Brevet FR2108208A1 — publié le 19720519

Les cuves de traitement et de manutention des métaux fondus comprennent d'habitude une enveloppe métallique qui est garnie intérieurement d'une matière réfractaire. La capacité en métal fondu de cuves de ce type est souvent de 315 tonnes ou plus. Du fait que la température du métal est de l'ordre de 1925°C, 5 l'enveloppe métallique de la cuve peut être portée au rouge. De telles températures élevées réparties irrégulièrement imposent des déformations thermiques imprévisibles à l'enveloppe dans toutes ses directions et provoquent par conséquent des variations de distance entre elle et la ceinture de la cuve. Les éléments de suspension de l'enveloppe montés sur la ceinture doivent permettre 10 de telles déformations. L'enveloppe métallique subit également un fluage qui a pour conséquence que lorsque l'enveloppe s'est refroidie, elle ne reprend pas sa forme initiale, mais conserve une déformation permanente. Du fait de cette déformation permanente et par suite d'autres facteurs de détérioration, la cuve doit être remplacée périodiquement, mais la durée de sa ceinture peut être 15 supérieure à la durée de plusieurs cuves. Divers procédés de suspension imaginés dans le passé sont destinés à supporter la cuve par la ceinture de manière que les déformations de cette cuve soient compensées sans que des tensions ou efforts exagérés soient imposés à la ceinture. La plupart de ces procédés impliquent la mise en oeuvre de plans 20 inclinés, etc., destinés à constituer des jonctions élastiques ou coulissantes entre l'enveloppe de la cuve et la ceinture. De telles jonctions de support élastiques sont, d'une façon évidente, des sites d'usure par friction et nécessitent de ce fait des examens et un entretien périodiques, afin d'éviter que leurs nombreux éléments mobiles les uns par rapport aux autres ne se détériorent et 25 ne compromettent une suspension appropriée de la cuve. De plus, les supports des cuves antérieures comportant des éléments mobiles nécessitent des examens et des nettoyages fréquents, du. fait de leur contamination par le laitier ou d'autres substances étrangères qui sont produites nécessairement autour des cuves de ce type. De ce fait, la pratique courante a consisté à recouvrir les éléments 30 de support à l'aide d'une enveloppe protectrice qui augmente encore les difficultés de contrôle et d'entretien. Une autre difficulté soulevée dans les modes de support antérieurs d'une cuve chaude par une ceinture est due au fait que la cuve doit être supportée d'une façon correcte et sûre, qu'elle soit verticale ou inclinée. Des dispositifs 35 de support très complexes ont été imaginés, afin de tenir compte des efforts différents qui sont produits lorsque la cuve est verticale au lieu d'être inclinée. 71 31075 2 2108208 L'invention concerne un dispositif de suspension pour cuve chaude, destiné \ supprimer les inconvénients ci-dessus, qui est simple et sûr, dont la fabrication est économique, qui nécessite des contrôles et un entretien réduits, qui n'est pas détérioré par un laitier ou d'autres éléments contaminants et dont la 5 grande durée de service, sn comparaison de celle de la cuve, permet de le réutiliser. Le dispositif de suspension selon l'invention permet à la cuve de prendre un état dans lequel ses tensions internes sont minimales. Il réduit et égalise les forces ou les tensions qui s'exercent entre la cuve et sa ceinture de support. 10 En bref, le nouveau procédé de suspension consiste à ancrer les extrémités correspondantes de plusieurs pattes allongées à des points choisis judicieusement sur la surface supérieure d'une ceinture concentrique. Les pattes sont toutes orientées dans le même sens, tangentiellement à l'enveloppe de la cuve, à laquelle sont reliées leurs autres extrémités correspondantes. 15 Les pattes d'un autre jeu sont ancrées sur le dessous de la ceinture, à des intervalles espacés circonférentiellement et qui peuvent correspondre aux intervalles des éléments du jeu supérieur. Des dispositifs de jonction élastiques dans le sens vertical relient les pattes inférieures à leurs éléments d'ancrage. