EP0998588A1 - Cuve inertee pour le traitement de metal liquide oxydable - Google Patents

Cuve inertee pour le traitement de metal liquide oxydable

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EP0998588A1
EP0998588A1 EP98937596A EP98937596A EP0998588A1 EP 0998588 A1 EP0998588 A1 EP 0998588A1 EP 98937596 A EP98937596 A EP 98937596A EP 98937596 A EP98937596 A EP 98937596A EP 0998588 A1 EP0998588 A1 EP 0998588A1
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EP
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tank
liquid metal
cover
tank body
wall
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EP98937596A
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Jacques Moriceau
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Rio Tinto France SAS
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
Pechiney Rhenalu SAS
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    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0073—Seals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/064—Obtaining aluminium refining using inert or reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
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    • F27D1/18—Door frames; Doors, lids, removable covers
    • F27D1/1808—Removable covers
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    • F27D2001/0059—Construction elements of a furnace
    • F27D2001/0069—Means to prevent heat conduction
    • F27D2001/0073—Surrounding protection around the furnace, e.g. covers, circulation of gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
    • F27D2003/0036—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities comprising inflatable or extendable parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0006—Monitoring the characteristics (composition, quantities, temperature, pressure) of at least one of the gases of the kiln atmosphere and using it as a controlling value
    • F27D2019/0009—Monitoring the pressure in an enclosure or kiln zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material

Definitions

  • the invention relates to a tank with an easily oxidizable liquid metal treatment pocket, comprising one or more devices making it possible to prevent gases harmful to the liquid metal or the apparatuses located in the tank, from entering the tank, said tank thus being inerted.
  • the harmful gases are generally gases containing oxygen and / or water vapor.
  • This treatment includes in particular the blowing of a gas (generally argon with or without added chlorine) for example using a dispersion rotor immersed in the liquid metal, the drive shaft of which the turbine are often made of graphite and / or simple filtration through a bed of filter material, for example a piece of porous ceramic or any other filter medium.
  • a gas generally argon with or without added chlorine
  • the absence of inclusions, in particular resulting from the oxidation of the liquid metal by oxygen in the air and / or water vapor, is often essential for avoid defects in the parts obtained subsequently, for example the thin strips.
  • tanks first of all comprise a tank body essentially comprising an external steel box whose internal walls are lined with a relatively porous refractory masonry and as inert as possible with respect to the treated metal.
  • the interior layout depends on the treatment or treatments that we want to subject to the metal.
  • the masonry tank thus produced can be divided into compartments using separating walls also made of inert refractory masonry.
  • This masonry is at least partly made using mortar and refractory insulation.
  • the box has a plurality of holes to allow the evacuation of water vapor and drying gases. They also serve for the evacuation of part of the water vapor taken up by the refractories and / or insulators, or more generally by the lining coatings, during stops and emptying of the tank, another part of said vapor. of water that can pollute the metal treated in the tank.
  • the tanks also have a cover crossed by equipment necessary for carrying out the treatment process, which are often removable (that is to say that they can be removed from the tank) and / or mobile.
  • the means for injecting process gas usually dispersion turbines located at the end of a rotor shaft; this rotor can pass through the cover as it is or can sometimes be surrounded by a fixed sheath, the assembly remaining removable; it is also the means for heating the liquid metal, for example of the immersion heater type partially immersed in the liquid metal, which can be removable, or the temperature measurement means (thermocouples).
  • the tank body includes, like the cover, a metallic external wall, possibly perforated, lined inside the refractory. There is usually a guard space between the cover and the surface of the molten metal.
  • They also include means for entering and leaving the liquid metal which may be such that they avoid any contact between the metal treated in the tank and the external atmosphere.
  • These means are generally of the “source supply” or “siphon” type where it is the liquid metal itself which ensures the sealing and insulation of the inside of the tank from the outside.
  • the tank body may include at its base a drain hole passing through its wall and closable for example by a removable stopper.
  • All these ancillary equipment can be the source of parasitic humid air inlets, detrimental to the quality of the treated metal; it is therefore necessary to avoid them.
  • the invention is an inert tank for the treatment of oxidizable liquid metal, comprising a tank body surmounted by a cover, the said bodies and cover each comprising a metal wall covered on its inner face with a inert refractory lining, a plurality of holes being drilled in the wall of the tank body and optionally in that of the cover, removable and / or mobile auxiliary equipment, or possibly fixed passing through the cover and optionally the tank body, these equipment making it possible to '' Perform or control said treatment, the tank body comprising means for entering and leaving the liquid metal such that they avoid any contact between the liquid metal located in the tank and the external atmosphere, preferably using a device of the liquid metal siphon type, said tank being optionally equipped with a pressure regulation device making it possible to adjust its internal pressure to a value greater than atmospheric pressure and being characterized in that it comprises at least two of the following devices:
  • the waterproof, usually metallic, steel overwrap is hermetically sealed. It can consist of several parts assembled by joints.
  • the double jacket thus obtained contains a dry and preferably inert gas, for example nitrogen or argon. It may be a weak gas stream, the overwrap then comprises at least one gas inlet and outlet generally calibrated and / or closable, or a static atmosphere whose pressure is controlled to be slightly higher than the atmospheric pressure. It can include a drain valve located at a low point on the body or the cover to evacuate the condensations coming from the refractories and passing through the holes in the wall.
  • the inflatable peripheral seal used to obtain the seal between the tank body and its cover comprises a simple elastomeric rod holding temperature, inflated by a preferably neutral gas at a suitable pressure in relation to the weight of the cover and the condition of the bearing surfaces to be sealed.
  • Such a device is an important means of the invention and proves to be particularly effective while being economical and simple to implement; it in fact makes it possible to isolate the interior of the tank and the surface of the liquid metal bath from the external atmosphere in a secure manner because it adapts perfectly to the support surfaces integral with the cover and the tank body to be sealed which generally have irregular geometries, often left profiles, an approximate flatness and are easily deformable; it alone allows good inerting of the tank.
