Brevet FR2539064A1 — publié le 19840713

Obturateur tournant pour matières en fusion, en particulier pour bains de fusion L'invention se rapporte à un obturateur tournant pour matières en fusion, en particulier pour bains de fusion, comportant un élément d'obturation qui est monté rotatif dans un montant et qui présente un orifice d'écoulement pouvant 8 tre fermé par rotation et traversant la surface latérale de l'élément d'obturation rotatif. En ce qui concerne les obturateurs pour matières en fusion, on cherche à faire en sorte que ceux-ci garantissent l'étanchéité le long des surfaces de glissement des éléments d'obturation pendant un grand nombre de mouvements d'ouverture et de fermeture et en présence d'un bain de fusion à hautes températures, et autorisent ainsi de longues périodes de fonctionnement sans travaux d'entretien ni changement des organes de fermeture A cela s'ajoute le fait qu'il faut empocher que les obturateurs n'arrivent à se coincer dans certaines circonstances sous l'effet des dilatations thermiques et des déplacements des éléments d'obturation et ne puissent plus être ouverts ou fermés m 9 me au prix de gros efforts O Une autre difficulté réside dans le fait que les organes d'obtu- ration(wontant, élément obturateur rotatif) réalisés en matériau non métallique résistant à la chaleur subissent des déformations incontrôlées aux températures de fonctionnement élevées et ne peuvent pas être fixés dans le corps avec les moyens usuels en construction mécanique. Par le brevet britannique 183 241, on connaît déjà un obturateur tournant du type précité Pour de nombreux bains de fusion en particulier en cas de métaux légers l'emploi de sable et de charbon en tant que tampon obturateur au-dessus de l'élément d'obturation rotatif est toutefois peu pratique Par ailleurs, il y a risque que la matière en fusion pénètre dans l'interstice plus ou moins grand formé par dilatation thermique entre les organes d'obturation mobiles en rotation les uns par rapport aux autres et bloque l'obturateur après durcissement. Pour un récipient métallurgique contenant des bains de fusion, on conna Xt par le brevet allemand 2043 588 un obturateur tournant dans lequel un tronc de c 8 ne est muni d'un canal d'écoulement excentré s'étendant dans le sens longutidinal du cône Une telle construction ne peut 9 tre utilisée que pour une coulée directe à partir du fond du récipientmais non dans le -cas o, au c 8 té écoulement, se raccorde une conduite tubulaire ou analogue rigidement reliée au récipient ou au corps de l'obturateur. Pour des matières-en fusion la présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point un obturateur approprié qui assure une étanchéité parfaite en dépit des effets des dilations thermiques et pendant de longues périodes de fonctionnement, puisse s'ouvrir et se fermer sans difficulté et dans lequel l'entrée et la sortie restent fixes l'une par rapport à l'autre. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'entre l'élément d'obturation réalisé sous la forme d'un tronc de c 8 ne et les organes moteurs de l'obturateur est disposé un accouplement mécanique soumettant le cane d'obtu- ration axialement à l'action d'organes élastiques, autorisant des écarts de positionnement ou des déplacements du c One d'ob- turation et transmettant le couple. Du fait que le c 8 ne d'obturation n'est pas rigidement fixé dans sa position d'appui axiale pas plus que par rapport à son axe de rotation, les dilatations thermiques provoquant un déplacement de l'un ou de l'autre organe d'obturation ne peuvent entraîner aucun coincement Comme l'obturateur tournantpar suite de son orifice d'écoulement disposé transversalement à l'axe de rotation, peut 8 tre solidement installé entre deux éléments d'appui par exemple entre une paroi du four et une conduite tubulaire avec distance réciproque donnée, il est possible de placer le canal d'écoule- ment du bain de fusion également dans une position sensiblement horizontale, par exemple pour assurer une liaison entre deux récipients fixes. