Brevet FR2467469A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne une lame de raclage utilisée dans un sécheur par couche mince, agencé pour traiter des déchets radioactifs sortant d'une centrale nucléaire ou d'une installation semblable. On a largement utilisé ces dernières années des sécheurs opérant par raclage en couche mince pour le séchage de déchets radioactifs sortant d'une centrale nucléaire ou d'une installation semblable, du fait que cet appareil peut être aisément réalisé sous une forme étanche aux gaz et également du fait que son entretien et-son contrôle peuvent être effectués aisément. Le sécheur du type à couche mince désigné dans son ensemble par 10 sur la fig. 1 est habituellement réalisé sous la forme d'une structure verticale comportant un rotor 2 pouvant tourner dans le sécheur 10 sous l'impulsion d'un moteur électrique 1 placé à la partie supérieure de l'appa- reil. La partie cylindrique 13 du sécheur 10 comporte une paroi intérieure 4 et une paroi extérieure 5 concentriques entre elles. L'espace existant entre les deux parois 4 et 5 est utilisé comme chemise de circulation de vapeur de chauffage 6, cette chemise étant pourvue d'un orifice d'entrée 7 et d'un orifice de sortie 8 respectivement placés à sa partie supérieure et à sa partie inférieure. Un certain nombre de lames 3 de conception spéciale sont réparties autour du rotor 2 en étant espacées d'intervalles égaux mais en étant étroitement adjacentes les unes par rapport aux autres, lorsqu'on observe latéralement le rotor 2. En outre, les lames 3 sont fixées autour du rotor 2 de manière à pouvoir pivoter, afin que les lames 3 soient orientées radialement vers l'extérieur par une force centrifuge quand le rotor *2 est entrainé en rotation autour de son axe verti- cal. Des déchets radioactifs sortant d'une centrale nucléaire ou d'une installation semblable sous la forme d'une solution aqueuse sont introduits par l'intermédiaire d'un orifice d'admission 9 placé à la partie supérieure du sécheur dans un distributeur 12. Ensuite la solution de déchets descend le long de la paroi intérieure 4 de la partie cylindrique 13 du sécheur 10 de façon à être soumise successivement à des processus de chauffage, d'évaporation et de séchage. Plus spécifiquement, quand la solution passe dans un intervalle étroit existant entre chaque lame 3 et la paroi intérieure 4, la lame 3 orientée radialement vers l'intérieur par la force centrifuge étale la solution de déchets sur la surface intérieure de la paroi intérieure 4 conductrice de chaleur sous la forme d'une couche ou film mince. La solution est par conséquent séchée par la chaleur, transmise au travers de la paroi intérieure 4, sous la forme d'une boue puis sous la forme de solides qui tombent au travers d'une partie en forme de jupe 15 dans une partie en forme de trémie 16 du sécheur 10. L'eau contenue dans la solution aqueuse est déchargée à l'extérieur par l'intermé- diaire d'un autre orifice de sortie 11, également placé à l'extrémité supérieure du sécheur 10. Les déchets déchargés d'une centrale atomique ou d'une installation semblable contiennent différents composés chimiques, parmi lesquels l'hématite "-Fe203 présente une dureté Vickers d'environ 500 Hv. Pour pouvoir opérer sur ce composé et également sur du bore qui a une dureté compara- tivement grande, et une granulométrie élevée, les lames de raclage utilisées jusqu'à maintenant sont formées d'acier inoxydable ayant une dureté Vickers d'environ 150 Hv. Puisque les bords de travail des lames 3 sont soumis à un frottement à grande vitesse, comprise entre environ 8 et 12 m/s, par les composants précités contenus dans les déchets pendant leur séchage sur la paroi intérieure 4, les lames 3 sont soumises à une abrasion et elles s'usent en une courte période, ce qui nécessite leur remplacement seulement au bout d'une centaine d'heures d'utilisation par exemple. Cependant, puisque l'intérieur du sécheur est fortement contaminé par les déchets radioactifs, le remplace- ment des lames est extrêmement difficile. En outre, ce remplacement nécessite une période très longue et il en résulte que le temps de fonctionnement du sécheur en coopé- ration avec la centrale nucléaire est très limité. On a représenté sur les fig. 2 et 3 des détails de construction d'une lame classique 3. Cette lame 3 comprend une partie principale 17, un bord affûté 18 formé sur l'extérieur de la partie principale 17 et des articulations 20 qui sont placées vers l'intérieur sur la partie principale 17, comme indiqué sur la fig. 1. Chacune des articulations 20 comporte un trou 19 orienté verticalement de façon à recevoir une broche ( non représentée) permettant le pivotement