Brevet FR2032459A1 — publié le 19701127

Ô6967 2032459 L'invention est relative à des dispositifs de fermeture conçus pour assurer la ferraeture et l'ouverture d'un orifice ménagé dans le fond des cuves métallurgiques et autres cuves appelées à contenir et à déverser une r.ati?re i l'état fondu (ou 5 masse fondue), particulièrement les poches de coulée dans l'industrie sidérurgique. Dans la description qui va suivre, le terme de poche de coulée doit s'entendre comme s'étendant à n'importe quelle cuve métallurgique contenant une matière à l'état de fusion. Pendant très longtemps, il était normal de verser un 1C métal en fusion, à partir d'une poche de coulée, ê travers une ouverture ménagée dans le fond de la poche et qu'on ouvrait et fermait, de l'intérieur de la poche, au moyen d'un tampon disposé à l'extrémité d'une tige ou quenouille mobile dans le sens vertical, revêtue d'une matière réfractaire et qu'on descendait à 15 travers la masse en fusion, jusqu'à l'embouchure de l'ouverture. Avec l'augmentation récente des dimensions des poches de coulée qui atteignent des capacités de plusieurs centaines de tonnes, et avec l'élévation de la température de coulée telle qu'elle est nécessaire dans le cas des aciers fortement alliés, 20 il est devenu de plus en plus difficile d'employer le procédé qui vient d'être décrit. Même dans le passé, l'usure et la fatigue mécanique des parties réfractaires exposées à l'attaque par érosion par le courant rapide d'acier, et du revêtement réfractaire des quenouil-25 les, ont été telles que, pour la sécurité du fonctionnement, il fallait changer ces organes après chaque opération. Ceci ne pouvait se faire de manière économique eue par l'utilisation de matières réfractaires bon marché. Avec l'augmentation de la capacité (et de la hauteur) des poches de coulée, la durée plus longue 30 des périodes de coulée, et la température plus élevée, la marge de sécurité off^erte par l'utilisation de pareilles quenouilles, d'une longueur libre qui augmentait nécessairement, diminuait de fa^on constante. L'un des effets les plus dangereux consistait en une 35 protection réduite de la quenouille $ la surface de la masse en fusion, où la matière réfractaire ce- recouvrement est exposée p l'attaque des scories très ccrrosives. ORIGINAL1 06967 2 2032459 La manoeuvre de remise en place, de manipulation et de manoeuvre de quenouilles aussi longues a également cessé d'être satisfaisante. Le but de l'invention est de surmonter ces difficultés. -2n conséquence, l'invention consiste en une cuve ou poche destinée à contenir et à déverser une matière à l'état de fusion, présentant une chambre annexe, petite et étanche aux gaz, décalée par rapport au volume intérieur de la cuve, mais communiquant sur le côté avec elle, le fond de cette chambre ayant pour caractéristique : a) de ne pas être situé à un niveau sensiblement plus élevé que l'intérieur de la cuve, b) d'être muni d'un orifice de déversement de la matière à l'état de fusion et d'une quenouille réfractaire, ou revêtue d' une matière réfractaire, et portant le bouchon, cette quenouille descendant à travers la chamb:t*e et étant mobile suivant une direction sensiblement verticale entre une position inférieure de fermeture, dans laquelle son extrémité inférieure ferme l'orifice, et une position supérieure d'ouverture, dans laquelle son extrémité inférieure est écartée de l'orifice. L'expression de "étanche aux gaz" doit être prise dans le sens que la chambre est étanche aux gaz, sauf en ce qui concerne sa communication avec l'intérieur de la cuve et son orifice de déversement de la matière à l'état de fusion. Dans une construction particulière, la quenouille passe en coulissant â travers la voûte de la chambre, de façon à pouvoir être levée et descendue par des moyens extérieurs à la chambre, et elle est munie d'un joint étanche aux gaz. Ce dernier peut comprendre un soufflet dans lequel passe l'extrémité supérieure de la quenouille, le soufflet étant appliqué de façon étanche contre la quenouille et la voûte de 1 a chambre. La figure 1 représente une forme de réalisation de l'invention, vue en coupe. Lp figure 2 est une vue en plan correspondant à la figure 1. Les figures 3 e"k ij- représentent l'application de l'invention ' une poche de coulée de grande dimension. bâd original 70 06967 3 2032459 La figure 5 représente un autre joint, utilisable à titre de variante, pour lqiéhambre annexe selon l'invention. L'enveloppe 1 de la cuve ou poche métallurgique 2 présente un garnissage intérieur réfractaire 3» Il a été prévu une 5 petite chambre annexe Ij. étanche aux gaz, qui est. décalée par rapport à l'intérieur de la cuve 2, mais qui communique avec celle-ci sur le côté, par un conduit ou une ouverture 6, cette chambre étant munie d'une enveloppe 5 en acier