Brevet FR2488367A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne une valve de figeage destinée à être équipée d'une buse d'évacuation pour une substance fondue, disposée à la partie inférieure d'un four de fusion. Une telle soupape de figeage est fermée par soli- dification de la substance fondue elle-même dans la buse d'évacuation et est utilisée efficacement en particulier, sans toutefois y être limitée, dans le cas o des déchets radioactifs sont vitrifiés ou solidifiés dans du verre, dans des blocs et des pierres synthétiques et analogues en utili- sant un four de fusion. L'un des procédés, qui a été utilisé pour solidifier des déchets radioactifs, consistait à vitrifier ces déchets. Selon ce procédé, les déchets radioactifs sont mélangés avec un flux et le mélange chauffé est fondu dans un four de fusion du verre et le verre fondu résultant est évacué du four et est refroidi en vue d'être solidifié. Pour évacuer le verre fondu du four afin de l'introduire dans une cuve de réception du verre fondu disposée au-dessous de ce four, il est nécessaire d'utiliser une buse d'évacuation du verre fondu, comportant un mécanisme permettant la coulée et l'arrêt de l'écoulement du verre fondu. Un tel mécanisme est connu sous le nom de "valve de figeage". Une valve de figeage classique comporte une unité de chauffage et de refroidissement destinée à chauffer ou à refroidir la buse d'évacuation du verre fondu disposée à la partie inférieure du four de fusion de manière à permettre ainsi l'écoulement ou l'arrêt de l'écoulement du verre fondu. En effet le verre solidifié dans la buse est fondu par le chauffage de la buse de manière à permettre au verre fondu de s'écouler, tandis que, par refroidissement de la buse, le verre fondu est solidifié à l'intérieur de cette dernière de manière à obturer la buse et à arrêter l'écoule- ment du verre fondu. Le terme de "soupape de figeage" illus- tre le fonctionnement décrit ci-dessus. Etant donné que la radioactivité autour d'un four de fusion du verre destiné à être utilisé pour fixer les dé- chets radioactifs dans le verre est très importante, un tel four de fusion devrait être installé dans une chambre compor- tant une structure de Erotection contre le rayonnement, comme par exemple un blindage en béton, et le fonctionnement et l'entretien du four de fusion devraient être commandés à distance. Par conséquent il est nécessaire qu'une valve de figeage devant être fixée au four de fusion du verre possède une constitution simple, puisse être manoeuvrée aisément, soit exempte de pannes et possède une longue durée de vie. Etant donné qu'une substance type est du verre possédant une température élevée (1000-1200aC habituellement et envi- ron 13500C dans un cas extrême) et ayant une radioactivité élevée, il est nécessaire que la valve de figeage destinée à commander l'écoulement et l'arrêt de l'écoulement de la substance soit manoeuvrée de façon précise et fiable. Cependant, lorsque l'écoulement du verre fondu est arrêté en utilisant une telle valve classique de figeage du type décrit ci-dessus, la viscosité du verre-augmente rapidement lorsque la buse d'évacuation est refroidie, et le verre devenant visqueux est solidifié tel quel en formant un long fil de verre mince s'étendant à partir de l'extrémité inférieure de la buse jusqu'à une cuve de réception du verre fondu disposée au-dessous de la buse. Dans de telles conditions, le fil de verre se romprait sous l'effet de la contrainte résiduelle. Ceci entraîne l'éparpillement d'élé- ments cassés du fil de verre et l'extension de la contamina- tion radioactive. Par conséquent, lorsque l'on enlève la cuve de réception du verre fondu de la face inférieure du four de fusion en vue de placer un couvercle sur la cuve, le mince fil de verre faisant saillie hors de la cuve se- rait plié et se disperserait. Un tel fil de verre endommage- rait par conséquent le couvercle lorsque l'on soude ce der- nier à la cuve de manière à fermer le verre de façon étanche à l'intérieur de cette dernière. Par conséquent il est nécessaire d'empêcher que se forme le long fil de verre lors- que le verre fondu devenant visqueux est solidifié tel quel mais aucune disposition particulière n'a été prise en vue de résoudre ce problème. Lorsque le long fil de verre formé de la manière indiquée ci-dessus est coudé ou plié, une quantité importan- te de verre solidifié subsiste nécessairement au niveau de l'extrémité inférieure db la buse. Par