Brevet FR2012770A1 — publié le 19700320

■ , 1 ^ ,2012770 L'invention concerne des dispositifs dè commande de l'écoulement du flux et de fermeture appropriés à un-"fonctionnement à haute température, et en particulier des vannes à glissière pour poches de coulée et autres récipients pour métal en fusion, par 5 exemple, de l'acier et s.es alliages.- Spécifiquement l'invention'concerne une poche de coulée ou autr,e récipient pour métal en fusion du .type doublé en matière réfractaire-, et ayant à sa. base, un conduit "de décharge vees le bas à travers la matière réfractaire de doublage et une plaque de 10 base en matière réfractaire, ainsi qu'une vanne à glissière commandant ledit conduit, laquelle vanne comprend un élément 'glissant en matière réfractaire ayant une surface supérieure, dé-plaçable par glissement contre une surface inférieure de la plaque de base, et percé d'un orifice qui, lors du mouvement glissant 15 de la vanne, peut être mis ou non en coïncidence avec l'extrémité inférieure dudit conduit, afin.de l'ouvrir ou de le fezmer. Dans les poches de coulée ou autres récipients de cette nature, on rencontre de nombreuses difficultés qui sont dues, ç.on seulement, à la très haute température à laquelle l'écoulement du 20 flux doit être contrôlé, mais aussi aux grandes différences de température-qui sont inévitablement, présentes dans la matière réfractaire utilisée pour les parties qui sont en contact avec le métal fondu. Il n' existe pas encore de matières réfractaires qui soient 25 capables de résister à l'attaque combinée theimique, chimique et due à l'érosion de l'écoulement rapide à haute température de métaux liquides, pendant plus d'un temps limitée Mon seulement cette attaque rend nécessaire le remplacement de ces matières à de courts intervalles de temps, mais elle peut produire des fuites 30 dangereuses entre les plaques qui constituent les moyensde commande et de fermeture de la vannel De grandes différences de température à l'intérieur de la vanne conduisent inévitablement à une dilatation theimique différentielle, et/ou à une déformation des matières dont elle est -35 constituée. En conséquence, il existe des difficultés substantielles à garder la vanne étanche en tous instants, en face de la charge statique considérable de la matière fondue dans îfaa poche de coulée. Le danger existe aussi de la prise du métal en fusion au contact de la plaque de la glissière, qui peut conduire à des 69 23758 2 2012770 dommages ou au calage. Une autre difficulté substantielle est la prise de l'acier en amont de la plaque de glissement, lorsque cette dernière est temporairement fermée entre des opérations de coulée successives <> 5 ^'objet principal de la présente invention, est d'éliminer ou au moins de- diminuer au minimum ces difficultés. La principal solution apportée par l'invention est de concevoir et disposer les parties réfractaires de la vanne à glissière et du conduit .joignant le fond»du..ré;cipient avec la vanne 10 de telle, manière que les surfaces de jonction desdit.es parties , dans toute la mesure où elles sont en contact avec le. métal en fusion lorsque la vanne est fermée, restent pendant-1'opération de coulée à, une température qui soit égale ou légèrement supérieure à celle du point de prise du métal. Il est., en outre, souhaitable 15 que, afin d'obtenir l'étanchéité, la partie de la surface .supérieure de la plaque glissière qui.est en contact, avec la plaque statique de-base, et pressée contre.elle reste autant que possible à une température qui soit égale qu légèrement supérieure à celle de la prise du métal, et qui soit substantiellement constante tout 20 le long de ladite partie de la surface supérieure. La présente invention propose une .poche de-coulée ou autre récipient: de même nature pour métal fondu, du type spécifié, carac-térisée en ce que. la surf ace de la section du conduit, sur toute sa hauteur au-dessous de la surface inférieure de la plaque de 25 base,, ou au-dessms d'une