  • the cover simply placed on the inflatable tube and providing sealing thanks to its own weight, can be handled remotely, easily, quickly and automatically, thus avoiding any risk for personnel.
  • the inerted tank it is sometimes advantageous for the inerted tank to have at least this double envelope which makes it possible to avoid the recovery of humidity by the refractory masonry during stops and emptying of the tank and then the pollutant release of this humidity in the metal being processed.
  • the inerting of the tank is further improved when the tank is itself equipped with an inflatable seal and / or sealing means on the bushings of auxiliary equipment.
  • the tank remains closed during the said temperature maintenance and / or emptying operations.
  • the auxiliary equipment making it possible to carry out and control the treatment of the liquid metal are generally removable, that is to say that they can be manipulated, through the cover or the tank body, to position or extract them from the liquid metal using lifting devices; these are in particular the devices for supplying treatment gas (for example the rotor turbine drive shaft), for heating the liquid metal (for example of the partially immersed immersion heaters type), for temperature measurement (for example partially submerged thermocouple).
  • treatment gas for example the rotor turbine drive shaft
  • heating the liquid metal for example of the partially immersed immersion heaters type
  • temperature measurement for example partially submerged thermocouple.
  • As removable equipment passing through the tank body it is for example a drain hole closed by a stopper actuated by an operating rod.
  • Said equipment can also be mobile such as for example the rotary shaft of the gas injector, when it is not protected by a fixed protective sheath.
  • a device of the cable gland type generally comprising:
  • a flange surrounding said equipment fixed in a sealed manner (for example welding) on the cover or the tank body or the double envelope surrounding them and in which has been provided a housing for gasket surrounding the, and of suitable dimensions at, says mobile equipment,
  • a packing generally a graphite-based braid taking place in said housing surrounding said equipment
  • a counter flange also surrounding the equipment and comprising means making it possible to compress said lining against the walls of said housing and said removable and / or mobile equipment, using clamping devices cooperating with said flange secured to the cover or to the tank body.
  • the flange and its cable gland can also be fixed to the cover or to the tank body in a removable but leaktight manner, using a gasket and clamping means, to a first flange fixed directly and in a leaktight manner (by welding example) to said cover or tank body, which facilitates disassembly and maintenance.
  • This watertight device in both directions is particularly effective in ensuring the isolation of the liquid metal from the external atmosphere, in particular when an overpressure of gas prevails inside the tank or when accidentally a depression occurs for example due to unexpected cooling.
  • the sealing is ensured in a conventional manner: the equipment is subject, by means of a seal, to a counter-flange fixed or welded in a leaktight manner on the cover or the body of the tank.
  • the pressure regulating device inside the tank typically comprises gas supply and outlet pipes passing through the cover and operates with a dry gas, for example dry air, nitrogen or argon.
  • a dry gas for example dry air, nitrogen or argon.
  • the outlet pipe generally fitted with a pressure adjustment valve, can also serve as an outlet for the treatment gases introduced into the liquid metal.
  • the pressure regulating device can also be used to introduce into the tank a stream of inert gas sweeping the surface of the liquid metal being treated or to keep the tank under dry and inert gas.
  • It also includes an apparatus with conventional pressure regulation loop comprising the comparison of the pressure in the tank with a set value and the activation accordingly of the adjustment valves located on the gas inlet and outlet pipes. Additionally it can combine gas flow regulation.
  • This device is particularly effective when it is used in addition to the sealing devices of the cover to avoid pollution of the surface of the liquid metal and the combustion or premature wear of oxidizable equipment, for example in graphite.
  • FIG. 1 presents an overall diagram of an inerted treatment tank, comprising a gas injection using a submerged rotor and auxiliary equipment; it combines several inerting means according to the invention.
  • the tank has a double external envelope, an inflatable seal between the cover and the tank body, sealing means of the cable gland type on the removable and / or mobile equipment passing through the cover and the tank body and a regulating device. pressure inside the tank.
  • this double wall which contains a dry gas at a pressure higher than atmospheric pressure to prevent the external atmosphere from coming into contact with the refractory lining and risk polluting the liquid metal.
  • Dry gas is introduced into the double wall (5) through the tube (6) using an automatic pressure regulation (7) actuating the valve (8), the pressure being measured via the circuit ( 9).
  • the outer covering (4) comprises at (10) a nozzle fitted with a valve located at the bottom point to evacuate the water condensations.
  • (1 1) we see a gas outlet device equipped with a valve which can be used to establish a gas flow in the double wall and to evacuate the water vapor produced during the drying of the refractories.
  • the interior of the tank is divided into compartments using a refractory separating wall (1 2).
  • the cover comprises a refractory lining (1 3) disposed on the inner face of the metal wall (14) itself surrounded by an overwrap (1 5) to obtain a double wall filled with gas;
  • the gas supply device has not been shown, it may be identical to that of the tank body.
  • the input and output devices for liquid metal of the "source” type, in which it is the liquid metal itself which ensures the isolation between the interior of the tank and the external atmosphere, may be identical .
  • an input / output device comprises a channel (1 6) for supplying liquid metal, an inclined well (1 7) formed in the wall of the tank body, such that the orifice opening into the tank is located below the level (1 8) liquid metal in normal operation.
  • a sealed, mobile or adjustable shutter valve (1 9) can be provided in the event that the level of metal in the tank is insufficient or in the absence of said metal, for example during emptying or filling operations.
  • the tank is closed by the cover using an inflatable peripheral seal (20) ensuring the isolation of the interior of the tank and making it possible to put it in overpressure.
  • the housing section is a quadrilateral, but it could have another shape, for example circular.
  • the inflatable seal is generally made of flexible elastomer which is resistant to temperature. It advantageously has a rectangular section which allows better contact with the bearing surfaces and better sealing.
  • the seal is obtained by inflating the seal, generally with nitrogen, which then presses against the walls of the housing acting as a bearing surface.
