Brevet FR2427866A1 — publié le 19800104

La présente invention a trait à un procédé de fermeture et d'ouverture d'un orifice ménagé dans un récipient destiné à contenir un métal en fusion, notamment de itacier ou de la fonte. Elle vise également les dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'orifice peut être destiné soit à introduire de la matière au sein du métal en fusion au travers de la paroi du conteneur, soit a vider le conteneur de tout ou partie de son contenu. Divers traitements métallurgiques nécessitent l'introduction de matière au sein du métal retenu dans un conteneur0 On utilise généralement un mélange de gaz et du produit désiré sous forme de poudre, le gaz servant 'a la fois d'élément transporteur de la poudre et d'agitateur du métal. I1 est souvent nécessaire d'introduire le mélange prcfondément dans le bain de métal pour assurer un bon rendement du trait--mnt désirée De tels traitements sont actuellement réalisés a l'aide de lances constituées d'un tube au moins généralement protégé par une enveloppe réfractaire et plongé dans le bain.Ce procédé nécessite une infrastructure importante pour la mànoeuvre -de 1a fànce et oblige le-mélange gazpoudre b traverser le bain sur une distance importante, d'où un échauffement du mélange et des risques de bouchage de la lance. De plus, il nécessite d'être effectué à poste fixe et s'avère impossible à mettre en oeuvre dans le cas d'un conteneur fermé. D'autre part, en ce qui concerne le vidage d'un conteneur métallurgique présentant un orifice de coulée pour déverser leméta liquide qu'il contient, il est usuel d'avoir recours à un obturateur comportant une plaque réfractaire fixe pourvue d'un perçage, ainsi qu'une plaque obturatrice réfractaire rendue mobile sur la précédente par tout moyen approprié et également pourvue d'un per çage, une pièce réfractaire ou busette étant disposée b l'intérieu du conteneur au-dessus de orifice de coulée et, éventuellement, une busette externe sous la plaque obturatrice mobile. A l'emploi de tels obturateurs extérieurs, on a constaté que le métal fige très vite dans la région au perçage de la plaque réfractaire fixe et dans le canal de coulée de la busette interne, ctest-b-dire que lorsque du métal a séjourné dans le conteneur, le métal ne s'écoule pas à l'ouverture de l'obturateur0 Le figeage du métal fondu provient d'une perte excessive de chaleur qu'il subit au contact des matériaux réfractaires constitutifs de la busette interne de la plaque fixe et de la plaque mobile de l'obturateur et de la géométrie obligatoire du canal de coulée dans cette zone. A l'apparition du phénomène indiqué, on procédait initiale. ment en insufflant de ltoxygène dans le canal de coulée pour obtenir un réchauffement de la région intéressée suffisant pour le rétablissement du jet de coulée, cette insufflation étant généralement effectuée par l'extérieur du conteneur, ltobturateur étant grand ouvert. Différentes inventions se sont fixé pour but de remédier à cet inconvénient en interdisant l'accès du canal de coulée au métal fondu avant la première ouverture de l'obturateur, notamment par l'introduction d'un produit dans le canal de coulée préalablement au remplissage du conteneur par le métal liquide. Le produit peut se présenter sous la forme d'un bouchon solide, déformable ou fusible, d'un agrégat liquide comme par exemple du plomb ou plus généralément sous la forme d'un sable, par exemple du zircon, de la silice, de la chromite, du graphite pur ou en mélange. Une caractéristique de ces inventions est que le produit obturateur est toujours sensé s'écouler par l'orifice i coulée lors de l'ou- verture de l'obturateur, ce qui peut présenter certains inconvénients par ailleurs. Il s'avère à l'emploi que ces procédés ne permettent pas de garantir totalement la coulée du métal après ouverture de ltobturateurO Quel que soit le produit utilisé il se forme parfois un pont de solidification suffisamment résistant pour soutenir le métal liquide. Pour cette raison on en revient actuellement à la solution initiale consistant à insuffler de l'oxygène par le canal de coulée. Outre les- inconvénients propres à ce procédé, il arrive que dans certains