Brevet FR2384837A1 — publié le 19781020

L'invention concerne un procédé permettant de nettoyer commodément les bords d'une porte de four à coke. Elle concerne, également, un appareil et un outil pour l'application d'un tel procédé. On sait qu'un four à coke comporte une chambre de distillation fermée par des portes qui permettent un enfournement de charbon et le défournement du coke qui en résulte ; I'étanchéité aux gaz engendrés par cette distillation étant assurée par l'aile d'un élément profilé, communément nommé couteau, solidaire de la porte et engagé dans la feuillure de cette dernière. Or, ces gaz déposent sur le couteau un magmat de goudron et de poussière de coke qui exige, à chaque défournement, un nettoyage du couteau pour que ce dernier puisse assurer, ensuite, l'étanchéité de la chambre ; ce nettoyage étant effectué manuellement à l'aide de grattoirs pour les batteries de fours assez anciennes et à l'aide de brosses en métal montées sur une chaine sans fin ou à l'aide d'un grattoir actionné par un vérin pour les batteries plus modernes. Dans tous les cas, ce nettoyage implique une main d'oeuvre relativement importante et des conditions de travail pénibles en raison de la nature du magmat et de la température de la porte. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients. Elle a pour but essentiel d'assurer des conditions normales de travail et une main d'oeuvre relativement réduite mais cependant suffisante pour effectuer le nettoyage du couteau d'une porte de four à coke. Elle a pour objet un procédé consistant à - engager le bord d'attaque d'une lame dans le magmat, - déplacer ladite lame par rapport au bord de la porte de façon à dégager une partie du magmat, - répéter de proche en proche ces opérations d'engagement et de déplacement de la lame jusqu'à ce que le bord de la porte se trouve nettoyé, ces opérations étant assurées par application d'efforts convenables sur la lame. Selon l'invention, ce procédé consiste, en outre, à - déplacer la lame svivant une direction, formant avec cette lame un angle d'attaque prédéterminé, - maintenir à une valeur constante ledit angle d'attaque au cours des opérations d'engagement et de déplacement de la lame, en vue de dégager une partie de magmat. On conçoit qu'un tel procédé peut facilement éviter les inconvénients mentionnés plus haut puisqu'il est basé, principalement, sur des opérations similaires à celles de procédés traditionnels d'usinage par rabotage ou fraisage ; des performances comparables à celles de ces processus connus pouvant, ainsi, etre assurées pour un tel nettoyage d'une porte de four à coke grace à une adaptation judicieuse, aux particularités du magmat, de la vitesse de déplacement et de l'angle d'attaque de la lame. L'invention concerne, également, un appareil permettant une mise en oeuvre commode et efficiente d'un procédé tel que celui décrit ci-dessus. Un tel appareil peut équiper, aussi bien la structure d'un poste fixe, aménagé à une distance substantielle d'une batterie de fours à coke en vue d'un nettoyage de l'une des portes de ces fours que la structure du dispositif qui est usuellement utilisée pour la manutention de ces portes à chaque séquence de défournement de coke et d'enfournement de charbon. Un tel appareil est remarquable en ce qu'il comporte un dispositif déformable, à base de barres, convenablement monté sur un bâti et muni d'un moyen porte outil et de moyens de rappel de ce dernier vers une position de travail prédéterminée ; des moyens de guidage par contact, sur une partie de la porte par exemple, assu ruent une position optimale de grattage à un outil à lame. On conçoit qu'un tel appareil peut assurer automatiquement, grâce à des moyens moteurs convenables, une application des opérations décrites plus haut, en évitant une main d'oeuvre abondante et en assurant des conditions normales de travail. Enfin, I'invention concerne un outil bien adapté à la mise en oeuvre d'un procédé conforme à celui décrit plus haut ; cet outil pouvant équiper facilement l'appareil décrit ci-dessus. Cet