  • a device is particularly suitable because it takes very good account of the flatness defects of said spans or those of dimensioning of its housing, inherent in this type of large tank, even when these defects are accentuated or modified by the fact that the The tank is also subjected to repeated heating and cooling cycles.
  • the gas supply to the inflatable seal is carried out via the tube
  • the pressure regulating device inside the tank comprises a supply line (25) connected to a gas pressure regulator (26) acting on the valve (27).
  • the outlet conduit (28) serves both as a pressure tap for the regulator (26) and as an evacuation of the gases for treating the liquid metal; it is equipped with an adjustable valve (29).
  • a gas flow regulator can be coupled to the pressure regulator (26) in the case where it is desired to sweep the surface of liquid metal during treatment, or more generally the interior of the tank, by an inert gas while maintaining a pressure higher than atmospheric pressure.
  • the sealing device comprises a first flange (32) fixed in a sealed manner (for example welding, joint, etc.) on the cover, to which is fixed by means of a sealed joint (33), a device for cable gland comprising a flange or crown piece (34), surrounding the shaft (31), thick enough to contain a circular housing adapted to the diameter of the shaft, in which takes place a braid (35) compressed by the counter -flange or special crown (36) bolted to the part (34).
  • a first flange fixed in a sealed manner (for example welding, joint, etc.) on the cover, to which is fixed by means of a sealed joint (33)
  • a device for cable gland comprising a flange or crown piece (34), surrounding the shaft (31), thick enough to contain a circular housing adapted to the diameter of the shaft, in which takes place a braid (35) compressed by the counter -flange or special crown (36) bolted to the part (34).
  • This waterproof device allows the shaft to rotate, to adjust it in height or to extract it from the tank.
  • the heating element (of the immersion heater type), one end of which dips into the liquid metal, the other end emerging from the tank.
  • the sealing of the passage through the cover is ensured, as for the rotor shaft, by a sealing device comprising a first flange (38) fixed in leaktight manner on the cover, to which is secured by means of '' a watertight seal (39) the actual cable gland device (40) like that seen above (34-35-
  • Thermocouples or any other equipment can also be installed in a fixed or removable manner according to the invention.
  • the drain hole comprising a conduit (41) closed by a stopper (42) actuated by a rod (43).
  • the same devices as for the immersion heater can be used, for example a first flange (44) surrounding the external orifice of the duct (41), to which is secured, as previously by the 'Intermediate of a seal (45), the actual cable gland device (46) sealing on the operating rod (43).
  • the gaskets or packing braids are generally based on graphite but can also be O-rings in the usual elastomer if the temperature of the flanges where they are installed allows it. Inflatable seals or any other suitable technique can also be used.
  • This example of the invention would also apply to a liquid metal filtration treatment tank or to a mixed gas treatment and filtration tank.
  • the invention allows a more efficient and complete degassing of the metal by avoiding any contact of the liquid metal with the water vapor which could cause a re-gassing of the metal or with the air which could pollute it.
  • This contact can occur on the free surface of the metal and at the interface between said metal and the lining having a porosity of several percent, hence the advantage of using, in addition to the inerting of the surface.
  • of liquid metal resulting from the use of the inflatable seal and optionally from the overpressure in the tank, a double-walled tank to avoid any harmful diffusion of humidity or air through said lining, the inerting being further improved by sealing the passages of removable and / or mobile auxiliary equipment through the enclosure of the tank.
  • the invention also makes it possible to avoid premature wear of the consumable parts, for example of graphite, by oxidation.
  • a temperature of approximately 500 to 700 ° C. prevails in the space situated above the liquid metal and is very favorable to oxidation by the air which may be there and renew itself by natural convection.
  • the inerting devices according to the invention making it possible to isolate the space surmounting the liquid metal, in particular with the seal between the tank body and the cover, advantageously supplemented by the sealing devices of the auxiliary equipment and / or the pressure regulation, avoid the presence of oxygen and water vapor. There is then no longer any excessive oxidation of the liquid metal, the quantity of dross formed being able to be reduced so significantly that it is practically no longer necessary to carry out interventions to eliminate them, whatever the conditions of use of the tank.

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Description

CUVE INERTEE POUR LE TRAITEMENT DE METAL LIQUIDE OXYDABLE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne une cuve eu poche de traitement de métal liquide facilement oxydable, comportant un ou plusieurs dispositifs permettant d'éviter que des gaz néfastes pour le métal liquide ou les appareillages se trouvant dans la cuve, ne pénètrent dans la cuve, ladite cuve se trouvant ainsi inertée. Les gaz néfastes sont en général les gaz contenant de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On sait qu'il est essentiel de traiter les métaux liquides oxydables, en particulier l'aluminium, le magnésium ou leurs alliages pour les dégazer, principalement de l'hydrogène, et/ou pour en éliminer les alcalins ou les inclusions, notamment les inclusions solides résultant de leur oxydation, avant de les couler sous forme de demi-produits.
Ce traitement comprend en particulier l'insufflation d'un gaz (en général de l'argon additionné ou non de chlore) par exemple à l'aide d'un rotor de dispersion immergé dans le métal liquide dont l'arbre d'entraînement et la turbine sont souvent en graphite et/ou une simple filtration à travers un lit en matériau filtrant, par exemple une pièce en céramique poreuse ou tout autre médium filtrant.
L'obtention d'une très faible teneur en hydrogène dans le métal est critique pour certaines qualités de métal et toujours souhaitée pour la plupart dans le but d'éviter une détérioration des propriétés mécaniques. Des mécanismes de regazage du métal liquide par l'hydrogène provenant de la réduction de la vapeur d'eau contenu dans l'air ambiant par ledit métal peuvent limiter les résultats du dégazage.
De même l'absence d'inclusions, provenant en particulier de l'oxydation du métal liquide par l'oxygène de l'air et/ou la vapeur d'eau, est souvent essentielle pour éviter des défauts dans les pièces obtenues ultérieurement, par exemple les bandes minces.