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel t la figure 1 représente une coupe longitudinale de l'obturateur tournant; la figure 2 représente, du côté gauche, une coupe suivant AÀA ett du c 8 té droit, une coupe suivant B-Bde la figure 1; la figure 3 représente une coupe analogue à celle de la figure 1 d'un mode de réalisation en variante. L'obturateur tournant est destiné à coopérer avec un récipient pour matières en fusion, en particulier pour bains de fusion de métal léger L'obturateur tournant comprend un corps 2 sensiblement cylindrique ou en forme de caisson et fait saillie à l'intérieur d'une cavité formée par des briques profilées réfractaires 4 et une plaque perforée 3 du revêtement réfractaire du récipient (non représenté) Une bride 5 fait partie intégrante de la paroi métallique du récipient et sert à la fixation de l'obturateur tournant La plaque perforée 3 est munie d'un orifice 6 par lequel le bain de fusion liquide s'écoule du récipient placé au-dessus. À l'intérieur du corps 2 se trouve un c 8 ne d'obtu- ration 7 de forme tronconique ayant un angle de c 8 ne d'environ 300 Ce cône d'obturation 7 pénètre dans un montant 8 dont l'ouverture centrale est réalisée en forme de c 8 ne creux de façon à présenter une surface d'appui 9 adaptée au cène 7. Ce cône 7 est de préférence en un matériau céramique Le montant 8 est de préférence réalisé en un matériau graphitique résistant à la chaleur Le cône d'obturation 7 est muni d'un orifice d'écoulement cylindrique 10 qui est disposé perpendi- culairement à, son axe Dans le montant 8 est également aménagé un orifice de passage 11 qui, en cas de position angulaire appropriée du côned'obturation 7 peut ôtre amené en coïncidence avec son orifice d'écoulement%$ de façon à réaliser un raccordement entre l'orifice 6 de la plaque perforée 3 et le perçage 12 pratiqué dans le tube de coulée 13 Le tube de coulée 13 ouvert à sa partie inférieure est en matériau réfractaire et est fixé par l'intermédiaire d'une douille 17 de façon amovible au moyen de vis 19 Comme schématisé par une ligne en trait mixte sur la figure 1, à la place de ce tube de coulé'e 13, on pourrait aussi fixer une goulotte ou une conduite tubulaire. Sur le c 8 té frontal de plus petit diamètre du cène 7 se trouve une garniture 14 thermiquement isolante qui est - comprimée contre le montant 8 par des vis 16 avec intercalation d'une plaque de soutien 15 Ces vis 16 sont enfoncées dans une paroi 18 du corps Des garnitures thermiquement isolantes analogues 14 ' sont placées sur les c 8 tés du montant 8 et prennent également appui en partie contre le corps 2 par l'intermédiaire d'une plaque de soutien 15 t (figure 2) Sur sa face supérieure, le montant 8 ou l'ensemble de l'obturateur est séparé de la plaque de fond perforé 3 par un joint 20 résistant à la chaleur, par exemple un mat de fibres céramiques qui a en m 4 me temps une action calorifuge Sur le c 8 té frontal opposé du montant 8 est installé un anneau thermiquement isolant 22 dans l'ouverture duquel une plaque intermédiaire 24 pénètre avec jeu radial Cette plaque intermédiaire 24 est appliquée contre la face frontale 26 du e 8 ne 7 et pour la transmission du mouvement de rotation, il est prévu trois disques cylindriques 28 qui sont respectivement décalés de 1200 les uns par rapport aux autres et qui s'engagent chacun dans un évidement de forme appropriée aménagé dans la face frontale 26 du c 8 ne d'obturation 7 et dans la plaque intermédiaire 249 Les disques 28 sont respectivement maintenus dans la plaque intermédiaire par une vis 30 La plaque intermédiaire 24 est munie de deux évidements 32 diamétralement opposés, qui sont de préférence réalisés sous forme de trous oblongs ou d'une fente disposée diamétralement Dans ces trous oblongs 32 s'engagent deux broches d'entraînement 34 à têtes sphériques. Ces broches d'entratnement 34 sont assujetties dans un plateau d'accouplement métallique 36 Deux autres broches d'entra Ine- ment 35 font saillie de l'autre côté Ces dernières se trouvent dans une position respectivement décalée de 900 par rapport aux broches d'entraînement 34 Au centre du plateau