Brevet FR2408418A1 — publié le 19790608

L'invention concerne un obturateur coulissant pour récipients métallurgiques, en particulier des fours de fusion ou des fours de maintien de chaleur, possédant une plaque coulissante, une plaque de fond et/ou une plaque de fermeture, des orifices d'écoulement étant prévus dans les plaques pour le mé tal de coulée. Les obturateurs de déversement de ce genre ont pour but, à l'ouverture, de provoquer un processus de déversement, dtimportance préréglée, et, à la fermeture, d'assurer une inter ruption store de l'écoulement du métal. La construction de ces obturateurs de déversement est généralement guidée par les propriétés du métal liquide, qui peut titre par exemple de l'acier liquide, à une température d'environ 1 4800 C, ou des métaux non ferreux, par exemple de 1'alumlnium liquide à environ 720 7800 C. Les obturateurs de déversement de l'état actuel de la technique (revue technique Liron 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'arrive 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 arrive localement dans la zone de température de solidification, ce qui, selon le degré de refroidissement, 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 prévue 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 ltobturateur de déversement, il manque une source de chaleur qui pourrait empêcher la bongêlation" du métal liquide. I1 a déjå été proposé de maintenir en mouvement 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 mime, la couche isolante entourant le corps du four ne peut pas empocher 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 prélèvement 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 connut égelement 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 déversement. Dans ce cas, il n'est toujours pas possible de déplacer le métal liquide de l'intérieur du four vers l'extérieur, dans la zone de 1 'obturateur de déversement, de telle façon que soit maintenue constante la température voulue de fusion. Dans le cas des poches de coulée, on connatt des obturateurs de déversement équipés de plaques coulissantes, présentant les inconvénients décrits ci-dessus. Il 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. Il 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 mêmes inconvenients que ceux decrits 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 mme 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 etre difficilement compensé par une régulation de l'angle de basculement. L'invention a pour but de créer un obturateur coulissant installé sur des récipients métallurgiques, pouvant être mieux réglé pour ce qui est de la qualité de métal liquide s'écou- lant par unité de temps, et, simultanément, de proposer des mesures contre une obstruction de l'obturateur coulissant pendant les temps plus ou moins longs d'arr8t, au cours desquels l'obturateur coulissant est fermé. L'invention a pour objet à cet effet, un obturateur coulissant du type ci-dessus, caractérisé en ce que la plaque de fond touche directement le métal liquide, par sa zone se trouvant au voisinage de son orifice d'écoulement, et que la plaque coulissante, par sa zone d'obturation qui, en position d'écoulement, est située au voisinage de l'orifice d'écoulement, est adjacente à la face de la plaque de fond qui n1 est pas dirigée du côté du métal liquide. La réalisation selon l'invention conduit donc à une augmentation de l'espace qui se remplit de métal liquide. L'augmentation de l'accumulation de métal liquide signifie aussi une augmentation de la température du métal liquide se trouvant dans la zone extérieure du récipient. La température dans la zone de l'obturateur coulissant est donc très proche de la température du métal liquide à l'intérieur du récipient. Cette température est transférée d'une manière avantageuse sur la plaque de fond et sur la plaque coulissante adjacente à cette dernière. Dès que la plaque coulissante se déplace pour se mettre en position d'obturation, le métal liquide ne touche plus, comme avant, une plaque coulissante froide, en perdant de la chaleur, ce qui conduisait à des processus de solidification non voulus. Au contraire, la température ne diminue que d'une manière négligeable, et ce, en fonction de l'écart entre la température et le point de solidification. Quand la plaque coulissante s'ouvre, il y a donc moins d'obstacles au niveau de l'ors fice d'écoulement, de sorte qu'il est possible d'avoir une régulation simple du débit d"écoulement, Selon le principe m8me de l'invention, il suffit, pour avoir une augmentation relative de la température, que la surface de la plaque de fond en contact avec le métal liquide ait une longueur égale à au moins 1,5 fois la course de la plaque coulissante. On peut encore plus améliorer les conditions de température si la plaque de fond et, éventuellement, la plaque coulissante, se composent d'un matériau ayant une conductivité thermique relativement élevée. Par contre, la plaque de fermeture peut fondamentalement exercer un effet de calorifugeage vers l'extérieur. I1 est dans ce cas intéressant