Brevet FR2029084A1 — publié le 19701016

Le basculement des récipients métallurgiques est à la base de la technologie moderne pour la production à grande échelle, notamment de l'acier, avec des temps de traitement courts. Un récipient de convertisseur d'aciérie doit être basculable, pour le réglage de la position de soufflage, pour la réception de la charge de fonte brute et le dosage des matières d'addition, notamment également de riblons encombrants. De plus, lorsqu'on enlève le laitier, le récipient doit prendre uLe position dans laquelle le niveau du bain approche. le bord de la-gueule. Enfin, pour en arracher la garniture d'usure, on place le récipient la tête en bas. Pour répondre à ces différentes exigences, le récipient doit etre.pourvu d'un montage de support déterminé qui, malgré le mouvement lors du basculement, autorise une dilatation thermique aussi bien dans le sens axial du récipient que dans le sens radial:. Si une telle mesure n1 était pas prise, oF ntaurait aucune sécurité d'éviter des tensions excessives dans l'enveloppe du récipient. Il existe deux principes conpus pour le montage du récipient. L'un est basé sur l'articulation directe des tourillons de basculement sur la paroi du récipient. Une disposition comme adopte à cet effet une forme extérieure sphérique du récipient,avec des surfaces fortement aplaties autour de l'axe des tourillons de basculement. A ces surfaces,se raccordent l'enveloppe tronconique,dont 11 ouverture extérieure de cône est réduite de telle manière qu'un second cône tronqué dirige les efforts concentriquement sur les tournions de basculement prévus à l'intérieur. Le tourillon repose dans les fonds de la carcasse de tronc de cône dont l'enveloppe est pourvue d'orifices de sortie pour l'air réchauffé, afin de réduire la température des tourillons. A cause de l'augmentation de la temperature des tourillons et de la grande concentration des efforts dans de tels raccordements coniques, les spécialistes paraissent préférer un deuxième principe, considéré en général comme plus str pour les récipients plus grands. C'est pourquoi l'invention prend pour base un récipient métallurgique, notamment convertisseur d'aciérie, librement entouré d'un anneau de support qui est, au moyen d'une paire de tourillons de support, monté basculant dans un bai à paliers, le récipient s'appuyant sur l'anneau de support dans des positions de basculement comprises entre 0 et 3600 d'angle de basculement. Le problème de l'absorption de la dilatation longitudinale et radiale n'est nullement considéré comme résolu, quciqua plusieurs propositions sont connues qui tendent à éliminer les difficultés de ce genre. L'obstacle qui n' a pas pu être franchi jusqu'ici réside notamment dans le fait que le glissement relatif entre.les différents composants, rendu nécessaire par la dilatation thermique, se trouve empoché par le gauchissement et le eoincement qui en résulte. La présente invention a pour but de réaliser une forme de récipient qui renonce aux composants mobiles devant se déplacer en glissant:les uns par rapport aux autres et qui, malgré cela,laisse libre cours aux tensions thermiques dans une très large mesure. Depuis longtemps Qn utilise des goussets, ou pattes, fixés au nombre de trois ou plus sur la paroi du récipient, sur les deux cotés frontaux de l'anneau-porteur, qui maintiennent le récipient dans les positions de basculement, avec la possibilité en même temps d'un décalage relatif par rapport à l'anneau-porteur. Aussi bien l'élasticité de la construction que l'élasticité du matériau lui-mame contribuent à une certaine souplesse du système. Pratiquement, le poids du récipient en position verticale ne:peut reposer chaque fois que sur un côté frontal de l'anneau-porteur utilisé.L'inversion des conditions de charge signifie en conséquence qu'un cSté de l'anneau est déchargé,etcla ou les pattes correspondant à ce côté sont également déchargées, d'où résulte en définitive un Jeu entre pattes et anneau-porteur. I1 est donc nécessaire d'éliminer ce jeu au moyen de pattes repliables, c'est-i-dire réglables ou réajustables. Cette souplesse des pattes nécessite des éléments mobiles susceptibles de recevoir la charge. En conséquence, les paliers à tourillons, pour les pattes, sont particulièrement sollicités,car un mouvement de rotation minime provoque un frottement particulièrement intense et une grande