étanche aux gaz munie d'un garnissage réfractaire 3a. Dans le fond de la chambre 10 fy» qui est sensiblement au niveau du fond de l'intérieur de la » cuve, se trouve une buse d'écoulement 7» réfractaire et remplaça-* ble, d'un type connu et présentant un orifice de vidange 16. Cette buse est remplaçable et peut se retirer par le bas. Les enveloppes en acier du fond et des côtés de la J 15 chambre sont soudées à l'autogène ou fixées de façon permanente d*une autre manière à la cuve principale, tandis que le dessus est formé dtune tôle amovible vissée sur l'enveloppe. Cela est uÇilepbur l'extraction de l'ensemble complet de la quenouille et du mécanisme, particulièrement en vue du travail de réparation HO des parties réfractaires. La chambre l{. est munie d'un dôme 17 très bas qui est percé, au-dessus de la buse 7, d'un trou tubulaire 8 qui sert de guide à la quenouille 9. Le trou est "élargi, à son extrémité inférieure, où il forme une cavité annulaire 10. 25 'A son extrémité supérieure, le trou est fermé par un soufflet 11 en acier étanche aux gaz et fixé à l'enveloppe 5 de la chambre. La quenouille 9 e st fixée au soufflet au moyen d'un manchon 12 étanche aux gaz contre le côté intérieur duquel il est fixé par tout procédé approprié, p-ar exemple par filetage. Le 30 soufflet 11 est capable d'un mouvement vertical d'une amplitude qui correspond à la distance comprise entre la position de fermeture et la position d'ouverture de la quenouille. Dans ce but, le soufflet est relié s une commande mécanique ou hydraulique 13 fixée è l'enveloppe 5 de la chambre. Une pareille commande a l'a-35 vantage de permettre Ir^anoeuvre ! distance de la quenouille. Si on le désire, cette commande peut être remplacée par tout autre dispositif approprié, comme par exemple par le levier mécanique 9AD °RIGINAC 70 06967 2032459 traditionnel. Quand la cuve 2 est chargée de raêtal, le tampon 9 est dans la rositlon de fermeture dans laquelle il repose sur les joints de l'orifice 16, de sorte que la chambre lj_ se remplit ra-5 pidement de métal. Lorsque le niveau du métal qui se trouve dans la cuve 2 monte au-dessus du niveau de la voûte 6a de la chambre un volume de gaz qui se trouve dans la chambre au-dessus de la surface du métal se trouve emprisonné, étant donné qu'il est entouré d'une enveloppe étanche aux gaz formée par l'enveloppe 5 10 et le soufflet 11, Lorsque le niveau du métal qui se trouve dans la cuve 2 continue de monter, ce volume emprisonné se comprime jusqu'è Une pression qui correspond à la charge hydrostatique due au métal liquide, de sorte que le niveau du métal monte à l'inté** rieur de la cavité annulaire 10, Mais, à la condition que le vo-15 lume du jeu compris entre le tampon 9 et le trou 8 ne représente quTune fraction du volume du vide annulaire, il ne se produit pas d'élévation du métal â l'intérieur de ce jeu, ce qui, autrement empêcherait de manoeuvrer la quenouille, du fait de la solidification du mince manchon de métal qui se trouve dans le jeu, 20 On voit donc que, d'une manière avantageuse, ce n'est qu'une très courte partie de la quenouille 9 qui, à son extrémité inférieure, sera au contact de l'acier en fusion, tandis que la majeure partie reste protégée et relativement froide. Si, par accident, le tampon qui se trouve à l'extrémité de la quenouille 25> venait à se détacher, il serait retenu dans la chambre et ne pour« rait pas s'échapper en montant à une vitesse de plus en plus gran» de à travers la matière fondue contenue dans la poche de coulée. Four avoir la certitude que le volume dé gaz emprisonné ne peut pas s'échapper, il est souhaitable de munir la partie 30 supérieure du trou d'un manchon 11^. en acier réfractaire. Il est souhaitable de munir le garnissage réfractaire de la chambre d'une matière isolante 1J? de recouvrement, particulièrement au-dessus de la voûte de la chambre. Si on le désire, la chambre pourrait, à son extrémité 35' supérieure, être reliée, en 18, £ une alimentation en argon ou en azcte, de manière r mairtenir une atmosphère neutre au-dessus de la surface de l'acier en fusion dans la chambre. Une telle &ad original 06967 2032459 alimentation apporterait aussi une sécurité supplémentaire dans le cas de la formation dTune petite fuite de gaz qui, autrement, permettrait au métal de monter dans le trou 8. La formation, à l'intérieur du soufflet 11, de la pres-5 sion gazeuse, qui correspond à la charge hydrostatique de la masse fondue fournit en outre une possibilité d'avoir au moyen d'un manomètre, une indication précise du niveau du métal â l'intérieur de la cuve» Ce contrôle de la pression variable pourrait par conséquent être utilisé au réglage automatique de la position du 10 tampon Ç, c'est-à-dire de son élévation, en vue de maintenir un débit constant au fur et s mesure que le