outil est remarquable en ce qu'il comporte, au moins, un élément issu d'une bande, convenablement conformé à un assemblage à un axe d'entrainement en rotation pour constituer un outil similaire à une fraise d'usinage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre ep regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure 1 représente, en perspective, un appareil conforme à l'invention. - les figures 2 et 3 représentent, respectivement en élévation latérale et en plan, L'appareil de la figure 1. - les figures 4a et 4b représentent, respectivement en élévation transversale et en coupe longitudinale, des détails de l'appareil des figures 1 à 3. - les figures 5a à 5f sont des schémas permettant d'expliquer comment un procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide de l'appareil des figures 1 à 3. - la figure 6 représente, en élévation, un outil conforme à l'invention et susceptible d'équiper l'appareil des figures 1 à 3. Sur les figures I à 3, on peut voir un support rigide 1 résultant d'un assemblage traditionnel d'éléments de plaques Is, Ic ... et susceptible d'etre associé à un bâti 2 sur lequel on reviendra plus loin Ces éléments de plaques Is, Ic ... sont convenablement découpés, disposés les uns par rapport aux autres et assemblés entre eux, par exemple par soudure, pour former: un socle Is disposé horizontalement, . une chape Ic dont les branches s'étendent vers le haut en étant portées par le socle ls. Un bras rigide 3 est solidaire, à l'une de ses parties extremes, d'une roue dentée ir et est monté sur un axe transversal la, monté lui-meme horizontalement de fa çon classique entre les deux branches de la chape ic pour constituer une articulation traditionnelle qui permet au bras 3 des déplacements dans un plan vertical (flèches fl, f2). Ce bras 3 comporte un élément de barre 3b qui est solidaire dans sa partie médiane d'un autre élément de barre 3c plus court et disposé perpendiculairement au premier élément pour former une âme rigide en forme de "T". La roue dentée Ir qui peut tourner autour de l'axe d'articulation la (figure 2) est en prise avec une autre roue dentée Iv de diamètre plus petit et clavetée sur l'a r- bre de sortie d'un dispositif de réduction de vitesse usuel 4 qui est accouplé à un moteur électrique 4m formant un groupe moto réducteur classique, lequel est fixé convenablement sur le socle is. L'autre partie d'extrémité du bras 3 comporte un autre axe 3a disposé parallèle- ment à l'axe la pour permettre l'articulation d'un autre élément de barre 5 ; cette articulation étant aménagée dans la partie médiane de cette barre 5 qui constitue, ainsi, un fléau satellite du bras 3 (flèches f3, f4). L'une des extrémités d'un bras 5a de ce fléau 5 porte un contrepoids 5p susceptible de contrebalancer la charge-d'un dispositif porté par l'autre bras de fléau 5b, comme il va etre dé crit ci-dessous. En outre, les extrémités d'un ressort de traction 5r sont respectivement accrochées de façon classique au premier bras de fléau 5a et au bras 3, pour appliquer un effort de rappel convenable sur le fléau 5, sur lequel on reviendra plus loin. L'extrémité libre de l'autre bras de fléau 5b est solidaire d'un manchon 6 dont l'axe géométrique est parallèle aux axes d'articulation la et 3a et, par conséquent, perpendiculaire au plan vertical de déplacement du bras 3. Ce manchon 6 (figures 4a et 4b) est équipé d'un dispositif classique de fourreau 6f constitué d'un élément tubulaire qui est agencé coaxialement au manchon 6 pour coulisser axialement en portant un arbre 7 et décrit en détail plus loin ; cet arbre 7 étant accouplé, gracie à un câble flexible monté dans une gaine 7c, à un moteur électrique 8 qui est convenablement fixé au socle ls. Le fourreau 6f (figure 4a) porte un doigt 9d destiné à coopérer, par engagement, avec une encoche prévue sur l'une des extrémités d'un petit levier coudé 9 dont la partie médiane est articulée grace à une patte, sur une partie convenable du bras de fléau 5b, pour commander, par son extrémité opposée, un ergot 9v