Brevet FR2133605A1 — publié le 19721201

L'invention concerne un dispositif pour "boucher le troû -de coulée de réacteurs rotatifs. En particulier, l'invention concerne un dispositif.pour bouclier le trou de coulée de réacteurs tournants et/ou oscillants 5 et, plus précisément, un dispositif de bouchage qui peut être facilement mis en place dans le trou de coulée, garantissant une bonne étanchéité et susceptible d'être retiré aussi facilement à la fin du traitement qui se produit dans le réacteur et, en tout cas, avant la piquée» 10 On considérera le cas d'un réacteur cylindrique qui tour ne autour d'un axe vertical et, pour simplifier, on supposera que cet axe de rotation coïncide avec l'axe géométrique du cylindre. On sait que, dans ces conditions, sous l'effet de la force centrifuge et de la remontée du liquide qui en résulte le long des parois 25 la surface d'un liquide contenu dans le réacteur en rotation prend la forme d'un parabolo'ide de révolution. Naturellement, si deux ou plusieurs liquides non miscibles sont présents, il se produira une stratification de ces liquides d'après laquelle, sans que disparaisse la forme paraboloïdale -2Q des différentes couches, le liquide le plus léger "flottera" au-dessus des autres liquides qui se disposeront par ordre de poids spécifique croissant depuis la zone interne du réacteua/en direction de sa zone externe et depuis le haut vers le bas. Lorsque des réactions métallurgiques se produisent à l'in 25 térieur du-réaeteur, Pa"r exemple la conversion de -fonte brute en fusion en acier, la situation du trou de coulée, qui est ordinairement ouvert dans les convertisseurs et placé au sommet de la paroi latérale, doit avoir été déterminée exactement afin d'éviter des débordements indésirables de matières, en tenant compte de la densl jO té et de la quantité des différents liquides prenant "part à la réaction, des dimensions du réacteur et de sa vitesse de' rotation maximale au cours de l'opération. ' ' Toutefois, même si l'on a recours à un tel procédé, il n'est pas possible de trouver une solution satisfaisante dans cha-35 que cas. En effet, au cours de l'opération, il peut airriver que, pour différentes causes et en particulier lorsqu'il est prévu une insufflation de fluides gazeux, la crasse prenne les caractéris- 72 11919 2133605 tiques et le compor-temaxt d'une mousse, c'est-à-dire d'une• dispersion où la phase dispersante.est liquide et la phase dispersée est gazeuse, ce qui augmente considérablement son volume, dans une proportion qu'il n'est pas possible de prévoir.' 5 Dans ces conditions, le débordement d"'une partie de la crasse par le trou de coulée devient inévitable ou tout au moins très probable, étant donné qu'il est-favorisé par' la rotation du bain,, même si ce trou est situé aussi haut que possible, avec des . conséquences nuisibles au point de vue du fonctionnement de l'ins-10 tallation, de la sécurité, des ouvriers et du rendement du traite-.* ment qui se déroule dans le réacteur. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, en fournissant, pour le trou de coulée, un dispositif de bouchage qui ait une structure simple, qui soit facile à monter 15 et gâTixer sur le trou lui-même et enfin qui puisse en être retiré sans difficultés. / la présente invention concerne précisément un dispositif pour boucher le trou de .coulée de réacteurs pour traitements métallurgiques, du type rotatif et/ou "oscillant, caractérisé par le fait 20 -qu'il comprend en combinaison : - un bouchon ayant une forme essentiellement conique; - une queue fixée à la grande base du bouchon et pratiquement perpendiculaire à celle-ci, son extrémité libre étant repliée afin de permettre la manoeuvre du bouchon; 25- - une tige fixée perpendiculairement à la petite base du bouchon, son 'extrémité étant façonnée- de manière à permettre son accrochage à l'organe de verrouillage du bouchon; un organe pour verrouiller le bouchon sur le trou de coulée, placé sur le bord, extérieur de ce trou et coopérant avec l'extrém:L-30 té de la tige précitée, cet organe étant facilement-amovible et susceptible d'être réutilisé. l'invention est ci-aprss décrite" eii référence aux dessins ci-annexés qui représentent, à. titre" d'cxc.mp.le non limitatif, quelques formes de réalisation préf érées ;de 1.'inventioïi". 