En outre le contact du métal liquide avec l'oxygène de l'air et la vapeur d'eau peut avoir les conséquences suivantes :
- perte au feu de métal importante avec risque de modification de la composition de l'alliage,
- risque de formation abondante de crasses solides sous forme de croûte épaisse pouvant entraîner une pollution préjudiciable à la qualité du métal coulé et une usure par érosion de l'arbre du rotor d'insufflation des gaz, alors qu'on cherche à les éliminer,
- en outre une usure prématurée par oxydation des pièces oxydables se trouvant dans ladite cuve de traitement, en particulier ledit arbre de rotor généralement en graphite.
Il est donc de la plus haute importance d'éviter tout contact du métal liquide en cours de traitement, comme pendant les périodes de maintien en température entre deux traitements, avec l'atmosphère ambiante contenant de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau pour améliorer les performances des cuves de traitement et la qualité du métal traité.
Dans ce but il est connu (brevets EP 21 6393, US 387051 1 ) de maintenir ou faire circuler un léger courant de gaz à faible teneur en vapeur d'eau ou de gaz inerte, par exemple du type argon, à la surface du métal sous le couvercle de la cuve de traitement comportant une fermeture étanche, mais un tel dispositif s'avère à la fois coûteux en terme de consommation de gaz inerte et insuffisamment efficace. En particulier seule la surface du bain est inertée. De plus les dispositifs habituels de fermeture étanche de la cuve sont généralement malaisés et coûteux à mettre en oeuvre pour être efficaces contre les rentrées d'air. Il est également connu de protéger le métal liquide par mise sous vide de la cuve
(brevet DE 4307867), mais cette solution est à la fois coûteuse, délicate à mettre en œuvre et risque même de provoquer des rentrées d'air.
II est encore connu de la demande de brevet JP 62 240724 (Showa) une cuve de traitement (1 ) et son couvercle (10); l'étanchéité cuve - couvercle est assurée par une protubérance (1 3) située à la périphérie du couvercle (1 0) et enfouie dans un bain de sable (9) contenu dans une goulotte (8) de forme correspondante, située à la périphérie de la partie supérieure de la cuve (1 ), et par un joint (1 2) résistant à la chaleur installé entre le couvercle (10) et le sommet de la cuve (1 1 ). Un tel dispositif d'étanchéité n'est pas particulièrement simple de mise en oeuvre et d 'exploitation et montre bien, du fait qu'il est double, que chacun des deux joints pris isolément n'est pas suffisant. De plus un risque de pollution du métal liquide par le sable n'est pas exclu. Par ailleurs l'étanchéité du passage du rotor d'insufflation de gaz (4), à travers le couvercle est assurée par une boite à gaz (22) sous pression qui présente l'inconvénient de consommer du gaz et de nécessiter une surveillance.
Il est encore connu de la demande de brevet DE 281 501 1 un dispositif d'étanchéité d'une cuve de fusion sous vide, comprenant un boudin gonflable (1 6) coopérant avec une bande d'étanchéité élastique (1 7) située à sa périphérie, venant se plaquer sur une paroi intérieure de la goulotte (21 ) pour assurer l'étanchéité de la cuve, le boudin qui assure la compression étant emprisonné dans un logement fermé par la collerette (1 8) ; là encore ce dispositif composite d'étanchéité n'est pas particulièrement simple de réalisation ou d'exploitation puisqu'il est prévu pour tenir au vide.
Il est encore connu de protéger la surface de métal liquide à l'aide d'un flux de sel fondu, mais cette protection est imparfaite compte tenu des remous de surface occasionnés par le traitement de dégazage, et les risques d'introduction d'inclusions dans le métal liquide sont évidents. De plus le flux reste à traiter. Aussi la demanderesse a cherché à mettre au point une cuve de traitement inertée permettant d'éviter tout contact préjudiciable entre le métal liquide et l'atmosphère extérieure, la cuve devant être toujours aussi compacte et encore plus économique et de plus facile à mettre en œuvre et exploiter.
Par ailleurs on connaît de nombreux modèles de cuve pour le traitement en continu ou semi-continu des métaux liquides oxydables.
Ces cuves comprennent tout d'abord un corps de cuve comportant essentiellement un caisson extérieur en acier dont les parois intérieures sont tapissées par une maçonnerie réfractaire relativement poreuse et la plus inerte possible par rapport au métal traité. L'aménagement intérieur dépend du ou des traitements que l'on veut faire subir au métal.
La cuve de maçonnerie ainsi réalisée peut être divisée en compartiments à l'aide de parois séparatrices également en maçonnerie réfractaire inerte.
Ces maçonneries sont au moins en partie réalisées à l'aide de mortier et d'isolant réfractaire. Pour effectuer le séchage et la cuisson de ces maçonneries réfractaires tout en évitant leur déformation, le caisson comporte une pluralité de trous pour permettre l'évacuation de la vapeur d'eau et des gaz de séchage. Ils servent aussi à l'évacuation d'une partie de la vapeur d'eau reprise par les réfractaires et/ou isolants, ou plus généralement par les revêtements de garnissage, lors des arrêts et vidanges de la cuve, une autre partie de ladite vapeur d'eau pouvant aller polluer le métal traité dans la cuve.
Mais inversement lors des arrêts de la cuve la présence de ces trous contribuent de façon importante à la reprise d'humidité des garnissages, humidité qui sera par la suite relarguée au moins en partie dans le métal traité et nuira à sa qualité, comme cela vient d'être dit. Les cuves comportent encore un couvercle traversé par des équipements nécessaires à la conduite du procédé de traitement souvent amovibles (c'est-à-dire qu'on peut les retirer de la cuve) et/ou mobiles. Ce sont en particulier les moyens d'injection de gaz de traitement, habituellement des turbines de dispersion situées en bout d'arbre d'un rotor ; ce rotor peut traverser tel quel le couvercle ou peut parfois être entouré d'une gaine fixe, l'ensemble restant amovible ; ce sont aussi les moyens de chauffage du métal liquide, par exemple du type thermoplongeurs en partie immergés dans le métal liquide, qui peuvent être amovibles, ou les moyens de mesure de température (thermocouples).
