Brevet FR2429063A1 — publié le 19800118

La présente invention a trait à un obturateur à tiroir pour poche de coulée ou tout autre conteneur dont le fond présente un trou de coulée permet- tant de déverser un métal liquide, notamment de l'acier ou de la fonte, cet obturateur ccmprenant une plaque réfractaire fixe, rigidement disposée sous le fond de la poche au mitoyen d'un cadre métallique et pourvue d'un perçage, ainsi qu'une plaque obturatrice réfractaire, glissant sur la précédente, montez dans un tiroir métallique disposé coulissant par rapport audit cadre métallique et pourvue également d'un perçage. L'emploi d'un obturateur à tiroir sur une poche de coulée présente, pour le déversement de métaux liquides, notamnent d'acier, des avantages certains par rapport aux obturateurs connus, couramment utilisés, constitués par un tapon muni d'une tringle.L'utilisation d'un obturateur à tiroir sur des conteneurs de fonderie est très intéressante dans le cas de coulées spéciales, par exemple dans le cas de coulées sous vide ou de coulée à débit licité, car il n'existe alors aucune sorte d'organe de manoeuvre sortant à l'extérieur du conteneur pour commander la tringle et le tampon lui-même. D'un autre côté les températures élevées telles que celles voulues dans les processus modernes de fonderie, n'ont pas d'effets nuisibles sur l'étanchéité de l'obturateur à tiroir à la différence de ce qu'on observe sur un obturateur constitué d'un tampon et d'une tringle, obturateur qui n'est plus adapté aux températures élevées aujourd'hui usuelles et qui n'assure plus une parfaite étanchéité de la poche. Enfin les tringles de tampon couramment utilisées à ce jour sont exposées à l'attaque chimique de la scorie, ce qui n' a pas lieu non plus dans le cas d'un obturateur à tiroir. A l'emploi des obturateurs à tiroir sur des poches inétallurgiques on a constaté que le métal fige très vite dans la région du perçage de la plaque réfractaire fixe, c'est-à-dire qu'à partir d'un obturateur à tiroir qui, après remplissage d'un moule, a été fermé et qui, pour remplir le moule suivant, est rouvert, le métal ne s'écoule plus. Ce figeage du métal fondu provient d'une perte excessive de chaleur qu'il subit au contact des matériaux réfractaires constitutifs de l'obturateur.Pour que ces matériaux soient specialement résis- tants à l'usure il faut en effet qu'ils soient non seulement hautement réfractaire, mais d'une épaisseur notable. I1 en résulte que ces matériaux sont bons conducteurs de la chaleur, et qu'on en arrive aux insuffisances dont on vient de parler. A l'apparition du phénanène indiqué, on procédait jusqu'à ce jour à la remise en route de la coulée, en insufflant de l'oxygène dans le canal de coulée pour obtenir, par la combustion du métal ainsi provoquée, un réchauffenent de la région intéressée suffisant pour le rétablissement du jet de coulée. Mais cette manière de faire présente des inconvénients notables, car le "brûlage" à l'oxygène ne peut être exécuté que si l'obturateur à tiroir est ouvert en grand c'est-à-lire si les perçages de la plaque fixe et de la plaque mobile sont par faitement coaxiaux.Ceci veut dire qu'après brûlage le jet reoammence à couler aussitôt à plein, que de fortes pertes d'acier en résultent et que le risque d'accidents par brûlures à l'acier liquide est d'une probabilité inadmissible. Il n'est pas possible d'effectuer un brûlage à l'oxygène quand l'obturateur à tiroir n'est que partiellement ouvert, car dans ce cas les bords des perçages des deux plaques seraient endommagés et l'obturateur serait mis hors de service. L'objet d'une invention préalable décrite dans le Brevet DETXLLE- INTERSDOP déposé en Suisse le 12 Juillet 1968 sous le nO 10437/68 consiste à concevoir un obturateur à tiroir du type précisé initialement de façon telle, en le munissant d'un dispositif approprié, qu'il permette d'ettpécher ou d'éliminer le figeage précité du métal fondu dans le canal de coulée de la poche, et en particulier dans le perçage de la plaque fixe de l'obturateur à tiroir. Suivant une caractéristique essentielle de l'invention, la dite