Brevet FR2505037A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne un mécanisme d'obturation permettant le réglage de la coulée à ta sor- tie d'un récipient, par exemple par le trou de coulée d'un four. Lorsqu'un four à arc est habituellement vidé, le métal fondu et le laitier s'écoulent au-dessus de la lèvre de coulée du four lorsque celui- ci est incliné Le métal et le laitier descendent alors dans un chenal, le cas échéant, et se rassemblent dans une poche La pré- sence du laitier est un inconvénient considérable Ainsi, il est avantageux que le four puisse être vidé de son métal fondu et que le laitier reste en arrière. La disposition d'un trou de coulée placé bien au-dessous de la partie supérieure du four permet la coulée du seul métal fondu lors du pivotement du four Un obtura- teur d'un type ou d'une autre est nécessaire pour l'obtura- tion du trou de coulée jusqu'à ce que la coulée ait effec- tivement lieu Un obturateur pouvant être ouvert et fermé à volonté serait plus commode étant donné qu'il faciliterait le remplissage de plusieurs poches à partir d'une seule charge du four, et le four n'aurait à être incliné qu'une seule fois, au début de l'opération de vidange. En principe il semble qu'un obturateur coulissant pourrait convenir au réglage du courant évacué par le trou de coulée Cependant, aucun obturateur coulissant ne con- vient Le mécanisme connu d'obturation prend un espace considérable des deux côtés, c'est-à-dire dans la direction de déplacement de la plaque formant obturateur Il n'y a pas d'espace convenable dans la région du trou de coulée du four cependant, en partie à cause de la présence du chenal de coulée. L'invention concerne l'adaptation du principe d'un obturateur à plaque coulissante afin qu'il convienne à un trou de coulée d'un four, et un mécanisme dans lequel une plaque coulissante d'obturation est repoussée vers le trou de coulée et est déplacée alternativement depuis une position qui se trouve au-dessus du chenal. Plus précisément, l'invention concerne un méca- nisme d'obturation destiné à régler l'écoulement dumétal par une sortie d'un récipient, comprenant une plaque fixe ayant un orifice, une plaque associée coulissante d'obtura- tion destinée à recouvrir ou exposer l'orifice de la pre- mière plaque, en empêchant ou en permettant la circulation, cette plaque étant disposée obliquement, un organe de ma- noeuvre disposé obliquement par rapport à la plaque coulis- santeet destiné à déplacer celle-ci, un dispositif élas- tique destiné à repousser l'organe de manoeuvre contre la plaque coulissante afin qu'il repousse celle-ci contre la plaque fixe, et un dispositif de guidage de l'organe de ma- noeuvre afin qu'il se déplace suivant un trajet prédétermi- né, une partie de l'organe de manoeuvre coopérant avec la plaque coulissante se déplaçant dans un plan parallèle aux faces de contact des plaques d'obturation. Bien que l'obturateur selon l'invention convien- nent particulièrement bien à des fours, il s'applique aussi à d'autres récipients Ainsi, le faible encombrement du mécanisme d'obturation et l'emplacementd'un côté de l'orifice de coulée d'un récipient,de la structure qui est destinée à repousser et déplacer la plaque coulissante de manière alternative conviennent avantageusement à d'autres poches, paniers de coulée ou autres récipients à partir desquels un métal fondu doit être coulé. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se réfé- rant aux dessins sur lesquels: la figure 1 est une élévation d'un four à arc ayant un mécanisme d'obturation d'un four de coulée selon l'invention; la figure 2 est une élévation latérale de l'appa- reillage représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe agrandie de l'obturateur et du conduit qui y débouche, en provenance du trou de coulée; et la figure 4 est un schéma représentant des carac- téristiques géométriques du mécanisme d'obturation. On se réfère d'abord à la figure 3 qui représente une pièce rapportée 10 placée dans un trou de coulée d'un four et ayant un passage de circulation de section ovale. Un conduit intermédiaire 11 est placé en butée contre la pièce 10, de manière étanche, et il a un passage d'écou- lement dont la section change d'une section ovale à une section circulaire Une busette 12 est cimentée dans le conduit Il et un obturateur portant la référence générale 14 est placé à l'extrémité de la busette 12 opposée au trou de coulée, et y est fixé de manière étanche. L'obturateur 14 comprend essentiellement une pla- que fixe 15 ayant une ouverture de forme annulaire, et une plaque coulissante 16 en forme de disque, repoussée contre la première plaque Des pinces 17 (figure 1) maintiennent la plaque 15 en butée contre la busette 12 La plaque cou- lissante 16 est mobile vers le haut afin qu'elle découvre l'orifice 18 formé dans la plaque 15 et ouvre ainsi le canal de coulée, grâce à un organe 20 de manoeuvre qui est aussi destiné à repousser la plaque 16 contre la plaque 15. Lorsque le canal de coulée est ouvert par élévation de la plaque coulissante 16, le métal s'écoule hors du four dans la pièce 10, le conduit intermédiaire et la plaque fixe 15 et sort de cette dernière dans le chenal 21 de coulée. Le métal descend alors dans le chenal jusqu'à la poche ou jusqu'au récipient récepteur. Lorsque la plaque coulissante 16 est déplacée vers le haut afin que l'obturateur 14 soit totalement ouvert, elle parcourt une distance presque égale à son diamètre La largeur de la plaque annulaire 15, c'est-à-dire la diffé- rence entre ses rayons interne et externe, est notablement inférieure à la distance précitée Un dispositif est donc destiné à supporter la plaque coulissante 16 lorsqu'elle se déplace vers le haut Ce dispositif comprend une plaque 22 de poussée montée près de la plaque 15 sur l'organe 23 du châssis de l'obturateur La plaque 22 de poussée et la plaque fixe 15 ont des surfaces coplanaires 24, 25 de contact avec la plaque coulissante. On considère maintenant le mécanisme d'obtura- tion en référence aux figures 2 et 3. L'organe 20 de manoeuvre de la plaque coulis- sante 16 a deux fonctions D'abord, il repousse la plaque 16 contre la plaque fixe 15, grâce à des dispositifs élas- tiques 25 agissant sur l'organe de manoeuvre Ensuite, il assure le déplacement de la plaque 16 lorsqu'un dispositif 26 de manoeuvre est convenablement alimenté L'organe 20 de manoeuvre est une bielle faisant partie d'une tringlerie 28 réalisée de manière que l'extrémité inférieure de l'or- gane de manoeuvre se déplace suivant un trajet vertical lorsque le dispositif 26 de manoeuvre est commandé. Comme représenté, l'organe 20 de manoeuvre est incliné par rapport à la verticale et par rapport à l'or- gane 23 du châssis, et son extrémité inférieure est couplée à la plaque coulissante L'accouplement comprend un axe 30 qui se loge dans un étrier 31 faisant partie d'un patin 32 monté dans un cavité 33 formée dans la plaque coulissante 16 (figure 3). En un point intermédiaire de sa longueur, l'organe de manoeuvre est articulé sur un levier 34 auquel il est fixé, autour d'un arbre 35 qui tourillonne par rapport à un second organe 36 du châssis du mécanisme. L'organe 20 de manoeuvre dépasse du levier 34 et son extrémité supérieure 38 est couplée à l'organe 23. Le dispositif élastique 25 qui constitue une bielle élas- tique, relie la première bielle à l'organe 23 par l'inter- médiaire d'un levier 39 et d'un arrangement 50 à genouil- lère, décrit dans la suite du présent mémoire Le dispo- sitif élastique est articulé à ses extrémités opposées sur le levier 39 et l'extrémité 38 respectivement. Le dispositif élastique 25 comprend plusieurs ressorts de compression, par exemple 10 ou 12, qui sont enfilés sur un nombre correspondant de boulons maintenant deux plaques 42 de poussée en coopération Ces plaques 42 ont chacune un étrier ou un oeillet 43 en saillie permet- tant la fixation du dispositif