Brevet FR2510075A1 — publié le 19830128

L'invention concerne le domaine des bains liqui des à hautes températures, tels que des bains de traitement de pièces métalliques du genre des bains de sels. Ces bains liquides ou pseudo-liquides sont portés à des températures élevées, en général supérieures à 5000C et pouvant aller Jusqu'à 18O00C pour permettre divers traitementsmétallurgiques. A l'heure actuelle les pertes d'énergie sont considérables car il y a une importante déperdition calorifique dans l'atmosphère en raison de la différence de températures régnant entre cette dernière et celle du bain. Pour essayer de limiter les pertes calorifiques on a déjà proposé de munir la cuve du bain d'un couvercle mais, si celui-ci réduit effectivement le rayonnement calorifique vers l'extérieur, sa structure monobloc ne permet pas un travail pratique convenable car les pièces à traiter doivent être plongées puis enlevées du bain et souvent à plusieurs reprises, ce qui lorsque la cuve est couverte d'un couvercle entra;- ne de nombreuses manipulations supplémentaires sur ce couvercle. Il existe donc un besoin certain et impérieux pour lutter contre les pertes thermiques des bains liquides portés à hautes températures, afin d'économiser l'énergie. L'invention a pour objet un procédé qui répond à ce besoin et permet de lutter efficacement contre les pertes thermiques de bains liquides à hautes températures, tels que des bains de traitement de pièces métalliques, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on dispose sur le bain liquide un couvercle flottant - présenté en fragments solides et résistant à l'abrasion, - ayant une densité inférieure à 1, - réfractaire, à savoir ayant un point de fusion supérieur à 18000C environ, - isolant thermique, - non conducteur de l'électricité (isolant électrique), - poreux (ou allégé) à pores fermés, - inerte dans les conditions de mise en oeuvre vis-à-vis des bains, du milieu ambiant et des pièces traitées dans les bains. Un tel couvercle flottant est parfaitement bien adapté au besoin des traitements dans les bains liquides car il permet l'introduction et l'extraction des pièces sans risque d'adhérence de particules. Dans la technique antérieure on avait déjà proposé des corps creux, sous forme de boules en polypropylène, qui étaient utilisées à la surface de certains bains liquides, par exemple des bains d'électrolyse. Mais l'objectif de ces billes ou boules plastiques n'était pas le même que celui auquel répond la présente invention. En effet, ces corps de l'art antérieur n'avarient pas pour impératif majeur d'économiser l'énergie mais ils étaient davantage prévus pour éviter les projections, les vapeurs, les odeurs et autres manifestations des liquides utilisés au cours des traitements chimiques ou électrochimiques. Les problèmes qui se posent dans le cas des bains liquides à hautes températures, c'est-à-dire des températures au moins égales à 5000C, sont nettement différents. I1 va sans dire que des billes en polypropylène seraient incapables de résister dans de telles conditions. I1 pourrait venir à l'idée de l'homme de l'art d'utiliser des matériaux fragmentaires ou particulaires capables de résister à de telles températures. Mais cette seule propriété n'est cependant pas suffisante pour atteindre les objets de la présente invention. Par exemple le graphite ou le carburundum > qui sont des matières réfractaires bien connuesXseraient inutilisables aux fins de l'invention car il s'agit de matériaux conducteurs de l'électricité. Par ailleurs le couvercle flottant mis en oeuvre selon l'invention doit etre constitué d'un matériau de densité inférieure à 1 et qui de ce fait se trouve sous une forme allégée et poreuse. Mais là encore n'importe quel corps poreux ne répond au besoin de l'invention. En utilisant un matériau poreux ordinaire, meme réfractaire, tel qu'u- ne brique, on constate que dans les première minutes de trai tement cette brique flotte et ensuite elle tombe rapidement au fond du bain ce qui rend bien entendu un tel matériau complètement inutilisable. I1 est donc critique que le matériau poreux constituant le couvercle flottant de l'invention soit constitué quasi-exclusivement de pores fermés. Enfin le matériau doit être inerte dans les conditions de mise en oeuvre tant vis-à-vis des