région située immédiatement au-dessus de ladite surface inférieure, est plus grande que celle de l'orifice dudit élément glissant; et en ce que -l'élément, de glissement, au moins dans la région qui .coïncide avec le conduit en position fermée de la vanne , comporte un autre élément, qui se trouve situé 30 dessous, et .qui est en contact avec lui, cet élément supplémentaire étant en matière réfractaire de.conductibilité thermique substan-; tiellement inférieure à celle ,de la matière de l'élément de glissement. Il résulte de cette construction que la température tout le long-de .'la surface de contact entre l'élément de .glissement et 35; la; plaque-de-base est très substantiellement augmentée, de telle, sorte que les difficultés provenant.de la prise du métal entre les opérations de coulée sont au moins substantiellement réduites. L'élément supplémentaire mentionne, en réduisant les pertes de chaleur provenant de-l'élément de glissement , réduit le risque de 40 voir la température de. ladite région descendre à un pqint tel que 69 23758 3 20 î 2770 le métal à l'extrémité inférieure du conduit se solidifie. Afin de faire mieux comprendre l'invention on se référera aux dessins joints, sur lesquels : La figure 1 est une coupe verticale à travers la partie 5 inférieure d'une poche de coulée comprenant la vanne à glissière, et la figure 2 une coupe selon la ligne A-A de la figure 1. La poche de coulée 10 comporte une coquille de métal 11 , et un doublage réfractaire 12 qui comprend, en un ou plusieurs 10 endroits à la base de la poche de coulée, un bloc carré de sortie 13 (avec un trou rond) en matière réfractaire contenant un manchon 14, également en matière réfractaire. Au-dessous du manchon 14 se trouve une plaque de base 15 en matière réfractaire. Un conduit de décharge 16 passe au travers du bloc 13, du 15 manchon 14 et de la plaque de base 15, et son extrémité inférieure est adaptée pour être ouverte ou feimée à l'aide d'une vanne à glissière indiquée de façon générale en 17, cette vanne pouvant être actionnée par un mécanisme de commande à va et vient, comme par exemple un vérin hydraulique, partie de ce mécanisme indiqué 20 en 18. La vanne comprend un élément constitué d'une plaque de glissement 19 en matière réfractaire, qui est percé d'un orifice 20 de même dimension que la partie inférieure du conduit 16 dans l'élément de base 15. La surface supérieure de l'élément 19 se 25 trouve directement en contact de glissement avec la surface inférieure de la plaque de base 15 et, lors d'un mouvement de glissement de la vanne 17, celle-ci peut être déplacée entre une position où l'orifice 20 coïncide avec la base du conduit 16 et une position où l'orifice ne coïncide pas avec le conduit, et où la 30 base de celui-ci est fermée par une partie de la plaque 19« L'orifice 20 s'ouvre sur une buse collectrice désignée de façon générale par 21, comprenant une partie intérieure 21a en matière réfractaire, entourée d'une partie extérieure 21b en matière réfractaire ayant de bonnes qualités d'isolation. Afin 35 d'améliorer la stabilité du jet de métal en fusion sortant de l'inférieur 22 de la buse collectrice, la section de cette dernière peut être substantiellement en forme de làsange, comme représenté sur la figure 2. Au-dessous de l'élément de glissement 19, la vanne comporte 40 aussi un bloc support ou plaque 23 en matière réfractaire, ayant 69 23758 4 2012770 de bonnes propriétés d'isolation thermique, mais aussi une résistance mécanique suffisante. Plus précisément la matière du bloc 23 a une conductibilité thermique qui est inférieure à celle de la matière de l'élément 19. 