Brevet FR2559081A1 — publié le 19850809

- 1 - 2559081 PIECES D'USURE REFRACTAIRES POUR OBTURATEURS COULISSANTS L'invention se rapporte à des pièces d'usure ré- fractaires, telles que busettes, plaques et tubes pour obtu- rateurs coulissants, en particulier des récipients métallur- giques contenant des bains d'acier en fusion, ces pièces comportant des ouvertures d'écoulement coaxiales pour la coulée du bain et étant mutuellement raccordées par l'in- termédiaire de moyens d'étanchéité. Comme on peut le voir par exemple par le brevet américain 38 41 539, il est usuel d'étancher avec du mortier en leurs points de raccordement les pièces d'usure (plaques et busettes) des obturateurs coulissants qui s'engagent librement les unes dans les autres et de les entourer d'une enveloppe métallique. Les joints de mortier assurent une étanchéité relativement fiable, mais présentent l'inconvé- nient qu'en cas d'abrasion plus rapide de l'une des pièces d'usure mutuellement raccordées, par exemple de la busette de sortie par rapport à la plaque tiroir, ces deux pièces étant de toute façon généralement réalisées sans liaison métallique, il est difficile de mettre en place la nouvelle pièce après défaillance de l'ancienne. Sur la pièce d'usure subsistant, il adhère en effet une quantité plus ou moins grande de mortier quel'on doit enlever au cours d'opérations longues et difficiles avant de pouvoir fixer la nouvelle pièce d'usure avec une nouvelle couche de mortier. Par la demande de brevet allemand 17 58 960, il est certes connu d'appliquer l'une contre l'autre de façon étanche deux pièces réfractaires par l'intermédiaire d'une surface concave sphérique et d'une surface convexe de for- me correspondante, cependant une telle étanchéité ne peut pas être utilisée sur les pièces d'usure des obturateurs coulissants. Cela est dû en particulier au fait que les différentes contraintes thermiques présentes dans les dif- férentes pièces d'usure endommageraient les surfaces d'étan- chéité relativement grandes. -2 - 2559081 Pour les pièces d'usure mutuellement raccordées dans les obturateurs coulissants, en particulier pour deux pièces d'usure connues par expérience pour avoir des durées de vie inégales, la présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un joint sans mortier et étanche aux gaz qui admette des tolérances d'inclinaison par rapport aux axes longitudinaux des pièces d'usure. Ce résultat est atteint pour l'essentiel selon l'in- vention par le fait que les moyens d'étanchéité sont réa- lisés sous la forme de surfaces de révolution s'engageant l'une dans l'autre en formant un joint périphérique linéaire ou en forme de bande. Grâce à cette conception particuliè- rement simple à réaliser, il est possible de procéder àun raccordement rapide et fiable des pièces d'usure sans uti- lisation contraignante de mortier. Le joint périphérique qui en résulte supporte différentes contraintes thermiques relativement élevées au niveau des extrémités s'engageant l'une dans l'autre des pièces d'usure sans changement d'état, c'est-à-dire qu'il reste étanche aux gaz même en cas de conditions de fonctionnement plus ou moins sévères, et permet en outre un réajustement ultérieur fin des pièces d'usure. Il est avantageux que le joint périphérique par rapport à l'axe de révolution identique à l'axe de l'ouver- ture d'écoulement et à un angle droit formé avec celui-ci et renfermant les courbes planes des surfaces de révolution soit prévu dans une zone comprise entre 20 et 70 de l'angle droit. Dans cette zone, le risque est pratiquement exclu que l'une des pièces d'usure participant à l'étanche- ment soitdétériorée à la suite d'efforts engendrés par des dilatations thermiques ou que le joint périphérique soit endommagé d'une manière quelconque.Par ailleurs, pour les joints périphériques en forme de bande, il s'est avéré avan- tageux que la largeur du joint périphérique ne représente pas plus de la moitié de la distance comprise entre 209et 70 _-3- _2559081 de l'angle et mesurée sur les courbes planes des surfaces de révolution. En ce qui concerne la conception du profil des surfaces de révolution, on peut procéder selon l'invention de façon que les courbes engendrant les surfaces de revo- lution ou de rotation représentent une courbe en arc de cercle de grand rayon et une courbe en arc de cercle de petit rayon ou que les courbes planes soient une droite et une courbe en arc de cercle. Dans tous les cas, on obtient des joints pé- riphériques linéaires sûrs s'adaptant au fonctionnement. Pour les joints périphériques en forme de bande, il s'est révélé préférable de donner le même profil aux courbes planes des surfaces de révolution dans la zone du joint. 