cas la conception du dispositif de coulée rende difficile ou meme impossible l'accès à l'orifice de coulée. C'est le cas en particulier lorsque la busette est prolongée par un tube long destiné à la protection du jet de métal ou lorsque la coulée s'effectue sous vide. Dans de tels cas l'utilisation d'un tel obturateur est condamnée si l'ouverture ne peut être garantie. Une invention plus récente, décrite notamment par le brevet demandé en Suisse le 12 juillet 1968 sous le NO 10437/68, se propose d'éviter ou d'éliminer le figeage précité du métal fondu dans le canal de coulée par insufflation de gaz sous pression dans la partie inférieure dudit canal de coulée. L'introduction du gaz est obtenue notamment au moyen d'une adduction de gaz débouchant dans un perçage supplémentaire au moins ménagé dans la plaque obturatrice mobile de l'obturateur, ledit perçage pouvant autre ou non obturé par une matière réfractaire perméable aux gaz et étanche au métal au moins lorsque le gaz est admis b passer au travers de la dite matière. Un tel procédé s'avère à l'emploi garantir un pourcentage d'ouverture satisfaisant mais présente cependant certains incon véni ents. Si le métal est appelé k séjourner longtemps dans le conteneur, la circulation permanente de métal fondu dans le canal de coulée entratne une usure accrue des matériaux réfractaires constitutifs de la plaque~fixejde la: busette- interne, de--la- plaqu. obturatrice et éventuellement de la matière réfractaire perméable. D'autre part, la nécessité d'assurer en permanence l'arrivée du gaz dans le canal de coulée entratne la réalisation d'une alimentation de gaz qui peut s'avérer complexe et conteuse en particulier lorsque le conteneur subit de nombreux et longs transferts entre son lieu de remplissage et son lieu de coulée. En conséquence l'invention vise principalement un procéda de fermeture et d'ouverture dtun orifice pour conteneur métallurgique, notamment ceux destinés à contenir de l'acier ou de la fonte consistant B obturer cet orifice de façon connue par un obturateur ou un produit de remplissage, soit par l'intérieur, soit par I'extérieur, préalablement au remplissage du conteneur de manière B interdire L'accès dudit orifice au métal, ce procédé étant caractérisé par ceci que pour l'ouverture l'obturateur ou produit de remplissage est éjecté par des moyens appropriés vers l'intérien: du conteneur. Outre le procédé, l'invention vise également des dispositions permettant sa mise en oeuvre et des moyens d'éjection vers l'intérieur du produit ou élément d'obturation utilisé. Le produit ou élément d'obturation ou bouchon peut astre solide ou liquide, les moyens d'éjection peuvent autre des gaz ou des corps donnant lieu à des réactions chimiques ou thermiques, ou encore des gaz portés à une pression convenable. Ces caractéristiques ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement d'après la description qui sera donnée ci-après, tt à titre d'exemple seulement, de diverses formes de réalisation représentées sur le dessin annexé dans lequel s - la figure 1 est une coupe verticale schématique d'une première forme de réalisation d'une obturation selon l'invention - les figures 2 à 9 sont également des coupes verticales schématiques de diverses variantes de l'invention. En se reportant au dessin, la figure 1 représente une vue en coupe d'une première forme de réalisation de l'invention selon laquelle l'obstruction de l'orifice 3 de fond d'un conteneur 2 est réalisée sous la forme d'un bouchon solide 1 généralement constitué en matière réfractaire et mis en place par l'intérieur du conteneur 2, préalablement au remplissage de ce dernier par le ~métal et de manière à recouvrir 1'orifice3du 3 du côté dF gaz de~la~partie interne du conteneur 2. Il est avantageusement prévu un joint 5 étanche au métal entre le bouchon 1 et le conteneur 2. Le joint 5 est réalisé par tout moyen permettant d'assurer le maintien de la position du bouchon et l'étanchéité au métal, notamment un sable ou un pisé réfractaire.L'intérieur des conteneurs métallurgiques étant souvent difficile d'accès en raison de la température élevée régnant à l'intérieur dudit conteneur, il peut être avantageusement