Brevet FR2885208A1 — publié le 20061103

-1 - COUVERCLE DE CUVE A VIDE REFROIDI A L'EAU Les couvercles des récipients métallurgiques destinés au traitement sous vide des métaux liquides et ou partiellement vaporisés travaillent à haute température étant donné qu'ils sont soumis au rayonnement du métal liquide ou à la condensation du métal vaporisé. Les cycles de traitement durent de quelques heures à plusieurs heures et les sollicitations thermiques donc thermomécaniques sont importantes. Quand l'application le permet ils sont garnis de réfractaire pour limiter leur échauffement. C'est en particulier le cas pour les cuves de dégazage des aciers au carbone, alliés ou inoxydables. Le vide recherché est de 300 à 0,01 millibars. Une cuve qui reçoit une poche de métal liquide de 35 à 150 tonnes, soit une poche de 2 à 4 mètres de diamètre, a un couvercle qui peut atteindre 6 mètres de diamètre. Son épaisseur est de 30 à 40 mm pour pouvoir résister à la pression. Il est garni d'une épaisseur de 50 à 100 millimètres de réfractaires et sa température atteint de 100 à 250 C suivant la durée du traitement. Quand le garnissage réfractaire est défaillant les températures sont supérieures et peuvent dépasser 400 C, température à partir de laquelle les aciers utilisés pour ces constructions (qualité chaudière ou faiblement alliés) voient leur caractéristiques de résistance mécanique s'écrouler. Le couvercle s'en trouve détérioré. Il arrive même que des parties du réfractaire en tombant dans le bain de métal liquide en modifie la composition chimique ou produisent des réactions néfastes à la qualité du produit. Une alternative au garnissage réfractaire est de refroidir le couvercle de la cuve par une circulation d'eau dans des canaux qui lui sont soudés ou même qui le constituent. Les échauffements des tôles de constitution du couvercle sont alors moins fortes se limitant à des températures inférieures à 100 C pour les faces exposées au rayonnement. Les parois exposées ont alors des épaisseurs réduites, limitées entre 6 et 12 millimètres. Dans tous les cas les soudures du couvercle ou de la paroi intérieure du couvercle refroidi et les zones affectées par la chaleur au moment du soudage sont plus particulièrement sollicitées et à l'origine de criques qui se développent dans le métal et provoquent des fuites incompatibles avec le procédé. L'air ou l'eau infiltré dans la cuve de traitement augmente la pression. L'eau se décompose au moins partiellement, apporte de l'hydrogène au bain de métal liquide en cours de traitement. Cet incident ne permet pas d'atteindre la qualité envisagée et finalement interrompt le traitement. La sécurité du matériel et des hommes peut être mise en cause. Dans le cas précédemment cité de la fonction de condenseur sous vide, la partie refroidie reçoit une charge thermique importante et les sollicitations thermomécaniques, surtout au début de l'opération de condensation, sont très importantes. L'infiltration d'eau dans le -2 réacteur est d'autant plus dangereuse que les métaux condensés ont une forte réactivité avec l'eau. On peut citer le zinc, le calcium en exemples. Le présent brevet d'invention a pour objet, dans le cas d'un couvercle ou d'un condenseur refroidi à l'eau, une nouvelle disposition des soudures des canaux de circulation d'eau à la tôle intérieure de constitution du couvercle ou du condenseur dans le but de remédier à ce risque de fuite d'eau dans la cuve de traitement. Les soudures en contact avec l'eau ne sont jamais débouchantes à l'intérieur du réacteur, cuve ou condenseur, pour éviter, en cas de fissuration de la soudure ou de la zone affectée par la chaleur, une fuite d'eau. La solution qui est proposée par ce brevet d'invention applicable en particulier pour les raccordements de pièces de forme faisant partie du couvercle assurent cette propriété d'isolation renforcée entre l'eau de refroidissement et le vide. La disposition des soudures est telle que les opérations de soudage soient aisées et que l'inspection de la qualité de ces soudures reste possible qu'elle soit faite par radiographie, par magnétoscopie, par ultra sons ou par ressuage. Dans le cas de grandes surfaces soumises au vide la résistance mécanique est obtenue par des renforts qui peuvent avoir aussi la fonction de cloison de circulation d'eau. Un mode de conception des canaux refroidis, exposé ci-après, sert à mieux comprendre l'objet du présent brevet d'invention. La figure 1 représente la cuve de traitement sous vide. La figure 2 représente la coupe transversale d'un canal de circulation d'eau du couvercle et 20 l'amorce des canaux voisins avec une tôle intrados du couvercle continue. La figure 3 représente la coupe longitudinale d'un canal de circulation d'eau au passage d'une soudure dans la tôle intrados de constitution du couvercle. La