bains et du milieu ambiant que des pièces métalliques traitées dans ces bains. Là encore il s'agit d'une condition qui ne peut pas etre satisfaite pour des bains de sels à 12000C comme cela serait pour des bains d'électrolyse qui fonctionnent à des températures inférieures à 1000C. Toutes les propriétés qui ont été résumées dans la définition générale du couvercle flottant de l'invention sont donc nécessaires en combinaison, pour atteindre les objectifs de l'invention. On a indiqué précédemment que le couvercle flottant selon l'invention se présentait sous forme de fragments solides. Cette expression désigne des formes solides très variées telles que billes, particules, formes parallélipipédiques ou cubiques, la seule condition étant que le couvercle ne soit pas monobloc. Pour permettre des manipulations aisées à travers le couvercle, il est cependant avantageux que le matériau se présente sous forme suffisamment petite, par exemple des billes de 2 à 5 mm de diamètre environ. Par ailleurs, il est indispensable que les fragments soient suffisamment bien formés et il est souvent utile de procéder à un traitement préalable de séparation pour écarter les fragments non convenables, par exemple les matériaux particulaires trop fins.Les fines, en effet, ont tendance à tomber au fond du bain alors que par hypothèse le couvercle de l'invention doit être flottant. La matière la plus appropriée pour les besoins de l'invention est l'alumine. I1 convient que l'alumine soit mise sous une forme répondant à la définition générale indiquée précédemment, c'est-à-dire une forme allégée à pores fermés aboutissant à une densité inférieure à 1. Une matière convenant particulièrement bien à cet égard et qui de ce fait est préférée par l'invention est l'alumine disponible sur le marché sous la dénominationCORINDON ASO" par la Société française d'Electrométallurgie (SOFREM) du groupe Péchiney Ugine-Kuhlmann.Ce corindon est un corindon globulaire élec tro-fondu, à très haute teneur en alumine.Il se présente sous la forme de sphères creuses très légères. I1 est pro posé à l'heure actuelle comme réfractaire-et excellent iso- lant thermique, de plus chimiquement inerte. I1 trouve donc pour le moment une application à titre de composant réfractaire isolant thermique à hautes températures pour fours,réacteurs, etc.,. Son point de fusion est supé rieur à 19000C. Alors que le corindon courant a une densi té apparente de 2,77 g/cm3, le corindon globulaire ASO type GL a une densité apparente voisine de 0,91 g/cm3 et même inférieure lorsque les grains sont dans la gamme de gra nul-ométrie de 2 à 5 mm. L'invention tire profit de l'existence de cet te alumine particulière et en fait une nouvelle application comme couvercle flottant pour bains thermiques à hautes tem pératures. L'invention permet la couverture de bains très divers. Ces bains sont bien connus de l'homme de l'art et n'ont donc pas à être décrits plus avant. On sait qu'il s'a git de mélanges eutectiques fondant à une température bien déterminée, par exemple des mélanges de sels alcalins et alcalino-terreux, tels que des halogénures alcalins et alca lino-terreux. Si nécessaire, avant sa mise en oeuvre dans le procédé de l'invention, il peut être recommandé de procéder à un séchage complet de la matière fragmentaire de fa çon à éviter des accidents par projection lors de l'introduction.des pièces dans les bains. L'épaisseur de matière fragmentaire à mettre en oeuvre selon l'invention n'est pas critique. On a obtenu des résultats pratiquement favorables en utilisant des couvercles flottants de 1 à 3 cm d'épaisseur, en constituant ainsi un lit continu de particules isolantes. Avec des moyens simples, l'invention procure des avantages pratiques importants, parmi lesquels on peut citer les suivants - elle procure d'importantes économies d'énergie, qu'on peut évaluer à environ 60% pour le maintien en veilleuse d'un four à bain de sel; - elle apporte une amélioration importante des conditions de travail pour les ouvriers habituellement exposés au rayonnement des bains à hautes températures; - elle assainit l'atmosphère autour des fours en raison de la captation plus aisée des fumées et particules solides s'échappant des bains; - elle permet encore d'améliorer la régulation automatique de température grace à la