plaque obturatrice est pourvue, en dehors du dit perçage, d'au moins un second perçage qui, en position fermée du tiroir, se place sous le perçage de la plaque fixe, et à l'extrémité inférieure duquel débouche une conduite d'adduction de gaz.Cette structure suivant l'invention permet, en position fermée du tiroir, non seulement d'empêcher le figeage de la colonne de métal en fusion se trouvant au-dessus de la plaque obturatrice, mais aussi de provoquer le retour du métal déjà figé à un état permettant la coulée, et cela au moyen d'insufflation de gaz comprimé, par le second perçage qui, en position fermée du tiroir, se place sous le perçage de la plaque fixe, et à l'extremité inférieure duquel débouche une conduite d'adduction de gaz. Le second perçage peut être solidement fermé par un bouchon en matériau réfractaire perméable aux gaz. I1 peut être aussi avantageux de pratiquer un ou plusieurs perçages dans la plaque obturatrice permettant d'insuffler un gaz sous pression. L'objet que la présente invention s'est fixé consiste à concevoir un dispositif de commande et de régularisation du gaz permettant un fonctionnement efficace de l'invention précitée. 1. Principe La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif simplifié suivant l'invention. - Une source 1 permettant d'amener du gaz sous une pression Pg dite pression génératrice au travers d'une conduite 2 dans le dispositif régulateur de débit 3. Le gaz sortant du régulateur de débit 3 à la pression Pa dite pression aval est conduit grâce à la canalisation 4 au dispositif d' introduction dans l'obturateur 5. Le régulateur de débit est réalisé sous la forme d'un petit orifice de section calibrée. I1 est connu que si la pression génératrice Pa est fixée, le débit de gaz passant au travers d'un tel orifice reste constant quelque soit la valeur de la pression aval Pa pourvu que cette dernière n' excède pas une valeur critique Pc. On peut généralement admettre comme pression critique une valeur voisine de 50 à 70 % de la pression génératrice Pg. Dans le domaine d'application de l'invention, la plage de valeurs prise par la contrepression aval Pa peut facilement être estimée à partir des conditions d'utilisation, débit requis, perméabilité du dispositif d'introduction dans l'obturateur, hauteur de métal dans le conteneur, etc... cette contrepression peut varier de O à quelques bars. I1 suffira de choisir une pression génératrice Pg double de la valeur maxima estimée pour la contrepression aval Pa pour garantir un débit de gaz constant dans l'orifice calibré. Le domaine de valeurs du débit requis pour permettre d'éviter le figeage du métal est fourni par l'expérimentation et est généralement de l'ordre de quelques dizaines de normaux litres par minute. Les caractéristiques de l'orifice calibré peuvent facilement être dé- terminées à partir de la connaissance de la pression génératrice Pg et du débit de gaz requis. 2. INERTE DU DISPOSITIF I1 est à noter que l'inertie du dispositif, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que le débit de gaz passant au travers de l'orifice calibré 3 se transmette à la sortie du dispositif d'introduction 5 dans l'obturateur est essentiellement fonction du volute de gaz V entre ces deux points du débit de gaz et de la nature des fluctuations de la contrepression aval Pa. Pour divers ses raisons, en particulier lors du remplissage du conteneur, à l'arrivée du premier jet de métal il peut se produire une augmentation brutale de la parte de charge à la sortie du dispositif d'introduction dans l'obturateur.Pour que le débit de gaz soit garanti il est généralettent avantageux de diminuer au ma- ximum le volute de gaz V, c'est-à-dire de placer le régulateur de débit 3 le plus près possible du dispositif d'introduction dans l'obturateur. La théorie confirmée par l'expErience montre qu'il est souvent profitable de réduire le volume V à une valeur inférieure à quelques centaines de an3. Une conséquence de la remarque précédente est que le dispositif de régularisation placé au voisinage immSdiat de l'obturateur sera soumis à des conditions de travail difficiles : températures très élevées pouvant atteinre quelques centaines de "C,projections de métal incandescent, atmosphère très potssièreuse. 