Brevet FR2105215A1 — publié le 19720428

-1- 2105215 La présenta invention concerne une fermeture par obturateur tournant pour récipient contenant un produit en fusion, cette fermeture comprenant essentiellement une plaque trouée fixe et un obturateur tournant pouvant glisser et tourner par rapport 5 à celle-ci, la plaque et l'obturateur étant chacun muni d'au moins un canal de passage» lies changements survenus, ces dernières années, dans les techniques de fonderie et dans les compositions des produits métallurgiques fondus, ont imposé aux matériaux réfractaires, 10 en particulier dans les poches de coulée de l'acier, de nouvelles et importantes contraintes» La fermeture classique des poches de fonderie au moyen d'une tige porte-tampon se trouve, au moment de la coulée, plongée dans le produit en fusion et est soumise à des conditions sans cesse plus sévères, qui ne sont 15 pas nécessairement associées aux longues durées de séjour de la tige porte-tampon dans le produit fondu, ni aux hautes températures de soutirage et de coulée. Les fermetures par obturateur coulissant qui, en raison de leur emplacement extérieur au produit en fusion, ne sont pas soumises à ces contraintes, se subs-20 tituent par suite de plus en plus aux fermetures par tige et tampon. Dans les fermetures à obturateur coulissant correspondant aux techniques actuelles, un problème se pose du fait que le déplacement de 1'obturateur coulissant pour une fermeture plus ou 25 moins complète de l'ouverture de sortie par la plaque coulissante, déplace latéralement la position du jet d'écoulement. Pour éviter cet inconvénient, on a proposé un obturateur à déplacement linéaire dans lequel un obturateur coulissant est guidé entre deux plaques fixes. Cette construction a l'inconvé-30 nient d'exiger, en plus de la plaque perforée et de la plaque obturatrice, une plaque réfractaire supplémentaire. Il faut également deux faces bien dressées pour former la surface d'étan-chéité. Il s'y ajoute la difficulté du guidage de la plaque coulissante, et la netteté, qui serait indispensable, de toutes 35 les surfaces d'étanchéité, n'est pratiquement pas possible, en raison de la précision de fabrication et de montage qui serait nécessaire pour réaliser le parallélisme parfait des quatre plans correspondants. 71 31754 -2- 2105215 Une autre solution proposée au même problème consiste à agencer une trémie au-dessous de la plaque coulissante dans un obturateur tournant, cette trémie se trouvant par rapport à 1'obturateur tournant dans une position telle que l'axe de l'ou-5 verture de coulée coïncide avec l'axe de rotation de 1'obturateur tournant (brevet suisse 37 0 4-54-) • Cette réalisation présente comme défaut que le jet de liquide sortant de l'obturateur tombe sur la paroi de la trémie, qui est par suite rapidement détérioréeo Comme de plus la trémie est relativement froide, on 10 doit y prévoir des dépôts de métal refroidi» Enfin, la trémie constitue un organe supplémentaire "du systèmë," Enfin, le même problème a été abordé dans une fermeture à / obturateur tournant (Brevet Autrichien N° 165 292) où l'obturateur a la forme d'un cône tourné vers le haut et porte un canal 15 de passage orienté vers le haut vers une plaque trouée, également conique ou en forme de dièdre, ce canal débouchant dans un coude de la surface du cône, la déviation du jet de produit en fusion résultant de la courbure du canal de passage impose des contrainr-tes particulièrement importantes au matériau réfractaire de 20 l'obturateur au voisinage de la courbure du canal, d'où une usure prématurée du système obturateur. La présente invention a pour objet une fermeture à obturateur tournant du premier type ci-dessus, apportant une solution au problème du maintien fixe de la position de l'ouverture 25 de sortie, malgré les déplacements de l'obturateur., par utilisation de moyens relativement simples, tout en évitant les inconvénients mentionnés. Cet objet est atteint en disposant l'axe de rotation de l'obturateur sous une angle aigu par rapport à l'axe vertical moyen des canaux de passage. Cette nouvelle solution 30 présente l'avantage que, dans la position de pleine ouverture de 1'obturateur, le produit en fusion s'écoule librement dans la direction verticale, et que, dans la position de fermeture partielle, il peut traverser le canal presque verticalement sans modifier sa direction» L'ouverture de sortie du canal tra-35 versant l'obturateur conserve donc une position invariable, quelle que soit la position de l'obturateur, et le jet de coulée qui