Brevet FR2467651A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un dispositif pour déboucher l'orifice de coulée d'un récipient métallurgique, tel qu'une poche de coulée destinée à contenir de l'acier ou de la fonte en fusion. Lorsqu'on commence à remplir les poches de coulée par du métal en fusion, ce dernier au contact des parois froides de la poche, risque de se solidifier partiellement notamment au niveau de l'orifice de coulée de ces poches. De ce fait on est obligé de déboucher cet orifice de coulée en envoyant un jet d'oxygène par le dessous de cet orifice. Cette opération est extrêmement dangereuse car le débouchage peut intervenir d'une manière intempestive et entraîner une coulée de métal liquide dont le débit ne peut être contrôlé immédiatement par l'obturateur constitué par une quenouille placée au dessus de l'orifice de coulée, ou par une busette à tiroir disposée sous cet orifice de coulée. Cette coulée incontrôlée représente un grave danger pour le personnel placé à proximité du jet de métal en fusion. Dans le cas où l'orifice de coulée est équipé d'un manchon de coulée destiné à plongeraumoins en partie dans un récipient métallurgiqueteltutunrépartiteur de coulée placé sous la poche de coulée, l'opération de débouchage de l'orifice de coulée est encore plus compliquée car il est nécessaire d'enlever le manchon de coulée avant d'amener le chalumeau à oxygène sous l'orifice de coulée. Le fait d'avoir à enlever le manchon de coulée avant le débouchage de l'orifice de coulée puis d'avoir à remettre en place ce manchon une fois le débou- chage exécuté, entraîne une perte de temps considérable dans l'opération de coulée. I1 est bien entendu impensable d'exécuter le débouchage de l'orifice de coulée sans enlever ou sans déplacer le manchon de coulée.En effet,la longueur de ce manchon et le fait que celui-ci pénètre à l'intérieur du répartiteur de coulée placé sous la poche de coulée, rendent impossible l'engagement d'un chalumeau àoxygène ou à gaz oxydant analogue par dessous et par l'intérieur du manchon de coulée. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif facilitant considérablement le débouchage de l'orifice de coulée d'un récipient métallurgique, ce dispositif garantissant en outre une très grande sécurité pour le personnel chargé de ce débouchage. Le dispositif visé par l'invention pour déboucher l'orifice de coulée d'un récipient métallurgique, comprend une tubulure d'amenée d'oxygène ou gaz oxydant analogue et des moyens pour introduire cette tubulure dans l'orifice de coulée et amener l'extrémité libre de celle-ci en contact avec la masse solide qui obture l'orifice de coulée. Suivant l'invention, ce dispositif est carac térisé en ce que les moyens précités comprennent un tube monté de façon coulissante dans un manchon destiné à être raccordé à la tubulure d'amenée d'oxygène ou gaz oxydant analogue et à être placé sous l'orifice de coulée, ce tube comportant à l'opposé de son extrémité libre un orifice pour le passage de l'oxygène ou gaz oxydant analogue, des moyens étant prévus pour faire coulisser sous l'effet de la pression du gaz précité, ce tube vers l'orifice de coulée suivant une course suffisante pour que l'extrémité libre de ce tube vienne sensiblement au contact de ladite masse solide. Pour déboucher l'orifice de coulée, on place tout d'abord le manchon précite sous cet orifice. Ce positionnement peut être commandé à distance, de sorte que le personnel chargé de cette opération ne court aucun danger. I1 suffit ensuite de commander l'introduction de l'oxygène ou gaz oxydant analogue dans ce manchon. La pression de ce gaz fait coulisser le tube qui de ce fait pénètre à l'intérieur de l'orifice de coulée et arrive en contact avec la masse solidifiée. Le contact entre cette masse qui est le plus souvent incandescente et l'oxygène entraîne la fusion de cette dernière et par suite le débouchage