35 La figure l est une-coupe longitudinale d;'un-dispositif de bouchage selon l'invention, avec un bouchon d'une seule pièce. 72 11919 3 2133605 ■ ■ ■ ' - La figure 2 est une coupe partielle d'un dispositif sem-. • i •' blable à celui de la figure 1, avec un bouchon en deus parties. La figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'un dispositif s.elon la figure 1 ou 2, 1*organe de verrouillage étant 5 réalisé" sous forme d'un coin. En considérant maintenant la figure 1, on peut y distinguer : - un bouchon 1 ayant une forme essentiellement tronconique; ■ - une, queue 2 fixée perpendiculairement à la grande base du bou-.10 chon 1, cette queue étant munie d*une boucle ou anneau 3 à son extrémité située à l'intérieur du réacteur; - une tige 4 fixée perpendiculairement à la petite base du bouchon. 1 et munie -d'un crochet 5; - un ressort 6, à une. ou plusieurs spires, dont les branches sont 15 pliées de telle sorte que leurs segments terminaux soient parallèles entr^eux. L'un des segments terminaux est muni d'un crochet 7, tandis que l'autre repose sur la paroi extérieure 8 du réacteur entourant^ 1' orifice externe 9 du trou de coulée, cette position d'appui étant assurée par une boucle 10 formée dans le segment terminal 20 du ressort 6' et coopérant avec l'orifice externe 9' du trou de coulée. Les opérations qui rendent possible l'utilisation du dispositif en question sont les suivante* - - on introduit le bouchon 1 dans le réacteur et on le place sur 25 le trou de coulée, à l'aide d'une barre munie d'un crochet-ou de pinces (non représentée sur la figure) ayant des dimensions appropriées et coopérant avec l'anneau 3 de la queue 2. A la fin de cette opération, la grande base du bouchon sera dirigée vers l'intérieur du réacteur et la partie conique du bouchon sera en con-30 tact avec le bord interne du trou de coulée; - on fixé le bouchon 1 sur le trou de coulée en agissant à l'extérieur du réacteur, en accouplant le crochet 5 de la tige 4 avec le.crochet 7 du ressort 6; - on retire le bouchon 1 à la fin du traitement qui se déroule 35 dans le réacteur. Pour exécuter cette opéx°ation, le réacteur étant en position verticale ou presque verticale, on dégage le ressort 6 ét on exerce de l'extérieur, sur la petite base du bouchon 1, une 72 11919 2133605 poussée suffisante pour son expulsion. Après avoir ainsi mis en évidence le rôle des différents éléments constituant'l'invention, il convient maintenant de donner de plus amples détails en ce qui concerne leur forme, leurs 5 dimensions, leur combinaison et, enfin, les conditions qui rendent possible leur combinaison. Pour le bouchon 1, il peut être prévu une forme tronco-nique avec une surface latérale rectiligne ou légèrement convexe, ou encore une forme tronconique avec une petite base arrondie. 10 Toutes ces formes assureront une bonne étànchéité, même si le calibre, de l'orifice est modifié au cours du fonctionnement du réacteur, En effet, même dans ces cas, le bouchon pénétrera dans le trou de coulée dans la mesure voulue, assurant de toute manière .une bonne étanehéité, sous 1'effet combiné de sa forme, de l'ac-15 tion du ressort 6 et de la force centrifuge. Si l'on appelle respectivement. : a, le demi-angle au sommet; du cône imaginaire d'où résulte'la forme tronconique du bouchon 1; D, le diamètre de la. grande base du bouchon; d, le dià-mètre effectif de l'orifice interne dû trou de coulée; 1, la dis-20 tance entre les bases du bouchon 1; et enfin cT , le diamètre de la base du cylindrique aplati formant une butée d'arrêt éventuelle pour le bouchon et h la hauteur de cette butée, les conditions et relations suivantes doivent être satisfaites ; - a est compris entre 10° et 60°; 25 - le rapport D/d est compris dans l'intervalle 1,1 - 2; - I est calculé d'après l'équation : I = (0,1 - 2) . d. cotg a; - est calculé d'après l'équation : çT= (1,2 - 1,5) D; 30 - h est calculé d'après l'équation : - . h = (0,1 - 0,5) d. le débordement de crasse par l'orifice de coulée est rendu mécaniquement impossible, comme mentionné ci-dessus, par la présence du bouchon 