invention se prolonge radialement dans le fond de poche 9 jusqu'en bordure d'un évidement central 26. On a également représenté sur cette figure les emplacements 19 des tirants sur la bride de serrage inférieure 8 et les flasques rapportes 16' munis de leurs ouvertures 25' pour le passage des moyens d'assemblage isostatique décrits précédemment. Sans vouloir rendre la présente invention tributaire d'une quelconque théorie, le demandeur a constaté que la présence d'un évidement central 26 réduisait de façon sensible l'échauffement du fond, donc la circulation de courants de Foucault indésirables. Les dimensions de l'évidement central 26 ne sont pas imposées par l'invention.L'utilisateur pourra les choisir à sa guise en tenant compte toutefois des problèmes de portée du réfractaire interne soumis au poids de la charge métallique à traiter, problèmes qui peuvent se poser audelà d'une certaine limite. il va de soi que cet évidement peut, si besoin est, être comblé par un ciment réfractaire, isolant de l'électricité. Toutes les pièces métalliques constitutives de la poche, et notamment les tirants, sont en matériau amagnétique, par exemple en acier inoxydable amagnétique, pour éviter une absorption importante du champ magnétique par enceinte de la poche au détriment de la charge métallique à traiter disposée à l'intérieur. il va de soi que la présente invention en saurait se limiter aux modes de réalisation particuliers décrits. C' est ainsi que les découpes longitudinales pratiquées respectivement dans la virole supérieure et dans le fond de poche peuvent étire localisées n'importe où sur le périmètre de ces éléments. De même il est possible de pratiquer dans ces éléments une seule découpe (comme le montrent les exemples décrits) ou plusieurs. REVENDICATIONS 1 - Perfeci:ionnements aux poches métalliques pour le traitement inductif des métaux comprenant une enceinte composée d'un fond de poche, d'une virole supérieure et d'une partie latérale reliant le fond à la virole et constituée, dans la zone de chauffage, par des tirants longitudinaux isolés électriquement entre eux et maintenus en position par serrage entre deux brides annulaires inférieure et superieures solidaires respectivement de la virole et du fond de poche5 caractérisée en ce que ia virole supérieure et le fond de poche ainsi que leurs brides annulaires respectives présentent au moins une discontinuité électrique périphérique. 2 - Perfectîoiinementsselon la revendication 1 caractérisés en ce que la discontinuité électrique est réalisée par une découpe longitudinale et en ce que du matériau réfractaire et isolant de 11 électricité est disposé dans l'ou- verture ainsi réaliséé. 3 - Perfectionnements selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le rond de poche présente un évidement central.