prévu un dispositif de préhension, par exemple un anneau 4 ou tout autre dispositif équivalent permettant de mettre en place le bouchon 1 B distance Le bouchon peut également reposer sur le fond par une portee annulaire è flancs inclinés 6. La figure 2 représente une vue en coupe d'une variante suivant l'invention pour laquelle l'obstruction est réalisée sous la forme d'un bouchon solide 8, disposé préalablement sur la busette ou pièce réfractaire 7 entourant l'orifice 3 et reçu dans un logement 9 prévu sur la face supérieure de ladite busette. L'étanchéité du joint 5 est alors garantie à la fabrication par tout moyen adéquat, notamment la justesse des tolérances mécaniques, l'utilisation de matières telles que le graphite, la fibre d'alumine, une colle ou un pisé. Suivant un tel dispositif l'ensemble des pièces 7 et 8 est monté préalablement au remplissage du conteneur par l'intérieur ou l'extérieur du conteneur. Suivant une autre variante dont la figure 3 représente une vue en coupe à titre d'exemple, le bouchon 10 et la pièce réfractaire Il dans laquelle est réalisée l'orifice 3 sont constitués d'une seule et mreme pièce. Suivant la variante dont la figure 4 illustre une vue en coupe, un bouchon tl en matière solide de section légèrement inférieure à l'orifice 3 est introduit par l'extérieur du contenez 2 dans l'orifice 3, un joint adéquat 5 étant prévu pour assurer l'étanchéité au métal entre la paroi de l'orifice 3 et le bouchon 11. Le maintien en position dn bouchon 11 peut autre assuré par l'intermédiaire soit du joint 5, soit d'un dispositif mécanique 12 introduit dans l'orifice 3 en deça du bouchon t et s'appuyant sur le conteneur 2 ou une pièce solidaire de celui-ci. Un tel maintien est nécessaire pour éviter que--le bouchon t ne redescende dans l'orifice 3 sous l'effet de la pression du métal. Suivant les variantes ci-dessus décrites, la géométrie et la matière constituante du bouchon sont déterminées par l'expé- rience de l'homme de l'art de manière que le bouchon puisse supporter la pression due au métal et être facilement brisé ou éjecté par une force appliquée le moment voulu sur sa face externe en regard de l'orifice 3. Suivant la variante illustrée par la figure 5, représenta une vue en coupe du dispositif, le conteneur 2 est muni d'un obturateur extérieur 13 permettant d'obturer b volonté l'orifice 3 b son extrémité externe au conteneur. Suivant cette variante ltobs- truction est réalisée au moyen d'un produit 14 introduit dans l'orifice 3 préalablement au remplissage du conteneur 2 par le métal. Le produit 14 est généralement un sable de silice, chromite zircon, graphite ou toute autre matière adéquate pure ou en mélange inerte ou exothermique. Ce produit est généralement de densité plus faible que le métal et est destiné à être chassé dans le conteneur préalablement à la première ouverture de l'obturateur 13. Suivant les variantes de l'invention la brisure ou l'éjection des produits d'obstruction dans le conteneur peut être réalisée au moyen de toute technique adéquate, notamment celles énoncées ci-après k titre d'exemple uniquement : ainsi un levier peut autre introduit au travers de l'orifice dans le but de briser ou soulever l'obstruction, laquelle, de densité plus faible que le métal, remonte alors b la surface du bain de métal. Un effet identique peut autre obtenu au moyen d'une percussion produite par exemple par un objet dur envoyé avec force au travers de l'orifice.Suivant d'autres variantes de ltinvention le conduit de l'orifice est obturé à sa partie externe au conteneur et une pression est appliquée sur le corps d'obstruction. Cette pression peut autre appliquée au moyen dsune adduction de gaz sous pression ou de liquide en un point quelconque du conduit ou de l'obturateur entre le produit d'obstruction et l'obturateur 13. il est également possible d'introduire dans le but de créer cette pression un produit destiné B se dilater fortement, soit par effet thermique, soit par effet chimique, -la dilatation du produit in-. troduit provoquant la brisure ou l'section de l'obstruction vers l'intérieur du conteneur0 il est également possible d'utiliser comme matière constituante de l'obstruction