Brevet FR2816706A1 — publié le 20020517

CANNE DE MESURE DE NIVEAU D'UN BAIN EN FUSION DESCRIPTION L'invention est une canne de mesure du niveau de bain liquide en fusion. De telles cannes sont utilisées pour évaluer la hauteur de bains de matériaux très chauds, difficilement accessibles à l'observation, dans des creusets. La mesure consiste à injecter un gaz à débit constant dans le bain liquide en lui faisant parcourir un conduit de la canne qui débouche à une extrémité libre inférieure dans le bain liquide, et à mesurer la pression qu'on doit appliquer au gaz pour lui imposer l'injection au débit voulu. Une limite de ces cannes de mesure apparaît si la température du bain est importante, ce qui est le cas dans certaines applications de vitrification, car les matériaux métalliques usuels en lesquels la canne est construite perdent leur résistance à ces températures. De plus, certains bains liquides tels ceux qui contiennent des éléments comme les sulfates, les chlorures ou le molybdène deviennent très corrosifs. Le remplacement des cannes est alors fréquent. L'objet de cette invention est d'améliorer la structure de telles cannes de mesure de niveau en leur permettant de résister à des bains liquides qui soumettent les cannes de mesure usuelles à des conditions trop difficiles. La solution retenue consiste à refroidir la canne par un circuit interne d'écoulement de liquide froid. Ce procédé est efficace pour échapper à la corrosion et à la perte de résistance, mais il faut se garder de provoquer une solidification du bain devant le débouché du conduit de gaz car son éjection de la canne deviendrait impossible. Or l'échange de chaleur entre le bain fondu et un réfrigérant beaucoup plus froid produit un refroidissement intense de celui-là près de la canne. La structure améliorée de canne de mesure de niveau qui est proposée ici pour satisfaire à ces exigences comprend un conduit d'injection d'un gaz dans le bain liquide à une extrémité libre de la canne, et, de façon originale, une enveloppe latérale entourant un canal de liquide de refroidissement, et un embout à l'extrémité libre, plus épais que l'enveloppe latérale et massif. L'embout épais et massif réduit localement le transfert de chaleur et aide à maintenir le bain à une température plus élevée devant lui qu'autour de l'enveloppe latérale. Cette disposition permet de maintenir le bain à un état liquide, pas trop visqueux, autour de l'extrémité libre de l'embout et donc de maintenir l'injection de gaz pour la mesure de niveau au débit voulu. Avantageusement, l'enveloppe est en métal, contient un manchon concentrique à elle et séparant un canal d'alimentation du liquide de refroidissement d'un canal d'évacuation du liquide de refroidissement, l'embout a une épaisseur adaptée, de 35 mm dans un exemple particulier, et plus généralement de quelques centimètres et le liquide de refroidissement a un débit réglé pour refroidir le bain liquide à une température légèrement supérieure à la solidification (par exemple 1000oC) devant l'embout. On va maintenant décrire l'invention plus en détail au moyen de la figure unique. Le bain 1 en fusion dans lequel la canne 2 plonge peut être un produit à vitrifier, corrosif aux hautes températures. Les demandeurs ont développé une technique dite de creuset froid, où les produits à vitrifier ne sont pas chauffés par l'intermédiaire du creuset qui les contient mais par des phénomènes d'induction électromagnétiques, alors que le creuset est refroidi et qu'une couche solidifiée de la matière du bain, qui n'est pas corrosive, le recouvre. L'invention trouvera souvent emploi dans de tels creusets froids, sans être exclusive d'autres applications. La canne 2 comprend une enveloppe extérieure 4 cylindrique, finissant sur un embout 5 à l'extrémité libre de la canne 2, un conduit d'injection de gaz 6 s'étendant dans l'axe de l'enveloppe 4, traversant l'embout et finissant en un orifice 7, et un manchon 8 intermédiaire à l'enveloppe 4 et au conduit 6 et parallèle à eux, qui finit à peu de distance de l'embout 5. L'embout 5 est engagé dans l'extrémité de l'enveloppe 4 (comme on l'a représenté) ou la prolonge. Des canalisations d'alimentation et d'évacuation de liquide de refroidissement 9 et 10 débouchent respectivement dans les sommets du manchon 8 et de l'enveloppe 4. Du liquide de refroidissement parcourt le manchon 8 vers l'embout 5, devant lequel il quitte le manchon 8 pour ébaucher une circulation à contre- courant entre lui et l'enveloppe 4 jusqu'au conduit 10. L'enveloppe 4 est mince afin que la canne 2 ne soit pas trop lourde, mais l'embout 5 est massif et beaucoup plus épais, ayant une épaisseur (ou une hauteur) de 35 mm par exemple, mais qui est choisie pour obtenir à son extrémité une température du bain fondu suffisante pour permettre l'éjection du débit de gaz nécessaire à la mesure grâce à une fluidité suffisante du bain, mais assez basse pour garantir une bonne tenue mécanique et à la corrosion à l'extrémité de la canne 2. Dans le cas d'un bain de 1200 C à 1300 C environ de matériau fondu et d'une canne construite en une matière métallique comme l'Inconel, la canne étant plongée d'une longueur d'un demi-mètre environ, on applique un débit d'eau à 200 permettant d'extraire une puissance calorifique de 5,3 kW ; un refroidissement à 600 C environ du bain est alors observé le long de l'enveloppe 4, ce qui solidifie les bains usuels. Toutefois, bien que le jet de refroidissement soit dirigé vers lui, l'embout 5 subit un refroidissement plus modéré en raison de son épaisseur : la température est de l'ordre de 10000C sur sa face inférieure ou libre 11, de sorte que le bain 1 y reste liquide et ne risque pas de boucher l'orifice 7. La corrosion à ces températures par le bain 1 est modérée. Un refroidissement un peu plus important de l'embout 5 est possible pourvu que le bain 1 reste liquide devant lui. REVENDICATIONS 1. Canne (2) de mesure de niveau d'un bain liquide (1) en fusion, comprenant un conduit (6) d'injection d'un gaz dans le bain liquide à une extrémité libre (11) de la canne, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe latérale (4) entourant un canal de liquide de refroidissement, et un embout (5) massif à l'extrémité libre. 2. Canne de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est en métal, contient un manchon (8) concentrique à l'enveloppe latérale (4) et séparant un canal d'alimentation du liquide de refroidissement d'un canal d'évacuation du liquide de refroidissement.