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront 20 de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, line forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessina ; la figure 1 est une vue en perspective d'une cuve supportée en position 25 verticale par sa ceinture et comportant le nouveau dispositif de suspension selon l'invention, la ceinture étant arrachée partiellement afin de montrer une partie inférieure du dispositif ; la figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective de l'un des éléments de suspension 30 supérieurs de la cuve j et la figure 4 est une vue en perspective de l'un des éléments de suspension inférieurs. La figure 1 représente un exemple de cuve 10 contenant un métal fondu, à laquelle la présente invention peut être appliquée. La cuve 10 peut comporter 35 xine enveloppe 10 en acier relativement épais doublé intérieurement par une matière réfractaire 11. Une ouverture 12 du sommet de la cuve est destinée à 71 31075 3 2108208 l'introduction de la charge métallique qui peut être constituée par un métal fondu et/ou par des déchets de métaux, ainsi qu'à la coulée du métal et/ou du laitier hors de la cuve lorsque celle-ci est inclinée sur son axe transversal. Comme on le voit sur la figure 1, l'enveloppe 10 de la cuve, dont l'axe 5 longitudinal est vertical, est entourée par une ceinture concentrique 15. La ceinture 13 peut être une poutre en caisson circulaire, renforcée intérieurement d'une manière appropriée par des éléments non visibles sur le dessin. La ceinture 13 comporte des arbres tourillons latéraux 14 et 15 qui, normalement, tourillonnent dans des paliers supportés par des montants ou d'autres éléments appropriés, les 10 paliers et les montants étant supprimés sur le dessin. Lorsque l'enveloppe 10 de la cuve est neuve et qu'elle n'a pas été encore utilisée, elle est séparée de la périphérie interne de la ceinture 13 par un intervalle concentrique et uniforme 17. Bien que la présente invention soit illustrée à l'aide d'une cuve 10 et d'une ceinture 13 dont les formes en section droite horizontale sont 15 circulaires, les spécialistes se rendront compte que la présente invention peut être appliquée à des enveloppes et à des ceintures de formes différentes. L'enveloppe 10 est supportée à l'intérieur de la ceinture 13 par plusieurs éléments de suspension supérieurs, espacés circonférentiellement d'une manière uniforme, et qui sont indiqués d'une façon générale par les références 18, 19, 20, 20 21, 22 et 23. Les éléments 18-23 sont ancrés sur la surface de dessus 25 de la ceinture 13. Plusieurs éléments de suspension inférieurs indiqués d'une façon générale par la référence numérique 27 sont ancrés sur la surface de dessous 26 de la ceinture 13. Dans le mode de réalisation représentée, le nombre des éléments .supérieurs 25 inférieurs 27 est égal au nombre d'éléments/18-23. Les éléments inférieurs sont espacés circonférentiellement d'angles égaux autour de la ceinture et ils peuvent être alignés sur les divers éléments supérieurs 18-23, comme on le voit sur la figure 1 ou bien ils peuvent être placés à des positions différentes. d'élément Un exemple/de suspension supérieur est indiqué d'une façon arbitraire par 30 la référence 18 sur la figure 3 lui le représente en détail. On voit qu'il comprend une plaque d'ancrage 28 dont un coin est coupé de manière à mieux s'adapter à la forme périphérique de la ceinture sur laquelle 1'élément est monté. Plusieurs ouvertures 29 de la plaque d'ancrage 28 sont destinées à son boulonnage sur le dessus 25 de la ceinture 13, à l'aide de plusieurs boulons indiqués par la référence 35 numérique 30 sur la figure 1. L'élément de suspension supérieur de la figure 3 comprend une patte 32, de 71 31075 4 2108208 section droite rectangulaire, qui est disposée de chant sur la plaque d'ancrage 28 à laquelle elle peut être soudée. La patte 32 peut être supportée de plus par des ailes telles que l'aile 33. Tous les éléments 33, 32 et 28 sont réunis de n'importe quelle façon appropriée, par exemple par soudage, aux endroits où 5 ils portent les uns contre les autres, mais la patte 32 et les ailes 33 peuvent être réunies directement à la ceinture 13 de n'importe quelle manière appropriée, par exemple par soudage, et dans ce cas, la plaque d'ancrage 28 est supprimée. L'extrémité libre 34 de la patte 32 qui se prolonge au-delà de la plaque d'ancrage 28 est légèrement courbée, de manière à venir en contact tangentiel avec la 10 périphérie extérieure de l'enveloppe 10 et de franchir l'intervalle 17 entre celle-ci et l'intérieur de la ceinture 13. Plusieurs ouvertures de l'extrémité 34 de la patte sont destinées à faciliter sa fixation sur l'enveloppe 10 à l'aide de boulons 36 ou de rivets, comme on le voit sur la figure 1. En variante, l'extrémité 34 peut être soudée sur l'enveloppe 10. Du fait que la patte est chargée 15 en porte-à-faux à l'endroit où elle franchit l'intervalle 17 entre la ceinture 13 et l'enveloppe 10, il est avantageux qu'elle soit renforcée par deux nervures 37. Les nervures 37 peuvent également empêcher, en cas de besoin, la patte 32 