Brevet FR2489724A1 — publié le 19820312

La présente invention est relative à un dispositif associé à un mécanisme de manipulation de l'extrémité d'un premier tube en matériau réfracta ire ou isolant réfractaire destinée à venir en contact avec l'extrémité d'un second tube, réalisé en un matériau similaire à celui du premier tube, pour permettre le passage d'un corps fondu, à haute température, dans lesdits tubes situés sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre, ledit dispositif, qui comprend deux bagues dont l'une est montée sur le mécanisme précité tandis que l'autre est associée au premier tube et qui peuvent avoir l'une par rapport à l'autre et par rapport aux axes des tubes au moins un déplacement angulaire. Le dispositif suivant l'invention est, en particulier, destiné à l'industrie sidérurgique où les exigences qualitatives exigent de protéger les jets de métaux liquides de tout contact avec l'air. Ledit dispositif est avantageusement associé à une installation de coulée continue (figure 1), où le métal en fusion, tel que de l'acier, doit s'écouler, à l'abri de l'air, d'une poche 1 vers un répartiteur 2, dans laquelle l'extrémité 3 du premier tube 4 susdit en matériau réfractaire vient s'emboiter sur l'extrémité 5 du second tube 6 précité, également en matériau réfractaire et constituant la busette collectrice de la valve 7 servant à ouvrir et à fermer la poche 1 contenant le métal fondu pour maintenir un niveau sensiblement constant dans le répartiteur 2. Le tube 4 doit etre manipulé pour sa mise en place, son remplacement mais aussi lorsqu' un incident de coulée, tel qu'obturation de tube, survient, Pour ce faire, on fait appel à un mécanisme 8 à bras articulé connu qui permet, d'une part, le dégagement du tube 4 des poche l, répartiteur 2 et tube 6 susdits et, d'autre part, d'assurer la jonction des tubes 4 et 6 lorsque le tube 4 est amené dans le prolongement du tube 6. On a tout d'abord utilisé, pour la manipulation du tube 4, une bague unique associée au mécanisme 8 et supportant ledit tube 4 en prenant appui sur l'évasement 9 présenté par ce dernier, Etant donné que le tube 6 (busette collectrice) suit les mouvements imprimés par la valve 7 lors des opérations d'ouverture et de fermeture de la poche 1, qui sont des mowements de translation ou de rotation suivant le système de valve utilisé, ledit tube 6 force le tube 4 à tourner autour de son axe vu la jonction assurée entre les deux tubes par le mécanisme 8 à bras articulé, cette rotation du tube 4 étant très importante lors de l'utilisation d'une valve rotative 7. Ce dispositif à bague unique présente le grave inconvénient d'entraîner le bris des tubes 4 et 6, du au couple de torsion qui se crée entre les tubes lors de l'actionnement de la valve 7, ce qui fait courir des risques sérieux au personnel conduisant l'installation et détruit l'étanchéité de la jonction des tubes avec pour résultat d'exposer le métal en fusion à l'air et, de ce fait,d'altérer ses qualités. Pour remédier à cet inconvénient, on a pensé à réaliser un dispositif comprenant deux bagues 10 et 11 qui s'emboîtent l'une dans l'autre et peuvent tourner l'une par rapport à l'autre, la bague 10 étant associée au mécanisme 8 tandis que la bague 11 supporte le tube 4 par son évasement 9. Bien que le montage des bagues 10 et 11 s'effectue avec un jeu permettant la dilatation circonférentielle de la bague 11, on s'est rendu compte que, lorsque l'installation est en service, les bagues 10 et 11 soit se déplacent très difficilement l'une par rapport à l'autre, soit grippent l'une sur l'autre; ce qui a pour résultat de créer un couple de torsion entre les tubes et d'entraîner le bris de ces derniers. Pour remédier à ce nouvel inconvénient, on a aussi pensé, pour réduire les frictions entre les bagues 10 et 11, de lubrifier les surfaces des bagues en contact avec des graisses résistant à la chaleur. Cette solution n'a apporté aucun résultat valable car, vu les températures de service extrêmement élevées, les graisses se fluidifient, s'échappent des bagues pour finalement se consumer. en brillant. On a aussi tenté, pour obtenir une liberté de mouvement entre les bagues 10 et 11, de réaliser au moins la bague 11 en un matériau réduisant les frictions, tel que le bronze ou la fonte. Cette mesure nta apporté aucune solution car les