1. Toutefois, il peut arriver qu'en consé-35 quence de l'irrégularité du contour de l'orifice intei-ne du trou, une certaine quantité de crasse, même si elle est négligeable, sorte par les interstices qui se formeront le long de la surface , - ,, , ; v H 72 11919 5 2133605 = de coàtact entre le'bouchon et l'orifice, se solidifie et obture ' 'ainsi ces interstices. Si cela est souhaitable, en ce sens que , cela limite.1'échappement de crasse, au bénéfice de l'efficacité du traitement qui se déroule dans le réacteur, c'est d'autre part 5 un résultat défavorable, en ce sens que. le soudage partiel du bouchon dans l'orifice interne du trou de coulée rend plus difficile ou même empêche son dégagement ultérieur. * Afin d'éliminer cet inconvénient, il est possible d'adopter, pour le bouchon, une forme en deux parties plutôt qu'une forme 10 d'une seule pièce. Comme on peut le voir en particulier sur la • figuré 2, un 'tel bouchon en deux parties se compose d'une partie centrale ou noyau 11 ayant une forme tronconique, entourée par une gaine ou bague tubulaire 12, du même matériau que le noyau, sa sur— . face conique extérieure étant égale à celle du bouchon d'une seule ; 15 pièce correspondant. Avant l'utilisation, les deux parties 11 et 12 sont réunies, par exemple au moyen d'une colle vinylique, de façon à rendre l'ensemble analogue à un bouchon d'une seule pièce. Ainsi,; en cas de soudage du bouchon sur le bord interne du trou de coulée 9, si l'on a adopté cette forme de réalisation en deux par-20 ties, il suffira d'une pression relativement faible pour extraire le noyau 11 du bouchon à partir de l'enveloppe extérieure 12, ce qui permettra la piquée. A la siïl-fee de. la piquée, le reste de la gaine 12 sera enlevé au cours des opérations de'nettoyage du trou 9, opérations qui peuvent être rendues nécessaires après chaque pi-25 quée, fflême en cas d'utilisation d'un bouchon d'une seule pièce. le bouchon est en un matériau choisi, en fonction du traitement particulier qui se déroule dans le réacteur, de façon à présenter des caractéristiques optimales de résistance mécanique et chimique - par exemple une matière réfractaire - pouvant être 3® également revêtu, en partie ou en totalité, d'une feuille de métal et/ôu de matières goudronneuses. Au niveau des centres des deux bases "du bouchon, des trcus sont pratiqués pour la fixation de la queue 2 et de la tige 4> Ces trous, filetés ou non, peuvent.être formés .directement dans la mtière réfractaire ou dans une. douille, 35 par exemple de métal, incorporée dans le corps réfractaire au cours du façonnage de celui-ci. 72 11919 6 2133605 'S La tige 4 est fabriqué^en métal et sa section transversale ou de toute autre forme, -^e rapport entre la surface de sa section transversale et la surface de la section transversale nominale 'du trou de coulée peut être fixé entre 0,0014 et 0,2. L'ex-5 trémité de la tige 4 destinée à être raccordée .au "bouchon peut être filetée ou repliée à angle droit, façonnée en T, etc., selon le système de fixation choisi. Son extrémité libre porte un crochet 5, ou, selon une autre solution possible, une ouverture de forme quelconque. La longueur de la tige dépend de la longueur nominale du 10 trou de coulée et, de toute manière, elle doit être suffisante pour que la tige fasse suffisamment saillie sur le bord externe du trou de coulée pour que l'on puisse procéder facilement à l'opération de fixation, telle que décrite ci-dessus. La queue 2 est constituée par une plaque de métal (ou 15 une tige de métal) fixée perpendiculairement par l'un des procédés décrits ci-dessus à propos de la tige.4, et elle porte à son extrémité opposée une boucle ou un anneau 3. Eu égard aux 'dimensions et à la forme intérieure du réacteur, sa longueur est choisie de manière à facilit'er dans tout'e la mesure du possible l'opération de mise 20 en place du bouchon dans son siège. Enfin, dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, la fermeture du trou de coulée s'effectue toujours au moyen d'un bouchon tronconique 1, mais sa fixation est assurée par un élément 13 en forme de coin doïlt la longueur est supérieure 25 àu diamètre.de l'orifice externe-du trou de coulée 9, ce coin passant à travers une ouverture profilée qui traverse le corps de la tige 4, laquelle est tout-à-fait semblable à celle qui a été représentée sur les figures précédentes 1 et 2. L'invention a été décrite à propos, d'une forme de réali-30 sation actuellement préférée, étant bien entendu que des modifications structurelles pourront être adoptées dans la pratique sans que l'on s'écarte de la portée de l'invention. V' " ""W"-- ^ 72 11919 7 2133605 - REVENDICATIONS - - ï -, ■:* " 1.