3. REALISATION DU REGULATEUR DE DEBIT Un orifice calibré simple et robuste peut être réalisé facilement par perçage d'une porte obturant la canalisation de gaz comme l'illustre à titre d'exemple la figure 2 ou encore sous la forme d'un étranglement cane par exem- ple une tuyerie du type Venturi (figure 3). De tels dispositifs présentent l'inconvénient de déterminer une valeur unique des débits de gaz pour une pression génératrice ce qui autorise une certaine possibilité de réglage du débit de gaz par action sur la pression génératrice. Pour permettre une régularisation plus souple il est avantageux de concevoir un orifice calibré réglable. De tels dispositifs existent dans le parce sous la déncmination de vannes à pointeau, vannes de laminage, limiteur de débit, etc... Généralement ces dispositifs, du fait de l'existence de la mande du pointeau présentent une certaine fragilité peu compatible avec les conditions de fonctionnement très difficiles au voisinage de l'obturateur. De tels dispositifs ne pourront être utilisés que dans le cas où une faible inertie n'est pas indispensable, L'expérience montre que généralement il n'est pas nécessaire de modi- fier le débit de gaz durant la coulée.Pour des raisons de robustesse, il est alors avantageux de concevoir un dispositif sans commande extérieure dont la figure 4 représente une variante à titre d'exemple. Suivant un tel dispositif l'embout conique 3 du pointeau 1 vient par tellement obstruer l'orifice 2 du corps 5 de l'appareil. La section de l'orifice calibré est déterminée par la position de l'embout conique 3 dans 1' orifice 2, lequel positionnement peut être régulé par tout moyen adéquat comme par exettple un pas de vis. Dans l'exeMple figuré la fente 6 permet l'introduction d'un tournevis pour manoeuvrer le pointeau 1. Un contre-ecrou 7 est avantageusement prévu pour verrouiller la position du pointeau 1 dans le corps 5 lorsque le réglage désiré est obtenu. Ainsi le gaz arrivant à la pression génératrice Pg est laminé entre l'orifice 2 du corps 5 et l'embout conique 3 du pointeau 1. Le débit de gaz voulu à la pression aval Pa passe alors facilement au travers des orifices 9 et 8 ménagés dans le pointeau 1. L'appareil est vissé en 10 sur le dispositif d'introduction de gaz dans l'obturateur et en 11 mm la canalisation d'amenée du gaz. Deux meplats 12 sur le corps 5 facilitent grandement ces opérations de montage. Un tel dispositif présente l'avantage d'être totalement interne à la canalisation d'ou une très grande robustesse et fiabilité. I1 est avantageux de prévoir un filtre en amont de l'orifice calibré pour éviter que d'éventuelles poussières viennent obstruer ledit orifice, Ce filtre peut être avantageusenent réalisé sous la forme d'une pastille de métal fritté 13 incorporée dans le corps 5. D'autres types de filtres, en particulier à grillage métallique existent dans le commerce et peuvent être utilisés. De tels filtres tout en permettant un filtrage des particuliers de diamètre inférieur à quelques microns présentent les avantages de n'opposer qu'une faible perte de charge au gaz et de supporter facilement des tettpératures élevées. I1 est évident que dans le cas d'utilisation d'orifice calibrés des types illustrés précédettment par les figures 2 et 3 de tels filtres seront également avantageusement utilisés. 4. CCMMXNDE DE L'ADMISSION DU GAZ Le passage du gaz dans l'obturateur n'est généralement requis que lorsque celui-ci est en position fermée. En position ouverte l'introduction de gaz alors que le dispositif d'introduction dans la plaque mobile est obstrué par la plaque fixe peut conduire à quelques inconvénients campe : - L'usure des réfractaires due au passage du gaz devant la totalité du temps de la coulée. - L'introduction de gaz entre les plaques jusque dans le canal de coulée. - L'élimination du lubrifiant placé entre les plaques. I1 est possible de parer à ces inconvénients en faisant appel au personnel qui devra