d'accouplement 36 se croisent ainsi des plans qui passent par les axes longitudinaux des broches d'entraînement 34, d'une part, et par les axes longitudinaux des broches, d'entraînement 35 d'autre part Les broches d'entraînement 35 s'engagent respec- tivement dans un évidement 38 d'un organe d'entratnement 40 en forme de disque* Ces évidements sont de préférence également réalisés sous forme de trous oblongs ou de fentes diamétrales. Les trous oblongs 32 et 38 ou les fentes diamétrales sont mutuellement disposés en croix, c'est-à-dire que leurs axes longitudinaux sont décalés de 900 les uns par rapport aux autres Entre le plateau d'accouplement 36 et la plaque inter- médiaire 24 subsiste un interstice 42 qui s'étend sur toute la périphérie du plateau d'accouplement Un autre interstice 44 existe entre le plateau d'accouplement 36 et l'organe d'entraînement 40. L'organe d'entraînement 40 est réalisé sur sa périphérie sous la forme d'une couronne dentée 46 qui engrène dans une roue dentée non représentée en détail d'un moteur d'entraînement rotatif La zone médiane, opposée au c 8 ne 79 de l'organe d'en- trainement 40 forme un tourillon cylindrique 48 qui s'engage dans une douille 52 supportée par une bride annulaire 50 solidaire du corps. Dans l'organe d'entrainement 40 se trouvent plusieurs boulons k ressort 54, de préférence trois, disposés en forme de couronne et régulièrement répartis, qui viennent s'appliquer contre une nervure annulaire 56 de la plaque intermédiaire 24 * Un ressort 58 de préférence sous la forme d'un paquet de rondelles Belleville précontraintes prend appui contre un épaulement annulaire 60 du boulon à ressort 54 Le logement cylindrique 62 du ressort est fixé par des vis 64 sur l'organe d'entraînement 40 Les organes élastiques 54, 58, 60 tournant avec le c 8 ne d'obturation 7 garantissent son application intime sur la surface d'appui 9. L'obturateur tournant forme une unité de construction qui peut être intégralement raccordée de façon amovible à un récipient contenant une masse en fusion, par exemple un four, ou à des goulottes ou des conduites tubulaires Le montage n'a pas besoin d'être vertical mais peut aussi être horizontal ou 2539064 * réalisé de manière à pouvoir participer aux mouvements de basculement d'une poche de coulée ou analogue - Le mode de fonctionnement est le suivant: le pignon 46 est entraîné par un moteur électrique, hydraulique ou pneu- matique De ce fait, le cône d'obturation 7 tourne relativement au montant 8, si bien que l'orifice d'écoulement 10 peut occuper une position ouverte ou fermée par rapport à l'orifice Il dul montant 8 Les boulons à ressort 54 exercent une force axiale prédéterminée sur le c 8 ne d'obturation 7 qui se trouve ainsi comprimé contre la surface d'appui 9 Les dilatations thermiques et les faibles déplacements axiaux, par exemple par suite de l'abrasion en cas de fonctionnement continu, sont ainsi absorbés par les boulons à ressort 54 montés élastique- mente Au cas o des écarts angulaires se produiraient entre l'axe de rotation du pignon 46 et l'axe de rotation du c 8 ne d'obturation 7, ceuxci seraient compensés par l'accouplement se trouvant intercalé et globalement désigné par 31 Comme les têtes des broches d'entraînement 34 et 35 sont sphériques et que des interstices 42, 44 sont respectivement prévus des deux cotés du plateau d'accouplement 369 les écarts angulaires peuvent 9 tre absorbés sans qu'il se produise des phénomènes de coincement des organes mobiles les uns par rapport aux autres. Au cas o des décalages parallèles interviendraient entre les axes de rotation du pignon 46 et du c 8 ne d'obturation 7, ceux-ci sont compensés par le fait que les têtes des broches d'entraînement 34 et les têtes des broches d'entraînement 35 peuvent respectivement se déplacer radialement en forme de croix dans les trous oblongs 32 de la plaque intermédiaire 24 et dans les trous oblongs 38 de l'organe d'entraînement 40. De cette façon, même des écarts angulaires et des décalages parallèles superposés ne peuvent pas empocher la transmission du mouvement de rotation entre