Brevet FR2184520A1 — publié le 19731228

On sait que parmi les dispositifs pour couler un métal liquide on utilise des poches de coulée dont le fond est muni d'un orifice calibré ou busette. Cet orifice peut être obturé au moyen d'un tampon disposé à l'extremite d'une tige, ou quenouille, mobile verticalement dans la poche de coulée au dessus de la busette. La commande du mouvement de la quenouille peut être effectué hydrauliquement au moyen d'un vérin alimenté par l'intermédiaire d'un distributeur hydraulique de façon à provoquer la montée ou la descente de la quenouille. L'un des inconvénients des dispositifs connus de commande hydraulique du mouvement de quenouille consiste en ce que durant la fermeture de orifice de coulée la quenouille se trouve appliquée contre la busette avec un effort relativement important correspondant au moins à l'effort appliqué au piston du vérin pour vainpre les inerties et les frottements dans le dispositif mécanique de liaison du vérin et de la quenouille. I1 résulte de cet effort une usure de la quenouille par dégradation de sa surface de contact avec la busette0 Cette dégradation est d'autant plus rapide que la fréquence d'obturation est élevée.C'est en particulier le cas pour les poches de coulée faisant partie d'une installation à fonctionnement continu, par exemple une poche d'alimentation d'un récipient sidérurgique par un débit régulé de métal, ou une poche de coulée sur chaîne continue de moulage. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et plus précisément de réduire l'usure des quenouilles résultant de ce "pilonnage" répété. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande d'une quenouille pour l'obturation de orifice d'une busette de coulée, comportant un vérin hydraulique relié à la quenouille et alimenté sélectivement pour la mon tée ou la descente de ladite quenouille, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un traducteur d'effort produisant un signal de commande temporisé lorsqu'il détecte la variation d'effort engendrée dans la quenouille au moment du contact avec la busette, et un organe de mise hors pression du vérin et de verrouillage simultané de la quenouille, ledit organe étant mis en service par le signal de commande à l'expiration du délai de temporisation. Le dispositif de commande selon l'invention permet de limiter la valeur de l'effort applique par la quenouille sur la busette au moment de la fermeture et de maintenir la quenouille en une position d'obtllration verrouillée pendant toute la durée désirée sans exercer d'effort sur la busette. En ménageant un certain retard entre la détection de l'effort engendré dans la quenouille au moment du contact avec la busette et le verrouillage, on assure de plus le maintien dgune étanchéité parfaite pendant toute la durée de vie de la quenouille. Le dispositif selon l'invention et les avantages qutil procure seront de toute façon bien compris en se reportant à la description d'un mode de realisa- tion donnée dans ce qui suit à titre d'exemple en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente une vue schématique d'un dispositif de commande hydraulique de quenouille selon l'invention. On a reporté sur la figure unique une poche de coulée 1 dont le fond est muni d'une busette 2 surmontée d'une quenouille 3 mobile verticalement et reliée par un bras horizontal à la tige 4 du piston d'un vérin hydraulique à double effet 5. Les chambres du vérin situées de part et d'autre du piston sont reliées par des conduits 6, 7 à un distributeur hydraulique 8 à quatre voies et trois positions du type à centre fermé actionné par des solenoides. Ce distributeur est représenté sur la figure en position centre fermé, position correspondant à l'absence d'excitation des solenoides. Le distributeur 8 est alimenté par une conduite 9 reliée à un groupe hydraulique 10 comprenant de façon connue un moteur, une pompe à débit réglé et un réservoir de fluide alimentant la pompe par l'intermédiaire d'un filtre.Le retour du fluide du distributeur au réser- voir d'alimentation est assuré par la conduite 11 munie d'une valve d'étranglement réglable 12. La commande du distributeur est assurée par un organe de commande 13 à deux positions permettant d'exciter par I'intermédiaire de contacteurs l'un ou l'autre des solénoïdes du distributeur de façon à provoquer la montée ou la descente de la quenouille. Cet organe de commande peut etre sous contrôle d'un opérateur ou recevoir ses instructions d'un calculateur, en particulier lorsque la poche de coulée s'insère dans une installation de régulation de débit de métal. La conduite 7 d'alimentation du vérin correspondant à la descente de la quenouille est équipée d'un manostat 14 détectant la pression dans cette conduite et par conséquent la pression dans la chambre du vérin correspondante. Le déclenchement de ce manostat lorsque la pression dans la conduite 7 dépasse la valeur de réglage du manostat, provoque par l'intermédiaire d'un contacteur 15 muni d'un relais de