Le corps de cuve comporte, comme le couvercle, une paroi extérieure métallique, éventuellement perforée, tapissée à l'intérieur du réfractaire. Il existe généralement un espace de garde entre le couvercle et la surface du métal liquide.
Elles comportent encore des moyens d'entrée et sortie du métal liquide qui peuvent être tels qu'ils évitent tout contact entre le métal traité dans la cuve et l'atmosphère extérieure. Ces moyens sont généralement du type " alimentation en source " ou " par siphon " où c'est le métal liquide lui-même qui assure l'étanchéité et l'isolation de l'intérieur de la cuve de l'extérieur.
Le corps de cuve peut comporter à sa base un trou de vidange traversant sa paroi et obturable par exemple par une quenouille amovible.
Tous ces équipements annexes peuvent être la source d'entrées d'air humide parasites, néfastes pour la qualité du métal traité ; il est donc nécessaire de les éviter.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention est une cuve inertée pour le traitement de métal liquide oxydable, comportant un corps de cuve surmonté d'un couvercle, les dits corps et couvercle comprenant chacun une paroi métallique recouverte sur sa face intérieure d'un garnissage réfractaire inerte, une pluralité de trous étant percée dans la paroi du corps de cuve et optionnellement dans celle du couvercle, des équipements auxiliaires amovibles et/ou mobiles, ou éventuellement fixes traversant le couvercle et optionnellement le corps de cuve, ces équipements permettant d'effectuer ou contrôler ledit traitement, le corps de cuve comportant des moyens d'entrée et de sortie du métal liquides tels qu'ils évitent tout contact entre le métal liquide situé dans la cuve et l'atmosphère extérieure, de préférence à l'aide d'un dispositif de type siphon de métal liquide, ladite cuve étant optionnellement équipée d'un dispositif de régulation de pression permettant de régler sa pression intérieure à une valeur supérieure à la pression atmosphérique et étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux des dispositifs suivants :
a) une surenveloppe étanche entourant la paroi métallique du corps de cuve, et optionnellement du couvercle quand il comporte des trous, ladite surenveloppe étant séparée de ladite paroi par un vide et contenant un gaz sec et de préférence inerte,
b) un joint gonflable entre le couvercle et le corps de cuve,
c) des moyens d'étanchéité sur l'ensemble des équipements auxiliaires amovibles et/ou mobiles traversant le couvercle et optionnellement le corps de cuve.
La surenveloppe étanche, généralement métallique en acier, est hermétiquement close. Elle peut être constituée de plusieurs pièces assemblées par joints. La double enveloppe ainsi obtenue contient un gaz sec et de préférence inerte, par exemple azote ou argon. Il peut s'agir d'un faible courant gazeux, la surenveloppe comporte alors au moins un entrée et une sortie de gaz en général calibrées et/ou obturables, ou d'une atmosphère statique dont la pression est contrôlée pour être légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Elle peut comporter un robinet de vidange situé à un point bas du corps ou du couvercle pour évacuer les condensations provenant des réfractaires et passant par les trous de la paroi.
Le joint périphérique gonflable servant à obtenir l'étanchéité entre le corps de cuve et son couvercle comprend un simple boudin en élastomère tenant à la température, gonflé par un gaz de préférence neutre à une pression convenable en rapport avec le poids du couvercle et l'état des surfaces d'appui à étancher.
Un tel dispositif est un moyen important de l'invention et se révèle particulièrement efficace tout en étant économique et simple à mettre en œuvre ; il permet en effet d'isoler l'intérieur de la cuve et la surface du bain de métal liquide de l'atmosphère extérieure de façon sûre car il s'adapte parfaitement aux surfaces d'appui solidaires du couvercle et du corps de cuve à étancher qui présentent généralement des géométries irrégulières, des profils souvent gauches, une planéité approximative et sont facilement déformables ; il permet ainsi à lui seul un bon inertage de la cuve.
De plus le couvercle, simplement posé sur le boudin gonflable et réalisant l'étanchéité grâce à son propre poids, est manipulable à distance, aisément, rapidement et automatiquement, en évitant ainsi tout risque pour le personnel.
Selon l'invention, il est parfois avantageux que la cuve inertée comporte au moins cette double enveloppe qui permet d'éviter les reprises d'humidité par la maçonnerie réfractaire lors des arrêts et vidanges de la cuve et ensuite le relargage polluant de cette humidité dans le métal en cours de traitement. L'inertage de la cuve est encore amélioré quand la cuve est elle-même équipée d'un joint gonflable et/ou de moyens d'étanchéité sur les traversées d'équipements auxiliaires.
Pou obtenir de meilleurs résultats, il est bien sûr préférable que la cuve reste fermée pendant lesdites opérations de maintien en température et/ou vidange. Les équipements auxiliaires permettant d'effectuer et contrôler le traitement du métal liquide sont en général amovibles, c'est-à-dire qu'ils peuvent être manipulés, à travers le couvercle ou le corps de cuve, pour les positionner ou les extraire du métal liquide à l'aide de dispositifs élévateurs ; il s'agit en particulier des dispositifs d'amenée de gaz de traitement (par exemple arbre d'entraînement de la turbine du rotor), de chauffage du métal liquide (par exemple du type thermoplongeurs en partie immergés), de mesure de température (par exemple thermocouple en partie immergé). Comme équipement amovible traversant le corps de cuve il s'agit par exemple d'un trou de vidange obturé par une quenouille actionnée par une tige de manoeuvre.
Lesdits équipements peuvent être également mobiles comme par exemple l'arbre rotatif de l'injecteur de gaz, quand il n'est pas protégé par un fourreau de protection fixe.