en sort ne se déplace pas quand on ferme partiellement l'ouverture » 71 31754 -3- 2105215 Comme la surface dressée de contact entre la plaque perforée et l'obturateur est, d'après l'invention, perpendiculaire à l'axe de rotation de l'obturateur, l'orientation de cette surface de contact s'écarte de l'horizontale pour une position 5 verticale du canal de passage. Ceci présente comme nouvel avantage que, en position de fermeture partielle, les bords correspondants des ouvertures respectives des canaux de passage dans la plaque trouée et dans 1'obturateur sont également inclinés par rapport à la direction de l'écoulement, et que par suite, 10 la tendance à la turbulence de l'écoulement est plus faible que dans un système vertical à gradins® L'obliquité de ladite surface dressée de contact est par ailleurs avantageuse en ce que le couple d'entraînement exercé par l'obturateur sur la plaque perforée fixe, dont l'axe médian coupe sous un angle aigu l'axe 15 cLe rotation de l'obturateur, et résultant du frottement dans le plan de la dite surface dressée, est plus faible que dans le cas où les deux organes ont leurs axes parallèles. On a cependant dans la pratique de graves difficultés, dans le montage des divers éléments d'un système obturateur au fond 20 d'un récipient, pour obtenir un appui régulier de l'obturateur sur la plaque trouée sur toute leur surface commune. Avec une surface commune inclinée comme celle proposée par la présente invention, ces difficultés devraient encore être accrues. Aussi, selon une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention, la 25 plaque trouée et l'obturateur possèdent l'une et l'autre la forme de cônes aplatis, selon une construction de type connu, les deux cônes étant en contact par leurs bases sur ladite surface dressée commune, ce contact étant assuré par les surfaces coniques internes d'éléments d'une monture avec laquelle les 30 deux organes forment un ensemble au montage, et sont ainsi appuyés l'un contre l'autre, de telle façon que la plaque trouée soit, indépendamment de la pression exercée par l'obturateur sur la monture, solidement maintenue. De préférence, la plaque perforée repose sur un élément 35 inférieur de la monture, en liaison relativement libre avec un élément supérieur de la monture, entourant la surface externe conique de la plaque trouée0 La pression statique du produit en fusion, s'exerçant sur la plaque trouée, est ainsi directement 11 31754 -4- 2105215 supportée par la monture, et ne charge pas la surface dressée de contact. Afin que la matière en refroidissement ne se solidifie pas sur cette surface de contact, ce qui compromettrait le fonction-5 nement de l'obturateur, il est souhaitable que cette zone sensible soit le plus proche possible du produit fondu. Sans toutefois repousser trop loin vers l'intérieur les organes de fi-, xation de l'obturateur, ce rapprochement est obtenu, selon une forme préférée de réalisation de l'invention, par l'emboîtement 10 de l'obturateur dans un élément porteur annulaire comportant uns partie à conicité interne et une surface extérieure cylindrique, cet élément étant engagé dans un alésage cylindrique de l'élément inférieur de la monture, et introduit par l'extérieur, puis immobilisé par un disque annulaire frontal de serrage et 15 par des vis traversant celui-ci et se vissant dans l'élément inférieur de la monture, en étant enfoncé dans ledit alésage jusqu'à ce que l'obturateur s'appuie fortement sur la plaque trouée 0 Si l'on adopte, en raisons de caractéristiques géométriques particulières, une construction, sous forme d'un ensemble monté par avance, du dispositif obturateur selon l'invention, avec une surface dressée commune oblique, il est possible, suivant un autre aspect de l'invention, de réaliser un montage simple et rapide dudit ensemble sur le récipient en disposant ^ autour de la monture une série de segments formant une bride et constituant une liaison du type à baïonnette avec une douille correspondante portée par le récipient. Pour l'obtention d'une étanchéité aussi parfaite que possible entre la plaque trouée et l'obturateur, on utilise des bagues de réglage, qui fixent axialement la position des segments périphériques par rapport à la monture,. L'utilisation, conformément à l'invention, du dispositif obturateur sous forme d'un ensemble monté par avance, offre d'autre part l'avantage remarquable de permettre l'introduction par l'extérieur dans le dispositif, de matériaux de garnissage de type connu. On évite ainsi le travail pénible du mastiquage de briques poreuses par l'intérieur. Ce garnissage, même s'il est formé de matériaux différents, peut être réalisé suivant la forme désirée, et par couches successives. 