conséquent, lorsque la buse est chauffée en vue de faire redémarrer l'écoulement du verre fondu, le verre solidifié subsistant à l'extrémité inférieure de la buse gêne l'écoulement du verre fondu de sorte que ce dernier ne peut pas s'écouler suivant une direc- tion perpendiculaire. Il en résulte que le verre fondu tombe à côté de la cuve de réception, qui est disposée en étant alignée sur la buse, ou bien adhère à la surface intérieure d'une hotte protectrice disposée entre la buse et la cuve de réception. C'est pourquoi il est fortement souhaitable de déve- lopper une valve de figeage qui ne présente pas les problè- mes mentionnés ci-dessus et qui permette de réaliser de façon fiable l'écoulement et l'arrêt de l'écoulement du ver- re fondu. Un objet de la présente invention consiste à réali- ser une valve de figeage possédant une constitution simple, apte à être aisément commandée à distance et exempte de pannes. Un autre objet de la présente invention est de four- nir une valve de figeage apte à permettre.1'écoulement fia- ble et un arrêt fiable de l'écoulement du verre fondu conte- nu dans un four de fusion, sans qu'il se-forme un long fil de verre par suite de la solidification du verre fondu deve- nant visqueux et sans laisser subsister une quantité impor- tante de verre solidifié à l'extrémité inférieure d'une buse d'évacuation du verre fondu. Un autre objet de la présente invention est d'indi- quer un procédé permettant de réaliser l'écoulement et l'arrêt de l'écoulement d'un verre fondu contenu dans un four de fusion en utilisant la valve de figeage du type dé- crit précédemment. Conformément à la présente invention, il est prévu une valve de figeage devant être équipée d'une buse d'éva- cuation du verre fondu disposée à la base d'un four de fu- sion du verre, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux jeux d'unités de commande de température contenant chacun des dispositifs de chauffage et de refroidissement et étant disposés autour de la buse d'évacuation du verre, de manière à être montés en série les uns avec les autres suivant la direction longitudinale de la buse, un organe d'isolation thermique inséré entre lesdites unités de com- mande de la température et apte à isoler thermiquement les unités de commande de la température les unes par rapport de manière à chauffer et à refroidir ainsi, de façon indépen- dante, chacune des parties supérieure et inférieure de ladi- te buse, et des moyers permettant d'éjecter un gaz sous pression élevée et disposés à l'extrémité inférieure de la buse et aptes à éjecter le gaz sous pression élevée suivant l'axe de la buse. Les dispositifs de chauffage et de-refroidissement comprennent de préférence une bobine à haute fréquence cons- tituée par un tube creux enroulé autour de la buse d'évacua- tion, un dispositif permettant d'appliquer une haute fréquen- ce à la bobine de manière à engendrer une chaleur par induc- tion en chauffant de ce fait la buse, et un dispositif per- mettant d'introduire de l'eau de refroidissement dans le tube creux pour refroidir ainsi la buse. Conformément à la présente invention, il est égale- ment prévu un procédé pour réaliser l'écoulement du verre fondu et l'arrêt de l'écoulement de ce dernier à partir d'une buse d'évacuation du verre fondu disposée à la base d'un four de fusion du verre, caractérisé en ce qu'il consis- te à installer au moins deux jeux d'unités de commande de la température autour de la buse de manière que ces unités soient disposées en série les unes par rapport aux autres suivant la direction longitudinale de la buse et soient aptes à chauffer et à refroidir de façon indépendante cha- cune des parties supérieure et inférieure de la buse, et, dans le cas de l'arrêt de l'écoulement du verre fondu à partir de ladite buse, à refroidir la partie supérieure de la buse de manière à y solidifier le verre fondu, tout en chauffant la partie inférieure de ladite buse de manière à en évacuer le verre fondu, puis à refroidir la partie infé- rieure de la buse et à éjecter, au niveau de cette extré- mité inférieure de la buse, un gaz à pression élevée suivant l'axe de ladite buse. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illus- tré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe d'une forme de réalisation d'une valve de figeage conforme à la présente invention. La figure 2 représente une vue en coupe-d'une autre forme de réalisation de la valve de figeage conforme à l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de la valve de figeage conforme à l'invention. En se référant à la figure 1, qui représente une forme de réalisation de la présente invention, on voit qu'une buse 2 d'évacuation du verre fondu constituée en un métal résistant à la chaleur et au verre est montée dans la paroi de fond d'un four 1 de fusion du verre. Il est prévu, dans la partie inférieure de la paroi 1 de fond du four, un renfoncement la à proximité de la buse 2. Dans ce renfonce- ment la, une première bobine ou bobine supérieure à haute fréquence 3a est disposée autour d'une partie supérieure de la buse 2 et fixée fermement en position par un matériau 4 de fixation. Une seconde bobine ou bobine inférieure à haute fréquence 3b est également installée autour d'une partie inférieure de la buse 2 et est fixée fermement en position par le matériau 4 de fixation de la bobine. Chacune des première et seconde bobines à haute fréquence 3a, 3b est constituée par une canalisation ou un tube enroulé et à travers lequel circule de l'eau de refroidissement. La première et la seconde bobines à haute fréquence 3a, 3b sont isolées thermiquement grâce à l'insertion d'un organe d'isolation thermique 5 disposé entre elles, de sorte que lesdites bobines 3a, 3b peuvent être commandées de façon indépendante et peuvent être soumises séparément à un chauf- fage et à un refroidissement. A l'extrémité inférieure de la buse 2 d'évacuation du verre se trouve disposé un ensem- ble d'orifices 6 d'éjection d'un gaz à haute pression. Les figures 2 et 3 illustrent deux autres formes de réalisation de la présente invention, dans lesquelles les composants correspondant à ceux de la forme de réalisation représentée sur la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. C'est pourquoi on ne donnera pas de description détaillée de ces composants représentés sur les figures 2 et 3. Dans les formes de réalisation représentées sur les figures 2 et 3, les première et seconde bobines à haute fréquence 3a, 3b sont enroulées autour de la partie de la buse 2 d'évacuation du verre, qui fait saillie vers le bas immédiatement à partir de la surface inférieure du four de fusion 1. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, plusieurs orifices 6 d'éjection d'un gaz à haute pression sont ménagés au voisinage du pourtour de l'extrémité inférieure de la buse 2 d'évacuation du verre. On va expliquer ci-après le fonctionnement de la valve de figeage réalisée conformément à la description précédente. Afin d'évacuer le verre fondu du four de fusion du verre, un courant à haute fréquence est appliqué à la fois à la première et à la seconde bobines à haute fréquen- ce 3a, 3b de manière à soumettre la buse 2 d'évacuation du verre à un chauffage par induction de façon à permettre ainsi au verre situé dans la buse 2 d'être fondu et de s'évacuer en coulant. Même dans ce cas, il est nécessaire d'introduire de l'eau de refroidissement à l'intérieur des bobines à haute fréquence 3a, 3b afin d'empêcher une augmen- tation inutile de la température des bobines 3a, 3b elles- mêmes. Afin d'arrêter l'écoulement de sortie du verre fondu, on arrête l'application du courant à haute fréquence à la première bobine ou bobine supérieure à haute fréquence 3a en maintenant l'eau de refroidissement introduite dans la- dite bobine, tout en maintenant l'application du courant à haute fréquence à la seconde bobine ou bobine inférieure à haute fréquence 3b de manière à conserver à l'état chauffé uniquement la seconde bobine à haute fréquence 3b. Il en résulte que le verre fondu est refroidi et solidifié à l'intérieur de la partie supérieure de la buse 2, ce qui arrête de ce fait l'écoulement de sortie du verre fondu situé dans le four de fusion. D'autre part le verre fondu, qui est resté dans la seconde bobine à haute fréquence 3b, sort en s'écoulant de la buse d'évacuation 2. Lors de la phase finale d'arrêt de l'écoulement du verre, un gaz à haute pression, tel que par exemple de l'air ou de l'azote est éjecté par les orifices 6 d'éjec- tion du gaz à haute pression disposés autour de l'extrémité inférieure ou extrémité libre de la buse 2 de manière à interrompre ainsi le verre devenant visqueux et simultané- ment à refroidir l'extrémité libre de la buse 2. Bien évi- demment, on arrête l'application du courant à haute fréquen- ce à la seconde bobine ou bobine inférieure à haute fréquen- ce 3b de manière à interrompre le chauffage de cette derniè- re