alors ouvrir ou fermer l'alimentation principale de gaz suivant la position de l'obturateur. Cette solution présente cependant les inconvénients suivants - L'appel du facteur humain introduit un risque d'omission en particulier dans le cas d'une fermeture d'urgence et une imprécision dans le 'rarnt de la commande. - La commande de gaz étant située généralement à la sortie de la source, le volume des conduits entre la vanne et le dispositif d'introduction risque d'être suffisayment grand pour générer une inertie non négligeable du dispositif. I1 est avantageux quand cela est possible de prévoir une vanne en amont de l'orifice calibré mais proche de l'obturateur. La rnaiuvre de cette vanne est avantageusement commandez Tnécaniquettent par exettple par une came solidaire d'un organe d'entraînement de la plaque mobile de l'obturateur. Le dessin et le positionnement de cette came permet un réglage précis et fiable du moment d'ouverture et de fermeture du circuit de gaz en fonction de la position de l'obturateur. 5. DESCRIPTION D'UN DISPOSITIF SUIVENT L'INVENTION La figure 5 est un schéma d'une variante d'un dispositif suivant l'invention. La source de gaz 1 fournit du gaz sous la pression génératrice Pg par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 2, par exemple un détendeur. La pression Pg peut avantageusement être mesurée et contrôlée grâce à un rnanctt,ètre 3. Le débit de gaz peut également être contrôlé grâce à un mesureur de débit 4, par exemple un rotamètre. Ces appareils relativement fragiles sont placés loin du conteneur métallurgique mais en contrepartie dans des conditions de fonctionnement moins pénibles. En raison de la distance, il ne faudra attacher à la valeur lue sur le mesureur de débit qu'une valeur indicative car la conduite peut présenter des fuites non négligeables coepte-tenu des faibles valeurs de débit généralement introduites dans l'obturateur. Une conduite 5 relie cette source à la vanne commandée 7 généralement grâce à un raccord rapide 6 par exemple du type STAURTT. La vanne 7 est mécaniquement cotttandée par la came 8 solidaire d'un organe d'entrainement de la plaque mobile de maniere à ce qu'elle ouvre le circuit de gaz lorsque l'obturateur vient en position fermée et le coupe à 1' ouver- ture de ce dernier. I1 peut être avantageux de prévoir en amont de la vanne 7 un mesureur de pression robuste 9 qui permet de contrôler lors du branchement du raccord 6 que la pression s'établit bien à une valeur suffisamment voisine de celle indi quée par le mesureur 3 et par conséquent de contrôler facilement que le circuit de gaz entre ces deux points n'est ni obstrué ni détérioré par des fuites impor- tantes. La vanne 7 est reliée à sa sortie à la partie mobile de l'obturateur 11 par une conduite souple 10. Le branchement de cette conduite sur le filtre 12 du régulateur de débit 13 devrait être réalisé à chaque montage de l'obturateur, sera avantageusement réalisé grâce à un raccord rapide par exemple du type STALBII. Le régulateur de débit sera fixé à sa sortie à l'entrée du dispositif d'introduction du gaz dans l'obturateur 15. 6. ETALONNhGE ET CONTRÔLE Le réglage et le contrôle du régulateur de débit peut facilement être effectué en dehors des temps d'utilisation, dans l'atelier de préparation des obturateurs si le régulateur est solidaire de la partie mobile de l'obturateur, ou sur le conteneur si le régulateur est solidaire du conteneur. Pour ces opérations de réglage et contrôle il suffit de disposer d'une source à une pression déterminée et d'un mesureur de débit. Un tel dispositif est sinople et peu encomburant. 