- Dispositif pour le bouchage du trou de coulée de réacteurs pou:r traitements métallurgiques, du type rotatif et/ou . oscillaitcaractérisé par le fait qu'il comprend un bouchon 1 ayant essentiellement une forme tronconique, une queue 2 fixée à 5 la grande .base du bouchon et pratiquement perpendiculaire à celle-ci, son extrémité libre étant repliée afin de permettre la manoeu-to du bçuchon, une tige 4 fixée perpendiculairement, à la petite. . 'base du-bouchon, "son extrémité 5 étant façonnée de manière à per-. . mettre son accrochage à l'organe de Verrouillage du bouchon, un 10 organe 10,6-,7, pour verrouiller le-bouchon sur le trou de coulée, placé siar le bord extérieur de ce trou et coopérant avec l'extré-, EEité de"-la tige précitée, cet organe étant facilement amovible et 'susceptible d'être réutilisé. " 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 15 par le 'la.it que le bouchon a une forme essentiellement tronconique e^fc est formé d'une.seule pièce. , V - - 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bouchon se compose d'un noyau intérieur ayant une forme tronconique et d'une bague extérieure tronconique qui 20 est fixée par adhérence au noyau. 4.- Dispositif selon iliire-des- revendications 2 ou 5 caractérisé par le fait que le demi-angle a au sommet du cône imaginaire d'où dérive le bouchon est compris entre 10° et 60°. ^ 5-- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé . 25 par le fait qu'en appelant D le diamètre de la grande base du bouchon et d le diamètre effectif de l'orifice interne du trou de cou-lée, le rapport D/d est compris dans l'intervalle 1,1 - 2. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'en appelant 1 la hauteur du tronc de cône qui eons- 30 titue lé bouchon, cette hauteur est déterminée d'après la relation: L — (0,1-2) . d . cotg a. 7.- Dispositif de bouchage selon la revendication 6> caractérisé par le fait qu'en appelant respectivement c) et h le diamètre de la base du cylindre aplati formant, une butée d'arrêt 72 11919 2133605 éventuelle pour le bouchon et la hauteur de ce cylindre, les relations suivantes s'appliquent :cT = (0,12 à 1,5) D; h = (0,1 à 0,5) d. 8.- Dispositif de bouchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le bouchon est 5 en matière réfractaire et/ôu est engainé en partie ou en totalité par une gaine métallique et/ou revêtu de matières goudronneuses. 9.- Dispositif de bouchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la tige est en métal et qu'elle est circulaire ou d'une autre forme quelconque "10 en coupe transversale. 10.- Dispositif de bouchage selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le rapport.entre la surface en coupe transversale de la tige et la surface nominale en coupe transversale du trou de coulée est compris entré 0,0014 et 0,2. 15 11.- Dispositif de bouchage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'organe de ( verrouillage, métallique et élastique,, a essentiellement la forme d'un U, la branche qui repose diamétralement sur le bord externe du trou de coulée ayant une largeur suffisante pour constituer 20 une surface d'appui stable pour l'organe et ayant, au niveau du centre du trou de coulée, une forme permettant le passage de la tige du bouchon, et l'autre branche ayant une forme telle qu'elle puisse être accouplée à l'extrémité de la tige, au niveau de l'axe central du trou de coulée. 25 12-- Dispositif de bouchage selon l'une quelconque des revendications là 10, caractérisé parle fait que 1' organçÛe verrouillage est un coin dont la longueur est supérieure ati diamètre de l'orifice externe du trou de coulée et qui coopère d'une manière quelconque avec l'extrémité libre de la tige du bouchon..