réduction des écarts enregistrés sur celle-ci; - grâce à son caractère fragmentaire, le couvercle flottant selon l'invention permet l'introduction et l'extraction des pièces dans le liquide du bain sans risque d'adhérence de particules. L'invention sera illustrée sans être aucunement limitée par la description ci-après faite en référence à des exemples de traitement concrets.Dans tous les exemples ci-après on a utilisé comme couvercle flottant des billes de corindon ASO globulaires GL de la Société SOFREM, telles que définies ci-dessus. On a utilisé les billes de granulométrie de 2-5 mm environ. On a apprécié l'économie d'énergie réalisée dans des fours comportant divers bains de sels portés à haute température et fonctionnant en régime continu, nuit et jour, y compris lessamediset dimanches. A l'exemple 1 on a utilisé un bain de choru- ressous forme d'un mélange binaire NaCl-CCl. A l'exemple 2 on a également utilisé un bain de chloruressous forme d'un mélange BaC12-NaCl A l'exemple 3 on a utilisé le même bain qu'à l'exemple 2 mais dans un four de dimensions plus importantes. A l'exemple 4 on a utilisé un bain constitué de 98% en poids de chlorure de baryum BaC12 de 2% en poids de fluorure de magnésium MgF. A l'exemple 5 on a utilisé le mëme bain qu'à l-'exemple 4 mais dans un four de dimensions plus importantes. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau I. TABLEAU I :Ex: Température du Puissance absorbée par le:Economie réalisée sur : : bain de sel : four en KW/h. : l'énergie habituelle ment dissipée par sans cou- avec couver- rayonnement sans cou- avec couver vercle : cle(inven- tison) :1 : 650 C : 36,14KW: 20,24 : 43,8% :2 : 75O0C : 38,46 : 10,24 : 73,4% :3 : 85O0C 43,68 13,24 70,6% :4 : 11000C : 25,22 : 8,96 : 64,2% :5 : 12200C : 43,40 : 8,45 80,5% Les résultats rapportés dans le tableau I démontrent l'avantage considérable procuré par l'invention pour l'économie d'énergie habituellement dissipée par rayonnement. Cette économie est de plus en plus sensible au fur et à mesure que s'élève la température du bain de traitement. I1 va sans dire que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été donnés pré cédemment. REVENDIC v ONS 1. Procédé pour lutter contre les pertes thermiques de bains liquides à hautes températures, tels que des bains de traitement de pièces métalliques, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on dispose sur le bain liquide un couvercle flottant - présenté en fragments solides et résistaht à l'abrasion, - ayant une densité inférieure à 1, - réfractaire, à savoir ayant un point de fusion supérieur à 18000C environ, - isolant thermique, - non conducteur de l'électricité (isolant électrique), - poreux (ou allégé) à pores fermés, - inerte dans les conditions de mise en oeuvre vis-à-vis des bains, du milieu ambiant et des pièces traitées dans les bains. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau du couvercle est l'alumine. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un corindon globulaire électrofondu allégé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise des billes ou grains ayant une granulométrie de 2 à 5 mm environ. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, préalablement à son utilisation comme couvercle flottant, on réalise un séchage de la matière fragmentaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, préalablement à son utilisation comme couvercle flottant, on réalise un triage de 18 matière fragmentaire pour éliminer les fines. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le couvercle flottant possède une épaisseur de 1 à 3 cm. 8. A titre de moyen pour'la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7? un matériau - présenté en fragments solides et résistant à abrasion, - ayant une densité inférieure à 1, - réfractaire, à savoir ayant un point de fusion supérieur à 18000C environ, - isolant thermique, - non conducteur de l'électricité (isolant électrique), - poreux (ou allégé) à pores fermés, - inerte dans les- conditions de mise en oeuvre vis-à-vis des bains, du milieu ambiant et des pièces traitées dans les bains. 9. Moyen selon la revendication 8,- caractérisé en ce que le matériau est l'alumine. 10. Moyen selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau est un corindon globulaire électrofondu allégé.