Brevet FR2064308A1 — publié le 19710723

La présente invention a trait à un dispositif de fermeture de trou de coulée de récipients permettant la coulée de métaux, notamment d'acier, avec pièces réfractaires d'usure remplaçables, comprenant d'une part une busette d'entrée et une plaque de fond 5 disposées dans la paroi de fond du récipient, d'autre part ime plaque tiroir et une busette de sortie disposées dans la pièce mobile du dispositif de fermeture à tiroir. Dans les dispositifs de fermeture à tiroir de la sortè, il est nécessaire de remplacer assez souvent les pièces d'usure 10 du trou de coulée et du tiroir qui sont exposées à une forte érosion du fait du métal liquide sortant, pour conserver en cours de non service l'étanchéité du dispositif à la fermeture. Les structures courantes de l'art antérieur, comprenaient dans l'ouverture de coulée de la paroi du récipient une busette d'entrée 15 incorporée le plus souvent dans une brique trouée, ainsi qu'une plaque de fond, d'un autre côté une plaque tiroir déplaçablé coopérant de façon étanche avec ladite plaque de fond, ainsi qu'une busette de sortie accompagnant le tiroir dans ses mouvements de translation. Les plaques connues ont des ouvertures de passage 20 coaxiales aux canaux calibrés des busettes et sont appliquées contre celles-ci plan sur plan par leurs faces tournées vers les busettes. L'ouverture de passage de la plaque de fond se trouve alors le plus souvent coïncider ou presque avec le point central de la plaque. 25 Dans les aciéries modernes les contraintes que subissent les parties réfractaires de ces dispositifs de fermeture à tiroir rapportés par exemple sur des pocb.es pour coulée continue, sont extraordinairement fortes. Ceci se vérifie surtout au cours des coulées de longue durée des grosses poches renfermant jusqu'à 30 300 tonnes d'acier, du fait des températures très élevées et des forts débits du métal liquide se trouvant sous une pression ferrostatique très élevée. Par suite de ces fortes contraintes que subissent les pièces d'usure du dispositif de fermeture à tiroir il n'est pas expédient d'utiliser un matériau réfractaire 35 céramique de la plus haute qualité, donc coûteux, renfermant par exemple jusqu'à 90 % d'argile.lÊme dans ce cas l'usure est encore si forte que l'on réussit rarement à conserver les plaques 70 36941 2 2064308 ' assurant la fermeture, pour la coulée de plus d'une charge de la poche. Cette faible durée de vie aboutit aussi finalement à ce que la sécurité de fonctionnement exigée vis-à-vis des fuites 5 et des infiltrations d'acier liquide n'est pas atteinte. Dans les dispositifs de fermeture à tiroir de la sorte, les points d'usure sont les points de contact et de raccordement entre "busette d'entrée et plaque de fond d'une part entre plaque tiroir et "busette de sortie d'autre part, en outre des points se 10 trouvant surtout sur les faces de glissement de la plaq&e fixe de fond et de la plaque mobile de tiroir. On dimensionne les pièces d'usure en conséquence^ plus précisément on admet une consommation relativement élevée de mafc-rëriau réfractaire de haute qualité pour assurer la sécurité de fonctionnement exigée. Si 15 l'on réduit les dimensions des pièces d'usure, pair exemple l'épaisseur et la longueur de la plaque de fond et de la plaque tiroir à des valeurs moins onéreuses d'une part, les zones de contact entre busettes et plaques reculent dans la région des turbulences qui s'établissent en position étranglée du tiroir dans la 23 voie d'écoulement du métal liquide, d'autre part, dans le cas de plaques conçues relativement courtes et surtout lorsque les ouvertures de passage sont centrées sur les plaques^on constate qu'en position fermée du tiroir la distance séparant l'entrée et la sortie du dispositif se raccourcit, du fait des arrache-25 ments d'érosion se produisant sur les faces de glissement des plaques, ce qui peut conduire à des fuites voire même à des infiltrations de métal liquide de l'ouverture d'entrée à celle de sortie du dispositif. La présente invention a pour but d'éliminer les défauts 30 que l'on vient de rappeler^ plus précisément d'assurer la sécurité de fonctionnement du dispositif de fermeture à tiroir par des moyens techniques relativement simples tout en économisant le matériau réfractaire d'usure. Pour