monté sur ce bras 5b et destiné à assurer le verrouillage du fléau 5 par rapport au bras 3 lorsque ce dernier et le fléau 5 forment un angle prédéterminé, de valeur relativement petite et de llordre de 200 dans cet exemple ; le bras 3 étant équipé d'une oreille 9w formant une butée de retenue pour l'extrémité de l'ergot 9v. L'alésage du manchon 6 présente une rainure parallèle à l'axe de l'arbre 7 et dans laquelle est librement engagée une clavette de guidage 6g (figure 4b) convenablement fixée à la parties du fourreau 6f qui se trouve engagé dans le manchon 6 pour permettre le coulissement précité (flèches f6, f7). De plus, cette partie de fourreau 6f est équipée d'une collerette 6a constituant un épaulement d'appui pour l'une des extrémités d'un ressort de compression 6r, dont l'autre extrémité est appliquée sur la tranche d'une douille 6d qui est vissée sur l'une des extrémités du manchon 6 en assurant le guidage du fourreau 6f. Le diamètre de la partie de l'alésage du manchon 6 formant le logement du ressort 6r est un peu plus grand que celui de l'autre partie qui assure le coulissement du fourreau 6f; la couronne d'épaulement ainsi aménagée à la jonction de ces deux parties d'alésage constituant une butée pour la collerette 6a, ce qui limite la course du fourreau 6f (flèche f7) à une valeur appropriée à la commande du verrou 9v. On précisera que: . les dimensions des éléments de l'appareil décrit ci-dessus sont adaptées à celles d'une porte de four à coke "C", plus particulièrement à la largeur eu (figure 5d) qui peut être de l'ordre de 60 cm, la longueur du bras 3, par exemple, étant d'environ 50 cm. . l'extrémité libre de l'arbre 7 est équipée d'un moyen de fixation d'un outil 10 du type fraise, par exemple celui représenté à la figure 6, qui sera dé crit plus loin. . les moteurs 4m et 8 sont raccordés de façon usuelle à un circuit d'alimenta tion en énergie électrique, comprenant des moyens classiques de mise en marche, d'arrêt, de sécurité, de contrôle .. notamment des interrupteurs de fin de course permettant de limiter le déplacement du bras 3 ; ce circuit et ces moyens n'étant pas représentés. . le bâti 2 est celui d'un dispositif connu nommé usuellement "arrache-porte" qui est utilisé pour des manutentions d'une porte de four à coke, en vue d'enfournement de charbon dans la chambre de distillation de ce four et de défournement de coke ; le socle Is étant assujetti d ce bâti 2 de façon que l'arbre 7 puisse être disposé perpendiculairement au codre de la porte "C", lorsque celle-ci est dégagée et éloignée du four. Pour la clarté des figures 5, ce bâti 2 n'est pas représenté sur ces figures 5. On conçoit que l'appareil qui vient d'être décrit comporte, essentiellement, un socle ou bâti équipé d'un mécanisme permettant de porter et de déplacer un outil en vue d'actionner ce dernier. Cet appareil permet de nettoyer le bord d'une porte de four (figures 5a à 5f) ce bord "B" comportant un élément profilé 11 nommé usuellement couteau et présentant deux ailes disposées d'équerre l'une par rapport à l'autre. On indiquera que ce couteau assure l'étanchéité de fermeture de la chambre de four par la porte "C" et est, surtout, "encrassé" dans sa partie supérieure par des produits de condensation des gaz de distillation du charbon et des poussières de coke entraînées par ces gaz. Pour effectuer le nettoyage de ce couteau 11, on procède comme il est décrit cidessous. Le moteur 8 est mis en marche pour actionner l'outil 10 ; le bras 3 présentant une position inclinée vers la droite, comme représenté à la figure 1, alors que le bras 5b est immobilisé par rapport au bras 3, grace au verrou 9v et à la traction du ressort Sr. Dans cet exemple, la vitesse de rotation de l'outil 10 est d'environ 3.000 tours/minute. Une porte "C" prise en charge par le dispositif "arrache-porte" 2 est manutentionnée par ce dernier, grace à des guides non représentés, jusqu'à etre disposée en regard de l'appareil de nettoyage puis rapprochée de cet appareil ; l'arbre 7 portant l'outil 10 étant présenté