frictions, vu les pressions exercées sur les surfaces des bagues en contact, restent trop élevées et provoquent le blocage des bagues. On a encore tenté de disposer des roulements à billes entre les surfaces en contact des bagues 10 et 11. Cette solution s'est encore révélée inefficace et conduit à des bris des tubes dus au blocage des roulements à billes suite à l'accumulation de poussières dans ces derniers. L'invention a pour but de rémédier à ces inconvénients et de procurer un dispositif à deux bagues 10 et 11 dans lequel tout risque de friction entre les bagues est éliminé, ce qui élimine les risques de bris des tubes 4 et 6 et de rupture d'étanchéité entre ceux-ci et assure, par conséquent, une sécurité largement accrue du personnel servant l'installation ainsi qu'une coulée du métal fondu à l'abri de l'air. A cet effet, suivant l'invention, des moyens sont prévus pour créer, entre les surfaces des bagues tournées l'une vers l'autre, un coussin d'un fluide sous pression. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la bague montée sur le mécanisme est annulaire tandis que la bague associée au premier tube présente une partie annulaire destinée à venir se placer à l'intérieur de la bague montée sur le mécanisme, sensiblement coaxialement à cette dernière, et une partie annulaire surplombant la bague associée au mécanisme sur au moins une partie importante de sa surface, les moyens précités étant agencés pour que le fluide susdit exerce sur la bague associée au tube une pression ayant une composante dirigée vers les axes des tubes et une composante dirigée de la bague montée sur le mécanisme vers la partie annulaire de l'autre bague située en surplomb, la pression étant suffisante pour que les surfaces des bagues tournées l'une vers l'autre n'entrent pas en contact, de manière permanente. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représeF tent, à tire d'exemples non limitatifs, trois formes de réalisation particulières du dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une vue schématique, avec brisures partielles, illustrant une installation de coulée continue comprenant un dispositif visé par l'invention. La figure 2 est une vue en élévation et en coupe, avec brisures partielles, montrant le dispositif suivant l'invention. La figure 3 est une me en coupe suivant la ligne III - III de la figure 2. Les figures 4 et 5 sont des vues analogues à la figure 2 et illustrent deux variantes du dispositif montré aux figures 2 et 3. Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues. Dans le dispositif à deux bagues 10 et 11 suivant l'invention et représenté aux figures 2 à 5, on prévoit des moyens 12 pour créer, entre les surfaces 13, 14 et 15, 16 des bagues 10 et 11 tournées l'une vers l'autre, un coussin d'un fluide sous pression tel que de l'air comprimé. Ce coussin d'air a pour but de soSeverde la bague 10, associée au mécanisme 8 par une fourche 17 et des tourillons 18, la bague 11 supportant le tube 4 et de supprimer entre les surfaces susdites des bagues toute friction de sorte que ces dernières peuvent tourner librement l'une par rapport à l'autre. On permet, grace au coussin d'air, un mouvement relatif de rotation entre le tube 4 et la bague 10 associée au mécanisme 8 lors des opérations d'ouverture et de fermeture de la valve 7.Ce qui permet au tube 4 de rester en permanence en contact avec le tube 6, sans créer le couple de torsion entre les tubes qui provoquait leur bris, quelque soit le mouvement de déplacement du tube 6 accompagnant la valve, c'esF-à- dire un faible mouvement de translation dans le cas d'une valve du type tiroir ou un mouvement important de rotation, pouvant atteindre 360 degrés, dans le cas d'une valve du type rotatif. Outre l'élimination des frictions entre les bagues 10 et 11, le coussin d'air présente l'avantage de favoriser, par échappement de l'air sous pression, le refroidissement des bagues et de s'opposer à l'introduction des poussières entre les bagues. Ces avantages s'avèrent particulièrement importants lorsque le métal fondu est de l'acier dont la température est toujours supérieure à 14500C, le dispositif étant alors exposé aux radiations de l'acier liquide séjournant dans le répartiteur 2, aux poussières provenant des matières en poudre qui recouvrent cet acier ainsi qu'à la chaleur transmise par convection