L'étanchéité de ces équipements amovibles et/ou mobiles lors de la traversée du couvercle ou du corps de cuve est avantageusement assurée par un dispositif du type presse-étoupe comportant généralement :
- une bride entourant ledit équipement, fixée de façon étanche (par exemple soudure) sur le couvercle ou le corps de cuve ou la double enveloppe les entourant et dans laquelle a été ménagé un logement pour garniture d'étanchéité entourant le, et de dimensions adaptées au, dit équipement mobile,
- une garniture d'étanchéité, généralement une tresse à base de graphite prenant place dans ledit logement entourant ledit équipement ,
- une contre-bride entourant également l'équipement et comportant des moyens permettant de comprimer ladite garniture contre les parois dudit logement et ledit équipement amovible et/ou mobile, à l'aide de dispositifs de serrage coopérant avec ladite bride solidaire du couvercle ou du corps de cuve.
La bride et son presse-étoupe peuvent aussi être assujetties au couvercle ou au corps de cuve de façon amovible mais étanche, à l'aide d'un joint et de moyen de serrage, à une première bride fixée directement et de façon étanche (par exemple soudure) audit couvercle ou corps de cuve, ce qui facilite le démontage et l'entretien.
Ce dispositif étanche dans les deux sens est particulièrement efficace pour assurer l'isolement du métal liquide de l'atmosphère extérieure, notamment quand une surpression de gaz règne à l'intérieur de la cuve ou quand accidentellement il se produit une dépression due par exemple à un refroidissement inopiné.
Quand le couvercle ou le corps de cuve sont traversés par des équipements fixes, l'étanchéité est assurée de façon classique : l'équipement est assujetti, par l'intermédiaire d'un joint, à une contre-bride fixée ou soudée de façon étanche sur le couvercle ou le corps de cuve.
Le dispositif de régulation de pression de l'intérieur de la cuve comporte typiquement des tuyaux d'alimentation et de sortie de gaz traversant le couvercle et fonctionne avec un gaz sec, par exemple air sec, azote ou argon. Le tuyau de sortie généralement équipé d'une vanne de réglage de pression peut servir également d'évacuation des gaz de traitement introduits dans le métal liquide.
Le dispositif de régulation de pression peut aussi être utilisé pour introduire dans la cuve un courant de gaz inerte balayant la surface du métal liquide en cours de traitement ou pour maintenir la cuve sous gaz sec et inerte.
II comporte également un appareillage avec boucle de régulation de pression classique comprenant la comparaison de la pression dans la cuve à une valeur de consigne et l'activation en conséquence des vannes de réglages situées sur les tuyaux d'entrée et de sortie de gaz. Additionnellement il peut combiner une régulation de débit de gaz.
Ce dispositif est particulièrement efficace quand il est utilisé complémentairement avec les dispositifs d'étanchéité du couvercle pour éviter la pollution de la surface du métal liquide et la combustion ou l'usure prématurée des équipements oxydables, par exemple en graphite.
Afin de protéger l'intérieur de la cuve de l'atmosphère extérieure quand le niveau de métal liquide est trop bas et qu'il n'assure plus l'étanchéité dans les dispositifs d'entrée et sortie dudit métal liquide du type " en source ", en particulier lors des opérations de vidange et remplissage de la cuve, il est avantageux d'équiper lesdits dispositifs de moyens d'étanchéité qui leur soient propres, par exemple clapet d'obturation.
En vue d'obtenir les meilleurs résultats d'inertage de la cuve il est particulièrement avantageux de combiner en partie ou mieux en totalité les moyens objets de l'invention.
La figure 1 présente un schéma d'ensemble d'une cuve de traitement inertée, comportant une injection de gaz à l'aide d'un rotor immergé et des équipements auxiliaires; elle combine plusieurs moyens d'inertage selon l'invention.
Ainsi, la cuve comporte une double enveloppe extérieure, un joint gonflable entre couvercle et corps de cuve, des moyens d'étanchéité du type presse étoupe sur les équipements amovibles et/ou mobiles traversant le couvercle et le corps de cuve et un dispositif de régulation de pression de l'intérieur de la cuve.
On voit en (1 ) le garnissage réfractaire du corps de cuve, tapissant la face intérieure de la paroi métallique (2) et contenant le métal liquide (3). La paroi métallique (2) est percée d'une multitude de trous (non représentés) permettant l'évacuation de la vapeur d'eau du réfractaire durant son séchage ; elle est entourée d'une surenveloppe (4) pour former double paroi ; c'est l'espace intérieur
(5) de cette double paroi qui contient un gaz sec à une pression supérieure à la pression atmosphérique pour éviter que l'atmosphère extérieure n'entre en contact avec le garnissage réfractaire et risque de polluer le métal liquide.
Le gaz sec est introduit dans la double paroi (5) par le tube (6) à l'aide d'une régulation automatique de pression (7) actionnant la vanne (8), la pression étant mesurée par l'intermédiaire du circuit (9).
La surenveloppe extérieure (4) comporte en (10) un piquage équipé d'une vanne situé en point bas pour évacuer les condensations d'eau.
En (1 1 ) on voit un dispositif de sortie de gaz équipé d'une vanne qui peut être utilisé pour établir un courant gazeux dans la double paroi et évacuer la vapeur d'eau produite lors du séchage des réfractaires.
L'intérieur de la cuve est divisé en compartiments à l'aide d'une paroi séparatrice (1 2) en réfractaire.
Comme le corps de cuve, le couvercle comprend un revêtement réfractaire (1 3) disposé sur la face intérieure de la paroi métallique (14) elle-même entourée d'une surenveloppe (1 5) pour obtenir une double paroi remplie de gaz ; le dispositif d'alimentation en gaz n'a pas été représenté, il peut être identique à celui du corps de cuve. Les dispositifs d'entrée et de sortie du métal liquide du type " en source " , dans lesquelles c'est le métal liquide lui-même qui assure l'isolement entre l'intérieur de la cuve et l'atmosphère extérieure, peuvent être identiques.
Un seul exemple de dispositif d'entrée/sortie est figuré. Il comporte un canal (1 6) d'amenée de métal liquide, un puits incliné (1 7) pratiqué dans la paroi du corps de cuve, tel que l'orifice débouchant dans la cuve se trouve situé sous le niveau (1 8) du métal liquide en marche normale.