élastique au levier-39 et à l'extrémité 38 Dans la position de travail représentée sur la figure 2, le dispositif élastique est comprimé et il a tendance à faire tourner l'organe 20 de manoeuvre dans le sens anti-horaire autour de l'articulation sur le levier 34 Ainsi, l'extrémité inférieure de l'organe est repoussée vers le trou de coulée, et la plaque cou- lissante 16 est repoussée en contact ferme et étanche con- tre la plaque fixe 15. Le dispositif élastique 25 peut comprendre plu- sieurs rondelles Belleville àla place des deux ressorts hélicoidaux le cas échéant. Le dispositif 26 de manoeuvre est articulé par un levier coudé 46 sur la tringlerie 28 afin qu'il déplace la plaque coulissante entre la position ouverte (levée) et sa position fermée (baissée) Le levier coudé 46 est fixé à une extrémité sur l'arbre 35 auquel le levier 34 est aussi fixé Le dispositif 26 de manoeuvre est articulé à l'extrémité opposée du levier coudé 46 et, lorsque cette extrémité se déplace vers le haut, l'arbre 35 tourne dans le sens horaire, avec le levier 34 Ce déplacement provoque le déplacement de l'organe de manoeuvre 20 et de la pla- que coulissante 16 vers le haut si bien que l'obturateur est ouvert. Comme indiqué sur les dessins, le dispositif 26 de manoeuvre est un vérin pneumatique ou hydraulique Il a une tige 47 de piston articulée sur le levier coudé 46 et son corps 48, à l'extrémité opposée à la tige, est articulé sur une patte 49 montée sur l'organe 23 du châssis. L'utilisation d'un tel dispositif de manoeuvre est classique pour la commande des obturateurs coulissants, mais d'autres dispositifs de manoeuvre peuvent le remplacer. Par exemple, le levier coudé 46 peut étre commandé par un levier manuel convenable ou méme remplacé par un tel levier. La tringlerie 28 qui comprend l'organe 20 de manoeuvre, le levier 34 et le dispositif élastique 25, agit sensiblement comme un dispositif à déplacement parallèle. Les propriétés géométriques du levier 34 et du dispositif élastique 25 sont telles que l'organe 20 de manoeuvre doit se déplacer parallèlement à lui-même De cette manière, l'extrémité inférieure du dispositif de manoeuvre se déplace verticalement avec la plaque coulissante et les variations de poussée exercées par ce dispositif sur la plaque coulis- sante 16 restent comprises entre des limites de sécurité lorsque la plaque se déplace verticalement sous la commande de l'organe 20 de manoeuvre. Le dispositif élastique 25 joue le rôle d'une bielle pivotante dans la tringlerie 28 Il pivote dans le même sens que le levier 34 autour d'un dispositif 51 de fixation qui se trouve à l'extrémité libre du levier 39 qui est articulée en 52 sur l'organe 23 du châssis Cepen- dant, en utilisation normale, le levier 39 ne peut pas pivoter autour de l'articulation 52 à cause de l'arrange- ment 50 à genouillère Les forces créées par le dispositif élastique 25 ont tendance à faire tourner le levier 39 dans le sens anti-horaire autour du pivot 52 Cette rota- tion est cependant empêchée par le genouillère 50 qui joue le rôle d'une entretoise placée entre le levier 39 et l'organe 23 du châssis, étant donné que la genouillère prend appui contre une butée 53 Le dépassement de la po- sition d'alignement de la genouillère serait nécessaire si le levier 39 devait se déplacer dans l'autre sens autour du pivot 52, si bien que ce déplacement rencontre une ré- sistance et est même empêché par une goupille amovible 54 de sécurité Lors du fonctionnement normal, les différents éléments gardent la configuration représentée sur la fi- gure 2, lorsque le dispositif 51 de fixation ne se déplace pas. Parfois, l'une au moins des plaques 15, 16 doit être remplacée La poussée appliquée par le dispositif élastique sur la plaque 16 dépasse normalement 5 104 N lors du réglage à obturateur fermé, et cette poussée doit être supprimée lors de l'entretien L'opération est réalisée par dégagement du dispositif 51 de fixation, par manipula- tion