le pignon 46 et le c 8 ne d'obturation 7, et l'ajustement exact du c One dans le montant 8 reste également garanti même en cas de montage non exactement reproductible du montant dans le corps ou en cas de changements ultérieurs de position, 2539064, La figure 3 représente un mode de réalisation en variante dans lequel les mêmes références désignent les memes pièces que sur les figures 1 et 2 Le corps 2 ' est façonné de manière que l'obturateur tournant puisse être monté facilement entre des tronçons 70 d'une conduite tubulaire, par exemple pour aluminium en fusion, le raccordement des faces frontales du revêtement 71 de la conduite au montant 8 pouvant s'effec- tuer des deux c 8 tés au moyen d'une couche de mortier ou d'un joint 72 en feutre fibreux A la place des trois organes élastiques 54, 58, 62 disposés en couronne selon la figure 1, le mode de réalisation selon la figure 3 ne comporte qu'un seul boulon à ressort central 54 qui est appliqué par des ressorts plus forts 58, de préférence des rondelles Belleville) contre la plaque intermédiaire 241,L'entraînement en rotation de la plaque intermédiaire 24 e au c 8 ne d'obturation 7 s'effec- tue ici au moyen d'un assemblage 74 à rainures et à clavettes. Le dispositif élastique central 54 p 58, 60 est logé à l'extée mité d'un arbre d'entraînement 76 qui est monté dans un support ' solidaire du corps 2 ' Le support 500 peut en même temps servir de logement à un moteur entraînant l'arbre 76 (non représenté) L'accouplement rotatif 31 ' entre l'arbre 76 et la plaque intermédiaire 24 ' est réalisé ici sous la forie d'un accouplement à denture dite bateau, le bout d'arbre étant muni d'une denture bateau 77 et une douille 78, coiffant le bout d'arbre, de la plaque intermédiaire 24 ', étant munie d'une denture interne 79 avec jeu radial suffisant par rapport h la denture bateau. Ce mode de réalisation également autorise des écarts de position des organes d'obturation 7, 8 lors de leur montage dans le corps 2 ' de même que de légères variations ultérieures de position sans que l'étanchéité s'en trouve altérée. L'accouplement 31 ' décrit permet d'absorber des déplacements axiaux de cône d'obturation 7 et des décalages parallèles, de même que des écarts angulaires entre les axes de rotation. Pour le reste, la structure et le mode de fonctionnement correspondent au mode de réalisation selon les figures 1 et 2. Par ailleurs, la figure 3 représente une possibilité de réaliser le montant 8 sous la forme d'un corps "combiné" pour obtenir des caractéristiques particulières au niveau de la surface d'appui (surface d'étanchéité) 9, par exemple en ce qui concerne la résistance à l'usure, les caractéristiques de glissement, le comportement vis-à-vis de l'abrasion? la conductivité thermique, etc A cet effet, le montant 8 est muni d'une douille de glissement conique 8 a qui forme la surface d'appui 9 du c 8 ue d'obturation 7 Cette douille 8 a en tant que partie intégrante du montant 8,est montée lâche, mais est cependant fixée en rotation, par exemple au moyen d'une goupille 8 b qui est placée dans la partie 8 et qui pénètre dans une fente axiale de la douille 8 a Il est ainsi possible de changer seulement la douille 8 a formant la surface d'appui sans qu'il soit nécessaire de remplacer la totalité du montant 8 De façon analogue, le c 8 ne d'obturation 7 peut aussi être muni d'une douille de glissement comme schématisé par une ligne en traits mixtes sur la figure 3, et bien entendu, l'exemple de réalisation selon les figures 1 et 2 peut 4 tre réalisé de façon correspondante. REVENDICATIONS 1 Obturateur tournant pour matières en fusion, en particulier pour bains de fusion, comportant un élément d'obturation qui est monté rotatif dans un montant et qui présente un orifice d'écoulement pouvant être fermé par rotation et traversant la surface latérale de l'élément d'obturation rotatif, caractérisé par le fait qu'entre l'élément d'obturation ( 7) réalisé sous la forme d'un tronc de c 8 ne et les organes moteurs ( 40, 46, 76) de l Vobturateur est disposé un accouplement mécanique ( 31, 31 ') soumettant le cène d'obturation ( 7) axialement à l'action d'organes élas- tiques ( 54, 58), autorisant des écarts de positionnement ou des déplacements du c 8 ne d'obturation ( 7) et transmettant le couple. 