Brevet FR2630533A1 — publié le 19891027

La présente invention a pour objet une enceinte thermique utilisable notamment pour réaliser un conduit isolant dans lequel circule un produit métallurgique à haute température Dans les installations métallurgiques , et par exemple les laminoirs à chaud , on est amené à faire défiler sur une table à rouleaux, un produit à haute température telle qu'une bande , une barre ou un feuillard de métal issu d'un train de laminoir à chaud ou bien encore une brame, un bloom ou une billette sortant d'une machine de coulée continue . Souvent , il est nécessaire d'empêcheur autant que possible le re-froidissement du produit , par exemple lorsqu'il est conduit d'un train de laminage à un autre, et la table à rouleaux doit etre associée à une enceinte thermique empêchant les déperditions de chaleur. De telles enceintes destinées à limiter le plus possible les pertes thermiques d'un produit à température élevée sont utilisées depuis longtemps et comprennent, d'une façon générale , un châssis rigide en forme de caisson creux recouvert, sur l'intérieur , par un revêtement isolant . Ce dernier peut être constitué d'un produit réfractaire , comme dans les fours, mais on aboutit alors à une réalisation lourde et onéreuse . C'est pourquoi on préfère , généralement , utiliser dans ce cas des panneaux en matière isolante telle qu'un isolant fibreux ou solide fixé directement sur le châssis .A cet effet, la couche de matière isolante est associée normalement à une plaque rigide qui recouvre la face tournée vers l'intérieur de l'enceinte et sur laquelle sont fixés des -organes d'attache constitués de tiges traversant l'isolant pour se fixer , à leur autre extrémité, sur le châssis D'autre part, étant donné la température élevée du produit , qui peut être de l'ordre de 1100 à 12000C , les rouleaux de la table de circulation doivent être refroidis par aspersion d'eau . Le tunnel constitué par l'enceinte thermique et la table à rouleaux est donc rempli d'une va peur abondante et la plaque rigide de fixation doit ,en outre , être étanche pour protéger 1' isolant contre I'humidité qui, à la longue , lui ferait perdre ses propriétés d'isolation. On connaît différents revêtements isolants réalisés de cette façon et , par exemple , dans un mode de réalisation particulièrement perfectionné décrit dans le brevet N02 581159 déposé le 31 Octobre 1986 , la plaque de protection de l'isolant est une feuille métallique pliée de façon à ménager des replis insérés à l'intérieur de la ma trière isolante pour augment.er les propriétés d'absorption de la chaleur et de maintien en température du produit Mais la vapeur remplissant le tunnel et les gouttelettes d'eau projetées sur le revêtement par les rouleaux sont généralement chargées en impuretés agressives du type chlorure, sulfure, etc...qui viennent par exemple des traitements auxquels a été soumis le produit auparavant . I1 en résulte que la plaque de protection de l'isolant est soumise à une corrosion importante et c'est pourquoi elle est généralement réalisée en acier inoxydable susceptible de résister à la corrosion Cependant , même en choisissant un acier parti culièrement résistant et , par conséquent onéreux , -on a constaté que , en service , les plaques ou panneaux formant le revêtement interne du tunnel devaient être remplacés assez souvent ce qui entraîne de fréquents arrêts de l'installation L'invention a pour objet un nouveau mode de réalisation du revêtement d'une telle enceinte thermique permettant, d'une part de conserver de bonnes propriétés d'isolation et même de les améliorer en réduisant l'inertie thermique et d'autre part d'obtenir une résistance à la corrosion telle qu'un simple nettoyage périodique soit suffisant pour l'entretien du revêtement isolant, le remplacement n'étant nécessaire qu'en cas de détérioration accidentelle. L'invention s'applique donc , -d'une façon générale, à une enceinte thermique comprenant un châssis rigide en forme de caisson creux recouvert, vers l'intérieur , par un revêtement isolant constitué d'une couche épaisse de matière isolante recouverte, sur sa face tournée vers l'intérieur , par une plaque de protection rigide reliée au châssis par une pluralité d'organes de fixation traversant la couche isolante Conformément à l'invention, la plaque de protection est réalisée en une matière vitreuse du type vitrocéramique , susceptible de.résister à la fois à la corrosion et au choc thermique et dont l'épaisseur est déterminée pour assurer à ladite plaque la rigidité nécessaire pour le maintien de l'ensemble du revêtement sur le châssis De même que les plaques en vitro-céramique utilisées pour les appareils ménagers, la plaque de protection peut être , soit thermiquement transparente , les caractéristiques de la couche isolante étant prévues pour absorber le rayonnement calorifique émis à l'intérieur de l'enceinte , soit réfléchissante ,de façon à constituer un miroir susceptible de réfléchir vers l'intérieur de l'enceinte ,le rayonnement émis par le produit. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, les caractéristiques de la matière vitro-céramique utilisée seront déterminées de façon que la plaque de protection soit partiellement réfléchissante à basse température , en début du cycle thermique, et devienne thermiquement transparente à la température de fonctionnement établi Une telle enceinte thermique est prévue pour être associée à une table à rouleaux de circulation d'un produit métallurgique et comprend à cet effet une partie sensiblement plane s'étendant au-dessus de la table à rouleaux , parallèlement à celle-ci , et deux rebords lon gitudinaux s'étendant transversalement à la table à rouleaux le long des bords de celle-ci de façon à former un espace tubulaire en forme de tunnel , la part.ie plane et les deux rebords étant recouverts chacun d'un revêtement constitué d'une couche isolante recouverte sur sa face interne par une plaque de protection lisse en matière vitro-céramique De préférence, l'enceinte thermique est constituée d'une série de caissons adjacents comprenant chacun une partie plane et deux rebords et placés dans le prolongement les uns des autres en position fermée , chaque caisson pouvant être écarté individuellement de la table à rouleaux pour entretien ou remplacement De façon avantageuse , la plaque de protection est constituée d'un ensemble de dalles adjacentes placées au contact les unes des autres de façon à former une face lisse continue , chaque dalle étant reliée individuellement au châssis par au moins un organe de fixation. L'idée de l'invention réside donc dans une nouvelle approche du problème pour la réalisation d'un conduit isolant de circulation d'un produit métallurgique . Jusqu'à présent , en effet, pour réaliser la fixation et la protection des panneaux isolants , il avait semblé naturel d'utiliser des feuilles métalliques qui présentent l'avantage d'avoir une rigidité suffisante même pour une faible épaisseur et de résister à la corrosion dans le cas d'acier inoxydable Cependant, l'expérience montre que, même en utilisant des aciers spéciaux pour la réalisation des plaques de protection, la corrosion est telle que celles-ci doivent être remplacées assez fréquemment. Or on est arrivé maintenant , dans les installations métallurgiques , à une telle productivité ,que les arrêts pour entretien doivent être évités au maximum et, dans le cas d'une installation de laminage , par exemple, l'inconvénient d'un remplacenent fréquent des plaques d'acier inoxydable réside moins dans le coût des plaques elles-mêmes que dans la diminution de production entraînée par cet arrêt .On a donc eu l'idée qu'il pouvait être possible , au lieu d'améliorer simplement les qualités de résistance à la corrosion de l'acier utilisé , de chercher s'il n'était pas possible d'utiliser un produit autre que 1 acier et , éventuellement , plus onéreux mais ayant une meilleure résistance à la corrosion Les recherches menées en ce sens ont permis de trouver que , malgré leur. apparente fragilité , il était particulièrement intéressant de réaliser les plaques de protection de l'isolant en une matière vitreuse du type vitro-céramique analogue à celle qui est utilisée dans le domaine des appareils électro-ménagers , notamment pour réaliser des plaques de cuisson ou des portes de fours et qui sont apparues assez récemment sur le marché. Or on a constaté que la matière vitro-céramique présentait tout un ensemble d'avantages particulièrement intéressants dans l'application envisagée , ctest-à-dire la réalisation d'un revêtement isolant pour un conduit de circulation de produits métallurgiques à haute température. En effet, les plaques en vitrocéramique , qui ont la consistance et l'aspect du verre, présentent l'avantage de pouvoir , selon les cas, laisser passer ou non le rayonnement thermique et de faciliter grandement le nettoyage et, contrairement au verre, elles résistent aux hautes températures et peuvent supporter sans dommage des chocs thermiques. Mais en outre,les plaques en vitro-céramique présentent une résistance à la