5 les différentes parties de la vanne 17 sont supportées dans un châssis en fer coulé 24, qui peut glisser sur des guides appropriés 25 prévus dans un logement de vanne 26 situé sur le côté inférieur de la poche de coulée, et qui reçoit une.pression. dirigée vers le haut, afin d'assurer l'étanchéité nécessaire entre 10 la plaque de base 15 et la plaque de vanne 19. On voit que la section du conduit 16' s'élargit progressivement au-dessus de la région 16' , qui-est elle immédiatement supérieure à l'interface existant entre les éléments 15 et 19. Ainsi, la section du conduit 16, sur toute sa hauteur au-dessus de 15 la région 16* , est substantiellement plus grande que celle de l'orifice 20, cette dernière étant le goulot qui règle la quantité maximum de métal qui s'écoulera de la poche de coulée sous une charge statique donnée. Il est également souhaitable que la.hauteur de ce conduit (c'est-à-dire la distance entre cette intërface et 20 la face extrême supérieure du bloc 13, qui forme joint lisse avec la base de l'intérieur de la poche) soit aussi petite que possible par rapport à la section du conduit. A titre d'exemple, pour une poche de coulée d'une capacité de 100 tonnes d'acier, le diamètre de l'orifice 20 et de l'extrémité de la base du conduit située 25 en dessous de la région 16' est seulement de 5 à 6,3cm , tandis que le diamètre de la partie du conduit qui se trouve à l'intérieur du manchon 14, en sa section la plus étroite, est d'au moins 12,7cm , et que la distance entre ladite interface et la-base de la poche est d1approximativement 30,5 à 31,7cm. 30 ' Cette disposition permet d'obtenir que les différences de température entre le métal se trouvant dans la masse de la coulée et la colonne de métal qui se tient sur la face étanche de la plaque de glissement 19, lorsque cette dernière se trouve en posi^:'." tion fermée, soit réduite au minimum. 35 Le conduit 16 et l'orifice 20 n'ont pas besoin d'être de section circulaire, et on peut prévoir une pluralité de ces conduits et orifices». La plaque de base 15 .et la plaque de glissement 19 doivent être en une matière hautement réfractaire, qui, tout au moins sur 69 23758 5 2012770 ses surfaces, doit avoir une faible porosité et une fine structure de grain, afin d'obtenir une bonne étanchéité. Il est important qu'il n'y ait pas d'espace intersticiel ou de fente entre la surface inférieure de la plaque 15 et la surface supérieure de 5 la plaque de glissement 19, autour de l'extrémité inférieure du conduit et de l'orifice, dans lequel du métal en fusion puisse pénétrer. Ce métal en fusion se solidifierait inévitablement dans cette fente et empêcherait le mouvement de la vanne. Aussi, les surfaces de contact des parties 15 et 19 doivent-elles être meulées 10 jusqu'à obtention d'une planéité inférieure à 0,05 mm. la grande section du conduit 16 permet d'obtenir un écoulement facile vers le bas du flux de chaleur provenant de l'ensemble du volume de l'intérieur de la poche, la disposition de la plaque de support 23 sous la plaque de glissement 19 offre une 15 isolation thermique pour cette dernière, permettant que la perte de chaleur par irradiation vers le bas de la plaque de glissement 19 soit aussi faible que possible. Bien que, sur la figure 1, la plaque de suppàrt 23 couvre substantiellement la totalité du côté inférieure de la plaque de glissement 19, l'exigence minimum est 20 que la région de la plaque de glissement qui coïncide avec 1*extrémité inférieure du conduit 16, lorsque 1a- vanne est en position fermée, soit isolée de façon appropriée. l'épaisseur de la plaque 23, dans ladite région, doit être de l'ordre de 3,7 à 7,6 cm, selon les propriétés d'isolation ther-25 mique de la matière utilisée, la périphérie de la plaque de glissement 19 est isolée par un entourage 23' en matière réfractaire ayant de bonnes propriétés d'isolation et une résistance mécanique suffisante. Cet entourage 23* peut être en une seule pièce avec une plaque de support 23, ou bien être conçu en deux parties sépa-30 rées. Afin d*obtenir les meilleurs résultats, 'le manchon 14 doit être fait en une matière réfractaire ayant une conductibilité thermique aussi basse que possible, tandis que la plaque de base 15 doit être réalisée en une. matière très réfractaire ayant une 35 conductibilité theimique aussi haute que possible. Tous