20 35 71 31754 -5- 2105215 l'invention est maintenant décrite à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe verticale d'un système de fer-5 meture suivant l'invention, adapté au fond d'un récipient pour produits en fusion ; - la figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la figure 1, des organes de commande de la rotation de l'obturateur. 10 le système de fermeture représenté par les figures est adapté au fond du corps métallique 10 d'un récipient pour produits en fusion, en particulier d'une poche de coulée d'acier, ou d'un récipient intermédiaire (cuve réfrac taire) pour installation de moulage sous pression, seul le revêtement interne ré-15 fractaire 12 du récipient étant figuré dans la région entourant l'orifice de coulée, le système de fermeture proprement dit est essentiellement constitué par une plaque trouée fixe 14 et par une plaque obturatrice 16 pouvant tourner sur elle-même, ces plaques portant respectivement les canaux de passage 18 et 20. 20 le point caractéristique du système obturateur suivant l'invention est la disposition des canaux de passage 18 et 20 par rapport à l'axe de rotation 22 de la plaque obturatrice 16. A la différence de la réalisation jusqu'ici classique, dans laquelle les axes sont parallèles et verticaux, dans le présent 25 exemple de mise en oeuvre de l'invention, lesdits axes et les axes des canaux de passage 18 et 20 se coupent dans le plan de l'orifice de sortie 24, et divergent sous un angle aigu vers l'intérieur du récipient. On voit immédiatement que, lorsque l'obturateur 16 tourne autour de son axe 22, l'ouverture côté 30 intérieur du canal de passage 20 décrit un arc de cercle tandis que le canal 18 est ainsi, soit ouvert en grand, soit plus ou moins obturé, et que l'orifice 24 de sortie n'est pas déplacé, le jet de produit fondu sortant gardant lui-même une position invariable. 35 l'axe de rotation 22 étant incliné sur la verticale, la surface dressée de contact 26 qui lui est perpendiculaire est par suite inclinée par rapport à un plan horizontal. la plaque trouée fixe et l'obturateur mobile sont préala 71 31754 -6 - 2105215 blement montés, suivant leur position relative choisie, dans une monture dont les parties principales sont : un élément supérieur 28 en deux parties, un élément inférieur 30, et un élément annulaire 32o L'élément supérieur 28 se compose d'une 5 douille annulaire portant un filetage intérieur et d'une pièce tubulaire 28' conique pouvant se visser sur la face extérieure, également conique, de la douille. La division en deux parties de l'élément supérieur présente l'avantage de permettre le changement éventuel, en cas de nécessité, du serai tube 28V. L'élé-10 ment inférieur 30 se visse par un filetage 34- sur l'élément supérieur 28o En association avec les surfaces extérieures coniques de la plaque trouée 14- et de l'élément supérieur 28 (28'), qui empêchent la plaque trouée 14 de remonter vers l'intérieur du récipient, la plaque trouée 14, après son insertion dans 15 l'élément supérieur 28 (28'), peut être immobilisée entre les éléments 28 et 30 par vissage de l'élément inférieur 30 sur le filetage 34. Elle s'appuie d'autre part dans une mesure importante, sur la monture sous l'effet de la pression statique du produit en fusion. 20 L'obturateur 16, de forme conique, est inséré au montage dans l'alésage 36 de l'élément inférieur 30. Oet alésage est conique dans sa partie supérieure et cylindrique dans sa partie inférieure, et son grand axe coïncide avec l'axe de rotation 22. Il peut se déplacer librement vers le haut tant que l'élément 25 supérieur 30 n'est pas, par vissage, appliqué à fond.contre l'élément 30. L'obturateur 16 est alors appliqué de façon étan-che sur la plaque trouée 14o L'élément annulaire 32, intérieurement conique et extérieurement cylindrique, est alors enfilé sur la partie conique de l'obturateur 16, et est immobilisé au 30 moyen d'un disque annulaire de serrage 38 et de plusieurs vis de fixation 40 réparties à la périphérie (elles sont représentées non serrées) et munie s de rondelles Belleville 42. Comme le disque annulaire 32 déborde sur l'obturateur 16 et le serre contre la plaque trouée 14, une pression réglable au moyen des 35 vis 40 et indépendante des forces extérieures peut appliquer l'obturateur 16 sur la plaque trouée 14, suivant la surface dressée étanche 26. L'élément 30 de la