corrosion exceptionnelle par rapport à l'acier inoxydable utilisé jusqu'à présent Par ailleurs,leur rigidité est très suffisante pour le maintien en place du matériau isolant , fibreux ou non et comme elles sont extrêmements compactes et sans aucune porosité , le problème de l'étanchéité aux vapeurs corrosives est résolu sauf ,bien entendu , aux joints entre plaques voisines.En effet , comme on ne peut éviter totalement le risque de détérioration accidentelle , il est préférable de réaliser la plaque de protection sous forme de dalles jointives . Mais , précisément , les plaques étant pratiquement indilatables , les espaces entre dalles adjacentes peuvent être extrêmement réduits .D'autre part, on a pu constater expérimentalement que , juste der rière les joints des plaques , les fibres isolantes se dégradaient légèrement sous l'action de l'humidité mais que les parties ainsi dégradées sur une très faible largeur assuraient ensuite l'étanchéité au droit du joint de telle sorte que l'humidité ne se propageait pas dans la matière isolante , qui , ainsi , restait seche et conservait ses propriétés Selon une autre particularité avantageuse dans l'application selon l'invention, la matière vitrocéramique utilisée peut être , selon les cas; transparente ou réfléchissante Lorsque la plaque de protection est thermiquement transparente le rayonnement calorifique émis par le produit est transmis directement à la matière isolante dont l'épaisseur doit simplement être prévue pour l'absorber Mais on peut aussi réaliser des panneaux réfléchissants par exemple si la face de la plaque de protection tournée vers l'isolant est étamée ou argentée On obtient alors , par effet de miroir, une isolation thermique parfaite, tout le rayonnement émis par le produit étant renvoyé sur celui-ci . L'épaisseur de la matière isolante peut alors être diminuée .En revanche, la face interne de l'enceinte doit être nettoyée périodiquement car les projections d'eau de refroidissement des rouleaux et les salissures qui en proviennent peuvent diminuer à la longue l'effet de miroir et donc l'isolation thermique Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la matière vitro-céramique est traitée de façon que la plaque de protection soit partiellement réfléchissante à basse température et devienne thermiquement transparente à la température de fonctionnement établi. De la sorte, en régime transitoire, par exemple en début de cycle thermique , à l'arrivée du produit dans l'enceinte, le revêtement de protection se trouvant à basse température réfléchit vers l'intérieur de l'enceinte une grande partie du rayonnement calorifique émis par le produit . Ensuité, le revêtement s'échauffe pour atteindre la température de régime établi et s'y maintenir , le rayonnement calorifique étant absorbé par l'isolant. Cette particularité permet de réaliser une enceinte présentant une faible inertie thermique et, par conséquent, s'adaptant rapidement à la température du produit. Bien entendu, le revêtement isolant ainsi réalisé est plus onéreux qu'un revêtement protégé par une feuille d'acier inoxydable . Cependant , étant donné que la corrosion par les projections acides n'est pratiquement plus à craindre , la fréquence des arrêts de l'installation pour remplacement des panneaux isolants est beaucoup plus faible et l'on gagne ainsi non seulement sur le coût d'entretien des panneaux isolants mais surtout sur la productivité de l'installation , ce dernier avantage étant comme on l'a vu ,le principal . C'est pourquoi, malgré le coût plus élevé de réalisation de l'enceinte thermique, l'invention présente un avantage économique certain. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après , à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une enceinte thermique selon l'invention pour la circulation d'une bande métallique dans un laminoir à chaud La figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'un tunnel de circulation de produit métallurgique réalisé selon l'invention La figure 2 est une vue en coupe transversale simplifiée de l'ensemble constitué par l'enceinte thermique selon l'invention et la table à rouleaux La figure 3 est une vue de détail en coupe transversale de la fixation du revêtement isolant Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement une table à rouleaux l-constituée d'une série de rouleaux 10 à axe parallèle et sur lesquels défile une bande métallique 2 .L'ensemble est recouvert par une enceinte thermique 3 en forme de caisson allongé , l'ensemble formant un tunnel de circulation