Brevet FR2403134A1 — publié le 19790413

I1 est connu de munir les trous de coulée de poches de coulée ou réc pients destinés à contenir un métal en fusion tel que l'acier par exemple, d'obturateurs a tiroir dans lesquels une plaque céramique mobile percée dtau moins un trou glisse contre une plaque fixe munie d'un trou situé en regard du trou de coulpe du récipient , L'obturateur est en position ouverte lorsqu'il- y a coîncidence entre orifice de la plaque fixe et-un orifice de la plaque mobile. Dans de tels systèmes, les orifices dans les plaques sont de section6prédéterminées. Or, un problème fondamental pour 1 1homme de l'art est de pouvoir assurer la régulation du débit de métal à chaque instant durant la coulée, en particulier, pour le maintenir constant. Le débit de métal au travers de orifice de coulée dépend principalement de la section de cet orifice et de la pression exercée par le métal. La pression régie par la hauteur de métal dans le récipient diminue en cours de coulée et il est apparu in tressant de rechercher un effet compensatoire dans l'augmentation simultanée de la section de l'orifice de coulée. Plusieurs solutions plus ou moins satisfaisantes ont été proposées, par exemple : - on peut commander la section de l'orifice de coulée en agissant sur la position relative des plaques réfractaires de manière que la coincidence des orifices de ces plaques soit plus ou moins complète. Bien que ce procédé permette une régulation continue, l'expérience montre qu'il en résulte, entre autres, une usure accélérée des plaques réfractaires et une détérioration notable de la qualité du jet par rupture de sa symétrie. - l'utilisation de matériaux réfractaires a vitesse d'usure déterminée peut dans certain cas pallier la baisse de pression ferrostatique mais ce procédé d'une part manque de souplesse par l'absence de commande durant le cours même de la coulée et d'autre pert interdit toute réutilisation des parties réfractaires å usure rapide. - une autre solution utilisée consiste à disposer de plusieurs orifices de diamètres différentes sur la plaque mobile qui, placés au choix en coincidence avec l'orifice de la plaque fixe font effet de diaphragmes calibrés. Une telle solution presente l'inconvénient d'être intrinsèquement discontinue et nécessite généralement une infrastructure plus complexe et volumineuse. L'invention vise à pallier ces inconvénients en conservant au jet un axe de coulée fixe et une double symétrie d'écoulement et par ailleurs, et de préférence en dissociant la fonction fermeture de la fonction régulation de débit. A cet effet, l'invention a pour objet un obturateur à tiroir pour orifice de coulée de récipients destinés à contenir des produits à haute température, en particulier des métaux en fusion et caractérisé par le fait qu'il comporte deux plaques coulissant symétriquement par rapport a l'axe de coulée de manière à obturer plus ou moins totalement cet orifice tout en conservant au canal de coulée déterminé par ltornfice et l'espacement entre les deux plaques, au moins deux plans de symétrie orthogonaux. De préférence, dans une telle disposition, l'une des plaques coulissantes est susceptible de recouvrir totalement ll orifice, les deux plaques pouvant alors coulisser simultanément dans le même sens pour permettre a l'une d'elles d'obturer totalement l'orifice Selon une variante, il est prévlEune plaque supplemen- taire qui assure seule la fonction de fermeture, cette plaque pouvant être disposée en amont ou en aval des plaques assurant la régulation de débit. Ces dispositions ainsi que d'autres qui font partie de l'invention seront décrites plus en détail ci-après en se référant à titre d'exemple uniquement, à diverses formes de réalisation représentées dans le dessin annexé et dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un obturateur à tiroir conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe schématique d'un obturateur dans lequel une seule des plaques assure la fonction de fermeture; - la figure 3 est une coupe schématique d'un obturateur comportant un double système de plaques - les figures 4 et 5 sont des coupes analogues à celle de la figure 3, la plaque supplémentaire étant disposée en amont et étant solidaire ou non des plaques de régulation du débit ;; - la figure 6 est une représentation schématique des ouvertures rectangulaires déterminées par les plaques de régulation - la figure 7 est une vue en perspective d'un ensemble de plaques de régulation et de plaques latérales ; - la figure 8 est une coupe selon A-A