de l'orifice de coulée. Selon une version avantageuse de l'invention, l'extrémité libre du tube porte une cartouche renfermant une composition pyrotechnique, un morceau de cordeau d'allumage étant placé à l'extrémité de cette cartouche opposée au tube, ce morceau de cordeau d'allumage étant en contact avec la composition pyrotechnique. Ce cordeau d'allumage est destiné à être allumé à l'extérieur ou à s'enflammer spontanément au contact avec la masse solide lorsque cette dernière est incandescente. La mise à feu de cette cartouche pyrotechnique permet d'obtenir un débouchage rapide, même lorsque la masse solidifiée est froide, ce qui est rarement le cas. Dans une application préférée de l'invention, un manchon de coulée est fixé de façon amovible sous l'orifice de coulée de façon que le métal liquide s'écoule par ce manchon de coulée. Selon une version préférée de l'invention, le dispositif de débouchage est fixé à demeure à l'intérieur du manchon de coulée précité, le manchon du dispositif étant disposé suivant l'axe de ce dernier. Le dispositif de débouchage étant fixé à demeure dans le manchon de coulée, il est inutile d'enlever ce dernier avant de mettre en place le dispositif de débouchage sous l'orifice de coulée. L'axe du manchon de coulée correspondant à celui du manchon du dispositif, l'axe de coulissement du tube du dispositif se trouve ainsi confondu avec celui de l'orifice de coulée. De ce fait, lors de la mise en place du manchon de coulée, l'axe de coulissement du tube du dispositif se trouve automatiquement aligné avec l'axe de l'orifice de coulée. D'autres particularités et avantages del'invention apparaitront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs La figure i est une vue en coupe partiélle du fond d'une poche de coulée, et de la partie supérieure d'un répartiteur de coulée entre lesquels est placé un dispositif de débouchage conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité du tube d'un dispositif conforme à l'invention portant une cartouche renfermant une composition pyrotechnique La figure 3 est une vue en coupe longitudinale, à échelle agrandie de la partie inférieure du manchon et du tube du dispositif représenté sur la figure 7, ainsi que du raccordement de ce manchon avec la tubulure d'amenée d'oxygène. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un manchon de coulée comportant un dispositif de débouchage conforme à l'invention fixé à demeure dans ce manchon de coulée La figure 5 est une vue de dessus du manchon de coulée et du dispositif représenté sur la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale partielle et à échelle agrandie du dispositif représenté sur la figure 4 La figure 7 est une vue en coupe partielle du fond d'une poche de coulée et d'un répartiteur de coulée placé en dessous et entre lesquels est disposée une variante du dispositif de débouchage conforme à l'invention. Dans la réalisation de la figure 1, la poche de coulée 1 renferme de l'acier liquide 2 et est placée au dessus d'un répartiteur de coulée 3. Le fond 4 de la poche de coulée 1, en brique réfractaire, comporte un orifice de coulée 5 qui debouche à I'extérieur par une busette 6. L'ouverture et la fermeture de l'orifice de coulée 5 sont commandées par un système de tiroirs 7 et 8, la busette 6 étant dans ce cas appelée busette à tiroirs. Sur la figure 1, une masse solidifiée 9 de métal et/ou de scories obture l'orifice de coulée 5. Entre le fond 4 de la poche de coulée 1 et le répartiteur de coulée 3 est placé un dispositif de débou charge 10 conforme à l'invention. Ce dispositif 10 comprend un tube 11 monté de façon coulissante dans un manchon 12 raccordé à une tubulure 13 d'amenée d'oxygène ou de gaz oxydant analogue. Le manchon 12 et le tube coulissant 11 sont disposés suivant l'axe de l'orifice de coulée 5. Le tube coulissant 11 comporte à son extrémité lia (voir figure 3) un