temporisation réglable la déséxcitation du solénoïde de commande de descente du distributeur 8. Le dispositif hydraulique de commande est équipé de distributeurs de sécurité 16 et 17. Le distributeur 16 est un distributeur à quatre voies et deux positions actionné manuellement. I1 permet la mise à la pression atmosphérique des chambres du vérin de façon à autoriser la commande manuelle directe de la quenouille en cas de besoin Ce distributeur déconnecte simultanément l'organe de commande 13 du calculateur le cas échéant pour bloquer les signaux de commande. On a représenté le distributeur 16 en position de non fonctionnement, dans laquelle il est normalement maintenu par un ressort. Le distributeur 17 est un distributeur à deux voies et deux positions dont l'une fermée, et permet de provoquer la fermeture de l'orifice de coulée en cas de panne de l'alimenta- tion électrique.Ce distributeur est représenté en position non excité, correspondant à sa position en cas de panne. Comme on le voit, le distributeur 17 est relié à un accumulateur hydraulique 18 et à la chambre du vérin par la conduite d'alimentation de fermeture 7. L'accumulateur est chargé de façon connue par une conduite 19 reliée au groupe hydraulique avec l'interposition d'un clapet anti-retour 20 et d'une valve de tarage 21. La pression dans la conduite de sortie du distributeur 17 pilote une valve de mise à l'atmosphère 22 disposée sur la conduite d'évacuation 8 du vérin. Le mode de fonctionnement du dispositif précédemment décrit est lesuivant le suivant les mouvements de pontée et de descente de la quenouille 3 sont commandés par l'organe de commande 13 qui excite l'un ou l'autre des solénoïdes du distribu teur 8 pour obtenir le branchement - correspondant du circuit h aulicue de commande du vérin 5.Le mouvement de montée du piston de ce vérin correspond a l'alimentation par ia conduite 6. La course de montée peut etre 1 mitée de façon connue en soi par un relais de temporisation associé aux eontseteurs de organe de commande 13 et déséxcitant le solénoïde correspondant lorsque la course désirée est atteinte. Le mouvement de descente du piston du vérin corres- pond à l'alimentation par la conduite 7. Lorsque la quenouille entre en contact avec la busette, la pression dans la conduite 7 augmente jusqu'à atteindre le seuil de déclenchement du manostat 14.Ce déclenchement provoque par ltintermé- diaire du contacteur temporisé 15 la désexcitation du solénoide correspondant au mouvement de descende et entratne le positionnement du distributeur sur sa fonction centrale. Le vérin se trouve donc verrouillé hydrauliquement tout en étant hors pression. Les vitesses de montée et de descente peuvent être réglées par la valve d'étranglement 12. Les valeurs du seuil de déclenchement du manostat et de la temporisation introduite par le contacteur temporisé 15 sont déterminées expérimentalement de façon à obtenir un contact étanche sans effort exagéré de la quenouille sur la busette. La montée de pression dans la conduite 7 correspond en effet au début du contact de la quenouille sur la busette, mais non à 1* obturation totale de l'orifice de coulée en raison des irrégularités éventuelles de forme dues à-l'usure et de la relative plasticité des éléments en contact pour les températures élevées de coulée envisagées. Le manostat est donc réglé pour "sentir" le début de fermeture tandis que la temporisation permet d'assurer un contact étanche avec la busette.Les forces de gravité favorisent le mouvement de des cente de la quenouille et par conséquent la pression dans la conduite 7 durant ce mouvement se maintient à une valeur faible. Cette pression peut présenter de légères fluctua-ions dues aux variations éventuelles des forces de frottement dans l'équipage reliant la quenouille au vérin, ainsi qu'aulx variations de la poussée ferrostatique exercée sur la quenouille. Le contact de la quenouille et de la busette crée une montée en pression dans la conduite 7.Le manostat est réglé pour que sa pression de déclenchement corresponde à un certain effort de la quenouille sur la busette, à seule fin d'éviter les déclenchements intem- pestifs du manostat dus à une fluctuation de pression ne correspondant pas au début de contact de la quenouille ; ce réglage est propre à chaque installation. L'effort exercé par la quenouille continue de croître durant la durée de la temporisation, cette durée étant réglée expérimentalement pour obtenir une bonne étanchéité. La commande de verrouillage et de mise hors pression intervient à l'expiration de ce délai.Le contact étanche est alors maintenu sans maintien de l'effort d'application de la quenouille. I1 doit être entendu que la valeur de la temporisation peut être ajustée en cours de fonctionnement pour maintenir une étanchéité satisfaisante pendant toute la durée de vie de la quenouille. Sur une installation pilote réalisée par le demandeur, et portant sur la commande d'une quenouille dont le diamètre moyen d'appui était de 8 cm, le manostat