On peut prévoir un clapet d'obturation étanche, mobile ou réglable (1 9) dans le cas où le niveau de métal dans la cuve est insuffisant ou en l'absence dudit métal, par exemple lors des opérations de vidange ou remplissage.
La cuve est fermée par le couvercle à l'aide d'un joint gonflable périphérique (20) assurant l'isolement de l'intérieur de la cuve et permettant de le mettre en surpression.
Il prend place dans un logement également périphérique dont au moins une paroi (21 ) (ici il y en a deux) est solidaire du couvercle et sert de portée de joint et dont au moins une autre paroi (22) (ici il y en a deux) est solidaire du corps de cuve et sert également de portée de joint.
La section du logement est un quadrilatère, mais elle pourrait avoir une autre forme, par exemple circulaire.
Le joint gonflable est généralement en élastomère souple tenant à la température. Il a avantageusement une section rectangulaire qui permet un meilleur contact avec les surfaces d'appui et une meilleure étanchéité.
L'étanchéité est obtenue par gonflage du joint, généralement à l'azote, qui vient alors se plaquer sur les parois du logement faisant office de portée. Un tel dispositif est particulièrement adapté car il prend très bien en compte les défauts de planéité desdites portées ou ceux de dimensionnement de son logement, inhérents à ce type de cuve de grandes dimensions, même quand ces défauts sont accentués ou modifiés par le fait que la cuve est par ailleurs soumise à des cycles répétés de chauffage et refroidissement. L'alimentation en gaz du joint gonflable est effectuée par l'intermédiaire du tube
(23) à l'aide du régulateur de pression (24).
Le dispositif de régulation de pression de l'intérieur de la cuve comprend un conduit d'alimentation (25) branché sur un régulateur de pression de gaz (26) agissant sur la vanne (27).
Le conduit de sortie (28) sert à la fois comme prise de pression pour le régulateur (26) et comme évacuation des gaz de traitement du métal liquide ; il est équipé d'une vanne réglable (29).
Un régulateur de débit de gaz peut être couplé au régulateur de pression (26) dans le cas où on veut balayer la surface de métal liquide en cours de traitement, ou plus généralement l'intérieur de la cuve, par un gaz inerte tout en maintenant une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Comme équipement traversant le couvercle il y a d'abord un rotor d'injection de gaz comportant une turbine (30) immergée dans le métal liquide, entraînée par un arbre (31 ).
Le dispositif d'étanchéité comporte une première bride (32) fixée de façon étanche (par exemple soudure, joint...) sur le couvercle, sur laquelle est assujetti par l'intermédiaire d'un joint étanche (33), un dispositif à presse-étoupe comprenant une bride ou pièce en couronne (34), entourant l'arbre (31 ), suffisamment épaisse pour contenir un logement circulaire adapté au diamètre de l'arbre, dans lequel prend place une tresse (35) comprimée par la contre-bride ou couronne spéciale (36) boulonnée sur la pièce (34).
Ce dispositif étanche permet à la fois à l'arbre de tourner, à le régler en hauteur ou à l'extraire de la cuve. Comme autre équipement amovible traversant le couvercle il y a l'élément chauffant (37) (du type thermoplongeur) dont une extrémité plonge dans le métal liquide, l'autre extrémité émergeant de la cuve. L'étanchéité du passage à travers le couvercle est assurée, comme pour l'arbre du rotor, par un dispositif d'étanchéité comportant une première bride (38) fixée de façon étanche sur le couvercle, sur laquelle est assujettie par l'intermédiaire d'un joint étanche (39) le dispositif à presse-étoupe proprement dit (40) comme celui vu plus haut (34-35-
36) pour l'arbre de rotor (31 ).
Des thermocouples ou tout autre équipement (non représenté) peuvent également être installés de façon fixe ou amovible selon l'invention.
Comme équipement traversant la paroi du corps de cuve il y a le trou de vidange comportant un conduit (41 ) obturé par une quenouille (42) manceuvrée par une tige (43).
Pour effectuer l'étanchéité sur la tige (43) les mêmes dispositifs que pour le thermoplongeur peuvent être utilisés, par exemple une première bride (44) entourant l'orifice extérieur du conduit (41 ), sur laquelle est assujettie, comme précédemment par l'intermédiaire d'un joint (45), le dispositif à presse-étoupe proprement dit (46) assurant l'étanchéité sur la tige de manœuvre (43).
Les joints ou tresses de presse-étoupe sont généralement à base de graphite mais peuvent être aussi des joints toriques en élastomère habituel si la température des brides où ils sont installés le permet. On peut utiliser également des joints gonflables ou toute autre technique appropriée.
Cet exemple de l'invention s'appliquerait également à une cuve de traitement de filtration de métal liquide ou à une cuve mixte de traitement par les gaz et de filtration.
AVANTAGES DE L'INVENTION L'invention permet un dégazage plus performant et complet du métal en évitant tout contact du métal liquide avec la vapeur d'eau qui pourrait entraîner un re gazage du métal ou avec l'air qui pourrait le polluer. Ce contact peut se produire à la surface libre du métal et à l'interface entre ledit métal et le garnissage possédant une porosité de plusieurs pour-cents, d'où l'intérêt d'utiliser, en plus de l'inertage de la surface de métal liquide résultant de l'emploi du joint gonflable et optionnellement de la surpression dans la cuve, une cuve à double paroi pour éviter toute diffusion néfaste d'humidité ou d'air à travers ledit garnissage, l'inertage étant encore amélioré en étanchant les passages des équipements auxiliaires amovibles et/ou mobiles à travers l'enceinte de la cuve.
L'invention permet encore d'éviter une usure prématurée des pièces consommables, par exemple en graphite, par oxydation. En effet en l'absence d'inertage une température d'environ 500 à 700°C règne dans l'espace situé au- dessus du métal liquide et est très favorable à l'oxydation par l'air qui peut s'y trouver et se renouveler par convection naturelle.