de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue de dessus d'une forme de réalisation avec plaques à emboAltement - la figure 10 est une coupe selon B-B de la figure 9 ; - la figure Il est une variante de la figure 9 - la figure 12 est une coupe selon C-C de la figure 1; - la figure 13 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation d'un obturateur à plaques avec dispositif de commande ;; - la figure 14 est une vue de dessus correspondant à la figure 13 - la figure 15 est une variante de la figure 14. On a représenté à la figure i un récipient 1 destiné à recevoir du métal fondu, dont le fond comporte une plaque réfractaire 2 ayant un orifice 3 surmonté d'une busette réfractaire 4. En dessous du fond est situé le dispositif régulateur de débit qui commande la sortie du métal fondu. Ce dispositif est constitué de deux plaques réfractaires mobiles 5 et 6 qui coulissent sur la plaque fixe 2 symétriquement par rapport à son orifice. Ces plaques coulissantes présentent deux faces planes 7 et 8 en vis à vis pouvant être jointives selon le plan médian transversal de l'orifice 3.En écartant progressivement les plaques coulissantes 5 et 6, on découvre proportionnellement l'orifice 3 symétriquement par rapport son axe tout en conservant d'une part la position de l'axe du jet invariable et d'autre part, la symétrie du jet. Dans la pratique, les 2 faces de jonction 7 et 8 des plaques coulissantes 5 et 6 sont, à terme, érodées-par le passage au métal en fusion, ce qui risque de provoquer l'impossibilité d' une fermeture totale de l'obturateur. Une fermeture totale peut cependant facilement être obtenue En prévoyant dans la commande d'entraînement des plaques 5 et 6 la possibilité d'un coulissement simultané dans le même sens. Ce mouvement permet d'amener l'une des plaques 5 et 6, au moins, à recouvrir totalement l'orifice 3 de la plaque fixe 2 assurant ainsi une fermeture totale de la même manière qu'avec un obturateur à tiroir classique (figure 2). On notera que le mouvement de fermeture s'effectue dans le même alignement que le mouvement de régulation de débit. Par contre, l'amplitude du glissement qui, si orifice 3 présente une dimension maximum dans le sens du glissement égale à D, est égale à la demi-valeur de D pour la fonction "régulation de débit", doit être très supérieure pour la fonction "fermeture totale Dans les réalisations pratiques existantes, on utilise couramment une amplitude voisine de 2,5 D pour les orifices circulaires.Suivant les impératifs de la pratique, onutilise soit un ensemble symétrique permettant la fermeture totale alternativement sur l'une ou l'autre des plaques 5 et 6 d'où une utilisation optimisée des réfractaires, mais une-course et un encombrement plus importants, soit un système asymétrique ne permettant la fermeture totale que sur une seule des plaques coulissantes 5 et 6. il peut dans certains cas être avantageux de dissocier encore davantage la fonction de "fermeture'1 de la fonction de "régulation de débit" par lladjonction d'une plaque coulissante supplémentaire 8 généralement percée d'un orifice identique à celui de la plaque fixe 4. Cette plaque de fermeture 8 peut être placée en aval des plaques de régulation de débit 1 et 2 comme illustré sur la figure 3. L'ensemble des plaques réfractaires situées en amont de la plaque 8 et en particulier les plaques coulissantes 1 et 2 doivent être parfaitement jointives en tout endroit susceptible d'être en contact avec le métal de manière à assurer l'étanchéité du dispositif. C'est pourquoi il est généralement avantageux dans de tels dispositifs suivant l'invention de disposer la plaque coulissante 8 en amont des plaques 1 et 2 ce qui limite à une le nombre d'interfaces devant supporter la totalité de la pression exercée par le métal tout en restant parfaitement étanche Les figures 4 et 5 illustre deux variantes de dispositif suivant l'invention différenciées par le fait que les plaques coulissantes 5 et 6 assurant la régulation de débit sont solidaires du mouvement de la plaque coulissante de fermeture 8 (figure 4) ou indépendantes de celui-ci (figure 5). La seconde disposition qui conserve en permanence l'axe du jet et apparaît plus aisée à mettre en oeuvre,présente les inconvénients d'appliquer la même force d'appui élevée sur les interfaces entre les plaques fixe 2 et coulissante 8 d'une part et les plaques 5, 6 et 8 d'autre part, et en outre de rendre difficile le recyclage de la plaque 8 si l'on doit changer les plaques 5 et 6 . Il faut noter que pour un dispositif suivant