perpendiculairement au bord de la porte "C" (figures Sa à 5c). En raison des dimensions de cette porte "C", de celles des bras 3 et 5b et de leurs positions relatives lorsqu'vils sont assujettis entre eux par verrouillage, l'outil 10 se trouve, ainsi, situé en regard de l'aile transversale du couteau Il puis (à la fin de ce rapprochement) engagé dans l'encoignure formée par les deux ailes de ce couteau 1 1 (figures 5c et 5e). Le contact qui en résulte (dans le sens de la flèche f6) a pour effet de repousser le fourreau 6f et, par conséquent, . d'actionner le levier 9 du verrou 9v pour . libérer le fléau 5 ; ce dernier soumis à la traction du ressort 5r étant retenu par le contact de l'outil 10 sur l'aile latérale du couteau 11. Le moteur 4m est alors mis en marche pour entrainer le bras 3 dans le sens de la flèche fl (figure 2) la vitesse de sortie du dispositif de réduction de vitesse 4 étant environ de 2 à 3 tours/minute et le rapport des diamètres des roues Iv, lr, de l'ordre de 2 à 3, la vitesse de rotation du bras 3 est au plus égale à 1 tour/ minute. L'outil 10 attaque alors, de proche en proche, le magmat de coke et de goudron qui adhère au couteau 1 1 ; son arbre 7 étant soumis à deux efforts de nature élastique : . la poussée axiale du ressort 6r qui tend à appliquer le nez de outil 10 sur l'allie transversale du couteau Il . la force correspondant à la traction du ressort 5r qui tend à appliquer les flancs de l'outil 10 sur l'aile latérale de ce couteau 11. De la sorte, le bras 3 entraine l'outil 10 alors que l'aile latérale du couteau 11 guide cet outil 10 pour commander les débattements d'oscillation du fléau 5. Lorsque le bras 3 a effectué un demi tour (flèche fl - figures 5e, 5f), la partie supérieure du couteau il se trouve nettoyée ; cette partie étant la plus encrassée. Un système d'interrupteurs de fin de course, judicieusement disposés, permet alors de provoquer l'arret du moteur 4m entrainant le bras 3 et (lorsque la porte est écartée de l'appareil) celui du moteur 8 pour l'outil 10. Il convient de noter que, dans cet exemple, après ce demi tour du bras 3, l'ergot 9v se trouve en deça de sa butée 9w de sorte que la séparation outil 10 - couteau 11 (permettant la poussée du ressort & sur le fourreau 6f) entrain le verrouillage du fléau 5 sur le bras 3. Pour effectuer le nettoyage des autres parties du couteau 11, le socle Is peut etre monté sur des moyens de coulissement prévus sur le bati 2 pour déplacer en hauteur cet appareil de nettoyage et un inverseur du circuit d'alimentation du moteur 4m permet l'entrainement du bras 3 dans un sens ou dans l'autre (flèches f1, f2), en fonction des positions relatives du socle 1s et de la partie du couteau à nettoyer. On comprend qu'au cours de ces opérations l'outil 10 en rotation est porté par un support déformable qui l'entraine en étant soumis à des actions de rappel vers des positions successives qui sont prédéterminées par les ailes d'encoignure du couteau 11 pour assurer un nettoyage parfaitement automatique de ce dernier ; l'outil 10 étant guidé à chaque instant grâce à ces asservissements de rappel en prenant appui sur des parties du bord de porte.En outre, on conçoit que la vitesse de rotation rapide (3.000 t/mn environ) de l'outil et sa vitesse lente d'entrninement par le support déformable 3, 5- (moins de t t/mn) sont bien adaptées à l'attaque d'une matière telle que le coke par les lèvres d'une fraise dont les angles traditionnels de coupe et de détalonnage doivent etre appropriés à cette nature Mais, en raison de l'hétérogénéité du magmat engendré sur cette partie de porte et des différences sensibles de la résistance à l'attaque que ses diverses parties peuvent présenter, I'invention propose un outil bien adapté à une telle application ; cet outil (figure 6) étant efficace et d'une réalisation plus simple que celle des fraises classiques pour le travail des métaux ou du bois par exemple. Cet outil comporte un élément profilé 12 de section circulaire, constituant un "axe" dont une extrémité est aménagée pour une fixation