orifice 14 permettant le passage de l'oxygène ou du gaz oxydant analogue. Sous l'effet de la pression de l'oxygène amené par la tubulure 13, le tube 11 peut coulisser vers l'orifice de coulée 5 suivant une course suffisante pour que l'extrémité libre 11b du tube 11 arrive à proximité de la masse solidifiée 9. L'étanchéité entre le manchon 12 et le tube 11 est réalisée au moyen d'un joint 15 fixé à l'extrémité 12a du manchon 12. L'extrémité libre llb du tube 11 porte une cartouche 16 (voir figures 1 et 2) renfermant une composition pyrotechnique 17. Cette cartouche 16 est fermée par une rondelle en matière plastique 18. Une autre rondelle en matière plastique 19 est disposée entre la composition pyrotechnique 17 et l'extrémité libre 11b du tube 11. Par ailleurs un morceau de cordeau d'allumage 20 (genre Bickford) est placé en contact avec la composition pyrotechnique 17 en faisant saillie axialement à I'extérieur de la cartouche 16. La composition pyrotechnique 17 peut comprendre par exemple un mélange exothermique de poudre d'allumage, de métaux reducteurs et d'oxydants. L'ensemble du dispositif 10, comprenant le manchon 12, le tube 11 et la cartouche16 est destructible au contact du métal liquide 2 qui s'écoule par la busette 6 après débouchage de l'orifice de coulée 5. Les matériaux dont est constitué le dispositif 10 ne doivent pas polluer le métal liquide. A cet effet, dans le cas où le métal liquide est un métal ferreux tel que de l'acier, ce résultat est obtenu en réalisant ensemble du dispositif en fer, en acier ou autre matériau fusible à une température inférieure à celle du fer. Dans la réalisation des figures 1 et 3 le manchon 12 est raccordé à la tubulure d'amenée d'oxygène par un coude 21 prolongé par un élement de tube 22 qui est lui-même fixé de façon amovible à un raccord 23 connecté à l'extrémité de la tubulure 13 d'amenée d'oxygène ou gaz oxydant analogue. Le raccord 23 est placé à une certaine distance d de l'axe du manchon 12, cette distance étant suffisante pour que le raccord 23 ne soit pas détruit par le métal liquide 2 s'écoulant par l'orifice de coulée 5 après débouchage de ce dernier. Dans la réalisation des figures 4 et 5 le dispositif de débouchage 24 est fixé à demeure à l'intérieur d'un manchon de coulée 25 destiné à être fixé de façon amovible sous la busette 6 de la poche de coulée, la partie inférieure de ce manchon de coulée étant destinée à plonger au moins en partie dans le répartiteur de coulée 3. Le dispositif de débouchage 24 comprend un manchon en deux parties 26, 27 (voir également figure 6) fixé dans l'axe du manchon de coulée 25 et un tube 28 monté de façon coulissante à l'intérieur du manchon 26, 27. Ce tube 28/porte une cartouche d'allumage 29 analogue à la cartouche 16 représentée sur la figure 2. La course du tube 28 ijuintérieur du manchon 26, 27 est suffisante pour que/la cartouche 29 portée par ce tube 28 puisse entrer en contact avec la masse solidifiée 9 qui obstrue l'orifice de coulée 5 de la poche 1. L'extrémité inférieure 28a du tube coulissant 28 comporte une ouverture 30 en forme d'onglet permettant le passage de l'oxygène qui est introduit latéralement dans le manchon 26,27. La fixation et le centrage du dispositif 24 à l'intérieur du manchon de coulée 25 sont assurés d'une part par des pattes 31 disposées en croix et fixées à la partie supérieure 26a du manchon 26, 27 et dont les extrémités 31a sont ancrées dans la paroi en matériau réfractaire du manchon de coulée 25. Cette fixation du dispositif 24 est réalisée d'autre part par un élément de tubulure 32 qui relie le manchon 26, 27 à la tubulure d'amenée d'oxygène 13 (non represeien,tiéremept figure 4), en traversant la paroi du manchon de coulée 25. Le raccordement entre cet élément de tube 32 et la tubulure d'amenée d'oxygène 13 est réalisé au moyen d'un raccord 33 fixé à l'extérieur du manchon de coulée 25. Le manchon de