de la bande 2. Pour faciliter l'entretien, l'enceinte 3 est constituée de caissons adjacents 31 pouvant pivoter autour d'un axe 30 s'étendant le long d'un bord de la table à rouleaux 1 Chaque caisson 31, représenté en coupe transversale sur la figure 2, est constitué par un châssis 32 recouvert intérieurement par un revêtement isolant 4 qui peut être constitué , comme on le voit sur la figure 3 , d'une série de couches 41 , 42, 43 d'un isolant fibreux ou bien, comme dans certains cas , d'une couche repliée en zig-zag pour réaliser un panneau d'une certaine épaisseur La face interne de la matière isolante 4 est recouverte par une plaque de protection 5 en matière vitreuse du type vitro-céramique comme par exemple, un verre au Bore-Silicate I1 est possible de se procurer auprès des spécialistes , des plaques en matière vitro-céramique présentant les propriétés et les dimensions requises. L'épaisseur de la plaque 5 sera déterminée de façon à lui donner la rigidité nécessaire au maintien de l'isolant et pourra être , par exemple, de 3 à 5 mm . Bien entendu cette épaisseur est supérieure à celle d'une feuille métallique mais ne diminue en rien les propriétés isolantes, la plaque 5 pouvant être , au choix, transparente ou réflé- chissante Pour réaliser le tunnel de circulation du produit, chaque caisson 31 comprend une partie A parallèle à la table de circulation 1 et deux rebords B ,B' s'étendant transversalement à la table de circulation 1 le long des bords longitudinaux de celle-ci.. I1 en est de même de la couche isolante 4 et de la plaque de protection 5 qui comprend une partie 51 s'étendant au-dessus de la table de circulation 1 à une certaine distance de celle-ci et deux rebords longitudinaux 52, 52'. Sur les faces latérales 33 et inférieures 34 de chaque caisson 31, la couche isolante 41, 42, 43 est également recouverte par une plaque de protection. Celle-ci peut aussi être réalisée en matière vitro-céramique . Cependant, ces faces sont moins soumises à la corrosion et, en revanche , les risques de chocs accidentels sont plus élevés et il peut donc être préférable de les recouvrir d'acier inoxydable Dans une installation de laminage classique , la largeur de la table à rouleaux peut dépasser deux mètres et chaque caisson 31 peut couvrir une longueur de quatre mètres par exemplerle conduit isolant étant constitué par une suite de caissons placés dans le prolongement les uns des autres sur toute la longueur de la table à rouleaux. Il ne serait pas intéressant de réaliser des-plaques en vitro-céramique de telles dimensions et c'est pourquoi chacune sera constituée d'une série de dalles 50 constituées par exemple de carrés de 300 x 300 millimètres, environ Comme on l'a indiqué , étant donné que la vitrocéramique est pratiquement indilatable , les joints a entre les dalles adjacentes peuvent être très étroits, leur largeur étant limitée au jeu nécessaire pour effectuer séparément la pose ou le retrait d'une dalle particulière Le châssis 32 du caisson 31 peut être réalisé de façon quelconque en construction mécano soudé aussi légère que possible sous forme d'un caisson en U articulé autour de pivots 35 alignés sur l'axe 30.Les moyens d'ouverture et de fermeture du caisson, faciles à concevoir , n'ont pas été représentés sur les figures Chaque dalle 50 est fixée individuellement au châs- sis 32 par au moins un organe d'attache 6 comprenant une tige 61 fixée au châssis, traversant les deux couches isolantes 41 et 42 et prolongées par plusieurs branches 62 traversant la couche 43 jusqu a une tête de fixation 44 enfilée dans un orifice ménagé sur la plaque 50. Normalement , chaque dalle 50 peut être fixée en quatre points par deux organes d'attache de ce type permettant de contenir sans déformation toute l'épaisseur des couches isolantes en les maintenant appliquées contre le châssis 32. Les rouleaux 10 , entraînés en rotation à grande vitesse , chacun autour de deux paliers 11, et refroidis par aspersion d'eau,dégagent une vapeur abondante et projettent des gouttelettes qui glissent sur les plaques 51, 52 en vitro-céramique sans atteindre la matière isolante parfaitement protégée . En effet, la matière vitrocéramique est totalement étanche et la vapeur passant éventuellement dans les intervalles a produit seulement une légère détérioration 45 de la matière isolante 43 au droit du joint qui obture rapidement celui-ci en empêchant l'humidité de se propager plus loin dans l'isolant. Bien entendu , il est possible , sans s'écarter du cadre de protection défini par les