Brevet FR2408417A1 — publié le 19790608

L'invention concerne un obturateur de déversement pour récipients métallurgiques, en particulier pour des fours de fusion ou des fours de maintien de tempe rature, possédant au moins une plaque de fond et une plaque d'obturation, pouvant se déplacer dans un sens et dans autre, et, si nécessaire, une plaque de fermeture, les orifices de déversement de ces plaques étant en alignement les uns avec les autres en position de déversement. Les obturateurs de déversement de ce genre ont pour but, à l'ouverture, de provoquer un processus de déversement, d'importance préréglée, et, å la fermeture, d'assurer une interruption sure de ltécoulement du métal. La construction de ces obturateurs de d4versement est généralement guidée par les propriétés du metal liquide, qui peut être par exemple de l'acier liquide, à une temperature d'environ 14800C, ou des métaux non ferreux, par exemple de l'aluminium liquide à environ 720-780 C. Les obturateurs de déversement de l'état actuel de la technique (Revue Technique "Iron and Steel Engineer", février 1973, pages 59 à 66) ne remplissent leur fonction que si le métal liquide traverse l'obturateur de déversement ouvert sans y rester longtemps, et que l'écoulement s'arrête quand le récipient est pratiquement vidé. En cas d'interruptions, des pertes de chaleur dans la zone de l'obturateur de déversement peuvent conduire à un refroidissement du métal liquide, tel que ce dernier atteint localement la zone de température de solidification, ce qui, selon le degré de refroidissement, porte atteinte au fonctionnement normal de l'obturateur de déversement, voire supprime complètement ce fonctionnement.Un processus de refroidissement de ce genre peut se présenter en quelques minutes, dans les obturateurs de déversement des poches de coulée d'acier des aciéries, à l'occasion d'une interruption non prevue du processus de coulée. Dans le cas des fours chauffés électriquement, on a certes un dispositif de chauffage, sous la forme d'une bobine d'induction entourant le four, qui assure l'amenée continue de chaleur, mais la plus grande partie de la chaleur n'est produite que dans la zone centrale du récipient. Dans les zones extérieures de la chemise du four, zones dans lesquelles est disposé l'obturateur de déversement, il manque une source de chaleur qui pourrait empêcher la congélation du métal liquide. Il a déjà été proposé de maintenir en mou- vement permanent, à l'aide de bobines agitatrices électriques, le métal liquide en écoulement annulaire.L'écoulement annulaire n'atteint cependant que rarement l'obturateur de déversement, qui est habituellement disposé à l'extrémité d'un espace en forme d'entonnoir, cet espace en forme d'entonnoir servant au rassemblement du métal liquide avant l'évacuation. De même, la couche isolante entourant le corps du four ne peut pas empêcher les pertes de chaleur dans la zone de l'obturateur de déversement. La disposition de l'obturateur de déversement sur la paroi extérieure du four conduit par ailleurs à un refroidissement naturel, ou à un prélzvement de chaleur, provoqués par l'air ambiant, dont la température crée toujours un fort gradient de température entre l'intérieur du four et l'extérieur. On connais aussi un dispositif qui, au lieu de la bobine d'agitation électromagnétique, utilise un bouchon, perméable aux gaz, installé dans l'orifice de coulée du récipient métallurgique, du gaz inerte, par exemple l'argon, étant introduit à travers le bouchon lors d'une interruption de la coulée, ce qui crée, par un moyen mécanique, un écoulement d'agitation dans la zone de l'obturateur de ddverse- ment. Dans ce cas, il n'est pas toujours possible de déplacer le métal liquide de l'intérieur du four vers l'extérieur, dans la zone de l'obturateur de déversement, de telle façon que soit maintenue constante la température voulue de fusion. Dans le cas de poches de coulée, on connais des obturateurs de déversement équipés de plaques coulissantes, présentant les inconvénients décrits ci-dessus. I1 existe d'autres inconvénients dans les fours de fusion ou les fours de maintien de température à chauffage électrique, par exemple pour métaux non ferreux, dont le vidage s'effectue par basculement. I1 est vrai que la possibilité, pour le four de fusion, de basculer, est nécessaire pour des raisons techniques, pour le remplacement et l'entretien des bobines électriques. Cependant, le basculement présente les mimes inconvénients que ceux décrits ci-dessus, pour ce qui est de la coulée du métal liquide.Le basculement provoque, dans la couche de laitier qui protège la masse fondue contre l'oxydation, des cavités qui se forment sur la surface du bain de fusion, par rupture, et qui conduisent à des défauts de qualité métallurgique. Le basculement rend par ailleurs plus difficile la régulation du débit de sortie du métal liquide, car la vitesse