l'invention, le jet, étranglé symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe de l'orifice de coulée, qui dans la majorité des cas actuellement existants est circulaire, prend une fois étranglé une forme proche du rectangle, ce qui est avantageux. En effet, la théorie et l'expérience montrent qu'è débit identique l'écoulement du métal a tendance à rester plus laminaire dans le cas d'un orifice rectangulaire que dans le cas d'un orifice circulaire. Afin d'obtenir des jets de coulée dont la section droite est de forme aussi voisine que possible du carré, il est avantageux, dans la mesure où la technologie de fabrication des réfractaires le permet, de réaliser la plaque fixe 2, la douille 4 (busette interne) et si le dispositif en est pourvu, la plaque coulissante 8 avec des orifices de section rectangulaire. On choisit avantageusement les dimensions L et 1 des orifices susmentionnés de telle manière qu'elles satisfassent la relation L = 1 dans laquelle x est le rapport entre les débits maximum et minimum prévus. Ce crtere permet de calculer les dimensions de l'ori- fice s'écartant le moins possible de la forme carrée pour le rapport de débit désiré. La figure 6 illustre un exemple de cette détermination pour un rapport x = 4. Certaines dispos;ltions peuvent,suivant l'invention, être prévus pour guider le jet latéralement en aval de la plaque fixe Z Dans une réalisation suivant l'invention illustrée par les figures 7 et 8, des plaques réfractaires 10 et Il indépendants des plaques coulissantes 5 et 6 sont disposées latéralement de chaque côté de ces dernières de manière à assurer la protection de l'infrastructure métallique de l'obturateur et à assurer le guidage latéral du jet. Alors qu'une étanchéité parfaite est nécessaire à l'interface 12 entre les plaques coulissantes 5 et 6 et la plaque fixe 2, les interfaces 13 entre les plaques coulissantes 5 et 6 d'une part et les plaques de guidage latéral 10 et Il d'autre part, revêtent une importance beaucoup plus secondaire.En effet, ces interfaces ne supportent que la pression dynamique normale exercée par le fluide en écoulement dans le canal et n'ont pas à assurer de rôle d'étanchéité. il suffit généralement de pièces brutes de moulage ou pressage alors que les interfaces 12 doivent généralement être rectifiées par usinage. Afin que l'orifice de coulée 3 de la plaque fixe 2 ne puisse être superposé aux interfaces 13, il est avantageux de réaliser des plaques coulissantes 1 et 2 ayant un espacement à la base supérieur à la largeur 1 de l'orifice 3. Quoique cela ne soit pas obligatoire, il peut être intéressant de positionner les plaques 10 et i1 de sorte que l'ori- fice.de l'obturateur (à la base) présente une section voisine de celle de l'orifice 3 Suivant la variante de l'invention illustrée par les figures 9 et 10, les plaques coulissantes 5 et 6 sont conçues de manière à s'emboîter l'une dans l'autre de manière que leur mouvement relatif découvre un orifice de section variable. La solution d'emboîtement en L illustrée par la figure 9 présente l'avantage de permettre également un serrage latéral. Les figures Il et 12 représentent un autre exemple ae réalisation où la plaque 6 se termine par deux bras formant un U à l'intérieur duquel pénètre la plaque 5. Le mouvement en sens opposé des plaques 5 et 6 s'obtient au moyen d'une seule commande linaire ainsi qu'il est représenté en 20 à la figure 13 qui montre le mécanisme d'entraînement d'un obturateur analogue à celui de la figure 11. Suivant cette disposition, le mouvement des plaques 5 et 6 est obtenu par l'intermédiaire de coulisseaux dont elles sont solidaires 14 et 15. La plaque coulissante 6 tenue dans le coulisseau 15 est appliquée et serrée contre la plaque fixe 2 par l'intermédiaire d'un couvercle 22. Le coulisseau 14 coulisse dans le coulisseau 15 et ils sont associés par une bielle 17 montée sur un axe 16 comme il est montré à la figure 14. Un serrage indépendant (non représenté) est appliqué directement sur le coulisseau 15 ou sur les glissières du coulisseau 14 de manière à contrôler la force d'appui de la plaque coulissante 1 contre la plaque fixe 4. Ce résultat peut être obtenu par serrage dynamométrique, ressort ou toute autre méthode adéquate. Si on se reporte à la figure 14, les coulisseaux 14 et 15 sont comme il a été dit, reliés entre eux par la bielle 16 qui est généralement symétrique par rapport à son axe central 17.Durant le fonctionnement en régulateur de débit, l'axe 17 de la bielle 16 est en position fixe dans un logement 18 prévu