2 Obturateur tournant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'accouplement ( 31) comporte un plateau d'accouplement ( 36) ainsi qu'une plaque intermédiaire ( 24) fixée en rotation sur la face frontale ( 26) de plus grand diamètre du cône d'obturation ( 7), des organes d'en- trafnement ( 34, 35) étant-prévus respectivement entre le plateau d'accouplement ( 36) et la plaque intermédiaire ( 24), d'une part, et entre le plateau d'accouplement ( 36) et un organe d'entraînement ( 40) d'autre part (figure 1). 3 Obturateur tournant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que dans l'organe d'entraînement ( 40, 76) est monté au moins un boulon à ressort ( 54) exerçant une pression contre la plaque intermédiaire ( 24, 24 '). 4 Obturateur tournant selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est prévu plusieurs de préférence trois, boulons à ressort ( 54) disposés en forme de couronne (figure 1). Obturateur tournant selon la revendication 39 caractérisé par re fait que dans l'organe d'entra nement ( 76) est monté un boulon à ressort, central ( 54) appuyant contre la plaque intermédiaire ( 24) (figure 3)3 6 Obturateur tournant selon la revendication 1 ou 59 caractérisé par le fait qu'une plaque intermédiaire ( 24 e) fixée en rotation s-ur la face frontale ( 26) de plus grand diamètre du c 8 ne d'obturation ( 7) et un organe d'entrainement ( 76) sont réalisés sous la forme d'un accouplement à denture bateau ( 31 ') (figure 3). 7 o Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 2-4, caractérisé par le fait que l'organe d'entra Inement ( 40) est muni d'une couronne dentée ( 46) et d'un tourillon ( 48) qui prend appui dans le corps ( 2) au moyen d'organes intermédiaires ( 50). 8 o Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 2-4 caractérisé par le fait qu'a partir du plateau d'accouplement ( 36)deux broche d'entrainement ( 34) à tté sphériques s'engagent dans des évidements ( 32) des plaques intermédiaires ( 24) et que deux autres broches d'entraînement ( 35) à têtes sphériques et faisant saillie du eté opposé s'engagent dans des évidements ( 38) de l'organe d'entrainement ( 40), et entre la plaque intermédiaire ( 24) et le plateau d'accouplement ( 36) ainsi qu'entre le plateau d'accouplement ( 36) et l'organe d'entraînement ( 40) est prévu un jeu axial sous la forme d'interstices respectifs ( 42,44)pcr absorber les déplacements angulaires du cône d'obturation ( 7). 9 Obturateur tournant selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les évidements ( 32, 38) de la plaque intermédiaire ( 24) et de l'organe d'entraînement ( 40) sont réalisés sous la forme de trous oblongs ou de fentes disposées en croix pour compenser les décalages parallèles intervenant entre l'organe d'entralnement ( 40) et le cône d'obturation ( 7). Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1-9, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps métallique ( 2) réalisé pour le montage des organes d'entraînement ( 40, 46, 76) et muni de plaques de soutien réglables ( 15, 15 ') maintenant le montant ( 8). 11 Obturateur tournant selon la revendication 10, caractérisé par le fait que des plaques de soutien réglables ( 15, 15 ') sont respectivement disposées sur le c 8 té frontal de plus petit diamètre du cône d'obturation ( 7) ainsi que -11 latéralement à c 8 té du montant ( 8). 12 Obturateur tournant selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le montant ( 8) est séparé par des garnitures thermiquement isolantes ( 14, 14 t) du corps ( 2) de l'obturateur et des plaques de soutien ( 15 p 15 '). 13 Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1-12, caractérisé par le fait que le montant ( 8) et/ou le c 8 ne d'obturation ( 7) est muni sur la surface conique formant la surface d'appui ( 9) entre les deux parties d'une douille de glissement conique ( 8 a) montée amovible et fixée en rotation.