usure. Par conséquent la disposition aéja connue ne permet pas non plus d'assurer sans conséquences préjudiciables une dilatation thermique aussi libre que possible. La présente invention a pour but de permettre une dilatation, dans le sens de l'aspe longitudinal du récipient et dans le sens radial, aussi généreusement que possible, tout en restant dans une limite qui évite les grandes tensions de contrainte qu'il faut considérer comme préjudiciables. Contrairement à la technique actuelle, il est prévu suivant l'invention de ne pas avoir recours à-des composants glissants, et de se servir plutôt de caractéristiques de matériaux, telles qu'elles existent dans la zone d'un allongement restant en-dessous de la limite de rupture. Le récipient de 11 invention est caractérisé en ce qu'entre l'anneau-porteur, d'une part, et la partie supérieure et/ou la partie inférieure de la chemise du récipient, d'autre part, est chaque fois inséré un élément élastique annulaire ou plusieurs éléments élastiques répartis sur la périphérie de l'anneau, qui sont chacun rendus solidaires de l'anneau-porteur et des parties. supérieure et inférieure de l'enveloppe de récipient au moyen d'assemblages soudés, vissés,rivetés ou analogues. Le récipient considéré comme tel constitue une unité, de mdme que l4anneau-porteur, de sorte que l'élément qui les relie est en mesure de compenser les dilatations thermiques différentes. A titre comparatif, par rapport au comportement global de l'unité basculable, l'élément élastique peut être considéré comme "souple". Une dilatation- longitudinale du récipient et celle dans le sens radial produisent par conséquence une déformation de l'élément qui cède, et on peut alors, au refroidissement, soit admettre une déformation permanente, soit obtenir la forme originale restituée du récipient et de l'anneau en fonction de.la qualité du matériau choisi pour l'élément élastique. L'invention constitue une solution stre, surtout accessible aux calculs sérieux, et présente 1 t avantage de pouvoir renoncer complètement à l'emploi de pièces glissantes. Du. fait qugil est basculable, le récipient métallurgique subit des conditions de charge variables L'invention autorise en conséquence,pour le cas de charge en position "ventre" ou "couché",une réception particulièrement avantageuse des forces de poids.En position couchée, le récipient tend à la flexion, de sorte que les éléments élastiques placés tout autour de la périphérie du récipient peuvent toujours être sollicités, quoiqu'en fonction du travail à la flexion peut noter une augmentation de la tension du haut en bas Un autre avantages non reconnu jusqu'ici, résulte de la rigidité d'anneaux stétendsnt autour du récipient et ayant des formes de section appropriéesR qui présentent dans différentes directions un moment de résistance élevé ou faible9 réalisant ainsi un renforcement et un soutien de l'enveloppe du récipient. Si le récipient métallurgique est pourvu d'un chapeau conique, comme c'est le cas des convertisseurs d'aciérie, c'est-à-dire que la partie supérieure du récipient est constituée par une enveloppe conique, une autre caractéristique de l'invention prévoit que l'élément élastique annulaire est constitué par un anneau plat se raccordant à l'enveloppe de récipient et par un anneau cylindrique reliant cet anneau plat à l'anneau- porteur.Une telle combinaison,constituée par un anneau plat et un anneau cylindrique se joignent approximativement à angle droit, permet une détermination plus facile de la "souplesse" de l'ensemble de coquille.-Un avantage essentiel est alors la possibilité de recevoir une superposition des mouvements radial et longitudinal de dilatation. Une simple rallonge de l'enveloppe conique d'un tel récipient métallurgique jusqu'à l'anneau-porteur ne répondrait pas à tous les besoins d'une construction "souple", pour correspondre aux tensions de service. Par contre, l'élément élastique proposé. n'oppose qutune faible résistance aux déformations.Dans le cas de charge à l'état "couché" un tel anneau encaisse le travail de flexion de la partie centrale du récipient. L'invention tient compte également de la difficulté de à la dilatation thermique de la partie centrale du récipient. On sait qu'il existe toujours encore le problème de compensation de forces engendrées par la "croissance" de 2a maçonnerie. Ici aussi les problèmes du travail