niveau du métal s'abaisse dans la cuve 2. Cette liaison automatique est particulièrement précieuse pour la fermeture automatique du tampcU aussitôt que le niveau de 15 l'acier descend en dessous d'un certain niveau. Cela est important si on désire avoir la certitude qu'aucune scorie n'entre dans la chambre l|_ à la fin de la période de coulée. Les figures 3 et 4 représentent l'incorporation de la chambre annexe selon l'invention â une poche de coulée de grandes 20 dimensions, qui peut présenter, comme le montre la figure 1|, un jeu de quenouilles et d'orifices de coulée. Cn se rend compte combien la quenouille est plus courte que dans la poche de coulée traditionnelle dans laquelle elle s'étend nécessairement sur toute la hauteur de la poche. 25 La figure 5 représente une forme modifiée du soufflet 11 de la figure 1. Dans le cas présent, les soufflets sont remplacés par une boîte rigide 19 étanche eux gaz, munie d'un joint 20 à travers lequel passe un prolongement de. la quenouille en ne laissant subsister qu'un jeu suffisant pour le coulissement. La •*0 boîte est reliée è une alimentation 21 en un gaz approprié, à travers le robiret 22. Cn conçoit- que si le gaz est fourni p une pression égale ou, de préférence, légèrement supérieure è la charge hydrostatique de la "atière en fusion, cette dernière sera dans 1 'impossibilité de monter- ?. travers le jeu exist^rt entre la 35 quenouille et son guide annulaire csr-s la voûte de la chambre. La manoeuvre de la quenouille n'est pss c-ifférente de celle qui a été décrite en référence aux figures 1 et 2. BAD OBlOiHAE- 06967 / o 2032459 La matière réfractaire, particulièrement celle du tampon et de la buse, doit être choisie en tenant compte de la nature de la matière en fusion et des températures réalisées. Si, pour des raisons économiques ou de fonctionnement, on préfère remplacer ces organes ou pièces après chaque opération, on peut se servir des matières réfractaires traditionnelles et relativement bon marché mises au poiiît pour cet usage. Si ces éléments doivent résister à un grand nombre d'opérations, il faut qu'ils soient très résistants à l'action d'érosion de la masse fondue. Pour l'acier, la matière la meilleure dont on dispose jusqu'ici, dans la gamme des matières réfractaires normales, est une matière réfractaire contenant plus de 80# de AlgO^. Pour une résistance encore plus élevée, on dispose des matières dites cermets. BAD ORIGINAL - ■ MJI - ! — 70 06967 7 2032459 REVENDICATIONS 1. Une cuve destinée s contenir et â couler une matière à l'état de fusion, caractérisée par le fait qu'elle comporte une chambre annexe décalée par rapport à l'intérieur de la cuve, 5 mais en communication sur le côté avec l'intérieur de la cuve, le fond de cette chambre n'étant pas sensiblement plus haut que le fond du volume intérieur de la cuve, et il est muni d'un orifice de coulée en vue de vider, en direction du bas, la matière à l*état de fusion, cette chambre présentant également une quenouil-10 le réfractaire ou recouverte d'une matière réfractaire, qui s'étend, vers le bas, à travers la chambre et mobile'suivant une direction sensiblement verticale, entre une position basse dans laquelle son extrémité inférieure ferme l'orifice, et une position haute dans laquelle son extrémité inférieure est écartée de l'o-15 rifice. 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que- la quenouille coulisse dans la voûte de la chambre, de ' manière à pouvoir être levée et abaissée par des moyens extérieurs à la chambre, la quenouille étant munie d'un joint étanche 20 aux gaz. 3. Cuve selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le joint comprend un soufflet dans lequel pénètre l'extrémité supérieure de la quenouille, ce soufflet étant fixé de façon étanche à la quenouille et à la voûte de la chambre. 25 i{-« Cuve selon l'une des revendications précédentes, ca« ractérisée par le fait que la chambre présente, dans s? voûte, une poche à travers laquelle passe la quenouille et dans laquelle du gaz est emprisonné et est mis sous, pression lorsque la matière en fusion passe de la cuve dans la chambre et que le niveau de cette 30 matière s'éléve dans la chambre. 5. Cuve selon la revendication i^, caractérisée par le fait que la pression du gaz emprisonné est appliquée à un manomètre. 6. Cuve selon la revendication ![., caractérisée par le fait que la pression du gaz emprisonn' est utilisée au réglage de 35 la hauteur de la quenouille portant le tampon lorsque le niveau de la matière en fusion qui se trouve dans la poche s'abaisse au cours de la coulée par l'orifice de coulée. BAD ORtOiNâL 70 06967 e 2032459 7. Cuve selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'orifice de coulée est muni d'une buse réfractaire pouvant se remplacer par le dessous de la cuve. BÂQ ORIGINAL