les joints qui entrent en contact avec le métal liquide (ces joints étant marqués R sur la figure) doivent être remplis de mortier hautement réfractaire, par exemple de la ma-gnésite (avec une teneur pas trop basse en oxyde de fer) avec une 69 23758 6 2012770 addition de quelques pour cent de sulfate de magnésium. Tous les joints qui ne sont pas en contact avec le métal en fusion, et qui, par suite, ont une température moyenne plus basse (ces joints étant marqués T) doivent être remplis avec un mortier poreux de 5 fine argile réfractaire ayant de bonne propriétés d'isolation thermique. Le joint étroit qui se trouve entre les plaqués 19 et 23 doit être rempli à l'aide d'un mortier adhésif approprié. La plaque de glissement 19 et le bloc support ou plaque 23 peuvent être enlevés.de dessous le récipient. Lorsque ceci a 10 été fait, le manchon 14 et la plaque de base 15 (tous deux disposés au-dessus de la plaque de glissement) peuvent être enlevés et remplacés par en dessous du récipient. L'extérieur du manchon s'amincit vers le haut, et le conduit 16 qui le traverse (ainsi que le bloc 13) se rétrécit vers le bas. 15 Comme matières réfractaires appropriées pour les diffé rente éléments 14,15,19,21a , 21b et 23, on peut utiliser : Matière A (DIDIER RESISTAL 05I/I), pour les éléments 14 et 21a . Contient environ l&fo de AlgO^ , avec une porosité d'environ IS$« Résistance à la flexion à chaud à I400°D = 150 - 170 Kg/cm2. 20 Conductibilité thermique = 2,0-2,1 Kcal/m/hr/°C à I000°C jusqu'à I200°C . Matière B (DIDIER RESISTAL 065/2) pour les éléments 15 et 19. Contient 88-90$ AlgO^ , avec une porosité d'environ 19i° . Résistance à la flexion à chaud à I400°C = 180-220 kg/cm2 . Conducti-25 bilité thermique = 3,8-4,1 Kcal/m/hr/°C à I000°C jusqu'à I200°C . MatièseC (DIDIER LEGRAL 55/3 S) pour les éléments 21b et 23. Contient environ lOfo d'AlgO^ , avec une porosité de 50 à 60$ . Densité en vrac 1,3 à 1,4 . Conductibilité thermique 0,38 à 600°C, et 0,52 à 1200°C . 30 Matière D (John Mansville 3000) , (en alternative à l'utilisation de la matière C pour les éléments 21b et 23). Contient environ 65% d'AÎ^O^ , avec une porosité de 50 à 60fo. Densité en vrac = environ 1,0 . Conductibilité thermique = 0,41 à 600° et 0,43 à 1200° 35 La matière réfractaire pour le bloc 13 est celle classi quement utilisée dans les poches de coulée. 69 23758 7 2012770 REVENDICATIONS 1. Récipient pour métal en fusion caractérisé en ce que la section du conduit d'écoulement, sur toute sa hauteur au-dessus de la surface inférieure de la plaque de base, ou au-dessus d'une région située immédiatement au-dessus de ladite surface inférieure, 5 est plus grande que celle de l'orifice d'un élément de glissement associé à une vanne; et en ce que l'élément de glissement comporte, au moins sur la région qui coïncide avec le conduit dans la position fermée de la vanne, un élément supplémentaire situé en dessous et en contact avec lui, cet élément supplémentaire étant fait 10 en une matière réfractaire ayant une conductibilité- substantiellement inférieure à celle de la matière de l'élément de glissement. 2. Récipient selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un entourage en matière d'isolation, qui enferme et isole la périphérie de l'élément de glissement. 15 3. Récipient selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'entourage ne forme qu'une pièce avec ledit élément supplémentaire . 4. Récipient selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément de glissement et l'élé- 20 ment supplémentaire peuvent être enlevés par en dessous le réci- » pient. 5. Récipient sfSan la revendication 4 caractérisé en ce que le conduit de décharge est formé à travers un manchon, qui peut être enlevé et qui est en matière réfractaire, disposé au dessus 25 de la plaque de base; et en ce que le manchon et la plaque de base peuvent être enlevés et remplacés par dessous le récipient après avoir enlevé l'élément de glissement et.l'élément supplémentaire.