de basculement dépend principalement de la forme du récipient. La forme même du récipient ne reste pas constante, car des adhérences de laitier et des érosions par lavage sur la paroi céramique provoquent des modifications de forme. Cet inconvénient ne peut être que difficilement compensé par une régulation de l'angle de basculement. L'invention a pour but de créer un obturateur de déversement qui puisse aussi bien autre utilisé dans tous les récipients métallurgiques, qu'empêcher la solidification du métal liquide pendant la période d'obturation. L'invention concerne à cet effet un obturateur de déversement caractérisé en ce qu'au moins l'une des plaques présente à l'une de ses extrémités un raccordement électrique, que cette plaque forme une résistance électrique chauffante, et que l'autre raccordement électrique, formant le p8le opposé, est disposé sur une plaque de chauffage par résistance, ou à l'intérieur ou à l'extérieur du métal liquide, le récipient et/ou le métal liquide servant à l'amenée du courant électrique. L'obturateur selon 1 invention convient avantageusement, tout aussi bien aux poches de coulée, aux fours à basculement et aux fours fixes, comme ceux que l'on utilise en métallurgie. Le problème de la congélation du métal dans la zone de l'obturateur de déversement pendant les interruptions de la coulée est résolu gracie à la propriété, qui jusqu'ici n'avait pas été prise en considération, de la plaque d'obturation. Le matériau calorifuge, non conducteur de la chaleur, est habituellement un matériau céramique, et le matériau conducteur de l'électrécité se compose par exemple de graphite pulvérisé, qui, en plus de sa conductivité électrique, sert aussi de lubrifiant à haute température. La propriété de conductivité électrique n'avait pas encore été exploitée jusqu'à maintenant, et conduit, selon l'idée directrice de l'invention, à la possibilité d'utiliser des obturateurs coulissants, meme dans des fours métallurgiques qui, jusqu'à maintenant, ne pouvaient être ouverts ou fermés qu'au moyen d'obturateurs à bouchon, et ne pouvaient autre vidés que par basculement. Dans une autre réalisation de l'invention, la plaque chauffante à résistance, coulissante, peut être placée entre une plaque de fond et une plaque de fermeture, ce qui correspond à une réalisation en trois parties d'un obturateur de déversement. L'effet de chauffage de la plaque chauffante à résistance peut être encore renforcé si la plaque de fond et/ou la plaque de fermeture jouent elles aussi le rôle de plaques de chauffage par résistance. On obtient un effet de chauffage encore plus fort quand, les plaques de fond d'obturation et de fermeture étant disposées les unes au-dessus des autres, les raccordements électriques sont faits d'une part à la plaque de fond, d'autre part à la plaque de fermeture ou à la plaque d'obturation, les deux corps de plaque étant, dans chaque cas, conducteurs du point de vue électrique, Pour avoir une conductivité électrique au sens d'une résistance électrique chauffante, il faut seulement que la plaque de chauffage par résistance se compose d'un matériau céramique, avec incorporation de substances conductrices de l'électricité. Dans ce-sens, la plaque chauffante par résistance peut aussi être formée de matériaux de coulée, conducteurs de l'électricité et résistant à la chaleur, qui forment une résistance électrique. Dans une autre réalisation de l'invention, la plaque chauffante par résistance se compose de matériaux réfractaires non métalliques et conducteurs de l'électricité, par exemple des oxydes métalliques, des laitiers synthétiques difficilement fusibles, ou assimilé$. On peut éviter les pertes de chaleur au niveau de la plaque chauffante si la plaque de fond et la plaque de fermeture se composent de matériaux calorifuges, une couche supplémentaire de calorifugation pouvant être appliquée. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale de la disposition de principe d'une plaque de fond, d'une plaque d'obturation et d'une plaque de fermeture d'un obturateur de déversement pour récipients métallurgiques. - la figure 2 représente la même coupe que la figure 1, pour une autre réalisation de l'invention. La plaque de fond 1 présente un orifice d'écoulement la rattaché au fond ou à la paroi (non représentés) d'une poche de coulée, d'un four électrique de fusion ou de maintien de température ou d'un autre récipient métallurgique. La plaque de fermeture 2 est montée dans une enveloppe de tôle, non représentée. Entre la plaque de fond 1 et la plaque de fermeture 2 coulisse la plaque d'obturation 3, entraînée par un mécanisme, non représenté, pouvant le plus souvent se composer d'un piston hydraulique, avec un vérin. Les positions représentées sur les figures 1 et 2 correspondent à des positions d'obturation, l'orifice d'écoulement 3a étant décalé latéralement par rapport aux orifices d'écoulementla