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: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un obtura- teur coulissant pour poches; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'un obturateur coulissant pour avant-creuset; les figures 3 à 6 représentent à une échelle agrandie et en demi-coupe longitudinale des détails des joints d'étan- chéité entre les pièces d'usure réfractaires. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une poche de coulée pour l'acier qui comprend une enveloppe de tôle 2, un revêtement réfractaire 3 et une brique perforée 4 en aval de laquelle est monté un obturateur coulissant 5. L'obturateur comporte une busette d'entrée 6, une plaque de fond fixe 7 et une plaque tiroir 8 ainsi qu'une busette de sortie 9 qui, en même temps que la plaque tiroir 8, est montée dans un cadre porteur 10 qui les déplace pour amorcer l'écoulement du bain, l'arrêter ou le régler. Pour réduire la puissance du jet, par exemple en cas de.poche pleine au début de la coulée, la busette de sortie 9 - en vue de protéger la plaque tiroir contre toute usure prématurée - présente une ouverture d'écoulement étranglée et peut être remplacée selon les besoins - 4 - par des busettes ayant une autre section transversale, ce VI peut se faire au moyen d'une douilb métallique 11 pouvant être fixée au cadre porteur 10 par un raccordement à baïonnette. L'étanchéité entre la busette de sortie 9 et la plaque tiroir 8 s'effectue ici sans mortier,en ce sens que la busette 9 vient coiffer l'appendice 8b en forme de tronc de cône de la plaque 8 par une surface de révolution 9a qui a un profil intérieur en forme d'arc de cercle et coopère de façon étanche avec la surface de révolution extérieure conique 8a en formant un joint périphérique lindaire. A la différence de la figure 1, on peut voir sur la figure 2 un avant. creuset 12 qui sert à la coulée d'acier en lingotièreset dont l'enveloppe en tôle est désignée par 13, le revêtement réfractaire par 14 et la brique perforée par 15. A cette dernière se raccorde un obturateur coulis- sant 16. Celui-ci comporte une busette d'entrée 17, une pla- que de fond fixe 18, une plaque tiroir 20 déplaçable au moyen d'un cadre porteur 19 ainsi qu'une plaque inférieure 21 également maintenue en position fixe et munie d'une bu- sette de sortie 22 avec laquelle elle est logée dans un ca- dre commun 23. Ce cadre présente une bride 24 pour le rac- cordement d'un tube de coulée 25, faisant saillie dans la lingotière non représentée, à la busette de sortie 22 à l'aide d'un panier support 26 et d'un clavetage 27. L'étan- chéité entre la busette de sortie 22 et le tube de coulée est assurée, comme dans le mode de réalisation de la fi- gure 1, par des surfaces de révolution 22a et 25a s'enga- geant l'une dans l'autre en formant un joint périphérique linéaire, mais ici cependant, à l'inverse de la figure 1, la surface 22a à profil en forme d'arc est prévue sur la busette de sortie 22, donc sur la pièce d'usure s'engageant à l'intérieur, tandis que la surface 25a en forme d'enton- noir est prévue sur la pièce d'usure l'entourant à l'exté- rieur, c'est-à-dire sur le tube de coulée 25. L'étanchéité exempte de mortier de la figure 2 est représentée agrandie à la figure 3 sur laquelle on peut voir - 5 - 2559081 distinctement que le joint périphérique linéaire des sur- faces de révolution 22a et 25a prévues sur la pièce d'usure 22 s'engageant à l'intérieur et sur la pièce d'usure 25 entourant celle-ci à l'extérieur se situe dans une zone an- gulaire 