un produit destructible par réaction chimique, laquelle est déclenchée préalablement X l'ouverture de l'obturateur par l'introduction de l'un des réactifs au travers de orifice, notamment la surpression sera obtenue par l'expansion de produits en raison d'une réaction chimique ou thermique provoquée par l'introduction de tout ou partie des réactifs dans l'orifice préalablement b l'ouverture, une autre partie des réactifs isolément inerte pouvant ventre introduite préalablement au remplissage du conteneur dans l'orifice ou la matière constituante de l'obturateur. La figure 6 représente une vue en coupe d'un dispositif plus particulièrement destiné à permettre l'introduction de produits de traitement au sein du métal situé dans le conteneur. Selon cette disposition, une busette 15 percée d'un orifice 16 est montée X l'endroit désiré dans la paroi du conteneur métallurgique 2 préalablement à son remplissage par le métal. Le conduit constitué par l'orifice 16 est obturé du côté interne par un bouchon 17 reçu dans un logement 18 de façon étanche au métal. il faut noter que l'une quelconque des méthodes d'obturation préalablement décrites peut également être utilisée. Le conduit 16 est muni à son extrémité externe au conteneur d'un dispositif obturateur 19 étanche au métal et manoeuvrable b volonté de l'exté- rieur du conteneur. Cet obturateur 19 est destiné à éviter que le conteneur ne se vide par l'orifice 16 lorsque le traitement dtin- troduction de matières ou de gaz est terminé.L'orifice 16 n'étant normalement pas destiné à la coulée, et sa section étant générale ment faible, ctest-à-dire voisine de 1 ou 2cm2, ltobturateur 19 n'est pas soumis aux conditions de fonctionnement difficiles des obturateurs de coulée connus et sa réalisation en est très sim plifiée; Suivant une variante de l1obturateur 19 illustrée par la figure 7, un tampon 20 généralement en matière réfractaire est enfermé dans un bottier 21 situé sous la busette t5 et recevant le conduit d'adduction de gaz 22.La gouverne 23 permet de manoeuvrer le tampon 20 de ltextérieur de manière à ouvrir ou fermer l'orifice0 Comme il- a été dit plus haut, invention concerne non seulement le bouchage d'orifices destinés particulièrement B l'introduction de matières ou de gaz au sein du métal en fusion, mais également le bouchage des orifices usuels d'écoulement du métal et pour lesquels un obturateur est généralement prévu sur la face externe du fond du conteneur.Les figures suivantes 8 et 9 visent plus spécialement ces dispositions : Selon la figure 8 le conteneur 2, dont le fond est percé d'un orifice de coulée 3, comporte un obturateur 25 de type usuel constitué de deux plaques réfractaires, fixe 26 et mobile 27, percées chacune d'au moins un orifice, ainsi qu'une busette en matière réfractaire 28 ayant un canal central 30 par lequel s'effectue la coulée, la plaque mobile 27 pouvant comporter une busette inférieure 29.L'ouverture est obtenue lorsque les deux orifices des plaques sont en coSncidence. La commande de la plaque mobile 27 peut être manuelle ou mécanique Selon une caractéristique de l'invention il est prévu une adduction de gaz sous pression dans la partie inférieure du canal de coulée, notamment au travers de la busette interne 28 de la plaque fixe 26 ou de la plaque mobile 27, ou des joints entre ces éléments. Suivant la disposition de la figure 8 il est prévu une adduction de gaz sous pression 33 dans la partie inférieure du canal de coulée au travers de la plaque obturatrice 27, qui est percée d'un orifice supplémentaire 34. Afin d'éviter le passage du métal au travers de l'orifice 34, celui-ci est obturé par une brique réfractaire 35 perméable au gaz et étanche au métal, au moins lorsqu'unie pression de gaz suffisante lui est appliquée. On constate à l'emploi que la brique perméable 35 s'use généralement plus rapidement que les réfractaires constitutifs de ltobturateur, notamment les plaques fixe 26 et obturatrice 27. Il est avantageux de prévoir dans le cadre métallique 36 supportant la plaque obturatrice 27 un orifice de diamètre suffisant pour permettre l'extraction de la brique perméable 35 et son remplacement sans nécessiter le démontage de