et le relais de temporisation étaient réglés pour obtenir, aux forces de gravité près, un effort maximum d'environ 175 kilos de la quenouille sur la busette au moment du verrouillage de la quenouille, effort correspondant à une pression hydraulique d'environ 6 bars. Le délai introduit par le contacteur temporisé consécutivement au déclenchement du manostat était de 6 secondes.La tenue de la quenouille était d'environ vingt quatre heures pour une marche continue avec en moyenne une obturation toutes les 30 secondes. Ces performances sont très supérieures aux durées de vie habituelles des quenouilles en aciérie. On va décrire brièvement le fonctionnement des dispositifs de sécurité représentés. Ces dispositifs sont essentiels du fait qu'il est indispensable d'assurer en toute circonstance la fonction de fermeture de l'orifice de coulée. L'actionnement manuel du distributeur 16 permet la mise à l'atmosphère des conduites d'alimentation et d'évacuation du vérin et la prise en charge manuelle des manoeuvres de la quenouille. Cette intervention manuelle peut en effet se révéler nécessaire dans certains cas, par exemple excentration accidentelle de la quenouille par rapport à l'orifice de coulée. La quenouille est alors manoeuvrée de façon classique par uu levier non représenté. En cas de panne sur le circuit électrique, le distributeur 17 est mis en service par son ressort de rappel et transmet le fluide sous pression de l'accumulateur 18 au vérin par la canalisation 7.Le distributeur 8 se trouvant en position centre fermé par défaut d'excitation des solénoldes, la valve pilotée 22 est mise en service et courtcircuite le verrouillage. I1 est bien entendu que la possibilité de reprendre le contrôle manuel par actionnement du distributeur 16 subsiste après ces opérations automatiques de fermeture de sécurité. I1 doit etre compris que le traducteur d'effort pour la production du signal de commande temporisé au moment du contact de la quenouille et de la busette peut consister en tout organe connu susceptible de détecter ledit effort de contact. C'est ainsi que l'on pourrait utiliser comme traducteur d'effort une jauge de contrainte disposée sur le bras reliant la quenouille à la tige du piston du vérin, ladite jauge détectant la contrainte de flexion engendrée dans le bras au moment du contact de la quenouille et de la busette, et déclenchant par l'intermédiaire du relais de tempnrisation le- verrouillage de la quenouille et la mise hors pression du vérin lorsque ladite contrainte atteint une valeur correspondant à un effort minimum déterminé de contact de la quenouille sur la busette. Le dispositif de commande hydraulique selon l'invention trouve son application dans toutes les poches de coulée munies de quenouilles et en particulier pour les poches de ce type necessitant de par leur utilisation continue une durée élevée de fonctionnement sans intervention, par exemple une poche de coulée faisant partie d'une installation d'alimentation d'un récipient sidérurgique tel qu'un récipient d'affinage continu avec un débit continu réglé de métal liquide. REVLiDICATIONS 1. Dispositif de commande d'une quenouille pour l'obturation de l'orifice d'une busette de coulée, comportant un vérin hydraulique relié à la quenouille et alimenté sélectivement pour la montée ou la descente de ladite quenouille, dispositif caractérisé en ce qu'îl comporte un traducteur d'effort produisant un signal de commande temporisé lorsqu'il détecte la variation d'effort engen- drée dans la quenouille au moment du contact avec la busette, et un organe de mise hors pression du vérin et de verrouillagé simultané de la quenouille, ledit organe étant mis en service par le signal de commande à l'expiration du délai de temporisation. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le traducteur d'effort est un manostat branché sur le circuit d'alimentation du vérin correspondant à la descente de la quenouille et produisant un signal de commande lorsque la pression dans ledit circuit d'alimentation atteint une valeur correspondant à l'effort minimum désiré de la quenouille sur la busette. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le traducteur d'effort est une jauge de contrainte disposée sur l'équipage reliant la quenouille au vérin et produisant un signal de commande lorsque la contrainte détectée atteint une valeur correspondant à l'effort minimum désiré de la quenouille sur la busette. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe de mise hors pression du vérin et de verrouillage de la quenouille est constitué par l'étage central d'un distributeur hydraulique a centre fermé commandant les mouvements de la quenouille. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un relais de temporisation réglable relié au traducteur d'effort et déclenchant la mise hors pression du vérin et le verrouillage simultané de la quenouille à l'expiration d'un délai de temporisation correspondant à un effort maximum déterminé de la quenouille sur la busette.