monture, extérieurement cylindrique, 71 3l?54 -7- 2105215 supporte une bride 44 munie de segments extérieurs 45 qui forment avec une contre-bride 46 fixée au corps du récipient une série d'ouvertures constituant un ajustage du type dit à baïonnette • 5 la bride 44 est maintenue appuyée contre l'élément inférieur 30 de la monture par serrage entre un flasque 50 et un couvercle de fermeture 48 coiffant l'élément intérieur 30, et attaqué par la crémaillère 54-, la position axiale de l'obturateur étant réglable par rapport à l'ouverture dans le corps du récipient 10 grâce à des bagues 52 logées entre le flasque 50 et la bride 44, Lorsque le logement conique dans la garniture réfractaire 12, dans laquelle l'élément supérieur 28 de la monture est cimenté, s'est élargi à la suite des enlèvements et remises en place successives de 11 obturateur, il suffit de remplacer la bague 52 15 par line bague plus épaisse, ou d'introduire une bague supplémentaire, pour reconstituer le réglage initial, la commande du mouvement de rotation de l'obturateur 16 se fait grâce à une crémaillère 54 logée dans l'élément inférieur de la monture, et engrenant avec une denture extérieure 56 du 20 disque annulaire 32» Dans ce mouvement de rotation, le disque annulaire 32 et l'obturateur 16 sont guidés radialement dans la partie cylindrique de l'alésage 36. Comme la crémaillère 54 est logée dans la monture de l'obturateur, son extrémité arrière peut, conformément à la figure 2, être mise en liaison par un 25 accouplement à débrayage rapide avec la tige de piston 60 d'un cylindre 62, pouvant lui-même être solidarisé par un accouplement débrayable 64 avec une mâchoire 66 portée par l'élément inférieur 30 de la monture. 71 31754 8 2103215 REVENDICATIONS 1• Fermeture à obturateur tournant pour récipient contenant des produits en fusion, formé par une plaque trouée fixe et un obturateur tournant ayant une surface étanche commune, la plaque 5 et l'obturateur étant traversés chacun par au moins un canal, les canaux respectifs formant ensemble un passage dont l'ouverture est coaxiale avec l'axe de rotation de l'obturateur, caractérisée en-ce que l'axe de rotation de l'obturateur forme un angle aigu avec l'axe moyen vertical desdits canaux. 10 2. Fermeture suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite surface étanche commune est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'obturateur. 3. Fermeture suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la plaque trouée et l'obturateur présentent l'une 15 et l'autre, suivant une construction connue, la forme de cSnes aplatis, en contact par leur base suivant la surface étanche commune, le contact étant assuré par les surfaces coniques internes d'éléments d'une monture avec laquelle les deux organes forment au montage un ensemble, et sont ainsi appuyés l'un contre l'autre de 20 façon que la plaque trouée soit fermement maintenue, indépendamment de la pression exercée par l'obturateur sur la monture. 40 Fermeture suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la plaque trouée s'appuie contre l'élément inférieur d'une monture, en liaison libre avec un élément supérieur de- cette mon-25 ture, enserrant la surface extérieure conique de la plaque perforée. 5o Fermeture suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'obturateur est emboîté dans un élément porteur annulaire comportant une partie à conicité interne et une surface extérieure cylindrique, cet élément étant 30 engagé dans un alésage cylindrique de l'élément inférieur de la monture, et introduit par l'extérieur, puis immobilisé par un disque annulaire frontal de serrage et par des vis traversant celui-ci et se vissant dans l'élément inférieur de la monture, en étant enfoncé dans ledit alésage jusqu'à ce que l'obturateur 35 s'appuie fortement sur la plaque trouée. 60 Fermeture suivant l'une des revendications 3 à 5> caractérisée en ce que la monture porte des segments périphériques 71 31754 9 2105215 formant arec une douille correspondante portée par le récipient un système de liaison du type dit à baïonnette. 7« Fermeture suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la position axiale des segments périphériques peut être réglée par rapport à. la monture au moyen de bagues intermédiaires de réglage. 8. Fermeture suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on utilise pour la rotation de l'obturateur un cylindre moteur agissant sur une denture extérieure de l'élément porteur annulaire par une crémaillère logée dans l'élément inférieur de la monture.