revendications, d'imaginer des variantes , des perfectionnements de détails, d'autres applications ou d'autres formes En particulier, le conduit isolant a été décrit dans son application à un tunnel de circulation du produit entre les différentes parties d'une installation de laminage continu,à grande vitesse, de bandes , de feuillards ou de barres, mais il peut s'appliquer évidemment au laminage discontinu ou d'autres installations par exemple à la sortie d'une machine de coulée continue de brames,de blooms ou de billettes, pour le maintien en température du produit, la forme et les dimensions du caisson devant simplement être adaptées à l'installation. De même , il est prévu d'utiliser , pour la réalisation de l'invention, des plaques en matière vitrocéramique du même type que celles qui sont utilisées actuellement pour d'autres applications mais il ne serait pas exclu d'utiliser une autre matière vitreuse présentant les mêmes propriétés de résistance aux hautes températures Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS Enceinte thermique t3) comprenant un châssis ri gide en forme de caisson creux recouvert, vers l'intérieur , par un revêtement isolant constitué d'une couche épaisse de matière isolante (4) recouverte, sur sa face tournée vers l'intérieur, par une plaque de protec tion rigide (5) reliée au châssis par une pluralité d'organes de fixation (6) traversant la couche isolante(4), caractérisée par le fait que la plaque de protection (5) est réalisée en une matière vitreuse du ty pe vitro-céramique, susceptible de résister à la fois à la corrosion et aux chocs thermiques et dont l'épaisseur est déterminée pour assurer à ladite plaque la rigidité néces saire pour le maintien de l'ensemble du revêtement sur le chassis 2.Enceinte thermique selon la revendication 1, ca ractérisée par le fait qu'elle est associée à une table à rouleaux (10 ) de circulation d'un produit métallurgique (2) et comprend une partie sensiblement plane (.A) s'étendant au-dessus de la table à rouleaux (10) parallè 4ement à celle-ci et deux rebords longitudinaux (B,B' s'étendant transversalement à la table à rouleaux (10) le long des bords de celle-ci de façon à former un espace tubulaire en forme de tunnel, la partie plane (A) et les deux rebords (B, B') étant recouverts chacun d'un revête ment isolant (4) dont la face interne est constituée par une plaque de protection lisse (51, 52, 52') en matière vitro-céramique. 3.Enceinte thermique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la plaque de protec tion (5) est thermiquement transparente, l'épaisseur de la couche isolante (4) étant prévue pour absorber - le rayonnement calorifique émis à l'intérieur de l'enceinte. 4.Enceinte thermique selon l'une des revendica tions 1 ou 2, caractérisée par le fait que la plaque de protection (5) est au moins partiellement réfléchissante, de façon à renvoyer vers l'intérieur de 1 'enceinte,le rayonnement émis par le produit 5. Enceinte thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la matière vitreuse constituant la plaque de protection (5) est déterminée de façon que la plaque de protection (5) soit partiellement réfléchissante à basse température et devienne transparente à partir d'un certain niveau de température, le rayonnement calorifique émis par le produit, étant partiellement réfléchi vers l'intérieur de l'enceinte à l'arrivée du produit puis absorbé par le revêtement isolant à la température de fonctionnement établi 6.Enceinte thermique selon l'une des revendications précédentes , caractérisée par le fait que la matière vitro-céramique est un verre Bore-silicate. 7.Enceinte thermique selon l'une des revendications précédentes , caractérisée par le fait que la plaque de protection (5) est constituée d'un ensemble de dalles adjacentes (51) placées au contact les unes des autres de façon à former une face lisse continue, chaque dalle étant reliée individuellement au châssis par au moins un organe de fixation (6) 8.Enceinte thermique selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle est constituée d'une série de caissons adjacents (31) comprenant chacun une partie plane (A) et deux rebords (B, B'-) et placés dans le prolongement les uns des autres en position fermée, chaque caisson (31) pouvant être écarté individuellement de la table à rouleaux pour entretien ou remplacement. 9.Enceinte thermique selon la revendication 7,caractérisée par le fait que chaque caisson (31) est monté pivotant autour d'un axe (30) s'étendant le long d'un bord longitudinal de la table à rouleaux (10).