Brevet FR2459450A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne les dispositifs de contrôle des processus thermiques à haute température, et a notamment pour objet un dispositif pour la mesure de l'épaisseur dj garnissage d'un appareil athermique. L'invention peut être appliquée avec succès dans diverses branches de l'économie nationale, par exemple dans la métallurgie, l'industrie chimique, l'industrie des matériaux de construction, de la eéramique, pour la mesure du garnissage des fours à acier et de cuisson au cours de leur utilisation. A l'heure actuelle, l'élévation de la température de travail des appareils thermiques entrain l'accroissement de la sévérité des prescriptans concernant les méthodes de contrôle de l'état de leur garnissage pensant le service, ce qui est nécessaire à l'établissement des délais optimaux d'utilisation des appareils thermiques sans incidents. On connaît un dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique, comprenant un émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, monté sur la portion à mesurer du garnissage et constitué par une source de neutrons rapides, un détecteur de rayonnement ionisant et un écran protecteur placé entre eux, la source, le détecteur et l'écran étant montés dans un boîtier étanche, ainsi qu'un module de mesure des impulsions électriques connecté à l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur dii garnissage. Dans ce dispositif, le détecteur de rayonnement ionisant est un détecteur spectrométrique de rayonnement gamma.Toutefois, le rayonnement gamma est absorbé dans une mesure notable par le matériau du garnissage, ce qui diminue la précision des mesures des fortes épaisseurs de garnissage. En outre, les faibles sections d'activation et de capture des neutrons par les noyaux des atomes des éléments entrant dans la constitution des matériaux des garnissages réfractaires et l'activation de ces noyaux requiert l'utilisation d'une source de neutrons rapides de grande activité, créant à la surface du garnissage une densité de flvs neutronique d'environ à à 106 neutrons/cm2.s, ce qui entraîne une complication de l'équipement et implique l'emploi d'écrans de protection biologique encombrants. De plus, dans le dispositif concidéré, le détecteur spectrométrique de rayonnement gamma ne conserve son aptitude au fonctionnement que dans un intervalle de température relativement étroit, ce qui complique la conception de 11 émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage et complique sa mise en place sur la surface du garnissage d'un appareil thermique en service. On stest donc proposé de créer un dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique, dans lequel émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage serait réalisé de façon à permettre l'exécution des mesures dans les intervalles de fortes épaisseurs des garnissages et d'élever la précision des mesures de l'épaisseur du garnissage, ainsi que de diminuer l'activité nécessaire de la source de neutrons rapides. La solution consiste en ce que, dans le dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique, du type comprenant un émetteur d'impnlsions électriques d'épaisseur du garnissage, placé sur la portion à mesurer du garnissage et constitué par une source de neutrons rapides, un détecteur de rayonnement ionisant et un écran protecteur interposé entre eux, la source, le détecteur et l'écran étant montés dans un boîtier étanche, ainsi qu'un module de mesure des impulsions électriques connecté à l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, d'après l'invention le détecteur de rayonnement ionisant, utilisé dans l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, est un détecteur de neutrons thermiques et épithermiques comportant des compteurs de neutrons thermiques, dont le nombre est déterminé par l'activité de la source de neutrons rapides, et un ralentisseur de neutrons élargissant l'intervalle d'énergie des neutrons enregistrés par les compteurs de neutrons thermiques. Il est avantageux que la source de neutrons rapides soit montée sur celle des parois du boîtier étanche de l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage qui est adjacente à la portion à mesurer du garnissage, de façon qu'elle puisse être déplacée suivant cette paroi vers le détecteur de neutrons thermiques et épithermiquesbunedbiance dépendant de l'épaisseur initiale du garnissage. Il est aussi avantageux que le ralentisseur de neutrons prévu dans le détecteur de neutrons thermiques et épithermiques soit placé entre les compteurs de neutrons thermiques disposés l'un au-dessus de l'autre par rapport à la portion à mesurer du garnissage, l'épaisseur du ralentisseur de neutrons étant déterminée par l'épaisseur initiale du garnissage et l'énergie des neutrons émis par la source de neutrons rapides. En outre, il est avantageux que le positionnement de la source de neutrons rapides par rapport au détecteur de neutrons thermiques et épithermiques soit réalisé à l'aide de tasseaux ralentisseurs de neutrons, placés dans l'espace libre du boîtier étanche de l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage. Il est souhaitable que le déplacement de la source de neutrons rapides s'effectue par transposition ou changement de la disposition