au cours de la phase opératoire finale. Un fonctionnement, tel que celui décrit ci-dessus, permet avec efficacité d'arrêter l'écoulement du verre fondu, sans laisser subsister de verre dans l'extrémité libre de la buse 2 et sans durcissement du verre fondu qui est susceptible de former un fil de verre entre la buse 2 et la cuve (non représentée) de réception du verre fondu disposée au-dessous de la buse. L'élément le plus important pour construire la valve de figeage conforme à l'invention est de déterminer un empla- cement et une configuration pour la source intérieure de chauffage permettant de chauffer suffisamment l'extrémité libre de la buse 2. Si cette extrémité libre de la buse n'est pas suffisamment chauffée, sa température n'est pas suffisamment augmentée pour que la formation du verre deve- nant visqueux soit susceptible de se produire. Le second élément le plus important de la présente invention est de refroidir suffisamment la partie supé- riedre de la buse 2. Afin de réaliser un tel refroidisse- ment suffisant de la partie supérieure de la buse, il est également important d'isoler thermiquement la partie supé- rieure de la buse au cours du chauffage de sa partie infé- rieure. L'organe 5 d'isolation thermique tel que représenté sur les formes de réalisation illustrées ci-dessus agit de manière à séparer thermiquement de façon efficace la partie supérieure de la buse par rapport à la partie inférieure de cette dernière. Bien que la constitution et le fonctionnement de la valve de figeage selon la présente invention aient été expli- qués en rapport avec des formes de réalisation préférées, la présente invention ne se trouve pas limitée à ces derniè- res. Bien qu'il n'y ait aucune limitation quant au matériau de la buse et au type du système de chauffage et de refroi- dissement, le système de chauffage utilisé dans les formes de réalisation, dans lesquelles une buse constituée en un métal résistant à la chaleur et au verre est soumise à un chauffage par induction à haute fréquence est préférable du point de vue de la durée de vie, de la capacité de commande et de la simplicité de la construction de la valve. Dans un tel système de chauffage par induction, il est nécessaire d'envoyer à l'intérieur des bobines à haute fréquence de l'eau de refroidissement qui peut être également utilisée pour refroidir la buse lorsque l'opération de chauffage de cette dernière est interrompue. Du point de vue décrit ci- dessus, on considère que le système de chauffage par induc- tion est de préférence celui qu'il faut utiliser en tant que dispositif de chauffage et de refroidissement dans la présente invention. Naturellement on peut prévoir trois ou un plus grand nombre de dispositifs de chauffage et de refroidissement dans la valve de figeage conforme à la pré- sente invention. Cependant il est préférable d'utiliser deux dispositifs de chauffage et de refroidissement comme cela est représenté sur les formes de réalisation, étant donné que la construction de la valve devient complexe par suite de l'accroissement du nombre des dispositifs de chauffage et de refroidissement et en raison du fait que l'on ne peut s'attendre à aucun perfectionnement notable du fonctionnement lorsque le nombre des dispositifs de chauffa- ge et de refroidissement est accru. La valve de figeage selon la présente invention possédant la constitution décrite ci-dessus ne comporte aucu- ne pièce déplaçable mécaniquement ou électriquement et peut être réalisée en des matériaux résistant au rayonnement et résistant à la chaleur et qui sont connus d'une manière générale et d'une utilisation répandue. Par conséquent il est exceptionnel que la présente valve de figeage soit usée, fatiguée, endommagée par des radiations et endommagée thermiquement, de sorte que pratiquement en aucun cas elle n'est défaillante, ni ne se détériore ou ne présente une perte de rendement. En réalité la valve de figeage conforme à la présente invention peut être utilisée de façon stable pendant un long intervalle de temps. En outre cette valve de figeage fonctionne en mettant en oeuvre des opérations très simples, c'est-à-dire uniquement le chauffage et le refroi- dissement de la buse et l'éjection d'un gaz sous pression élevée, de sorte qu'elle peut être aisément commandée à distance. Etant donné que cette valve de figeage possède également une constitution simple, ses dimensions peuvent être fortement réduites. Lorsque l'on utilise la valve de