thermique excessif prédominent, tandis que les tensions résultant des forces statiques peuvent être traitées plus aisément L'invention élimine ces inconvénients résiduels par le fait que, comme parties supérieure et inférieure de récipient, ou entre les deux, est prévue une double enveloppe embrassant le revêtement intérieur, dont la chemise extérieure est constituée par un tube de section polygonale,et dont la chemise intérieure est constituée par un tube fendu, relativement mince, de section ronde.Une telle disposition des composants empèche aussi peu que possible la déformation du revtement. le pourtour du tube intérieur fendu en longueur g à la hauteur des deux tourillons de basculement par exemple, peut augmenter sans résistance notable Le revêtement, dont la dilatation radiale nQest que très peu gênée par le tube fendu, s'appuie par effet de force sur les points de contact de la chemise polygonale,au centre des côtés de polygone. Dans des cas de charge thermique pure 1 anneau polygonal fermé travaille à la flexion sous des efforts unitaires d1 égale grandeur dans le sens radial.Dans cette construction, même de grandes déformations radiales du revêtement peuvent être rendues inoffensives, sans surcharge de l'anneau polygonal en forme de cadre agissant comme ressort. On obtient d'autres avantages pour les conditions statiques dans le cas de charge à l'état "couche". Des forces de contact, qui sont réparties en forme de croissantgne sont engendrées que dans le demi-cercle inférieur, tandis que le demi-cercle supérieur reste exempt d!effortsO Par les précontraintes thermiques toujours présentes en service, s'établissent donc des conditions plus avantageuses pour l'absorptions des forces en position "couchée". C'est uniquement aux points de séparation du tube fendu que se produisent des discontinuités correspondantes. Un passage brusque peut cependant être évité également. A cet effet, une caractéristique de l'invention prévoit que le tube fendu est réalisé avec des extrémités de fente pointues en biseau qui se recouvrent. Comme déjà dit, la nouvelle conception de la construction d'un récipient métallurgique réside dans une construction d'enveloppement qui. avec déviation des forces par un raccordement direct sur 1' anneau-porteur, décharge la partie centrale du récipient0 En plusg suivant une-autre caractéristique, on peut prévoir qu'entre les parties supérieure et inférieure de l'enveloppe de récipient ,est prévue une chemise cylindrique qui, dans le sens de l'axe principal du récipient, est dans certaines limites librement guidés, et dont la face intérieure est au contact du revêtement0 Aussi bien la "croissance" du revêtement que la dilatation thermique peuvent entre captées ensemble, étant donné que sont admis un allongement par dilatation thermique et, dans le cadre des forces résultant de la croissance de la maçonnerie, un raccourcissement. Il peut cependant aussi être utile, que la chemise cylindrique libre soit sur l'une de ses extrémités assujettie dans le sens axial. Il en résulte l'avantage d'un calcul plus simple, et par conséquence la situation telle qu'elle se présente en pratique est plus clairement définie. Le montage suivant l'invention dune telle partie centrale wu récipient peut avantageusement entre d'une utilité supplémentaire. in L'invention prévoit aussi une combinaison entra le logement de la partie centrale et d'autres besoins statiques, par exemple dans la position "couchée", de sorte que soit répondu simultanément a plusieurs exigences En conséquence l'invention est aussi caractérisée en ce que, dans la zone d'un logement intérieur d'une chemise cylindrique enveloppant le revêtement intérieur, est disposé un anneau de renforcement sur la chemise de récipient, anneau qui fait saillie vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur. C et anneau sert de support à la partie centrale du récipient et en même temps de renforcement dans la partie supérieure et/ou inférieure du récipient ,pour réaliser le résistance nécessaire à la position "couchée". La description ei-après se rapporte à des exemples de réalisation représentés schématiquement aux dessins annexés dans lesquels g - la figure 1 est une vue en coupe axiale verticale d'un convertisseur d'aciérie se trouvant en position debout dans son si de basculement, la figure 2 est une vue en coupe horizontale au-dessus de l'anneau