horizontal de la lame autour de cette broche d'articulation. Le bord 18 de la lame classique est revêtu d'un alliage de rechargement en nickel-chrome (Colmonoy) par une technique de pulvérisation de métal fondu afin d'augmenter la dureté de ce bord 18. Cependant, la dureté Vickers du Colmonoy est d'environ 600 Hv, c.ette valeur étant compara- ble avec la dureté des déchets solides obtenus dans le sécheur 10. Il en résulte que la durée de service de ce type de lame ne peut pas être considérablement améliorée par rapport à celle des lames classiques formées d'acier inoxydable et qui ont une durée de service d'environ une centaine d'heures. L'invention a en conséquence pour but de fournir une lame de raclage utilisable dans un sécheur du type à couche mince et dont la durée de service soit bien plus longue que celle des lames de rotor classiques. L'invention a également pour but de fournir une lame de raclage utilisable dans un sécheur du type à couche mince, l'intervalle entre la lame et la paroi intérieure du sécheur pouvant être maintenu à une valeur constante et les possibilités de fonctionnement du sécheur pouvant ainsi être sensiblement améliorées. Conformément à la présente invention, il est prévu une lame de raclage utilisable dans un sécheur du type à couche mince, comprenant une partie cylindrique disposée verticalement et pourvue d'une surface interne de chauffage, des déchets radioactifs sous forme liquide, déchargés d'une centrale nucléaire ou d'une installation semblable, étant introduits dans la partie cylindrique par l'intermédiaire d'un orifice d'admission placé à proximité d'une extrémité supérieure de ladite partie cylindrique, et un rotor étant prévu dans la partie cylindrique pour pouvoir tourner autour d'un axe vertical, un certain nombre de lames de raclage étant fixées à pivotement sur le rotor dans des positions espacées d'intervalles égaux sur la périphérie dudit rotor et étant placées verticalement dans des positions étroite- ment adjacentes de manière que les lames de raclage solli- citées par une force centrifuge assurent l'étalement des déchets radioactifs sur la surface de chauffage sous la forme d'un film mince, la lame de raclage étant caractérisée en ce qu'elle comporte une plaquette, formée d'un alliage résistant à l'usure et présentant une dureté supérieure à 1,2 fois la dureté de l'hématite (c -Fe203) contenue dans les déchets, ladite plaquette étant fixée sur la lame sur son bord radialement extérieur. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 est une vue en élévation, en partie arrachée, d'un sécheur du type à couche mince, les fig. 2 et 3 sont respectivement une vue latérale et une vue en plan d'une lame classique utilisée dans le sécheur, la fig. 4 est une vue en coupe d'une lame conforme à la présente invention, la fig. 5 est une vue en plan, en partie en coupe, d'un autre mode de réalisation de la lame selon l'invention, la fig. 6 est une représentation graphique de l'usure de la lame en fonction du rapport entre les duretés du matériau de lame et des déchets solides obtenus dans le sécheur, la fig. 7 est une représentation graphique représentant l'usure de la lame en fonction du temps, exprimé en heures, pour différents types de matériaux, la fig. 8 est un graphique donnant la variation de production d'un sécheur du type à couche mince en fonction de la vitesse périphérique de la lame, maintenue à une distance constante de la surface intérieure de chauffage du sécheur, et la fig. 9 est une représentation graphique donnant les relations entre le coefficient de transmission de chaleur de la surface de chauffage et la vitesse périphérique de la lame, l'intervalle entre la lame et la surface corres- pondante étant utilisé comme paramètre. En considérant maintenant la fig. 4, on voit qu'elle représente un mode préféré de réalisation de la présente invention; le corps principal 17 d'une lame de raclage 3 est formé d'acier inoxydable du type SUS 316. Une plaquette 21 formée d'un alliage de carbure de tungstène de dureté extrêmement grande est soudée sur un bord exté- rieur 18 du corps principal 17 par brasage. Vers l'intérieur du corps principal 17, en regardant la fig. 1, il est prévu des articulations 20 comportant des trous 19 destinés à recevoir des pivots d'articulation ( non représentés), comme dans la lame classique représentée sur la fig. 2. Sur la fig. 5, on a représenté un autre mode de réalisation de la présente invention dans lequel une plaquette 22 formée d'un alliage de carbure de tungstène est fixée sur le bord extérieur 18 du corps principal 17 par l'intermédiaire d'une pièce de montage 23 et d'une vis mécanique 24. D'autres composants de la structure, tels