de la genouillère 50 et pivotement de son centre. Ensuite, les leviers pivotent afin qu'ils dépassent la po- sition d'alignement de la genouillère 50 si bien que le levier 39 peut pivoter dans le sens anti-horaire autour du pivot Ce mouvement s'accompagne du relâchement du dispo- sitif élastique 25 qui peut alors être avantageusement déconnecté du dispositif 51 de fixation Lorsque le rappel élastique a été supprimé de cette manière, l'organe 20 de manoeuvre peut être écarté par pivotement à distance de l'obturateur et peut donner un accès libre à celui-ci Le rétablissement du rappel élastique s'effectue pratiquement par un processus inverse de celui qui vient d'être décrit. Dans le mode de réalisation considéré, la tringle- rie 28 donne un mouvement qui n'est qu'approximativement parallèle En effet, les connexions de l'organe 20 de ma- noeuvre, du levier 34 et du dispositif élastique 25 ne dé- crivent pas des arcs de cercle de même rayon autour de centres passant par l'arbre 35 et le point 51 de fixation. La configuration géométrique du système, c'est-à-dire les longueurs respectives du levier 34 et du dispositif élas- tique 25, ainsi que les positions des centres 35 et 51 de pivotement, réduisent au minimum les variations de l'obli- quité de l'organe de manoeuvre 20 lorsque le dispositif 26 de manoeuvre s'allonge ou se rétrécit En conséquence, la force de poussée ou rappel agissant sur la plaque cou- lissante varie mais uniquement entre des limites de sécurité et elle est maximale lorsque l'obturateur 14 est fermé. On considère maintenant un exemple particulier de configuration d'un système à obturateur de trou de coulée réalisé selon l'invention, comme représenté sur la figure 4. Dans cet exemple, la plaque coulissante de l'ob- turateur a un diamètre de l'ordre de 335 mm et une course ou un trajet de 320 mm entre ses positions d'ouverture et de fermeture. Le dispositif élastique 25 comprend 12 ressorts hélicoïdaux de compression, et il a une longueur de 385 mm lorsqu'il est relaxé et de 360 mmn lorsqu'il est comprimé. La charge appliquée à chaque ressort est de 4,23 10 4 N, et les ressorts repoussent les plaques de poussée 43 à dis- tance l'une de l'autre avec une force totale de 4,98 10 4 N. Si l'on prend la face gauche A de l'organe 23 du châssis et l'axe central B du passage de coulée comme références, le mécanisme a les dimensions suivantes. la distance séparant les deux axes d'articula- tion du levier 34 est de 632 mmn, et l'axe de pivotement formé par l'arbre 35 est centré à 600 mmn au-dessus de la référence B et à 214 mmn à droite de la référence A. dans la position normale de travail, l'axe de pivotement du point de fixation 51 est centré à i 116 min au-dessus de B et à 332 mmn à gauche de A. le point 52 d'articulation du levier 39 se trouve à 80 mmn à gauche de A et à 1 368 mmn au-dessus de B. la genouillère 50 est raccordée par un axe d'articulation à une patte 58 solidaire de l'organe 53 l'axe est centré à 80 min à gauche de A et à 1 017 mmn au- dessus de B La connexion entre la genouillère 50 et le levier 39 se trouve à 248 min de l'articulation 52, la dis- tance entre cette dernière et le centre du point-fixe de fixation étant de 356 mmn Les bielles de la genouillère ont chacune des ouvertures d'articulation distantes de 125 mmn. Enfin, l'organe 20 de manoeuvre a une longueur de 1 100 mmn, le levier 34 étant articulé sur celui-ci au- tour d'un centre qui se trouve à 580 mmn du centre de f ixa- tion du dispositif élastique 25 sur lui et à 520 mm de l'axe 30 qui couple l'organe 20 de manoeuvre à la plaque coulissante 16; l'axe 30 est centré à 170 mmn à gauche de A. Lors du fonctionnement, lorsque le levier 34 pivote dans le sens horaire ou anti-horaire sur l'arbre , l'organe 20 de manoeuvre se déplace en direction sensi- blement parallèle à lui-même, le mouvement de son extrémité inférieure étant limité à un plan vertical L'articulation du levier 34 et de l'organe de