l'obturateur0 Un dispositif mécanique de blocage de la position de la brique perméable 35 est avantageusement prévu sur le cadre métallique 36. il I1 peut & re"avantageux dans~de nombreux cas d'assérvir la fermeture de l'obturateur à la valeur de la pression dans la tubulure d'arrivée-de gaz 33, ce qui permet de garantir qu'en cas de chute inopinée de la pression de gaz l'obturateur se ferme immédiatement, évitant la coulée du métal par l'orifice 34. Suivant une caractéristique de l'invention, il est placé dans le canal de coulée 30 ou au-dessus de celui-ci préalablement à l'introduction du métal dans le conteneur, un produit 31 destiné à empêcher l'accès du métal fondu dans ledit canal de coulée. Le produit 31 peut être constitué sous la forme d'un bouchon solide couvrant on obturant le canal de coulée sur tout ou partie'de sa hauteur (par exemple un bouchon 32), préférentiellement dans sa partie supérieure, ou d'une matière liquide comme par exemple du plomb ou d'un sable constitué par exemple de graphite, chromite, silice, zircon ou autre matière adéquate, purs ou en mélange. Selon le procédé de l'invention, l'ouverture du canal de coulée est obtenue en éjectant le produit 31 au moyen d'une pres sion de gaz supérieure à la pression hydrostatique due au métal exercée sur ledit produit par l'intermédiaire du gaz arrivant par le canal 33. Sauf dans le cas de l'utilisation d'un produit liquide ou fluide de densité supérieure à celle du métal, le procédé présente l'avantage de permettre la décantation du produit 8 dans le conteneur et, par conséquent, d'éviter que ledit produit ait è passer au travers de l'orifice de coulée 30. Le produit 31 pourra suivant les cas être placé par l'intérieur du conteneur ou par l'extérieur de celui-ci, soit avant le montage de I'obtuateur, soit au travers de l'orifice de coulée 30. L'éjection du produit 31 sera avantageusement effectuée dans un délai réduit précédant l'ouverture de l'obturateur de manière b ne pas permettre le figeage de métal. Par délai réduit, on entend généralement un temps inférieur à la minute, ce qui correspond généralement au temps approximatif nécessaire pour obtenir le figeage. Dans une variante suivant l'invention illustrée å titre d'exemple par la figure 9, le bouchon est constitué par une coupole 40 en matière réfractaire, laquelle est posée au-dessus de l'orifice de coulée 41. La forme de la coupole,n'a que peu dtim- portance, mais sa surface sera déterminée de manière s permettre une éjection facile, compte tenu de la pression de gaz disponible Pg, de la contre-pression Pm due au métal dans le conteneur et de la cohésion F entre la coupole et le conteneur. L'étanchéité entre la coupole et la paroi réfractaire 2' du conteneur et le maintien en position de la coupole sont facile ment assurés k l'aide de sable ou, mieux, d'un peu de coulis disposé au niveau du joint.' il sera avantageux, cette coupole 40 éta placée par l'intérieur du conteneur, de prévoir un mode de préhension, par exemple un anneau 42 solidaire de la coupole permett de positionner à distance ladite coupole, les bords de laquelle auront préalablement été recouverts du coulis de pointage. On notera enfin que, suivant cette variante de l'invention, aucun produit n'est requis sous la coupole et que l'air dilaté par l'échauffement lors de l'arrivée du métal sur la coupa peut librement s'échapper par le canal 43 d'arrivée de gaz ménagd dans le canal de coulée0 Suivant une variante de l'invention représentée è la figure 10, le bouchon 45 est constitué d'un solide en matière réfractaire de section légèrement inférieure au canal de coulée et introduit par l'extérieur du conteneur. Un peu de sable ou de coulis ou tout matériau adéquat permet d'assurer l'étanchéité en 46 entre le bouchon 45 et la busette interne 47, des pattes 48, par exemple sous forme d'un trépied ou toute autre forme adéquate en appui sur la plaque obturatrice et permettent d'éviter que le bouchon ne tombe au fond du canal de coulée. L'obturateur peut également autre constitué d'une matière déformable, notamment un pisé réfractaire durcissant à la chaleur ou à l'air, introduit par l'extérieur du conteneur et pressé k l'embouchure de 1 t