coulée 25 est avantageusement du type consommable tel que décrit dans le brevet français n0 75 36 832 du 2 Décembre 1975 au nom de Monsieur Henri Jean DAUSSAN. Dans l'exemple de la figure 7, le manchon 34 du dispositif de débouchage est constitué par un revêtement temporaire, destructible au contact du métal liquide 2 et appliqué à l'intérieur du manchon de coulée 35. Ce manchon ou revêtement comporter au voisinage de son extrémité 34a adjacente à la busette de coulée 6, un joint 36 par exemple en caoutchouc pour réaliser l'étanchéité ave le tube coulissant 37 monté à l'intérieur du manchon 34. Ce manchon ou revêtement 34 peut être réalisé par exemple en mousse de polyurethane ou de chlorure de polyvinyle,ou en pâte à papier mélangée/avec des fibres végétales et/ou organiques et/ou minérales de façon à être destructible à la température du métal liquide2 qui est déversé par la busette de coulée 6 dans le manchon de coulée 34 qui plonge dans le répartiteur de coulée 3. L'extrémité du manchon 34 du dispositif de débouchage, adjacente au répartiteur de coulée 3 comporte une portée tronconique 38 destinée à recevoir un embout 39 de forme tronconique complémentaire ménagé à l'extrémité d'une tubulure 40 d'amenée d'oxygène. Cette tubulure d'amenée d'oxygène 40 présente trois coudes successifs 40a, 40b, 40c définissant ensemble sensiblement un S. La distance L comprise entre le second 40b et le troisième coude 40c est comprise entre la distance dl comprise entre le fond 4 et l'extrémité libre 35a du manchon de coulée 35 et la hauteur H suivant laquelle le manchon 35 plonge à l'intérieur du répartiteur de coulée 3.Grace à ces coudes 40a, 40b et 40c, il est possible d'amener la tubulure 40 en contact avec la portée 38 du manchon 34 du dispositif de débouchage, malgré le faible espacement qui existe entre le fond 4 de la poche de coulée 1 et le bord 3a des parois latérales du répartiteur de coulée 3. On va maintenant expliquer en référence aux figures 1, 4 et 6 le fonctionnement d'un dispositif de débouchage conforme à l'invention. Le manchon de coulée 25 équipé du dispositif de débouchage 24 est supposé fixe sous la busette 6 dans l'axe de l'orifice de coulée 5 de la poche 1. On supposera également qu'à un moment donné de la coulée, l'orifice de coulée 5 est obstrué par une masse solidifiée 9 de métal et/ou de scories,comme indiqué sur la fig.l. Pour déboucher l'orifice de coulée 5, c'est à dire éliminer la masse solidifiée 9, on procède comme suit. On introduit de l'oxygène sous pression dans la tubulure 13. Cet oxygène pénètre par l'élément de tube 32 dans l'espace 26acompris entre la partie inférieure 26 du manchon et le tube coulissant 28 dont l'extrémité inférieure28a est au départ en contact avec le fond 26b du manchon. La pression d'oxygène soulève ce tube 28 qui coulisse ainsi vers l'orifice de coulée 5. En même temps de l'oxygène pénètre à l'intérieur du tube 28 parl'ouverture 30 en forme d'onglet. La cartouche 29 portée par l'extrémité du tube 28 s'engage dans la busette 6 et vient en contact avec la masse solidifiée 9.Etant donné que cette masse solidifiée 9 est généralement incandes cenle, le cordon d'allumage 29a de la cartouche 29 s'enflamme instantanément au contact de cette masse 9 incandescente en entraînant ainsi la mise à feu de la composition pyrotechnique contenue dans cette cartouche. L'élévation de température obtenue lors due l'inflammation de cette composition pyrotechnique entraîne la fusion quasi instantanée de la masse 9. Cette masse s'écoule alors par l'orifice de coulée 5 en libérant ainsi ce dernier. Le métal liquide2quis'écoule alors à nouveau par l'orifice de coulée 5 entraîne la destruction du dispositif de débouchage 24, c'est à dire du tube 28 et du manchon 26, 27 et de l'élément de tube 32, étant donne que ces derniers sont réalisés en un matériau tel que le fer fusible au contact de l'acier liquide. Lors