que les articulations, sont semblables à ceux du premier mode de réalisation de la fig. 4 et à ceux de la lame classique représentée sur la fig. 2. On va maintenant expliquer pourquoi on utilise l'alliage de carbure de tungstène pour former les plaquettes 21 et 22 du premier et du second mode de réalisation. Comme le montre la fig. 6, qui est un graphique donnant la relation entre l'usure de la lame et le rapport entre la dureté du matériau de lame et la dureté d'un composant solide des déchets ( appelés dans la suite déchets solides) qui sont obtenus dans le sécheur, une lame compor- tant un bord sur lequel on a déposé par pulvérisation un métal fondu un peu plus dur que les déchets solides, tel que du Colmonoy, est aisément usée tandis qu'une lame compor- tant une plaquette formée d-'un matériau ayant une dureté supérieure à 1, 2 fois celle des déchets solides présente une résistance à l'abrasion ou à l'usure qui est bien plus grande que celle des lames qui sont revêtues de Colmonoy ou d'un matériau semblable. La dureté de l'alliage de carbure de tungstène est de 1200 Hv, cette valeur étant supérieure à 1,2 fois la dureté de la poudre d'hématite A -Fe203, qui est d'environ 500 Hv. En conséquence, par brasage de la plaquette 21 ou bien par fixation de la plaquette 22, qui sont toutes deux formées d'un alliage de carbure de tungstène, sur le bord 18 comme dans les modes de réalisation précédemment décrits, on peut consi- dérablement réduire l'abrasion ou l'usure de cette pièce. On a effectué des expériences avec des lames constituées de différents matériaux, le sécheur étant alimenté avec une matière simulant des déchets et se composant de 25 % en poids de Na2SO4, d'un certain pourcen- tage en poids de "C-Fe203 ou d'une substance solide sembla- ble et du complément d'eau, et on a obtenu les résultats indiqués sur la fig. 7. Sur cette figure, la ligne en trait interrompu 1 correspond au cas o toute la lame est formée d'acier inoxydable du type SUS 316 tandis que la ligne en trait mixte 2 correspond au cas o du Colmonoy est déposé par pulvérisation sur le bord de la lame, la ligne en trait plein 3 correspondant au cas o une plaquette de carbure de tungstène est fixée sur le bord de chaque lame. Comme le montre-la fig. 7., lorsque les lames sont utilisées avec une-matière de simulation de déchets conte- nant " -Fe203 à l'état pulvérulent, on constate que des lames utilisant du SUS 316 et du Colmonoy sont soumises à une forte usure au bout d'environ 100 heures d'utilisation et à un degré tel que les lames ne peuvent plus être ensuite utilisées, alors que les lames comportant une plaquette de carbure de tungstène s'avèrent satisfaisantes après la même période d'utilisation, sans perte de leur capacité initiale. Conformément à la présente invention, on peut obtenir différentes caractéristiques avantageuses autres que la réduction d'usure précitée des lames. Par exemple, on peut augmenter le rendement du sécheur par augmentation de la vitesse périphérique des lames, comme indiqué sur la fig. 8, ce qui est rendu possible grâce à l'invention par le fait qu'on utilise un alliage ayant une dureté supérieure à 1,2 fois celle des déchets solides, sans diminution de la durée de service des lames. En outre, lorsqu'on utilise dans le sécheur des lames classiques formées d'acier inoxydable ou bien dont le bord est revêtu de Colmonoy ou d'un matériau semblable, on constate que les lames sont usées différemment dans des régions du sécheur o elles entrent en contact avec une phase liquide, une phase boueuse et une phase solide des déchets, ce qui donne lieu à des intervalles de remplace- ment des lames qui sont différents pour les régions corres- pondantes du sécheur. Puisqu'il n'est pas souhaitable de remplacer fréquemment des lames dans un sécheur de traitement de déchets radioactifs à chaque fois que les lames individuel- les sont usées, on doit remplacer l'ensemble des lames simultanément au bout d'un intervalle de temps qui est plus court que la durée de service minimale des lames qui sont en contact avec la phase boueuse. En conséquence, la pério- dicité de remplacement des lames est raccourcie et il en résulte une diminution considérable de la rentabilité d'emploi des lames. En utilisant des lames faisant intervenir un alliage d'une dureté supérieure à 1,2 fois celle des déchets solides sur le bord extérieur de la lame, on peut pratique- ment éliminer l'inconvénient précité résultant de la diffé- rence d'usure des lames dans des régions correspondantes du sécheur et il est possible de maintenir à une valeur constante pendant une longue période de temps l'intervalle de jeu existant entre l'extrémité de la lame et la surface