figure 4 représente le mode de liaison de la pièce de forme d'un orifice du couvercle. Sur la figure 1 la cuve de traitement sous vide 1 est constituée d'une cuve 11 et d'un couvercle 12; la cuve dispose d'une conduite de raccordement au vide 16 et d'au moins un conduit 17 pour l'observation ou l'introduction des additions ou d'une lance à injection. La poche 13 contenant le laitier et le métal 14 est placée dans la cuve 11 après ouverture du couvercle 12. Une fois le couvercle 12 fermé sur la cuve 1 1 le vide est effectué à travers la conduite de raccordement 16. Pendant l'opération de traitement sous vide le laitier et le métal 16 sont dégazés et la surface du bain de laitier et de métal 16, fortement agitée, produit un rayonnement 15 important sur l'intrados du couvercle 12. Pour certains traitement la vaporisation d'un composant métallique du bain 16 est possible; il se condense sur le couvercle 12. Sur la figure 2, qui représente la coupe transversale d'un canal 24, la tôle exposée 21 constitue 35 l'intérieur du couvercle 12. Les cloisons 22 qui séparent les canaux 24 sont soudées à la tôle -3 -exposée 21 par des soudures de liaison mécanique 25 dont l'étanchéité à l'eau n'est pas spécialement recherchée mais qui assurent la résistance mécanique des canaux 24 soumis à la pression de circulation de l'eau et au vide dans la cuve de traitement 11. Les tôles de fermeture 23 ferment les canaux 24 par des soudures étanches à l'eau 26. Les contrôles non destructifs des soudures 25 sont faits en cours de fabrication avant la fermeture des canaux 24 par les tôles de fermeture 23. Le contrôle non destructif des soudures d'étanchéité 26 est aisé par ultra sons, par magnétoscopie ou par radioscopie. Dans cette partie du couvercle 12 la continuité de la tôle exposée 21 assure l'étanchéité au vide; l'étanchéité à l'eau est faite à l'extrados par les soudures 26. Une défaillance des soudures 26 est immédiatement décelable à l'extérieur du couvercle 12. Le refroidissement de la tôle exposée 21 est moins bon au droit de la cloison 22 mais la température de la tôle exposée 21 varie de 4 C maximum entre un point et l'autre. Sur la figure 3, qui représente la coupe longitudinale d'un canal 24, la tôle exposée 21 est constituée d'au moins une partie raccordée par la soudure 25 dont la fonction principale est alors la résistance mécanique et l'étanchéité au vide. Pour éviter le contact de la soudure 25 avec l'eau de circulation dans le canal 24 une fausse cloison 27 recouvre la soudure 25. Cette fausse cloison 27 est soudée de part et d'autre de la soudure 25 à la tôle exposée 21 par des soudures étanches 26 qui isolent la soudure 25 de l'eau de circulation du canal 24. Le contrôle non destructif de la soudure 25 se fait avant la pose de la fausse cloison 27 par tout les moyens disponibles. Le contrôle non destructif des soudures 26 est fait avant la fermeture des canaux 24 par la tôle de fermeture 23 par ultra sons, magnétoscopie ou radioscopie. L'irrégularité de la température de la tôle exposée 21 du au contact local avec la fausse cloison n'est que de 2 C et est sans influence sur la tenue de la tôle exposée 21. Sur la figure 4, qui représente un tore 28 de renfort d'un conduit de visite ou de prélèvement à son entrée dans le couvercle 12 le tore 28 est relié d'un côté au couvercle 12 et de l'autre au conduit 17. Chaque côté a une tôle exposée 21 et une tôle de fermeture 23. La liaison mécanique du tore 28 aux tôles exposées 21 est faite par des soudures mécaniques 25 qui sont meulées et inspectées avant la fabrication des canaux 24. Les cloisons 22 sont elles soudées aux tôles exposées 21 par des soudures étanches 26. Cependant deux pièces de liaisons 29 sont soudées au tore 28 par une soudure mécanique 25 et aux tôles exposées 21 par une soudure étanche 26 avant la mise en place des cloisons 22. Les tôles de fermeture 23 sont alors mises en place par des soudures étanches 26 entre ces tôles de fermeture 23 et les pièces de liaison 29. Ce montage est indispensable pour assurer l'étanchéité du couvercle 12 et des conduits de visite ou de prélèvement 17. -4 - REVENDICATIONS 1. Couvercle refroidi à l'eau pour une cuve de traitement métallurgique sous vide caractérisé par ce que les soudures de construction de ce couvercle exposées au vide ne sont pas en contact avec l'eau de refroidissement. 2. Couvercle de cuve de traitement métallurgique sous vide suivant la revendication 1 caractérisé par la possibilité de contrôler chaque soudure individuellement au cours du processus de fabrication. 3. Couvercle de cuve de traitement métallurgique sous vide suivant les revendications 1. et 2. 10 caractérisé par la mise en place de tore de liaison entre différentes parties de la paroi interne qui présentent une solution de continuité comme les conduits de liaison.