à partir du tube 4. Dans la forme de réalisation du dispositif suivant l'invention montrée aux figures 2 et 3, les surfaces 13 et 14 des bagues 10 et 11 sont cylindriques et ont avec les bagues le meme axe 19. Les surfaces 15 et 16 desdites bagues sont situées dans des plans parallèles qui sont perpendiculaires à l'axe 19 des bagues. Suivant l'invention et comme montré à la figure 4, les surfaces 13,14, 15 et 16 des bagues 10 et 11 sont des surfaces coniques ayant avec les bagues le même axe 19. Les moyens 12 créant le coussin d'air susdit sont aménagés dans la bague 10 et comprennent des canaux 20 et 21 régulièrement répartis dans la bague, débouchant respectivement, à l'une de leurs extrémités, sur les surfaces 13 et 15 de la bague 10 situées en regard des surfaces 14 et 16 de la bague 11, tandis que l'autre de leurs extrémités débouche dans un conduit périphérique 22 aménagé dans la bague 10 et alimenté en air sous pression par deux ouvertures 23 diamétraiement opposées. L'air circulant dans les canaux 20 et 21 crée une force dont la composante verticale assure la sustentation de la bague 11 et du tube 4 par rapport à la bague 10 et une composante radiale qui axe la bague 11 et le tube 4 qu'elle suppor.te par rapport à la bague 10, ce qui facilite la rotation de l'ensemble bague 11 et tube 4. Gr ce au coussin d'air, la bague 11, le tube 4 et le tube 6 restent immobiles les uns par rapport aux autres et sont rendus indépendants de la bague 10 associée au mécanisme 8. Tout effort de torsion entre les tubes 4 et 6 est ainsi éliminé et il n'y a donc plus aucun risque de briser les tubes lorsque le tube 6 accompagne la valve 7 dans ses déplacements d'ouverture et de fermeture. Les canaux 20 et 21 débouchent avantageusement au centre de cavités 24 régulièrement réparties qui sont réalisées dans les surfaces 13 et 15 susdites. Ces cavités 24 de la surface 13 sont, comme celles de la surface 15, avantageusement alignées suivant une circonférence dont le centre est situé sur l'axe 19, Les cavités de la surface 13 sont décalées radialement par rapport aux cavités de la surface 15, tout comme les canaux 20 et 21 qui y débouchent, la section totale des canaux 20 et 21 étant tout au plus égale à celle du conduit périphérique 22. La profondeur des cavités 24 est comprise entre 0,5 et 2mm et leur largeur 1 est sensiblement égale au tiers de la largeur 1' de la surface correspondante.La longueur L des cavités 24 est fonction de la pression de l'air utilisé, qui peut etre celle de l'air comprimé tel que distribué couramment dans les installations industrielles, et de l'effort à transmettre sur les surfaces précitées pour rendre la bague 11 libre par rapport à la bague 10. La distance d qui sépare deux cavités 24 immédiatement voisines est de l'ordre de 2 1. Pour réduire au minimum le débit d'air nécessaire à la constitution du coussin d'air, on peut avantageusement prévoir, comme montré à la figure 5, des moyens 25 pour créer des pertes de charge dans l'écoulement de l'air. Ces moyens 25 sont disposés au moins dans l'espace séparant les surfaces 13 et 14, celles-ci étant distantes, à froid, d'au moins 3 mm pour autoriser un mésalignement des tubes 4 et 6. Ces moyens 25 sont par exemple constitués par une bague annulaire 26 fixée à la bague 10. I1 doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre du présent brevet. On pourrait, au lieu de prévoir des canaux 20 et 21 aboutissant aux surfaces 13 et 15 de la bague 10, se contenter de canaux 21 aboutissant uniquement à la surface 15 de ladite bague 10. C'est ainsi que l'on pourrait notamment remplacer chacune des séries de cavités 24 par une rainure périphérique dans laquelle les canaux précités débouchent Le dispositif suivant l'invention pourrait avantageusement être utilisé pour manipuler des tubes 28 qui réuniraient le répartiteur 2, par l'intermédiaire de valves, à la lingotière 29 (figure 1) d'une installation de coulée continue. REVENDICATIONS.