intérieure de la paroi interne du sécheur. En outre, conformé- ment à la présente invention, on peut considérablement simplifier le remplacement et l'ajustement des lames. Sur la fig. 9, qui représente graphiquement des relations entre le coefficient de transmission de chaleur du sécheur et la vitesse périphérique de la lame en faisant intervenir l'intervalle de jeu entre l'extrémité de lame et la paroi intédeure comme un paramètre, les droites 1 à 4 représentent des cas o des intervalles de jeu de 0,3, 0,5, 1,2 et 2 mm sont maintenus respectivement entre la lame et la paroi intérieure du sécheur. Comme le montre la fig. 9, quand l'intervalle de jeu est maintenu à une valeur constante, le coefficient de transmission de chaleur de la paroi intérieure du sécheur croit en correspondance avec une augmentation de la vitesse périphérique des lames et le rendement du sécheur peut être augmenté d'une manière semblable au cas de la fig. 8. Pour un intervalle de jeu compris entre 0,3 et 0,5 mm, le coefficient de transmission de chaleur au travers de la paroi intérieure du sécheur est comparative- ment grand. Cependant, quand l'intervalle de jeu augmente dans une plage de 1,2 à 2 mm, le coefficient de transmission de chaleur diminue sensiblement, ce qui se traduit par une réduction de la quantité de déchets traitée dans le sécheur. Il ressort de l'examen de la fig. 9 que l'interval- le de jeu entre l'extrémité de la lame et la paroi inté- rieure du sécheur, et par conséquent l'usure de la lame, ont une influence importante sur la capacité de traitement du sécheur. En utilisant une plaquette de carbure de tungstène sur le bord extérieur des lames, on réduit sensi- blement l'usure ou l'abrasion des lames et on peut augmen- ter considérablement le rendement de traitement du sécheur. En outre, puisque l'intervalle de jeu des lames est maintenu à une valeur constante, les charges appliquées aux lames peuvent être égalisées et en outre des vibrations et des bruits engendrés dans le sécheur peuvent être consi- dérablement réduits. Bien que, dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, on ait utilisé une plaquette de carbure de.tunsgtène sur le bord extérieur de chaque lame, il va de soi qu'on peut employer, tout en restant dans le cadre de la.présente invention, tout autre matériau que du carbure de tungstène à condition qu'il ait une dureté supérieure à 1,2 fois celle des déchets solides. Par exemple, on peut utiliser pour former la plaquette fixée sur le bord extérieur de chaque lame du nitrure de titane, du nitrure de silicium, un cermet à base d'alumine, du carbure de bore et des matériaux semblables présentant des duretés extrêmement élevées et une excellente aptitude de travail. REVENDICATIONS 1. Lame de raclage utilisable dans un sécheur du type à couche mince, comprenant une partie cylindrique disposée verticalement et pourvue d'une surface interne de chauffage, des déchets radioactifs sous forme liquide, déchargés d'une centrale nucléaire ou d'une installation semblable, étant introduits dans la partie cylindrique par l'intermédiaire d'un orifice d'admission placé à proximité d'une extrémité supérieure de ladite partie cylindrique, et un rotor étant prévu dans la partie cylindrique pour pouvoir tourner autour d'un axe vertical, un certain nombre de lames de raclage étant fixées à pivotement sur le rotor dans des positions espacées d'intervalles égaux sur la périphérie dudit rotor et et étant placées verticalement dans des positions étroitement adjacentes de manière que les lames de racAlage sollicitées par une force centrifuge assurent l'étalement des déchets radioactifs sur la surface de chauffage sous la forme d'un film mince,,caractérisée en ce qu'elle comporte une plaquette (22), formée d'un alliage résistant à l'usure et présentant une dureté supérieure à 1,2 fois la dureté de l'hématite ( d -Fe203) contenue dans les déchets, ladite plaquette étant fixée sur la lame (3) sur son bord radialement extérieur (18). 2. Lame de raclage selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite plaquette (22), formée d'un alliage résistant à l'usure, est fixée sur ladite lame (3) par soudage ou par brasage. 3. Lame de raclage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que ladite plaquette -(22), formée d'un alliage résistant à l'usure, est fixée sur ladite lame (3) par l'intermédiaire d'une pièce de montage (23) et d'une vis mécanique (24). 4. Lame de raclage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que ledit alliage résistant à l'usure est choisi dans un groupe comprenant le carbure de tungstène, le nitrure de titane, le nitrure de silicium, un cermet à base d'alumine et du carbure de bore.