résoudre le problème ainsi posé, le dispositif suivant 35 l'invention se caractérise essentiellement par le fait que a) les ouvertures de passage de la plaque de fond et de la plaque tiroir sont écartées en direction de la longueur des pla- BAD ORIGINAL i 70 36941 3 2064308 ques des points centraux de celles-ci. "b) les surfaces d*étanchéité entre les ouvertures de passage sont données par les "bras longs des plaques. c) la "bordure de l'ouverture de passage, de chacune des 5 deux plaques est conçue en languette du côté apposé à celui de la face d'étanchéité, cependant que la "busette associée à chaque plaque présente une rainure d'un profil complémentaire à celui de la languette. la caractéristique de disposition excentrée des ouvertures 10 de passage des deux plaques et celle de mise en oeuvre des deux "bras longs des plaques pour constituer les surfaces d'étanchéité permettant d'assurer un recouvrement aussi grand que possible desdites surfaces d*étanchéité etypar conséquent, d'obtenir une bonne étanchéité à longueur des plaques, c'est-à-dire à longueur 15 de tirage la plus petite possible. L'utilisation optimale des faces de contact comme faces d1étanchéité donne en position fermée du tiroir une distance optimale entre les ouvertures de passage des plaques, de sorte que l'on dispose encore d'une étanchéité admissible même quand, par suite d'amenées en position 20 étranglée du tiroir, des arrachements d'érosion se sont déjà produits dans la région des bords des ouvertures de passage, là ou le flux d'acier est dévié. On peut en outre en raison de ladite utilisation optimale des faces des plaques, donner aux'plaques en conservant un effet d'étanchéité relativement aussi bon, 25 des dimensions plus petites, ce qui entraîne encore une fois une économie notable de matériau réfractaire d'usure de haute qualité donc onéreux. D'un autre côté un dispositif de fermeture à tiroir de dimensions relativement faibles permet d'aider à répondre aux exigences de faible encombrement rencontrées en géné-30 rai dans les installations de coulée continue. La caractéristique de raccordement de l'ouverture de la plaque de fond avec la busette d'entrée d'une part, de l'ouverture de la plaque tiroir avec la busette de sortie d'autre part, e par l'intermédiaire de languettes présent^ par les plaques et 35 de rainures complémentaires présentées par les busettes apporte une contribution essentielle à la sécurité de fonctionnement, car dans ces conditions les faces de raccordement des pièces d'usure 70 36941 4 2064308 sont insérées dans les "busettes et sont ainsi écartées des régions de turbulence gui se créent en position étranglée du tiroir dans le flux de métal sortant. On évite ainsi les arrachements dus à l'érosion sur les faces de raccordement des plaques 5 et des busettes et qui représentent pour le flux de métal des points d'attaque préférentielle. Considérées dans leur ensemble les propositions de l'invention apportent aux points subissant des contraintes particulièrement fortes sur les pièces d'usure d'un dispositif de fermetu--10 re à tiroir une sécurité poussée, cependant que deux pièces surtout la plaque de fond et la plaque tirtfir1 peuvent avoir des dimensions permettant une notable économie de matériau réfractaire de haute qualité. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le 15 fait que la busette d'entrée et la busette de sortie d'une part et (ou) la plaque de fond et la plaque tiroir d'autre part, sont de mêmes formes et dimensions. On simplifie ainsi d'un côté la production des pièces d'usure par leur fabricant, car cette production est ainsi réduite à deux types de rechange- seulement, 20 qui peuvent faire l'objet d'une production de masse, mieux conduite et à moindres coûts, du fait d'investissements ces machines et outils réduits au minimum ainsi que de la réduction de la proposition des rebuts, on simplifie aussi les conditions de stockage aussi bien pour le fabricant que pour l'utilisateur. Enfin 25 les travaux correspondant aux premières mises en place ainsi qu'aux remplacements de pièces d'usure sur dispositifs de fermeture à tiroir, peuvent être exécutés plus rapidement avec beaucoup moins de risques d'erreurs, de sorte que l'on réduit aussi la durée donc le coût des périodes d'arrêt d'une installation de 30 coulée en service. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation se référant aux dessins annexés dans lesquels : la fig. 1 est une vue.en coupe axiale d'un dispositif sui-35 vant l'invention de fermeture à tiroir; les fig. 2a et 2b sont des vues schématiques en courbes axiales du même dispositif en position fermée du tiroir; BAD ORIGINAL 70 36941 5 2064308 la fig. 3 est une vue de détail en coupe axiale du môme dispositif en position étranglée du tiroir. Tel qu'il est représenté à la fig. 1 dans la seule région de sa sortie, un récipient de coulée présente une enveloppe de 5 tôle 1 et tin revêtement intérieur réfractaire 2. Enveloppe et revêtement sont pourvus d'une ouverture dans laquelle est disposée une "brique de fond 3» laquelle de son côté loge une "busette d'entrée 4. Contre la paroi 1 du récipient est fixé un dispositif de 10 fermeture à tiroir. Celui-ci comprend un habitacle métallique 5, un couvercle métallique 6 muni de glissières 7 sur lesquelles on peut faire aller et venir un tiroir 8 également métallique, â l'aide d'une tige de manoeuvre 9. Le tiroir 8 est porteur d'une plaque-tiroir 10 ainsi que d'une "busette de sortie 11. Cette bu-15 sette a son ouverture cylindrique de passage 12 disposée coaxialement au-dessous de celle, 13, de même diamètre, de la plaque-tiroir 10, ces deux éléments étant solidarisés l'un de l'autre au moyen de languette et rainure. Au-dessus de la plaque-tiroir 10 se trouve une plaque de 20 fond 14, montée fixe, et dont l'ouverture de passage 15 est également disposée coaxialement au canal calibré 16 de la busette d'entrée 4 disposée dans la brique trouée de fond 3 du récipient^ et est également solidarisée de cette busette au moyen de languette et rainure. 25 On voit clairement sur la figure que les éléments 4 et 11 du dispositif sont identiques et qu'il en est de même des éléments 10 et 14, ces éléments étant en conséquence utilisable^ indifféremment d'un côté ou de l'autre du dispositif. Pour remplacer ces éléments 4, 11, 10 et 14 on dépose le 30 couvercle 6 de l'habitacle 5» on enlève les éléments usés et on fixe les éléments neufs en employant un coulis pour les maçonner. La busette d'entrée est alors rigidement arrêtée au moyen dudit coulis dans la brique trouée de fond. Lorsqu'on remet le couvercle 6 en place sur l'habitacle 5 on veille à ce que les 35 faces 17, 18 de la plaque-tiroir et de la plaque de fond 14, soigneusement usinées pour réaliser en coopération une fermeture étanche, s'appliquent l'une sur l'autre sous une certaine pression. BAD ORIGINAL 70 36941 2064308 Les figs. 2a et 2b représentent deux formes de réalisation de l'ensemble des deux plaques, en position fermée, après apparition d'une usure d'un type caractéristique et tenant à l'érosion, qui se produit surtout en position étranglée du tiroir lois 5 de la coulée. La fig. 2b montre que dans le cas de plaques 10, 14 très courtes, un passage de métal liquide aux points d'usure 20, 21 et par conséquent une fuite du dispositif de fermeture à tiroir «ont tout juste encore empêchés vers la fin du temps de coulée. Par contre la fig. 2a montre tout aussi clairement que 10 dans le cas où les ouvertures de passage 13, 15 des plaques sont fortement décalées l'une par rapport à l'autre, c'est-à-dire dans le cas où les bras des plaques 10, 14 qui coopèrent pour assurer la fermeture des ouvertures de passage sont suffisamment allongés, ou ce qui revient au même dans le cas où la course est 15 allongée en conséquence, on dispose encore une fois l'usure réalisée, d'aires intermédiaires 22 relativement inçortantes sur les faces d'étanchéité 17,18, en sorte que la sécurité de fonctionnement est accrue en conséquence. On a constaté qu'entre les deux extrêmes correspondant aux 20 figs. 2a et 2b, les cotes suivantes étaient avantageuses aussi bien techniquement qu'économiquement. Longueur des plaques L Bras long de chaque plaque A Bras court de chaque plaque B 25 Course de tiroir. H Diamètre maximal des ouvertures de passage " minimal " " «m En général l'écart S entre les naissance érosion escomptées est estimé devoir être compris entre 0,5 fois 30 et 1,5 fois le diamètre des ouvertures de passage. Lé diamètre des ouvertures de passage 13, 15 des plaques 10, 14 est alors adapté à la capacité de coulée voulue. Lés plaques peuvent être imprégnées de goudron ; les faces frottantes doivent en principe être surfacées planes à une précision n'ad-35 mettant que des tolérances de l'ordre de 0,05 mni*" La fig. 3 présente toute une série de particularités importantes du dispositif suivant l'invention de fermeture à tiroir. 