porteur suivant la figure 1, l'image se présente alors comme une vue d'en haut sur le convertisseur basculé qui se trouve par conséquent dans sa position "couchée". Sur la figure 1, différents exemples de réalisa- tion sont représentés à gauche et à droite de l'axe vertical -de symétrie. Leurs différents éléments sont aussi interchangeables entre eux, de sorte que la figure 1 comporte plus de deux exemples de réalisation de l'invention. Suivant la représentation, le récipient est en position concentrique par rapport à l'anneau-porteur 2. Entre les aeux,se trouve une fente 3 suffisamment large qui autorise la dilatation radiale du récipient. Ltsnneau-porteur est supporté par des tourillons de basculement 4, 5,qui sont eux-mêmes supportés à rotation dans le bAti de paliers 6, 7. Les paliers 6 et 7 reposent sur les parties 8 et 9 des fondations. Une commande de basculement 10, non représentée dans ses détails, assure la transmission dgun couple suffisant sur le tourillon 5. Une telle commande 10 est, par exemple, placée en montage volant sur le tourillon, de sorte-quçelle exécute aussi tous les mouvements du tourillon et de l'anneau porteur dûs à leur flexion ou dilatation thermique, et reste ainsi à l'abri de tout dégât. Le récipient 1 comporte une partie supérieure 11, une partie centrale 12 et une partie inférieure 19. Les parties supérieure 11 et inférieure 13 sont reliées entre elles par l' > nneau-porteur 2 et par des éléments élastiques 14. A gauche de l'axe de symétrie 15,l'élément élastique 14 est réalisé sous la forme d'une rallonge de la partie supérieure Il ,et est essentiellement constitué par l'anneau plat 16 et l'anneau cylindrique 17. Ce dernier est au moyen de la soudure 2a rendu solidaire de l'anneau-porteur 2. L'anneau plat 16 peut être une partie évasée ou cintrée de la partie supérieure 11, ou bien, de la manière représentée, être raccordé,par soudage en bout,à un anneau 18 qui sera décrit plus loin. La disposition de l'anneau plat 1.6 offre des avantages supplémentaires. Si un anneau 18 n'existe pas ou s'il est relativement léger, les anneaux 16, au-dessus ou en-dessous de ltanneau-porteur 2, constituent un renforcement contre la flexion du récipient 1 dans la position "couchée". La réalisation la plus simple de l'invention avec la partie supérieure 1 1 de l'enveloppe de récipient, l'anneau plat 16, la chemise cylindrique 17, l'anneau-porteur 2 avec raccordement à cordon de soudage correspondant des pièces, l'élément élastique inférieur 14 constitué comme l'élément élastique supérieur, et la partie inférieure 19 avec la platine de fond 19, constitue une combinaison particulièrement remarquable de différents éléments, qui déterminent l'essentiel de 1 invention. L'endroit de transition 20 ,entre l'anneau plat 16 et la partie supérieure 11 ou inférieure 13, mérite une attention particulière. S'il est réalisé coudé plus ou moins fortement, comme représenté en haut, on obtient un effet de ressort tel qutil est annoncé en 21 à droite de l'axe de symétrie. La partie de tôle,qui constitue un angle avant le réchauffement, se trouve plus ou moins tendue et on obtient ainsi une longueur supplémentaire de la ligne génératrice de llenveloppeppour compenser une plus grande longueur ou un plus grand diamètre du récipient, ou bien les deux. En fonction de la force de ressort du matériau utilisé pour l'élément 14, après refroidissement du récipient, la forme initiale se rétablit. Une déformation permanente s' établissant après de nombreux réchauffage, donc charges, est inoffensive et prévue dans le calcul. A droite de 1 axe de symétrie 15, l'élément élastique 14 ,sur la partie supérieure 11, est maintenu inchangé, cependant quten-dessous de l'anneau porteur 2 sont prévus un anneau de renforcement 22 et des pattes 23,qui s'appuient sur l'anneau-porteur 2 lorsque le récipient 1 est à la position debout. En position couchée, l'anneau de renforcement 22 constitue ici aussi un bandage. qui réduit un travail à la flexion inadmissible de la partie centrale 12 du récipient. Tandis que l'anneau de renforcement 22 est (à droite) orienté en saillie vers l'extérieur, celuå-ci ou un anneau 24 analogue (à gauche) projette vers l'intérieur et forme un logement 25. L'anneau 18 comporte un contre-logement 26. Les deux logements servent à éviter un échappement latéral de la partie centrale 12. En direction vers l'axe de symétrie 