usuelle au bout d'un arbre d'entraînement en rotation, tel que l'arbre 7 par exemple. Quatre éléments 13, conformés en "ailes hélicoldales" par déformation d'éléments rectangulaires de bandes en acier sont soudées chacune par leurs bords radiaux de petit rayon, à la face latérale de l'axe 12 en ménageant entre elles des écarts angulaires égaux ; ces bandes rectangulaires étant identiques entre elles, de longueur appropriée à celle de l'axe 12 pour réserver sur ce dernier un bout d'axe de fixation et leur coin situé sur le bord radial de plus grand diamètre à l'extrémité libre de l'outil ainsi constitué, ayant été rogné. Un autre élément 14, se présentant sous la forme d'une spire hélicoldale, dont le rayon externe correspond au rayon externe des ailes 13 est convenablement engagé et soudé sur les parties des bords de ces dernières avec lesquelles cet élément 14 est en contact ; cet élément 14 résultant d'un cintrage convenable d'un élément de barre en métal, de section circulaire et de diamètre relativement petit. On remarquera que le pas d'hélice commun aux ailes 13 est relativement grand et que celui de la spire 14 est relativement petit mais ces pas sont de meme sens. De plus, dans cet exemple, la "hauteur " h d'une aile 13 correspond à peu près au quart de la longueur d'une spire de son hélice géométrique. On comprend que l'outil ainsi constitué peut etre, avantageusement, utilisé comme il a été expliqué plus haut pour nettoyer les bords d'une porte de four à coke, chaque aile 13 attaquant le magmat, aussi bien par son bord latéral 13tqu'en bout par son bord radial 13r, d'une façon similaire a l'attaque d'une lame de rabot ou d'une lèvre de fraise usuelle. Au cours d'une telle utilisation, ces bords d'attaque 13t, 13r se trouvent déplacés par rapport au magmat suivant des directions formant avec ces ailes des angles prédéterminés qui sont maintenus à une valeur constante, comme dans les processus d'usinage classique par formation de copeaux ; ces angles étant, ici, adaptés à l'hétérogénéité aléatoire de résistance mécanique du magmat. Au cours de ce travail dans ce magmat, la spire 14 maintient les ailes de l'outil en position convenable par rapport à l'aile latérale du couteau 11. Cet outil est, en effet, soumis à l'effort de rappel du ressort 5r du fléau vers cette aile de couteau et cette spire 14 assure un guidage comparable à celui des lèvres de fraisage ou de forets usuels que les ailes 13 ne peuvent pas procurer, du fait de leur "hauteur" h trop petite par rapport à leurs pas. En outre, la disposition en hélice de sens convenable de ce guide 14 permet un dégagement des parties du magmat qui évite tout bourrage d'outil. Bien entendu, cet outil pourrait être monté sur un appareil autre que celui décrit plus haut pour procurer des nettoyages similaires à celui des portes de four à coke. De meme, le dispositif déformable constitué du bras 3 et du fléau 5 pourrait etre remplacé par tout système d'éléments articulés et/ou coulissants, permettant des déplacements d'outils appropriés aux formes et dimensions d'éléments.d néttoyer. L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intéret justifié sur des exemples détaillés, la demanderesses'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de nettoyage des bords d'une porte de four à coke consistant à . engager le bord d'attaque d'une lame dans le magmat engendré sur un bord d'une telle porte, e déplacer ladite lame par rapport audit bord de façon à dégager une par tie du magmat, . répéter, de proche en proche, ces opérations d'engagement et de dépla- cement de la lame jusqu'à ce que le bord de porte se trouve nettoyé, caractérisé en ce qutil consiste, en outre, à . déplacer la lame suivant une direction formant avec cette lame un angle d'attaque prédéterminé, e maintenir à une valeur constante ledit angle d'attaque au cours des opé rations d'engagement et de déplacement de la lame, en vue de dégager des parties de magmat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à faire tourner la lame autour d'un axe géométrique prédéterminé et, simulta nément, à déplacer ledit axe parallèlement à lui-meme. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qutil consiste, en outre, à prendre appui sur une partie convenable du bord de la porte pour guider le déplacement de la lame. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à appliquer à la lame un effort pratiquement parallèle à l'axe de rotation et de valeur à peu près constante. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à appliquer à la lame un effort élastique de rappel vers la partie d'appui choisie sur le bord de porte. 6. Appareil pour le nettoyage d'un bord de porte de four à coke comportant . un bâti, un socle par exemple, susceptible d'hêtre présenté en regard d'une porte de four à coke, . un mécanisme monté sur ledit bâti et adapté à la mise en oeuvre d'un ou til de nettoyage des bords de ladite porte, . des moyens moteurs pour actionner, à volonté, ledit mécanisme et ledit outil, caractérisé en ce que le mécanisme comporte un support déformable, monté sur le bâti et constitué de barres par exem ple, . un porte-outil monté sur une partie convenable de ce support, . des moyens de rappel appliqués audit support et audit porte-outil dans des directions prédéterminées pour assurer, automatiquement, une posi tion optimale de travail de l'outil. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le support déforma ble comporte un bras articulé sur le bâti et un fléau satellite dudit bras et équipé du porte-outil ; des moyens élastiques étant prévus entre lesdits bras et fléau pour assurer un rappel de ce dernier. 8. Appareil selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le porte outil est monté perpendiculairement à l'un des bras de fléau et comporte un manchon de coulissement pour un fourreau équipé d'un arbre d'entrafnement d'un outil ; l'autre bras de fléau étant associé au bras support par un moyen élastique, par exemple un ressort. 9. Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les mo yens moteurs sont accouplés, d'une part, à un dispositif de réduction de vi tesse associé, en rotation, à un axe d'articulation du bras support sur le bâti, d'autre part, directement à arbre d'entrainement d'outil grace à un câble flexible. 10. Appareil selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un moyen élastique, tel qu'un ressort de compression, est monté entre le manchon et le fourreau de l'arbre porte-outil, pour assurer un rappel de ce dernier dans une direction prédéterminée. 11. Appareil selon l'une des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de verrouillage du fléau sur le bras pour une position relative prédéterminée de ces derniers ; les moyens moteurs étant de nature électrique et équipés d'interrupteurs commandés en fonction de ladite position de verrouillage. 12. Outil du type fraise permettant une mise en oeuvre dlun procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, ou 5 et susceptible d'équiper un appareil selon l'une des revendications 6, 7, 8, 9, 10 ou 11 caractérisé en ce qu'il comporte, au moins, une aile hélicoldale solidaire d'un axe d'entrainement en rotation et présentant, au moins, un bord d'attaque. 13. Outil selon la revendication 12, caractérisé en ce que la hauteur des ailes est sensiblement plus petite que le pas de leur hélice géométrique et qu'il compor te des moyens de guidage par appui latéral. 14. Outil selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que chaque aile présente un bord hélicoldal d'attaque latérale et un bord radial d'atta que en bout. 15. Outil selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que les mo yens de guidage sont constitués par un anneau solidaire des bords en hélice des ailes, par exemple un élément de barre de petite section, convenablement cintré. 16. Outil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les ailes présentent un pas d'hélice relativement grand et que l'anneau se présente sous la forme d'une spire d'hélice de pas relativement petit ; les pas d'hélice des ailes et de l'anneau étant de même sens.