300 mm 420 ism 180 1t 280 w 120 n 140 w 120 n 180 n 60 n g O 00 25 n 35 M des usures par 70 36941 7 2064308 Les plaques 10, 14 sont en position d'ouverture étranglée, les arrachements des deux plaques 10, 14 créés par l'érosion sont visibles en 20, 21. On a représenté aussi les lignes probables d'écoulement du flux de métal ainsi que les turbulences qui en 5 résultent. Il n'est pratiquement pas possible pour des raisons de technique de fabrication de faire la plaque tiroir 10 et la busette de sortie 11 en une seule pièce, non plus que la plaque de fond 14 et la busette d'entrée 4. C'est pourquoi on ne peut pra-10 tiquement éviter d'avoir des joins 23, 24 entre plaques et busettes. Dans les dispositifs connus de fermeture à tiroir et épaisseur normale des plaques 10, 14 et contact plan des faces en regard des plaques et busettes, ces joints sont, en ce qui concerne la sécurité de fonctionnement, des points faibles du 15 dispositif de fermeture. C'est ainsi que le joint 24 entre la plaque de fond 14 et la busette d'entrée 4, lorsque le tiroir est fortement étranglé ou fermé, est exposé à la totalité de la pression ferrostatique existante, alors que le joint 23» entre plaque tiroir 10 et busette de sortie 11, est frappé d'une part 20 par le courant de métal dévie hors de la verticale par l'étranglement, d'autre part par de forts remous de turbulence. Ainsi s'est-il révélé extraordinairement profitable d'écarter aussi loin que possible les deux joints 23, 24 du plan des faces d'étranglement ou dei glissement en prévoyant des lan-25 guettes 25, 26 sur les côtés des plaques 10, 14, qui sont tournés à l'opposé des faces de glissement 17, 18. On a avantage à ce que cette distance comptée en direction axiale soit de préférence de une à deux fois le diamètre des ouvertures de passage 12, 13, 15 et 16. Cette structure a donné de bons résultats en 30 service bien que la languette 26 de la plaque de fond 14, disposée en sens opposé à celui d'écoulement, contredise les règles antérieurement suivies par l'homme de l'art. La fig. 3 montre d'un autre côté qu'il peut être intéressant dans certains cas de mettre en place dans les deux busettes 35 4 et 11 des pièces intercalaires 27, 28 relativement courtes en un matériau différent. Un exemple caractéristique est celui où l'on emploie un matériau à très haute teneur en argile pour les 70 36941 8 2064308 deux busettes 4, 11. Ceci a l'inconvénient qu'à cause de la haute conductibilité thermique de ce matériau la chute de température dans le jet entre la poche et le trou de coulée est d'une importance indésirable. Dans ce cas il peut être avantageux d'avoir un raccordement entre une busette 4, 11 moins bon conducteur de la chaleur, en chaînette de qualité et une pièce intercalaire 27, 28 en corindon très résistant à la corrosion. 70 36941 9 2064308 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fermeture à tiroir de trou de coulée de récipients pour la coulée de métaux, notamment d'acier, avec pièces réfractaires d'usure remplaçables comprenant d'une part 5 une "busette d'entrée et une plaque de fond disposées dans la paroi de fond du récipient, d'autre part une plaque tiroir et une "busette de sortie disposées dans la pièce mobile du dispositif à tiroir, caractérisé pan le fait que a) les ouvertures de passage de la plaque de fond et de la 10 plaque tiroir -sont écartées en direction de la longueur des plaques des points centraux de cellesci. "b) les surfaces d1étanchéité entre les ouvertures de passage sont donnéé par les bras longs des plaques- c) la bordure de l'ouverture de passage de chacune des 15 deux plaques est conçue en languette du côté opposé à celui de la face d'étanchéité cependant que la busette associée à chaque plaque présenté une rainure d'un profil complémentaire à celui de la languette. 2. Dispositif de fermeture à tiroir de trou de coulée se-20 Ion la revendication 1, caractérisé par le fait que les busettes d'entrée et de sortie et (ou) les plaques de fond et de tiroir sont de mêmes formes et dimensions.