des tasseaux ralentisseurs de neutrons et de la source de neutrons rapides. Enfin, il est avantageux que l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage comporte un réflecteur de neutrons rapides, réalisé en un matériau diffusant les neutrons et rigidement fixé à la source de neutrons rapides. Dans le dispositif faisant l'objet de l'invention, l'enregistrement du flux de neutrons diffusés par le matériau du garnissage et ralentis jusqu'à des énergies thermiques et épithermiques, permet d'effectuer les mesures avec une précision suffisante pour la détermination fiable des épaisseurs de garnissage critiques de, pratiquement, tous les types de fours d'aciérie et de cuisson. L'invention permet d'élargir l'intervalle des températurqsde travail de l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur de garnissage, ce qui rend moins sévères les prescriptions concernant son isolement thermique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexée dans lesquels - la figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique, conforme à l'invention, dans lequel l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage est montré en coupe longitudinale - la figure 2 représente une mue en coupe suivant II-II de la figure l - la figure 3 représente une vue d'ensemble du dispositif proposé pour la mesure de ltépaisselr da garnissage d'uu appareil thermique. Le dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique comprend un émetteur 1 (figure i) d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, placé sur la portion à mesurer 2 du garnissage 3, sur la surface extérieure de l'enveloppe métallique 4 de l'appareil thermique (non représentée sur les dessins). L'émetteur 1 comporte un boîtier métallique 5 dans lequel sont placés un détecteur 6 de neutrons thermiques et épithermiques et une source 7 de neutrons rapides. Entre le détecteur 6 et la source 7 est disposé un écran protecteur 8, qui est directement en contact avec le détecteur 6. Le détecteur 6 comporte des compteurs 9, 10, 11, 12 (figure 2) et un ralentisseur 13 de neutrons, élargissant l'intervalle d'énergie des neutrons enregistrés par les compteurs 9, 10, 11, 12.Le ralentisseur 13 est réalisé sous la forme d'une plaque dont l'épaisseur est déterminée par l'épaisseur initiale du garnissage 3 et l'énergie des neutrons émis par la source 7. Les compteurs 9, 10, 11, 12 sont placés en deux rangées superposées par rapport à la portion à mesurer 2 du garnissage 13, à raison de deux par rangée. Entre les compteurs 9, 10 d'une rangée et les compteurs 11, 12 de l'autre rangée est placé le ralentisseur 13. Les compteurs 9, 10, 11, 12 sont électriquement couplés en parallèle et ont une sortie commune, qui est la sortie 14 (figure 1) de l'émetteur 1. Sur la source 7 est rigidement fixé un réflecteur 15 de neutrons rapides, réalisé en un matériau dissipant les neutrons (par exemple en graphite). La source 7 est montée sur celle (16) des parois du boîtier 5 qui est adjacente à la portion à mesurer 2. Le montage est réalisé de façon que la source puisse être déplacée sur cette paroi vers le détecteur 6, et être positionnée lors de la mesure de l'épaisseur du garnissage 3. Le positionnement et le déplacement de la source 7 s'effectuent à l'aide de tasseaux 17 ralentisseurs de neutrons, placés dans l'espace libre du boîtier 5 de l'émetteur 1. La source 7 est positionnée, par rapport au détecteur 6, à une distance qui dépend de l'épaisseur initiale du garnissage 3. La sortie 14 de l'émetteur 1 est connectée à un module 18 de mesure des impulsions électriques. Le module 18 comprend un amplificateur 19 d'impulsions électriques, dont l'entrée 20 constitue l'entrée du module 18, et un compteur 21 d'impulsions électriques raccordé à l'amplificateur 19 et dont la sortie 22 constitue la sortie du module 18, ainsi que la sortie du dispositif. Pour le réglage des régimes électriques du module 18, on place l'émetteur 1, à l'aide d'une barre 23 (figure 3),- dans un dispositif de contrôle et d'étalonnage 24, qui fait en meme temps office de capsule ou analogue pour le transport du capteur 1. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Par déplacement des tasseaux 17 (figure 1) et de la source 7 de neutrons rapides dans l'émetteur 1 d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, on choisit entre la source 7 et le détecteur 6 une distance telle que, pour la valeur donnée de l'épaisseur initiale du garnissage 3, la variation de la vitesse de comptage des neutrons thermiques et épi thermiques enregistrée par le module 18, en fonction de l'épaisseur du garnissage 3, soit maximale. Ensuite on règle les régimes et on vérifie le fonctionnement du module 18 de mesure des impulsions électriques, l'émetteur l étant placé dans le dispositif 28 (figure 3) de contrôle et d'étalonnage. Ceci fait, à l'aide de la barre 23 on applique l'émetteur 1 contre l'enveloppe métallique 4 (figure 1). Les neutrons rapides émis par la source 7 pénètrent dans le garnissage 3. Une partie des neutrons rapides sont renvoyés vers le garnissage 3 par le réflecteur 15 de neutrons rapides. En traversant le garnissage 3, les neutrons rapides sont diffusés et ralentis, par suite des collisions avec les noyaux des éléments constituant le matériau du garnissage 3.Une