d'avoir la plaque de fermeture composée, même à l'extérieur de la zone de son orifice d'écoulement, d'un matériau présentant une faible conductibilité thermique. Dans le plan perpendiculaire au plan d'écoulement, on peut, dans une amélioration de la réalisation de l'invention, amener une chaleur supplémentaire à la partie du métal liquide se trouvant dans la zone de l'obturateur coulissant. On obtient un chauffage avantageux selon l'invention gracie à la disposition, dans la zone du métal liquide limitée par la plaque de fond et, à la périphérie, par une maçonnerie en briques perforées, d'un dispositif de chauffage par induction entourant la zone du métal liquide et se trouvant dans le plan perpendiculaire à l'axe cen tral de l'orifice a d'écoulemènt. La description ci-après et les dessins annexés, se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale à travers un obturateur coulissant selon l'invention, en position fermée, - la figure 2 représente la même coupe que la figure I, pour l'obturateur coulissant en position ouverte. La chemise extérieure d'un récipient, qui peut etre une poche de coulée, un four de fusion ou un four de maintien de chaleur, entoure la maçonnerie 2. Seule est représentée, du récipient 1, la partie formant l'obturateur coulissant. L'envelop- pe 1 et une virole de fermeture 3 soutiennent la maçonnerie 2 et la maçonnerie extérieure en briques perforées 4. La maçonnerie intérieure en briques perforées 5 forment une chambre d'accumulation 6 pour le métal liquide 6a, chambre dont le diamètre est considérablement plus grand que celui de l'orifice d'écoulement 7a de la plaque de fond 7, et qui présente un volume plusieurs fois supérieur au volume de la colonne cylindrique surmontant la section de l'orifice d'écoulement 7a.Il règne donc dans la cham- bre d'accumulation 6 la température du métal liquide 6a, qui peut être de l'acier liquide à environ 1 5000 C, ou des métaux non ferreux liquides, comme l'aluminium, le zinc, ou assimilé. Dans la zone 7b dans la plaque de fond 7 règnent aussi les températures du métal liquide. La plaque de fond 7 transfère cette chaleur à la plaque coulissante 8, ce qui maintient chaude la zone 8a pendant les périodes d'ouverture de l'obturateur coulissant (figure 2). Dès que la plaque coulissante 8 est mise en position de fermeture (figure 1), l'orifice d'écoulement 8b ne se trouvant plus en alignement avec l'orifice d'écoulement 7a de la plaque de fond 7, la zone 8a de la plaque coulissante arrive en-dessous de l'orifice d'évacuation 7a de la plaque de fond 7, sans que cela puisse entratner une solidification, non voulue, du métal liquide 6a. La plaque de fermeture 9, qui sert, pour l'orifice d'écoulement 9a, de maçonnerie en briques perforées (non représentée) se composant d'un matériau calorifuge, est constituée en un matériau ayant une faible conductibilité thermique, par exemple de la céramique, ou de la céramique possédant un rev8tement supplémentaire, par exemple en laitier synthétique ou assimilé. L'amélioration de la possibilité de régulation de l'écoulement de déversement 10 (figure 2) est aussi en conséquence de la forme de la chambre d'acumulation 6. On peut obtenir une nouvelle amélioration gracie REVENDICATIONS 10) Obturateur coulissant pour récipients métallurgiques, en particulier fours de fusion ou fours de maintien de chaleur, possédant une plaque coulissante, une plaque de fond et et/ou une plaque de fermeture, des orifices d'écoulement étant prévus dans les plaques pour le métal de coulée, obturateur caractérisé en ce que la plaque de fond (7), par se zone (7b) se trouvant à c8té de son orifice d'écoulement (7a), est en contact direct avec le métal liquide (6a), la plaque coulissante (8), par sa zone (8a) située quand la plaque coulissante est en position de déversement, à c8té de l'orifice de déversement (8b), étant adjacente au côté de la plaque de fond (7) se trouvant du c8té opposé à la zone (7b) en contact avec le métal liquide. 20) Obturateur coulissant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (7b) de la plaque de fond, en contact avec le métal liquide (6a) a une longueur au moins égale à 1,5 fois la course de la plaque coulissante (8). 30) Obturateur coulissant selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la plaque de fond (7) et, éventuellement, la plaque coulissante (8), sont en un matériau présentant une conductibilité thermique relativement élevée, 40) Obturateur coulissant selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que la plaque de fermeture (9) est en un matériau possédant une faible conductibilité thermique meme à l'extérieur de la zone de son orifice d'écoulement (9a). 50) Obturateur coulissant selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'un dispositif de chauffage par induction (11), entourant la zone (6) du métal liquide et se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe central des orifices d'écoulement (7a, 8b, 9a) est disposé dans la zone du métal liquide (6a), formée par la plaque de fond (7) et, à sa périphérie, par une maçonnerie en briques perforées (4 ou 5).