28 définie par deux rayons 29 et 30. Ces deux rayons appartiennent à un cercle 31 traversant le joint périphé- rique et se coupent sur l'axe de révolution 32 des surfaces de révolution 22a.et 25a. La zone angulaire 28 se trouve, mesurée sur l'axe de révolution 32, dans la plage située entre 20 et 70 d'un angle droit. La figure 4 représente un exemple avec une pièce d'usure enveloppante extérieure 33 dont la surface de révo- lution 33a présente une courbe en arc de cercle avec centre situé sur l'axe de révolution 32, tandis que dans la pièce d'usure intérieure 34 la courbure de l'arc de cercle de la surface de révolution 34a est sensiblement plus petite, si bien que l'on peut parler d'un joint périphérique à profil sphérique dont le contact linéaire a lieu dans la zone angulaire précitée. Sur les figures 5 et 6, le joint périphérique a un profil en forme de bande, c'est-à-dire que les deux courbes planes, de profil identique et tournant autour de l'axe de révolution 32, des surfaces de révolution 35a et 36a, au niveau de la pièce d'usure enveloppante extérieure 35 et de la pièce d'usure 36 engagée à l'intérieur se touchent, en plus d'un contact de joint linéaire, sur une base plus large du profil, la longueur de la courbe plane du profil de la surface de révolution 36a correspondant à la largeur sur laquelle agit le joint périphérique. Ici aussi, l'étanchéité se produit dans la zone angulaire susmentionnée sous réserve que la largeur de la bande représente tout au plus la moitié de la distance comprise entre 20 et 700 de l'angle dans la zone d'étanchéité. En principe, les surfaces de révolution peuvent être interchangées comme on peut le voir sur la figure 6 ou la pièce d'usure enveloppante extérieure 37 porte la sur- - 6 - 2559081 face de révolution 37a en forme de bande qui coopère avec la surface de révolution 38a plus grande de la pièce d'usu- re 38 engagée a l'intérieur. Par ailleurs, au lieu des profils en arc de cercle représentés dans les exemples, on peut aussi utiliser des profils ellipsoldaux, paraboliques ou analogues. - 7 2559081 REVENDICATIONS 1. Pièces d'usure réfractaires, telles que busettes, plaaues et tubes obturateurs coulissants, en particulier des récipients métallurgiques contenant des bains d'acier en fusion, ces pièces comportant des ouvertures d'écoulement coaxiales pour la coulée du bain et étant mutuellement rac- cordées par l'intermédiaire de moyens d'étanchéité, carac- térisées par le fait que les moyens d'étanchéité sont réa- lisés sous la forme de surfaces de révolution (8a, 9a; 22a, 25a; 33a, 34a; 35a, 36a et 37a, 38a) s'engageant l'une dans l'autre en formant un joint périphérique linéaire ou en forme de bande. 2. Pièces d'usure selon la revendication 1, carac- térisées par le fait que le joint périphérique par rapport à l'axe de révolution identique à l'axe (32) de l'ouverture d'écoulement et à un angle droit formé avec celui-ci et ren- fermant les courbes planes des surfaces de révolution (8a, 9a; 22a, 25a; 33a, 34a; 35a, 36a et 37a, 38a) est prévu dans une zone comprise entre 20 et 70 de l'angle droit. 3. Pièces d'usure selon la revendication 2, carac- térisées par le fait que la largeur du joint périphérique ne représente pas plus de la moitié de la distance comprise entre 20 et 70 de l'angle et mesurée sur les courbes planes des surfaces de révolution (8a, 9a; 22a, 25a; 33a, 34a; 35a, 36a et 37a, 38a). 4. Pièces d'usure selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisées par le fait que les courbes planes des surfaces de révolution (33a et 34a) représentent une courbe en arc de cercle de grand rayon et une courbe en arc de cercle de petit rayon. 5. Pièces d'usure selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisées parle fait que les courbes planes des surfaces de révolution (8a, 25a et 9a, 22a, 26a) représentent une droite et une courbe en arc de cercle. -8 - 2559081 6. Pièces d'usure selon -1 tune quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisées par le fait que les cQUbes planes des surfaces de rvolu.tion (35a a. 38a) ont le aême profil de courbe dans la zone du joint.