d'être gauchie par des charges de compression axiales. Les dimensions de la patte 32 sont choisies de manière que sa résistance et 20 sa rigidité soient très élevées dans le sens vertical, en comparaison de ses mêmes caractéristiques dans le sens latéral. Il faut également choisir les dimensions de la patte 32 de manière que sa résistance à la traction et sa résistance à la compression soient suffisantes le long de son axe longitudinal. Du fait que les pattes 32 sont disposées verticalement de chant et que l'axe 25 longitudinal de l'enveloppe 10 de la cuve est vertical, les pattes offrent une résistanoe élevée à la flexion transversale lorsque l'enveloppe est en position verticale. Dans ce mode de conception, les éléments de suspension supérieurs 18-23 supportent la totalité du poids de l'enveloppe 10 et de son contenu, mais les éléments de suspension inférieurs 27 ne supportent aucune partie du poids 30 de l'enveloppe 10 lorsque celle-ci est verticale. Cependant, la flexibilité et l'élasticité des pattes un plan horizontal sont suffisantes pour qu'elles se règlent en fonction de la déformation de l'enveloppe 10 par rapport à l'intérieur de la ceinture 13. La figure 4 représente un élément de suspension inférieur 27 avantageux, 35 détaché du dispositif de suspension. IL comprend une plaque d'ancrage ou de base, 40, dans laquelle plusieurs ouvertures 41 sont destinées à faciliter son boulonnage 71 31075 5 2108208 sur le dessous 26 de la ceinture 13. Une douille 42 comportant une ouverture de verticale en forme/T,43 est fixée à une extrémité de la plaque d'ancrage 40. Une traverse 44 disposée à l'intérieur de l'ouverture 43 fait partie intégrante de l'extrémité d'une patte 45. On voit que la patte 45 est destinée à céder 5 verticalement dans la douille en forme de T,43, dans certaines conditions. La patte 45 comporte des nervures de renforcement 46 et des ouvertures 47 destinées à la fixer tangentiellement à la périphérie de l'enveloppe 10 par des boulons 50 ou des rivets, qu'on peut voir sur la figure 1. La douille 42 est supportée rigidement par des ailes 48 et 49 qui y sont soudées et qui sont soudées également 10 à la plaque d'ancrag^40. La forme de la tête transversale 44 de la patte 45 représentée sur la figure 4 peut être différente de la forme de T qui est donnée à titre d'exemple. Far exemple, la tête transversale pourrait être un cylindre soudé ou forgé sur la patte 45 et qui se déplacerait d'un mouvement vertical libre dans une ouverture 15 cylindrique de la douille 42, à la différence de l'ouverture en forme de T, 43. En plus du mode de réalisation représenté, n'importe quel dispositif de jonction articulé ou flexible qui empêche les charges axiales de séparer la patte 45 de la ceinture 13 et qui permet à la patte de se déplacer verticalement par rapport à la plaque d'ancrage 40 lorsque l'enveloppe est en position verticale comme on 20 le voit sur la figure 1, constitue une jonction satisfaisante. Il convient de noter que toutes les pattes 32 des éléments de suspension 18-23 sont orientées dans la même direction, tangentièllement à l'enveloppe 10 de la cuve. L'un des avantages de cette disposition est le fait que s'il se produit tine dilatation radiale, un renflement ou une autre déformation localisée 25 de l'enveloppe 10, la patte qui est la plus rapprochée de la région oîi des tensions élevées sont ainsi produites, cède radialement, afin de détendre les tensions. Les forces de réaction qui sont produites imposent alors aux autres pattes une partie de la tension et de l'effort, de sorte que ces dernières cèdent jusqu'à ce que tout le dispositif soit en équilibre et que ses tensions soient 30 minimales. On évite ainsi dans le nouveau dispositif de suspension selon l'invention les tensions ou efforts intenses et localisés qui se manifestaient dans les dispositifs antérieurs. Lorsque l'enveloppe 10 est remplie presque complètement de métal fondu et qu'elle est en position verticale, comme on le voit sur la figure 1, la totalité 35 de son poids et de celui de son contenu est supportée par les éléments de suspension supérieurs 18-23. Les éléments de suspension inférieurs 27 ne supportent 71 31075 6 2108208 aucune charge verticale du fait des jonctions élastiques Hang le sens vertical entre la tête 44 4e chaque patte 45 et chaque douille 42, La figure 2 peut être considérée comme une section droite de la cuve lorsqu'elle est en position verticale, de la manière représentée sur la figure 1, 5 ou bien comme une section droite de la cuve lorsque son axe longitudinal est incliné de 90° jusqu'à une position horizontale. Si on suppose que la cuve occupe cette dernière position, il convient de noter que les pattes des éléments de suspension 18 et 21 sont chargées en porte-à-faux et subissent normalement une déformation considérable. Cependant, à ce moment, les pattes des éléments 10 de suspension 22 et 23 subissent une traction, tandis que les pattes des éléments 19 et 20 subissent une compression. Dans ce cas, les pattes de œs quatre éléments supportent la partie principale de la charge. Lorsque la cuve est inclinée horizontalement, ses tensions sont sensiblement uniformes, car les pattes cèdent jusqu'à ce que las tensions soient réparties également entre elles. 