manoeuvre se déplace suivant un trajet courbe C alors que l'articulation du dispositif élastique 25 et du dispositif de manoeuvre se déplace sui- vant un trajet courbe à peu près parallèle D. La force appliquée par le dispositif élastique 25 sur l'organe 20 de manoeuvre, perpendiculairement à celui-ci, est maximale dans la position de fermeture de l'obturateur Lorsque l'obturateur est ouvert, la compo- sante normale de la force diminue étant donné le pivotement du dispositif élastique 25 autour du point 51 de fixation, ce pivotement réduisant l'angle formé par le dispositif élastique et l'axe longitudinal de l'organe de manoeuvre 20. En conséquence, la force appliquée en direction normale à cet axe par l'organe 20 de manoeuvre sur la plaque coulis- sante 16 diminue de manière analogue lors de l'ouverture de l'obturateur 14. Le tableau qui suit indique les forces appliquées lorsque la plaque coulissante est levée de sa position de fermeture ( 1) à la limite de sa course ( 9), les autres posi- tions étant régulièrement réparties entre les deux posi- tions précédentes. Force appliquée Force appliquée Composante par le disposi à la plaque cou normale de tif élastique lissante perpen poussée ap- osition sur l'organe de diculairament à pliquée à la manoeuvre, en l'organe de ma plaque cou- direction per noeuvre lissante pendiculaire N 104 N 104 N 9 2,59 2,89 2,62 8 3,15 3,51 3,15 7 3,60 4,02 3,55 6 3,98 4,44 3,90 4,34 4,84 4,25 4 4,60 5,13 4,50 3 4,74 5,29 4,66 2 4,85 5,41 4,80 1 4,94 5,51 4,95 Dans cet exemple, le facteur d'augmentation de force par multiplication, introduit par l'organe 2 U de ma- noeuvre, est égal à 580/520 soit 1,115. La description qui précède montre que le disposi tif de rappel de la plaque coulissante 16 en contact étan- che avec la plaque fixe 15 et le dispositif destiné à écar- ter la plaque 16 afin que l'obturateur 14 s'ouvre sont dis- posés d'un côté du mécanisme et d'un côté du passage de coulée L'obturateur s'impose donc de lui-même dans tous les cas ou l'espace disponible est limité à un seul côté d'un passage de coulée Ainsi, l'utilisation d'un tel obturateur n'est pas limitée au réglage du trou de coulée d'un four. D'autres variantes sont possible Par exemple, le dispositif de manoeuvre peut agir autrement que par l'intermédiaire du levier 46 et de l'arbre 35 lorsqu'il déplace la tringlerie 28 Ainsi, dans une variante, le dis- positif de manoeuvre peut être couplé à l'axe 30 En prin- cipe, le dispositif élastique 25 peut agir sur l'organe de manoeuvre 20 en tout point compris entre le levier 34 et la plaque coulissante 16, le dispositif élastique travail- lant alors en tension Les positions du levier 34 et du dispositif élastique peuvent alors être échangées. Dans le mode de réalisation particulier consi- déré, la tringlerie est réalisée de manière que l'extrémité inférieure de l'organe 20 de manoeuvre se déplace vertica- lment Dans une variante, la tringlerie 28 peut être rem- placée par un guide vertical dans lequel se déplace l'ex- trémité inférieure de l'organe de manoeuvre 20. L'ensemble du four et de l'obturateur est tel que l'obturateur 14 et son mécanisme sont disposés entre la paroi 70 du four et le chenal 21, l'obturateur étant relié par un conduit convenable au trou de coulée du four. Le montage du mécanisme d'obturation sur la paroi du four peut être réalisé de diverses manière, cette fixation n'en- trant pas elle-même dans le cadre de l'invention. Bien entendu, diverses modifications peuvent il être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Mécanisme d'obturation destiné au réglage d'un courant de métal provenant de la sortie d'un récipient, le mécanisme comprenant une plaque fixe ayant un orif Loe etune plaque coulissante complémentaire d'obturation destinée à recouvrir ou à exposer l'orifice de la première plaque afin que l'obturateur soit ouvert ou fermé, ledit mécanisme étant caractérisé en ce qu'il comprend un organe de ma- noeuvre ( 20) disposé obliquement par rapport à la plaque coulissante ( 16) et destiné à déplacer celle-ci, un dis- positif élastique ( 25) repoussant l'organe de manoeuvre ( 20) contre la plaque coulissante ( 16) afin que celle-ci soit repoussée contre la plaque fixe ( 15), et un dispositif ( 28) de guidage de l'organe de manoeuvre ( 20) afin qu'il se déplace d'une manière telle qu'une partie de l'organe de manoeuvre ( 20) qui coopère avec la plaque coulissante ( 16) se déplace dans un plan parallèle aux faces en contact des plaques de l'obturateur. 