et 2a, en alignement l'un par rapport à l'autre. Dans a position d'obturation,du métal liquide se trouve à l'intérieur de l'orifice d'écoulement la et mouille la plaque d'obturation 3. Sans le dispositif selon l'invention, le métal liquide se trouvant à l'intérieur de l'orifice d'écoulement la se solidifierait rapidement. Ce processus est cependant empoché grâce à un chauffage réalisé à partir des éléments suivants : la plaque d'obturation 3 possède des raccordements électriques 4 et 5 pour courant alternatif ou continu, qui peuvent être conduits au réseau électrique 9 au moyen du commutateur 6 et des lignes 7 et 8, et auxquels peut être donc appliquée la tension électrique U. Quand on manoeuvre le commutateur Ó, il s'écoule un courant électrique de chauffage à travers la plaque d'obturation 3 entre les raccordements électriques 4 et 5, de sorte que la plaque d'obturation fait office de plaque chauffante (figure 1) et amène de la chaleur au métal liquide, ce qui empêche la solidification du métal. Dans une autre réalisation de l'invention, présentée sur la figure 2, il nty a que le raccordement électrique 4 qui se trouve sur la plaque d'obturation 3, l'autre raccordement électrique 5 se trouvant sur la plaque de fond 1, de sorte que la plaque de fond 1 et la plaque d'obturation 3 jouent le rôle de plaques chauffantes, en conduisant de la chaleur au métal liquide se trouvant dans l'orifice d'écoulement la pour empêcher la solidification mentionnée précédemment. L'invention peut ne pas être utilisée seulement pour des fours de fusion ou de maintien de température pour métaux non ferreux, mais aussi pour des poches de coulée d'acier, des convertisseurs d'aciéries, des fours électriques, des fours à induction électrique et assimilés-.Dans chaque cas particulier, il est aussi possible d'effectuer une regulation de la chaleur dans la plaque chauffante, gracie à un dispositif de refroidissement disposé sur le côté tourné vers le métal liquide, dispositif de refroidissement pouvant être par exemple formé d'un système d'eau de refroidissement. REVENDICATIONS 10) Obturateur de déversement pour récipients métalliques, en particulier des fours de fusion ou de maitien de température, avec au moins une plaque de fond et une plaque d'obturation, pouvant se déplacer dans un sens et dans l'autre, et, si nécessaire, une plaque de fermeture, les orifices d'écoulement de toutes les plaques étant en position de déversement, en alignement les uns avec les autres obturateur de déversement caractérisé en ce qu'au moins lWune des plaques (1, 2, 3) présente à 1Pune de ses extrémités un raccordement électrique (4), cette plaque formant une résistance électrique de chauffage, l'autre raccordement électrique (5) formant le pale opposé étant disposé sur une plaque chauffante par résistance, en une position opposée, ou a l'intérieur (la) ou à l'extérieur du métal liquide, le récipient et/ou le métal liquide servant à l'amenée du courant électrique 20) Obturateur de déversement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque coulissante (3) de chauffage par résistance est située entre une plaque de fond (1) et une plaque de fermeture (2) 30-) Obturateur de déversement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de fond (1) et/ou la plaque de fermeture (2) sont exécutées en tant que plaques de chauffage par résistance 40)Obturateur de déversement selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la plaque de fond, la plaque dçobturation et la plaque de fermeture (1, 3, 2) étant disposées les unes au-dessus des autres , les raccordements électriques (4, 5) se trouvent dUune part sur la plaque de fond (1) et d'autre part sur la plaque de fermeture (2) ou la plaque d'obturation (3), tandis que, dans chacun des deux cas, les deux corps de plaques sont conducteurs de l'électricité 50) Obturateur de déversement selon 1Pune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque de chauffage par résistance (3) se compose d'un matériau céramique contenant, en incorporation, des substances conductrices de l'électricité 60) Obturateur de déversement selon l une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la plaque de chauffage par résistance (3) se compose de matériaux de coulée conducteurs-de-l'éleetricité et résistant a la chaleur, matériaux formant une résistance électrique. 70) Obturateur de déversement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque de chauffage par résistance (3-) se compose de matériaux réfractaires non métalliques, conducteurs de la chaleur, comme par exemple des oxydes métalliques, des laitiers synthétiques difficilement fusibles ou assimilés 80) Obturateur de déversement selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que la plaque de fond (1) et la plaque de fermeture (2) se composent de matériaux calorifuges et/ou une couche de calorifugeage supplémentaire est appliquée.