Ainsi il a souvent été observé dans le passé qu'il était nécessaire d'envoyer un flux de gaz inerte à proximité de l'arbre du rotor en graphite pour en limiter l'oxydation et en éviter la rupture.
Les dispositifs d'inertage selon l'invention permettant d'isoler l'espace surmontant le métal liquide, en particulier avec le joint entre corps de cuve et couvercle, avantageusement complété par les dispositifs d'étanchéité des équipements auxiliaires et/ou le dispositif de régulation de pression, permettent d'éviter la présence d'oxygène et de vapeur d'eau. On ne note plus alors d'oxydation excessive du métal liquide, la quantité de crasses formées pouvant être diminuée de manière tellement significative qu'il n'est pratiquement plus nécessaire d'effectuer des interventions pour les éliminer, quelles que soient les conditions d'utilisation de la cuve.
De même le taux d'hydrogène dudit métal liquide est et reste faible. En outre on conserve une très grande facilité et rapidité de mise en œuvre ou d'intervention sur la cuve munie des dispositifs selon l'invention, en particulier lesdites interventions (manœuvre de couvercle par exemple) peuvent être entièrement pilotées à distance.

Claims

REVENDICATIONS
/ Cuve inertée pour le traitement de métal liquide (3) oxydable, comportant un corps de cuve surmonté d'un couvercle, les dits corps et couvercle comprenant chacun une paroi métallique (2,14) recouverte sur sa face intérieure d'un garnissage réfractaire (1 , 1 3) inerte, une pluralité de trous étant percée dans la paroi du corps de cuve et optionnellement dans celle du couvercle, des équipements auxiliaires (31 ,37) amovibles et/ou mobiles traversant le couvercle et optionnellement le corps de cuve, le corps de cuve comportant des moyens d'entrée et de sortie (1 7) du métal liquide tels qu'ils évitent tout contact entre le métal liquide (3) situé dans la cuve et l'atmosphère extérieure, de préférence à l'aide d'un dispositif du type siphon de métal liquide, ladite cuve étant optionnellement équipée d'un dispositif de régulation de pression (25-27) permettant de régler sa pression intérieure à une valeur supérieure à celle de la pression atmosphérique et étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux des dispositifs suivants :
a) une surenveloppe étanche (4, 1 5) entourant la paroi métallique (2, 14) du corps de cuve, et optionnellement du couvercle quand il comporte des trous, ladite surenveloppe (4, 1 5) étant séparée de ladite paroi par un vide contenant un gaz sec,
b) un joint gonflable (20) entre le couvercle et le corps de cuve,
c) des moyens d'étanchéité (34-36, 40, 46) sur l'ensemble des équipements auxiliaires amovibles et/ou mobiles traversant le couvercle et optionnellement le corps de cuve.
/ Cuve inertée pour le traitement de métal liquide (3) oxydable, en particulier selon la revendication 1 , comportant un corps de cuve surmonté d'un couvercle, les dits corps et couvercle comprenant chacun une paroi métallique (2, 14) recouverte sur sa face intérieure d'un garnissage réfractaire
(1 ,1 3) inerte, une pluralité de trous étant percée dans la paroi du corps de cuve et optionnellement dans celle du couvercle, des équipements auxiliaires
(31 ,37) amovibles et/ou mobiles traversant le couvercle et optionnellement le corps de cuve, le corps de cuve comportant des moyens d'entrée et de sortie
(1 7) du métal liquide tels qu'ils évitent tout contact entre le métal liquide (3) situé dans la cuve et l'atmosphère extérieure, de préférence à l'aide d'un dispositif du type siphon de métal liquide, ladite cuve étant optionnellement équipée d'un dispositif de régulation de pression (25-27) permettant de régler sa pression intérieure à une valeur supérieure à celle de la pression atmosphérique et étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un joint gonflable (20) entre le couvercle et le corps de cuve et optionnellement au moins un des dispositifs a) ou c) de la revendication 1 .
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle comporte une combinaison des 3 dispositifs a), b), c).
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la surenveloppe étanche du corps de cuve comporte un piquage (1 0) d'évacuation de condensât de vapeur d'eau en point bas.
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité des équipements auxiliaires amovibles et/ou mobiles sont du type presse-étoupe et de préférence comportent une bride (34) fixée de façon étanche sur le couvercle ou le corps de cuve, ladite bride comportant un logement annulaire autour dudit équipement (31 ) amovible et/ou mobile, une garniture d'étanchéité (35) dans ledit logement, et une contre-bride (36) comportant des moyens pour comprimer ladite garniture (35) à l'aide de dispositifs de serrage coopérant avec ladite bride (34). / Cuve selon la revendication 5 caractérisée en ce que la fixation étanche de la bride (34) sur le couvercle, le corps de cuve ou la surenveloppe étanche les entourant comporte une soudure ou une fixation, par l'intermédiaire d'un joint étanche (33) et de moyens de serrage, de ladite bride (34) à une première bride (32) soudée de façon étanche sur lesdits couvercle, corps de cuve ou surenveloppe étanche.
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les équipements auxiliaires comprennent l'un au moins des éléments suivants : un rotor d'introduction de gaz de traitement (30,31 ) dans le métal liquide, un ou plusieurs éléments chauffants (37) en partie immergés dans ledit métal, un thermocouple, un dispositif de vidange de la cuve.
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisée en ce que les joints ou garniture d'étanchéité sont à base de graphite.
/ Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que les moyens d'entrée et sortie du métal liquide, tels que l'isolement entre la cuve et l'atmosphère extérieur est assuré par le métal liquide, est un dispositif d'alimentation dit " en source " ou " à siphon " comportant un orifice situé à l'intérieur du corps de cuve sous la surface libre ( 1 8) du métal liquide (3), par où transite ledit métal liquide
0 / Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que les moyens d'entrée et sortie de métal liquide comporte un clapet d'obturation (1 9) étanche réglable permettant d'obturer l'orifice d'entrée ou de sortie du métal de la cuve en cas de niveau insuffisant ou d'absence de métal liquide (3).
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