15 La cuve 10 peut être inclinée par une modification du plan de la ceinture 13 à l'aide d'une fbrce de torsion exercés soit sur l'un ou l'autre tourillon 14 et 15, soit sur les deux tourillons. Pendant l'inclinaison de la cuve, l'emplacement des éléments de suspension 18-23 prend une grande importance. On suppose, par exemple, que sur la figure 2 la ceinture 13 est dans un plan horizontal et 20 que l'axe longitudinal de l'enveloppe 10 de la cuve qui est vertical, doit être incliné. On voit qu'il faut pour l'inclinaison une force moindre si elle est exercée sur la cuve 10 en tin point situé à 90° de l'axe des tourillons et perpendiculairement à celui-ci. Une telle force exercée de cette manière correspond à l'application d'une force d'inclinaison à la cuve aux endroits oîi les pattes des 25 éléments de suspension diamétralement opposés 18 et 21 portent contre elle. Si les plaques d'ancrage 28 des éléments de suspension 18 et 21 étaient alignées directement dans le sens radial sur les points où leurs pattes portent contre la cuve 10, l'analyse des tensions subies par la ceinture montrerait qu'une tension maximale lui est imposée près de l'axe des tourillons. En d'autres termes, la 30 force minimale nécessaire pour incliner la cuve 10 de 90° par rapport à l'axe des tourillons est la foroe qui produit un moment de flexion maximal dans la ceinture 13 si elle est appliquée à celle-ci au même point, c'est-à-dire à 90° de l'axe des arbres 14 et 15. Cette difficulté de la technique antérieure est supprimée par la présente invention dans laquelle les extrémités 34 des pattes portent contre 35 l'enveloppe 10 de la cuve à une première position angulaire par rapport à l'axe d'inclinaison at dans laquelle les autres extrémités des pattes sont supportées 71 31075 7 2108208 par la ceinture avec un angle moindre par rapport audit axe d'inclinaison. En conséquence, les bras de levier sont raccourcis entre les plaques d'ancrage et l'axe d'inclinaison mais sont allongés entre les points où les pattes sont fixées à l'enveloppe et l'axe de sorte que les tensions qui s'exercent à la fois sur 5 la cuve et sur la ceinture sont réduites pendant l'inclinaison de la cuve. L'analyse qui a été faite pour les éléments de suspension 18 et 21 s'applique également aux éléments de suspension 19 et 23. Il convient également de noter sur les figures 1 et 2 que les éléments de suspension 20 et 23 sont ancrés sur la ceinture 13» sensiblement dans l'alignement 10 de l'axe d'inclinaison latéral de celle-ci. Du fait de ce point de support, l'effort exercé sur la ceinture est iHirimai et cependant les bras de levier des pattes des éléments de suspension 20 et 23 son^conaidérables pour l'inclinaison de la cuve du fait qu'ils s'écartent de l'axe d'inclinaison. Un autre avantage de la disposition des éléments d'ancrage des pattes au-dessus des tourillons est le 15 fait que les pattes restent plus froides, car leur chaleur est dissipée d'une façon plus efficace par les supports massifs et froids des tourillons. A mesure que l'axe longitudinal de la cuve est incliné de la verticale jusqu'à l'horizontale, une charge de plus en plus importante est imposée aux éléments de suspension inférieurs 27, qui, finalement sont complètement chargés 20 le sens axial. Ils subissent une partie de la charge dès que l'axe longitu- en riSnai de la cuve est quelque peu incliné et ils/subissent une plus grande partie lorsque la cuve est inclinée de 60° environ. A ce moment, du fait que le métal fondu se déplace à l'intérieur de la cuve pendant que celle-ci est inclinée, le couple nécessaire est maximal. Finalement, les pattes des éléments de suspension 25 inférieurs subissent des charges de traction et de compression diverses, de sorte qu'ils partagent la charge avec les éléments de suspension supérieurs et maintiennent l'enveloppe 10 de la cuve séparée de l'intérieur de la ceinture 13 par l'intervalle 17. Le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit comporte six éléments 30 de suspension supérieurs et six éléments de suspension inférieurs, mais il apparaîtra aux spécialistes qu'il est possible de mettre en oeuvre un nombre d'éléments plus élevé ou moindre suivant les caractéristiques de conception des éléments de suspension et la masse de la cuve qui doit être supportée. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à 35 titre explicatif, sais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 31075 8 2108208 REVENDICATIONS 1. - Cuve de traitement d'un métal fondu, comportant une ouverture pour l'introduction du métal et pour sa coulée, la cuve étant entourée par un dispositif de support dont elle est séparée par un espace, le dispositif de support 5 comportant un axe d'inclinaison transversal à l'axe longitudinal de la cuve, le dispositif de support et la cuve pouvant être inclinés conjointement, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments allongés, orientés tous dans des directions semblables et comportant chacun une extrémité reliée au dispositif de support et une autre extrémité sensiblement tangente à la cuve à laquelle 10 elle est fixée, les éléments étant destinés à céder principalement dans le sens transversal à la cuve, de manière à permettre des variations de l'espacement relatif entre celle-ci et son dispositif de support. 2. - Cuve suivant la revendication 1, caractérisée de plus en ce qu'un groupe supérieur d'éléments allongés est monté sur le sommet du dispositif de 15 support, un groupe inférieur d'éléments allongés étant monté sur le dessous dudit dispositif de support, des éléments d'ancrage fixés au-dessous du dispositif de support comportant, chacun, une douille dont les extrémités sont ouvertes, une première extrémité de chaque élément allongé inférieur étant fixés à la cuve et son autre extrémité ayant une forme qui lui permet de s'ajuster dans ladite 20 douille de façon à constituer une jonction élastique avec elle, de manière que les éléments inférieurs allongés ne supportent sensiblement aucune charge lorsque le dispositif de support est sensiblement horizontal, mais qu'ils supportent la charge lorsque la cuve est inclinée sur l'axe du dispositif de support. 3. - Cuve suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments 25 allongés sont de section droite sensiblement rectangulaire et sont disposés de chant sur plusieurs plaques d'ancrage fixées au dispositif de support, de façon à offrir un support rigide vis-à-vis des charges transversales au plan du dispositif de support et à permettre à chaque élément allongé de céder dans des limites radiales, par rapport au dispositif de support, lorsque la cuve subit des varia-30 tions de dimensions et de positions, une extrémité de chaque élément allongé étant fixée à sa plaque d'ancrage, 4. - Cuve suivant la revendication 3» caractérisée de plus en ce que des nervures disposées dans le sens de la longueur des éléments allongés font partie intégrante de ceux-ci et sont situées sensiblement dans la région où lesdits 35 éléments allongés franchissent l'espace situé entre le dispositif de support et la cuve. 71 31075 210.8208 5. - Cuve suivant la revendication 2, caractérisée de plus en ce que les autres extrémités des éléments allongés du groupe inférieur ont chacune la forme d'un T, la douille à extrémité ouverte ayant une forme de T complémentaire. 6. - Cuve suivant la revendication 1, caractérisée de plus en ce que des 5 éléments d'ancrage montés sur le dispositif de support supportent chacun une première extrémité d'un élément allongé associé, les autres extrémités desdits éléments allongés étant fixées à la cuve dans des régions décalées circonférentiellement autour du dispositif de support, par rapport à l'élément d'ancrage, au moins deux éléments allongés étant fixés à la cuve sensiblement sur les côtés 10 opposés de l'axe d'inclinaison de manière que les bras de levier soient les plus longs entre cet axe et le dispositif de support et qu'une tension minimale soit imposée à la cuve lorsqu'elle est inclinée par une foroe transmise du dispositif de support par les éléments allongés. 7. - Cuve suivant la revendication 6, caractérisée de plus en ce qu'une 15 autre paire au moins d'éléments d'ancrage est fixée sur le dispositif de support à des positions angulaires qui coïncident sensiblement avec son axe d'inclinaison, une première extrémité de chaque élément allongé étant supportée par son élément d'ancrage associé et leurs autres extrémités étant fixées à la cuve dans une région circonférentielle qui est située sensiblement entre leurs propres éléments 20 d'ancrage et les éléments d'ancrage de ladite première paire.