2 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de guidage de l'organe de manoeuvre est un dispositif ( 18) à déplacement parallèle, si bien que l'obliquité de l'organe de manoeuvre ( 20) est conservée pendant son déplacement au cours de l'ouverture et de la fermeture de l'obturateur ( 14). 3 Mécanisme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de guidage de l'organe de manoeuvre ( 20) est une tringlerie ( 28) dont fait partie l'organe de manoeuvre ( 20), la tringlerie ( 28) comprenant deux leviers oscillants ( 34, 25) articulés chacun sur l'organe de manoeuvre ( 20) et sur une structure de support ( 23) du mécanisme. 4 Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un des leviers ( 25) est une bielle à ressort et constitue le dispositif élastique qui rappelle l'organe de manoeuvre ( 20) contre la plaque coulissante ( 16). Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bielle à ressort ( 25) est articulée en un point fixe ( 51) porté par la structure de support ( 23) et rete- nu sur elle par une tringlerie à genouillère ( 50) des- tinée à libérer le point fixe ( 51) et à supprimer ainsi le rappel de l'organe de manoeuvre ( 20) par la bielle élas tique ( 25). 6 Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que le point fixe ( 51) se trouve sur un levier ( 39) articulé sur la structure de support ( 23) mais dont le pivotement est normalement empêché par la tringlerie à genouillère ( 50). 7 Mécanisme selon l'une quelconque des revendica- tions 4, 5 et 6, caractérisé en ce que la bielle élastique ( 25) agissant sur l'organe de manoeuvre ( 20) est comprimée et elle est plus éloignée de la plaque coulissante ( 16) que l'autre levier ( 34) de la tringlerie ( 28). 8 Mécanisme selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 7, caractérisé en ce que les longueurs des le- viers de la paire ( 34, 25) et les positions des articula- tions ( 35, 51) de ces leviers sur la structure de support ( 23), par rapport au plan des faces de contact des plaques ( 15, 16) de l'obturateur,sont telles que l'obliquité de l'organe de manoeuvre ( 20) est conservée lorsque cet organe se déplace en ouvrant ou fermant l'obturateur ( 14). 9 Macanisme selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de manoeuvre ( 26) destiné à déplacer l'organe de manoeuvre ( 20). Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre ( 26) est un vérin hydraulique ou pneumatique. 11 Mécanisme selon l'une des revendications 9 et 10 considérées avec l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre ( 26) agit sur un levier coudé ( 46) fixé sur un arbre ( 35) sur lequel l'un des leviers ( 34) articulés sur l'organe de manoeuvre ( 20) est aussi fixé, cet arbre ( 35) pouvant tourillonner par rapport à la structure de support ( 23). 1.4 12 Four comprenant un trou de coulée dans sa paroi et un chenal de coulée destiné à transporter le métal coulé par le trou de coulée vers un récipient récepteur, ledit four étant caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme d'obturation selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, disposé entre le trou de coulée et le chenal ( 21), l'organe de manoeuvre ( 20) étant disposé obliquement et vers le haut en s'écartant du chenal ( 21), et le dispositif élastique ( 25) et le dispositif de guidage ( 28) sont placés du côté de la plaque coulissante ( 16) qui est opposé à celui du chenal de coulée ( 21).