7. AhENAGEPENnS RELATIFS AU DISPOSITIF D'INTRODUCTION DU GAZ DANS L'OBTURATEUR Généralement le gaz est introduit dans l'obturateur par 1 'intermé- diaire d'un bouchon en matière réfractaire perméable aux gaz, tôlé et muni à sa base d'une adduction de gaz. Ledit bouchon est maçonné dans l'orifice ménagé à cet effet dans la plaque mobile. La mise au point dtun dispositif de régulation tel que décrit dans la présente invention a permis de mettre en évidence qu'un tel bouchon poreux présente généralement une usure plus rapide que les plaques de l'obturateur. Une variante suivant l'invention dont un exemple est illustré par la figure 6, a pour objet un dispositif permettant de changer le bouchon poreux sans qu'il soit nécessaire de démonter l'obturateur.Pour ce faire, le support métallique de la plaque mobile est percé d'un orifice suffisant pour permettre le passage du bouchon poreux qui peut alors être extrait par l'extérieur de l'obturateur en se servant par exemple de l'adduction de gaz comme point de traction. Avant d'être mis en place le bouchon neuf est avantageusement recouvert d'une matière permettant d'assurer une bonne étanchéité au métal liquide, par exemple un morutier réfractaire de très fine gra nulanétrie ou tout autre matière adéquate. Le positionnement du bouchon neuf sera facilité si il est mis en place alors que son orifice est obstrué par la plaque supérieure de l'obturateur, ladite plaque faisant office de butée. Une fois mis en place le bouchon poreux est avantageusement recouert par un mortier réfractaire assurant d'une part une bonne sécurité en cas d'infiltration et d'autre part un blocage de la position du bouchon poreux. Ce blocage peut être de surplus garanti par un verrouillage mécanique interdisant tout mouvement du bouchon poreux tant vers le haut que vers le bas. Ledit verrouillage peut également être appliqué sur l'adduction de gaz solidaire du bouchon poreux. 1. Obturateur à tiroir pour poche de coulée ou tout autre conteneur dont le fond présente un trou de coulée, permettant de déverser un métal liquide, notamment de l'acier, cet obturateur comprenant une plaque réfractaire fixe, rigidement disposée sous le fond de la poche au moyen d'un cadre métallique et pourvue d'un perçage, ainsi qu'une plaque obturatrice réfractaire, glissant sur la précédente, montée dans un tiroir métallique disposé coulissant par rapport au dit cadre métallique et pourvue également d'un perçage, caractérisé par le fait que ladite plaque obturatrice 13 est pourvue, en dehors dudit perçage 12 d'au moins un second perçage 16 qui, en position fermée du tiroir 7, se place sous le perçage de la plaque fixe 10, et dans lequel débouche une conduite d'adduction de gaz, laquelle conduite est alimentée par une source de pression munie ou non d'un régulateur de pression en aval et en série duquel est introduit un régulateur de débit sans commande externe muni d'un petit orifice permettant de déterminer le débit de gaz introduit dans l'obturateur indépesianmeat des valeurs prises par la pression en aval dudit orifice. 2. Obturateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la section dudit orifice peut être réglée grâce à un pointeau obstruant plus ou moins totalement ledit orifice. 3. Obturateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le régulateur de débit est situé au voisinage immédiat du dispositif d'introduction de gaz dans l'obturateur de manière à diminuer le temps d' inertie du dispositif. -4. Obturateur suivant les revendications 1 et 3 et caractérisé par le fait que le régulateur de débit est protégé des poussières par un filtre en matériau fritté ou en grillage métallique. 5. Obturateur suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que le régulateur de débit est solidaire de la partie mobile de l'obturateur. 6. Obturateur suivant la revendication 3 et caractérisé par le fait que l'ouverture et la fermeture du circuit de gaz sont commandées par une vanne gouvernée mécaniquement par l'une quelconque des pièces mises en mouvement lors de la manoeuvre de l'obturateur. 7. Obturateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu' un appareillage séparé permet le réglage et le contrôle du régulateur de débit, cet appareillage comprenant au moins un appareil mesureur de débit et un appareil de régulation et de mesure de pression. 8. Obturateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif d'introduction de gaz dans l'obturateur est constitué d'un bouchon en matière réfractaire perméable aux gaz pouvant être monté sans qu'il soit nécessaire de démonter même partiellement l'obturateur.