d'une nouvelle opération de coulée, le manchon 25 est remplacé par un manchon neuf équipé d'un nouveau dispositif de débouchage 24. Ce dispositif de débouchage 24 est rendu opérationnel simplement en raccordant le raccord 33 fixé à lgextérieur du manchon de coulée 25 avec la tubulure 13 d'amenée d'oxygène. Lorsque la masse solidifiée 9 a une température trop basse pour enflammer directement le cordeau d'allumage 29a de la cartouche 29, il suffit au préalable d'allez mer ce cordeau 29a à l'aide d'une flamme ou autre dispositif d'allumage approprié. Le fonctionnement du dispositif de débouchage représenté sur la figure 7 est analogue à celui que l'on vient de décrire. Dans cette réalisation on amène l'embout 39 de la tubulure d'amenée d'oxygène 40 pliée sensiblement en S, en contact avec la portée tronconique 38 du manchon 34 appliqué à l'intérieur du manchon de coulée 35. L'oxygène sous pression amené par cette tubulure 40 provoque le coulissement du tube 37 vers la masse solidifiée 9. La suite du débouchage a lieu comme précédemment. Après débouchage le métal liquide 2 s 'écoule dans le manchon de coulée 35 en provoquant la destruction du revêtement ou manchon destructible 34, en dégageant ainsi le passage ménagé à l'intérieur de ce manchon 35. Les principaux avantages du dispositif de débouchage conforme à l'invention sont les suivants Le débouchage de l'orifice de coulée 5 d'une poche de coulée ou d'un répartiteur de coulée ou de tout autre récipient métallurgique est réalisé d'une manière efficace, sans risque pour le personnel placé à proxité du récipient métallurgique. Dans le cas où le récipient est muni d'un manchon de coulée, il est inutile de démonter ce manchon avant la mise en oeuvre de l'opération du débouchage. Le débouchage peut ainsi être effectué à tout moment sans pratiquemment interrompre la coulée. Dans le cas d'un dispositif de débouchage fixé à demeure dans un manchon de coulée, le positionnement correct du dispositif de débouchage par rapport à l'orifice de coulée est réalisé automatiquement en même temps que la mise en place de ce manchon de coulée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la tubulure d'amenée d'oxygène 13 peut encore comporter une vanne 41 à trois voies (voir figure 1) la voie 42 étant prévue pour l'amenée proprement dite de l'oxygène, la voie 43 pour ltéchappement, et la troisième voie 44 étant prévue pour l'amenée d'un gaz inerte tel que de l'argon. Ainsi après débouchage il est possible d > inter- rompre l'introduction de l'oxygène et d'amener au contact du jet de métal liquide 2 déversé par l'orifice de coulée 5, un gaz inerte tel que de l'argon. Un tel gaz inerte évite l'oxydation du jet de métal liquide. L'amenée de gaz inerte au contact du jet de métal est notamment intéressante dans le cas des réalisations des figures 4 et 7 où le métal liquide est déversé dans un manchon de coulée 25 ou 35. La disposition d'une cartouche d'allumage 16 ou 24 à l'extrémité du tube il ou 28 facilite la fusion de la masse solidifiée 9. Toutefois, lorsque cette masse 9 est portée à très haute température (voisine de celle du métal à l'état liquide), l'utilisation d'une cartouche 16 ou 24 n'est pas strictement indispensable, car dans ce cas, l'action de l'oxygène suffit à elle seule à entraîner la fusion totale de la masse solidifiée 9. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déboucher l'orifice de coulée d'un récipient métallurgique, comprenant une tubulure d'amenée d'oxygène ou gaz oxydant analogue et des moyens pour introduire cette tubulure dans l'orifice de coulée et amener l'extrémité libre de celle-ci eç contact avec la masse solide qui obture l'orifice de coulée, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent un tube monté de façon coulissante dans un manchon destiné à être raccordé à la tubulure d'amenée d'oxygène ou gaz oxydant analogue et à être placé sous l'orifice de coulée, ce tube comportant à l'opposé de son extrémité libre un orifice pour le passage de l'oxygène ou gaz oxydant analogue, des moyens étant prévus pour faire coulisser sous l'effet de la pression du gaz précité ce tube vers l'orifice de coulée suivant une course suffisante pour que l'extrémité libre de ce tube vienne sensiblement au contact de ladite masse solide. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité libre du tube porte une cartouche renfermant une composition pyrotechnique, un morceau de cordeau d'allumage étant placé à l'extrémité de cette cartouche opposée au tube, ce morceau de cordeau d'allumage étant en contact avec la composition pyrotechnique. 3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le manchon et le tube sont réalisés en une matière destructible au contact du métal liquide s'écoulant par l'orifice de coulée après débouchage de ce dernier, ce matériau étant non polluant pour ce métal liquide. 4. Dispositif conforme à la revendication 3; appliqué au cas où le métal liquide est un métal ferreux, caractérisé en ce que le manchon et le tube sont réalisés en un métal ferreux. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le manchon est raccordé à la tubulure d'amenée d'oxygène par un coude, le raccord entre ce coude et la tubulure étant placé à une distance du manchon suffisante pour ne pas être détruit par le métal liquide s'écoulant par l'orifice de coulee après débouchage de ce dernier. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, appliqué au cas où un manchon de coulée est destiné à être fixé de façon amovible sous l'orifice de coulée afin que le métal liquide s'écoule dans ce manchon de coulée, caractérisé en ce que le dispositif est fixé à demeure à l'intérieur de ce manchon de coulée, le manchon du dispositif étant placé dans l'axe de ce manchon de coulée. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon du dispositif est raccordé à la tubulure d'amenée d'oxygène par un élément de tube traversant la paroi du manchon de coulée, un raccord pour relier cet élément de tube à ladite tubulure d'amenée d'oxygène étant placé à l'extérieur du manchon de coulée. 8. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon du dispositif est constitué par un revêtement temporaire, destructible au contact du métal liquide, appliqué à l'intérieur du manchon de coulée, ce manchon du dispositif comportant au voisinage de son extrémité adjacente à l'orifice de coulée un joint pour réaliser l'étanchéité avec le tube coulissant, des moyens étant prévus pour amener en contact et de façon sensiblement étanche, l'extrémité de la tubulure d'oxygène avec l'extrémité du manchon du dispositif opposée à son extrémité précitée. 9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite extrémité du manchon du dispositif comporte une portée tronconique évasée vers l'extérieur et en ce que l'extrémité de la tubulure d'oxygène comporte un embout de forme complémentaire à celle de la portée tronconique précitée. 10. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 8 ou 9, le manchon de coulée étant destiné à plonger au moins en partie dans un récipient métallurgique placé sous le premier récipient, caractérisé en ce que la tubulure d'amenée d'oxygène présente trois coudes successifs définissant sensiblement un S, un premier coude étant proche de l'extrémité libre de la tubulure et la distance comprise entre les deux autres coudes étant comprise entre la distance comprise entre le fond du premier récipient métallurgique et l'extrémité du manchon de coulée et la hauteur suivant laquelle le manchon de coulée plonge dans le second récipient. 11. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la tubulure d'amenée d'oxygène comprend une vanne à trois voies, l'une pour l'amenée proprement dite de l'oxygène, l'autre pour l'échappement et la troisième pour l'introduction d'un gaz inerte.