- 1. Dispositif associé à un mécanisme de manipulation 8 de l'extrémité 3 d'un premier tube 4 en matériau réfractaire ou isolant réfractaire destinée à venir en contact avec l'extrémité 5 d'un second tube 6, réalisé en un matériau similaire à celui du premier tube, pour permettre le passage d'un corps fondu, à haute température, dans lesdits tubes situés sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre, ledit dispositif, qui comprend deux bagues 10 et 11 dont l'une est montée sur le mécanisme précité tandis que l'autre est associée au premier tube 4 et qui peuvent avoir l'une par rap pcrt à l'autre et par rapport aux axes des tubes au moins un déplacement angulaire, étant caractérisé en ce que des moyens 12 sont prévus pour créer, entre les surfaces 13, 14, 15 et 16 des bagues 10 et 11 tournées l'une vers l'autre, un coussin d'un fluide sous pression. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bague 10 montée sur le mécanisme 8 est annulaire tandis que la bague 11 associée au Premier tube 4 présenteune partie annulaire destinée à venir se placer à l'intérieur de la bague 10 montée sur le mécanisme, sensiblement coaxialement à cette dernière, et une partie annulaire surpombant la bague associée au mécanisme sur au moins une partie importante de sa surface, les moyens 12 précités étant agencés pour que le fluide susdit exerce sur la bague 11 associée au tube une pression ayant une composante dirigée vers les axes des tubes et une composante dirigée de la bague 10 montée sur le mécanisme vers la partie annulaire de l'autre bague située en surplomb, la pression étant suffisante pour que les surfaces des bagues tournées l'une vers l'autre n'entrent pas en contact de manière permanente. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens 12 susdits comprennent des canaux 20 et 21 pour le passage du fluide réalisés dans la bague 10 montée sur le mécanisme, ces canaux, régulièrement répartis dans la bague, débouchant, à l'une de leurs extrémités, sur les surfaces de ladite bague 10 situées en regard des surfaces de la bague 11 associée au premier tube 4 tandis que l'autre de leurs extrémités est raccordée à une source de fluide sous pression. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les canaux 20 qui débouchent sur la surface 13 de la bague 10 tournée vers les axes des tubes sont décalés radialement par rapport aux canaux 21 qui débouchent sur la surface 15 de la bague 10 tournée vers la partie en surplomb de l'autre bague 11. 5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que des cavités 24 régulièrement réparties sont réalisées dans chacune des surfaces 13 et 15 précitées de la bague 10 et sont agencées de telle sorte que les canaux 20 et 21 susdits débouchent dans ces cavités. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les cavités 24, alignées suivant une circonférence dont le centre est situé sur l'axe de la bague 10, ont une profondeur comprise entre 0,5 et 2 mm, leur dimension, prise parallèlement aux axes des tubes pour la surface 13 de la bague 10 tournée vers lesdits axes et perpendiculairement à ces derniers pour la surface 15 tournée vers le surplomb précité, étant de l'ordre d'un tiers des dimensions correspondantes des surfaces, la dimension angulaire des cavités étant fonction de la pression du fluide utilisé et de l'effort à transmettre sur les surfaces des deux bagues 10 et 11 pour écarter ces dernières l'une de l'autre, la distance séparant deux cavités immédiatement voisines étant de l'ordre de deux fois supérieure à la dimension des cavités qui est de l'ordre d'un tiers des dimensions précitées des surfaces. 7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que chacune des surfaces susdites présente au moins une rainure périphérique 22, coaxiale à la bague, dans laquelle débouchent les conduits précités. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'un espace est prévu entre la partie annulaire de la bague 11, associée au premier tube 4, disposée à l'intoeieur de la bague 10 montée sur le mécanisme 8 et cette dernière bague, cet espace étant, à froid, d'au moins 3 mm. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens 25 sont prévus, au moins dans l'espace précité, pour créer des pertes de charge dans l'écoulement du fluide circulant dans cet espace. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second tube 6 précité est une busette collectrice faisant partie d'une valve 7 servant à assurer l'ouverture ou la fermeture d'un récipient 1 contenant un métal liquide, le premier tube 4 étant destiné à relier cette busette à un autre récipient 2 dans le contenu duquel il plonge afin d'éviter que le métal liquide s'écoulant entre les deux récipients soit en contact avec l'air.