sur la came escamotable 19. La came 19, qui peut par exemple pivoter autour de l'axe 21 du couvercle 22, est maintenue en position par exemple par un ressort 23 ou tout autre mécanisme de rappel. Durant le fonctionnement en obturateur pendant lequel l'entraînement des plaques s'effectue dans le même sens, l'axe 17 est escamoté de son logement 18 et une poussée sur la commande 20 entraîne simultanément les coulisseaux 14 et 15 et la bielle 16. Si on ouvre l'obturateur à partir de la position fermée par traction sur la tige 20 et en conséquence sur le coulisseau 15, la bielle 16 étant libre et la plaque coulissante 1 sujette à des forces de frottement importantes contre la plaque fixe 4, le coulisseau 14 se déplace le plus possible en retrait du coulis seau 15. Une butée (27) est avantageusement prévue pour gouverner le retrait du coulisseau 14 et permet de prédéterminer l'écartement maximum des plaques coulissantes 1 et 2. Une autre butée est également prévue sur le couvercle, par exemple de manière qu'en ouverture totale l'axe de l'orifice de coulée coincide avec celui de l'orifice existant entre les plaque coulissantes 1 et 2.Ainsi, lorsque l'obturateur est manoeuvré de la position fermée à la position d'ouverture totale, l'axe 17 glisse sur la came 19 Jusqutà se trouver en coincidence avec son logement 18. Le ressort 23 agit alors sur la came 19 verrouillant ia position de l'axe 17. L'obturateur peut alors fonctionner en régulateur de débit. En effet, la manoeuvre dans le sens de la fermeture du coulisseau 15 entraîne par le jeu de la bielle 16 un mouvement symétrique inverse du coulisseau 14. A partir d'une course prédéterminée correspondant à la section minimale désirée pour l'orifice de coulée, la camel9 est escamotée. par exemple par 1' effet d'une contre-came 24 ménagée sur le coulisseau 15 et venant prendre appui en 25 sur la came 19. La géométrie de la contre-came 24 et de l'appui 25 détermine la course morte du vérin nécessaire à la libération de l'axe 17 de son logement 18. L'axe 17 étant libéré, il est possible de fermer ltob- turateur, la gouverne entraînant dans le même sens les coulisseaux 14 et 15 et la bielle 16. On remarquera que la bielle 16 doit être prévue pour fonctionner en traction ou en poussée de manière à permettre d' écarter ou de rapprocher à volonté les plaques coulissantes 1 et 2. Les liaisons 26 et 28 de la bielle 16 avec les coulisseaux 14 et 15 respectivement sont symétriques par rapport à l'axe 17 et décrivent lorsque le tiroir fonctionne en régulateur de débit, des arcs de cercle si on regarde la bielle 16 et des segments de droite si l'on regarde les coulisseaux 14 et 15. Bien que ces trajectoires soient voisines, il est généralement nécessaire de prévoir le rattrapage nécessaire par la prévision d'un jeu suffisant ou la réalisation d'un méplat sur les emboîtements des coulisseaux correspondant aux liaisons 26 et 28 de la bielle 16.Suivant une autre variante de l'invention illustrée par la figure 15, le mécanisme du mouvement relatif des coulisseaux 14 et 15 est assuré par l'intermédiaire d'un pignon denté 29 agissant sur des crémaillères 30 et 31 ménagées sur les coulisseaux 14 et 15. Pour le fonctionnement en régulateur de débit, la position de l'axe du pignon 29 est verrouillée grâce à un mécanisme de came semblable à celui décrit précédemment. Il en résulte un mouvement symétrique inverse des coulisseaux 14 et 15. Le fonctionnement en obturateur est obtenu en libérant l'axe du pignon 29 comme précédemment décrit. Dans la disposition illustrée par la figure 13, une busette fixe 32 est prévue solidaire du couvercle 22. Cette busette est avantageusement montée jointivement aux plaques coulissantes 5 et 6 pour éviter toute infiltration du fluide à ce niveau. On remarquera que si on excepte le joint entre les plaques coulissantes 5 et 6 qui doit rester parfaitement étanche malgré les pressions statique et dynamique du fluide, les joints. disposés en aval par rapport à ce dernier, à savoir : les joints latéraux entre ces mêmes plaques coulissantes 5 et 6 et les joints inférieurs entre ces mêmes plaques coulissantes et la busette fixe 32, ntont théoriquement à supporter aucune pression statique ni dynamique de la part du fluide. Cependant, il peut être intéressant de s'opposer à toute infiltration éventuelle dufluide par insufflation de gaz soit au travers d'éléments poreux réfractaires en amont des joints, soit au travers d-es joints eux-memes. REVENDICATIONS 1. Obturateur à tiroir pour orifice de coulée de récipients destinés à contenir des produits à haute température, en particulier des métaux en fusion et caractérisé par le fait que deux plaques coulissent symétriquement par rapport à l'axe de coulée de manière à obturer plus ou moins totalement cet orifice tout en conservant au canal de coulée au moins deux plans de symétrie orthogonaux. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des plaques coulissantes est susceptible de recouvrir totalement l'orifice de coulée. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une plaque supplémentaire assure la seule fonction de fermeture. 4. Dispositif suivant les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que la plaque de fermeture est située en amont des plaques coulissantes assurant la régulation de débit. 5. Dispositif suivant les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que la plaque de fermeture est située en aval des plaques coulissantes assurant la régulation de débit. 6. Dispositif suivant les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que les plaques coulissantes assurant la régulation de débit sont solidaires du mouvement de la plaque de fermeture. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le canal de coulée est de section rectangulaire. 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que des plaques réfractaires latérales sont rapportées pour assurer le guidage et/ou la protection du jet. 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dessin des plaques coulissantes est congu de manière à leur permettre de s'emboîter en dégageant seulement 1T orifice de section variable. 10. Dispositif suivant les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait que les plaques coulissantes ont la forme dtun L. 11. Dispositif suivant les revendications 1, 8 et 9, caractérisé par le fait qu'un serrage latéral est applique sur les plaques coulissantes. 12. Dispositif suivant les revendications 1 et 8 caractérisé par le fait que l'une des plaques coulissantes a la forme d'un U et que l'autre plaque s'embatte jointivement entre les branches du U. 13. Dispositif suivant les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait que l'orifice de coulée en amont des plaques coulissantes a une section différente de celle déterminée entre les joints d'embottement desdites plaques entre elles. 14. Dispositif suivant les revendications 1, 8 et 12, caractérisé par le fait que le contour des plaques est tel que la section de 11 orifice est contr8lée en aval de celui-ci. 15. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisd par le fait que la manoeuvre tant de la fonction de régulation de débit que celle d'obturation est réalisée par une commande unique. 16. Dispositif suivant les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait que chaque-plaque est portée par un coulisseau, l'un d'eux coulissant dans l'autre. 17. Dispositif suivant les revendications 1, 8 et 15, caractérisé par le fait que les plaques coulissantes sont serrées par des moyens convenables contre la plaque fixe, indépendants0 18. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que les coulisseaux sont liés entre eux par une bielle présentant un axe central et deux liaisons symétriques par rapport b cet axe, respectivement avec chaque coulisseau. 19. Dispositif suivant les revendications 15 et 16, caractérisé par le fait que les coulisseaux sont liés entre eux par un pignon denté agissant sur deux crémaillères ménagées respectivement dans chaque coulisseaue 20. Dispositif suivant la revendication 19, caractérisé par le fait qu'une came munie d'un moyen de rappel permet de bloquer la position de l'axe de la bielle ou du pignon denté lorsque l'obturateur est en position totalement ouverte. 21. Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé par le fait que la came de blocage précitée est escamotée par une contre-came ménagée dans l'un des coulisseaux, par exemple lorsque la section de l'orifice de coulée est réduite dans un rapport prédéterminé. 220 Dispositif suivant itune quelconque des revendications 15 b 21, caractérisé par le fait que les positions extrêmes des coulisseaux sont prédéterminées par des butées, et définissent le centrage de l'axe de coulée, ltécartement maximum et l'écartement minimum des plaques, 23. Dispositif suivant les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait qutune pression de gaz généralement neutre est appliquée à ltarrière des joints entre les plaques coulissantes et éventuellement entre ces plaques et 1a busette fixe pour éviter l'infiltration entre ces joints du fluide coulé.