15,qui est l'axe principal du récipient, un guidage assez libre peut dtre utile sur l'un des logements 25, 26. Les logements 25 et/ou 26 peuvent guider la partie centrale 12 dans le sens de l'axe de symétrie. Dans la position "couchée" du récipient 1, représentée sur la figure 2, le poids de la maçonnerie de revêtement 28 charge la partie centrale 12. Cette charge statique constitue en général un problème moins important, tandis qu'il y a des difficultés pour parer à la charge thermique. A cet effet, est prévue une chemise extérieure polygonale 29.A son intérieur, se trouve une chemise intérieure circulaire 30. la chemise 30 comporte une fente 31, de préférence plusieurs fentes, qui se font face Il est important d'aménager ces fentes à la hauteur de l'axe aes tourillons 32. les fentes autorisent une dilatation thermique des deux moitiés de chemise intérieure, ce qui permet de tenir compte du phénomène dit croissance de la maçonnerie. lies extrémités de fente 33 présentent une forme en biseau, eut chaque paire se recouvre, de sorte que même sous dilatation thermique il n'y aura pas d'interstice. Très généralement, l'invention peut être mise en oeuvre pour laisser libre cours aux tensions thermiques, de sorte que des différences de dilatation thermique entre l'anneau-porteur et l'enveloppe du récipient,et en même temps des dilatations thermiques axiales ,évoluent sans encombre en transitant les unes dans les autres. La dilatation de la partie centrale du récipient n'en est pas affectée. Pour des cas extrêmes, il faut encore signaler l'aménagement remarquable de nervures 35, lesquelles, disposées sur la face extérieure de la partie centrale 12, font reposer, à la position de basculement, le poids du revêtement intérieur sur l1anneau-porteur, et permettent du reste d'agir sur la rigidité de la partie centrale 11. Bien entendu l'invention n'est pas'limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquls on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10 - Récipient pour traitements métallurgiques, notamment convertisseur d'aciérie ,librement entouré d'un anneau-porteur qui est, au moyen d'une paire de tourillons de -support, monté basculable dans un bâti à paliers, de manière à s'appuyer sur l'nnneau-porteur dans des positions de basculement comprises entre 0 et 3600 d'angle de basculement, récipient caractérisé en ce qu'entre l'anneau-portew;; d'une part, et la partie supérieure et/ou la partie inférieure de l'enveloppe de récipient, de l'autre, est chaque fois inséré un élément élastique annulaire ou plusieurs éléments élastiques répartis sur la périphérie de l'anneau, qui sont chacun rendus solidaires de l'anneau-porteur et des parties supérieure et inférieure de l'enveloppe de récipîent,au moyen d'un assemblage soudé, vissé, riveté ou analogue. 20 - Récipient suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique annulaire est constitué par un anneau plat se raccordant à l'enveloppe du récipient, et par un anneau cylindrique reliant cet anneau plat à l'anneau porteur. 30 - Récipient suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'en guise de parties supérieure et inférieure de récipient, ou entre les deux, est prévue une double chemise embrassant le revêtement intérieur, dont la. chemise extérieure est constituée.par un tube de section polygonale,et la chemise intérieure par un tube fendu relativement mince-et de section ronde. 40 - Récipient suivant la-revendication 3, caractérisé en ce que le tube fendu est réalisé avec des extrémités de fente pointues en biseau qui se recouvrent. 50 - Récipient suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre les parties supérieure et inférieure de l'enveloppe de récipient,est prévue une chemise cylindrique qui, dans le sens de l'axe principal du récipient ,est dans certaines limites librement guidée et dont la face intérieure est au contact du revtement. 60 - Récipient suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la chemise cylindrique libre est assujettie dans le sens axial sur l'une de ses extrémités. 70 - Récipient suivant l'une quelconque des revendications i, 3 à 6, caractérisé en ce queydans la zone d'un logement intérieur faisant partie d'une chemise cylindrique enveloppant le revêtement, est disposé un anneau de renforcement sur la chemise de récipient, anneau qui fait saillie vers l'intérieur et/ ou vers ltextérieur.