figeage conforme à la présente invention, le verre fondu commence à s'écouler hors de la buse d'évacuation au bout d'un bref intervalle de temps étant donné que la buse est chauffée en utilisant plusieurs dispositifs de chauffage. Afin d'arrêter l'écoule- ment du verre, la partie supérieure de la buse est refroidie de manière à solidifier le verre qui s'y trouve, tandis que la partie inférieure de la buse continue à être chauffée de manière suffisante. Ainsi il ne peut pas subsister un volume important de verre dans l'extrémité inférieure de la buse. En outre un gaz sous pression élevée est éjecté à une extré- mité inférieure de la buse de manière à sectionner le verre devenant visqueiuxet à refroidir rapidement l'extrémité infé- rieure de la buse, de manière à empêcher la formation d'un long fil de verre solidifié. REVENDICATIONS 1. Valve de figeage devant être installée sur une buse (2) d'évacuation du verre fondu disposée à la partie inférieure d'un four (1) de fusion du verre, et qui est cons- tituée par une unité de commande de température (3a) dispo- sée autour de la buse d'évacuation du verre et possédant des dispositifs de chauffage et de refroidissement, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une unité supplémen- taire (3b) de commande de la température, disposée autour de la buse d'évacuation du verre de manière à être montée en série avec l'autre unité de commande de température (3a) suivant la direction longitudinale de la buse (2), un organe d'isolation thermique (5) disposé entre les unités de comman- de de la température (3a, 3b) et apte à isoler thermiquement lesdites unités de commande de la température l'une par rapport à l'autre de manière à chauffer et à refroidir de façon indépendante chacune des parties supérieure et infé- rieure de la buse (2), et un dispositif (6) pour éjecter un gaz sous pression élevée, disposé à l'extrémité inférieure de la buse (2) et apte à éjecter le gaz à haute température suivant l'axe de la buse. 2. Valve de figeage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les dispositifsde chauffage et de refroi- dissement (3a, 3b) sontconstituéspar une bobine à haute fréquence formée par un tube creux enroulé autour de la buse (2), un dispositif pour appliquer une haute fréquence à la bobine de manière à réaliser un chauffage par induction de sorte à chauffer la buse (2), et un dispositif pour in- troduire de l'eau de refroidissement dans le tube creux en refroidissant ainsi la buse (2). 3. Valve de figeage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le dispositif (6) d'éjection du gaz sous pression élevée comporte plusieurs orifices d'éjection dispo- sés autour et à proximité de l'extrémité inférieure de la buse (2). 4. Valve de figeage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la buse (2) d'évacuation du verre est cons- tituée en un matériau résistant à la chaleur et au verre. 5. Procédé pour réaliser l'écoulement d'un verre il fondu et arrêter l'écoulement de ce dernier à partir d'une buse (2) d'évacuation du verre fondu disposée à l'extrémité inférieure d'un four (1) de fusion du verre, et qui comprend le fait de prévoir une unité de commande de la température (3a) autour de la buse d'évacuation du verre de manière à chauffer et à refroidir cette buse en vue de fondre et de solidifier respectivement le verre dans ladite buse, caracté- risé en ce qu'il consiste en outre à prévoir autour de la buse (2) d'évacuation du verre au moins une unité supplémen- taire (3b) de commande de la température qui est disposée en série avec l'autre unité de commande de la température (3a) suivant la direction longitudinale de la buse (2) et est apte à chauffer et à refroidir indépendamment chacune des parties supérieure et inférieure de la buse (2) , et, dans le cas de l'écoulement du verre fondu à partir de la buse, à chauffer à la fois les parties supérieure et infé- rieure de la buse de manière à faire fondre suffisamment le verre situé dans la buse (2), et, dans le cas de l'arrêt de l'écoulement du verre fondu à partir de la buse (2), à re- froidir la partie supérieure de la buse de manière à y solidifier le verre fondu, tout en chauffant la partie infé- rieure de la buse (2) de manière à évacuer le verre fondu dans cette partie inférieure de la buse, puis à refroidir la partie inférieure de la buse (2) et à éjecter (en 6) un gaz sous pression élevée à l'extrémité inférieure de la buse (2) suivant l'axe de cette dernière.