orifice interne au conteneur au moyen d'un dis- positif adéquat de manière à épouser étroitement la forme de l'orifice et à assurer l'étanchéité au métal0 il est å noter qu'il est suffisant de disposer d'une alimentation de gaz au seul endroit où l'ouverture de l'obturateur est requise, généralement la halle de coulée. En effet, durant les divers transferts subis par le conteneur, il est inutile dintro- duire du gaze fle plus, un tel procédé s'avère très souple-car la pression nécessaire pour éjecter le bouchon artificiel obturant le canal de coulée peut autre facilement adaptée à chaque nécessité particulière au moyen des installations de régulation connues, par exemple un simple manomètre détendeur0 REVENDICATIONS 1. Procédé de fermeture et d'ouverture d'un orifice pour conteneurs métallurgiques, notamment ceux destinés à contenir de l'acier ou de la fonte, consistant à obturer cet orifice de façon connue par un obturateur ou un produit de remplissage, soit par l'intérieur, soit par 11 extérieur, préalablement au remplissage du conteneur de manière à interdire l'accès dudit passage au métal, ce procédé étant caractérisé par le fait que, pour l'ouverture, l'obturateur ou matière d'obturation est éjecté par des moyens appropriés vers l'intérieur du conteneur. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'obturateur est constitué d'un bouchon en matière solide,au moins après frittage, notamment en matière réfractaire de dimensions suffisantes pour recouvrir l'orifice et mis en place de l'intérieur du conteneur et dont les caractéristiques mécaniques et géométriques sont déterminées de manière à lui permettre de supporter la pression due au métal et à autre brisé ou souleve facilement par une force exercée sur sa face en regard de l'orifice. 34 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un joint est disposé entre le bouchon et la paroi du conteneur de manière à garantir l'étanchéité an métal. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'obturateur est constitué d'un bouchon en matière solide, réfractaire solidaire de l'une des pièces réfractaires entourant l'orifice préalablement au montage de ladite pièce. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'obturateur est brisé ou éjecté par une pression sur sa face en regard de orifice obtenue par tout moyen adéquat, notamment le mouvement d'un objet dur introduit par l'orifice ou une surpression produite artificiellement sur la face de 11 obturateur en regard de 11 orifice. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surpression est due à l'introduction d'un fluide sous pression déterminée dans l'orifices 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surpression est due à l'expansion de produits en raison d'une réaction chimique ou thermique provoquée par l'introduction de tout ou partie des réactifs dans l'orifice préalablement à ltouverture, une autre partie des réactifs isolément inerte pouvant être introduite préalablement au remplissage du conteneur dans l'orifice ou la matière constituante de l'obturateur0 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'obturateur est détruit au moyen d'une réaction chimique initiée par un produit amené au contact de l'obturateur. 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'obturateur est constitué d'une matière déformable, notamment un pisé réfractaire durcissant a la chaleur ou à l'air, introduit par l'extérieur du conteneur et pressé à l'embouchure de l'orifice interne au conteneur au moyen d'un dispositif adéquat de manière B épouser étroitement la forme de l'orifice et à assurer l'étanchéité au métal. 10. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le conduit constituant l'orifice est muni du ctté externe par rapport au conteneur d'un obturateur comprenant une plaque réfractaire rendue solidaire du conteneur et pourvue d'un perçage au moins, ainsi qu'une -plaque obturatrice -réfractare - glissant sur la précédente de manière étanche, une adduction de gaz sous pression étant prévue dans la plaque obturatrice de l'obturateur au travers d'une brique perméable aux gaz et étanche au métal laquelle peut être changée sans qu'il soit nécessaire de démonter ltobturateur.