partie des neutrons diffusés et ralentis pénètre dans le volume du détecteur 6 de neutrons thermiques et épithermiques Les neutrons rapides émis par la source 7 vers le détecteur 6 et ralentis par les tasseaux 17 sont absorbés par l'écran protecteur 8. Les neutrons diffusés et ralentis par le matériau du garnissage 3 et arrivant au détecteur 6 sont enregistrés par les compteurs 9, i0, 11, 12 (figure 2) de neutrons thermiques, les neutrons ralentis jusqu'aux énergies thermiques étant enregistrés par les compteurs 11, 12 se trouvant plus près du garnissage 3. Comme l'efficacité de l'enregistrement des neutrons thermiques peut atteindre loodo les neutrons thermiques sont pratiqaement complètement absorbés par les compteurs ll, 12.Les neutrons épithermiques ne sont pas enregistrés directement : ils traversent librement les compteurs ll, 12 et pénètrent dans le volume du ralentisseur 13, où ils sont ralentis jusqu'aux énergies thermiques, puis ils sont enregistrés par tous les compteurs 9, 10, 11, 12. Les impulsions électriques issues des compteurs 9, 10, ll, 12 sont transmises par l'émetteur 1 au module 18 de mesure des impulsions électriques. Ces impulsions, arrivant au module 18 par l'entrée 20, y sont amplifiées par l'amplificateur 19 d'impulsions électriques et enregistrées par le compteur 21 d'impulsions électriques. Ensuite le nombre d'impulsions enregistrées par le module 18 durant un temps prédéterminé est converti en valeur de l'épaisseur du garnissage par l'opérateur, suivant uu procédé connu en soi, par exemple d'après une courbe d'étalonnage construite au préalable. Les mesures achevées, on remplace le capteur l dans le dispositif 24 (figure 3). S'il n'y a pas d'enveloppe métallique 4 (figure l) sur la portion à mesurer 2, on place l'émetteur l directement sur le garnissage 3. L'invention donne la possibilité d'utiliser une source de neutrons de faible activité, ce qui permet de réaliser un émetteur l'impulsions électriques d'encombrement réduit et qui ne présente pas de danger du point de vue des radiations, et dont le service peut être assuré par un seul opérateur. L'invention permet aussi d'exécuter les mesures dans n'importe quelle zone de l'appareil thermique accessible d'un seul côté extérieur et, au besoin, à travers l'enveloppe métallique de l'appareil. De plus, l'invention rend possible le contrôle immédiat de l'état du garnissage réfractaire, ce qui permet, en définitive, d'augmenter la durée de service sans incidents du garnissage des appareils thermiques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure de l'épaisseur du garnissage d'un appareil thermique, du type comprenant un émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, placé sur la portion à mesurer du garnissage et constitué par une source de neutrons rapides, un détecteur de rayonnement ionisant et un écran proteeteur interposé entre eux, la source, le détecteur et l'écran étant montés dans un boîtier étanche, ainsi qu'un module de mesure des impulsions électriques connecté à l'émetteur d'impulsion électriques d'épaisseur du garnissageg caractérisé en ce que le détecteur de rayonnement ionisant, utilisé dans l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage, est un détecteur de neutrons thermiques et épithermiques comportant des compteurs de neutrons thermiques dont le nombre est déterminé par l'activité de la source de neutrons rapides, et un ralentisseur de neutrons élargissant l'intervalle d'énergie des neutrons enregistrés par les compteurs de neutrons thermiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de neutrons rapides est montée sur celle des parois du boîtier étanche de l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage qui est adjacente à la portion à mesurer du garnissage, de façon qu'elle puisse être déplacée suivant cette paroi vers le détecteur de neutrons thermiques et épithermiques, et être positionnée, lors de la mesure de l'épaisseur du garnissage, à une distance, par rapport au détecteur de neutrons thermiques et épithermiques, dépendant de l'épaisseur initiale du garnissage. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ralentisseur de neutrons, prévu dans le détecteur de neutrons thermiques et épithermiques, y est placé entre les compteurs de neutrons thermiques, disposés l'un au dessus de l'autre, par rapport à la portion à mesurer du garnissaTe, l'épaisseur du ralentisseur de neutrons étant déterminée par l'épaisseur initiale du garnissage et l'énergie des neutrons émis par la source de neutrons rapides. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le positionnement de la source de neutrons rapides par rapport au détecteur de neutrons thermiques et épithermiques est réalisé à l'oside de tasseaux ralentisseurs de neutrons, placés dans l'espace libre du boîtier étanche de l'émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le déplacement de la source de neutrons rapides s'effectue par transposition en changeant des tasseaux ralentisseurs de neutrons et de la source de neutrons rapides. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que son émetteur d'impulsions électriques d'épaisseur du garnissage comporte un réflecteur de neutrons rapides, réalisé en un matériau diffusant les neutrons et rigidement fixé à la source de neutrons rapides.